【课件】第七章植物生长物质

1、7-1 生长素生长素(auxin, IAA) 7-2 赤霉素赤霉素(gibberellin, GA) 7-3 细胞分裂素细胞分裂素(cytokinin，CTK) 7-4 脱落酸脱落酸(abscisic acid，ABA) 7-5 乙烯乙烯(ethylene, ETH) 7-6 植物激素间的相互关系植物激素间的相互关系 7-7 植物生长调节剂植物生长调节剂 植物生长物质植物生长物质是一些调节植物生长发育是一些调节植物生长发育 的生理活性物质的生理活性物质 植物激素植物激素(plant hormone) 植物生长调节剂植物生长调节剂(plant growth regulator) 植物激素植物激素

2、是指在植物体内合成，并从产生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之处运送到别处，对生长发育产生显著作 用的微量有机物。用的微量有机物。 植物生长调节剂植物生长调节剂是指具有植物激素活性是指具有植物激素活性 的人工合成的物质。的人工合成的物质。 植物激素有五大类，即生长素类、赤霉植物激素有五大类，即生长素类、赤霉 素类、细胞分裂素类、乙烯和脱落酸。此外，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。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

3、下特点：植物激素具有以下特点：第一，内生性第一，内生性， 是植物生命活动中的正常代谢产物；是植物生命活动中的正常代谢产物；第二，第二， 可运性可运性，由某些器官或组织产生后运至其它，由某些器官或组织产生后运至其它 部位而发挥调控作用，在特殊情部位而发挥调控作用，在特殊情况下植物激况下植物激 素在合成部位也有调控作用；素在合成部位也有调控作用；第三，调节性第三，调节性， 植物激素不是营养物质，通常在极低浓度下植物激素不是营养物质，通常在极低浓度下 产生生理效应。产生生理效应。 1. 五大植物激素主要生理作用五大植物激素主要生理作用(注意注意 它们之间的区别和联系它们之间的区别和联系) 2. 生长

4、素的作用机理、赤霉素对大麦生长素的作用机理、赤霉素对大麦 种子种子淀粉酶的诱导。淀粉酶的诱导。 3. 五大激素合成途径五大激素合成途径(不记过程不记过程)及前及前 体物质，乙烯生物合成的调节体物质，乙烯生物合成的调节 7-1 生长素生长素 一. IAA的发现 二二. IAA在植物体内的分布和运输在植物体内的分布和运输 三三. IAA的存在形式与代谢的存在形式与代谢 四四. IAA的生理效应的生理效应 五五. IAA的作用机理的作用机理 一一. IAA的发现的发现 7-2 二、二、IAA在植物体内的分布和运输在植物体内的分布和运输 1. 分布分布 10100 ng / g FW 燕麦幼苗燕麦幼苗

5、 根根 芽鞘芽鞘 2. 运运 输输 主动过程主动过程 缺氧缺氧 2,3,5三碘苯甲酸三碘苯甲酸(TIBA) 抑制抑制: 图图7-4 IAA的极性运输的极性运输 A. 胚芽鞘形态学上端向上胚芽鞘形态学上端向上 B. 胚芽鞘形态学下端向上胚芽鞘形态学下端向上 糖、糖、AA 等，等， 酸 1. 促进生长促进生长 （1 1）双重作用）双重作用 （2 2）不同器官对）不同器官对IAAIAA的敏感性不同的敏感性不同 根芽茎根芽茎 (3) (3) 离体器官离体器官促进促进 整株整株不明显不明显 低浓度低浓度促进促进 高浓度高浓度抑制抑制 2. 促进器官与组织的分化促进器官与组织的分化 插条不定根插条不定根

