Gibberellin là nhóm phytohormone thứ hai được phát hiện sau auxin. Từ những nghiên cứu bệnh lý “bệnh lúa von” do loài nấm ký sinh ở cây lúa Gibberella fujikuroi (nấm Fusarium moniliforme ở giai đoạn dinh dưỡng) gây nên. Năm 1926, nhà nghiên cứu bệnh lý thực vật Kurosawa (Nhật Bản) đã thành công trong thí nghiệm gây “bệnh von” nhân tạo cho lúa và ngô.
Yabuta (1934-1938) đã tách được hai chất dưới dạng tinh thể từ nấm lúa von gọi là gibberellin A và B nhưng chưa xác định được bản chất hóa học của chúng.
Năm 1955 hai nhóm nghiên cứu của Anh và Mỹ đã phát hiện ra axit gibberellic ở cây lúa bị bệnh lúa von và xác định được công thức hóa học của nó là C19H22O6.
Năm 1956, West, Phiney, Radley đã tách được gibberellin từ các thực vật bậc cao và xác định rằng đây là phytohormone tồn tại trong các bộ phận của cây. Hiện nay người ta đã phát hiện ra trên 50 loại gibberellin và ký hiệu A1, A2, A3,… A52. Trong đó gibberellin A3 (GA3) là axit gibberellic có tác dụng sinh lý mạnh nhất. Người ta đã tìm được gibberellin ở nhiều nguồn khác nhau như ở các loại nấm, ở thực vật bậc thấp và thực vật bậc cao.
* Sinh tổng hợp
Gibberelin là những terpenoid, được cấu tạo từ 4 đơn vị isopren (C5): CH2=C(CH3)-CH=CH2. Các đơn vị này ít nhiều bị biến đổi trong phân tử gibberelin. Theo lý thuyết, các gibberelin có 20C, nhưng nhiều chất chỉ còn 19C (do một –CH3 bị oxi hoá thành –COOH, và nhóm này được khử carboxyl).
Acid mevalonic (C6), có nguồn gốc từ acetyl CoA trong con đường hô hấp, là chất khởi đầu của các sinh tổng hợp terpenoid. Từ acid mevalonic, các isopren được thành lập và kết hợp nhau qua nhiều giai đoạn để cho kauren (C20), sản phẩm chuyên biệt đầu tiên trong con đường sinh tổng hợp giberelin. Mọi chất có hoạt tính giberelin đều có nhân giberelan, khởi đầu là GA12-aldehyd.
Tóm lại, các giai đoạn chính của con đường sinh tổng hợp các gibberelin là: Acetil CoA à acid mevalonic à Kauren à GA12-aldehid à các GA à …Trong số các gibberelin, GA1 là chất chính kích thích sự kéo dài thân ở thực vật. GA3 ít gặp ở thực vật, nhưng là chất có hoạt tính trong các sinh trắc nghiệm, và được xem như chất chuẩn cho các gibberelin.
Gibberellin được tổng hợp trong phôi đang sinh trưởng, trong các cơ quan đang sinh trưởng khác như lá non, rễ non, quả non… và trong tế bào thì được tổng hợp mạnh ở trong lục lạp. Gibberellin vận chuyển không phân cực, có thể hướng ngọn và hướng gốc tùy nơi sử dụng. Gibberellin được vận chuyển trong hệ thống mạch dẫn với vận tốc từ 5- 25 mm trong 12 giờ. Gibberellin ở trong cây cũng tồn tại ở dạng tự do và dạng liên kết như auxin, chúng có thể liên kết với glucose và protêin.
Gibberelin liên kết với các chất đường: nhiều gibberelin-glycosid được tìm thấy ở thực vật, nhất là trong các hột. Khi các gibberelin được áp dụng vào thực vật, một phần gibberelin thường bị glycosyl hoá; ngược lại, gibberelin-glycosid có thể được đổi thành gibberelin tự do.
* Tính chất sinh lý của gibberelin
– Sự kéo dài tế bào
Gibberelin kiểm soát hướng đặt các vi sợi celluloz ( vừa mới được tổng hợp nhờ celluloz synthetaz) trong vách tế bào, hướng đặt này lại do hướng đặt của các vi ống ở ngoại vi tế bào quyết định. Gibberelin cảm ứng sự đặt các vi ống theo hướng ngang ở nhiều kiểu tế bào ( kể cả các tế bào mà gibberelin không kích thích sự kéo dài), tuy nhiên sự phối hợp hoạt động giữa gibberelin và auxin trong sự đặt các vi ống chưa được biết.
