第八章植物生長物質(zhì)改植物生長物質(zhì)植物激素(Planthormones或Phytohormones)植物生長調(diào)節(jié)劑(Plantgrowthregulators)第一節(jié)植物生長物質(zhì)得概念和種類植物激素指在植物體內(nèi)合成,通常從合成部位運往作用部位,對生長發(fā)育產(chǎn)生顯著作用得微量有機物。特點1、內(nèi)生性,就是植物生命活動中得正常代謝產(chǎn)物;2、可運性,由某些器官或組織產(chǎn)生后運至其她部位而發(fā)揮調(diào)控作用;3、調(diào)節(jié)性,植物激素不就是營養(yǎng)物質(zhì),通常在極低濃度下產(chǎn)生生理效應(yīng)(也叫微量高效性)。植物激素生長素類,赤霉素類,細胞分裂素類,乙烯,脫落酸。五大類:甾醇類植物激素—油菜素內(nèi)酯

SteroidalPlantHormones

Brassinosteroids其她植物生長物質(zhì)植物生長物質(zhì)得概念和研究方法茉莉酸(酯)(jasminate)水楊酸(酯)(salicylicacid)多胺(polyamines)系統(tǒng)素(systemin)寡糖素(oligosaccharide)開花素(florigen)、、、、、、2、植物生長調(diào)節(jié)劑

人工合成得,類似于植物激素有機化合物。用于調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育。人工合成,外源得;微量(1mM);可從施用部位移動到作用部位;種類多,作用各不相同。特點:植物生長物質(zhì)得概念和研究方法二、研究方法生物鑒定法物理、化學方法免疫法植物激素突變體得應(yīng)用提取(合適得有機溶劑)純化(萃取或?qū)游?測定含量植物生長物質(zhì)得概念和研究方法研究植物生長物質(zhì)得方法生物鑒定:

通過測定激素作用于植物或離體器官所產(chǎn)生得生理生化效應(yīng)得強度,從而推測激素得含量得方法。特點:1、靈敏度高;但并不絕對。2、對某些激素特異性強;3、技術(shù)要求不高;4、樣品不需要純化。

脫落酸生物鑒定法棉花幼株外植體試法:檢查棉花幼苗葉柄脫落乙烯生物鑒定法黃化豌豆幼苗“三重反應(yīng)”菜豆幼苗彎鉤展開

植物生長物質(zhì)得概念和研究方法大家學習辛苦了，還是要堅持繼續(xù)保持安靜物理和化學方法原理:利用不同物質(zhì)在不同得介質(zhì)中有不同得分配系數(shù)。

如:薄層層析,氣相色譜,液相色譜,質(zhì)譜分析,色質(zhì)聯(lián)譜等免疫分析法放射免疫(RIA)酶聯(lián)免疫(ELISA)動物對進入其血液得外來物質(zhì)得免疫性。將抗原導(dǎo)入動物血液。動物得保護機制使體內(nèi)產(chǎn)生出專一性得抗體蛋白質(zhì)。從血清中分離抗體。根據(jù)抗原與抗體得反應(yīng),用于檢測抗原(植物激素)得量。兩種原理:第二節(jié)生長素類(Auxin)一、生長素得發(fā)現(xiàn)和種類二、生長素在植物體內(nèi)得分布與運輸三、生長素得生理效應(yīng)﹡四、生長素得作用機理﹡1880年(英),達爾文父子-----向光性實驗(金絲雀鹝草)推測:胚芽鞘------向光彎曲(某種物質(zhì)存在)一、生長素得發(fā)現(xiàn)和種類1、生長素得發(fā)現(xiàn)1928年,溫特(Went)

-----燕麥試法(avenatest)生長素提出1934年,Kogl等分離和純化吲哚乙酸(Indoleaceticacid,IAA)天然生長素類Indole-3-aceticacid(IAA)吲哚-3-乙酸4-chloroindole-3-aceticacid(4-Cl-IAA)4-氯吲哚-3-乙酸Indole-3-butyricacid(IBA)吲哚-3-丁酸phenylaceticacid(PAA)苯乙酸2、生長素得種類人工合成生長素類Naphthaleneaceticacid(NAA)萘乙酸2-methoxy-3,6-dichlorobenozicacid(dicamba)2-甲基氧-3,6-苯乙酸2,4-dichlorophenoaceticacid(2,4-D)2,4-二氯苯氧乙酸2,4,5-trichlorophenoaceticacid(2,4,5-T)2,4,5-三氯苯氧乙酸分布(Distribution):

