植物的生长物质ppt课件

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1、 第八章植物生长物质 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 plantgrowthsubstances 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 1 mol L 有机物 1 特征 1 内生的 植物体内合成的 2 能移动的 从产生部位运到作用部位 3 低浓度 1 mol L以下 有调节作用 2 种类 五大类 公认的 生长素类 赤霉素类 细胞分裂素类 脱落酸 乙烯 油菜内酯素 多胺 茉莉酸 未公认 三 植物生长调节剂 植物生长调节剂 plantgr

2、owthregulators 具有植物激素生理活性的人工合成化合物 包括生长促进剂 生长抑制剂和生长延缓剂 第二节植物激素的发现和化学结构 一 生长素的发现和化学结构 1880年 英国的C Darwin在进行植物向光性实验时 发现胚芽鞘向光弯曲是由于尖端产生了某种影响向下传递 造成背光面生长快的结果 1926年 荷兰的Went用燕麦试法 Avenatest 证实这种影响是化学物质 他称之为生长素 auxin AUX 1934年 荷兰的K gl等分离 纯化出这种物质 经鉴定是吲哚乙酸 indoleaceticacid IAA 二 赤霉素类 GAS 的发现和化学结构 1926年 由日本人黑泽英一

3、KurosawaE 从水稻恶苗病的研究中发现的 患恶苗病的水稻植株之所以发生徒长 是由赤霉菌 Gibberellafujikuroi 分泌物引起的 赤霉素 gibberellin 的名称由此而来 1938年 薮田贞次郎 YabutaT 等从水稻赤霉菌中分离出赤霉素结晶 1959年 高等植物的第一个赤霉素被分离鉴定 GA1 确定其化学结构 目前已发现120多种 其中GA1与GA20活性最高 市售的主要是GA3基本结构 赤霉烷环 19 20个C原子 19个C的活性比20个C的活性高 B 三 细胞分裂素 CK 的发现和化学结构 1963年Miller等从幼嫩玉米种子中提取出类似KN活性的物质 经鉴定

4、为玉米素 此后 类似物相继发现 目前把这类物质统称为细胞分裂素 cytokinin CK 四 脱落酸 ABA 的发现和化学结构 1964年 美国Addicott等从将要脱落的未成熟的棉桃中提取一种促进脱落的物质 命名为脱落素 1963年 英国Wareing从槭树将要脱落的叶子中提取一种促进休眠的物质 命名为休眠素 后来证明为同一种物质 1967年命名为脱落酸 abscisicacid ABA ABA为单一的化合物 是一种倍半帖结构 有两种旋光异构体 右旋型 以 或S表示 与左旋型 以 或R表示 植体内的主要是顺式右旋型 只有S ABA才具有促进气孔关闭的效应 人工合成的是S和R各半的外消旋混合

5、物 RS ABA 目前已能用葡萄灰孢霉菌发酵生产ABA 五 乙烯 ETH 的发现和化学结构 十九世纪 人们发现煤气街灯下树叶脱落较多 1901年确定其活性物质为乙烯 1910年认识到植物组织能产生乙烯 1934年确定乙烯为植物的天然产物 60年代末确定乙烯是一种植物激素 第三节生长素 一 IAA的代谢和运输 一 IAA的生物合成合成部位 幼嫩的芽和叶 发育中的种子 分布部位 最主要存在于生长旺盛的部分 在趋向衰老的组织和器官中含量甚少 如胚芽鞘 芽和根顶端的分生组织 形成层 发育中的种子 果实等处 合成途径 了解 吲哚丙酮酸途径 色胺途径 吲哚乙醇途径 吲哚乙腈途径合成前体 色氨酸 吲哚乙醛

6、色氨酸 色氨酸转氨E 吲哚丙酮酸 吲哚丙酮酸脱羧E 吲哚乙醛脱氢E 吲哚乙酸 吲哚丙酮酸途径 合成前体 直接前体 二 IAA的降解 酶促降解 脱羧降解IAA氧化E不脱羧降解光氧化 核黄素催化 三 IAA存在形式 自由生长素 可自由移动 人工易提取 有生物活性IAA束缚生长素 IAA的钝化形式 人工不易提取 无生物活性 束缚 结合态 生长素的作用 1 贮藏形式2 运输形式3 解毒作用4 防止氧化5 调节自由生长素含量 四 IAA的运输 1 极性运输 仅IAA具有 极性运输 polartransport 只能从形态学的上端向形态学的下端运输 局限在胚芽鞘 幼茎及幼根的薄壁细胞之间 距离短 2 非极

