植物生理学-8植物生长物质ppt课件.ppt

第八章第八章 植物的生长物质植物的生长物质一些对植物生长发育具有调节作用的物质。一些对植物生长发育具有调节作用的物质。植物激素：植物激素： 是植物体内合成的并能从产生处运到别处对是植物体内合成的并能从产生处运到别处对生长发育产生显著作用的微量有机物。生长发育产生显著作用的微量有机物。植物生长调节剂：植物生长调节剂： 具有植物激素性质的人工合成物质。具有植物激素性质的人工合成物质。生长素类、赤霉素类生长素类、赤霉素类 、细胞分裂素类、细胞分裂素类脱落酸、乙烯、油菜素内酯脱落酸、乙烯、油菜素内酯18801880：英英 DarwinDarwin父子，金丝雀草胚芽鞘向光性实验父子，金丝雀草胚芽鞘向光性实验19131913：丹麦丹麦 Boyson JensenBoyson Jensen，凝胶片实验，凝胶片实验19141914、19191919：匈牙利匈牙利 A PaalA Paal，作用物可扩散性作用物可扩散性19281928年：年：荷兰荷兰 F W WentF W Went，证明作用物是某种化学物质，证明作用物是某种化学物质19341934年：年：荷兰荷兰 F KoglF Kogl等。从玉米油、根霉、麦芽等分离等。从玉米油、根霉、麦芽等分离 出并纯化了刺激生长的物质，经鉴定是出并纯化了刺激生长的物质，经鉴定是 3 3吲哚乙酸（吲哚乙酸（IAAIAA）第一节第一节 生长素类生长素类一、一、生长素的发现生长素的发现及种类及种类* *其它天然生长素类其它天然生长素类4ClIAA苯乙酸苯乙酸(PAA)吲哚丁酸吲哚丁酸(IBA) 二、生长素在植物体内的分布和运输二、生长素在植物体内的分布和运输（一）分布：（一）分布：分布广，含量微，分布广，含量微，1010100ng/g FW 100ng/g FW 10-100mg/ 10-100mg/吨吨 FWFW 集中在生长旺盛的部位（胚芽鞘、芽、根尖、形成集中在生长旺盛的部位（胚芽鞘、芽、根尖、形成层、受精子房）趋向衰老的组织器官含量甚少。层、受精子房）趋向衰老的组织器官含量甚少。（二）运输：（二）运输：1 需能的单向的极性运输（维管束鞘薄壁细胞）需能的单向的极性运输（维管束鞘薄壁细胞）极性运输：极性运输：只能从形态学上端运向下端而不能逆转只能从形态学上端运向下端而不能逆转 过来过来的的 运输方式。运输方式。速度：速度：1 12.4cm/h2.4cm/h，比扩散快，比扩散快1010倍。倍。机制：机制：耗能、缺氧受阻、逆浓度梯度。耗能、缺氧受阻、逆浓度梯度。19771977年年Gold SmithGold Smith 提出化学渗透学说。提出化学渗透学说。 IAA pKa=4.75 AUX1 HIAA pKa=4.75 AUX1 H+ +/IAA/IAA- - ; PIN PGP ; PIN PGP抑制剂抑制剂 NPA ;N-1-萘基邻氨甲酰苯甲酸萘基邻氨甲酰苯甲酸图图图图图图2 韧皮部运输韧皮部运输 成熟叶，非极性，速度快，不直接耗能。成熟叶，非极性，速度快，不直接耗能。三、三、IAAIAA的生物合成的生物合成（一）合成部位：（一）合成部位：主要是叶原基、嫩叶、正发育的主要是叶原基、嫩叶、正发育的种子；成熟叶、根、种子；成熟叶、根、 合成量微少。合成量微少。（二）合成过程（二）合成过程1 吲哚丙酮酸途径吲哚丙酮酸途径 高等植物中占优势高等植物中占优势2 色胺途径色胺途径 在植物中占多数在植物中占多数3 吲哚乙酰胺途径吲哚乙酰胺途径 细菌细菌4 吲哚乙腈途径吲哚乙腈途径 十字花科、禾本科、芭蕉科十字花科、禾本科、芭蕉科图图四、自由生长素和束缚生长素四、自由生长素和束缚生长素（一）定义（一）定义1 自由生长素：自由生长素：植物体内以游离状态存在，易于提植物体内以游离状态存在，易于提 取的生长素称为自由生长素。取的生长素称为自由生长素。2 束缚生长素：束缚生长素：植物体内需经酶解、植物体内需经酶解、 水解或自溶作水解或自溶作 用才能用才能 从束缚物中释放出来的那部从束缚物中释放出来的那部 分生长素称为束缚生长素。分生长素称为束缚生长素。（二）束缚生长素的作用（二）束缚生长素的作用1 储藏形式储藏形式 吲哚乙酰葡萄糖吲哚乙酰葡萄糖 种子萌发时释放种子萌发时释放2 运输形式运输形式 吲哚乙酰肌醇吲哚乙酰肌醇 3 解毒作用解毒作用 吲哚乙酰天冬氨酸吲哚乙酰天冬氨酸 生长素多时形成生长素多时形成4 防止氧化防止氧化 束缚生长素不易氧化束缚生长素不易氧化5 调节自由生长素含量调节自由生长素含量 束缚生长素占总生长素的束缚生长素占总生长素的50-90五、生长素的降解五、生长素的降解（一）酶促降解（一）酶促降解1 脱羧降解脱羧降解 19471947年发现年发现IAAIAA氧化酶，分布广泛。