中国科学院大学植物生理学课件：第十二章植物的成熟和衰老生理上课讲义

第十二章植物(zhíwù)的成熟和衰老生理主讲教师(jiàoshī)：吴传书中国科学院大学2013.12.28第一页，共77页。种子(zhǒngzi)发育种子(zhǒngzi)成熟胚从小长大营养物质在种子中的积累与贮藏受精卵胚子房壁果皮胚珠种子子房果实第一节种子成熟(chéngshú)时的生理生化变化第二页，共77页。种子发育(fāyù)的时期多数种子的发育可分为以下三个时期：胚胎发生期、种子形成期和成熟休止(xiūzhǐ)期：1、胚胎发生期：从受精卵开始到胚形态初步建成。以细胞分裂为主，同时进行胚胚乳和子叶的分化。这期间不具发芽能力，离体种子不具活力。2、种子形成期：以细胞扩大为主，淀粉、蛋白质和脂肪在胚、胚乳或子叶大量积累，引起胚、胚乳和子叶迅速生长。有些种子已具发芽能力，在适宜条件能发芽。3、成熟休止(xiūzhǐ)期：贮藏物质积累逐渐停止，含水量降低，原生质由sol变为gel,呼吸逐渐降低至最低水平,胚进入休眠期，完熟状态的种子耐脱水、耐贮藏，并具有最强的潜在生活力。第三页，共77页。一主要(zhǔyào)有机物的变化种子中的贮藏物质主要有淀粉(diànfěn)、蛋白质和脂类，它们分别贮藏在不同组织的细胞器中。种子中贮藏物质的种类和场所（见下表）。贮藏物质名称主要贮藏组织细胞器或颗粒名称淀粉胚乳或子叶淀粉体蛋白质子叶、盾片、胚乳蛋白体脂类子叶、盾片、糊粉层圆球体矿质糊粉层、子叶、盾片糊粉粒第四页，共77页。变化(biànhuà)总趋势：可溶性糖-----转为不溶性糖和脂肪（纤维素、淀粉、油脂）；氨基酸或酰胺----合成蛋白质；脂肪变化：糖-----饱和脂肪酸-----不饱和脂肪酸；非丁(Phytin)的变化：钙、镁和磷离子同肌醇形成非丁。二其它(qítā)生理生化变化呼吸作用先升高(shēnɡɡāo)后降低；第五页，共77页。不同生育期的小麦籽的玉米素、GA3、IAA含量及千粒重的变化。其中○玉米素、□IAA、△表示GA3、虚线表示鲜重内源激素的变化：CTK-GA-IAA依次出现高峰，脱落酸在籽粒成熟期含量大大增加。第六页，共77页。1、可溶性糖

可溶性糖（蔗糖(zhètáng)和还原糖――葡萄糖，果糖）转变为不溶性糖（淀粉和纤维素）积累。（1）机制：淀粉磷酸化酶参与淀粉的生物合成，在水稻，其活性与淀粉积累相一致，说明淀粉磷酸化酶在淀粉合成中起主导作用水稻成熟过程中颖果内淀粉和可溶性糖含量的变化

品种：IR28(Singh&Juliano,1977)第七页，共77页。(2)增强淀粉磷酸化酶条件：①最适pH：是6.5，在pH6－7.5之间，促淀粉合成，谷物种子乳熟前，子房内pH5.6，不适于淀粉合成，从乳熟到完熟，pH上升为6－7，利于淀粉合成。②最适温度是26－46℃，超过或低于此温度都不利于淀粉合成。残留较多的糖类(tánɡlèi)。③磷酸含量要适当：淀粉磷酸化酶有催化自我催化特性第八页，共77页。2、非蛋白N逐渐(zhújiàn)减少，蛋白N增加。发育不同时期(shíqī)合成不同蛋白质。发育初期：与胚分化有关的蛋白先合成，中期：贮藏蛋白，后期：与种子休眠和耐脱水蛋白。根据在不同溶剂中的溶解性，分为4类：水溶性清蛋白——溶于水；盐溶性白蛋白，能被0.5mol.L-1能被NaCl提取(tíqǔ)；碱溶谷蛋白——溶于较浓的酸和碱（HCl,1%乳酸提取(tíqǔ)）；醇溶谷蛋白——溶于70％酒精的疏水蛋白。稻颖果中不同种类蛋白质在种子发育过程中的含量变化