6、3. 诱导单性结实，形成无籽果实诱导单性结实，形成无籽果实 4. 影响性别分化影响性别分化 促进黄瓜雌花分化促进黄瓜雌花分化 5.5.保持顶端优势保持顶端优势 6.6.促进菠萝开花促进菠萝开花 1. 酸生长理论酸生长理论 Rayle and Cleland，1970 2. 2. 基因活化学说基因活化学说 IAA + + 受体受体 激活胞内第二信使激活胞内第二信使 使处于抑制状态的基因解阻遏，使处于抑制状态的基因解阻遏，转转 录录翻译，合成新的翻译，合成新的 mRNAmRNA和蛋白质和蛋白质 细胞生长细胞生长 3. IAA受体受体 激素受体激素受体(hormone receptor)(hormo

7、ne receptor)，是，是 指能与激素特异结合并能引发特殊生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。理生化反应的蛋白质。 IAA的的 作用机理作用机理 返回 7-2 赤霉素赤霉素(gibberellin, GA) 一、一、GA的发现和种类的发现和种类 二、二、GA的生物合成与运输的生物合成与运输 三、三、GA的生理效应的生理效应 四、四、GA的作用机理的作用机理 一、一、GA的发现和种类的发现和种类 1926，黑泽英一，水稻恶苗病，黑泽英一，水稻恶苗病 1938，薮田等，水稻赤霉菌，薮田等，水稻赤霉菌赤霉素结晶赤霉素结晶 1959，确定化学结构，确定化学结构 1. 发现发现

8、 2. 种类和化学结构种类和化学结构 二、二、GA的生物合成与运输的生物合成与运输 1. 生物合成生物合成 2. 运输运输 束缚型束缚型 游离型游离型 合成场所：发育中种子，幼叶，根合成场所：发育中种子，幼叶，根 126种种 前体物：甲瓦龙酸前体物：甲瓦龙酸 异戊二异戊二烯单位烯单位 19-C20-C，活性也高，活性也高 赤霉酸赤霉酸 甲瓦龙酸甲瓦龙酸 GA12 返回返回 GA12-7-醛醛 甲瓦龙酸甲瓦龙酸(MVA)异戊烯焦磷酸异戊烯焦磷酸贝壳杉烯贝壳杉烯 GA12-7-醛醛其他其他GA 三、三、GA的生理效应的生理效应 1. 促进茎的伸长生长促进茎的伸长生长 促进细胞伸长促进细胞伸长 特点

9、特点 促进整株植物生长促进整株植物生长 促进节间的伸长促进节间的伸长 不存在超最适浓度的抑制作用不存在超最适浓度的抑制作用 2. 打破休眠打破休眠 0.5 1 mg L-1 马铃马铃 薯薯 图片图片 矮生矮生 正常正常 GA 3. 诱导开花诱导开花 GA能代替低温和长日照诱导某能代替低温和长日照诱导某 些长日植物开花些长日植物开花 4. 促进某些植物座果促进某些植物座果 5. 诱导单性结实诱导单性结实 6. 促进雄花分化促进雄花分化 葡萄花前葡萄花前10d，400 mg L-1 GA, 无核率无核率98% 图片图片 返回返回 白菜、萝卜等白菜、萝卜等 GA3 对对 矮生型矮生型 豌豆的豌豆的

10、效应效应 对照对照 施用施用5g GA3 后第后第7天天 GA3诱导甘诱导甘 蓝茎的伸长蓝茎的伸长 ， 诱导产生超诱导产生超 长茎长茎 GA对胡萝对胡萝 卜开花的卜开花的 影响影响 对照对照 10 g GA/d 处理处理4周周 低温处低温处 理理6周周 四、四、GA的作用机理的作用机理 1. GA与酶的合成与酶的合成 这证明糊粉层细胞是这证明糊粉层细胞是GA作用的靶细胞。作用的靶细胞。 v无胚种子无胚种子 不能产生不能产生-淀粉酶淀粉酶 外加外加GA，产生，产生-淀粉酶淀粉酶 v既去胚又去糊粉层，用既去胚又去糊粉层，用GA处理，不处理，不 能产生能产生-淀粉酶。淀粉酶。 证明证明GA诱导诱导

