植物激素及化学调节的研究

1、植物生长物质及化学植物生长物质及化学 调节的研究调节的研究 第一节 植物生长物质的概念和种类 一、植物生长物质 植物生长物质（ plant growth substances） 指调节植物生长发育的生理活性物质，包括 植物激素和植物生长调节剂。 二、植物激素（phytohormones） 植物激素:植物体内产生的、能移动的、对生 长发育起显著作用的微量有机物。 （3）低浓度（1mol/L以下）有调节作用 生长素类、赤霉素类、细胞分裂素类 、 脱落酸 、乙烯 （1）内生的植物体内合成的 1、特征 （2）能移动的 从产生部位到作用部位 2、种类五大类 三、植物生长调节剂 植物生长调节剂（plant

2、 growth regulators）：人工合成的具有植物 激素生理活性的化合物。 包括生长促进剂、生长抑制剂 和生长延缓剂。 研究意义 n营养生长和生殖生长的平衡一直是园艺植物生 产上的一个重要问题。 n达到平衡的途径：修剪；施肥；灌水；激素调 控等方面。 n生长物质调控的优点：用量微，效果大。 n生长物质调控研究趋势：范围扩大，水平加深， 多个国际组织有专门的机构进行研究（湖南农 业大学植物激素重点实验室）。 植物生长物质的应用范围 n调节营养生长 促进：IAA,NAA,GA 抑制：乙烯利, B9, CCC, PP333 n调控花芽分化 n调控坐果率 n调控果实的生长与发育 n控制器官的脱

3、落与休眠衰老 化学调节的优点 n植物生长物质并不是能量和物质的输入，而是作 为化学信号诱发植物体内的生理生化反应，使植 物的生长发育朝着人们希望的方向发展。 n植物生长物质可以定向地改善植物的某些特性， 弥补植物品种的某些缺陷。 n植物生长物质可以在栽培的一些特殊环节起重要 的作用，例如诱导扦插枝条的生根，诱导无核果 实，改变果实的大小和成熟期等等方面。 第一节完第一节完 第二节植物生长调节剂第二节植物生长调节剂 的应用特点的应用特点 复杂性 广谱性 配合性 安全性和经济性 复杂性 n影响PGR发挥效果的因素极为复杂，从施用 到发挥效能一般经过表面驻留、吸收、运 输、形成PGR受体复合物等过程

4、，而每个 步骤都受到复杂的内外因素的影响。 n在进行试验时，要求严格性、灵活性、局 限性（如只对处于某一生长发育时期的某 个品种有效）。 广谱性 n施用时期、浓度、方法、品种、剂型不同， 植物生长物质的应用效果不同； n同一种植物生长物质可以引发多种效果。 如ABA与水分和温度逆境有关，亦与器官的 脱落有关；对某一种园艺作物是促进生长， 对另一种园艺作物可能就是抑制生长。 10-11 10-9 10-7 10-5 10-3 10-1 生长素浓度（mol/L） 不同营养器官对不同浓度IAA的反应 抑制 促进 10-4 根 茎 芽 10-10 10-8 主副作用兼具 n亦即安全性和经济性。任何植物

5、生长调节 物质在实验或者大量应用之前，还必须对 其毒性、对环境的影响以及经济性作出确 切的评价，只有安全、经济、有效的植物 生长调节物质，才是值得进一步推广的有 益成果。 配合性 n由于植物生长物质受多种内源激素平衡的 调节，因此，有时单用一种物质或者无效， 或者不明显，必须几种药剂先后配合或者 同时使用才有效果，或者几种药剂配合使 用以求达到多方面的效应。 n配合性表现在以下五点： 1 1增效作用增效作用：促进生长：促进生长 2 2协同作用协同作用：IAA/GAIAA/GA比值影响木质部和比值影响木质部和 韧皮部的分化，韧皮部的分化，IAA/GAIAA/GA的比值高，有利于木的比值高，有利于

