七章植物生长物质

第七章植物生长物质,7-1生长素(auxin,IAA)7-2赤霉素(gibberellin,GA)7-3细胞分裂素(cytokinin，CTK)7-4脱落酸(abscisicacid，ABA)7-5乙烯(ethylene,ETH)7-6植物激素间的相互关系7-7植物生长调节剂,植物生长物质是一些调节植物生长发育的生理活性物质,植物激素(planthormone)植物生长调节剂(plantgrowthregulator),植物激素是指在植物体内合成，并从产生之处运送到别处，对生长发育产生显著作用的微量有机物。,植物生长调节剂是指具有植物激素活性的人工合成的物质。,概念,植物激素有五大类，即生长素类、赤霉素类、细胞分裂素类、乙烯和脱落酸。此外，油菜素甾体类、茉莉酸类、水杨酸和多胺类等对植物的生长发育具有多方面的调节作用。植物激素具有以下特点：第一，内生性，是植物生命活动中的正常代谢产物；第二，可运性，由某些器官或组织产生后运至其它部位而发挥调控作用，在特殊情况下植物激素在合成部位也有调控作用；第三，调节性，植物激素不是营养物质，通常在极低浓度下产生生理效应。,1.五大植物激素主要生理作用(注意它们之间的区别和联系)2.生长素的作用机理、赤霉素对大麦种子淀粉酶的诱导。3.五大激素合成途径(不记过程)及前体物质，乙烯生物合成的调节,本章重点和难点,7-1生长素,一.IAA的发现二.IAA在植物体内的分布和运输三.IAA的存在形式与代谢四.IAA的生理效应五.IAA的作用机理,一.IAA的发现,7-2,二、IAA在植物体内的分布和运输,1.分布,10100ng/gFW,燕麦幼苗,根,芽鞘,2.运输,韧皮部运输极性运输(polartransport):形态学上下,主动过程,缺氧2,3,5三碘苯甲酸(TIBA),抑制:,图7-4IAA的极性运输A.胚芽鞘形态学上端向上B.胚芽鞘形态学下端向上,三.IAA的存在形式与代谢,1.存在形式,游离型束缚型：糖、AA等，贮藏、钝化形式,2.IAA的代谢,(1)生物合成前体物：色氨酸,(2)降解,酶氧化降解（主）吲哚乙酸氧化酶光氧化降解,酸,四.IAA的生理效应,1.促进生长,特点,（1）双重作用,（2）不同器官对IAA的敏感性不同根芽茎,(3)离体器官促进整株不明显,低浓度促进高浓度抑制,2.促进器官与组织的分化插条不定根,3.诱导单性结实，形成无籽果实,4.影响性别分化,促进黄瓜雌花分化,5.保持顶端优势6.促进菠萝开花,IAA的作用机理,1.酸生长理论,RayleandCleland，1970,细胞p下降，w下降，吸水，体积增大不可逆增长,要点：,IAA活化质膜上H+泵,H+内壁，壁pH下降,壁中H键断裂，壁松弛,2.基因活化学说,IAA+受体,激活胞内第二信使,使处于抑制状态的基因解阻遏，转录翻译，合成新的mRNA和蛋白质,细胞生长,3.IAA受体,激素受体(hormonereceptor)，是指能与激素特异结合并能引发特殊生理生化反应的蛋白质。,概念,IAA的作用机理,返回,7-2赤霉素(gibberellin,GA),一、GA的发现和种类二、GA的生物合成与运输三、GA的生理效应四、GA的作用机理,一、GA的发现和种类,1926，黑泽英一，水稻恶苗病1938，薮田等，水稻赤霉菌赤霉素结晶1959，确定化学结构,1.发现,2.种类和化学结构,二、GA的生物合成与运输,1.生物合成,2.运输,束缚型游离型,合成场所：发育中种子，幼叶，根,126种,前体物：甲瓦龙酸,异戊二烯单位,19-C20-C，活性也高,赤霉酸,甲瓦龙酸,GA12,返回,GA12-7-醛,甲瓦龙酸(MVA)异戊烯焦磷酸贝壳杉烯GA12-7-醛其他GA,三、GA的生理效应,1.