其他天然的植物生长物质.pptx
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1、第六章 植物生长物质第一节 植物生长物质的概念和种类第二节 植物激素的发现和化学结构第三节 植物激素的代谢和运输第四节 植物激素的生理作用 第五节 植物激素的作用机制 第六节 植物抑制物质第七节第七节其他天然的植物生长物质其他天然的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(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
2、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。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,英国的年,英国的Darwin在进行植物向光在进行植物向光性实验时,发现胚芽鞘产生向光弯曲是由于性实验时,发现胚芽鞘产生向光弯曲是由于尖端产生了某种尖端产生了某种影响影响向下向下传递传递的结果的结果。1926年,荷兰的年,荷兰的Went証实了这种影响是証实
3、了这种影响是化学物质,他称之为化学物质,他称之为生长素(生长素(auxin,AUX)。1934年,年,荷兰的荷兰的Kgl等从植物中分离、等从植物中分离、纯化出这种物质,经鉴定是纯化出这种物质,经鉴定是吲哚乙酸吲哚乙酸(indoleaceticacid,IAA).天然生长素类人工合成生长素类 二、赤霉素类(GAS)的发现和化学结构 1926年,日本人黑泽英一从水稻恶苗病的研究中年,日本人黑泽英一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,是发现的。患恶苗病的水稻植株之所以发生徒长,是由赤霉菌分泌物引起的。赤霉素由赤霉菌分泌物引起的。赤霉素(gibberellin)的名称的名称由
4、此而来。由此而来。1938年,薮田贞次郎等从水稻赤霉菌中分离出赤年,薮田贞次郎等从水稻赤霉菌中分离出赤霉素结晶。霉素结晶。1958年,高等植物的第一个赤霉素被分离鉴定年,高等植物的第一个赤霉素被分离鉴定(GA1),确定其化学结构),确定其化学结构。目前已发现目前已发现120多种,多种,其中其中GA1与与GA20活性最高。活性最高。基本结构:赤霉烷环B三、细胞分裂素(CTK)的发现和化学结构 1955年,Skoog等培养烟草髓部组织时,偶然在培养基中加入了变质的鲱鱼精DNA,髓部细胞分裂加快。后来从高温灭菌过的DNA降解物中分离出一种促进细胞分裂的物质,鉴定为N6 呋喃氨基嘌呤,命名为激动素(k
5、inetin,KT)。KT不存在植物体中,1963年Miller等从幼嫩玉米种子中提取出类似KT活性的物质,经鉴定为玉米素。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,CTK)。基本结构:腺嘌呤基本结构:腺嘌呤+侧链侧链 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,是一种倍为单一
6、的化合物,是一种倍半帖结构,有两种旋光异构体:右旋半帖结构,有两种旋光异构体:右旋型(以型(以+或或S表示)与左旋型(以或表示)与左旋型(以或R表示)。又有两种几何异构体:顺表示)。又有两种几何异构体:顺式和反式。植体内的主要是顺式右旋式和反式。植体内的主要是顺式右旋型,只有型,只有S-ABA才具有促进气孔关闭才具有促进气孔关闭的效应。人工合成的的效应。人工合成的S和和R相等。相等。目前已能用葡萄灰孢霉菌发酵产生目前已能用葡萄灰孢霉菌发酵产生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。
7、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 植物激素的代谢和运输 一、IAA的代谢和运输(一)IAA的生物合成 部位:茎端分生组织、嫩叶、发育中的种子合成途径:吲哚丙酮酸途径、色胺途径、吲哚乙醇途径色氨酸脱羧E色胺胺氧化E色胺途径吲哚乙醇吲哚乙醇氧化E吲哚乙醇途径吲哚乙醛 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StepsofBiosynthesis1)色氨酸途径)色氨酸途径缺缺Zn影响影响Trp的合成,进而影响的合成,进而影响IAA合成。合成。2)非色氨酸非色氨酸途径途径从不能合成从不能合成色氨酸的突色
8、氨酸的突变体中证实变体中证实(二)IAA的氧化 酶氧化:IAA氧化E (Mn2+和一元酚为辅助因 IAA降解 光氧化:核黄素催化(三)结合态IAA 自由IAA:可自由移动IAA 结合态IAA(IAA的钝化形式):与其它物质共价结合的IAA。如吲哚乙酰葡萄糖、吲哚乙酰肌醇、吲哚乙酰天冬氨酸等。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(polar transport):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、非极性运输:被动的,通过韧皮部的,长