第九页，共77页。3、糖类转化(zhuǎnhuà)为脂肪油料作物种子随成熟起程，糖逐渐减少，脂肪不断增加。特点有2：（1）先形成大量的游离脂肪酶，随种子成熟逐渐合成(héchéng)油脂。（2）先形成饱和脂肪酶，由饱和脂肪酶变为不饱和脂肪酶，所以油料种子的油脂碘值随种子成熟而增加。但固体油料种子（椰子）变化很小。豌豆种子：最积累以蔗糖为主的糖分，然后转变为蛋白质和淀粉，后来淀粉减少，而蛋白质保持较高含量。第十页，共77页。油菜(yóucài)种子在成熟过程中干物质积累1.可溶性糖；2.淀粉；3.千粒重；4.含氮物质；5.粗脂肪第十一页，共77页。三、环境条件对种子成熟(chéngshú)过程和化学成分的影响1、干旱：①影响成熟过程：“风旱不实”――就是干燥与热风使种子灌浆(guàng〃jiāng)不足。原因：水分充足时，物质才能运输，干热风时，叶子萎蔫，同化物不能流向正在灌浆(guàng〃jiāng)的籽粒，同时水解酶活性增强，妨碍了贮藏物质的积累，造成籽粒干缩和过早成熟。减产。第十二页，共77页。2、温度：影响油料种子的油量和油分性质①油量：北方高，南方低，国在成熟期间，适当的低温，利于(lìyú)油脂的积累。②油分性质：昼夜温差大，利于(lìyú)不饱和脂肪酶的形成，相反，利于(lìyú)不饱和脂肪酶的形成。故，最好的干性油是从纬度较高或海拔较高的地区获得。东北大豆油量高，油分也好。3、营养条件(tiáojiàn)：影响成分：N——提高蛋白质含量，减少脂肪含量。K——增加淀粉含量。P——增加脂肪含量。第十三页，共77页。第二节果实成熟时的生理(shēnglǐ)变化果实(fruit)是由子房或连同花的其它部分发育而成的。单纯由子房发育而成的果实叫真果，如桃、番茄、柑橘等；除子房外，还包含花托(huātuō)、花萼、花冠等花的其它部分共同发育而形成的果实叫假果，如苹果、梨、瓜类等。第十四页，共77页。果实的发育是从雌蕊形成开始，包括雌蕊的生长、受精后子房等部分的膨大、果实形成和成熟等过程。果实成熟(maturation)是果实充分成长以后到衰老之间的一个发育阶段。果实的完熟(ripening)则指成熟的果实经过(jīngguò)一系列的质变，达到最佳食用的阶段。通常所说的成熟也往往包含了完熟过程。第十五页，共77页。一果实(guǒshí)的生长生长模式果实(guǒshí)生长主要有两种模式：单“S“形生长曲线(singlesigmoidgrowthcurve)和双“S”形生长曲线(doublesigmoidgrowthcurve）。果实的生长曲线模式苹果为“S“形，樱桃为双“S“形第十六页，共77页。单“S”形生长(shēngzhǎng)模式该类型的果实在开始生长时速度较慢，以后逐渐加快，直至急速生长，达到高峰(gāofēng)后又渐变慢，最后停止生长。果实有苹果、梨、香蕉、板栗、核桃、石榴、柑橘、枇杷(pípá)、菠萝、草莓、番茄、无籽葡萄等。双“S”形生长模式这一类型的果实在生长中期出现一个缓慢生长期，表现出慢-快-慢-快-慢的生长节奏。果实有桃、李、杏、梅、樱桃、有籽葡萄、柿、山楂和无花果等珠心和珠被生长停止，营养向种子集中第十七页，共77页。二呼吸跃变(RespiratoryClimacteric)随着果实的成熟，呼吸速率最初降低，到成熟末期(mòqī)又急剧升高，然后又下降，这种现象叫果实的呼吸跃变根据(gēnjù)果实的呼吸跃变现象，可把果实分为二种：差异(chāyì)乙烯含量：跃变型果实在呼吸峰之前出现乙烯释放峰。