6、木 质部分化，质部分化，比值低则有利于韧皮部分化比值低则有利于韧皮部分化。 3 3拮抗作用拮抗作用：IAAIAA促进不定根的分化，促进不定根的分化，GAGA 抑制不定根分化。抑制不定根分化。 一、生长素与赤霉素一、生长素与赤霉素 Auxins and gibberelinsAuxins and gibberelins 二、生长素与细胞分裂素二、生长素与细胞分裂素 Auxins and cytokinins 1 1协同作用协同作用：在促进细胞分裂方面和根：在促进细胞分裂方面和根 芽分化方面，芽分化方面， 2 2拮抗作用拮抗作用：IAAIAA促进顶端优势，促进顶端优势，CTKCTK抑抑 制顶端优势

7、，顶端优势是否存在，决定于制顶端优势，顶端优势是否存在，决定于 IAA/CTKIAA/CTK的比值。比值高，有利于顶端优势的比值。比值高，有利于顶端优势 的维持。的维持。 n生长素促进根和木生长素促进根和木 质部分化。质部分化。 n将植物枝条切段基将植物枝条切段基 部用生长素处理，部用生长素处理， 可促进发根，其中可促进发根，其中 最有效的生长素类最有效的生长素类 物质是吲哚丁酸。物质是吲哚丁酸。 Auxin promotes rooting 在组织培养时，在组织培养时， 加入生长素促进加入生长素促进 愈伤组织分化出愈伤组织分化出 根和形成木质部。根和形成木质部。 n细胞分裂素促进细胞分裂素促

8、进 愈伤组织分化出愈伤组织分化出 芽。芽。 n这与生长素相反。这与生长素相反。 三、生长素与乙烯三、生长素与乙烯 Auxins and ethylene 1 1生长素促进乙烯生物合成生长素促进乙烯生物合成 n生长素浓度越高，乙烯含量越高，这是因生长素浓度越高，乙烯含量越高，这是因 为生长素促进为生长素促进ACCACC合成酶的活性。高浓度生合成酶的活性。高浓度生 长素长素抑制生长抑制生长，促进成熟，原因是促进了，促进成熟，原因是促进了 乙烯的生物合成，乙烯的生物合成，抑制生长抑制生长实际上是乙烯实际上是乙烯 的效应。的效应。 n这可能是植物控制过快生长的一种自我反这可能是植物控制过快生长的一种自

9、我反 馈机制馈机制反馈抑制反馈抑制。 2 2乙烯降低生长素的含量乙烯降低生长素的含量 n生长素浓度的升高，提高乙烯的水平，升生长素浓度的升高，提高乙烯的水平，升 高的乙烯，反过来降低生长素的水平，乙高的乙烯，反过来降低生长素的水平，乙 烯降低生长素水平的原因可能有三个：烯降低生长素水平的原因可能有三个： （1 1）抑制生长素的合成；）抑制生长素的合成； （2 2）促进生长素的分解；）促进生长素的分解；通过提高通过提高 IAAIAA氧化酶的活性，加速其氧化失活氧化酶的活性，加速其氧化失活 （3 3）阻碍生长素运输。）阻碍生长素运输。 四、赤霉素与脱落酸四、赤霉素与脱落酸 Gibberellins

10、 and abscisic acidGibberellins and abscisic acid n拮抗作用拮抗作用 n1 1赤霉素打破休眠，促进萌发，脱落酸促赤霉素打破休眠，促进萌发，脱落酸促 进休眠，抑制萌发。进休眠，抑制萌发。 n2 2赤霉素促进一些长日照植物开花，脱落赤霉素促进一些长日照植物开花，脱落 酸促进一些短日植物开花。酸促进一些短日植物开花。 五、细胞分裂素与脱落酸五、细胞分裂素与脱落酸 Cytokinins and abscisic acidCytokinins and abscisic acid n拮抗作用拮抗作用 1 1细胞分裂素延迟衰老，脱落酸促进细胞分裂素延迟衰老，脱

11、落酸促进 衰老。衰老。 2 2细胞分裂素促进气孔开放，脱落酸细胞分裂素促进气孔开放，脱落酸 促进气孔关闭。促进气孔关闭。 促进气孔开放促进气孔开放 In conclusion: n植物生长物质几乎涉及到植物生长发育植物生长物质几乎涉及到植物生长发育 的全部过程；的全部过程； n植物生长发育，是多种激素相互平衡的植物生长发育，是多种激素相互平衡的 结果。结果。 第二节完第二节完 第三节植物生长物 质的测定（） 植物生长物质测定特点和要求 植物生长物质的特点： n种类多(GA120种） n含量微 n易遭破坏 测定方法要求： n专一性强 n灵敏度高 (ppb级） n回收率高（recovery) 植物

