植物生理学 植物生长物质.pptx

18801880：英英 DarwinDarwin父子，金丝雀父子，金丝雀草胚芽鞘向光性实验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(PAA)吲哚丁酸(IBA)第1页/共105页二、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 过来的过来的 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第2页/共105页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、芭蕉科图图第3页/共105页四、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第4页/共105页五、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+一元酚一元酚第5页/共105页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=图图第6页/共105页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到到达达靶靶细细胞胞后后，使使靶靶细细胞胞质质膜膜上上的的H H+-ATP-ATP 酶酶活活化化，该该酶酶水水解解ATPATP同同时时将将H H+泵泵出出质质膜膜，使使胞胞壁壁酸酸化化。胞胞壁壁pHpH下下降降可可使使氢氢键键断断裂裂、与与壁壁松松弛弛有有关关的的酶酶活活化化。如如半半乳乳糖糖苷苷 酶酶在在pH4-5pH4-5时时比比pH7pH7时时活活性性高高3 31010倍倍而而（1 1，4 4）葡葡聚聚糖糖酶酶的的活活性性可可提提高高约约100100倍倍，结结果果造造成成细胞壁松弛可塑性增大，细胞吸水，体积扩大。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。第7页/共105页（二）决定顶端优势（二）决定顶端优势1 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。距顶芽越近抑制越强。生长，这种现象称为顶端优势。距顶芽越近抑制越强。2 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，顶芽产新抑制。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到抑生生长素向下运输，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。但很多实验结果制，距顶芽越近浓度越高抑制越强。但很多实验结果与此相反。与此相反。营养物质决定：顶芽高水平的生长素含量使其营养物质决定：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，顶芽从侧芽吸取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到侧芽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。上也不能逆转。图图第8页/共105页 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第9页/共105页（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）。图图图图第10页/共105页（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。图图第11页/共105页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。图图第12页/共105页八、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。第13页/共105页（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14页/共105页第二节第二节 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 活性低活性低第15页/共105页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第16页/共105页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。第17页/共105页二、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 免疫法免疫法第18页/共105页三、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：第19页/共105页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-氧化酶氧化酶第20页/共105页四、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 含有较多的活性赤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霉素。对高、矮生豌豆伸长节间的提取物进行GC-MSGC-MS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在高生豌豆在高生豌豆体内可代谢成体内可代谢成GAGA1 1、GAGA8 8、GAGA2929等，而在矮生豌豆体等，而在矮生豌豆体内只能转化成内只能转化成GAGA2929及其它副产物。及其它副产物。图图第21页/共105页（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赤进一步证明诱导因子是赤霉素。糊粉层细胞是靶细胞，霉素。糊粉层细胞是靶细胞，对盾片分泌酶过程无明对盾片分泌酶过程无明显影响。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；促进座果及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 ，促进萌发。