氧化酶，分布广泛。酶性质：酶性质：过氧化物酶、需过氧化物酶、需MnMn2+2+ 一元酚一元酚IAA + O 2 + 1/10 H2O2催化反应：催化反应：NHCH2(CH2OH)O+ CO2 + H2O3-亚甲基羟吲哚亚甲基羟吲哚IAA氧化酶氧化酶Mn2+ 一元酚一元酚2 不脱羧降解不脱羧降解IAA + O2NHH (OH)CH2COOHO羟吲哚乙酸和羟吲哚乙酸和二羟吲哚乙酸二羟吲哚乙酸（二）光氧化（二）光氧化IAA 吲哚醛吲哚醛 亚甲基羟吲哚亚甲基羟吲哚光光核黄素核黄素六、生长素的生理作用六、生长素的生理作用（一）促进细胞伸长生长（一）促进细胞伸长生长1 1 特点：特点： 敏感部位敏感部位 幼茎、胚芽鞘等；最适浓度幼茎、胚芽鞘等；最适浓度10105 510106 mol6 mol；不可逆；不可逆=图图2 原理：酸性生长理论原理：酸性生长理论主要观点：主要观点： IAAIAA到达靶细胞后，使靶细胞质膜上的到达靶细胞后，使靶细胞质膜上的H H+ +-ATP -ATP 酶酶活化，该酶水解活化，该酶水解ATPATP同时将同时将H H+ +泵出质膜，使胞壁酸化。泵出质膜，使胞壁酸化。胞壁胞壁pHpH下降可使氢键断裂、与壁松弛有关的酶活化。下降可使氢键断裂、与壁松弛有关的酶活化。 如如半乳糖苷半乳糖苷 酶在酶在pH4-5pH4-5时比时比pH7pH7时活性高时活性高3 31010倍倍而而（1 1，4 4）葡聚糖酶的活性可提高约）葡聚糖酶的活性可提高约100100倍，结果倍，结果造成细胞壁松弛可塑性增大，细胞吸水，体积扩大。造成细胞壁松弛可塑性增大，细胞吸水，体积扩大。 IAAIAA通过调节基因表达促进核酸及蛋白质的合成，通过调节基因表达促进核酸及蛋白质的合成，使原生质及壁物质增加，同时也可通过影响某些酶使原生质及壁物质增加，同时也可通过影响某些酶而促进代谢而促进代谢, ,进而提高细胞的吸水力。进而提高细胞的吸水力。（二）决定顶端优势（二）决定顶端优势1 1 顶端优势：顶端优势： 生长着的顶芽不同程度地抑制了侧生长着的顶芽不同程度地抑制了侧 （腋芽）的（腋芽）的生长，这种现象称为顶端优势。距顶芽越近抑制越生长，这种现象称为顶端优势。距顶芽越近抑制越强。强。2 2 原因：原因： 生长素决定：去顶芽抑制消除，人工加生长素决定：去顶芽抑制消除，人工加IAAIAA重重新抑制。侧芽生长所需生长素的浓度低于茎，顶芽新抑制。侧芽生长所需生长素的浓度低于茎，顶芽产生生长素向下运输，使侧芽因生长素浓度高而受产生生长素向下运输，使侧芽因生长素浓度高而受到抑制，距顶芽越近浓度越高抑制越强。但很多实到抑制，距顶芽越近浓度越高抑制越强。但很多实验结果与此相反。验结果与此相反。 营养物质决定：顶芽高水平的生长素含量使营养物质决定：顶芽高水平的生长素含量使其成为争夺营养物质能力强的代谢库，顶芽从侧芽其成为争夺营养物质能力强的代谢库，顶芽从侧芽吸取营养致使侧芽不能生长。但是将营养液直接施吸取营养致使侧芽不能生长。但是将营养液直接施到侧芽上也不能逆转。到侧芽上也不能逆转。图图 内源生长调节物决定：内源生长调节物决定：CTKCTK抑制顶端优势促进侧抑制顶端优势促进侧芽生长，芽生长，ABAABA抑制生长，去顶芽后侧芽中抑制生长，去顶芽后侧芽中ABAABA含量下降含量下降抑制解除。抑制解除。IAAIAA、CTKCTK、ABA ABA 共同起作用。共同起作用。 顶端优势现象很可能是植物激素、营养物质等因素顶端优势现象很可能是植物激素、营养物质等因素综合作用的结果。综合作用的结果。 （三）影响根生长和根形成（三）影响根生长和根形成1 1 促进根伸长生长：促离体根切段和完整根的伸长促进根伸长生长：促离体根切段和完整根的伸长 生长，所需浓度低生长，所需浓度低1010131310108 8 molmol促生长，促生长， 10106 610105 5 molmol抑制。抑制。2 2 促根形成：有叶侧根多，无叶侧根少。生长素促促根形成：有叶侧根多，无叶侧根少。生长素促 进侧根的形成和根的早期发育。进侧根的形成和根的早期发育。