12、生长物质的测定方法 n生物鉴定法bioassay n理化测定法phsico-chemical method n免疫测定法immunological method 生物鉴定法 n生物鉴定法生物鉴定法依据植物激素的生物活性，通过对某依据植物激素的生物活性，通过对某 些植物组织、器官或个体的特异性反应程度与标些植物组织、器官或个体的特异性反应程度与标 准样品的对比，可以推算出样品中某种或某类植准样品的对比，可以推算出样品中某种或某类植 物激素的含量。物激素的含量。 n生物鉴定法灵敏、简便，能反映激素的生物活性，生物鉴定法灵敏、简便，能反映激素的生物活性， 因而迄今仍有应用，但生物鉴定法一般因而迄今仍

13、有应用，但生物鉴定法一般专一性较专一性较 差，对样品纯化程度要求较高差，对样品纯化程度要求较高，需要通过纯化过，需要通过纯化过 程将抑制特异性反应的成分减少到最低限度，否程将抑制特异性反应的成分减少到最低限度，否 则影响鉴定结果。则影响鉴定结果。 生物鉴定法 cont n生物鉴定法生物鉴定法一般需时较长、重复性较差，一般需时较长、重复性较差， 工作量也较大工作量也较大。 n目前除部分专一性较强的生物鉴定法仍用目前除部分专一性较强的生物鉴定法仍用 于定量分析之外，于定量分析之外，一般仅为其它方法提供一般仅为其它方法提供 生物活性方面的生物活性方面的参考依据参考依据。 理化鉴定 n早期的比色法由于

14、其灵敏度和专一性均有限、 现在已经不再采用。 n近代的光谱法灵敏度高，但专一性差，一般 仅用于纯品鉴定。 n荧光法目前在IAA和GA分析中仍有应用。 n色谱法将分离与检测相结合，是当前广泛应 用的理化方法。色谱法包括纸色谱、薄层色 谱、气相色谱和液相色谱 免疫学鉴定法 n原理：以植物激素为抗原从免疫动物得到 特异性抗体（Ab），一定量的标记激素分 子（Ag”）与样品中未知含量的激素分子 （Ag）竞争性地与Ab结合，当反应平衡后， 测定 Ag”Ag Ab比例，与对照相 比，即可推知 Ag含量。 n激素标记主要有两个方法 n一种是用放射性同位素，RIA，Radioimmunoassay n另一种是

15、用酶分子，ELISA， Enzyme-linked Immunosorbent Assay n优点：免疫学方法将免疫反应和放射性（或酶促 反应）测定的高度灵敏性相结合，使前处理步骤 大为简化，需用样品量小，分析速度快，是最有 希望的植物激素测定技术。 生长调节剂的药效鉴定 n（一）生长素类 n1小麦胚芽鞘垂直生长法：种子萌发后，切取胚 芽鞘中段，漂浮去除本身的内源生长素，然后置 不同浓度的生长素溶液中旋转培养测定胚芽鞘 长度作为生长素活性强弱的指标。 n2豌豆弯曲试验法：将豌豆茎段纵切至全长的 2/3左右，经生长素溶液处理后，测量弯曲度作为 活性指标。 GA类 n1水稻点滴法：矮生水稻种子萌发

16、后，播种到琼 脂培养基上，在幼苗的胚芽鞘与第一叶叶鞘间点 滴GA，测定第二叶叶鞘长度作为GA活性指标。 n2大麦胚乳法：大麦种子吸水萌发以后，胚乳中 的淀粉在淀粉酶的作用下水解成麦芽糖。淀粉酶 是在胚释放GA的诱导下，由糊粉层细胞合成的。 没有胚的活动或没有GA的参与，淀粉酶就不能形 成，因此利用去胚的大麦胚乳可以鉴定GA的存在 与活性。 CTK类 n1烟草愈伤组织试验法：烟草茎的节间切段，在 加入CTK的培养基中培养，其愈伤组织的增量与 CTK的活性呈正相关，利用这一特点测定CTK活性。 所用材料除烟草外，还有大豆，萝卜。 n2尾穗苋黄化子叶苋红素合成法：尾穗苋子叶在 黑暗下不能合成红色的苋

