noemt men in de plantkunde stoffen, die in zeer geringe concentratie (0,1-10 γ/pet) voor de groei van bepaalde organismen noodzakelijk zijn. Men kan twee typen groeistoffen onderscheiden: de groeistoffen uit de biosgroep en de groeistoffen uit de auxinegroep.
Biosgroep
In 1871 had Pasteur medegedeeld, dat hij gist kon laten groeien in een voedingsoplossing, die alleen glucose en enkele zouten bevatte. Liebig, die deze proeven herhaalde, slaagde hierin niet en er ontspon zich een meningsverschil tussen beide onderzoekers, dat door de dood van Liebig niet tot oplossing gebracht kon worden. Eerst in 1901 maakte Wildiers waarschijnlijk, dat de oorzaak van de uiteenlopende resultaten daarin gelegen was, dat Pasteur met veel meer gistcellen geënt had dan Liebig. Bij dikke enting zou steeds een aantal dode cellen aanwezig zijn, die een bepaalde stof afscheiden, waardoor de groei der levende cellen mogelijk wordt gemaakt. Bij dunne enting zou deze stof niet in voldoende mate aanwezig zijn. Nog lange tijd heeft men het bestaan van deze hypothetische stof, bios genaamd, betwijfeld.
Door Lash Miller en medewerkers is niet alleen de realiteit van deze bios aangetoond, doch is tevens het bewijs geleverd dat deze bios een mengsel is van verschillende stoffen. Elk van deze stoffen geeft slechts een onbetekenende toeneming van de groei te zien terwijl een mengsel er van optimale groei mogelijk maakt. Een van deze stoffen, het bios I, bleek na isolatie meso-inosiet te zijn. Een andere stof, het bios lia, bleek in veel gevallen vervangen te kunnen worden door het aminozuur β-alanine. Dit bleek later een bestanddeel te zijn van de door Williams geïsoleerde groeistof pantotheenzuur. Het langst liet de identificatie van het bios Ilb op zich wachten, het biotine.
Deze stof werd door de Utrechtse hoogleraar Kögl en medewerkers in zuivere toestand verkregen; zij slaagden er in uit enkele kilogrammen eigeel (de rijkste bron van deze stof) 0,58 mgr biotine in kristallijne toestand te verkrijgen. GedurendeWereldoorlog II is de structuur er van opgehelderd. Een deel van dit molecuul, het pimelinezuur, was reeds eerder bekend als een groeistof voor bepaalde bacteriën. Ook het vitamine B1 (aneurine of thiamine) bezit een geringe biosactiviteit. Voor lagere planten is deze stof veel belangrijker. Door Schopfer is gevonden dat de schimmel Phycomyces Blakesleeanus zonder toevoeging van aneurine in het geheel niet tot ontwikkeling kan komen.
Andere schimmels kunnen volstaan met een van de helften, waaruit het molecuul is opgebouwd. Het aantal groeistoffen, dat voor de groei van bepaalde organismen noodzakelijk blijkt te zijn, neemt nog dagelijks toe. Vooral melkzuurbacteriën en verschillende parasitische organismen munten uit door gecompliceerde groeistofbehoeften. We noemen slechts het vitamine B2 of lactoflavine, het vitamine B6 of pyridoxine, het nicotinezuur en de vooral in de laatste jaren op de voorgrond tredende stoffen uit de folzuur groep. Ook bepaalde aminozuren zijn voor sommige organismen als groeistof nodig, zij het ook in een hogere concentratie dan voor de andere groeistoffen gebruikelijk is.
Aanvankelijk meende men in veel biosstoffen specifieke celdelingshormonen te zien. Dit is niet juist. Voor zover bekend spelen al deze stoffen een belangrijke rol in een of ander stofwisselingsproces. Zo is het phosphaat van aneurine het coferment van het enzym carboxylase, het nicotinezuur is als amide een bestanddeel van de cozymase en van verschillende co-dehydrogenases, het pyridoxine speelt een rol in de stofwisseling van aminozuren enz. Deze stoffen spelen een rol in de cellen van alle organismen. De meeste kunnen ze zelf synthetiseren.
Alleen wanneer dit synthesevermogen om een of andere reden verloren is gegaan is toevoeging van buiten af als groeistof noodzakelijk. Be a die en medewerkers zijn er door bestraling met ultraviolet licht of Röntgenstralen in geslaagd o.a. bij de schimmel Neurospora kunstmatige mutanten te verwekken, die het synthesevermogen van een van deze verbindingen verloren hebben. De invloed op de groei is dus van indirecte aard: de biosgroeistoffen zijn noodzakelijk voor een belangrijk stofwisselingsproces en slechts wanneer dit stofwisselingsproces normaal verloopt is ook een normale groei mogelijk. De naam groeistof is voor deze stoffen dus in principe onjuist. Men heeft dan ook nieuwe benamingen ingevoerd: „Wirkstoffe”, ergonen, nutriliten. De meeste zijn identiek met bepaalde vitamines.