图图3 3 促进茎叶等器官不定根发育促进茎叶等器官不定根发育（四）延迟叶片等器官脱落（四）延迟叶片等器官脱落 由于由于IAAIAA的浓度梯度决定离层的形成，的浓度梯度决定离层的形成，IAAIAA又又能诱导乙烯的生成能诱导乙烯的生成. .所以所以IAAIAA延迟脱落的早期阶段延迟脱落的早期阶段出现，促进脱落的后期阶段。出现，促进脱落的后期阶段。七、生长素的作用机理七、生长素的作用机理 （一）生长素诱导茎切段生长动力学（一）生长素诱导茎切段生长动力学 （组织水平上的研究）（组织水平上的研究） 大豆下胚轴切段置于缓冲液中，生长速度下降到大豆下胚轴切段置于缓冲液中，生长速度下降到基础水平后，加入基础水平后，加入2 2，4 4D D，测定切段伸长速率。，测定切段伸长速率。15 15 minmin开始明显增长（伸长的第一阶段），约开始明显增长（伸长的第一阶段），约1 1小时后伸小时后伸长速率第二次增高（第二阶段，伸长的稳定状态期）。长速率第二次增高（第二阶段，伸长的稳定状态期）。图图图图（二）生长素受体（二）生长素受体 （亚细胞水平上的研究）（亚细胞水平上的研究）1 1 激素受体：激素受体： 能与激素特异地结合并在结合后呈现出特殊的生能与激素特异地结合并在结合后呈现出特殊的生理生化活性的物质，理生化活性的物质， 一般都是蛋白质故又称为受体一般都是蛋白质故又称为受体蛋白。生长素的结合位点在膜上（内质网膜、细胞质蛋白。生长素的结合位点在膜上（内质网膜、细胞质膜、液泡膜）和细胞液中。膜、液泡膜）和细胞液中。2 研究方法研究方法 a 亲和层析亲和层析 ：TIBA（三碘苯甲酸）结合到柱上，（三碘苯甲酸）结合到柱上，玉米胚芽鞘蛋白提取液过柱，玉米胚芽鞘蛋白提取液过柱，TIBA与受体结合，与受体结合，洗下，分离纯化。其抗体抑制洗下，分离纯化。其抗体抑制IAA所促的生长。定所促的生长。定位于细胞质膜的外侧，位于细胞质膜的外侧，22kD。图图b b 光亲和性放射性同位素标记法光亲和性放射性同位素标记法 ：以氚偶氮：以氚偶氮IAAIAA为标记物，紫外光下偶氮基团共价与番茄茎细胞膜为标记物，紫外光下偶氮基团共价与番茄茎细胞膜上的蛋白质相结合，从而鉴定出了上的蛋白质相结合，从而鉴定出了MWMW为为40kD40kD和和42kD42kD的多肽双体。的多肽双体。也有人报导细胞液中某种可溶性蛋白是生长素受体。也有人报导细胞液中某种可溶性蛋白是生长素受体。生长素作用机理的可能模式生长素作用机理的可能模式图图（三）生长素与基因表达（三）生长素与基因表达 通过差式筛选法确定通过差式筛选法确定IAAIAA控制的基因；控制的基因；利用放射性分子探针进行分子杂交利用放射性分子探针进行分子杂交 ，测定生，测定生长素处理后相关基因的表达水平。长素处理后相关基因的表达水平。图图八、人工合成的生长素类及其应用八、人工合成的生长素类及其应用（一）人工合成的生长素类（一）人工合成的生长素类1 吲哚衍生物：吲哚丙酸（吲哚衍生物：吲哚丙酸（IPA）、吲哚丁酸（）、吲哚丁酸（IBA）2 萘衍生物：萘衍生物：萘乙酸（萘乙酸（NAA）、萘氧乙酸（）、萘氧乙酸（NOA）3 苯衍生物：苯衍生物：2，4二氯苯氧乙酸（二氯苯氧乙酸（2，4D） 2，4，5三氯苯氧乙酸（三氯苯氧乙酸（2，4，5T）、）、 4碘苯氧乙酸（碘苯氧乙酸（4I-POA 增产灵）增产灵）（二）专一性抑制剂（二）专一性抑制剂 （对氯苯氧基）异丁酸（对氯苯氧基）异丁酸（PCIB） 抗生长素，与抗生长素，与IAA竞争受体。竞争受体。（三）应用（三）应用1 插条生根：插条生根：常用常用IBAIBA、NAANAA、2,4-D 102,4-D 10100ppm 100ppm 溶溶液或液或3003005000ppm5000ppm粉剂处理。粉剂处理。2 阻止器官脱落：阻止器官脱落：10ppm NAA10ppm NAA或或1ppm2,4-D1ppm2,4-D可使棉花可使棉花保蕾保铃。保蕾保铃。3 促进结实：促进结实：10ppm2,4-D10ppm2,4-D喷洒番茄花，促进座果且可喷洒番茄花，促进座果且可形成无籽果实。形成无籽果实。4 促进菠萝开花：促进菠萝开花：1414个月龄的菠萝植株，个月龄的菠萝植株，1 1年内任何年内任何时间用时间用5 510ppm10ppm的的NAANAA或或2,4-D2,4-D处理，处理，2 2个月后就能开花。个月后就能开花。