促进茎的伸长生长,促进细胞伸长,特点,促进整株植物生长促进节间的伸长不存在超最适浓度的抑制作用,2.打破休眠,0.51mgL-1马铃薯,图片,矮生正常,GA,3.诱导开花,GA能代替低温和长日照诱导某些长日植物开花,4.促进某些植物座果,5.诱导单性结实,6.促进雄花分化,葡萄花前10d，400mgL-1GA,无核率98%,图片,返回,白菜、萝卜等,GA3对矮生型豌豆的效应,对照,施用5gGA3后第7天,GA3诱导甘蓝茎的伸长，诱导产生超长茎,GA对胡萝卜开花的影响,对照,10gGA/d处理4周,低温处理6周,四、GA的作用机理,1.GA与酶的合成,这证明糊粉层细胞是GA作用的靶细胞。,无胚种子,不能产生-淀粉酶,外加GA，产生-淀粉酶,既去胚又去糊粉层，用GA处理，不能产生-淀粉酶。,证明GA诱导-淀粉酶的形成,大麦,生物鉴定法,GA对大麦糊粉层产生-淀粉酶的影响,无胚种子,大麦籽粒纵剖面示意图及水解酶的合成与GA的关系,2.GA调节IAA水平,GA降低了IAA氧化酶的活性。,GA促进蛋白酶活性，使蛋白质水解，IAA的合成前体(Trp)增多。,GA促进IAA束缚型游离型,GA可使内源IAA的水平增高,?,GA与IAA形成的关系,3.GA调节细胞壁中的钙的水平(促进茎的延长),Ca2+有降低细胞壁伸展性的作用。GA能使Ca2+壁胞质，壁中Ca2+水平下降，壁伸展，生长加快。,返回,7-3细胞分裂素(cytokinin，CTK),一、CTK的发现和种类二、CTK的分布与代谢三、CTK的生理效应四、CTK的作用机理,一、CTK的发现和种类,Skoog和崔澄(1948)等发现生长素存在时腺嘌呤具有促进细胞分裂的活性。1955年米勒(Millu)和Skoog等发现存放了4年的DNA也能诱导细胞分裂激动素(KT)。1956年，米勒等从高压灭菌处理的DNA分解产物中纯化,6呋喃氨基嘌呤。1963年，未成熟的玉米籽粒细胞分裂促进物质，玉米素(zeatin，Z，ZT)，是最早发现的植物天然细胞分裂素,都是腺嘌呤的衍生物天然CTK:玉米素，玉米素核苷、二氢玉米素、异戊烯基腺嘌呤(iP),异戊烯基腺苷(iPA)等。人工合成的CTK：激动素(KT)、6-苄基腺嘌呤(6-BA),应用最广。,种类和结构特点,腺嘌呤,激动素,KT,DNA高压灭菌时产生,人工合成,玉米素，ZT,首次从植物体分离出的天然CTK,6-苄基腺嘌呤，6-BA,人工合成,返回,二、CTK的分布与代谢,茎尖、根尖、未成熟的种子等11000ngg-1DW,合成部位:根尖，怎样证明？,生物合成由tRNA水解产生从头合成，前体:,三、CTK的生理效应,1.促进细胞分裂和扩大,IAA只促进核的分裂而与细胞质的分裂无关。CTK促进细胞质分裂。GA缩短细胞周期中的G1期(DNA合成准备期)和S期(DNA合成期)的时间，加速细胞的分裂,横向增粗,CTK对萝卜子叶膨大的作用,叶面涂施CTK(100mgL-1),对照,2.促进芽的分化,组织培养,CTK/IAA高形成芽CTK/IAA低形成根CTK/IAA中保持生长而不分化,愈伤组织,CTK促进侧芽发育，消除顶端优势,(KT:0.01-1mg/LNAA:0.1-2mg/L),IBA,0.5gml-1,IBA,0.5gml-1ZT,2.0gml-1,拟南芥（Arabidopsis）,3延缓叶片衰老,4.其他生理作用促进气孔开放；打破种子休眠；刺激块茎形成；促进果树花芽分化,清除活性氧阻止水解酶的产生，保护核酸、蛋白质、叶绿素不被破坏阻止营养物质外流,？