Біологічні системи: теорія та інновації

Перспективи використання стимуляторів росту на основі азотовмісних гетероциклів у технологіях розмноження рослин

Михайло Завгородній, Вікторія Генчева, Василь Шупенюк, Олександр Бражко, Валерій Горбань
Завантажити статтю
Анотація

Азотовмісні гетероциклічні сполуки привертають увагу дослідників як речовини, широко представлені у структурах як природних, так і синтетичних регуляторів росту рослин. Актуальність використання природних і синтетичних регуляторів росту в розмноженні рослин є надзвичайно високою, оскільки вони відіграють ключову роль у регуляції процесів росту і розвитку рослин, включаючи розмноження. Технології розмноження із застосуванням регуляторів росту є важливим інструментом сучасного садівництва, сільського господарства та біотехнології, забезпечуючи отримання високоякісного посадкового матеріалу та підвищення ефективності виробництва. Метою цього дослідження було проаналізувати сучасні підходи до використання як природних, так і синтетичних стимуляторів росту на основі азотовмісних гетероциклів, а також визначити перспективи їх подальшого застосування. Встановлено, що азотовмісні природні та синтетичні регулятори росту найефективніше застосовуються для укорінення живців, мікроклонального розмноження (in vitro культура), передпосівної обробки насіння, а також регулювання процесів цвітіння і плодоношення. Систематизовано сучасні стратегії застосування стимуляторів росту на основі азотовмісних гетероциклів та окреслено сучасні підходи до розробки нових високоефективних сполук із використанням молекулярного моделювання. Показано, що інтеграція різних фармакофорних фрагментів в одній молекулі може суттєво підвищувати біологічну активність. Крім того, використання новосинтезованих сполук, багатокомпонентних препаратів, методів підвищення їх ефективності та систем контрольованого вивільнення продемонструвало високу результативність. Практичне значення роботи полягає у можливості використання її результатів для розробки та впровадження більш ефективних стимуляторів росту, що сприятиме підвищенню ефективності розмноження рослин, зростанню врожайності та оптимізації біотехнологічних процесів у сільському господарстві та рослинництві

Ключові слова

похідні хіноліну та сукцинату; гібридні молекули; вегетативне розмноження рослин; мікроклональне розмноження; суміші стимуляторів росту; похідні хіноліну

