光形态概念精品课件

1、光形态概念第1页，共31页，2022年，5月20日，4点5分，星期一生命周期(life cycle)把一生物体从发生到死亡所经历的过程称为生命周期（life cysle）。种子植物的生命周期，要经过胚胎形成、种子萌发、幼苗生长、营养体形成、生殖体形成、开花结实、衰老和死亡等阶段。习惯上把生命周期中呈现的个体及其器官的形态结构的形成过程，称作形态发生（ morphogensis ）或形态建成。在生命周期中，伴随形态建成，植物体发生着生长（ growth ）、分化（ differentiation ）、和发育（ development ）等变化。第2页，共31页，2022年，5月20日，4点5分，

2、星期一第3页，共31页，2022年，5月20日，4点5分，星期一第4页，共31页，2022年，5月20日，4点5分，星期一光形态建成的概念 (Introduction of photomorphogenesis)植物的光生物学(Photobiology)有两大分支：光合作用和光形态建成。光在植物正常的分化 、生长、发育的各个进程中起调节控制作用，这些调节作用表现在分子、细胞、组织和器官四个水平层次的变化上，这就是光形态建成，亦即植物的光发育作用。第5页，共31页，2022年，5月20日，4点5分，星期一和光合作用转化并贮存大量的光能不同，光形态建成反应所需的能不是从光本身来的，而是靠植物细胞内

3、贮存的能量转化而来。低能的光只是一个信号，引起光受体色素蛋白质的变化，又经过一系列中间过程并消耗体内许多能量之后，才在产物的积累和结构形态上产生一个可见的变化。作为信号，只需要极弱的光。如果比较这两个过程所需要的光能，那么，光形态建成所需红闪光的能量和一般光合作用补偿点的能量相差约10个数量级。光形态建成的研究从20世纪二十年代开始，在五十年代末发现光敏素之后迅速增多起来，现在更是形成了与光合作用并列的一个分支学科。至今已在各种植物中发现几百个生理生化过程受光调控，其中有些过程是其他基因顺序表达的必要条件。第6页，共31页，2022年，5月20日，4点5分，星期一第7页，共31页，2022年，

4、5月20日，4点5分，星期一光控发育的事实毫无例外地存在于所有研究过的植物中。以藻类为例，可以看出，藻类的各个代谢过程，包括营养生长与生殖生长的各个时期，都受到各种不同波长的光(红、黄、绿、兰等)所调节控制。 第8页，共31页，2022年，5月20日，4点5分，星期一(a)Greening (i.e. chlorophyllChlorellaChl.bluesynthesis, chloroplastScenedessmus Chl. blueformation,etc) Euglena Eugl.variousDelesseriaRhod ?(b)Pigment compositionChl

5、orellaChl.blueScenedesmusChl.blueFremyellaCyan.green/redTolypothrix Cyan.green/redOchromonas Chry. bluegreen CryptomonasCryp.greenProrocentrum Pyrr. greenType of developmentGenusAlgal group Effective color(s)Types of metabolic development in algae controlled by light *Chl=Chlorophyta (绿藻门)； Chry=Chr

6、ysophyta (金藻门)；Cryp=Cryptophyta (隐藻门)；Cyan=Cyanophyta(蓝藻门)；Fugl=Fuglenophyta (裸藻门，眼虫藻门)；Pyrr=Pyrrophyta (甲藻门)；Rhod=Rhodophyta (红藻门)。第9页，共31页，2022年，5月20日，4点5分，星期一(c)Enzyme synthesis Chlorella Chl.blue Chlorogonium Chl.blueAcetabularia Chl.blueAcrochaetium Rhod. blueCyanidium Rhod.blue(d)Stimulation o

7、f cell division Chlorella Chl. blue (e)Inhibition of cell division Chlamydomonas Chl. blue/Yellow Prototheca Chl. blue (f)Cell differentiation Volvox Chl.green (g)Osmoregulation Chlamydomonas Chl.blue *Chl=Chlorophyta (绿藻门)； Chry=Chrysophyta (金藻门)；Cryp=Cryptophyta (隐藻门)；Cyan=Cyanophyta(蓝藻门)；Fugl=Fug

8、lenophyta (裸藻门，眼虫藻门)；Pyrr=Pyrrophyta (甲藻门)；Rhod=Rhodophyta (红藻门)。 Types of metabolic development in algae controlled by light 第10页，共31页，2022年，5月20日，4点5分，星期一(a)Growth responses NostocCyan.red/greenFremyellaCyan.red/greenSpirogyraChl.red/farredCharaChar.red/farredNeueocystisPhae.red/farredVaucheria Ch

9、ry.blue(b)Spore germinationAnabaenaCyan.red(/farred)CharaChar.red/farredNiteliaChar.redScrippsiellaPyrr.greenBangiaRhod.green Type of developmentGenus AlgalgroupEffective color(s)Types of vegetative development in algae under nonphotoperiodic control by light. Char=Charophyta (轮藻门)； Phae=phaeophyta

10、(褐藻门)； other abbreviations as in Table52 第11页，共31页，2022年，5月20日，4点5分，星期一(c)Twodimensional developmentPetaloniaPhae.blueScytosiphon Phae.blue (d)Hair formationAcetabulariaChl.blueDesmotyichumPhae.blueDictyotaPhae.blueScytosiphon Phae.blue(e)Rhizoid formationSpirogyraChl.red/farredChar=Charophyta (轮藻门)