酶类活性：跃变型果实水解酶的活性高。贮藏物质：跃变型果实含有大分子物质较多。跃变型果实：如梨、桃、苹果、芒果、西瓜等。非跃变型果实：如草莓、葡萄、柑桔等。第十八页，共77页。果实出现呼吸峰，便进入(jìnrù)了完全成熟，同时也是最佳可食状态。第十九页，共77页。呼吸跃变的意义(yìyì)、产生的原因及应用：呼吸跃变是果实即将成熟的的一个重要(zhòngyào)特征，呼吸跃变结束意味着果实已经成熟。产生(chǎnshēng)原因1.随着果实的成熟，细胞内线粒体的数目增多，呼吸活性提高；2.产生了氧化磷酸化解偶联剂，刺激了呼吸速率的提高；3.乙烯的释放量增加，导致抗氰呼吸的加强；4.糖酵解关键酶被活化，呼吸活性加强。在生产上，果实贮藏过程中，可以通过低温、低氧、高CO2浓度的方法，推迟呼吸跃变出现的时间，降低呼吸跃变的强度，达到延长果实贮藏期的目的。第二十页，共77页。三.各种物质(wùzhì)的转化甜味增加：淀粉转变为糖；酸味减少：有机酸转变为糖，离子中和；涩味消失：单宁被过氧化物酶氧化或凝结成不溶性物质；香味产生：产生酯类，如乙酸乙酯、甲酸甲酯等果实由硬变软：果胶水解为可溶性果胶、果胶酸等；淀粉转变为可溶性糖。色泽变艳：叶绿素降解，类胡萝卜素显现，花青素合成；第二十一页，共77页。内源激素(jīsù)的变化乙烯含量增加，质膜透性提高，呼吸速率升高(shēnɡɡāo)，刺激水解酶类合成，促进不溶性物质水解为可溶性物质。1、果实(guǒshí)成熟时，RNA含量显著增加2、果实(guǒshí)成熟时，植物激素都是有规律地参加到代谢反应中核酸含量增加、蛋白质增加，IAA、GA、CTK开花与幼果时含量高、成熟时乙烯(苹果)或脱落酸(柑桔、葡萄)高第二十二页，共77页。第三节种子和延存器官(qìguān)的休眠多数植物的生长(shēngzhǎng)都要经历季节性的不良气候时期，如温带的四季在光照、温度和雨量上的差异就十分明显，如果不存在某些防御机制，植物便会受到伤害或致死。休眠(dormancy)是植物的整体或某一部分生长(shēngzhǎng)暂时停顿的现象，是植物抵制不良自然环境的一种自身保护性的生物学特性。第二十三页，共77页。休眠有多种类型，温带地区的植物进行冬季休眠，而有些夏季高温干旱的地区，植物则进行夏季休眠，如橡胶草。通常把由于不利于生长的环境(huánjìng)条件而引起的植物休眠称为强迫休眠(epistoticdormancy)。而把在适宜的环境(huánjìng)条件下，因为植物本身内部的原因而造成的休眠称为生理休眠(physiologicaldormancy)。一般所说的休眠主要是指生理休眠休眠(xiūmián)的类型第二十四页，共77页。休眠有多种形式一、二年生植物大多以种子为休眠器官；多年生落叶树以休眠芽过冬；多种二年生或多年生草本植物则以休眠的根系、鳞茎(línjīnɡ)、球茎、块根、块茎等度过不良环境。第二十五页，共77页。种子(zhǒngzi)休眠：成熟种子(zhǒngzi)在合适的萌发条件下仍不能萌发的现象。一、种子休眠的原因(yuányīn)和破除(一)种皮限制(xiànzhì)种皮不透水、不透气；种皮太硬等；物理、化学方法破除；氨水（1：50）处理松树种子，98%浓硫酸皂荚种子—冲洗—浸泡(二)种子未完成后熟后熟(after-ripening):种子在休眠期内发生的生理生化过程。可用层积处理的方法破除休眠。一、种子的休眠

