植物生理学—植物生长调节物质--课件

第第 八八 章章植物激素和植物生长调节剂植物激素和植物生长调节剂1PPT课件Scientists at North Carolina State University have pinpointed a small group of genes responsible for telling plants when,where and how to produce a hormone that is key to their development.Their findings shed light on the ways in which hormone production in plants affects both a plants growth and its ability to adapt to changing environments.This scanning electron micrograph shows the abnormal anatomy of a group of developing flowers in an auxin-deficient wei8 tar2 double mutant plant.2PPT课件（一）基本内容（一）基本内容w1.1.植物激素的植物激素的发现发现w2.2.植物激素的植物激素的代谢代谢w （生物合成、降解、钝化）（生物合成、降解、钝化）w3.3.植物激素在植物体内的运输和分布植物激素在植物体内的运输和分布w4.4.植物激素的植物激素的生理作用生理作用*w5.5.植物激素的作用机理植物激素的作用机理w6.6.植物生长调节剂的种类植物生长调节剂的种类w 及其在农业上的及其在农业上的应用应用3PPT课件（二）重点（二）重点w1.1.五大植物激素主要的生理作用五大植物激素主要的生理作用 （注意它们之间的区别和联系）（注意它们之间的区别和联系）w2.2.五大激素的作用机理五大激素的作用机理 w3.3.五大激素合成途径（不记过程）五大激素合成途径（不记过程）及前体物质，乙烯生物合成的调节及前体物质，乙烯生物合成的调节w4.4.生长调节剂在农业上的主要应用生长调节剂在农业上的主要应用4PPT课件植物激素植物激素w根据国际植物学会会议规定根据国际植物学会会议规定:植植物物激激素素是是在在植植物物体体内内的的某某一一部部分分合合成成，并并可可转转移移到到其其它它部部分分，在在那那里里以以很很低低的的浓浓度度引引起起生生理理反反应应的的有有机机物物.根据这一定义，植物激素有以下特点：根据这一定义，植物激素有以下特点：（1 1）内生性：是植物细胞正常代谢产生的；）内生性：是植物细胞正常代谢产生的；（2 2）可移动性：由产生的部位转移到作用部位；）可移动性：由产生的部位转移到作用部位；（3 3）低低浓浓度度的的调调节节功功能能：激激素素在在植植物物体体内内的的含含量量很很低低，通通常常为为n 10-7 n 10-9/g FW，浓浓度度过过高高反反而而推推失失去去了了正常的生理功能。正常的生理功能。5PPT课件植物激素植物激素w目前，大家公认的植物激素有目前，大家公认的植物激素有:w生长素类生长素类 (auxin,AUX)w 赤霉素类赤霉素类(gibbrellins,GAs)w 细胞分裂素类细胞分裂素类(Cytotinin,CTK)w 乙烯乙烯(ethylene,ETH）w 脱落酸脱落酸(abscisic,ABA)油菜素内酯油菜素内酯(Brassinolide,BR)6PPT课件生长调节物质生长调节物质 是在植物中发现的一些能调节植物生是在植物中发现的一些能调节植物生长发育的物质，如长发育的物质，如油菜素内酯油菜素内酯、多胺、壳、多胺、壳梭孢素梭孢素(FC)、月光花素等，它们是否属于、月光花素等，它们是否属于植物激素目前尚有争论。