第二节第二节 赤霉素类赤霉素类19261926年年 日本人日本人 黑泽英一黑泽英一 水稻恶苗病水稻恶苗病 赤霉菌赤霉菌19381938年年 日本人日本人 薮田贞次郎薮田贞次郎 获得结晶获得结晶 称为赤霉素称为赤霉素A A19581958年年 从高等植物分离出第一个赤霉素（从高等植物分离出第一个赤霉素（GA1GA1）19591959年年 鉴定结构鉴定结构 至至19981998年已发现年已发现136136种种一、一、GA 的结构和种类的结构和种类天然存在的天然存在的GA1 种类种类 两大类两大类 C19 ：GA1GA1、GA2GA2、GA3 GA3 多于多于C20 C20 活性高活性高C20 ：GA12GA12、GA13GA13、GA25 GA25 活性低活性低2 基本结构基本结构4 4个异戊二烯单位组成的双萜，个异戊二烯单位组成的双萜，4 4个环，赤霉烷。个环，赤霉烷。3 结构差异结构差异a a 碳数碳数 C19C19、C20 b C20 b 双键位置、数目双键位置、数目 c c 内酯键有无内酯键有无d d 羟基位置、数目羟基位置、数目 e e 羧基位置数目羧基位置数目4 GA在植物体内的存在状态在植物体内的存在状态a 自由自由GA：不以键的形式与其它物质相结合，不以键的形式与其它物质相结合， 易被提取出来的易被提取出来的GAGA。b 束缚束缚GA：以键和其它物质以键和其它物质 （如葡萄糖等）相（如葡萄糖等）相 结合，需经酸水解、酶解等过程才能结合，需经酸水解、酶解等过程才能 释放出来的释放出来的GAGA。 无活性无活性COOCH3 CH2OH (R1)C=O |OH (R2)HO(R3)R R1 1、R R3 3 葡萄糖或酰基，葡萄糖或酰基，R R2 2葡萄糖或肽基葡萄糖或肽基束缚赤霉素具有贮存、束缚赤霉素具有贮存、运输等功能。运输等功能。二、二、GA 的运输和分布的运输和分布（一）分布（一）分布 被子植物、裸子植物、藻类、真菌、细菌。被子植物、裸子植物、藻类、真菌、细菌。高等植物体内，分布在生长旺盛部位，茎端、嫩叶、根尖、高等植物体内，分布在生长旺盛部位，茎端、嫩叶、根尖、果实、种子等。果实、种子等。 一般两种以上，一般两种以上，1 11000ng/gFW1000ng/gFW。（二）运输（二）运输 无极性。根尖合成的经导管向上运输；嫩叶无极性。根尖合成的经导管向上运输；嫩叶合成的经筛管向下运输。不同植物运输速度差异大。如矮生豌合成的经筛管向下运输。不同植物运输速度差异大。如矮生豌豆豆5cm/h,5cm/h,豌豆豌豆2.1mm/h2.1mm/h、马铃薯、马铃薯0.42mm/h0.42mm/h。（三）（三）GAGA的分析方法的分析方法1 1 生物测定法：生物测定法：水稻幼苗点滴法、莴苣下胚轴法和水稻幼苗点滴法、莴苣下胚轴法和 大麦胚乳法等。大麦胚乳法等。2 2 气质联谱法（气质联谱法（GC-MSGC-MS）3 3 免疫法免疫法三、三、GA的生物合成与代谢的生物合成与代谢（一）合成部位（一）合成部位至少三处：至少三处：发育中的果实（或种子）、发育中的果实（或种子）、 伸长着的伸长着的 茎端、根部。茎端、根部。（二）合成过程（二）合成过程 类萜生物合成类萜生物合成2乙酰乙酰CoA 乙酰乙酰乙酰乙酰CoA 3-甲甲-3-羟羟-戊二酰戊二酰CoA DPP IPP 二磷酸二磷酸MVA 甲羟戊酸甲羟戊酸（MVA）乙酰乙酰CoA CoASH2NADPH+2H+2NADP+ + CoASH2ADP 2ATPADP+Pi+CO2 ATP1 IPP的合成：的合成：2 GGPP形成：形成：IPP +DPPGPP FPPIPP PPiPPi GGPP(双萜）双萜）IPP PPiGPPGPP PPi3 GA形成形成GGPPCDP内根贝壳杉烯合成酶内根贝壳杉烯合成酶A环化环化内根贝壳杉烯合成酶内根贝壳杉烯合成酶B内根内根贝壳杉烯贝壳杉烯内根贝壳杉烯酸内根贝壳杉烯酸加氧酶加氧酶GA12-醛醛GA12或或GA53图图质体质体内质网内质网细胞质细胞质GA12或或GA53GAsGA20-氧化酶氧化酶GA3-氧化酶氧化酶GA2-氧化酶氧化酶四、四、GA的生理作用的生理作用（一）（一）GA1促进茎的伸长促进茎的伸长GA1促进茎伸长的证明实验促进茎伸长的证明实验8080年代实验证明高茎比矮茎植物年代实验证明高茎比矮茎植物 含有较多的活性含有较多的活性赤霉素。对高、矮生豌豆伸长节间的提取物进行赤霉素。对高、矮生豌豆伸长节间的提取物进行GC-GC-MSMS分析，证明高生豌豆含有的分析，证明高生豌豆含有的GAGA1 1远远高于矮生豌豆。远远高于矮生豌豆。