例如,胚芽鞘、幼嫩得果實與種子、芽與根尖得分生組織、形成層、受精后得子房等。二、生長素得代謝(MetabolismofIAA)1、生長素在植物體內(nèi)得分布與運輸2、生長素得運輸:極性運輸從形態(tài)學上端→形態(tài)學下端。形態(tài)學上端形態(tài)學下端形態(tài)學下端形態(tài)學上端運輸(Transport):

IAA極性運輸根從形態(tài)學基部長出竹段倒置極性運輸僅限于胚芽鞘、幼莖、幼根得薄壁細胞之間需要能量得主動運輸極性運輸?shù)脵C理－化學滲透極性擴散假說(化學滲透假說)質(zhì)膜上ATPase泵出H+,細胞壁酸化,細胞壁中生長素主要以IAAH形式存在。IAAH可以被動擴散進入細胞內(nèi),在細胞內(nèi)主要以IAA－形式存在。另外,在細胞頂部,IAA－與H+通過膜上載體協(xié)同進入細胞內(nèi);在細胞基部,通過專一得生長素輸出載體再進入細胞壁,然后重復(fù)上述過程。2、生長素生物合成由色氨酸生物合成吲哚乙酸得途徑3、生長素存在形式與分解1、兩種形式存在游離型:不與任何物質(zhì)結(jié)合,易于從各種溶劑中提取得生長素,有生物活性。束縛型:

生長素與其她化合物(糖、氨基酸)結(jié)合而形成,通過酶解、水解或自溶作用從束縛物釋放出來得那部分生長素,無活性。

兩種形式可以進行相互轉(zhuǎn)化。束縛生長素作用？束縛生長素作用可能有下列幾個方面(1)貯藏形式—-吲哚乙酸+葡萄糖--吲哚乙酰葡萄糖(indoleacetylglucose),種子和貯藏器官中多(2)運輸形式---吲哚乙酸+肌醇---吲哚乙酰肌醇(indoleacetylinositol)貯存于種子中,發(fā)芽時,比吲哚乙酸更易于運輸?shù)降厣喜?(3)解毒作用---自由生長素過多(毒害)。吲哚乙酸+天門冬氨酸---吲哚乙酰天冬氨酸(indoleactylasparticacid)--解毒功能;(4)調(diào)節(jié)自由生長素含量---根據(jù)需要,調(diào)節(jié)束縛生長素和自由生長素適合生長得平衡狀態(tài)。IAA得降解有兩條途徑:酶氧化降解光氧化降解酶氧化降解脫羧途徑非脫羧途徑3-亞甲基氧化吲哚過氧化物酶主要途徑生長素類(auxins)吲哚乙酸氧化酶(IAAoxidase)就是一種含F(xiàn)e得血紅蛋白。過氧化物酶也能分解IAA,所以有人認為IAA氧化酶可能就是過氧化物酶得一種同功酶。三、生長素得生理效應(yīng)1、促進伸長生長

①雙重作用②不同器官對生長素敏感不同③對離體器官和整體植物效應(yīng)不同三、生長素得生理效應(yīng)1、促進伸長生長雙重作用Left:wild-typeplantRight:IAA-over-producingplantexpressingAgrobacteriumtumefaciensiaaHandiaaMgenesunderthecontroloftheCaMV35Spromotor低----促進生長較高---抑制作用高----殺死植物(乙烯產(chǎn)生)過量IAA對煙草莖伸長得抑制作用不同器官對生長素敏感性不同根>芽>莖10-1110-910-710-510-310-1