植物激素目前尚有争论。7PPT课件植物生长调节剂：植物生长调节剂：(plant growth regulators)：人工合成的与天然植物激素结构相似并具有人工合成的与天然植物激素结构相似并具有同样生理作用的有机化合物。同样生理作用的有机化合物。植物生长物质植物生长物质(plant growth substances)：植物激素、生长调节物质以及植物生长调节植物激素、生长调节物质以及植物生长调节剂统称为植物生长物质。剂统称为植物生长物质。8PPT课件第一节第一节 生长素类生长素类w 一、一、生长素的发现生长素的发现 w 二、二、IAAIAA的生物合成和降解的生物合成和降解 w 三、三、生长素在植物体中的运输生长素在植物体中的运输 w 四、四、生长素的生理作用生长素的生理作用 w 五、五、IAAIAA的作用机理的作用机理 9PPT课件一、生长素的发现一、生长素的发现w18801880年年达达尔尔文文(Charles(Charles Darwin)Darwin)胚胚芽芽鞘鞘向向光光性性试试验验发发现现在在单单方方向向的的光光照照下下，某某种种影影响响会会从从胚胚芽芽鞘鞘顶顶端端传传递递到到下下部部，引引起起 向向光光弯曲。弯曲。w19261926年年，温温特特(Went)(Went)试试验验证证明明了了某某种种未未知知的的化化合合物物能能从从顶顶端端被被运运送送到到下下部部并并引引起起胚胚芽芽鞘鞘弯弯曲曲生生长长。这这证证明明了了单单方方向向光光下下向向光光弯曲生长是由某种物质引起的。弯曲生长是由某种物质引起的。第一节第一节 生长素类生长素类10PPT课件11PPT课件生长素类生长素类w吲哚乙酸吲哚乙酸 (indole (indoleacetic acid,acetic acid,简称简称IAA)IAA)w4-4-氯吲哚乙酸氯吲哚乙酸 (4-chloroindoleacetic(4-chloroindoleacetic acid,acid,简简写写成成4 4-chloro-chloro IAA)IAA)w苯乙酸苯乙酸 (Phenylacetic acid,(Phenylacetic acid,简写成简写成PAA)PAA)w 吲哚丁酸吲哚丁酸 (indole butyric acid,(indole butyric acid,简写成简写成IBA)IBA)12PPT课件13PPT课件某些植物生长素类物质和人工合成的生长素类某些植物生长素类物质和人工合成的生长素类生长调节剂的结构式生长调节剂的结构式14PPT课件生长素的测定分析方法生长素的测定分析方法 1、生物测定法：、生物测定法：小麦胚芽鞘切段伸长法；小麦胚芽鞘切段伸长法；燕麦胚芽鞘弯曲试验法；燕麦胚芽鞘弯曲试验法；2、物理、化学方法：、物理、化学方法：薄层层析法、气相层析、高压液相层析和质薄层层析法、气相层析、高压液相层析和质谱法等色谱法。谱法等色谱法。15PPT课件16PPT课件3、免疫分析法：、免疫分析法：A：抗原：抗原IAA；B：对：对IAA起反应的合成抗体；起反应的合成抗体；C：不与：不与IAA抗原起反应的合成抗体；抗原起反应的合成抗体；17PPT课件二、生长素的生物合成、降解、与钝化二、生长素的生物合成、降解、与钝化 1、合成的部位：、合成的部位：植物体内生长素含量高的幼嫩部位也是其合植物体内生长素含量高的幼嫩部位也是其合成部位，其中顶芽是主要的合成部位。