ЦИТУВАТИ
Zavhorodnii, M., Gencheva, V., Shupeniuk, V., Brazhko, O., & Horban, V. (2026). Prospects for the use of growth stimulators based on nitrogen-containing heterocycles in plant propagation technologies. Biological Systems: Theory and Innovation, 17(2), 63-75. https://doi.org/10.31548/biologiya/2.2026.63
Використані джерела
  1. Altun, B. (2023). Effects of seasons and indole-3-buteric acid doses on the propagation of some native rhododendron species by air layering technique in their natural habitats. BioResources, 18(3), 5209-5221. doi: 10.15376/biores.18.3.5209-5221.
  2. Cohen, J.D., & Strader, L.C. (2024). An auxin research odyssey: 1989-2023. The Plant Cell, 36(5), 1410-1428. doi: 10.1093/plcell/koae054.
  3. da Silva, F.R., Stefanello, C.A., & Fraga, H.P.F. (2025). 6-benzylaminopurine promotes the shoots formation during plantlets in vitro culture and affects the photosynthetic pigments accumulation in acclimatized plants of Maxillaria picta (Orchidaceae). Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 160, article number 58. doi: 10.1007/s11240-025-03002-9.
  4. Elouaflin, A.Y.A., Kouakou, K.L., Kouakou, C., Dao, J.P., & Zoro, B.I.A. (2023). Branch diameters, substrates, and indole-3-butyric acid effect on cashew (Anacardium occidentale L.) tree propagation by air layering. Forestist, 73(3), 278-284. doi: 10.5152/forestist.2023.22044.
  5. Faizan, M., & Hayat, S. (2024). Plant growth regulators: Resilience for sustainable agriculture. Singapore: Springer. doi: 10.1007/978-981-97-2918-0.
  6. Gianguzzi, V., Di Gristina, E., Barone, G., Sottile, F., & Domina, G. (2024). Seed germination and vegetative and in vitro propagation of Hieracium lucidum subsp. lucidum (Asteraceae), a critically endangered endemic taxon of the Sicilian flora. PeerJ, 12, article number e16839. doi: 10.7717/peerj.16839.
  7. Gil, C.S., Jung, H.Y., Lee, C., & Eom, S.H. (2020). Blue light and NAA treatment significantly improve rooting in single-leaf-bud cuttings of chrysanthemum by upregulating rooting-related genes. Scientia Horticulturae, 274, article number 109650. doi: 10.1016/j.scienta.2020.109650.
  8. Gomes, G.L.B., & Scortecci, K.C. (2021). Auxin and its role in plant development: Structure, signaling, regulation and response mechanisms. Plant Biology, 23(6), 894-904. doi: 10.1111/plb.13303.
  9. Inoue, S., Ilogu, C., & Sobze, J.-M. (2023). Effects of indole-3-butyric acid and age of stem cuttings on root morphology, growth, and survival of Cornus sericea. Journal of Forestry Research, 34, 433-440. doi: 10.1007/s11676-022-01490-5.
  10. Justamante, M.S., Mhimdi, M., Molina-Pérez, M., Albacete, A., Moreno, M.А., Mataix, I., & Pérez-Pérez, J.M. (2022). Effects of auxin (indole-3-butyric acid) on adventitious root formation in peach-based Prunus rootstocks. Plants, 11(7), article number 913. doi: 10.3390/plants11070913.
  11. Khanam, M.N., Anis, M., Javed, S.B., Mottaghipisheh, J., & Csupor, D. (2022). Adventitious root culture – an alternative strategy for secondary metabolite production: A review. Agronomy, 12(5), article number 1178. doi: 10.3390/agronomy12051178.
  12. Kim, S.-H., Kim, J.-H., Oh, H.-J., Kim, S.-Y., & Suh, G.-U. (2021). Vegetative propagation of Veronica dahurica and Veronica pusanensis by stem cuttings with auxins. Rhizosphere, 17, article number 100315. doi: 10.1016/j.rhisph.2021.100315.
  13. Kumari, A., Joshi, S., Dar, A.I., & Joshi, R. (2024). Physiological responses and transcriptomic profiles unveil pivotal genes and pathways implicated in nano-elicited in vitro shoot proliferation of Bambusa balcooa. Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 158, article number 9. doi: 10.1007/s11240-024-02812-7.
  14. Labenska, I.B. (2016). Succinic acid as a potential pharmacophore in modelling new bioregulators based on nitrogen-containing heterocycles. Pharmacology and Drug Toxicology, 2(48), 3-13.
  15. Lesmes-Vesga, R.A., Chaparro, J.X., Sarkhosh, A., Ritenour, M.A., Cano, L.M., & Rossi, L. (2021). Effect of propagation systems and indole-3-butyric acid potassium salt (K-IBA) concentrations on the propagation of peach rootstocks by stem cuttings. Plants, 10(6), article number 1151. doi: 10.3390/plants10061151.
  16. Li, H., Cui, G., Li, G., Lu, H., Wei, H., Zhang, H., & Zhang, H. (2024). Assessing the efficacy and residual impact of plant growth retardants on crop lodging and overgrowth: A review. European Journal of Agronomy, 159, article number 127276. doi: 10.1016/j.eja.2024.127276.
  17. Loconsole, D., Sdao, A.E., Cristiano, G., & De Lucia, B. (2023). Different responses to adventitious rhizogenesis under indole-3-butyric acid and seaweed extracts in ornamental cuttings: First results in Photinia x fraseri ‘Red Robin’. Agriculture, 13(3), article number 513. doi: 10.3390/agriculture13030513.