Micro-organismen, die een bepaalde groeistof nodig hebben, worden tegenwoordig vaak gebruikt voor de zgn. microbiologische bepaling van vitamines. Men kweekt hiertoe het organisme in een voedingsoplossing die alle benodigde stoffen behalve het vitamine bevat en maakt gebruik van het feit, dat de optredende groei nu een directe functie is van toegevoegd vitamine dat hier als groeistof fungeert.
Kleine wijzigingen in het molecuul zijn soms voldoende om de groeistofwerking te vernietigen of zelfs in zijn tegendeel te doen omslaan (antigroeistoffen). Men verklaart dit door aan te nemen, dat een dergelijke antigroeistof voldoende structurele overeenkomst met de groeistof vertoont om zijn plaats in de cel in te nemen, doch niet voldoende er mee overeenkomt om de noodzakelijke reactie op de gewenste wijze te laten verlopen. De werking van verschillende therapeutica (sulfanilverbindingen) en waarschijnlijk ook van veel antibiotica is te verklaren uit hun antigroeistof karakter.
De meeste hogere planten zijn ook zonder toevoeging van deze stoffen tot ontwikkeling te brengen. Bepaalde delen van de plant kunnen echter het vermogen tot synthese van bepaalde groeistoffen verloren hebben, deze delen moeten de groeistoffen dan uit andere delen van de plant ontvangen. De groeistoffen spelen hier dus de rol van plantaardige hormonen. Deze groeistofbehoefte is aan het licht gekomen bij het onderzoek van plantaardige weefselcultures. Zo blijkt het zich ontwikkelende embryo aangewezen te zijn op de groeistoffen, die zich in het reserveweefsel van het zaad bevinden (aneurine, biotine, nicotinezuur, panthoteenzuur e.a.) terwijl de wortel o.a. aneurine, pyridoxine, nicotinezuur uit de bladeren toegevoegd moet krijgen.
Auxinegroep
Wanneer men bij een groeiend plantendeel (bijv. een havercoleoptiel) de top verwijdert, komt de strekkingsgroei tot stilstand. Deze wordt hervat wanneer men de top weer op het coleoptiel terugzet. Uit deze en soortgelijke proeven, die door Boysen Jensen, Paal, Söding en Went zijn verricht is men tot de overtuiging gekomen, dat in de top een stof, auxine, gevormd wordt, die voor de strekkingsgroei onontbeerlijk is. Wanneer men de afgesneden top enige tijd op een agarblokje zet, blijkt ook dit de groei van het gedecapiteerde coleoptiel weer mogelijk temaken. De auxine is dus uit de top in de agar gediffundeerd. De hoeveelheid auxine, die zo’n agarblokje bevat is kwantitatief aan te tonen met de zgn.
Avenatest van Went (fig. 1). Hierbij wordt een havercoleoptiel gedecapiteerd en vervolgens het te onderzoeken agarblokje eenzijdig op het coleoptiel geplaatst. De hierin aanwezige groeistof diffundeert nu alleen aan deze ene zijde in het coleoptiel, waardoor een eenzijdige groei optreedt, die een kromming van het coleoptiel tot gevolg heeft. Deze kromming kan gemeten en als maat voor het auxinegehalte gebruikt worden. Wanneer men de auxinewerking van onbekende oplossingen wil bepalen kan men deze öf van agar voorzien en vervolgens de Avenatest toepassen, of men kan gebruik maken van de, eveneens van Went afkomstige erwtentest (fig. 2). Hierbij worden overlangs gespleten erwtenstengeltjes in de oplossing gelegd.
Door de weefselspanning wijken de twee helften hiervan uiteen, doch door de optredende groeireactie ontstaat een kromming naar binnen, waarvan de hoek weer als maatstaf voor het auxinegehalte gebruikt kan worden. Behalve door diffusie in agar kan men auxine uit plantenmateriaal extraheren met aether of chloroform of zelfs met loog.
Kögl en medewerkers hebben als eersten uit urine en uit maïsmeel enkele stoffen geïsoleerd, die een sterke auxinewerking vertoonden. Deze werden auxine a en auxine b genoemd en bleken chemisch nauw verwant te zijn. Kleine wijzigingen in het molecuul bleken reeds voldoende om de activiteit te vernietigen (pseudo-auxine). Des te meer wekte het feit verwondering, dat nog een geheel anders gebouwde verbinding auxinewerking bleek te vertonen. Deze stof, die eveneens in urine gevonden werd en hetero-auxine genoemd werd, bleek identiek te zijn met het indolazijnzuur. Sindsdien heeft men een groot aantal verbindingen synthetisch bereid, die alle in meer of mindere mate auxinereacties gaven (indolpropionzuur, indolboterzuur, naphtylazijnzuur, naphtoxyazijnzuur, phenylazijnzuur, phenoxyazijnzuur).