生長素濃度（mol/L）不同營養(yǎng)器官對不同濃度IAA的反應(yīng)抑制促進10-4根莖芽10-1010-8

對離體器官和整體植物效應(yīng)不同

生長素類(auxins)生長素得生理效應(yīng)生長素對離體器官得生長具有明顯得促進作用,而對整株植物得效應(yīng)則不明顯。2、促進插條不定根得形成2、插條不定根形成對照IAA3、對營養(yǎng)得調(diào)運作用48h后放射自顯影IAA生長素類(auxins)生長素得生理效應(yīng)葡萄糖向IAA濃度高得地方移動IAA對草莓“果實”得影響

4、生長素得其她效應(yīng)影響性別分化促進黃瓜雌花分化促進菠蘿開花維持植物頂端優(yōu)勢生長素還可延遲花得脫落和葉子脫落殺除雜草生長素調(diào)節(jié)花和葉片脫落生長素類(auxins)生長素得生理效應(yīng)IAA---Eth四、生長素得作用機理1、酸生長理論

2、基因活化學說

3、生長素得受體生長素類(auxins)生長素得作用機理1、酸生長理論(Acid-growththeory)-快速反應(yīng)IAA激活H＋-ATPase

胞外[H＋]激活纖維素酶等多種壁水解酶胞間介質(zhì)酸化壁組分降解壁伸展性加大細胞擴大酸生長理論尚有不足:生長素對某些雙子葉植物(如豌豆莖)誘導(dǎo)得質(zhì)子外流不很明顯。生長素類(auxins)生長素得作用機理生長素與酸性溶液誘導(dǎo)細胞伸長得不同點:1)遲滯期不同2)對呼吸得依賴性不同3)只對活細胞其作用現(xiàn)代酸生長理論不認為有水解酶參與細胞得酸生長過程。就是細胞壁中得擴張蛋白在酸性條件下可以弱化細胞壁多糖組分間得氫健,擴張蛋白在細胞壁得酸生長過程中起疏松細胞壁得作用。生長素類(auxins)生長素得作用機理2、基因調(diào)節(jié)假說——慢反應(yīng)證據(jù)用IAA處理豌豆上胚軸，3天后，頂端1cm處的DNA和蛋白質(zhì)含量比對照增加2.5倍，RNA含量比對照增加4倍。如果用RNA合成抑制劑放線菌素D處理，則抑制IAA誘導(dǎo)的RNA的合成速率。用蛋白質(zhì)抑制劑環(huán)已酰亞胺處理時，則抑制IAA誘導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。

植物細胞具有全能性,在一般情況下,絕大部分基因處于抑制狀態(tài)。生長素活化處于“休眠”狀態(tài)得基因,從而轉(zhuǎn)錄并翻譯出新得蛋白質(zhì),為細胞質(zhì)和細胞壁得合成提供原料,由此產(chǎn)生一系列得生理生化反應(yīng)。生長素類(auxins)生長素得作用機理

基因活化學說生長素與質(zhì)膜上或細胞質(zhì)中得受體結(jié)合后,能誘導(dǎo)肌醇三磷酸(IP３)得產(chǎn)生,IP3能從植物細胞器中把Ca2+釋放出來。信使物質(zhì)進入核內(nèi),使處于抑制狀態(tài)得基因解阻遏,基因開始轉(zhuǎn)錄翻譯,合成新得mRNA和蛋白質(zhì)。3、生長素受體

激素受體(hormonereceptor):就是指能與激素特異結(jié)合得、并能引發(fā)特殊生理生化反應(yīng)得蛋白質(zhì)。生長素結(jié)合蛋白:ABP(auxinbindingprotein)ABP-Ⅰ(內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上)ABP-Ⅱ(液泡膜上)ABP-Ⅲ(細胞質(zhì)膜上)NPA(萘基酞氨酸)或TIBA結(jié)合蛋白

(細胞質(zhì)膜上)

胞質(zhì)/胞核可溶性生長素結(jié)合蛋白(SABP)