Gibberelin hạ thấp nồng độ Ca2+ trong vách ( có lẽ bằng cách kích thích sự hấp thu ion này vào trong tế bào), và do đó giúp sự kéo dãn vách, vì Ca2+ cản sự kéo dãn vách ở dicot (không cản ở monocot). Trong hoạt động này, vách tế bào không bị acid hoá bởi giberelin ( khác với hoạt động nhanh của auxin).
Gibberelin cản hoạt động của các peroxidaz vách tế bào, do đó làm chậm sự hoá cứng của vách, hiện tượng do sự tạo lignin dưới tác dụng của các peroxidaz.
– Sự kéo dài của thân
Hiệu quả sinh lý rõ rệt nhất của gibberellin là kích thích mạnh mẽ sự sinh trưởng kéo dài của thân, sự vươn dài của lóng. Hiệu quả này có được là do của gibberellin kích thích mạnh lên pha giãn của tế bào theo chiều dọc. Vì vậy khi xử lý của gibberellin cho cây đã làm tăng nhanh sự sinh trưởng dinh dưỡng nên làm tăng sinh khối của cây. Dưới tác động của gibberellin làm cho thân cây tăng chiều cao rất mạnh (đậu xanh, đậu tương thành dây leo, cây đay cao gấp 2-3 lần). Nó không những kích thích sự sinh trưởng mà còn thúc đẩy sự phân chia tế bào.
– Sự kéo dài lóng và tăng trưởng lá
Kích thích sự kéo dài lóng, vừa do sự kéo dài vừa do sự phân chia tế bào thân, là đặc tính nổi bật của gibberelin. Gibberelin kích thích mạnh sự phân chia tế bào nhu mô vỏ và biểu bì. Xử lý gibberelin làm tăng năng suất mía cây và đường (do kích thích sự kéo dài lóng).
Giberelin liều cao (hay phối hợp với citokinin) kích thích mạnh sự tăng trưởng lá (diện tích có thể gấp đôi bình thường như ở Trèfle, Radis). Trên lá yến mạch hay diệp tiêu lúa, giberelin chỉ có vai trò làm tăng hiệu ứng auxin.
– Sự nảy mầm, nảy chồi
Gibberellin kích thích sự nảy mầm, nảy chồi của các mầm ngủ, của hạt và củ, do đó nó có tác dụng trong việc phá bỏ trạng thái ngủ nghỉ của chúng. Hàm lượng gibberellin thường tăng lên lúc chồi cây, củ, căn hành hết thời kỳ nghỉ, lúc hạt nảy mầm.
Trong trường hợp này của gibberellin kích thích sự tổng hợp của các enzyme amilaza và các enzyme thuỷ phân khác như protease, photphatase… và làm tăng hoạt tính của các enzyme này, vì vậy mà xúc tiến quá trình phân hủy tinh bột thành đường cũng như phân hủy các polime thành monome khác, tạo điều kiện về nguyên liệu và năng lượng cho quá trình nảy mầm.
Trên cơ sở đó, nếu xử lý gibberellin ngoại sinh thì có thể phá bỏ trạng thái ngủ nghỉ của hạt, củ, căn hành kể cả trạng thái nghỉ sâu.
– Sự ra hoa, quả
Trong nhiều trường hợp của gibberellin kích thích sự ra hoa rõ rệt. Ảnh hưởng đặc trưng của sự ra hoa của gibberellin là kích thích sự sinh trưởng kéo dài và nhanh chóng của cụm hoa. Gibberellin kích thích cây ngày dài ra hoa trong điều kiện ngày ngắn (Lang, 1956).
Gibberellin ảnh hưởng đến sự phân hóa giới tính của hoa, ức chế sự phát triển hoa cái và kích thích sự phát triển hoa đực.
Gibberellin có tác dụng giống auxin là làm tăng kích thước của quả và tạo quả không hạt. Hiệu quả này càng rõ rệt khi phối hợp tác dụng với auxin.
* Các chất kháng-gibberelin
Vài chất làm chậm tăng trưởng, được dùng để tạo cây lùn, là các chất kháng-gibberelin. Thí dụ: CCC (Chlorocholine chloride, trọng lượng phân tử: 158.1), Amo-1618 và phosfon cản sự tổng hợp kauren; paclobutrazol ( tên thương mại: Bonzi) cản giai đoạn sau kauren, Acid abcisic không cản chuyên biệt sự tổng hợp gibberelin, nhưng hoạt động đối nghịch với gibberelin.
Năm 1955 hai nhóm nghiên cứu của Anh và Mỹ đã phát hiện ra axit gibberellic ở cây lúa bị bệnh lúa von và xác định được công thức hóa học của nó là C19H22O6.