17、红素，加入CTK则可以合 成，苋红素合成量与CTK活性成正比。 生长延缓剂和抑制剂类： n“水稻点滴法”、“小麦胚芽鞘垂直生长法” 可以检测生长延缓剂和抑制剂活性，但指 标与生长促进剂相反。 ETH类: n黄化幼苗在经乙烯处理后，下胚轴纵向生 长受抑、细胞横向扩大引起上胚轴变粗短， 而且由于偏上生长引起下胚轴横向生长， 称为“三重反应”，可以利用这一特点测 定乙烯利等药剂的生物活性或药剂特点。 n偏上性生长偏上性生长epinastyepinasty， 是指在含有乙烯的气体是指在含有乙烯的气体 中，番茄叶柄上部生长中，番茄叶柄上部生长 快于下部，使叶柄向下快于下部，使叶柄向下 弯曲，除去乙烯，生

18、长弯曲，除去乙烯，生长 恢复正常。根据植物的恢复正常。根据植物的 偏上性生长，也可判断偏上性生长，也可判断 乙烯的存在。乙烯的存在。 第四节植物生长物质 应用技术研究（） (一)PGR配制方法 nPGR剂型主要有三类 n(1)液剂，包括水溶液和50%乙醇溶液。 n(2)粉剂，包括结晶和粉末， n(3)油剂，介质一般为羊毛脂软膏， 其中应用较多的以液剂为主;在液剂中尤以 水剂应用为多。 1、水剂 n一般可根据溶解度选择配制方法，对于溶于水的 PGR可直接用水来溶解。如乙烯利(CEPA)、PP333可 湿性粉剂以及萘乙酸 (NAA)或2,4-D的钾盐、钠盐 或硅胺类等。 n对于一些不溶或难溶于水的

19、PGR则应先用少量或微 量其它溶剂溶解，再用水稀释；如GA、ABA、IBA、 CPPU等可先用少量95%乙醇溶解，再用水稀释，而 6-BA则先用稀盐酸溶解后用水稀释。 配制母液 n高浓度的PGR溶液(母液)较稳定且便于盛装和保存， 因此在应用时往往先配制成母液，然后再用水稀 释至所需浓度的溶液 (工作液)。如果不需保存而 直接使用，也可以直接配制成工作液。 n为了便于PGR在植物表面存留和进入体内，常在配 制时同时加入粘着剂 (如牛皮胶等)，湿润剂 (如 甘油，CaCl2，等)和表面活性剂 (如吐温-20和中 性洗衣粉等)。 2、 粉剂 n粉剂是诱导插条生根时常用的一种剂型。 将一定量的PGR

20、在易挥发的有机溶剂中溶解、 搅拌成糊状再按比例混入滑石粉，也可用 木炭粉、面粉或细粘土充分搅拌，待溶剂 挥发后，便成为一定浓度的粉剂，密封后 备用。 3、油剂 n油剂不易流失，可局限在施用部位，且易 渗入角质层、细胞壁和原生质体、因而是 一种有前途的应用方式。 n在配制油剂时，一般先将羊毛脂加热融解， 按比例称取PGR粉剂，溶于羊毛脂液体中， 混合均匀，待冷却至糊状时即为所需油剂。 (二)使用方法 n1，喷布 将配制成的水溶液或粉剂用喷雾 (粉)器对整株或局部进行喷布处理，其中 以水剂喷布较为常见。 n 2浸沾 浸沾法是刺激插条生根时采用 的一种PGR使用方法。一般将插条需要沾粉 部位用水浸湿

21、，然后沾取粉剂，再抖去多 余粉剂后即可打孔或开沟扦插。 n 3涂抹 用毛笔或毛刷等将油剂或水剂 涂抹至所需部位。 n 4土施 一般配制成水剂后浇施，也可 直接施入粉剂，如PP333，可结合灌溉进行。 n 5注射 将树干或枝条钻孔后，把PGR 溶液用注射器注入处理部位输导组织。 n 目前，叶面喷雾是PGR的主要施用方式。 此外，油剂涂抹已开始受到重视， n几种PGR的先后顺序使用或同时配合使用也 是发展方向之一。 第五节植物生长物质应 用研究的方式和内容 1，外植体(explant)法 n即将植株的部分器官或组织在离体条件下培养， 并用PGR进行处理后观察其药效反应。其优点是材 料整齐，条件易于