第二十六页，共77页。(三)胚未完全(wánquán)发育(四)抑制(yìzhì)物质的存在有些植物的果实或种子存在抑制种子萌发的物质。如：氨、乙烯、芥子油等可通过水洗等方法去除抑制物质。二、延存器官休眠的打破(dǎpò)和延长马铃薯打破休眠赤霉素破除休眠晒种法硫脲处理马铃薯延长休眠0.4%萘乙酸甲酯粉剂处理放架上摊成薄层通风第二十七页，共77页。常见(chánɡjiàn)的种子第二十八页，共77页。1.芽休眠(xiūmián)(buddormancy)2.变态(biàntài)地下器官休眠多年生草本植物，遇到干旱(gānhàn)、高温等不良环境，形成变态的地下器官，如球茎、鳞茎、块茎等，进入休眠。3.种子休眠一、二年生植物多以种子为休眠器官。多年生木本植物遇到不良环境，节间缩短，芽停止抽出，并出现“芽鳞片”等保护结构，以便度过低温与干旱环境。原因：A日照长度长日照----生长；短日照---休眠B休眠促进物ABA---增加；休眠芽恢复生长---CTK增加第二十九页，共77页。第四节植物(zhíwù)的衰老一、植物的衰老植物的衰老(senescence)通常指植物的器官或整个植株的生理功能的衰退。衰老总是先于一个器官或整株的死亡，是植物发育的正常过程(guòchéng)。衰老可以发生在分子、细胞、组织、器官以及整体水平上。第三十页，共77页。基本特征：生活(shēnghuó)力下降。生理上表现：促进衰老与成熟的激素增多（ABA,ETH）；抑制衰老、促进生长的激素减少(IAA,CTK,GA)；合成代谢降低，分解代谢加强，物质外运。外观上表现：叶片褪绿，器官脱落，最后死亡。第三十一页，共77页。细胞程序性死亡涉及到许多(xǔduō)过程胞程序性死亡涉及到许多过程，包括图中所表示下列几个(jǐɡè)过程：（1）配子体形成包括胚囊形成；（2）胚的发育；（3）种子和果实组织的退化；（4-6）组织器官的发育；（7）组织器官的衰老；（8-9）植物体对环境信号和病原体（菌）的反应。第三十二页，共77页。植物(zhíwù)衰老类型根据植株与器官死亡情况将衰老分为四种类型：（1）整体衰老,如一年生或二年生植物，在开花结实后，整株植物就衰老死亡；（2）地上部衰老，多年(duōnián)生草本植物，地上部每年死亡，而根系和其它地下系统仍然继续生存多年(duōnián)；（3）落叶衰老，多年(duōnián)生落叶木本植物，发生季节性的叶片同步衰老脱落；（4）顺序衰老，比如多年(duōnián)生常绿木本植物的茎和根能生活多年(duōnián)，而叶片和繁殖器官则渐次衰老脱落。第三十三页，共77页。衰老有其积极的生物学意义能使植物适应不良环境条件，而且对物种进化起重要作用。温带落叶树的叶片，在冬前全树叶片脱落，从而降低蒸腾作用，有利于安全越冬。通常植物在衰老时，其营养器官中的物质降解、撤退并再分配(fēnpèi)到种子、块茎和球茎等新生器官中去。如花的衰老及其衰老部分的养分撤离，能使受精胚珠正常发育；果实成熟衰老使得种子充实，有利于繁衍后代。第三十四页，共77页。二、植物(zhíwù)衰老时细胞结构变化（一）细胞的衰老生物膜和细胞器在衰老过程中结构及生理生化变化。1.生物膜的生理生化(shēnɡhuà)变化衰老过程中，一个重要现象:电解质大量外渗，说明膜受到破坏在这一过程中，膜脂发生过氧化，是膜损伤的重要原因。