植物激素与化学高效调节研究

1、植物激素与化学高效调节研究第一节 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 growth regulators）：人工合成的具

2、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, PP333n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

3、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第二节植物生长调节剂的植物生长调节剂的应用特点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，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

4、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10-1010-8主副作用兼具n亦即安全性和经济性。任何植物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

5、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：促进生长增效作用：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，有利于木质部分化，比值低则有利于韧皮部分化。质部分化，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

6、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：在促进细胞分裂方面和根协同作用：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，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

7、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 rootingn在组织培养时，在组织培养时，加入生长素促进愈加入生长素促进愈伤组织分化出根和伤组织分化出根和形成木质部。形成木质部。n细胞分裂素促进细胞分裂素促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

8、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。高浓度生长素抑制生长，促进成熟，原因是促进了长素抑制生长，促进成熟，原因是促进了乙烯的生物合成，抑制生长实际上是乙烯乙烯的生物合成，抑制生长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我反馈机制反馈抑制。馈机制反馈抑制。 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

9、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；通过提高）促进生长素的分解；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 and abscisic acidGibberellins and abscisic acidn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

10、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 acidn拮抗作用拮抗作用1 1细胞分裂素延迟衰老，脱落酸促进衰老。细胞分裂素延迟衰老，脱落酸促进衰老。2 2细胞分裂素促进气孔开放，脱落酸促细胞分裂素促进气孔开放，脱落酸促进气孔关闭。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的植物生长物质几乎涉及到植物生长发育的全部过程；全部过程；n植物生长发育，是多种

11、激素相互平衡的结植物生长发育，是多种激素相互平衡的结果。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：种类多(GA120种）含量微易遭破坏测定方法要求：专一性强灵敏度高 (ppb级）回收率高（recovery)植物生长物质的测定方法n生物鉴定法bioassayn理化测定法phsico-chemical methodn免疫测定法immunological method生物鉴定法n生物鉴定法依据植物激素的生物活性，通过对某些植物组生物鉴定法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准样品的对比，可织、器官或个体的特异性

12、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物激素的含量。以推算出样品中某种或某类植物激素的含量。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，但生物鉴定法一般专一性较差，因而迄今仍有应用，但生物鉴定法一般专一性较差，对样品纯化程度要求较高，需要通过纯化过程将抑对样品纯化程度要求较高，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，否则影响鉴制特异性反应的成分减少到最低限度，否则影响鉴定结果。定结果。生物鉴定法 contn生物鉴定法一般需时较长、重复性较差，生物鉴定法一般需时较长、重复性较差，工作量也较大。工作量也较

13、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，一般仅为其它方法提供于定量分析之外，一般仅为其它方法提供生物活性方面的参考依据。生物活性方面的参考依据。理化鉴定n早期的比色法由于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

14、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，Radioimmunoassayn另一种是用酶分子，ELISA，Enzyme-linked Immunosorbent Assayn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

15、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，

16、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，是指在含有乙烯的气体中，指在含有乙烯的

17、气体中，番茄叶柄上部生长快于下番茄叶柄上部生长快于下部，使叶柄向下弯曲，除部，使叶柄向下弯曲，除去乙烯，生长恢复正常。去乙烯，生长恢复正常。根据植物的偏上性生长，根据植物的偏上性生长，也可判断乙烯的存在。也可判断乙烯的存在。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)

18、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

19、时常用的一种剂型。将一定量的PGR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

20、湿，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，条件易于控制，此外还节约试材和药剂。

21、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

22、试材分组n（3 3）对照的设置视不同目的和阶段而异；初期为）对照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，对照可用水，如加用某种助确定某一药剂的效果，对照可用水，如加用某种助剂时，对照应用同一浓度的助剂溶液；在已确定其剂时，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，对照可用自然对初步效应之后在进一步试验时，对照可用自然对照（不处理），或生产上某一常规措施；照（不处理），或生产上某一常规措施；n（4 4）药剂施用方法因研究目的和药剂类型而异；）药剂施用方法因研究目的和药剂类型而异；n（5 5）药剂使用时期应以物候期为准，如盛花期，盛花）药剂使用时期应以物候期为

23、准，如盛花期，盛花后几天，采前几天，果实大小等；开始试验时，时间范后几天，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，一般可依）药剂使用浓度、次数和实际剂量，一般可依理论推测或前人试验结果，开始试验时浓度差距可理论推测或前人试验结果，开始试验时浓度差距可大一些；大一些；n（7 7）药剂剂型（生产厂家）、添加剂的使用、药剂）药剂剂型（生产厂家）、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特点、的理化状态、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均会影响

24、试验施药前后的气候条件以及栽培管理条件均会影响试验结果。这些条件应有记载，以便分析结果时参考。结果。这些条件应有记载，以便分析结果时参考。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、

25、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

26、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

27、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parthenocarpyparthenocarpyn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研究：生长素的应用及效果研究：之二：之二：影响性别分化和促影响性别分化和促进开花进开花n生长素促进瓜类植物生长素促进瓜类植物（黄瓜、南瓜）等的雌（黄瓜、南瓜）等的雌花分化。促进菠萝开花。花分化。促进菠萝开花。

28、n浓度、时期、部位的研究，浓度、时期、部位的研究，对其它节位果实或花、果对其它节位果实或花、果实品质的影响、对营养生实品质的影响、对营养生长的影响等长的影响等 Hubbard squash芛瓜芛瓜 femalemalen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：两次喷布次数：两次n喷布时期：开花喷布时期：开花时一次，座果时时一次，座果时一次。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历有些植物在开花前需经历一段时间的低温和长日照一段时间的低温和长日照能够开花，用赤霉素处理能够开花，用赤霉素处理就可以代替低温或长日照，就可以代替低温或长日照，使其开花。如萝卜、白菜、使其开花。如萝卜、白菜、甜菜、莴苣等许多二年生甜菜、莴苣等许多二年生植物。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、