22、控制，此外还节约试材和药剂。 n外植体法在进行大规范大田应用之前用于药效鉴 定、药剂筛选、药剂相互作用等方面的研究是有 其价值的。 n具体应用时，要注意离体条件下的试剂敏感度及 外界因子的影响等与活体条件可能不一致，因而 应用浓度、时期、助剂种类等方面也会有差异。 2盆栽法 n可在人工气候室、温室条件下，研究PGR效 应的因素，其特点是可以控制条件，但其 研究结果特别是有关药效的试验结果也有 待大田条件下的证实。 3，田间试验 n是当前植物生长调节剂应用研究的主要方 法，必须在田间活体情况下验证之后才能 推广使用。PGR的田间试验法应该注意以下 7个方面的问题： n（1）试验设计须符合生物统计

23、学原理 n（2）试材应尽可能一致，必要时可按树势、 干周、花量等将试材分组 n（3 3）对照对照的设置视不同目的和阶段而异；初期为的设置视不同目的和阶段而异；初期为 确定某一药剂的效果，对照可用确定某一药剂的效果，对照可用水水，如加用某种，如加用某种 助剂助剂时，对照应用同一浓度的助剂溶液；在已确时，对照应用同一浓度的助剂溶液；在已确 定其初步效应之后在进一步试验时，对照可用定其初步效应之后在进一步试验时，对照可用 自然对照（不处理），自然对照（不处理），或或生产上某一常规措施生产上某一常规措施； n（4 4）药剂施用方法药剂施用方法因研究目的和药剂类型而异；因研究目的和药剂类型而异； n（5

24、 5）药剂使用时期药剂使用时期应以物候期为准，如盛花期，应以物候期为准，如盛花期， 盛花后几天，采前几天，果实大小等；开始试验盛花后几天，采前几天，果实大小等；开始试验 时，时间范围可先宽一下，进一步试验时再缩小时，时间范围可先宽一下，进一步试验时再缩小 n（6 6）药剂使用浓度、次数和实际剂量药剂使用浓度、次数和实际剂量，一般可依，一般可依 理论推测或前人试验结果，开始试验时浓度差距理论推测或前人试验结果，开始试验时浓度差距 可大一些；可大一些； n（7 7）药剂剂型药剂剂型（生产厂家）（生产厂家）、添加剂的使用、药、添加剂的使用、药 剂的理化状态、使用工具、试材营养水平及结构剂的理化状态、

25、使用工具、试材营养水平及结构 特点、施药前后的气候条件以及栽培管理条件特点、施药前后的气候条件以及栽培管理条件均均 会影响试验结果。这些条件应有记载，以便分析会影响试验结果。这些条件应有记载，以便分析 结果时参考。结果时参考。 For example 1:植物生物物质促进扦 插生根的研究 n1. 影响扦插生根和成活的因素研究： n材料本身的情况：插条母株及插条的生根特性、 年龄、木质化程度、营养状况、水分含量，带叶 与否等 n生长调节剂药剂种类，处理方法（高浓快浸，延 长浸泡和沾粉）、浓度、浸沾深度、剂型、溶剂 等 n母株在诱导生根前的环剥、黄化前处理等 插后环境条件如温度、湿度、插床介质等

26、n2常用药剂IBA和NAA，此外，在生长调节 剂中混入杀菌剂、硼酸、蔗糖等也有增效 作用。 n3调查项目：扦插成活率、生根数量、时 期、长度和百分率。 For example 2:控制营养生长和成花 n使用药剂：多效唑（PP333）、6BA、乙 烯利（CEPA）、B9、GA等。 n研究项目 n（1）促进分枝和改变发枝角度； n（2）抑制萌蘖：一般用 1NAA； n（3）延缓生长和促进成花。 n（4）抑制成花，主要用GA。 观察项目观察项目 n生长反应：枝梢生长长度、粗度、尖削度、 枝皮率、叶片大小、叶片厚度和颜色变化、 枝条和根的韧皮部和木质部重量变化，根 冠比，以及某些生理生化反应等。 n成