其中磷脂酶、脂氧合酶和活性氧起重要作用。磷脂酶：磷脂酶A1，磷脂酶A2，磷脂酶B，磷脂酶C，磷脂酶D，溶血磷脂酶和脂解酰基水解酶等。第三十五页，共77页。磷脂(línzhī)的降解磷脂游离多元不饱和脂肪酸磷脂酶脂氧合酶不饱和脂肪酸的氢过氧化物脂氧合酶自由基分解醛类（如丙二醛）和易挥发的烃类（乙烯，乙烷，戊烷）等脂氧合酶亚麻酸茉莉酸（JA）JA是一种促进植物衰老的内源物质，有人称为死亡激素。第三十六页，共77页。2.生物膜结构(jiégòu)变化正常情况下，细胞膜为液晶相，流动性大。

衰老过程中，膜脂的脂肪酸饱和程度逐渐增高，脂肪链加长，膜由液晶相逐渐转变为凝固相。3.细胞器衰老(shuāilǎo)特征核糖体和粗糙型内质网的数量减少；线粒体内的嵴扭曲收缩或消失；叶绿体肿胀，类囊体解体，间质中的嗜锇颗粒积累；细胞器膜破裂，释放出各种水解酶类及有机酸使细胞发生所谓的自溶现象，加速细胞的衰老解体。第三十七页，共77页。三、衰老(shuāilǎo)时的生理生化变化植物衰老时，在生理生化上有许多变化，主要(zhǔyào)表现在：1.光合色素丧失叶绿素逐渐丧失是叶片衰老最明显的特点。例如，用遮光来诱导燕麦离体叶片衰老，到第三天，叶片中的叶绿素含量只有起始值的20%左右，另外叶绿素a与叶绿素b的比值也下降,最后叶绿素完全消失。类胡萝卜素比叶绿素降解稍晚。第三十八页，共77页。叶肉细胞叶绿素分解代谢亚细胞分区(fēnqū)中α-去镁叶绿酸酯分解途径第三十九页，共77页。叶片衰老时，RNA总量下降，尤其是rRNA的减少最为明显。其中以叶绿体和线粒体的rRNA对衰老最为敏感(mǐngǎn)，而细胞质的tRNA衰退最晚。叶衰老时DNA也下降，但下降速度较RNA为小。2.核酸(hésuān)的变化3.蛋白质的变化(biànhuà)蛋白质水解是植物衰老的第一步，离体衰老叶片中蛋白质的降解发生在叶绿素分解之前。在蛋白质水解的同时，伴随着游离氨基酸的积累，可溶性氮会暂时增第四十页，共77页。4.呼吸作用(hūxīzuòyònɡ)叶片在衰老时呼吸(hūxī)速率下降，但下降速率比光合速率慢。有些植物叶片在衰老开始时呼吸(hūxī)速率保持平稳，后期出现一个呼吸(hūxī)跃变期，以后呼吸(hūxī)速率则迅速下降。衰老时，氧化磷酸化逐步解偶联，产生的ATP数量减少，细胞中合成反应所需的能量不足，这更促使衰老加剧。5.植物(zhíwù)激素植株在衰老时，通常是：促进生长的植物激素如细胞分裂素、生长素、赤霉素等含量减少，而诱导衰老和成熟的激素如脱落酸、乙烯等含量增加。第四十一页，共77页。四、植物衰老的机理(jīlǐ)与调节（一）植物(zhíwù)衰老的机理1.营养亏缺(kuīquē)学说存在问题：A供给已开花结实植株充分养料，无法免除其衰老

B雌雄异株开花后并未结实，雄株仍然死亡。如菠菜和大麻

许多一年生植物在开花结实后，营养体衰老、凋萎、枯死。原因：主要是营养物质的征调和同化物的再分配与再利用。换句话说：将营养体内的物质大量运输到生殖器官，促进营养体衰老。摘除果实可以延缓衰老。第四十二页，共77页。2.DNA损伤(sǔnshāng)学说理论(lǐlùn)要点：植物衰老是由于分子基因器在蛋白质合成过程中引起差误积累所造成的。当错误的产生超过某一阈值时，机能失常，出现衰老、死亡。这种差误由于DNA的裂痕或缺损导致错误转录、翻译，错误可能在蛋白质合成轨道一处或几处出现。