，促进萌发。图图第22页/共105页五、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促进进细细胞胞分分裂裂：由由于于G GA A促促进进D DN NA A 合合成成而而缩缩短短细细胞胞分分裂裂周周期期，如如使使矮矮生生西西瓜瓜幼幼苗苗的的细细胞胞周周期期缩缩短短3 30 0%左左右右，其其中中G G1 1期期缩缩短短3 30 0，S S期期缩缩短短3 36 6。对对莲莲座座状状长长日日植植物物茎茎尖尖分分生生细细胞胞有有丝丝分分裂裂的的促促进进作作用用尤尤为为明明显显。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，可使细胞壁不使壁酸化，可使细胞壁中中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。第23页/共105页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；伸长反应壁不酸化；伸长反应的停滞期不同，生长素较短（的停滞期不同，生长素较短（101015min15min），赤霉素较），赤霉素较长（长（45min45min）；赤霉素能缩短细胞分裂周期；敏感部位）；赤霉素能缩短细胞分裂周期；敏感部位不同。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；淀淀粉酶抗体沉淀。制备粉酶抗体沉淀。制备3232P-cDNAP-cDNA探针，进行探针，进行RNARNA杂交，测杂交，测定转录水平。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诱导产诱导产生一种能结合到该酶基因生一种能结合到该酶基因55上游调节序列上的一种上游调节序列上的一种蛋蛋白质。结合后启动基因表达。白质。结合后启动基因表达。图图第24页/共105页六、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25页/共105页第三节第三节 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部部分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（并结晶出有效成分，命名为玉米素（Zeatin)Zeatin)。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位氨基取代的嘌呤位氨基取代的嘌呤类衍生物统称为类衍生物统称为细胞分裂素细胞分裂素（CytokininCytokinin）。）。第26页/共105页一一、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与葡萄糖与葡萄糖结合；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 第27页/共105页异戊烯基腺苷、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：图图第28页/共105页含量含量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)生物合成1 合合成成部部位位：根根尖尖是是主主要要合合成成部部位位。茎茎端端可可能能也也能能少少量量合合成成，冠冠瘿瘿、萌萌发发的的种种子子、发发育育中中的的果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 广广泛泛分分布布于于细细菌菌、真真菌菌、藻藻类类、高高等等 植植物物之之中中。高高等等植植物物体体内内主主要要分分布布于于细细胞胞分分裂裂活活 跃跃的的部部位位如如根根尖尖、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。第29页/共105页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合成酶合成酶第30页/共105页（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等转变为腺嘌呤。等转变为腺嘌呤。三、三、CTK的生理作用的生理作用（一）促进细胞分裂（一）促进细胞分裂生生长长素素启启动动DNADNA合合成成，细细胞胞分分裂裂素素调调节节有有丝丝分分裂裂过过程程。两两种种激激素素共共同同作作用用控控制制细细胞胞分分裂裂。CTKCTK可可能能通通过过控控制制有有丝丝分分裂裂过过程程所所必必需需的的几几种种特特殊殊的的蛋蛋白白质质的的合合成成而而起起作用。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生长长素素/CTK/CTK 比比值值高高有有利利于于根根分分化化；比比值值低低有有利利于于芽芽分化；比值居中不分化。分化；比值居中不分化。图图图图第31页/共105页（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离体体叶叶衰衰老老快快，暗暗中中比比光光下下衰衰老老快快。叶叶柄柄形形成成不不定定根根后衰老延迟。不定根形成后叶中后衰老延迟。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衰促进营养物质移动可能也是其抑制衰老的原因。老的原因。原因：原因：CTKCTK保保持持液液泡泡膜膜的的完完整整性性，防防止止蛋蛋白白酶酶漏漏出出。防防止止膜膜中中不不饱饱和和脂脂肪肪酸酸氧氧化化。CTKCTK抑抑制制了了羟羟基基自自由由基基、超超氧氧负负离离子子等等活活性性氧氧的的形形成成并并加加速速其其清清除除过过程程，从从而而避避免了这些自由基对膜脂的氧化作用。免了这些自由基对膜脂的氧化作用。第32页/共105页（四）促进细胞扩大（四）促进细胞扩大对对子子叶叶的的促促生生长长作作用用明明显显，主主要要是是促促进进细细胞胞扩扩大大的的结结果果。CTKCTK通通过过增增加加细细胞胞壁壁的的可可塑塑性性使使细细胞胞吸吸水水扩扩大大而而起起作作用用。