备课素材：赤霉素的生理作用和机理-高二上学期生物人教版选择性必修1

赤霉素的生理作用和机理先看一道试题：图甲为豌豆苗茎节段赤霉素（GA）合成途径末端图（其中GA1有生物活性，其他无活性），图乙为外源添加生长素（IAA）对离体豌豆苗茎节段GA含量影响图。下列叙述正确的是A．与去除顶芽的豌豆苗相比，保留顶芽的茎节段中GA的含量较低B．给离体豌豆苗茎节段添加IAA，能促进GA20至GA29的合成C．若用乙烯处理豌豆苗，茎节段中的GA1含量上升D．若去除顶芽后，豌豆苗茎节段伸长，侧芽萌发答案：A解析：根据乙图信息可知，外源添加生长素会抑制GA8和GA29的合成，另一方面会促进GA1和GA20的合成，结合甲图可理解为外源生长素阻断了GA1合成为GA8和GA20合成为GA29的路径，从而使GA1和GA20的含量上升。去除顶芽的豌豆苗的IAA的含量减少，从GA1合成GA8的路径不会被IAA阻断，GA8的含量比保留顶芽的豌豆苗高，A正确；给离体豌豆苗茎节段添加IAA，能抑制GA20至GA29的合成，B错误；用乙烯处理豌豆苗，茎节段中的GA1含量下降，理由是乙烯是对抗生长素的（教材上有相关知识），C错误；若去除顶芽后，GA1的含量减少，GA8的含量上升，但只有GA1具有活性，所以豌豆苗茎节段不会伸长，D错误。这道题以赤霉素的作用为背景。2019版人教生物学选择性必修一对赤霉素作用略加介绍：

那么，赤霉素作用机理是怎样的？1926年日本黑泽在水稻恶苗病的研究中，发现感病稻苗的徒长和黄化现象与赤霉菌有关。1935年薮田和住木从赤霉菌的分泌物中分离出了有生理活性的物质，定名为赤霉素（GA）。从50年代开始，英、美的科学工作者对赤霉素进行了研究，现已从赤霉菌和高等植物中分离出60多种赤霉素，分别被命名为GA1，GA2等。赤霉素广泛存在于菌类、藻类、蕨类、裸子植物及被子植物中。商品生产的赤霉素是GA3、GA4和GA7。GA3又称赤霉酸，是最早分离、鉴定出来的赤霉素，分子式为C19H22O6，即6-呋喃氨基嘌呤。右侧的苗经过赤霉素处理（左侧的苗不作处理，作对照）

赤霉素的生理作用赤霉素促进麦芽糖的转化（诱导α—淀粉酶形成）；促进营养生长（对根的生长无促进作用，但显著促进茎叶的生长），防止器官脱落和打破休眠等。赤霉素最突出的作用是加速细胞的伸长（赤霉素可以提高植物体内生长素的含量，而生长素直接调节细胞的伸长），对细胞的分裂也有促进作用，它可以促进细胞的扩大（但不引起细胞壁的酸化）。赤霉素的作用机理目前，对ɑ-淀粉酶基因表达与GA3相互作用的分子机制了解甚少。GA3调控ɑ-淀粉酶基因表达的研究只集中在萌发的大麦和小麦种子上。实际上，其它研究表明萌发水稻种子上也存在着相似的ɑ-淀粉酶基因表达机制和模式。1．GA的信号传导途径众多研究表明，GA受体位于质膜。到目前为止，还没有确定一种具GA受体性质的膜结合蛋白，已有几种候选物。与GA不同，有关GA受体的研究表明大麦糊粉层细胞中至少存在两个ABA感受位点。一个位于质膜，传导GA诱导的ɑ-淀粉酶等酶基因表达的抑制作用；另一个位于细胞内部，促进ABA诱导基因的表达。最近的研究表明，cGMP是预示大麦糊粉层细胞GA出现的一个重要信号，cGMP水平下降可以阻止GA诱导的ɑ-淀粉酶和GA-Myb基因mRNAs的积累。但是，在诱导ɑ-淀粉酶基因的表达时cGMP不能代替GA。GA可以提高细胞质钙和钙调素的浓度，这是信号传导的早期结果。赤霉素作用机理示意图2．转录水平的调控赤霉素对α-淀粉酶活性的促进从酶的合成开始，而非已存在酶的活化。其促进α-淀粉酶mRNA的形成，并能提高α-淀粉酶mRNA水平，这是由于α-淀粉酶基因转录