成部位，其中顶芽是主要的合成部位。2、合成途径：、合成途径：生长素生物合成的前体物质是色氨酸，色生长素生物合成的前体物质是色氨酸，色氨酸可通过以下两条途径转化合成吲哚乙酸：氨酸可通过以下两条途径转化合成吲哚乙酸：（1）吲哚丙酮酸途径；）吲哚丙酮酸途径；（2）色氨途径；）色氨途径；（3）由吲哚）由吲哚(indole)直接转化而来直接转化而来18PPT课件吲哚乙晴吲哚乙晴芸苔葡糖硫苷芸苔葡糖硫苷19PPT课件3、生长素的钝化：、生长素的钝化：生长素在植物体内呈自由型（也称游离态）生长素在植物体内呈自由型（也称游离态）和束缚型（结合态）两种存在形式，二者可相互和束缚型（结合态）两种存在形式，二者可相互转变。束缚型生长素是指生长素与葡萄糖、肌醇、转变。束缚型生长素是指生长素与葡萄糖、肌醇、天冬氨酸等结合形成无生理活性的形式。天冬氨酸等结合形成无生理活性的形式。束缚型生长素在植物体内的作用有：束缚型生长素在植物体内的作用有：（1）作为贮藏形式：如种子成熟时生长素转）作为贮藏形式：如种子成熟时生长素转变为束缚型贮藏起来，种子萌发时释放出来，供变为束缚型贮藏起来，种子萌发时释放出来，供发芽用；发芽用；20PPT课件（2）作为运输形式；）作为运输形式；（3）作为解毒形式：自由生长素过多时会产）作为解毒形式：自由生长素过多时会产生毒害；生毒害；（4）防止氧化：自由型生长素易被氧化分解，）防止氧化：自由型生长素易被氧化分解，束缚生长素稳定，不易被氧化；束缚生长素稳定，不易被氧化；（5）调节自由生长素的含量；）调节自由生长素的含量；21PPT课件 4、生长素的降解：、生长素的降解：（1）酶促降解：）酶促降解：植物体内存在有植物体内存在有IAA氧化酶，氧化酶，该需要该需要Mn2+和一元酚作为辅因子。和一元酚作为辅因子。脱羧氧化：脱羧氧化：不脱羧氧化：不脱羧氧化：IAA氧化酶在植物体内的分布：氧化酶在植物体内的分布：人工合成的生长素类调节剂不能被人工合成的生长素类调节剂不能被IAA氧化酶氧化酶分解，因此施加于植物后能较长时间保持功效分解，因此施加于植物后能较长时间保持功效。（2）光氧化：）光氧化：体外的生长素在光下可被氧化，体外的生长素在光下可被氧化，产物也是吲哚醛和亚甲基羟吲哚。产物也是吲哚醛和亚甲基羟吲哚。23PPT课件三、生长素在植物体内的分布与运输三、生长素在植物体内的分布与运输 生长素在高等植物中分布广泛，根、茎、叶、生长素在高等植物中分布广泛，根、茎、叶、花、果实、种子等都有，其含量甚微，一般为：花、果实、种子等都有，其含量甚微，一般为：10100ng/g FW。主要分布在生长旺盛的幼嫩部位。主要分布在生长旺盛的幼嫩部位。生长素在植物体内的运输有以下生长素在植物体内的运输有以下特点特点：1、运输速度比扩散速度快、运输速度比扩散速度快10倍；倍；2、具有、具有极性运输（极性运输（polar transport）的特点，）的特点，即生长素只能从植物形态学的上端向下端运输，即生长素只能从植物形态学的上端向下端运输，而不能逆转而不能逆转；3、生长素的运输需要代谢能量，是主动运输。、生长素的运输需要代谢能量，是主动运输。25PPT课件生长素相对浓度燕麦幼苗燕麦幼苗豌豆幼苗豌豆幼苗兵豆胚根兵豆胚根26PPT课件供应块供应块接受块接受块胚芽鞘形态学上端向上胚芽鞘形态学上端向上胚芽鞘形态学上端向下胚芽鞘形态学上端向下生生 长长 素素 的的 极极 性性 运运 输输27PPT课件28PPT课件29PPT课件30PPT课件四、生长素的生理作用四、生长素的生理作用1、促进细胞的分裂与伸长、促进细胞的分裂与伸长：生长素能生长素能增加细胞壁的可塑性增加细胞壁的可塑性，因而能促进，因而能促进细胞的伸长，促进植株的生长。