11、-淀粉酶的形淀粉酶的形 成成 大麦大麦 生物鉴定法生物鉴定法 GA对大麦对大麦 糊粉层产糊粉层产 生生-淀粉淀粉 酶的影响酶的影响 无胚种子无胚种子 大麦籽粒纵大麦籽粒纵 剖面示意图及剖面示意图及 水解酶的合成水解酶的合成 与与GA的关系的关系 2. GA调节调节IAA水平水平 GA降低了降低了IAA氧化酶的活性。氧化酶的活性。 GA促进蛋白酶活性，使蛋白质促进蛋白酶活性，使蛋白质 水解，水解，IAA的合成前体的合成前体(Trp)增多。增多。 GA促进促进IAA束缚型束缚型游离型游离型 GA可使内源可使内源IAA的水平增高的水平增高 ? GA与与IAA形成的关系形成的关系 3. GA调节细胞壁

12、中的钙的水平调节细胞壁中的钙的水平 (促进茎的延长促进茎的延长) Ca2+有降低细胞壁伸展性的作用。有降低细胞壁伸展性的作用。 GA能使能使Ca2+ 壁壁胞质，壁中胞质，壁中Ca2+ 水平下降，壁伸展，生长加快。水平下降，壁伸展，生长加快。 返回返回 7-3 细胞分裂素细胞分裂素(cytokinin，CTK) 一、一、CTKCTK的发现和种类的发现和种类 二、二、CTKCTK的分布与代谢的分布与代谢 三、三、CTKCTK的生理效应的生理效应 四、四、CTKCTK的作用机理的作用机理 一、一、CTK的发现和种类的发现和种类 Skoog和崔澄和崔澄(1948)等发现生长素存在时腺等发现生长素存在时

13、腺 嘌呤具有促进细胞分裂的活性。嘌呤具有促进细胞分裂的活性。 1955年米勒年米勒(Millu)和和Skoog等发现存放了等发现存放了4 年的年的DNA也能诱导细胞分裂也能诱导细胞分裂激动素激动素(KT)。 1956年，米勒等从高压灭菌处理的年，米勒等从高压灭菌处理的DNA分分 解产物中纯化解产物中纯化, 6呋喃氨基嘌呤。呋喃氨基嘌呤。 1963年，未成熟的玉米籽粒年，未成熟的玉米籽粒细胞分裂促进细胞分裂促进 物质，物质，玉米素玉米素(zeatin，Z，ZT)，是最早发，是最早发 现的植物天然细胞分裂素现的植物天然细胞分裂素 都是都是腺嘌呤的衍生物腺嘌呤的衍生物 天然天然CTK: 玉米素，玉米

14、素核苷、二氢玉米素、玉米素，玉米素核苷、二氢玉米素、 异戊烯基腺嘌呤异戊烯基腺嘌呤(iP), 异戊烯基腺苷异戊烯基腺苷 (iPA)等。等。 人工合成的人工合成的CTK： 激动素激动素(KT)、6-苄基腺嘌呤苄基腺嘌呤(6-BA), 应用最广。应用最广。 种类和结构特点种类和结构特点 腺嘌呤腺嘌呤 激动素激动素, KT DNA高压灭高压灭 菌时产生菌时产生 人工合成人工合成 玉米素，玉米素，ZT 首次从植首次从植 物体分离物体分离 出的出的天然天然 CTK 6-苄基腺嘌呤，苄基腺嘌呤，6-BA 人工人工 合成合成 返回返回 二、二、CTK的分布与代谢的分布与代谢 茎尖、根尖、未成熟的种子等茎尖、