这种错误可能是氨基酸排列错误，或者是多肽链折叠错误。错误的发生导致无功能的蛋白质（酶）的积累。第四十三页，共77页。3.遗传(yíchuán)程序学牵牛花的衰老很快，在开花当天即衰老，第二天脱落植物衰老、死亡是由其自身基因程序所决定的。一切衰老过程都是基因控制。细胞程序性死亡（programedcelldeath）：植物体内存在特定基因控制细胞衰老事件。---DNA降解为特征第四十四页，共77页。外源乙烯--诱导WT拟南芥衰对乙烯不敏感型突变体无影响生命衰老受遗传控制第四十五页，共77页。4.生物(shēngwù)自由基损伤学说衰老常伴有超氧化物歧化酶（superoxidedismutase，SOD）活性降低和脂氧合酶活性升高（lipoxygenase，LOX，催化膜脂中不饱和脂肪酸的加氧，产生自由基），导致生物体内自由基产生与消除的平衡被破坏，以致积累过量(guò〃liàng)的自由基，对细胞膜及生物大分子产生破坏作用。加强酶蛋白的降解促进脂质过氧化反应加速乙烯的产生引起DNA的损伤改变酶的性质等引起衰老第四十六页，共77页。（1）生物(shēngwù)自由基（FreeRadical）的概念生物自由基（FreeRadical）是指生物体代谢(dàixiè)产生的自由基。又称游离基，是带有未配对电子(diànzǐ)的原子、原子团、分子或离子等。（2）生物自由基种类第四十七页，共77页。生物(shēngwù)自由基氧自由基（oxygenfreeradical）（主要的生物自由基）非含氧自由基，如CH3.、（C6H5）3C含氧非自由基(1O2,H2O2)活性氧无机氧自由基，如超氧自由基（O2.-）、羟基自由基（.OH）；有机氧自由基，如过氧化物自由基（ROO.）、烷氧自由基（RO.）和多元不饱和脂肪酸自由基（PUFA.）。第四十八页，共77页。自由基的特点(tèdiǎn)：不稳定，寿命短；化学性质活泼，氧化能力强；能持续进行链式反应。活性氧（activeoxygen）化学性质活泼，氧化能力很强的含氧物质的总称。生物体内活性氧

--氧自由基、单线态氧和H2O2、NO、NO2等。它们能氧化生物大分子，破坏细胞膜的结构与功能；其中O2.-的氧化能力特强，能迅速攻击所有生物大分子，包括DNA，引起细胞死亡。第四十九页，共77页。（3）自由基的产生(chǎnshēng)产生部位：细胞壁、细胞核、叶绿体、线粒体及微体等。产生(chǎnshēng)途径：单电子的氧化还原；共价键的断裂；高能辐射；光分解；逆境条件A.单线态氧（1O2）的产生B.超氧自由基的产生C.羟基自由基的产生第五十页，共77页。（4）自由基对植物(zhíwù)的损伤自由基对核酸(hésuān)、脂肪、蛋白质都会造成损伤。对核酸(hésuān)的伤害：

通过加成和夺氢反应使碱基降解，并诱发新的嘌呤自由基和嘧碇自由基的产生，导致碱基缺失或者使主链断裂。对脂类的伤害:主要是脂质的过氧化作用。即指自由基对类脂中的不饱和脂肪酸引发而产生的一系列自由基反应。过氧化不仅严重影响膜脂的有序排列和膜酶的空间构型,而且使膜的透性增大,细胞内的物质外渗,致使细胞代谢紊乱。脂质过氧化产生的过氧化物（ROOH）可以分解为丙二醛（MDA），并进一步形成脂褐素。第五十一页，共77页。对蛋白质的伤害(shānghài):由脂质过氧化过程所产生的脂性自由基（如RO.、ROO.）能引发膜蛋白（包括膜酶）发生(fāshēng)聚合和交联,是自由基对蛋白质损伤的主要形式。