植物生长素的作用机理

植物生长素的作用机理植物生长素的作用机理 陶喜斌陶喜斌 2014310218 种子科学与工程种子科学与工程 摘要 经过多位科学家的研究 发现了与植物生长有关的重要激素摘要 经过多位科学家的研究 发现了与植物生长有关的重要激素 生长素 生长素 生长素在植物芽的生长 根的生长 果实的生长 种子休眠等方面有重要作用 生长素在植物芽的生长 根的生长 果实的生长 种子休眠等方面有重要作用 那么 生长素是如何发挥这这些作用那么 生长素是如何发挥这这些作用 1 什么是生长素 生长素 auxin 是一类含有一个不饱和芳香族环和一个乙酸侧链的内源激素 英文简称 IAA 国际通用 是吲哚乙酸 IAA 4 氯 IAA 5 羟 IAA 萘乙酸 NAA 吲哚丁酸等为类生长素 1872 年波兰园艺学家谢连斯基对根尖控制根 伸长区生长作了研究 后来达尔文父子对草的胚芽鞘向光性进行了研究 1928 年温特证实了胚芽的尖端确实产生了某种物质 能够控制胚芽生长 1934 年 凯格等人从一些植物中分离出了这种物质并命名它为吲哚乙酸 因而习惯上常 把吲哚乙酸作为生长素的同义词 2 植物生长素的生理作用 生长素有多方面的生理效应 这与其浓度有关 低浓度时可以促进生长 高浓度时则会抑制生长 甚至使植物死亡 这种抑制作用与其能否诱导乙烯的 形成有关 生长素的生理效应表现在两个层次上 在细胞水平上 生长素可刺激形成层细胞分裂 刺激枝的细胞伸长 抑制 根细胞生长 促进木质部 韧皮部细胞分化 促进插条发根 调节愈伤组织的形 态建成 在器官和整株水平上 生长素从幼苗到果实成熟都起作用 生长素控制幼 苗中胚轴伸长的可逆性红光抑制 当吲哚乙酸转移至枝条下侧即产生枝条的向地 性 当吲哚乙酸转移至枝条的背光侧即产生枝条的向光性 吲哚乙酸造成顶端优 势 延缓叶片衰老 施于叶片的生长素抑制脱落 而施于离层近轴端的生长素促 进脱落 生长素促进开花 诱导单性果实的发育 延迟果实成熟 生长素对生长的促进作用主要是促进细胞的生长 特别是细胞的伸长 植 物感受光刺激的部位是在茎的尖端 但弯曲的部位是在尖端的下面一段 这是 因为尖端的下面一段细胞正在生长伸长 是对生长素最敏感的时期 所以生长 素对其生长的影响最大 趋于衰老的组织生长素是不起作用的 生长素能够促 进果实的发育和扦插的枝条生根的原因是 生长素能够改变植物体内的营养物 质分配 在生长素分布较丰富的部分 得到的营养物质就多 形成分配中心 生长素能够诱 导无籽番茄的形成就是因为用生长素处理没有受粉的番茄花蕾后 番茄花蕾的 子房就成了营养物质的分配中心 叶片进行光合作用制造的养料就源源不断地 运到子房中 子房就发育了 生长素在植物体作用很多 具体有 1 顶端优势 2 细胞核分裂 细胞纵向 伸长 细胞横向伸长 3 叶片扩大 4 插枝发根 5 愈伤组织 6 抑制块根 7 气孔开 放 8 延长休眠 9 抗寒 3 生长素的作用机理 3 1 生长素作用机理的解释 激素作用的机理有各种解释 可以归纳为二 一 是认为激素作用于核酸代谢 可能是在 DNA 转录水平上 它使某些基 因活化 形成一些新的 mRNA 新的蛋白质 主要是酶 进而影响细胞内的新 陈代谢 引起生长发育的变化 二 则认为激素作用于细胞膜 即质膜首先受激素的影响 发生一系列膜 结构与功能的变化 使许多依附在一定的细胞器或质膜上的酶或酶原发生相应 的变化 或者失活或者活化 酶系统的变化使新陈代谢和整个细胞的生长发育 也随之发生变化 此外 还有人认为激素对核和质膜都有影响 或认为激素的效 应先从质膜再经过细胞质 最后传到核中 虽然对激素作用机理有不同的解释 但是 无论哪一种解释都认为 激素 必须首先与细胞内某种物质特异地结合 才能产生有效的调节作用 这种物质 就是激素的受体 1 激素受体 植物激素受体是指能与植物激素专一地结合的物质 这种 物质能和相应的物质结合 识别激素信号 并将信号转化为一系列的生理生化 反应 最终表现出不同的生物学效应 受体是激素初始作用发生的位点 