在高等植物体内在高等植物体内GAGA2020转化成转化成GAGA1 1 。GAGA2020在高生豌在高生豌豆体内可代谢成豆体内可代谢成GAGA1 1、GAGA8 8、GAGA2929等，而在矮生豌豆等，而在矮生豌豆体内只能转化成体内只能转化成GAGA2929及其它副产物。及其它副产物。图图（二）（二）GA诱导禾谷类种子诱导禾谷类种子 淀粉酶的合成淀粉酶的合成半种子实验证明半种子实验证明 淀粉酶的生成由胚决定。淀粉酶的生成由胚决定。糊粉层细胞原生质体实验糊粉层细胞原生质体实验 进一步证明诱导因子是进一步证明诱导因子是赤霉素。糊粉层细胞是靶细胞，赤霉素。糊粉层细胞是靶细胞， 对盾片分泌酶过程无对盾片分泌酶过程无明显影响。明显影响。（三）（三）GA的其它生理作用的其它生理作用 对部分长日植物可代替长日照或低温；促进座果对部分长日植物可代替长日照或低温；促进座果及果实生长，也能引及果实生长，也能引 起单性结实；打破休眠起单性结实；打破休眠 ，促进，促进萌发。萌发。图图五、五、GA的作用机理的作用机理1 促进茎伸长机制促进茎伸长机制促进细胞分裂：由于促进细胞分裂：由于GAGA促进促进DNA DNA 合成而缩短细胞分合成而缩短细胞分裂周期，如使矮生西瓜幼苗的细胞周期缩短裂周期，如使矮生西瓜幼苗的细胞周期缩短30%30%左右，左右，其中其中G1G1期缩短期缩短3030，S S期缩短期缩短3636。对莲座状长日植。对莲座状长日植物茎尖分生细胞有丝分裂的促进作用尤为明显。物茎尖分生细胞有丝分裂的促进作用尤为明显。图图促进细胞壁可塑性增大，吸水能力加强：促进细胞壁可塑性增大，吸水能力加强： GAGA促进促进淀粉、蔗糖等物质水解。淀粉、蔗糖等物质水解。 水解产物可为生长提供能水解产物可为生长提供能量，为细胞壁合成提供原料，还可降低细胞水势增强量，为细胞壁合成提供原料，还可降低细胞水势增强渗透吸水。渗透吸水。GAGA可使细胞壁松驰。可使细胞壁松驰。 GAGA不使壁酸化，可使细胞不使壁酸化，可使细胞壁中壁中CaCa含量下降，抑制过氧化物酶活性，阻止壁硬化。含量下降，抑制过氧化物酶活性，阻止壁硬化。GAGA促进壁物质的合成。促进壁物质的合成。与生长素作用机制不同之处：与生长素作用机制不同之处： 壁不酸化；伸长反壁不酸化；伸长反应的停滞期不同，生长素较短（应的停滞期不同，生长素较短（101015min15min），赤霉），赤霉素较长（素较长（45min45min）；赤霉素能缩短细胞分裂周期；敏）；赤霉素能缩短细胞分裂周期；敏感部位不同。感部位不同。2 GA 增强增强淀粉酶的淀粉酶的mRNA转录转录3535S-metS-met无细胞系统体外翻译实验：无细胞系统体外翻译实验：从从GAGA处理和对照组织中提取总处理和对照组织中提取总mRNA; mRNA; 体外翻译；体外翻译；淀粉酶抗体沉淀。制备淀粉酶抗体沉淀。制备3232P-cDNAP-cDNA探针，进行探针，进行RNARNA杂交，杂交，测定转录水平。测定转录水平。迁移分析法证明：迁移分析法证明：赤霉素诱导淀粉酶基因表达的原因可能是：赤霉素诱导淀粉酶基因表达的原因可能是：GAGA诱诱导产生一种能结合到该酶基因导产生一种能结合到该酶基因55上游调节序列上的一上游调节序列上的一种蛋白质。结合后启动基因表达。种蛋白质。结合后启动基因表达。图图六、赤霉素应用六、赤霉素应用（一）促进麦芽糖化。（一）促进麦芽糖化。（二）促进营养生长。（二）促进营养生长。对茎叶作用显著，对根伸长不对茎叶作用显著，对根伸长不起作用。起作用。（三）防止脱落：（三）防止脱落：葡萄开花后葡萄开花后1010天，天，200mg/L200mg/L喷花序，喷花序，增产无核。增产无核。（四）打破休眠：（四）打破休眠：马铃薯切块，马铃薯切块，1ppm 1ppm 泡泡5 51010分钟，分钟，凉干种。整薯，凉干种。整薯，5ppm5ppm泡泡3030分钟。分钟。第三节第三节 细胞分裂素类细胞分裂素类1、40年代，年代，威斯康辛大学，威斯康辛大学，SkoogSkoog等，烟草组织培等，烟草组织培养发现嘌呤类化合物促进细胞分裂。养发现嘌呤类化合物促进细胞分裂。2、1955年，年，MillerMiller和和SkoogSkoog等，从鲱鱼精子等，从鲱鱼精子DNADNA部分部分降解物中提纯出活性成分，定名为激动素降解物中提纯出活性成分，定名为激动素（KinetinKinetin）。）。