光形态建成和运动.ppt
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1、关于光形态建成与运动第一张,PPT共六十四页,创作于2022年6月能能量量光光影响植物生长发育影响植物生长发育信号信号光合作用光合作用光形态建成光形态建成低能反应低能反应光形态建成光形态建成:依赖依赖光光控制控制植物生长、分化和发育的过程。植物生长、分化和发育的过程。最终汇集成组织和器官的建成最终汇集成组织和器官的建成,即光控制发育的过程即光控制发育的过程。低能反应低能反应高能反应高能反应第二张,PPT共六十四页,创作于2022年6月 一、光敏色素的发现和分布红光区(红光区(600700nm,660nm)远红光区(远红光区(720760nm,730nm)1.发现发现1952,美国美国 Bort
2、hwick 和和 Hendricks 第一节第一节 光敏色素与光形态建成光敏色素与光形态建成第三张,PPT共六十四页,创作于2022年6月第四张,PPT共六十四页,创作于2022年6月顺次暴露在R和FR后,莴苣种子的发芽情况光照处理 发芽率(%)黑暗(对照)8R 98 R+FR 54R+FR+R 100R+FR+R+FR 43R+FR+R+FR+R 99R+FR+R+FR+R+FR 54R+FR+R+FR+R+FR+R 98第五张,PPT共六十四页,创作于2022年6月19591959年巴特勒(年巴特勒(Bulter)Bulter)用双波长分光光度计检测到黄花玉米用双波长分光光度计检测到黄花玉
3、米幼苗和燕麦幼苗体内可以吸收红光和远红光的色素,幼苗和燕麦幼苗体内可以吸收红光和远红光的色素,19601960年年提取,命名为光敏色素。提取,命名为光敏色素。第六张,PPT共六十四页,创作于2022年6月 植物体内存在的对吸收红光和远红植物体内存在的对吸收红光和远红光有逆转效应,参与光形态建成,调光有逆转效应,参与光形态建成,调节植物生长发育的色素蛋白节植物生长发育的色素蛋白光敏色光敏色素素。第七张,PPT共六十四页,创作于2022年6月植物体内至少存在三植物体内至少存在三类光受体:光受体:A.A.对红光和远红光敏感对红光和远红光敏感-光敏色素光敏色素(Phytochrome);B.B.对蓝光
4、和紫外光对蓝光和紫外光A A敏感敏感-隐花色素隐花色素和向光素和向光素C.C.对紫外光对紫外光-B-B敏感敏感-紫外光紫外光-B-B受体受体 植物利用植物利用这些光受体可以精确地感受光照,并些光受体可以精确地感受光照,并对不同光不同光强和和光光质作出不同的反作出不同的反应。第八张,PPT共六十四页,创作于2022年6月光光敏敏素素的的活活性性第九张,PPT共六十四页,创作于2022年6月2.分布分布 除真菌外的低等除真菌外的低等和高等植物中和高等植物中,与膜与膜系统结合系统结合,分布在质膜、线分布在质膜、线粒体、叶绿体和内质粒体、叶绿体和内质网上。蛋白质丰富的网上。蛋白质丰富的分生组织含量高,
5、分生组织含量高,黄黄化苗化苗比绿苗含量高。比绿苗含量高。在在发发育育反反应应变变化化比比较较明明显显的的上上胚胚轴轴和和根根的的顶顶端端分分生生组组织区域光敏色素含量高。织区域光敏色素含量高。第十张,PPT共六十四页,创作于2022年6月3.光敏色素的性质光敏色素的性质 易溶于水的浅蓝色易溶于水的浅蓝色的色素蛋白的色素蛋白,在植物体中在植物体中以以二聚体二聚体形式存在。形式存在。每一个单体由一条每一个单体由一条长链多肽与一个线状的四吡长链多肽与一个线状的四吡咯环的生色团咯环的生色团组成,二者组成,二者以硫醚键连接以硫醚键连接。脱辅基蛋白脱辅基蛋白 生色团生色团-开链的开链的四个比咯环四个比咯环
6、。具有独特的具有独特的吸光特性吸光特性 有两种形态,可相互转化。有两种形态,可相互转化。第十一张,PPT共六十四页,创作于2022年6月Pr(红光吸收型(红光吸收型-red light-absorbing formred light-absorbing form )蓝绿色,蓝绿色,生理钝化型生理钝化型 P Pfrfr(远红光吸收型(远红光吸收型-far-red light-absorbing formfar-red light-absorbing form )黄绿色,黄绿色,生理活化型生理活化型 合成 660nm x前体 Pr Pfr Pfr x 生理反应 730nm 暗逆转 破坏类似脱植基叶