15、根尖、未成熟的种子等 11000 ngg-1 DW 合成部位合成部位: 根尖，怎样证明？根尖，怎样证明？ 生物合成生物合成 由由tRNAtRNA水解产生水解产生 从头合成，前体从头合成，前体: : 三、三、CTKCTK的生理效应的生理效应 1. 促进细胞分裂和扩大促进细胞分裂和扩大 IAA只促进核的分裂而与细胞质只促进核的分裂而与细胞质 的分裂无关的分裂无关 。 CTK促进细胞质分裂。促进细胞质分裂。 GA缩短细胞周期缩短细胞周期中的G1期(DNA 合成准备期)和S期(DNA合成期)的时 间，加速细胞的分裂加速细胞的分裂 横向增粗横向增粗 CTK对萝卜子叶膨大的作用对萝卜子叶膨大的作用 叶面涂

16、施叶面涂施CTK (100mgL-1) 对照对照 2. 促进芽的分化促进芽的分化 组织培养组织培养 CTK / IAA 高高形成芽形成芽 CTK / IAA 低低形成根形成根 CTK / IAA 中中保持生长而不分化保持生长而不分化 愈伤组织愈伤组织 CTK促进侧芽发育，消除顶端优势促进侧芽发育，消除顶端优势 (KT: 0.01-1mg/L NAA: 0.1-2mg/L) IBA, 0.5 g ml-1 IBA, 0.5 g ml-1 ZT, 2.0 g ml-1 拟南芥（拟南芥（Arabidopsis） 3延缓叶片衰老延缓叶片衰老 4. 其他生理作用其他生理作用 促进气孔开放；打破种子休眠；

17、刺促进气孔开放；打破种子休眠；刺 激块茎形成；促进果树花芽分化激块茎形成；促进果树花芽分化 v清除活性氧清除活性氧 v阻止水解酶的产生，保护核酸、蛋白质、阻止水解酶的产生，保护核酸、蛋白质、 叶绿素不被破坏叶绿素不被破坏 v阻止营养物质外流阻止营养物质外流 ？CTK 四、四、CTK的作用机理的作用机理 CTK对转录和翻译的控制对转录和翻译的控制 促进促进RNA, 蛋白质合成蛋白质合成 保护保护tRNA不被水解不被水解 酵母丝氨酵母丝氨 酸酸 tRNA 的结构的结构 返回返回 7-4 脱落酸脱落酸(abscisic acid，ABA) 一、一、ABAABA的发现的发现 二二. . ABAABA的

18、分布与代谢的分布与代谢 三、三、ABAABA的生理效应的生理效应 四、四、ABAABA的作用机理的作用机理 一、一、ABA的发现的发现 1961年年Liu等，在研究棉花幼铃脱落时，从成等，在研究棉花幼铃脱落时，从成 熟的干棉壳熟的干棉壳促进脱落的物质促进脱落的物质脱落素脱落素 1963年美国年美国 Addicott等，从等，从225kg 棉铃棉铃 9mg 脱落素脱落素 同时，英国同时，英国Wareing，桦树叶，桦树叶休眠素休眠素 1967，定名为，定名为脱落酸脱落酸 异戊二烯为基本单位异戊二烯为基本单位 不对称碳原子不对称碳原子 天然形式：右旋天然形式：右旋 二. ABA的分布与代谢 脱落或

19、休眠器官中较多脱落或休眠器官中较多 逆境下增多逆境下增多 合成部位：合成部位：(主主)根冠、萎蔫叶片根冠、萎蔫叶片 茎、种子、花和果等茎、种子、花和果等 返回 三、三、ABA的生理效应的生理效应 1. 抑制生长抑制生长 抑制整株植物或离体器官的生长，也能抑制整株植物或离体器官的生长，也能 抑制种子的萌发。可逆的抑制种子的萌发。可逆的 2. 促进脱落促进脱落 离层离层 生物检定生物检定 3. 促进休眠促进休眠 4. 加速衰老加速衰老 与与CTK相反相反 5. 促进气孔关闭促进气孔关闭 土壤干旱，根土壤干旱，根 叶叶, 气孔关闭，气孔关闭， 减少蒸腾减少蒸腾 6. 提高抗性提高抗性 应激激素或胁迫