丙二醛对蛋白质的交联作用(zuòyòng)脂质过氧化的最终产物丙二醛（MAD）能与蛋白质等生物大分子产生交联反应。由丙二醛引发的这种交联反应既可在蛋白质分子内进行，也可在蛋白质分子间进行。丙二醛与两个蛋白质分子交联形成的物质叫脂褐素（LPF）。第五十二页，共77页。5.激素平衡(pínghéng)学说植物体内各种植物激素相对水平的不平衡是引起衰老(shuāilǎo)的原因。抑制衰老(shuāilǎo)的激素（如CTK、IAA、GA）与促进衰老(shuāilǎo)的激素（ETH、ABA）之间可相互作用、协同调控衰老(shuāilǎo)过程。不仅抑制植物生长(shēngzhǎng),且能促进植物衰老。加快叶片中叶绿素降解,提高蛋白酶和核糖核酸酶类活性,加速生物大分子的降解。它促进植物衰老的作用比ABA还强茉莉酸（jasmonicacid,JA）茉莉酸甲脂（methyljasmonate,MJ）ABA和ETH----植物衰老激素死亡激素第五十三页，共77页。生长在同样(tóngyàng)条件下，处于同样(tóngyàng)年龄的番茄果实乙烯不敏感突变体的果实野生型的果实第五十四页，共77页。外源乙烯诱导衰老(shuāilǎo)与脱落外源乙烯处理野生型番茄，引起花的衰老与脱落突变体由于乙烯受体的变异，造成对乙烯不敏感，处理后乙烯不启动衰老与脱落第五十五页，共77页。乙烯(yǐxī)诱导衰老未进行乙烯处理的番茄花在受精后衰老乙烯不敏感突变体的花，在受精后不衰老不脱落，而且在果实已经开始发育后仍然不衰老。第五十六页，共77页。异戊烯基转移酶烟草CTK合成酶基因表达的自动调节导致转基因植株(zhízhū)衰老延迟。第五十七页，共77页。植物衰老受多种内外因素(yīnsù)的调控。（二）植物(zhíwù)衰老的调节1.环境因素的调控(diàokònɡ)（1）温度光下能延缓植物衰老,暗中加速衰老。长日照促进生长，短日照促进衰老。红光可阻止叶绿素和蛋白质含量下降,远红光消除红光的作用。低温和高温能诱发自由基的产生,导致生物膜相变,使植物衰老。（2）光照第五十八页，共77页。（3）气体(qìtǐ)O2浓度(nóngdù)过高时，能加速自由基的形成，超过自身的防御能力引起衰老。（4）水分在水分胁迫下能促进ETH和ABA形成，加速植物的衰老。（5）矿质如施N可延缓衰老。第五十九页，共77页。2．植物自身对衰老(shuāilǎo)的调节（内部因素）（1）自身保护(bǎohù)调控植物体内活性氧清除系统浓度高低(gāodī)和活性强弱，与植物的衰老和抗性关系密切。植物自身可以从活性氧清除和激素调节两个方面，对衰老过程进行调控。活性氧清除系统清除生物自由基。正常情况下，活性氧的产生清除系统衰老过程中，活性氧的产生>清除能力。第六十页，共77页。植物体内的自由基活性氧清除(qīngchú)系统凡是(fánshì)植物体内的抗氧化体系都能有效地清除自由基。这类物质统称为自由基活性氧清除剂。植物(zhíwù)体内的活性氧清除体系抗氧化物质（非酶保护体系）抗氧化酶类（酶促防护体系）①抗氧化物质抗氧化剂如锌、硒、硫氢化合物（如谷胱甘肽GSH、半胱氨酸等）、Cytf、质蓝素（PC）、类胡萝卜素（Car）、维生素A、维生素C、维生素E、辅酶Q（泛醌）、山梨醇、甘露醇等。天然人工合成如苯甲酸及盐类、二苯胺、2,6－二叔丁基对羟基甲苯、叔丁基羟基甲苯、没食子酸丙酯等。第六十一页，共77页。②抗氧化酶类超氧物歧化酶（SOD）过氧化物酶（peroxidase，POD）过氧化氢(ɡuòyǎnɡhuàqīnɡ)酶（catalase，CAT）抗坏血酸过氧化物酶（antiscorbuticacidperoxidase，Asb－PODorAPX）谷光甘肽过氧化物酶（glutathioneperoxidase，GPX）谷光甘肽还原酶（glutathionereductase，GR）等

