Гиббереллины. Значение. Продуценты. Промышленное получение

Строение и свойства гиббереллинов

Гиббереллины — группа физиологически активных соединений, являющихся регуляторами роста растений гормональной природы. Они синтезируются как высшими растениями, так и микроорганизмами.

Некоторые из гиббереллинов найдены только у микроорганизмов или только у высших растений. Однако описаны гиббереллины, присутствующие как у тех, так и других организмов.

Гиббереллины стимулируют рост травянистых и древесных растений, играют важную роль в обменных процессах, обусловливающих переход растений к цветению.

По химической природе все они являются тетрациклическими карбоновыми кислотами (гибберелловые кислоты), относящимися к дитерпенам. Структура гиббереллинов рассматривается как производное гипотетического углеводорода энт-гиббереллана (26), нумерация атомов в нем соответствует таковой у других циклических дитерпенов.

Гиббереллины обозначают символом А с индексом, обозначающим порядковый номер, который присваивается каждому новому гиббереллину по мере выделения и идентификации.

Наиболее распространенным и одним из самых физиологически активных гиббереллинов является соединение А3, получившее название гибберелловой (гиббереллиновой) кислоты.

Гиббереллин А3 — бесцветное, нелетучее вещество, хорошо растворимое во многих спиртах, кетонах и сложных эфирах, плохо растворимое в воде.

Получение гиббереллинов

Промышленное получение гиббереллинов осуществляют при культивировании грибов, относящихся к аскомицетам, в частности Gibberella fujikuri (в конидиальной стадии — Fusarium moniliforme). Выделяют гиббереллины из фильтрата КЖ.

Получение гиббереллинов с помощью F. moniliforme рассматривается как типичный двухфазный процесс микробиологического синтеза, при котором вначале происходит интенсивное накопление биомассы, а затем образование продукта. Главным условием, обеспечивающим высокую продуктивность культуры, следует считать истощение источников азота в среде при сохранении высокого уровня соединений углерода. Характерная особенность процесса биосинтеза гиббереллинов — низкое значение рН среды (3,0–4,5), при котором происходит их образование.

При культивировании продуцента в глубинных условиях в качестве источника азота положительный эффект оказывают виннокислая соль аммония (0,7 %) и особенно соевая мука (3 %); из других соединений — сахароза или глюкоза (4–6 %). На средах, содержащих названные компоненты, концентрация гиббереллинов достигает 200 мг/л. Технологическим решением для обеспечения избытка углерода может быть выращивание продуцента на полноценной среде, а затем перенос биомассы на несбалансированную по составу среду с лимитом по азоту. Возможно также дробное добавление источника углерода по ходу культивирования, при этом его концентрация не должна превышать 1–4 %.

Кроме углеводов в качестве источника углерода предложены различные жиры и масла, которые можно использовать при проведении одностадийного процесса.

При лимите среды по азоту иногда наблюдается увеличение биомассы мицелия, что связано с синтезом и накоплением в мицелии полисахаридов и жиров.

Режим аэрации, перемешивание и другие детали технологического процесса зависят от оборудования и особенностей продуцента.

При ферментации гиббереллины (преобладают 3, 4, 7) секретируются в культуральную среду. Перед выделением продукта необходимо отделить мицелий фильтрованием или центрифугированием. Из раствора продукт можно выделить: адсорбцией активным углем, хемосорбцией ионитами или экстракцией.

Адсорбция активным углем протекает не совсем селективно. Десорбцию с угля можно проводить метанолом или ацетоном. Однако метод требует расхода больших количеств растворителя и не позволяет получить достаточно чистые препараты.

При выделении ионитами раствор предварительно обрабатывают гидроксидами щелочноземельных металлов для отделения примесей (протеины, органические кислоты, пигменты и др.). Далее раствор дополнительно очищается пропусканием через слабокислотный катионит. Выделение продукта проводят, обрабатывая раствор либо слабоосновным анионитом в ацетатной или формиатной форме, либо сильноосновным анионитом в хлоридной форме. Из анионита продукт элюируется или 1 н. раствором аммиака, или буферным щелочным раствором фосфата аммония. Возможно также использование метанола, подкисленного серной или соляной кислотой. Экстракцией аммонийного раствора этилацетатом получают продукт 77% чистоты.

Экстракция гиббереллинов из водного раствора осуществляется такими растворителями, как этилацетат, бутилацетат, метилэтилкетон, метилизобутилкетон. Выделение гиббереллинов из экстракта осуществляется посредством сорбции твердым гидрокарбонатом натрия или калия либо экстрагированием водным раствором основания.

Дальнейшую очистку продукта можно проводить адсорбцией активным углем и десорбцией его этилацетатом. После упаривания и кристаллизации с последующей промывкой и высушиванием чистота продукта достигает 95 %. При биосинтезе гиббереллинов культурой Fusarium moniliforme компонент А3 преобладает над другими производными.