9、距离运输 IAAPolartransport:胚芽鞘合成的:胚芽鞘合成的IAA只能从植物只能从植物体的形态学上端向形态学下端运输,而不能倒过来运体的形态学上端向形态学下端运输,而不能倒过来运输。地上部输。地上部-向基运输。向基运输。极性运输的特点:极性运输的特点:0.5-1.5cm/h,薄壁组织运输。需薄壁组织运输。需要能量,逆浓度梯度。要能量,逆浓度梯度。二、GAS的代谢和运输(一)生物合成 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。前体:甲瓦龙酸(甲羟戊酸)直接前体:GA12-7-醛2.2GA的生物合成的生物合成 甲瓦龙酸 异戊烯基焦磷酸(
10、IPP)法呢基焦磷酸(FPP)蟒牛儿蟒牛儿焦磷酸(GGPP)内-贝壳杉烯 贝壳杉烯酸 GA12-7-醛 GA12 GAS(二)GAS的结合物和运输 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。三、CTKS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CTKS来源:tRNA降解 从头合成:前体:甲瓦龙酸CTK有有两类两类:游离的和结合在:游离的和结合在tRNA上的上的 甲瓦龙酸 玉米素异戊烯基腺嘌呤异戊烯基焦磷酸异戊烯基腺苷-5-磷酸盐5-AMP (二)CTKS的结合物、
11、氧化和运输 CTKS的结合物有三类:与葡萄糖、氨基酸、核苷形成结合物。CTKS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。四、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,)前体:甲瓦龙酸 合成途径:直接途径由MVA合成而来 间接途径由叶黄素裂解而来 甲瓦龙酸 C5 异戊烯基焦磷酸 古巴焦磷酸 C10 法呢焦磷酸 C15 ABA 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。红花菜豆酸 二氢红花菜豆酸 氧化ABA 结合 脱落酸葡萄糖酯甲瓦龙酸 细胞分裂素异戊烯基焦磷酸 胡萝卜素
12、 脱落酸 赤霉素 五、乙烯的生物合成 部位:成熟或老化的器官或组织 前体:蛋氨酸 直接前体:ACC (1-氨基环丙烷-1-羧酸)蛋氨酸(Met)蛋氨酸腺苷转移E S-腺苷蛋氨酸(SAM)ACCACC合成E E1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)乙烯形成E 乙烯干旱、成熟、干旱、成熟、衰老、伤害衰老、伤害IAA、水涝、水涝 AOA、AVG缺氧、解偶联剂、缺氧、解偶联剂、自由基、自由基、Co2+成熟、乙烯成熟、乙烯MACCO2 GA3 抑制 结合态IAA促进生物合成 IAA IAA氧化E生物合成 ETH 低浓度促进 CTKS ABA 生物合成 GA 束缚态GA六、植物激素代谢的相互关系高浓度抑制第四
13、节 植物激素的生理作用 一、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。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 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、维持顶端优势促进细胞分裂和器官建成促进细胞分裂和器官建成-插枝生根。插枝生根。早春树木形成层分裂,根原基细胞分裂。早
14、春树木形成层分裂,根原基细胞分裂。保持顶端优势保持顶端优势7、调节源库关系调节源库关系 IAA能促进蔗糖向韧皮部装载。因IAA能活化H+-ATP酶,促进酶,促进K+跨膜运跨膜运输,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 2、阻止器官脱落 3、促进单性结实 4、促进菠萝开花 5、促进雌花形成二、赤霉素类的生理作用和应用(一)生理作用 1、促进茎的伸长 2、诱导禾谷类种子-淀粉E合成 3、诱导某些植开花代替低温或长日照 4、促进葫芦科植物多开雄花 5、促进单性结实 6、促进发芽打破休眠,促进种子萌发
15、打破休眠,促进种子萌发需光种子用需光种子用100mg/LGA3处理处理,代替红光、低温促进萌发。代替红光、低温促进萌发。机理:诱导种子糊粉层中机理:诱导种子糊粉层中-淀粉酶的合成。淀粉酶的合成。应用:啤酒应用:啤酒生产工业上生产工业上的糖化。的糖化。马铃薯休眠马铃薯休眠芽的萌发芽的萌发,可可以用以用0.5-1.0ppmGA3浸薯块破除浸薯块破除体眠,催芽体眠,催芽供栽培所用供栽培所用(二)应用1、促进麦芽糖化 啤酒生产2、促进茎叶生长大麻、花卉、抽苔等(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、CTKS的生理作用 2、诱导芽的分化 愈伤组
16、织产生根或芽,取决于CTK/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 CTK使处理部分形成库 4、促进侧芽发育消除顶端优势 3、延缓叶片衰老PhysiologicalroleandapplicationofCTK促进细胞分裂及其横向增粗。促进细胞分裂及其横向增粗。机理:机理:A、促进核酸、蛋白质合、促进核酸、蛋白质合成。成。B、CTK改变改变mRNA形形成的类型。成的类型。2)诱导器官分化。诱导器官分化。烟草愈伤组织,烟草愈伤组织,CTK/IAA比值高时比值高时,可可分化成芽。分化成芽。CTK/IAA低时低时,则
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