27、花反应：幼树应调查开花株率、成花百 分率、单位枝周或干周上花芽数，花芽类 型、分化部位、花芽分化时期、数量、质 量，增产效果以及某些生理生化指标。 For example 3:控制果实发育 n1诱导单性结实：常用药剂有GA、CPPU 等在葡萄、猕猴桃等园艺作物应用效果 较好。 n2. 促进果实膨大：目前主要使用CPPU（猕 猴挑、葡萄、柿、苹果、梨等）、氯化胆 碱（桃）和GA（葡萄) n3.促进着色、提早成熟：常用CEPA（柑橘、柿 等）、 CPPU（葡萄）、 ABA（葡萄）。 n4.延缓成熟：GA3，2,4-D可延迟柑桔类果实成熟。 n5.增糖减酸：目前还很少有适宜的生长调节剂可 供使用。早

28、期在柑橘上使用的含砷化合物减酸效 果好，但因毒性大，已经停止应用此外，吲熟 酯可提高柑橘的糖度且兼具疏小果、留大果、 提早成熟、促进着色等多种效果。 葡萄生长调节剂处理诱导无籽果实 生长素的应用及效果生长素的应用及效果 研究：研究： 之一：引起单性结实之一：引起单性结实 n在授粉前用生长素处在授粉前用生长素处 理柱头，也可引起果理柱头，也可引起果 实膨大。形成无籽果实膨大。形成无籽果 实，这种现象称为单实，这种现象称为单 性结实性结实 parthenocarpyparthenocarpy n浓度、时期、部位的浓度、时期、部位的 研究，对其它节位的研究，对其它节位的 影响影响 生长素的应用及效果

29、研生长素的应用及效果研 究：究： 之二：之二：影响性别分化和影响性别分化和 促进开花促进开花 n生长素促进瓜类植物生长素促进瓜类植物 （黄瓜、南瓜）等的（黄瓜、南瓜）等的 雌花分化。促进菠萝雌花分化。促进菠萝 开花。开花。 n浓度、时期、部位的浓度、时期、部位的 研究，对其它节位果研究，对其它节位果 实或花、果实品质的实或花、果实品质的 影响影响、对营养生长的、对营养生长的 影响等影响等 Hubbard squash 芛瓜芛瓜 femalemale n赤霉素之一：赤霉素之一： n促进葡萄果柄促进葡萄果柄 的伸长，使之的伸长，使之 松散，防止霉松散，防止霉 菌感染菌感染 n喷布次数：两喷布次数：

30、两 次次 n喷布时期：开喷布时期：开 花时一次，座花时一次，座 果时一次。果时一次。 对照处理 赤霉素之二：赤霉素之二： 促进抽苔开花促进抽苔开花 n有些植物在开花前需经有些植物在开花前需经 历一段时间的低温和长历一段时间的低温和长 日照能够开花，用日照能够开花，用赤霉赤霉 素素处理就可以代替低温处理就可以代替低温 或长日照，使其开花。或长日照，使其开花。 如萝卜、白菜、甜菜、如萝卜、白菜、甜菜、 莴苣等许多二年生植物。莴苣等许多二年生植物。 n处理部位、时期（含一处理部位、时期（含一 天中的某一时间）、浓天中的某一时间）、浓 度、效果度、效果 Mullein 毛蕊属植物毛蕊属植物 第五节 植

31、物生长抑制物质 根据抑制生长的作用方式不同，生 长抑制物质分为两类： 1、生长抑制剂（growth inhibitors）： 抑制顶端分生组织生长，干扰顶端细 胞分裂，引起茎伸长的停顿和顶端优 势的破坏。外施GA不能逆转这种抑制 效应。 天然：ABA、茉莉酸（JA）、水杨酸、绿原 酸、香豆素、咖啡酸等 人工合成的：三碘苯甲酸（TIBA）、青鲜素 （马来酰肼，MH）、整形素、增甘膦等 抑制内源GA的生物合成，因此抑制茎 尖伸长区的细胞伸长，使节间缩短，但 节间和细胞数目不变。外施GA能逆转这 种抑制效应。 2、生长延缓剂（growth retardants） 如：矮壮素（CCC）、缩节安（Pix）、 多效唑（PP333）、烯效唑（S 3307)、比久 （B9） 第