植物生理学 植物激素.ppt
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1、第五章第五章 植物激素和生长调节物植物激素和生长调节物l定义定义:植物激素是在植物体内的一定部位上产:植物激素是在植物体内的一定部位上产生的,然后输送到其它部位上起作用生的,然后输送到其它部位上起作用,浓度极低,浓度极低,对植物的生理过程起重要调节作用的一类有机物。对植物的生理过程起重要调节作用的一类有机物。特征特征:内生的;能移动的;低浓度(10-6-10-8M);具有调节的功能;普遍存在的。五大类激素五大类激素l生长素类(生长素类(auxin,AUX)、)、l赤霉素类赤霉素类(gibberellins,GAs)、l细胞分裂素类(细胞分裂素类(cytokinis,CTKS)、)、l乙烯(乙烯
2、(ethylene,Eth)、)、l脱落酸(脱落酸(abscisic acid,ABA)。)。AUX、CTKS、GAS促促进进生生长长;ABA抑抑制制生生长长;乙乙烯烯促进成熟和衰老。促进成熟和衰老。生长调节物生长调节物:人工合成的具有类似植物激素生理活性的化合物。人工合成的具有类似植物激素生理活性的化合物。如矮壮素、如矮壮素、2.4D、萘乙酸等萘乙酸等。第一节第一节 生长素类生长素类l1发现发现l2种类种类l3代谢和存在形式代谢和存在形式l4合成部位和运输合成部位和运输l 5生理作用生理作用l 6作用机理作用机理l 7生产中的应用生产中的应用1发现:发现:1880-1946 1880,达达尔
3、尔文文,草草本本植植物物胚胚芽芽鞘鞘产产生生向向光光弯弯曲曲现现象象 单单侧侧光光某物质自上而下运动某物质自上而下运动下部弯曲。下部弯曲。19131919,Jenson等等,重重复复和和发发展展达达尔尔文文的的试试验验,证证明上述影响是化学性质的。明上述影响是化学性质的。1928,Went等等从从燕燕麦麦胚胚芽芽鞘鞘中中分分离离出出该该物物质质的的粗粗制制品品X,证明,光证明,光 X不均匀分布不均匀分布弯曲弯曲。1934,K gl等等,从从人人尿尿中中分分离离出出一一种种具具有有生生理理活活性性的的物物质质,经鉴定是经鉴定是吲哚乙酸吲哚乙酸(indole acetic acid)。)。1946
4、,才出现了在高等植物中的首次鉴定报告。,才出现了在高等植物中的首次鉴定报告。2种类种类 植物体内的:IAA及其衍生物(吲哚乙酰衍生物、吲哚乙腈等);4-氯-3-吲哚乙酸;PAA苯乙酸;IBA吲哚丁酸。2,4-D2,4,5-Tl人工合成的生长调节剂:1.吲哚酸2.萘酸(NAA)3.氯苯氧酸4.苯甲酸IAAIBANAA3代谢和存在形式代谢和存在形式合成:二条途径合成:二条途径l前体:色氨酸前体:色氨酸l吲哚吲哚-3-丙酮酸途径丙酮酸途径 (主要途径)(主要途径)l色氨色氨氧化(降解)氧化(降解)酶解-IAA氧化酶:含Fe的血红蛋白,(辅助因子Mn2+,一元酚。)光氧化吲哚乙酸氧化酶氧化 合成合成:
5、色氨酸脱羧酶色氨酸脱羧酶转氨酶转氨酶存在形式存在形式l 游离态游离态 自由生长素自由生长素l结合态结合态与与IAA形成的羧基衍生物,吲哚乙酸衍生物。形成的羧基衍生物,吲哚乙酸衍生物。(吲哚已酰葡萄糖、吲哚已酰天氡氨酸、吲哚已酰肌醇)储藏形式储藏形式 运输形式运输形式l束束缚缚态态与与细细胞胞颗颗粒粒,受受体体蛋蛋白白,其其它它高高分分子子化化合合物物以以共价健复合。共价健复合。4合成部位、运输和氧化合成部位、运输和氧化主要合成部位与分布主要合成部位与分布:分生组织、正在生长的幼嫩部分(茎茎尖尖、芽、正在发育的种子、幼叶幼叶)运输运输被动运输:被动运输:成熟叶子中成熟叶子中合成的合成的IAA经由