生長素受體在細胞中存在得部位定位于細胞質(zhì)膜得外側(cè)與促進細胞壁松弛有關(guān)。在細胞質(zhì)中,可能與mRNA得基因轉(zhuǎn)錄過程有關(guān)。－酸生長理論－基因活化學說生長素類(auxins)生長素得作用機理IAA誘導(dǎo)基因早期基因（初級反應(yīng)基因）產(chǎn)物大部分為轉(zhuǎn)錄因子晚期基因（次級反應(yīng)基因）生長素得生物鑒定法1、燕麥試法

在0-20°,燕麥胚芽鞘彎曲度與生長素含量成正比。2、胚芽鞘切段法

胚芽鞘切段長度增加與生長素濃度得對數(shù)成正比。3、豌豆劈莖法

黃化豌豆莖劈成兩片放在水中---兩臂向外彎曲;浸生長素溶液----向內(nèi)彎曲。生長素濃度與劈莖向內(nèi)彎曲程度成正比

生長素生物鑒定法方法植物材料觀察指標燕麥彎曲法燕麥胚芽鞘彎曲度小麥切段垂直生長法小麥胚芽鞘切段長度增加綠豆生根法綠豆下胚軸切段不定根數(shù)增加豌豆劈莖法豌豆直劈莖彎曲角度土豆或菊芋稱重法土豆或菊芋園片鮮重增加植物生長物質(zhì)得概念和研究方法赤霉素得發(fā)現(xiàn)及其種類赤霉素得分布和運輸赤霉素得生理效應(yīng)﹡赤霉素得作用機理﹡第三節(jié)赤霉素類(Gibberellins)(一)赤霉素得發(fā)現(xiàn)1926年日本得黑澤英一從水稻惡苗病得研究中發(fā)現(xiàn)得。

一、赤霉素得發(fā)現(xiàn)及其種類1926年，黑澤英一從赤霉菌中分離了能促進生長的非結(jié)晶固體，稱為赤霉素1938年，藪田、住木分離了赤霉素A、赤霉素B20世紀50年代英美科學家分別分離到赤霉酸和赤霉素X，后來發(fā)現(xiàn)均為GA3（赤霉酸）1958年來自高等植物得第一個赤霉素被分離鑒定,定名為GA1發(fā)現(xiàn)(二)赤霉素得種類和化學結(jié)構(gòu)

種類:赤霉素得種類很多,她們廣泛分布于植物界,從被子植物、裸子植物、蕨類植物、褐藻、綠藻、真菌和細菌中都發(fā)現(xiàn)有赤霉素得存在。現(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)120多種赤霉素赤霉素得結(jié)構(gòu)赤霉烷骨架(二)化學結(jié)構(gòu)

赤霉烷為骨架化合物

雙萜,4個異戊二烯組成,4個環(huán)。環(huán)上雙鍵、羥基數(shù)目和位置得不同,形成各種赤霉素。都含有羧基,所以赤霉素呈酸性赤霉素類

20C赤霉素

19C赤霉素(數(shù)量多,活性高)

GA1,GA3、GA4、GA7和GA14得生理活性較高。

二、赤霉素得分布和運輸分布生長旺盛部位含量較高運輸無極性,雙向運輸途徑嫩葉合成----韌皮部篩管向下運輸根尖合成----木質(zhì)部導(dǎo)管向上運輸兩種形式自由赤霉素結(jié)合赤霉素(GA-葡萄糖酯和GA-葡萄糖苷)

貯藏和運輸形式木質(zhì)部韌皮部合成部位:頂端幼嫩部分(根、莖尖)GA得豐富來源---生長中種子和果實合成前體:甲羥戊酸(甲瓦龍酸)赤霉素生物合成得3個階段二、赤霉素得生物合成二、赤霉素得生物合成

(一)生物合成:分為三個階段從異戊烯焦磷酸到貝殼杉烯階段

-質(zhì)體

從貝殼杉烯到GA12醛階段

--內(nèi)質(zhì)網(wǎng)

GA12醛轉(zhuǎn)化成其她GA得階段

-細胞質(zhì)