7、性运输 被动的 通过韧皮部的 长距离运输 五 生长素类的生理作用和应用 一 生理作用1 促进茎的伸长生长低浓度的生长素促进生长 高浓度抑制生长 不同器官对生长素的敏感程度不同 3 促进侧根 不定根和根瘤的形成 4 促进瓜类多开雌花 促进单性结实 种子和果实的生长 5 低浓度的IAA促进韧皮部的分化 高浓度的IAA促进木质部的分化 2 维持顶端优势 7 调节源库关系IAA能促进蔗糖向韧皮部装载 因IAA能活化H ATP酶 促进K 跨膜运输 膜内K 促进蔗糖长距离运输 6 抑制花朵脱落 侧枝生长 块根形成 叶片衰老 二 人工合成的生长素类在生产上的应用 1 促进插枝生根 NAA 2 阻止器官脱落3

8、 促进单性结实4 促进菠萝开花5 促进雌花形成 一 GAs的代谢和运输 一 生物合成合成部位 生长中的种子和果实 幼茎顶端和根部 细胞中合成部位是微粒体 内质网和细胞质可溶部分等 分布部位 与生长素一样 在生长旺盛的组织器官中含量较高前体 甲瓦龙酸 甲羟戊酸 第四节赤霉素 甲瓦龙酸异戊烯基焦磷酸 IPP 法呢基焦磷酸 FPP 牻牛儿牻牛儿焦磷酸 GGPP 内 贝壳杉烯贝壳杉烯酸GA12 7 醛GA12GAS 二 GAS的结合物和运输 赤霉素也可有自由赤霉素和结合赤霉素之分结合态GAS主要是贮藏形式 GA在植物体内的运输无极性 根尖合成的GA沿导管向上运输嫩叶产生的GA沿筛管向下运输 二 应用

9、1 促进麦芽糖化 啤酒生产2 促进茎叶生长 大麻 花卉 抽苔 水稻三系制种等 对根伸长无作用 3 防止花 果脱落4 打破休眠 马铃薯5 促进单性结实 葡萄6 促进雄花的分化 三 CKS的代谢及运输 一 生物合成合成部位 根尖 生长中的种子和果实 在细胞内的合成部位是微粒体 游离的CKS来源 tRNA水解从头合成 前体 甲瓦龙酸 CK有两类 游离的和结合在tRNA上的 第五节细胞分裂素 二 CKS的结合物 氧化和运输 CKS的结合物有三类 与葡萄糖 氨基酸 核苷形成结合物 CKS降解的主要方式是通过细胞分裂素氧化E氧化 在植物体内的运输无极性 根尖合成的由木质部导管运输到地上部分 三 CKS的生

10、理作用 2 诱导芽的分化组织培养中 愈伤组织产生根或芽 取决于CK IAA的比值 CTK IAA低 诱导根的分化 比值居中 愈伤组织只生长不分化 比值高 诱导芽的分化 1 促进细胞分裂和扩大 4 促进侧芽发育 消除顶端优势 3 延缓叶片衰老 一 ABA的代谢和运输 一 生物合成部位 主要在根尖和叶片细胞的质体内 叶中是叶绿体 根中是淀粉体 前体 甲瓦龙酸 与赤霉素相同 合成途径 直接途径间接途径 第五节脱落酸 甲瓦龙酸C5异戊烯基焦磷酸古巴焦磷酸C10法呢焦磷酸C15ABA直接途径 紫黄质黄质醛C15 间接途径 二 代谢和运输 运输无极性 脱落酸失活有两条途径 1 氧化降解途径2 结合失活途径