6、韧皮部经由韧皮部向上或向下被运输到其向上或向下被运输到其他部位。无极性,为被他部位。无极性,为被动运输形式。动运输形式。主动运输:主动运输:极性运输极性运输 IAA合成后只能从形态学上端向形态学下端单方向运输,(即不论位置如何,只能从茎基向根尖运输),这种单方向的运输方式称为。运输部位:维管束鞘薄壁细胞、幼根、幼茎 运输速率:12-20 mm/h 是主动运输、消耗能量的过程(NPA、缺氧抑制运输)。IAA极性运输的化学渗极性运输的化学渗透极性扩散假说透极性扩散假说 IAAH,IAAH,亲脂,易通亲脂,易通过膜扩散;过膜扩散;IAA-,IAA-,亲亲水,不易通水,不易通过膜扩散;过膜扩散;IAA
7、IAA转运蛋白(运转运蛋白(运输载体):输载体):位于细胞的位于细胞的基部。基部。pKa=4.755生理作用生理作用 (1)促进细胞和器官的伸长;A 最适浓度最适浓度10-510-6M,浓度大于最适浓度,抑制伸长 B 不同器官组织敏感性不同 最适浓度:根 芽 茎 根最适浓度 10-1310-8 M 茎最适浓度 10-510-6 M 生长素生物测定法:小麦胚芽鞘切段伸长法 在一定范围内,切段生长与生长素浓度的对数成正比 (2)促进细胞分裂:细胞分裂素IAA 细胞分裂,促进分化 如:促进早春树木形成层恢复活动 促进扦插枝条生根 (3)生长素对根生长和发育的影响根伸长根伸长 适宜浓度(10-1310
8、-8 M):促进离体根切 段伸长,促进许多植物完整根伸长 高浓度(10-510-6 M):抑制根伸长 原因:IAA促进乙烯产生 根发育根发育 I 促进根的形成和根的早期发育,(来自茎的生长素)有利于根冠生长平衡 II 促进茎叶等器官不定根的发育:促进扦插枝条、叶、茎生根(生长素极性运输,必需注意插穗方向)(4)花与果实发育)花与果实发育 促进菠萝等凤梨类开花 诱导单性结实诱导单性结实 单性结实:雌蕊没有受精而形成果实 诱导植物:胡椒、西红柿、番茄、茄子等 (IAA、GA、CTK)(5)控制顶端优势控制顶端优势 顶端优势:顶端优势:生长的顶端对侧芽、侧枝有抑制作用,这种现象称为。IAA是造成顶端
9、优势的一个原因:a 不同器官生长对生长素浓度要求不同:芽远低于茎。b 营养竞争:茎尖是一个营养库 吸引营养物质转移。应用:果树整形修剪、棉花整枝、茶树摘心等应用:果树整形修剪、棉花整枝、茶树摘心等 (6)抑制离区的形成,延缓叶子脱落。IAA减少 离层细胞分裂,产生小型细胞,细胞壁被消化(细胞壁降解酶作用,如纤维素酶、多聚半乳糖醛酸酶)6作用机理作用机理 (1)酸性生长假说)酸性生长假说 IAA 活化膜上的H泵 H进入细胞壁衬质溶液 伸长膨胀 吸水 细胞壁松弛 活化细胞壁松弛的酶(2)基因活化假说:)基因活化假说:IAA诱导RNA和蛋白质的合成,产生了多种新酶,而促进了细胞的伸长。也为细胞生长积
10、累物质。细胞伸长:细胞吸水、细胞壁松弛、细胞壁生长、原生质物质累积植物激素作用信号传导途径植物激素作用信号传导途径G蛋白活化蛋白活化生长素受体生长素受体植物激素结合蛋白:特点(1)具有专一性(2)高亲和性(3)饱和性(4)可逆性生长素结合蛋白(ABP)7生产中的应用生产中的应用 无性繁殖中:促进插条生根、诱导成花、增加座果率、组织培养、促进某些植物雌花的形成,如黄瓜、秋海棠、油松的雌球花。组培中:促进根和茎的分化,IAA与CTK共同作用。第二节第二节 赤霉素类(赤霉素类(GAS)l1发现发现l2种类种类l3代谢和存在形式代谢和存在形式l4合成部位和运输合成部位和运输l 5生理作用生理作用l 6