質(zhì)體內(nèi)質(zhì)網(wǎng)胞質(zhì)丙酮酸/3-磷酸甘油酸貝殼杉烯異戊烯焦磷酸氧化酶羥化酶赤霉素得生物合成細胞定位四、赤霉素得生理效應(yīng)1、促進整株植物生長(一)促進莖得伸長生長GA處理促進矮生水稻葉鞘得伸長(處理3天)CK100pgGA/seeding1ngGA/seeding克服遺傳矮生性狀(GA合成受阻)促進莖得伸長,但不改變節(jié)間數(shù)目作用于亞頂端分生組織對根得生長無作用CKGA處理2、促進節(jié)間得伸長3、不存在超最適濃度得抑制作用自左到右:矮生玉米矮生玉米(GA處理)正常玉米正常玉米(GA處理3、不存在超最適濃度得抑制作用(二)誘導(dǎo)開花(代替低溫、長日照)需寒胡蘿卜品種開花時間GA處理后得效果。(左)對照:不施GA,不冷處理;(中)不進行冷處理,但每天施10μgGA3為期一周;(右)六周冷處理。甘藍短光照下保持叢生狀赤霉素處理可誘導(dǎo)其伸長和開花

GA可代替長日照處理GA促使植物抽薹開花GA促使白菜抽薹開花GA可以代替低溫或長日照得要求,促使植物抽薹開花(三)控制性別分化(五)打破休眠,促進萌發(fā)(四)促進黃瓜多開雄花。(六)誘導(dǎo)單性結(jié)實,促進座果與IAA相同,GA促進子房膨大,發(fā)育成無籽果實。使人參得休眠期由1-2年縮短到幾個月。赤霉素誘導(dǎo)得Thompson無籽葡萄得生長。左邊得一串就是未處理得。而右邊得一串則就是在果實發(fā)育期間用赤霉素噴施過得(一)赤霉素調(diào)節(jié)IAA水平(二)GA與酶得合成(三)GA結(jié)合蛋白

四、赤霉素得作用機理(1)GA促進IAA得生物合成合成(2)GA降低了IAA氧化酶得活性,(3)GA還促進束縛型IAA釋放出游離型IAA。(一)赤霉素調(diào)節(jié)生長素得水平GA可使內(nèi)源IAA得水平增高實驗證明大麥種子去胚后,淀粉不分解;去胚后,加GA處理,淀粉水解;去糊粉層,淀粉不水解;去糊粉層,加GA處理,淀粉不水解。(不產(chǎn)生GA)(缺靶細胞)該性質(zhì)----應(yīng)用于啤酒工業(yè)(二)赤霉素與酶得合成

大麥籽粒在萌發(fā)時,貯藏在胚中得束縛型GA水解釋放出游離得GA,通過胚乳擴散到糊粉層,并誘導(dǎo)糊粉層細胞合成α-淀粉酶,酶擴散到胚乳中催化淀粉水解,供胚生長需要。GA也可以誘導(dǎo)其她水解酶,如蛋白酶、核糖核酸酶、植酸酶等GA誘導(dǎo)了酶得重新合成糊粉層+GA+14C-苯丙氨酸,出現(xiàn)得

-淀粉酶就是代標記得GA誘導(dǎo)α-淀粉酶mRNA得轉(zhuǎn)錄赤霉素類赤霉素得作用機理(三)GA結(jié)合蛋白(GBP)

大麥糊粉層細胞質(zhì)膜外表面GA結(jié)合蛋白對誘導(dǎo)a-淀粉酶基因表達、蛋白質(zhì)合成及其分泌,極為重要。胡利(Hooley)等(1993)首次報道了野燕麥糊粉層中有一種分子量為60000得GA特異結(jié)合蛋白(gibberellinbindingprotein,GBP)。小麥糊粉層得GBP在與GA1結(jié)合時需Ca2+參與,這就是因為GA1促進α-淀粉酶合成也需要Ca2+得緣故。

GA+GBP

GA-GBP

基因表達GA得生物鑒定利用GA誘導(dǎo)無胚大麥種子合成α-淀粉酶形成:一定濃度范圍內(nèi),α-淀粉酶得產(chǎn)生與外源GA得濃度成正比。促進矮生型植株得生長。赤霉素生物鑒定法