20、激素应激激素或胁迫激素 返回 ABA诱导气孔关闭诱导气孔关闭 A: pH6.8, 50mmol L-1 KCl B: 转移至添加10mol L-1 ABA的溶液中， 1030min内气孔关闭 鸭趾草鸭趾草 四、ABA的作用机理 抑制核酸和蛋白质合成抑制核酸和蛋白质合成 返回 7-5 乙烯乙烯(ethylene, ETH) 一、一、ETHETH的发现的发现 二、二、ETHETH的生物合成的生物合成 三、三、ETHETH的生理效应的生理效应 一、一、ETH的发现的发现 1901年俄国奈刘波年俄国奈刘波(Neljubow) 发现照明气中发现照明气中 的乙烯能引起黄化豌豆苗的三重反应。的乙烯能引起黄化

21、豌豆苗的三重反应。 1934年甘恩年甘恩(Gane)证明乙烯是植物天然产物。证明乙烯是植物天然产物。 1959年，伯格年，伯格(Burg)等等(气相色谱气相色谱)测出了未成测出了未成 熟果实中有极少量的乙烯产生，随着果实的熟果实中有极少量的乙烯产生，随着果实的 成熟不断增加。成熟不断增加。 1965年，被公认为是植物的天然激素。年，被公认为是植物的天然激素。 返回 二、二、ETH的生物合成的生物合成 前体前体: : 蛋氨酸蛋氨酸( (甲硫氨酸，甲硫氨酸，Met)Met) 直接前体直接前体: ACC (1-: ACC (1-氨基环丙烷氨基环丙烷-1-1-羧酸羧酸) ) 促进促进：成熟衰老、：成熟

22、衰老、IAA、 O2、逆境、逆境(低低 温、干旱、水涝、切割等温、干旱、水涝、切割等) 逆境乙烯逆境乙烯 抑制抑制：AVG(氨基乙氧基乙烯基甘氨酸氨基乙氧基乙烯基甘氨酸)、 AOA(氨基氧乙酸氨基氧乙酸) 、厌氧、厌氧 Co2+、Ni2+、Ag+ Ag(S2O3)23-对康乃馨的处理效果对康乃馨的处理效果 返回 三、三、ETH的生理效应的生理效应 1. 三重反应与偏上性反应三重反应与偏上性反应 : 抑制茎的伸长生抑制茎的伸长生 长；促进茎或根的横向增粗；促长；促进茎或根的横向增粗；促 进茎的横向生长进茎的横向生长(即使茎失去负向即使茎失去负向 重力性重力性)。 偏上生长偏上生长: 是指器官的上

23、部生长是指器官的上部生长 速度快于下部的现象。速度快于下部的现象。 ETH对黄化豌豆幼苗（苗龄对黄化豌豆幼苗（苗龄 6d）的效应）的效应三重反应三重反应 处理处理2d 用用10l L-1乙烯处理乙烯处理4h后番茄苗的形态后番茄苗的形态 2. 促进成熟促进成熟 催熟激素催熟激素 3. 促进脱落与衰老促进脱落与衰老 促进纤维素酶的合成促进纤维素酶的合成 4. 促进开花和雌花分化促进开花和雌花分化 ? IAA, ? GA 5. 诱导次生物质诱导次生物质(橡胶树的乳胶橡胶树的乳胶)的的 分泌分泌 返回 7-6 植物激素间的相互关系 一、一、IAA与与GA 有增效作用。促进伸长生长有增效作用。促进伸长生长 GA/IAA比值比值 高，韧皮部分化高，韧皮部分化 低，木质部分化低，木质部分化 增效作用增效作用: CTK加强加强IAA的极性运输，的极性运输， 加强加强IAA效应。效应。 对抗作用对抗作用: CTK促进侧芽生长，促进侧芽生长， 破坏顶端优势；破坏顶端优势； IAA抑制侧芽生长，抑制侧芽生长， 保持顶端优势。保持顶端优势。 二、二、IAA与与CTK 1. IAA促进促进ETH的生物合成的生物合成 2