7、绿素类似脱植基叶绿素 第十二张,PPT共六十四页,创作于2022年6月光光敏敏色色素素的的结结构构及及PrPr与与PfrPfr的转变的转变在在Pr与与Pfr的的转转变变过过程程中中包包含含光光化学反应和化学反应化学反应和化学反应第十三张,PPT共六十四页,创作于2022年6月(三)光敏色素的的吸收光谱(三)光敏色素的的吸收光谱PrPr吸收峰在红光区吸收峰在红光区(660nm660nm)PfrPfr吸收峰在远红光吸收峰在远红光区(区(730nm730nm)光光敏色敏色素的光吸收素的光吸收第十四张,PPT共六十四页,创作于2022年6月两种类型光敏色素两种类型光敏色素处于处于平衡平衡:总光敏色素总
8、光敏色素 Ptot=Pr+Pfr光稳定平衡光稳定平衡(photostationary equilibrium,):在一定波长下在一定波长下,Pfr浓度和浓度和 Ptot 浓度比浓度比,=Pfr/Ptot 在在0.01-0.05时时-生理生化变化生理生化变化第十五张,PPT共六十四页,创作于2022年6月(四)光敏色素的类型(四)光敏色素的类型类型类型(Type,P)类型类型(Type,P)黄花组织中占优势,为光不稳定型绿色组织中占优势,为光稳定型第十六张,PPT共六十四页,创作于2022年6月 已知有已知有200200多个反应受光敏色素调节多个反应受光敏色素调节 种子萌发种子萌发 光周期光周期
9、 花诱导花诱导 叶脱落叶脱落 性别表现性别表现 小叶运动小叶运动 节间伸长节间伸长 膜透性膜透性 弯钩张开弯钩张开 花色素形成花色素形成 向光敏感性向光敏感性 块茎形成块茎形成 偏上性生长偏上性生长 节律现象等节律现象等三、光敏色素的生理作用和反应类型三、光敏色素的生理作用和反应类型(一)光敏色素的生理作用(一)光敏色素的生理作用第十七张,PPT共六十四页,创作于2022年6月目前判断一个光调节的反应过程是否包含有光敏色素目前判断一个光调节的反应过程是否包含有光敏色素作为其中光敏受体的实验标准是:如果一个作为其中光敏受体的实验标准是:如果一个光反应可以被光反应可以被红闪光诱发,又可以被紧随红光
10、之后的远红闪光所充分红闪光诱发,又可以被紧随红光之后的远红闪光所充分逆转逆转,那么,这个反应的光敏受体就是光敏色素。,那么,这个反应的光敏受体就是光敏色素。第十八张,PPT共六十四页,创作于2022年6月光敏色素生理作用光敏色素生理作用:广广泛泛(影影响响植植物物一一生生的的形形态态建建成成),接接受受光光刺刺激到发生形态反应时间有快有慢。激到发生形态反应时间有快有慢。快反应快反应(分秒计分秒计):):慢慢反反应应(小小时时,天天计计):如如红红光光促促进进莴莴苣苣种种子子萌萌发发和和诱导幼苗去黄化反应。诱导幼苗去黄化反应。转板藻的叶绿体转动转板藻的叶绿体转动第十九张,PPT共六十四页,创作于
11、2022年6月四、光敏色素的作用机理四、光敏色素的作用机理光敏色素自身磷酸化作用光敏色素自身磷酸化作用 受体功能的蛋白激酶受体功能的蛋白激酶COOH生色团生色团H2N激酶区域激酶区域丝氨酸丝氨酸XXP光光COOH生色团生色团H2N激酶区域激酶区域丝氨酸丝氨酸PATP第二十张,PPT共六十四页,创作于2022年6月1、膜假说(1967,Hendricks)-解释快反应 光敏色素与膜结合,从而改变膜的透性。当发生光转换时,跨膜的离子流动和膜上酶的分布都会发生改变,影响代谢,经过一系列的生理生化变化,最终表现出形态建成的改变。在光敏色素调节快速反应中,有胞内CaM的活化和Ca2+浓度的升高。第二十一
12、张,PPT共六十四页,创作于2022年6月转板藻受光照射后信号转导的途径转板藻受光照射后信号转导的途径:红光红光 Pfr增多增多 跨膜跨膜 Ca 2+流动流动 细胞质中细胞质中 Ca 2+增加增加 钙调蛋白活化钙调蛋白活化 肌动球蛋白轻链激酶活化肌动球蛋白轻链激酶活化 肌动蛋白收缩运动肌动蛋白收缩运动 叶绿体转动叶绿体转动第二十二张,PPT共六十四页,创作于2022年6月 接受红光后,接受红光后,Pfr型经过一系列过程,将信号转移到基型经过一系列过程,将信号转移到基因,因,活化或抑制某些特定基因,形成特定的活化或抑制某些特定基因,形成特定的mRNA,翻译成特定的蛋白质。翻译成特定的蛋白质。光敏
