高级植物生理学课件绪论

高级植物生理学,主讲人:毛自朝mzcleemaoTel:5227732(O)5225102(H)CellphoneYouarewelcometotheadvancedplantphysiology!,绪论第一章植物细胞及细胞壁第二章植物细胞信号传导第三章植物的光合作用第四章植物的氮硫代谢第五章植物的钾代谢第六章植物的磷代谢第七章植物的基因工程第八章植物激素及其信号传导第九章植物的生殖与发育第十章细胞程序化死亡第十一章植物的次生代谢第十二章RNAi,绪论,参考文献,余叔文，汤章城.植物生理与分子生物学(第二版).科学出版社，1999，北京。孙大业，郭艳林，马力耕.细胞信号转导(第三版).科学出版社，2002，北京。BobB,Buchanan,WilhelmGruissem,RussellL.JonesBiochemistryWillmitzer认为,ABA是PIIF,因为伤害使受害叶及相邻叶片的ABA大大增加,直接喷洒ABA于番茄叶片亦可活化pin基因,而缺乏ABA的番茄突变体,受伤害时,pin基因的活化能力大大减弱.,3.胞间物理信号电波的信息传递在高等植物中是普遍存在的。娄成后院士认为：（1）植物为了对环境变化作出反应，既需要专一的化学信息传递，也需要快速的电波传递；（2）植物的电波传递有多种形式：对高敏感植物，外界刺激无需达到伤害程度即可产生动作电波（actionpulse）；中度敏感的植物在伤害刺激条件下产生变异电波(variantpulse)；最不敏感的植物只引起不可传递的局部电位变化，而且植物都有经逆境或剧烈刺激激活的潜在兴奋性；,（3）与动物相似，植物的电波也是质膜极化及透性变化的结果，而且伴随有化学信号的产生（如乙酰胆碱生成）；（4）植物电波长途传递是维管束，短途传递则通过共质体和质外体；（5）各种电波传递都可以产生生理效应。,跨膜信号转换,受体尤其是质膜外侧受体是胞间信使起作用并转换为胞内信使的首要步骤。ABA、赤霉素及生长素受体位于质膜外侧。植物光敏素是受体之一。光敏素基因已被克隆。激发子（elicitor）及植物毒素（phytotoxin）受体的研究是一个热点。病原或寄主植物细胞壁衍生的激发子，首先作用于寄主细胞表面受体，通过两者的识别与受体激活引起胞内的防御反应,G蛋白（GTP-bindingprotein）G蛋白的发现使用使Gilman与Rodbell于1994年获诺贝尔医学生理学奖。植物G蛋白研究始于1980年代后期，蛋白印迹法检出的多种G蛋白分子量大都在3137KD之间。用GTP结合试验、免疫反应、分离纯化以及分子生物学和生理试验说明植物中存在G蛋白类似物，但其结构是否与动物G蛋白相同仍有待研究。,细胞内信号,1Ca2+信号（1）Ca2+信使不同的胞外刺激引起的胞内Ca2+信号也不仅仅是Ca2+的变化，而是有多种Ca2+信号形式，其中多数产生一种短暂（从秒到分量级）、突发而单一的Ca2+峰；而激素GA及细胞分裂常常表现一种适度而持久（分小时）的Ca2+增加，缓慢回落；ABA与植物生长素（Auxin）则常表现为Ca2+振荡（出现多个Ca2+峰）。,植物细胞Ca2+转移系统的研究取得了重要进展。质膜Ca2+泵蛋白已在玉米叶和鸭趾草细胞上纯化并重组入脂质体，并产生ATP依赖的Ca2+吸收。（2）钙调蛋白Ca2+信息通过其受体-钙调蛋白的传递信息。已研究的植物钙调蛋白有两种：钙调素（CM）和钙依赖的蛋白激酶。,2双信使（1）已肯定植物细胞质膜中三种主要的磷脂酰肌醇，即PI、PI（4）P及PI（4、5）P2，其中PI（4、5）P2水解产生的肌醇三磷酸（I（1、4、5）P3）及甘油二脂（DG）两个胞内信使，以及两种信使进一步代谢的产物等。同时整个磷脂酰肌醇代谢的多种酶，如磷酯酶C、质膜上的PI及PI（4）P激酶、DG激酶的多种磷酸酶也已被鉴定出来。（2）植物细胞中存在IP3/Ca2+传递途径的观点得到更多支持。,第三章植物的氮硫代谢(于虹曼）,NitrogenandSulfuroftenexistinsoliatoxidizedform,theymustbereducedbeforeutilizedbyplantmetabolismFewgroupofplantcanobtainNH4+fromN2bysymbiosisnitrogenfixingprocessNitrateuptakingbyplantismediatedbyhighandlowprotonsymportersNRT1andNRT2AnditwasreducedbynitratereductaseandnitritereductasetoamommoniumforaminoacidsynthesisSulfurwhichderivedandreducedfromsulfate,isessentialforlife.manyenzymesforsulfatereductionandsulfurassimilationinplanthasbeendefinedandmechanismsforregulationwasrevealed,第四章植物钾的代谢,1.钾离子是植物细胞中含量最丰富的阳离子之一。它的功能：K+能促进细胞内酶的活性。细胞内有50多种酶或完全依赖于K+，或受K+的激活，如丙酮酸激酶、谷胱合成酶、6-磷酸果糖激酶等能被K+激活。作用方式为：同其他一价阳离子都是通过诱导酶构象的改变，使酶得到活化，从而提高催化反应的速率。在某些情况下K+能增加酶对底物的亲和力。K+对膜结合ATP酶也有激活作用。,2.K+与蛋白质的合成有关。小麦胚芽中分离出的核糖体，合成蛋白质达到最佳速率时，其所需K+浓度为130mM。3K+可能参与tRNA与核糖体结合过程中的几个步骤。4K+能调节植物体的许多生理功能，如增强植物光合作用，增强植株体内物质合成和转运，提高植物抗性，维持细胞膨压等。,一、转运途径1真核生物细胞膜上存在Na+-K+ATPase，高亲和K+吸收转运体和组织特异性的K+通道。2原核生物中至少有4种功能上独立的K+转运系统。,第五章植物的磷代谢,磷是植物生长发育不可缺少的大量营养元素之一，是植物的重要组成部分，同时又以多种方式参与植物体内各种生理生化过程，对促进植物的生长发育和新陈代谢起重要作用我国农田中有2/3严重缺磷。原因：被酸性土壤中的铁铝氧化物及石灰性土壤中的碳酸钙化合物固定，成为难被利用的固态磷。如石灰性土壤中磷肥当季利用率一般只有10左右。