3、1963年，年，LethamLetham，从甜玉米灌浆期籽粒中提取并从甜玉米灌浆期籽粒中提取并结晶出有效成分，命名为玉米素（结晶出有效成分，命名为玉米素（ZeatinZeatin) )。具有促进细胞分裂生理活性的具有促进细胞分裂生理活性的6 6位氨基取代的嘌位氨基取代的嘌呤类衍生物统称为呤类衍生物统称为细胞分裂素细胞分裂素（CytokininCytokinin）。）。一一 、细胞分裂素、细胞分裂素(CTK)的种类及化学结构的种类及化学结构（一）天然的细胞分裂素（一）天然的细胞分裂素1 游离的游离的CTK2 结合态的结合态的CTK侧链羟基与葡萄糖结合，嘌呤环上侧链羟基与葡萄糖结合，嘌呤环上N N7 7、N N9 9与葡萄与葡萄糖结合；糖结合；N N9 9以肽键与丙氨酸结合，形成结合态以肽键与丙氨酸结合，形成结合态CTKCTK。与贮存及运输有关。与贮存及运输有关。甜玉米：玉米素甜玉米：玉米素椰子乳：玉米素核苷椰子乳：玉米素核苷黄羽扇豆：二氢玉米素黄羽扇豆：二氢玉米素菠菜、豌豆、荸荠：异戊烯基腺苷菠菜、豌豆、荸荠：异戊烯基腺苷 异戊烯基腺苷、反式玉米素核苷、甲硫基异戊烯异戊烯基腺苷、反式玉米素核苷、甲硫基异戊烯基腺苷、甲硫基玉米素核苷基腺苷、甲硫基玉米素核苷 t RNA中的中的(二）人工合成的二）人工合成的CTK 6BA 6BA 、PBAPBA（四氢吡喃苄基腺嘌呤）、二苯脲（四氢吡喃苄基腺嘌呤）、二苯脲 、KTKT（三）（三）CTK的分析、鉴定的分析、鉴定1 生物鉴定法生物鉴定法：组织培养法；子叶扩大生长法；体叶衰老法。组织培养法；子叶扩大生长法；体叶衰老法。2 免疫分析法：免疫分析法：CTKCTK核苷蛋白，制成抗体，放射免疫分析核苷蛋白，制成抗体，放射免疫分析3 GC和和HPLC法：法：图图含量含量11000ng.g-1DW; 多是玉米素和玉米素核苷多是玉米素和玉米素核苷( (二二) )生物合成生物合成1 合成部位：合成部位：根尖是主要合成部位。茎端可能根尖是主要合成部位。茎端可能也能少量合成，冠瘿、萌发的种子、发育中的果也能少量合成，冠瘿、萌发的种子、发育中的果实也有一定的合成能力。实也有一定的合成能力。2 合成途径：合成途径：a tRNAtRNA降解降解二、二、CTK的分布、生物合成及运输的分布、生物合成及运输（一）分布（一）分布 广泛分布于细菌、真菌、藻类、高等广泛分布于细菌、真菌、藻类、高等 植物之中。植物之中。高等植物体内主要分布于细胞分裂活高等植物体内主要分布于细胞分裂活 跃的部位如根尖、跃的部位如根尖、茎尖未成熟的种子、萌发的种子和生长着的果实等。茎尖未成熟的种子、萌发的种子和生长着的果实等。 b 合成：合成：3乙酰乙酰CoA IPP DPP MVA途径途径CTK氧化酶氧化酶5-AMP + 异戊烯基腺苷酸异戊烯基腺苷酸(i6AMP)Pi玉米素核苷磷酸盐玉米素核苷磷酸盐（io6AMP） PPi异戊烯基腺苷异戊烯基腺苷(i6A)玉米素核苷玉米素核苷（io6A）核糖异戊烯基腺嘌呤异戊烯基腺嘌呤(i6Ade）玉米素玉米素（io6Ade）核糖Pi羟基化羟基化CTK合成酶合成酶（三）运输：（三）运输： 无极性，多以细胞分裂素核苷酸形式，无极性，多以细胞分裂素核苷酸形式， 以通过木质部向上运输为主。以通过木质部向上运输为主。（四）分解：（四）分解：在细胞分裂素氧化酶的作用下，把在细胞分裂素氧化酶的作用下，把 io io6 6AdeAde、ioio6 6A A、i i6 6A A等转变为腺嘌等转变为腺嘌呤。呤。三、三、CTK的生理作用的生理作用（一）促进细胞分裂（一）促进细胞分裂生长素启动生长素启动DNADNA合成，细胞分裂素调节有丝分裂合成，细胞分裂素调节有丝分裂过程。两种激素共同作用控制细胞分裂。过程。两种激素共同作用控制细胞分裂。CTKCTK可能通可能通过控制有丝分裂过程所必需的几种特殊的蛋白质的合过控制有丝分裂过程所必需的几种特殊的蛋白质的合成而起作用。成而起作用。（二）控制培养组织的形态建成（二）控制培养组织的形态建成生长素生长素/CTK /CTK 比值高有利于根分化；比值低有利于比值高有利于根分化；比值低有利于芽分化；比值居中不分化。芽分化；比值居中不分化。 图图图图（三）延迟衰老和促进营养物质转移（三）延迟衰老和促进营养物质转移离体叶衰老快，暗中比光下衰老快。叶柄形成不定离体叶衰老快，暗中比光下衰老快。叶柄形成不定根后衰老延迟。不定根形成后叶中根后衰老延迟。不定根形成后叶中CTKCTK含量上升。含量上升。图图CTKCTK促进营养物质移动可能也是其抑制促进营养物质移动可能也是其抑制衰老的原因。