IAAIAA和和GAGA均均不不促促进进子子叶叶的的细细胞胞扩扩大大，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促促进进顶顶端端优优势势而而CTK CTK 抑抑制制顶顶端端优优势势。转转CTKCTK合合成成酶酶基基因因的的实实验验结结果果表表明明：内内源源CTKCTK增增多多促促进进了了侧侧枝枝发发育育。IAAIAA亏亏缺缺突突变变体体的的实实验验表表明明：内内源源IAAIAA水水平下降也能促进侧枝生长。平下降也能促进侧枝生长。图图第33页/共105页（六）其它生理作用（六）其它生理作用促促进进黄黄化化苗苗的的叶叶片片或或子子叶叶的的叶叶绿绿素素的的出出现现和和积积累累，对对叶叶绿绿体体的的发发育育也也起起作作用用；促促进进许许多多酶酶的的活活性性；控控制制或或促促进进花花器器官官的的性性别别；促促进进花花芽芽分分化化及及气气孔孔开开放放等方面均有一定的作用。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，具有激素谷粒中发现，具有激素受体特征，定位于核糖体上。受体特征，定位于核糖体上。促进总的蛋白质合成：促进总的蛋白质合成：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，多聚核糖体的比分钟，多聚核糖体的比例上升。例上升。图图第34页/共105页改改变变合合成成蛋蛋白白质质的的种种类类：给给培培养养的的大大豆豆细细胞胞喂喂饲饲3232S-S-MetMet进进行行蛋蛋白白质质生生物物合合成成。发发现现CTKCTK处处理理后后增增加加了了一一些些蛋蛋白白质质的的合合成成，抑抑制制了了另另一一些些蛋蛋白白质质的的合合成成。CTKCTK可可能能为为一一些蛋白质的合成所必须。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 对对基基因因表表达达的的调调控控作作用用涉涉及及到到翻翻译译、转转录录和和转转录录后后等等不不同同水水平平。CTKCTK在在翻翻译译水水平平的的调调控控作作用用涉涉及及到到影影响某些酶的活性和蛋白质的生物合成。响某些酶的活性和蛋白质的生物合成。CTKCTK能能促促进进某某些些基基因因的的转转录录，如如在在白白化化大大麦麦叶叶片片中中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对对基基因因表表达达的的调调控控作作用用也也表表现现在在对对转转录录后后的的影影响响上上。如如CTKCTK对对浮浮萍萍捕捕光光色色素素结结合合蛋蛋白白（LHCPLHCP）基基因因的的调控就是作用在转录后。调控就是作用在转录后。第35页/共105页（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，转录中的细胞分裂素位于反密码子附近，转录后加工形成。对识别后加工形成。对识别mRNAmRNA中的密码子防止错读起中的密码子防止错读起重要作用。碘结合到重要作用。碘结合到ser-tRNAser-tRNA中的中的iPAiPA上仍能携带上仍能携带氨基酸但不能与核糖体结合。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36页/共105页第四节第四节 乙烯乙烯1、1901年年 俄俄NeljubowNeljubow发发现现照照明明气气中中的的乙乙烯烯引引起起暗中生长豌豆苗产生暗中生长豌豆苗产生“三重反应三重反应”。2、1910年年 认认识识到到植植物物组组织织产产生生乙乙烯烯。橘橘子子和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首首先先证证明明乙乙烯烯是是植植物物的的天天然然产产物物。美美CrockerCrocker等等认认为为乙乙烯烯是是果果实实催催熟熟激激素素，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提提出出乙乙烯烯是是一一种种植植物物激激素素，后后来得到公认。来得到公认。第37页/共105页一、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烯。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。幼叶多在高等植物体内，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增加于老叶；成熟果实、衰老组织和受伤部位含量明显增加（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。第38页/共105页 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第39页/共105页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。以以磷磷酸酸吡吡哆哆醛醛为为辅辅基基，氨氨基基氧氧乙乙酸酸（AOAAOA）、氨氨基基乙乙氧基乙烯基甘氨酸（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转化为乙烯。转化为乙烯。CoCo2+2+、解解偶偶联联剂剂、自自由由基基清清除除剂剂、一一切切能能改改变变膜膜性性质质的理化处理抑制。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。第40页/共105页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。乙乙烯烯促促进进呼呼吸吸骤骤变变前前该该酶酶的的活活性性，从从而而抑抑制制乙乙烯烯的的生生成（自我抑制）。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植物物在在干干旱旱、淹淹水水、低低温温或或机机械械损损伤伤时时，乙乙烯烯合合成成增强，产生的乙烯影响到脱落等胁变反应及增加抗性。增强，产生的乙烯影响到脱落等胁变反应及增加抗性。第41页/共105页乙乙烯烯可可在在植植物物体体内内转转化化为为COCO2 2、乙乙烯烯氧氧化化物物等等气气体体代代谢谢物物，也也能能转转化化为为可可溶溶性性代代谢谢物物，如如乙乙烯烯乙乙二二醇醇、乙乙烯烯葡葡萄萄糖糖结结合合体体等等。代代谢谢的的作作用用是是除除去去乙乙烯烯或或使使乙乙烯钝化。烯钝化。2 2 植物激素对乙烯生物合成的影响