-土壤磷的遗传学缺乏。实际上，酸性红黄壤与石灰性土壤中总磷一般比有效磷高几百倍。土壤中的总磷很低土壤学缺磷（本质缺磷）。高亲和磷酸盐吸收转运体基因及表达分离到的基因AtPT1、AtPT2、PHT1、PHT2、PHT3、pht1。其中前两者是最早分离到的高亲和磷酸盐吸收转运体基因。,第六章光合作用（海梅荣）,Theoverallprocessofplant,algae,andprokaryotesdirectlyusinglightasenergytosynthesizeorganicchemicalsIneukaryoticorganismphotosynthesisisoccurredinchloroplastanditsiscomposedof“light”and“dark”reactionLightreactioninvolvedphotosyntheticpigments,photosyntheticprotontransporterchainandATPsynthesismachineryDarkreactionisprocessinvolvingreductionCO2tocarbohydratesForsurvivingplantdevelopedC3C4andCAMpathways,Photosynthesis,H2O,CO2,O2,C6H12O6,LightReaction,DarkReaction,LightisAdsorbedByChlorophyll,Whichsplitswater,Chloroplast,ATPandNADPH2,ADPNADP,CalvinCycle,Energy,UsedEnergyandisrecycled.,+,+,第七章植物基因工程,Transgenicplantshavepotentialtoimpactmanyareas,includingourfoodsupplyandourhealthcaresystemandbasicresearchThereisnodoubtthatthetechnologyworksItisessentialthatpropertestingofallproductsbecarriedoutpriortocommercialization.PopulartransformationmethodisAgrobacteriumtumefacismediatemethodanditsmechanisms,GenesandProteins,Restrictionenzymes,Asbiologicalscissors,“GeneGun”Technique,Genegun,ElectroporationTechnique,Powersupply,PlantExpressionVectorMonoVectorSystemTwocomponentVectorsystem,Genes=thecodingsystemforinstructionsAgene=isasegmentofDNA,Guanine(G),Cytosine(C),Adenine(A),Thymine(T),bases,DNA,DNAandGenes,gene,Restrictionenzymes,Asbiologicalscissors,NextGenerationofTransgenicCrops,Plant-basedvaccinesEnhancednutritionalcontentFunctionalfoodsandphytoceuticalsTransgenicplantsforphytoremediationPlant-derivedplasticsandpolymers,第八章植物激素及其信号传导,Biosynthesis,catabolicandconjugatedpathwayofhormoneforhomeostasisofplanthormonepoolsFactionsandpartialsignalingpathwayofGAs,CTKs,IAA,ABA,Ethylene,BRs,PAsandJAwillbediscussed,Comparisonbetweenauxinandgibberellinsignalingpathway,第九章植物的生殖与发育,InducingofflowerandMADsgenesexpressionGametesformationanddoublefertilizationSeeddevelopmentandgeneexpression,第十章植物的衰老与细胞程序化死亡,SelectivecellstissuesandorgansareessentialforplantdevelopmentandsurvivalPDC:anyprocesswhichinvolvingprotoplasm,W/Ocellwalliseliminateaspartofdevelopmentandadaptiveeventsinlifecycleofplant,Senescingcellturnonchlorophylldegradingpathwayandunmaskingcarotenoidandotherpigment,proteinandnuclearacidarebrokendownfortransportingnitrogenorphosphateforreutilizationPlanthormoneinfluencesthesequencingprocessHRispartofPDCanditmechanismandfunctionforpreventingpathgensfurtherinfection,H2H2induced,第十一章：植物的次生代谢,ENERGY,hn,CO2,O2,H2O,“N”,N2,NO2-/NO3-/NH4+,TRACEMETALS,Na,Ca,K,MgFe,Cu,Co,Mo,Photosynthesis,ATYPICALPLANT,Glycolysis,bacteria,H2O,(daytime),Respiration,(nighttime),PRIMARYMETABOLISM,Primarymetabolismcomprisesthechemicalprocessesthateveryplantmustcarryouteverydayinordertosurviveandreproduceitsline.,PhotosynthesisGlycolysisCitricAcidCycleSynthesisofaminoacidsTransaminationSynthesisofproteinsandenzymesSynthesisofcoenzymesSynthesisofstructuralmaterialsDuplicationofgeneticmaterialReproductionofcells(growth)Absorptionofnutrients,SECONDARYMETABOLISM,Secondarymetabolismcomprisesthechemicalprocessesthatareuniquetoagivenplant,andarenotuniversal.,Secondarymetabolismisthechemistrythatleadstotheformationofanaturalproduct.,Sometimesportionsofthischemistryarecommontoanumberofdifferentplantsorplantfamilies,buttheactualchemicalproduced(naturalproduct)isusuallydifferentinoneplantthaninanother.,Commonchemicalprecursorscanleadtodifferentresults.,Secondarymetabolites(inmostcases)donotappeartobenecessarytothesurvivaloftheplant,buttheymaygiveitacompetitiveadvantage.,CO2+H2O,Photosynthesis,Glucose,Carbohydrates,GLYCOLYSIS,AcetylCoA,CitricAcidCycle,FattyAcidsLipids,AcetogeninsTerpenesSteroids,BuildingBlocks,AmnoAcids,Proteins,synthesis,enzymes,regulation,NucleicAcids,reproduction,Alkaloids,Phenyl-propanoids,RNADNA,PRIMARYMETABOLISM,SECONDARYMETABOLISM,SECONDARYMETABOLISM,hn,CO2+H2O+ATP,Flavonoids,photosynthesis,Glucose(6carbons),starch,n,glycolysis,phosphoenolpyruvate(PEP)(3carbons),acetyl-coenzymeA(2carbons),energy(ATP)+CO2+H2O,mevalonicacid,terpenessteroidscarotenoids,erythrose-4-phosphate,shikimicacid,anthanilicacid,phenylalaninetyrosine,tryptophan,oxalo-acetate,lysineornithine,asparticacid,nicotinicacid,glutamicacid,NH3,SecondaryMetabolites?,PrimaryMetabolites(PMs)Theuniversalcompoundsfoundinallplants:theknownsugars,proteinaminoacids,purines,purimidinessofnucleicacids,chlorophylls,etc.SecondaryMetabolites(SMs)Allotherplantchemicalsthatvaryinplantspeciesandalsodonotappeartohaveanessentialroleinmetabolism:Alkaloids,terpenoids,phenolics,etc.,OriginSecondaryMetabolitesaresaidtohavefirstbeenaphotosyntheticbyproductorchemicalwaste,provingfitthoseplantscreatingthem.Thenevolutiondiditsstuff.,1)Accordingtocarbonskeletaltype.Thiswasfoundtobe“fartoocumbersomeforpracticaluse.”2)Accordingtobiogenesisorbiosyntheticorigin.ThisisthemostwidelyusedsystemofSMclassification.,Usingabiosyntheticclassificationsystem,largestgroupsofSecondaryMetabolites:TerpenoidsAlkaloidsandothernitrogencompoundsPhenolics,ClassificationChoices,第十二章RNAi,DefinitionHistoryAdvancementMechanismApplications,WhyisRNAiimportant?,MostwidelyheldviewisthatRNAievolvedtoprotectthegenomefromviruses(orotherinvadingDNAsorRNAs)Recently,verysmall(micro)RNAshavebeendiscoveredinseveraleukaryotesthatregulatedevelopmentallyotherlargeRNAsMaybeanewusefortheRNAimechanismbesidesdefense,RecentapplicationsofRNAiModulationofHIV-1replicationbyRNAinterference.Hannon(2002).Potentandspecificinhibiti