11、 甲瓦龙酸细胞分裂素异戊烯基焦磷酸胡萝卜素赤霉素脱落酸 甲瓦龙酸代谢 四 ABA的生理作用 3 促进气孔关闭原因 ABA使GuardCell胞质中IP3增加 打开Ca2 通道 胞质中Ca2 浓度和pH 抑制质膜上的K 内向通道 激活K Cl 外向通道 K Cl 外流 GuardCell水势 水分外流 气孔关闭 4 提高抗逆性ABA在逆境下迅速形成 使植物的生理发生变化以适应环境 所以ABA又称为 应激激素 或 逆境激素 第五节乙烯 蛋氨酸 Met 蛋氨酸腺苷转移ES 腺苷蛋氨酸 SAM ACC合成E1 氨基环丙烷 1 羧酸 ACC ACC氧化E乙烯 干旱 成熟 衰老 伤害IAA 水涝 AOA

12、AVG 缺氧 解偶联剂 自由基 Co2 成熟 乙烯 MACC O2 二 乙烯的生理作用和应用 一 生理作用1 促进细胞扩大 抑制伸长生长黄化豌豆幼苗上胚轴对乙烯的生长表现 三重反应 三重反应 抑制伸长生长 矮化 促进横向生长 加粗 和地上部失去向地性生长 偏上生长 2 促进果实成熟 可能原因是 增强质膜的透性 氧化酶活性增强 加强呼吸 引起果肉有机物的强烈转化 3 促进器官脱落4 促进瓜类多开雌花5 促进菠箩开花 在植物激素中 诱导黄瓜分化雌花的有 和 诱导分化雄花的有 促进休眠的是 打破休眠的是 维持顶端优势的是 打破顶端优势的是 促进插条生根的是 IAAETH GA IAA CK ABA

13、IAA GA 促进器官脱落的是 和 促进果实成熟的是 延缓植物衰老的是 促进气孔关闭的是 诱导 淀粉E形成的是 促进细胞分裂的是 GA ABAETH ETH CTK ABA CTK 第五节植物激素的作用机制 一 植物激素作用的模式 激素受体 能与激素特异结合并导致生理反应的物质结合蛋白的特征 与激素的结合具有专一性 高亲和性 饱和性和可逆性 二 植物激素结合蛋白 激素受体 研究较清楚的是生长素结合蛋白 ABP Venis 1985 首先从玉米胚芽鞘中提取了一种称为ABP1的膜生长素结合蛋白 ABP1是一种对IAA亲和力非常高的糖蛋白 已被确认为一种生长素受体 使质膜上的质子泵将膜内的H 泵到膜

14、外 三 生长素的作用机理 四 赤霉素的作用机理 五 CTK的作用机理CTK及其结合蛋白存在于核糖体 调节基因活性 促进mRNA和新的蛋白质的合成 六 脱落酸的作用机理 一 脱落酸的结合位点和信号传导质膜上存在ABA的高亲和结合位点 脱落酸信号传导途径可能是 ABA与质膜上的受体结合后 激活G蛋白 随后释放IP3 IP3便启动Ca2 从液泡和 或内质网转移到细胞质中 六 乙烯的生理作用机理 对拟南芥突变体的研究发现 乙烯受体是多基因编码的 其信号传导途径的各个组分也是多基因控制的 说明乙烯的信号传导可能有多种途径 第六节植物生长抑制物质 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

15、抑制剂 growthinhibitors 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 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 growthretardants 如 矮壮素 CCC 缩节安 Pix 多效唑 PP333 烯效唑 S 3307 比久 B9 第七节其他天然的植物生长物质 一 油菜素甾体类油菜素内酯 BR 的生理作用 1 促进细胞伸长和分裂 可增加DNA RNA聚合酶活性 故促进DNA RNA和蛋白质的合成 BR还刺激质膜上ATP酶活性 使H 分泌到细胞壁 壁可塑性增加 2 提高光合作用BR促进RuBPC的活性及同化物的运输 3 增强植物的抗逆性提高作物抗冷性 抗旱性 抗盐性及抗病性 二 多胺 是一类脂肪族含氮碱 2 延缓衰老 保持光合膜完整性 减缓蛋白质丧失和RNase活性 阻止叶绿素破坏 另外多胺与乙烯争夺SAM 故抑制ETH生成 3 适应逆境条件 多胺带正电荷 可代替K Mg 等阳离子维持细胞pH 另外 渗透胁迫下 多胺显著增多 维持渗透平衡 保护膜稳定和原生质完整 五 钙调素 CaM Ca 与CaM结合而启动生物效应 功能 促进细胞分裂 孢子萌发 原生质流动 激素活性 向性运动 调节蛋白质磷酸化等 最终调节细胞生长