Al deze verbindingen hebben de volgende eigenschappen gemeen: een ringsysteem met een dubbele binding, een zijketen met een COOH groep, die door minstens een C atoom van de ring is gescheiden. Volgens Veldstra zou een zeer speciale ruimtelijke verhouding tussen de hydrophyle zijketen en de lipophyle ring voor de groeistofwerking noodzakelijk zijn. Aanvankelijk meende men, dat alleen de auxine a en b als de natuurlijke auxine beschouwd moesten worden. Guttenberg heeft zelfs de mening verkondigd, dat het heteroauxine alleen van belang zou zijn doordat het de natuurlijke auxine a of b in de cel activeerde. Daarentegen wijzen verschillende Amerikaanse onderzoekers (o.a. Wildman en Bonn er) er op, dat het indolazijnzuur veel algemener in de plant voorkomt, dan het auxine a en b, dat sinds Kögl nimmer meer geïsoleerd kon worden.
Zij voeren sterke argumenten aan om het indolazijnzuur als de natuurlijke auxine te beschouwen. De meeste cellen bevatten dit indolazijnzuur in een aan eiwit gebonden toestand. Wij zullen hier de term auxine alleen in zijn meest algemene betekenis gebruiken en hieronder verstaan alle natuurlijke en kunstmatige stoffen die auxinewerking vertonen.
Over het mechanisme van de auxinewerking bestaat geen zekerheid. Aanvankelijk meende men, dat het auxine de plasticiteit van de celwand zou verhogen (Heyn, Söding). Men moet zich hierbij voorstellen, dat de cohaesiebindingen tussen de cellulose of pectine micellen losser worden, waardoor de celwand minder weerstand biedt aan de osmotische druk in de cel. Waarschijnlijk is deze invloed op de celwand van indirecte aard. Door Commoner en Thimann is voor het eerst geconstateerd dat het auxine de ademhaling van de cellen kan bevorderen. Deze ademhaling zou dan weer noodzakelijk zijn voor de actieve opneming van osmotisch materiaal en van water dat voor de celstrekking noodzakelijk is. Sommigen denken hierbij aan de mogelijkheid, dat het auxine als co-enzym aan een ademhalingsreactie deelneemt, anderen achten op grond van de chemische aard der auxinen een invloed op een enzymsysteem waarschijnlijker (Veldstra en Booy).
De synthese van auxine vindt plaats in de meest apicale delen van de plant (stengel en jongste bladeren). Hier treft men een enzym aan, dat het aminozuur tryptophaan omzet in indolazijnzuur. Van hieruit wordt het auxine polair naar de strekkingszone getransporteerd (z polariteit).
In zeer geringe concentratie wordt ook de strekkingsgroei van de wortel door auxine bevorderd; concentraties, die de groei van de stengel mogelijk maken, zijn voor de wortel reeds sterk groeiremmend.
Behalve op de celstrekking heeft de auxine nog op veel andere processen invloed. Het speelt als correlatiedrager een belangrijke rol bij veel verschijnselen van correlatie. Zo berust de remmende werking, die de eindknop van een spruit op de zijknoppen uitoefent op de productie van auxine. Het auxine speelt een belangrijke rol bij de stimulatie der cambiumactiviteit. De vorming van jonge wortels aan stekken wordt gunstig beïnvloed door behandeling met auxinepraeparaten.
Op dergelijke reacties berust het gebruik dat men tegenwoordig van auxine (zowel het indolazijnzuur als de diverse synthetische producten) maakt in de practijk van de tuinbouw. Vooral de toepassing van auxine bij het stekken vindt grote opgang. Verschillende planten kunnen door behandeling met groeistofpasta’s tot vorming van parthenocarpische vruchten (zaadloos) gebracht worden, (o.a. tomaten en komkommers). Naphtylazijnzuur o.a. wordt in de handel gebracht om appelbomen te besproeien, waardoor vroegtijdige val der appels voorkomen wordt. Sommige stoffen met auxinewerking, waaronder vooral het 2.4. dichlorophenoxyazijnzuur (2-4-D), worden op grote schaal toegepast als antigroeistoffen bij de bestrijding van onkruiden. Deze stof is in bepaalde concentratie giftig voor dicotylen, doch laat monocotylen (dus ook de graangewassen) onaangetast.
DR A. QUISPEL
Lit.: F. W. Went en K. V. Thimann, Phytohormones (New York 1937); G. S.
Avery en E. B. Johnson, Hormones and Horticulture (New York - London 1947); W. Rudolph, Wuchsstoffe und Antiwuchsstoffe (Bern 1948).