所以 了解激素受体的性质及其在细胞内的存在位置 是研究激素作用机理的重要内 容之一 激素受体是一种蛋白质 它们可能定位于细胞质膜 也可能定位于细 胞核或细胞质 由于植物体内具有多种激素 因此 必然可能有多种激素受体 并存在于细胞的不同部位 2 生长素最基本的作用是促进细胞的伸长生长 这种促进作用 在一些 离体器官如胚芽鞘或黄化茎切段中尤为明显 生长素为什么能促进细胞的伸长 生长 又以什么方式起作用的 植物细胞的最外部是细胞壁 细胞若要伸长生长即增加其体积 细胞壁就 必须相应扩大 细胞壁要扩大 就首先需要软化与松弛 使细胞壁可塑性加大 同时合成新的细胞壁物质 并增加原生质 实验证明 用生长素处理燕麦胚芽 鞘 可增加细胞壁可塑性 而且在不同浓度的生长素影响下 其可塑性变化和 生长的增加幅度很接近 这说明生长素所诱导的生长是通过细胞壁可塑性的增 加而实现的 生长素促进细胞壁可塑性增加 并非单纯的物理变化 而是代谢 活动的结果 因为 生长素对死细胞的可塑性变化无效 在缺氧或呼吸抑制剂存 在的条件下 可以抑制生长素诱导细胞壁可塑性的变化 3 2 生长素的相互作用 在植物生长发育的过程中 任何一种生理活动都不是受单一激素的控制 而是各种激素相互作用的结果 也就是说 植物的生长发育过程 是受多种激 素的相互作用所控制的 例如 生长素促进细胞增殖 而细胞分裂素则促进增 殖的子细胞继续增大 又如 脱落酸强烈的抑制着生长 并使衰老的过程加速 但是这些作用又会被细胞分裂素所解除 再如 生长素的浓度适宜时 促进植 物生长 同时开始诱导乙烯的形成 当生长素的浓度超过最适浓度时 就会出 现抑制生长的现象 研究激素之间的相互关系 对生产实践有着重要意义 3 3 生长素的两重性 较低浓度促进生长 较高浓度抑制生长 植物不同的器官对生长素最适浓 度的要求是不同的 根的最适浓度约为 10 10 mol L 芽的最适浓度约为 10 8 mol L 茎的最适浓度约为 10 4 mol L 在生产上常常用生长素的 类似物 如萘乙酸 2 4 D 等 来调节植物的生长如生产豆芽菜时就是用适宜茎 生长的浓度来处理豆芽 结果根和芽都受到抑制 而下胚轴发育成的茎很发达 植物茎生长的顶端优势是由植物对生长素的运输特点和生长素生理作用的两重 性两个因素决定的 植物茎的顶芽是产生生长素最活跃的部位 但顶芽处产生 的生长素浓度通过主动运输而不断地运到茎中 所以顶芽本身的生长素浓度是 不高的 而在幼茎中的浓度则较高 最适宜于茎的生长 对芽却有抑制作用 越靠近顶芽的位置生长素浓度越高 对侧芽的抑制作用就越强 这就是许多高 大植物的树形成宝塔形的原因 但也不是所有的植物都具有强烈的顶端优势 有些灌木类植物顶芽发育了一段时间后就开始退化 甚至萎缩 失去原有的顶 端优势 所以灌木的树形是不成宝塔形的 由于高浓度的生长素具有抑制植物 生长的作用 所以生产上也可用高浓度的生长素的类似物作除草剂 特别是对 双子叶杂草很有效 生长素类似物 2 4 D 因为生长素在植物体内存在量很少 为了调控植 物生长 人们发现了生长素类似物 它们具有和生长素类似的效果而且可以进 行量产 现已广泛运用到农业生产中 注 双子叶植物比单子叶植物对生长素更敏感 这就是为什么可用高浓度 生长素来杀死双子叶杂草而不会伤害单子叶作物的原因 茎的背地生长和根的向地生长是由地球的引力引起的 原因是地球引力导 致生长素分布的不均匀 在茎的近地侧分布多 背地侧分布少 由于茎的生长 素最适浓度很高 茎的近地侧生长素多了一些对其有促进作用 所以近地侧生 长快于背地侧 保持茎的向上生长 对根而言 由于根的生长素最适浓度很低 近地侧多了一些反而对根细胞的生长具有抑制作用 所以近地侧生长就比背地 侧生长慢 保持根的向地性生长 若没有引力 根就不一定往下长了 1 植物生理学 中国农业出版社 王忠主编 2000 年 5 月第 1 版 第 267 页 普通高等教育 九五 国家级重点教材 ISBN 710906077 2 2 吲哚乙酸