,CTK,四、CTK的作用机理,CTK对转录和翻译的控制促进RNA,蛋白质合成保护tRNA不被水解,酵母丝氨酸tRNA的结构,返回,7-4脱落酸(abscisicacid，ABA),一、ABA的发现二.ABA的分布与代谢三、ABA的生理效应四、ABA的作用机理,一、ABA的发现,1961年Liu等，在研究棉花幼铃脱落时，从成熟的干棉壳促进脱落的物质脱落素1963年美国Addicott等，从225kg棉铃9mg脱落素同时，英国Wareing，桦树叶休眠素1967，定名为脱落酸,异戊二烯为基本单位,不对称碳原子,天然形式：右旋,二.ABA的分布与代谢,脱落或休眠器官中较多逆境下增多,合成部位：(主)根冠、萎蔫叶片,茎、种子、花和果等,生物合成,前体物：甲瓦龙酸,甲瓦龙酸类胡萝卜素（紫黄质）黄质醛ABA,返回,三、ABA的生理效应,1.抑制生长,抑制整株植物或离体器官的生长，也能抑制种子的萌发。可逆的,2.促进脱落离层生物检定,3.促进休眠,4.加速衰老与CTK相反,5.促进气孔关闭土壤干旱，根叶,气孔关闭，减少蒸腾,ABA,6.提高抗性应激激素或胁迫激素,返回,ABA诱导气孔关闭A:pH6.8,50mmolL-1KClB:转移至添加10molL-1ABA的溶液中，1030min内气孔关闭,鸭趾草,四、ABA的作用机理,抑制核酸和蛋白质合成,返回,7-5乙烯(ethylene,ETH),一、ETH的发现二、ETH的生物合成三、ETH的生理效应,一、ETH的发现,1901年俄国奈刘波(Neljubow)发现照明气中的乙烯能引起黄化豌豆苗的三重反应。1934年甘恩(Gane)证明乙烯是植物天然产物。1959年，伯格(Burg)等(气相色谱)测出了未成熟果实中有极少量的乙烯产生，随着果实的成熟不断增加。1965年，被公认为是植物的天然激素。,返回,二、ETH的生物合成,前体:蛋氨酸(甲硫氨酸，Met)直接前体:ACC(1-氨基环丙烷-1-羧酸),促进：成熟衰老、IAA、O2、逆境(低温、干旱、水涝、切割等)逆境乙烯,抑制：AVG(氨基乙氧基乙烯基甘氨酸)、AOA(氨基氧乙酸)、厌氧Co2+、Ni2+、Ag+,Ag(S2O3)23-对康乃馨的处理效果,返回,三、ETH的生理效应,1.三重反应与偏上性反应,乙烯三重反应:抑制茎的伸长生长；促进茎或根的横向增粗；促进茎的横向生长(即使茎失去负向重力性)。偏上生长:是指器官的上部生长速度快于下部的现象。,概念,ETH对黄化豌豆幼苗（苗龄6d）的效应三重反应,处理2d,用10lL-1乙烯处理4h后番茄苗的形态,2.促进成熟催熟激素,3.促进脱落与衰老促进纤维素酶的合成,4.促进开花和雌花分化?IAA,?GA,5.诱导次生物质(橡胶树的乳胶)的分泌,返回,7-6植物激素间的相互关系,一、IAA与GA有增效作用。促进伸长生长,GA/IAA比值,高，韧皮部分化低，木质部分化,增效作用:CTK加强IAA的极性运输，加强IAA效应。对抗作用:CTK促进侧芽生长，破坏顶端优势；IAA抑制侧芽生长，保持顶端优势。,二、IAA与CTK,1.IAA促进ETH的生物合成2.ETH降低IAA的含量水平ETH抑制IAA的生物合成；提高IAA氧化酶的活性，加速IAA的破坏；阻碍IAA的极性运输。,三.IAA与ETH,共同点：都是由异戊二烯单位构成的，相同的前体物质（甲瓦龙酸),四.GA与ABA,对抗：GA打破休眠，促进萌发；ABA促进休眠，抑制萌发。ABA使GA自由型束缚型,ABA诱导休眠,GA促进生长,短日照,长日照,法尼基焦磷酸,甲瓦龙酸,7-7植物生长调节剂,一.植物生长促进剂,促进细胞分裂、伸长和分化,生长素类:NAA,I