11、作用机理作用机理l 7生产中的应用生产中的应用 1发现发现 1926年从水稻恶苗病的研究中发现,赤霉菌分泌一种促进茎叶伸长的物质。1938年日本科学家数田和住木从水稻恶苗病菌中首次分离出这种物质赤霉素A,并得到结晶。1958年来自高等植物(红花菜豆)的第一个赤霉素被分离鉴定(GA1)(含量低:营养组织10-9,种子10-6)1959确定了化学结构,并发现高等植物中普遍存在。(GA1、GA2、GA3 等 )2结构与种类结构与种类骨骨架架:赤霉素烷,20C(19C)的双萜(四个碳环)。根据其他位置上可以具有不同的取代基,(羧基与羟基的多少及其位置)可分为不同的种类,50年代发现了3种,1982年7
12、2种,1991年报道86种,近年已达136种,大多是相互转化而来。控制植物生长发育的是几个关键成员,GA1、GA3、GA4、GA7等3代谢代谢:类萜途径合成 植物生长延缓剂:矮壮素植物生长延缓剂:矮壮素(CCC),),多效唑(多效唑(PP333)存在状态:存在状态:游离态:游离态:具有活性具有活性乙酰辅酶A 甲瓦龙酸 贝壳杉烯 赤霉素 原料 中间产物 前体结合态结合态:GAG苷、苷、GAG脂;脂;贮藏形式贮藏形式束缚态束缚态:与蛋白质复合。生与蛋白质复合。生物活性很弱或失去,是贮藏和物活性很弱或失去,是贮藏和运输形式。运输形式。4合成部位和运输合成部位和运输 部位部位:正在发育的种子、茎尖、幼
13、叶、根尖。运输运输:合成部位生长中心,非极性运输。根尖合成 GA通过导管向上运输,嫰叶合成GA通过筛管 向下运输。含含量量:一种植物可以同时含有几种GAs,不同的器官,不同发育阶段种类不同,含量也不同。未成熟的种子中含量最高,一般种子和果实 营养器官 (营养器官10-9 g/g,种子10-6 g/g)。5生理作用生理作用(1)促进细胞和茎(节间)的伸长 水稻疯苗病:外源GA作用特例;植物生长发育对GA十分敏感,10-10g能使水稻、莴苣伸长产生变化 促进矮生型植株茎伸长 (引起节间细胞伸长;对有的植物(豌豆)可同时引起细胞分裂)。矮生突变型:矮生突变型:矮生和高生豌豆、矮生和高生玉米(遗传基因
14、突变)生理矮生型:生理矮生型:如二年生冬性植物萝卜、白菜、甘蓝 与生长素不同之处:GA 整株整株植物的茎伸长,而生长素则不能。IAA 切段切段伸长,而GA中则不能。相互具有增效作用:茎切段GA3+IAA 长度分别单独处理的。赤霉素生物测定法:水稻幼苗点滴法赤霉素生物测定法:水稻幼苗点滴法 原理:赤霉素促进矮生水稻节间伸长原理:赤霉素促进矮生水稻节间伸长0ng0.1ng1ng10ng(2)促进细胞的分裂 与IAA协同,促进早春落叶植物形成层细胞恢复分裂(3)促进单性结实 但同IAA的效力不同:GA促进苹果单性结实,IAA不能(3)增强顶端优势 因为GAIAA加强了对侧芽的抑制。(4)解除种子和芽
15、的休眠,促进萌发。)解除种子和芽的休眠,促进萌发。光敏种子、需低温种子(5)诱导水解酶的生成,)诱导水解酶的生成,淀粉酶淀粉酶 淀粉种子萌发时胚合成GA 扩散到糊粉细胞 淀粉酶等水解酶合成消化胚乳细胞淀粉盾片吸收胚生长。特点特点:诱导禾谷类种子淀粉酶合成对裸子植物和双子叶植物种子贮藏物质降解作用很小6作用机理作用机理诱导淀粉酶活性诱导淀粉酶活性 I 基因水平:GA可能诱导DNA的转录,促进DNAmRNA蛋白质合成(酶类)。II 膜水平:GA增加溶酶体膜的透性,使水解酶得以扩散酶的活化。促进茎伸长促进茎伸长 (1)促进细胞分裂,促进G1-S,缩短S期 (2)促使细胞壁松弛 (3)促进淀粉、蔗糖水
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