11、； Phae=phaeophyta (褐藻门)； other abbreviations as in Table52 Types of vegetative development in algae under nonphotoperiodic control by light. 第12页，共31页，2022年，5月20日，4点5分，星期一(a) Induction of gameteAcetabulariaChl.blueor spore formationDictyotaPhae.redLaminariaPhae.blueMacrocystisPhae.blueTrebouxiaChl.r

12、ed/farred(b) Inhibition of sporeProtosiphonChl.blue/yellowformation(c) Induction of gameteBryopsisChl.blueor spore releaseMonostromaChl.blueDesmotrichumPhae.blue DictyotaPhae.blue(d) Inhibition of gameteLaminaria Phae.blueType of developmentGenusAlgalgroupEffective color(s) or spore releasePelvetiaP

13、hae. ?Types of reproductive development in algae under nonphotoperiokic control by light. *Abbreviation as in Table 52 and 53。第13页，共31页，2022年，5月20日，4点5分，星期一 自然界中大多数植物的种子萌发对光照无反应，但也有些植物的种子萌发却受光的影响。 如莴苣、月见草、鬼针草、烟草及一些禾本科牧草等植物的种子需要在光照下才能萌发，被称为“需光种子”；相反，象茄子、番茄、瓜类、葱属等植物的种子在光下则萌发受到抑制，需要在黑暗中才能萌发，被称为“嫌光种子”或“

14、需暗种子”。第14页，共31页，2022年，5月20日，4点5分，星期一 研究发现，需光种子以660nm红光代替白光照射时，同样会促进萌发，而以730nm远红光照射时，则有抑制萌发的作用甚至比黑暗的抑制效果更强。用红光处理后若再用远红光照射，红光的作用被消除。红光和远红光对种子萌发的这种逆转作用，可在同一种子上反复多次，其是否萌发决定于最后一次使用的是什么波长的光。 后来研究得知，红光与远红光对种子萌发和抑制的可逆反应，跟种子内含有一种叫光敏色素的物质有关。在红光照射下，它呈活化状态，促进需光种子萌发，抑制需暗种子萌发，在远红光照射或黑暗中光敏素呈钝化状态，作用正好相反。第15页，共31页，2

15、022年，5月20日，4点5分，星期一第16页，共31页，2022年，5月20日，4点5分，星期一 间接作用：促进光合作用高能反应 直接作用：影响形态建成低能反应 光的形态建成作用指光调节植物生长、分化与发育的过程。 黄化现象在黑暗中植物茎细长而柔弱，组织分化程度低，机械组织不发达，水分多而干物质少，茎顶呈钩状弯曲，叶小不开展，缺乏叶绿素而呈黄白色，根系发育不良等现象。 暗形态建成（skotomorphogenesis），或称黄化现象（etiolation）第17页，共31页，2022年，5月20日，4点5分，星期一向光性 植物器官向光的方向弯曲的现象叫向光性。通常幼苗或幼嫩植株多向光源的一侧

16、弯曲，称正向光性；许多植物的根是背光生长，叫负向光性；叶片通常与光源垂直生长，叫横向光性。横向光性有利叶片最大限度地接受太阳光制造有机物。 向光弯曲与生长素的分布不均匀有关。如对光较敏感的胚芽鞘尖端在单侧照光时，背光一侧生长素多于向光一侧，促进了背光侧的细胞伸长，植株呈现向光生长。向光弯曲的另一原因是由于强光对生长素的破坏，或者强光能抑制生长素的产生，从而使背光面生长素含量相对增多。第18页，共31页，2022年，5月20日，4点5分，星期一第19页，共31页，2022年，5月20日，4点5分，星期一向光性反应并非是背光侧IAA含量大于向光侧所致，而是由于向光侧的生长抑制物质多于背光侧，向光侧

17、的生长受到抑制的缘故。生长抑制剂抑制生长的原因可能是妨碍了IAA与IAA受体结合，减少IAA诱导与生长有关的mRNA的转录和蛋白质的合成。还有试验表明生长抑制物质能阻止表皮细胞中微管的排列，引起器官的不均衡伸长。第20页，共31页，2022年，5月20日，4点5分，星期一第21页，共31页，2022年，5月20日，4点5分，星期一第22页，共31页，2022年，5月20日，4点5分，星期一对向光性起主要作用的光是420480nm的蓝光，其峰值在445nm左右，其次是360380nm紫外光，峰值约在370nm。从作用光谱推测，其光敏受体为蓝光受体, “隐花色素(cryptochrome)”第23

18、页，共31页，2022年，5月20日，4点5分，星期一棉花、向日葵、花生、大豆、苜蓿等植物顶端在一天中随太阳而转动，每天早上，叶片朝向太阳升起的东方，而后随太阳转动至傍晚向西方，叶片和太阳光线始终保持一定的角度，以利于吸收光能，呈现一幅生机盎然的“跟踪太阳”（solar tracking）的景象。这种运动可称为横向光性（diaphototropism）。这种叶片的转动是由叶柄基部的叶枕运动细胞（motor cell）膨压变化控制的，反应可以很快，在阴天多云时，叶片处于水平位置，一旦太阳从云中露出，叶片会以每小时转动60o的速度紧跟着太阳运动。有趣的是，幼苗在经过几天的学习后，在黎明前12小时叶片就会朝向东方，植物如何能对日出方向保持记忆，仍然是个谜。第24页，共31页，2022年，5月20日，4点5分，星期一在热带雨林中的许多藤本植物，在种子萌发后总是向着靠近的树生长，而后缠绕树干向上生长，常可看到成千的幼苗朝向一棵树生长，实验发现，这些幼苗生长的朝向不是依赖于光的方向，而是决定于暗的方向，因此它不是负向光