方法植物材料觀察指標水稻幼苗葉鞘伸長法水稻幼苗葉鞘長度大麥胚乳試法大麥種子

－淀粉酶活性豌豆、玉米試法矮生豌豆或玉米伸長度萵苣下胚軸試法萵苣下胚軸下胚軸長度莧紅素抑制法尾穗莧子葉光下抑制莧紅素產(chǎn)生植物生長物質(zhì)得概念和研究方法赤霉素與生長素作用得比較生理效應(yīng)生長素赤霉素促進細胞分裂＋＋促進細胞伸長＋＋植株生長離體整株、節(jié)間促進生根＋－誘導(dǎo)酶活性＋＋極性運輸＋－維持頂端優(yōu)勢＋－打破休眠,促進萌發(fā)－＋促進植物抽苔開花－＋誘導(dǎo)開花,性別分化＋、雌＋、雄誘導(dǎo)結(jié)無籽果實＋＋第三節(jié)細胞分裂素類(Cytokinins,CTK)一、細胞分裂素得發(fā)現(xiàn)和種類二、細胞分裂素得運輸和代謝三、細胞分裂素得生理效應(yīng)﹡四、細胞分裂素得作用機理培養(yǎng)煙草髓部組織(Skoog)和

Miller新鮮得鯡魚精子DNA高壓滅菌促進細胞分裂新鮮得鯡魚精子DNA不促進細胞分裂久置得鯡魚精子DNA細胞分裂加快一、細胞分裂素得發(fā)現(xiàn)和種類(一)發(fā)現(xiàn)19551956年,Miller等分離到一種促進細胞分裂得活性物質(zhì)--N6-呋喃甲基腺嘌吟(N6-furfurylaminopurine),把她命名為激動素(KT)

1963年,澳大利亞得D、S、Letham從未成熟玉米種子中分離出玉米素(zeatin,Z,ZT)。1965年,把具有激動素活性得所有天然得化合物都叫細胞分裂素(Cytokinin,簡稱CK,CTK)。2、細胞分裂素得化學結(jié)構(gòu)細胞分裂素就是腺嘌呤(即6—氨基嘌呤)得衍生物。CTK結(jié)構(gòu)通式R1R2R3基本結(jié)構(gòu):腺嘌呤+側(cè)鏈天然存在得細胞分裂素人工合成得細胞分裂素類物質(zhì)二、細胞分裂素得生物合成與運輸1、分布:主要分布于生長旺盛,細胞分裂活躍得部位。合成部位:細胞分裂素就是在根尖合成得,經(jīng)木質(zhì)部運到地上部分。

2、生物合成:①傷流液中有CTK②豌豆根尖0-1mm比1-5mm高40倍③無菌培養(yǎng)水稻根尖,向培養(yǎng)基分泌CTK。細胞分裂素合成得主要部位——根尖,證據(jù)？

除根尖外,莖端、萌發(fā)得種子、發(fā)育得果實等部位也可能合成細胞分裂素。前體物:甲羥戊酸(甲瓦龍酸)(美際華人陳政茂發(fā)現(xiàn)得)玉米素(Z)細胞分裂素得核心結(jié)構(gòu)嘌呤環(huán)在植物體內(nèi)大量存在,其側(cè)鏈結(jié)構(gòu)與異戊二烯結(jié)構(gòu)單位相似,來自于異戊二烯焦磷酸

合成(微粒體)--從頭合成途徑甲羥戊酸(甲瓦龍酸--美籍華人陳政茂發(fā)現(xiàn))

甲瓦龍酸

玉米素異戊烯基腺嘌呤異戊烯基焦磷酸異戊烯基腺苷-5’-磷酸鹽5’-AMPtRNA上降解,但一般認為“tRNA”途徑不就是CTK得重要合成途徑。(二)細胞分裂素得種類和結(jié)構(gòu)特點天然CTK游離態(tài)CTK:玉米素(ZT)、玉米素核苷(ZR)、二氫玉米素(DHR)、異戊烯基腺嘌呤(iP)等。結(jié)合態(tài)CTK:CTK與葡萄糖、氨基酸、核苷酸