其中以SOD最重要细胞(xìbāo)内保护酶主要有：第六十二页，共77页。SOD是一种(yīzhǒnɡ)含金属的酶，可分为三种类型：Mn－SOD：主要分布于原核以及真核生物的线粒体中，是一种诱导酶。分子量为40KD，由两个分子量相等的亚单位组成。Fe-SOD：存在于原核生物及少数植物细胞中，是结构酶。Cu-ZnSOD：主要存在于高等植物的细胞质及叶绿体中是高等植物主要的SOD。SOD主要清除O2.-，其作用机理是使O2·-发生歧化反应，生成无毒的O２和H２O２，后者被过氧化氢酶进一步分解为H2O和O２。O2.-+O2.-+2H+──→O2+H2O2SOD第六十三页，共77页。（2）生长(shēngzhǎng)调节物质对衰老的调控衰老可能与植物体内多种激素的综合作用(zuòyòng)有关。早期——认为在转录与翻译水平上起作用。近年——认为激素可能(kěnéng)作为直接或间接的自由基清除剂。CTK、低浓度生长素、GA、油菜素内脂、多胺能延缓植物衰老ABA、乙烯、茉莉酸、高浓度生长素促进植物衰老激素延缓与加速衰老机理第六十四页，共77页。第五节器官(qìguān)脱落的生理一、器官(qìguān)脱落的概念植物器官自然离开母体的现象(xiànxiàng)称为脱落（abscission）正常脱落：衰老或成熟引起的脱落---种子和果实。胁迫脱落：因环境条件胁迫和生物因素引起的脱落。生理脱落：因植物本身生理活动而引起的脱落。二、器官脱落的机理（一）离层与脱落叶片脱落之前，离层细胞衰退，果胶酶与纤维素酶活性增强，中层分解，叶片脱落。脱落类型第六十五页，共77页。1.脱落(tuōluò)的细胞学脱落发生在特定的组织部位——离区(abscissionzone)，离区是指分布在叶柄、花柄和果柄等基部一段区域(qūyù)中经横向分裂而形成的几层细胞。以叶片为例(如图)，叶柄基部离区细胞体积小，排列紧密，细胞壁薄，有浓稠的原生质和较多的淀粉粒，核大而突出。在离区范围内进一步分化(fēnhuà)产生离层(abscissionlayer)。第六十六页，共77页。离层细胞变化表现在：内质网、高尔基体和小泡增多，小泡聚积在质膜，释放酶到细胞壁和中胶层，进而引起细胞壁和胶层分解(fēnjiě)、膨大，致使离层细胞彼此分离。叶柄、花柄和果柄等就是从离层处与母体断离而脱落的。第六十七页，共77页。第六十八页，共77页。2脱落(tuōluò)的生物化学脱落的生物化学过程主要是离层的细胞壁和中胶层水解，使细胞分离，而细胞的分离又主要受酶的控制(kòngzhì)。与脱落有关的酶类较多，其中纤维素酶、果胶酶与脱落关系密切，此外过氧化物酶和呼吸酶系统与脱落也有一定关系。第六十九页，共77页。1、纤维素酶(cellulase)：定位在离层，可能扮演主要角色。脱落时其活性增加。菜豆(càidòu)有2种同工酶：PI＜4.5（PI酸性）；PI9.5＜9.5（PI碱性）PI酸性与细胞壁木质化有关，受IAA调控；PI碱性(jiǎnxìnɡ)与细胞壁降解有关，受乙烯调控。第