  18. Matada, B.S., Pattanashettar, R., & Yernale, N.G. (2021). A comprehensive review on the biological interest of quinoline and its derivatives. Bioorganic Medicinal Chemistry, 32, article number 115973. doi: 10.1016/j.bmc.2020.115973.
  19. Mohammed, I., Karrar, H., Al-Taey, D.K.A., Li, G., Yonglin, R., & Alsaffar, M.F. (2024). Response of rose stem cuttings to indole-3-butyric acid for root formation and growth traits. Sabrao Journal of Breeding and Genetics, 56(3), 1187-1198. doi: 10.54910/sabrao2024.56.3.25.
  20. Nedukha, O. (2015). Cell wall of plants and environment. Kyiv: Alterpress.
  21. Pang, J., et al. (2024). Shoot organogenesis from Tetrastigma hemsleyanum leaf and petiole explants, and subsequent plant regeneration and acclimatisation. Journal of Plant Growth Regulation, 43, 4782-4795. doi: 10.1007/s00344-024-11433-5.
  22. Pourkhaloee, A. (2021). Indole-3-butyric acid and a seaweed-based biostimulant improve vegetative propagation of field elm (Ulmus minor Mill.) by softwood cuttings. Propagation of Ornamental Plants, 21(4), 107-115.
  23. Roth, O., et al. (2024). Slow release of synthetic auxin induces formation of adventitious roots in recalcitrant woody plants. Nature Biotechnology, 42, 1705-1716. doi: 10.1038/s41587-023-02065-3.
  24. Seka, J.S.S., Kouassi, M.K., Yéo, E.F., Saki, F.M., Otron, D.H., Tiendrébéogo, F., Eni, A., Kouassi, N.K., & Pita, J.S. (2025). Removing recalcitrance to the micropropagation of five farmer-preferred cassava varieties in Côte d’Ivoire by supplementing culture medium with kinetin or thidiazuron. Frontiers in Plant Science, 16, article number 1538799. doi: 10.3389/fpls.2025.1538799.
  25. Seliem, M.K., Abdalla, N., & El-Mahrouk, M.E. (2025). Cytokinin potentials on in vitro shoot proliferation and subsequent rooting of Agave sisalana Perr. Syn. Horticulturae, 11(8), article number 929. doi: 10.3390/horticulturae11080929.
  26. Shupeniuk, V.I., Zavhorodnii, M.P., Derevyanko, N.P., Taras, T.N., Shkopynska, T.Ye., Brazhko, О.A., & Matkivskyi, M.P. (2023). Search of regulators among (7-chloroquinoline-4-ylthio) carbonic acids and triazoles of anthracenedione for microclonal propagation of plants. Journal of Chemistry and Technologies, 30(4), 568-576. doi: 10.15421/jchemtech.v31i1.271400.
  27. Sosnowski, J., Truba, M., & Vasileva, V. (2023). The impact of auxin and cytokinin on the growth and development of selected crops. Agriculture, 13(3), article number 724. doi: 10.3390/agriculture13030724.
  28. Sun, P., Huang, Y., Yang, X., Liao, A., & Wu, J. (2023). The role of indole derivative in the growth of plants: A review. Frontiers in Plant Science, 13, article number 1120613. doi: 10.3389/fpls.2022.1120613.
  29. Thakur, T., Garg, A., & Kaur, P. (2025). Growth retardants: Efficient tool for regulating plant architecture and flowering in ornamental crops. South African Journal of Botany, 184, 911-922. doi: 10.1016/j.sajb.2025.06.047.
  30. Tsaktsira, M., et al. (2021). Vegetative propagation and ISSR-based genetic identification of genotypes of Ilex aquifolium ‘Agrifoglio Commune’. Sustainability, 13(18), article number 10345. doi: 10.3390/su131810345.
  31. Tsygankova, V., Andrusevich, Ya., Kopich, V., Vasylenko, N., Solomyannyi, R., Popilnichenko, S., Kachaeva, M., Kozachenko, O., Pilyo, S., & Brovarets, V. (2024). Wheat growth in the vegetative phase under the regulatory effect of furopyrimidine derivatives. The Scientific Heritage, 140, 3-12. doi: 10.5281/zenodo.12720608.
  32. Tsygankova, V.A., Vasylenko, N.M., Andrusevich, Ya.V., Kopich, V.M., Solomyannyi, R.M., Kachaeva, M.V., Bondarenko, O.M., Pilyo, S.G., Popilnichenko, S.V., & Brovarets, V.S. (2025). Screening of synthetic auxin-like and cytokinin-like compounds, derivatives of thioxopyrimidine as new plant growth regulators. Significances of Bioengineering & Biosciences, 7(2), 779-789. doi: 10.31031/SBB.2025.07.000657.
  33. Wan, Y., & Fan, F. (2024). Direct organ regeneration from apical shoot buds of adult Pinus massoniana Lamb. In Vitro Cellular & Developmental Biology – Plant, 60, 202-213. doi: 10.1007/s11627-024-10415-2.
  34. Zavhorodnii, M.P., Derevianko, N.P., Shkopynska, T.E., Brazhko, O.A., Kornet, M.M., Gencheva, V.I., Luchkevych, E.R., & Shupenyuk, V.I. (2024). Study of the effect of S-heterilsuccinates on microclonal propagation of ornament.al plants. Pharmaceutical Review, 3, 21-34. doi: 10.11603/2312-0967.2024.3.14838.
  35. Zaytseva, Y.G. (2024). In vitro conservation and thidiazuron-induced micropropagation of Rhododendron yedoense var. poukhanense (H. Lév.) Nakai. Contemporary Problems of Ecology, 17, 928-935. doi: 10.1134/S1995425524700677.