衰老的原因。原因：原因：CTKCTK保持液泡膜的完整性，防止蛋白酶漏出。防保持液泡膜的完整性，防止蛋白酶漏出。防止膜中不饱和脂肪酸氧化。止膜中不饱和脂肪酸氧化。CTKCTK抑制了羟基自由基、抑制了羟基自由基、超氧负离子等活性氧的形成并加速其清除过程，从而超氧负离子等活性氧的形成并加速其清除过程，从而避免了这些自由基对膜脂的氧化作用。避免了这些自由基对膜脂的氧化作用。（四）促进细胞扩大（四）促进细胞扩大对子叶的促生长作用明显，主要是促进细胞扩对子叶的促生长作用明显，主要是促进细胞扩大的结果。大的结果。CTKCTK通过增加细胞壁的可塑性使细胞吸通过增加细胞壁的可塑性使细胞吸水扩大而起作用。水扩大而起作用。 IAAIAA和和GAGA均不促进子叶的细胞扩均不促进子叶的细胞扩大，大，CTKCTK的作用机理不同于的作用机理不同于IAAIAA和和GAGA。（五）促进侧芽发育（五）促进侧芽发育IAAIAA促进顶端优势而促进顶端优势而CTK CTK 抑制顶端优势。转抑制顶端优势。转CTKCTK合成酶基因的实验结果表明：内源合成酶基因的实验结果表明：内源CTKCTK增多促增多促进了侧枝发育。进了侧枝发育。 IAAIAA亏缺突变体的实验表明：内源亏缺突变体的实验表明：内源IAAIAA水平下降也能促进侧枝生长。水平下降也能促进侧枝生长。 图图（六）其它生理作用（六）其它生理作用促进黄化苗的叶片或子叶的叶绿素的出现和积促进黄化苗的叶片或子叶的叶绿素的出现和积累，对叶绿体的发育也起作用；促进许多酶的活性；累，对叶绿体的发育也起作用；促进许多酶的活性；控制或促进花器官的性别；促进花芽分化及气孔开控制或促进花器官的性别；促进花芽分化及气孔开放等方面均有一定的作用。放等方面均有一定的作用。四、作用机理四、作用机理（一）（一）CTKCTK调节蛋白质合成调节蛋白质合成 对对DNADNA合成没发现有特殊影响合成没发现有特殊影响CTKCTK结合因子（结合因子（CBF-1CBF-1）：）：谷粒中发现，具有激谷粒中发现，具有激素受体特征，定位于核糖体上。素受体特征，定位于核糖体上。促进总的蛋白质合促进总的蛋白质合成：成：向大豆细胞培养基加入向大豆细胞培养基加入CTKCTK后后1515分钟，多聚核糖分钟，多聚核糖体的比例上升。体的比例上升。图图改变合成蛋白质的种类：改变合成蛋白质的种类：给培养的大豆细胞喂饲给培养的大豆细胞喂饲3232S-S-MetMet进行蛋白质生物合成。发现进行蛋白质生物合成。发现CTKCTK处理后增加了一些蛋处理后增加了一些蛋白质的合成，抑制了另一些蛋白质的合成。白质的合成，抑制了另一些蛋白质的合成。CTKCTK可能为可能为一些蛋白质的合成所必须。一些蛋白质的合成所必须。（二）（二）CTKCTK对基因表达的调控对基因表达的调控CTK CTK 对基因表达的调控作用涉及到翻译、转录和对基因表达的调控作用涉及到翻译、转录和转录后等不同水平。转录后等不同水平。CTKCTK在翻译水平的调控作用涉及到在翻译水平的调控作用涉及到影响某些酶的活性和蛋白质的生物合成。影响某些酶的活性和蛋白质的生物合成。CTKCTK能促进某些基因的转录，如在白化大麦叶片中能促进某些基因的转录，如在白化大麦叶片中CTKCTK可以提高硝酸还原酶可以提高硝酸还原酶mRNAmRNA的转录水平。的转录水平。CTKCTK对基因表达的调控作用也表现在对转录后的影对基因表达的调控作用也表现在对转录后的影响上。如响上。如CTKCTK对浮萍捕光色素结合蛋白（对浮萍捕光色素结合蛋白（LHCPLHCP）基因）基因的调控就是作用在转录后。的调控就是作用在转录后。（三）（三）tRNAtRNA中的细胞分裂素对蛋白质合成的调节中的细胞分裂素对蛋白质合成的调节 作用作用t RNAt RNA中的细胞分裂素位于反密码子附近，转中的细胞分裂素位于反密码子附近，转录后加工形成。对识别录后加工形成。对识别mRNAmRNA中的密码子防止错读中的密码子防止错读起重要作用。碘结合到起重要作用。碘结合到ser-tRNAser-tRNA中的中的iPAiPA上仍能携上仍能携带氨基酸但不能与核糖体结合。带氨基酸但不能与核糖体结合。五、应用五、应用1 保鲜保鲜 2 组培组培 3 整型整型 4 壮苗壮苗第四节第四节 乙烯乙烯1、1901年年 俄俄NeljubowNeljubow发现照明气中的乙烯引发现照明气中的乙烯引起暗中生长豌豆苗产生起暗中生长豌豆苗产生“三重反应三重反应”。