植物生理课件：细胞分裂素

细胞分裂素（Cytokinins，CTK）CTK的发现CTK的化学结构CTK的生物合成CTK的代谢和运输CTK的生理作用CTK的作用机制1940sVanOverbeek培养基+椰子乳促进细胞分裂Skoog培养基+酵母提取液嘌呤类化合物烟草茎切段组织培养；髓组织的细胞分裂1955年Miller和Skoog等鲱鱼精子DNA的部分降解物烟草髓组织的生长激动素(Kinetin)(6—呋喃氨基嘌呤)一种DNA的降解产物，并不是天然的植物生长调节物质。1963年,Letham首次从甜玉米灌浆期籽粒中提取并结晶出有效成分，命名为玉米素(Zealin)。目前在高等植物中已鉴定出有30多种细胞分裂素。细胞分裂素的定义1.在生长素存在的条件下，诱导愈伤组织细胞分裂；2.在与生长素具有适当比例的前提下促进愈伤组织不定芽的发生；3.能延迟叶片的衰老；4.促进双子叶植物幼苗子叶的扩大。细胞分裂素被定义为具有与反式玉米素具有相同生物活性的物质，即细胞分裂素的种类和化学结构:天然细胞分裂素有玉米素

Zeatin

、二氢玉米素

Dihydrozeatin

、异戊烯基腺嘌呤

(iP,N6-isopentenyl-adenine).化学结构都是腺嘌呤衍生物人工合成细胞分裂素有激动素

(kinetin)，热诱导的DNA降解而来;6-苄基腺嘌呤

(6-benzyladenine，6-BA)。几种常用细胞分裂素的化学结构游离态细胞分裂素玉米素双氢玉米素异戊烯基腺嘌呤具有激素活性结合态细胞分裂素通过糖基化、乙酰基化等方式转化为结合态形式(如玉米素核苷)。细胞分裂素的结合态形式较为稳定,适于贮藏或运输细胞分裂素合成限速酶：异戊烯基转移酶（IPT）9个拟南芥IPT基因被分离鉴定，命名为AtIPT1-AtIPT9。其结构和功能与腺苷酸异戊烯基转移酶和tRNA异戊烯基转移酶相似。基因表达呈现组织特异性，表明细胞分裂素可能在植物体不同组织或部位合成。细胞分裂素的生物合成:Zeatinriboside-MP玉米素核苷单磷酸异戊烯基腺嘌呤核苷单磷酸细胞分裂素的生物合成:底物：ADP/ATP侧链前体：二甲基丙烯基二磷酸（DMAPP）iPMPZMPZeatinriboside玉米素核苷异戊烯基腺嘌呤以iPMP为中间产物的合成途径称为iPMP依赖途径葡萄糖苷酶细胞分裂素的合成部位和运输：细胞分裂素的合成部位:

根尖分生组织。幼胚和幼小发育中的叶、有效果实等也可合成。细胞分裂素的运输途径:

木质部运输细胞分裂素的运输形式:

玉米素核苷根系CTK合成和向上运输受地上部控制

豌豆rms4（根系玉米素核苷水平比野生型低40倍）游离细胞分裂素很快被转变为相应的核苷酸和核苷形式。嘌呤代谢的酶可能参与这样的转变。N6-(isopentenyl)-adenine细胞分裂素的代谢：CKX可能对细胞分裂素起钝化作用,防止细胞分裂素积累过多,产生毒害。事实上,该氧化酶的活性可被高浓度的细胞分裂素诱导。细胞分裂素氧化酶

(cytokininoxidase，CKX)的作用下,玉米素、玉米素核苷和异戊烯基腺嘌呤等可转变为腺嘌呤及其衍生物。但双氢玉米素及其结合态对此酶不敏感。细胞分裂素结合物—N-葡萄糖苷糖基化细胞分裂素结合物—氨基酸结合物休眠的种子中结合态细胞分裂素浓度高而游离态很低;种子萌发时游离形式浓度很快增加,结合态形式相应地降低。超量表达细胞分裂素的突变体4片子叶WT突变体，分支多较大的茎尖分生组织，较多叶片细胞分裂素的生理功能细胞分裂素的生理功能：调节茎尖和根的生长细胞分裂素促进细胞分裂和膨大