13、色素调节基因的表达发生在光敏色素调节基因的表达发生在转录水平。转录水平。2、基因调节假说、基因调节假说(1966,Mohr)-解释慢反应解释慢反应第二十三张,PPT共六十四页,创作于2022年6月 现发现60多种酶或蛋白质受光敏色素调节.(1)(1)与与光合光合有关的酶有关的酶:RuBPCO :RuBPCO 、PEPCPEPC、捕光叶绿素结合蛋白等、捕光叶绿素结合蛋白等(2)(2)与与核酸核酸、蛋白质蛋白质代谢有关的酶:核糖核酸酶、氨基酸活酶等代谢有关的酶:核糖核酸酶、氨基酸活酶等(3)(3)与中间代谢和与中间代谢和CaMCaM调节的靶酶有关:调节的靶酶有关:如如NADNAD激酶、激酶、POD
14、POD、NRNR、PGAldPGAld脱氢酶、脂肪氧化酶等脱氢酶、脂肪氧化酶等(4)(4)与与次生物质代谢次生物质代谢有关的酶有关的酶 :如如 PALPAL(苯丙氨酸解氨酶(苯丙氨酸解氨酶-初生代谢初生代谢与次生代谢分支点)与次生代谢分支点)(5)(5)红光活化的红光活化的PhyPhy对基因表达的调控对基因表达的调控,是利用第二信使物质传递光信是利用第二信使物质传递光信息。息。如如G-G-蛋白蛋白第二十四张,PPT共六十四页,创作于2022年6月第二节第二节 蓝光受体和蓝光反应蓝光受体和蓝光反应蓝光受体又叫蓝光蓝光受体又叫蓝光/紫外光紫外光A A受体、蓝光受体、蓝光/近紫外光受体,近紫外光受体
15、,包括包括隐花色素隐花色素和和向光素向光素。分子结构包括分子结构包括生色团生色团和和脱辅基蛋白脱辅基蛋白两部分两部分第二十五张,PPT共六十四页,创作于2022年6月 隐花色素隐花色素(cryptochrome)一种黄素结合蛋白,生色团可能是由黄素一种黄素结合蛋白,生色团可能是由黄素(FADFAD)和蝶呤()和蝶呤(pterinpterin)共同组成。)共同组成。向光素(向光素(phototropin)-生色团可能是黄素(生色团可能是黄素(FMN)向光性、气孔的运动以及叶绿体的运动等向光性、气孔的运动以及叶绿体的运动等第二十六张,PPT共六十四页,创作于2022年6月蓝光反应作用光谱的特征是在
16、蓝光反应作用光谱的特征是在蓝光区蓝光区有有3 3个峰或肩(个峰或肩(420nm420nm、450nm450nm、480nm),480nm),近紫外近紫外区有一个峰(区有一个峰(370nm370nm380nm380nm)大于大于500nm波长的光对其是无效波长的光对其是无效的,这也是判断隐花色素介导的的,这也是判断隐花色素介导的蓝光、紫外光反应的实验性标准。蓝光、紫外光反应的实验性标准。由于隐花色素作用光谱的最由于隐花色素作用光谱的最高峰处在蓝光区,所以常把高峰处在蓝光区,所以常把隐花色素引起的反应简称为隐花色素引起的反应简称为蓝光效应蓝光效应。第二十七张,PPT共六十四页,创作于2022年6月
17、高等植物体内的蓝光反应如:高等植物体内的蓝光反应如:隐花色素隐花色素(cryptochrome):抑制茎伸长,幼苗去黄化:抑制茎伸长,幼苗去黄化反应,开花的光周期调节、生理钟等反应,开花的光周期调节、生理钟等 向光素(向光素(phototropin)-向光性、气孔的运动以及叶向光性、气孔的运动以及叶绿体的运动等绿体的运动等 第二十八张,PPT共六十四页,创作于2022年6月C.C.紫外光紫外光B B受体受体 紫外光紫外光B B受体是吸收受体是吸收280-320nm280-320nm的紫外光(的紫外光(UV-BUV-B)而引)而引起光形态建成反应的光敏受体。起光形态建成反应的光敏受体。紫外光紫外
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- 形态 建成 运动
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