2、1910年年 认识到植物组织产生乙烯。橘子和认识到植物组织产生乙烯。橘子和香蕉一起运香蕉提前成熟。香蕉一起运香蕉提前成熟。3、1934年年 英英GaneGane首先证明乙烯是植物的天然首先证明乙烯是植物的天然产物。美产物。美CrockerCrocker等认为乙烯是果实催熟激素，等认为乙烯是果实催熟激素，也有调节营养器官的作用。也有调节营养器官的作用。4、1959年年 GCGC用于乙烯分析后，推动了研究。用于乙烯分析后，推动了研究。5、1965年年 BurgBurg提出乙烯是一种植物激素，后提出乙烯是一种植物激素，后来得到公认。来得到公认。一、乙烯的分布、生物合成和代谢一、乙烯的分布、生物合成和代谢（一）性质（一）性质 CH2=CH2 MW 28 CH2=CH2 H2C CH2 HOCH2CH2OHO水解水解氧化氧化易从组织中释放出来。易从组织中释放出来。KMnOKMnO4 4是有效地吸收剂。是有效地吸收剂。（二）分布（二）分布 高等植物、蕨类、苔藓及某些真菌细菌都能产生乙高等植物、蕨类、苔藓及某些真菌细菌都能产生乙烯。在高等植物体内，几乎所有器官均能合成乙烯。幼烯。在高等植物体内，几乎所有器官均能合成乙烯。幼叶多于老叶；成熟果实、衰老组织和受伤部位含量明显叶多于老叶；成熟果实、衰老组织和受伤部位含量明显增加（增加（1.0nl/g/h)1.0nl/g/h)。（三）乙烯的生物合成（三）乙烯的生物合成1 合成部位：合成部位：几乎所有器官都能合成，但不同组织、几乎所有器官都能合成，但不同组织、器官及不同生理状态下其合成能力不同。器官及不同生理状态下其合成能力不同。 CH CH3 3S SCHCH2 2CHCH2 2CHCHCOOHCOOHNHNH2 2MetATPPPi+PiSAMS-腺苷蛋氨酸ACC1-氨基环丙烷-1-羧酸CH2=CH2ACCACC合酶合酶ACCACC氧化氧化酶酶MTA5-甲硫基腺苷MTR 5-甲硫基核糖AdeO2CO2丙二酰ACCMACCACCACC丙二酰基转移酶丙二酰基转移酶O2成熟、IAA、伤害、胁迫乙烯（自我催化）等促进；AVG、AOA、乙烯（自我抑制）抑制缺氧、解偶联剂、Co2+、35、自由基清除剂抑制；成熟、乙烯促进。2 2 合成过程：合成过程：19791979年才被美籍华人杨祥发揭示。年才被美籍华人杨祥发揭示。腺苷转移酶腺苷转移酶液泡膜内表面液泡膜内表面3 乙烯合成的酶调节乙烯合成的酶调节1 ACC合酶：合酶：催化催化SAMSAM转变为转变为ACCACC。以磷酸吡哆醛为辅基，氨基氧乙酸（以磷酸吡哆醛为辅基，氨基氧乙酸（AOAAOA）、氨）、氨基乙氧基乙烯基甘氨酸（基乙氧基乙烯基甘氨酸（AVG)AVG)敏感。敏感。伤害、干旱、水涝毒物和虫害活化！伤害、干旱、水涝毒物和虫害活化！IAAIAA在转录水平上调节其合成。在转录水平上调节其合成。自我抑制更为普遍。自我抑制更为普遍。2 ACC氧化酶：氧化酶：位于液泡膜内表面，在位于液泡膜内表面，在O O2 2存在下催化存在下催化ACCACC转化为转化为乙烯。乙烯。CoCo2+2+、解偶联剂、自由基清除剂、一切能改变膜、解偶联剂、自由基清除剂、一切能改变膜性质的理化处理抑制。性质的理化处理抑制。骤变型果实上表现出自我催化效应。骤变型果实上表现出自我催化效应。3 ACC丙二酰基转移酶：丙二酰基转移酶：催化催化ACCACC形成形成MACCMACC。乙烯促进呼吸骤变前该酶的活性，从而抑制乙烯乙烯促进呼吸骤变前该酶的活性，从而抑制乙烯的生成（自我抑制）。的生成（自我抑制）。MACCMACC是在胞质溶胶里合成的，贮存于液泡中是在胞质溶胶里合成的，贮存于液泡中。水分胁迫和水分胁迫和SOSO4 42-2-都会促使小麦叶片积累大量都会促使小麦叶片积累大量MACCMACC。4 环境胁迫和激素对乙烯生物合成的调节作用环境胁迫和激素对乙烯生物合成的调节作用1 1 胁迫诱导乙烯的产生胁迫诱导乙烯的产生植物在干旱、淹水、低温或机械损伤时，乙烯合植物在干旱、淹水、低温或机械损伤时，乙烯合成增强，产生的乙烯影响到脱落等胁变反应及增加抗成增强，产生的乙烯影响到脱落等胁变反应及增加抗性。性。乙烯可在植物体内转化为乙烯可在植物体内转化为COCO2 2、乙烯氧化物等气乙烯氧化物等气体代谢物，也能转化为可溶性代谢物，如乙烯乙二醇、体代谢物，也能转化为可溶性代谢物，如乙烯乙二醇、乙烯葡萄糖结合体等。代谢的作用是除去乙烯或使乙乙烯葡萄糖结合体等。代谢的作用是