细胞分裂素促进侧芽和不定芽生长分化

细胞分裂素抑制叶片衰老

Tobaccoplantsoverexpressingthegeneforcytokininoxidase.Shootgrowthisstronglyinhibitedinthetransgenicplants.调节茎尖和根的生长：WTAtCKX1同样的转基因植物却表现出根的增强生长细胞分裂素在调节根和茎分生组织的细胞分裂时起相反作用细胞分裂素调节细胞生长幼苗上胚轴生长显著抑制，子叶扩张幅度增大，促进真叶的分化和生长促进细胞分裂：细胞分裂过程:细胞核分裂细胞质分裂只有在加入生长素同时供给细胞分裂素时，细胞才分裂。（生长素）（细胞分裂素）细胞分裂素促进细胞扩大双子叶植物的子叶,在含有细胞分裂素的溶液中培养,子叶生长速率比对照增加2~3倍。细胞分裂素促进细胞的扩大是通过增加细胞壁的伸展性,使细胞吸收水分而扩大。细胞分裂素促进细胞的扩大不伴随质子的排出不引起酸化。生长素和赤霉素都不促进双子叶植物子叶的扩大细胞分裂素促进不定芽分化吲哚-3-丁酸生长素/细胞分裂素比例控制根芽发育tms基因突变或删除多枝突变体多根突变体不分化的巨大瘤tmr基因突变或删除与IAA生物合成有关的两个基因发生了变异（体内具有相对于IAA较高水平的CTK）与玉米素生物合成有关的ipt基因发生了变异（体内具有相对于CTK较高水平的IAA）农杆菌Ti质粒InteractionofCTKwithauxindictatesrootandshootdevelopmentincellcultureIncreasingIAAconc.IncreasingCTKconc.细胞分裂素促进芽的分化：

在培养基中所加的细胞分裂素和生长素的量影响组织块的分化方向：

CTK/IAA比值=1时,愈伤组织生长而无分化

CTK/IAA比值低时,诱导根的形成；

CTK/IAA比值高时,诱导芽的分化。CTK和IAA的量影响组织块的分化方向

CTK/IAACTK/IAA>1<1促进侧芽发育、消除顶端优势顶端优势：主茎顶端对侧枝侧芽萌发和生长的抑制作用。顶端优势主要是生长素决定的。但生理研究显示CTK在诱导侧芽生长中起作用。给腋芽直接使用CTK时可促进细胞分裂活性和腋芽生长。证据表明茎中合成的CTK比根中合成木质部运输来的CTK对腋芽的影响更大。细胞分裂素延缓叶片衰老拟南芥半胱氨酸蛋白酶基因启动子和ipt基因整合后导入烟草，显著延迟叶片的衰老氨基异丁酸营养物会优先向CTK处理的叶片或组织移动并发生积累------CTK延缓叶片衰老延缓衰老的原因:1.CTK阻止核酸酶、蛋白酶等水解酶的合成或使酶活性降低，使核酸、蛋白质等活性物质及叶绿素等不受破坏或破坏的速率减缓；2.促进营养物质向CTK所在部位运输的作用3.促进物质的积累。农业应用:controlledIPTexpression

增加光合产量。CRE1(cytokininresponse1)细胞分裂素的受体：AHK2，AHK3细胞分裂素初级反应基因：CTK处理诱导拟南芥快速表达多种基因，这些基因被称为CTK的初级反应基因。ARR基因:A型ARR、B型ARR、由ARR22和ARR24组成的第3类2.上述结合激活组氨酸激酶活性,Pi转移到受区结构域上的天冬氨酸残基7.磷酸化的ARR(A)与其他因子互作介导一系列的CTK反应At组氨酸磷酸转移蛋白组氨酸结构域受区结构域1.