细胞的伸长，促进植株的生长。IAA对植物生长的作用具有对植物生长的作用具有正、负二重性正、负二重性，即低浓度时促进生长，中等浓度时抑制生长，高即低浓度时促进生长，中等浓度时抑制生长，高浓度时可杀死植物。浓度时可杀死植物。不同器官对生长素的敏感性不同：不同器官对生长素的敏感性不同：根根芽芽茎；茎；31PPT课件32PPT课件 在给植物外施在给植物外施IAA时特别注意：器官、年时特别注意：器官、年龄、浓度。龄、浓度。生长素和细胞分裂素生长素和细胞分裂素共同共同作用促进细胞的作用促进细胞的分裂，分裂，生长素促进核分裂，而细胞分裂素主要生长素促进核分裂，而细胞分裂素主要促进细胞质分裂。促进细胞质分裂。33PPT课件 2、维持顶端优势；、维持顶端优势；顶芽抑制侧芽而优先生长的现象称为顶端优势顶芽抑制侧芽而优先生长的现象称为顶端优势（apical dominance）。其原因一般认为：顶芽是）。其原因一般认为：顶芽是产生生长素的中心，其合成的生长素通过极性运产生生长素的中心，其合成的生长素通过极性运输导致侧芽生长素浓度过高而抑制了侧芽的生长。输导致侧芽生长素浓度过高而抑制了侧芽的生长。3、促进根的分化形成：、促进根的分化形成：IAA/CTK 控制着愈伤组织的生长与分化，比控制着愈伤组织的生长与分化，比值适中，诱导愈伤组织生长，比值高诱导根的分值适中，诱导愈伤组织生长，比值高诱导根的分化，比值低诱导芽的分化。较高浓度的生长素能化，比值低诱导芽的分化。较高浓度的生长素能诱导茎段形成不定根（诱导扦插生根）。诱导茎段形成不定根（诱导扦插生根）。34PPT课件 4 4、防止器官脱落：、防止器官脱落：5 5、诱导无籽果实（单性结实）：、诱导无籽果实（单性结实）：6 6、促进菠萝开花：、促进菠萝开花：7 7、诱导雌花分化：、诱导雌花分化：高浓度的生长素具有与上述相反的生理作用，即抑制生高浓度的生长素具有与上述相反的生理作用，即抑制生长、促进脱落等。长、促进脱落等。高浓度抑制作用与乙烯的诱导形成有关。高浓度抑制作用与乙烯的诱导形成有关。35PPT课件 生长素类的植物生长调节剂与生长素具有相生长素类的植物生长调节剂与生长素具有相同的生理作用，在生产中应用较多有以下几种：同的生理作用，在生产中应用较多有以下几种：2,4,5-三氯苯氧乙酸三氯苯氧乙酸(2,4,5-T)2-甲基甲基-4-氯苯氧乙酸氯苯氧乙酸36PPT课件五、生长素的作用机理五、生长素的作用机理 1、基因活化理论：、基因活化理论：生长素与其受体结合后诱导受体构象改变，生长素与其受体结合后诱导受体构象改变，“IAA-受体受体”可转移到细胞核内（信号传递），可转移到细胞核内（信号传递），使某些特定基因转录、表达，产生原初反应蛋白使某些特定基因转录、表达，产生原初反应蛋白质（质（IAA信号放大），原初反应蛋白继而激活细信号放大），原初反应蛋白继而激活细胞壁水解酶基因，使其表达产生纤维素酶、果胶胞壁水解酶基因，使其表达产生纤维素酶、果胶酶等，导致细胞壁纤维素连键被打断，增加了细酶等，导致细胞壁纤维素连键被打断，增加了细胞壁的可塑性和伸展性。胞壁的可塑性和伸展性。37PPT课件 2、酸生长理论：、酸生长理论：质膜上存在有质子泵，即质膜上存在有质子泵，即“H+ATP酶酶”生生长素作为该酶的变构效应剂与质子泵结合，并使长素作为该酶的变构效应剂与质子泵结合，并使之活化，驱动质子泵将质子（之活化，驱动质子泵将质子（H+）由细胞质泵入）由细胞质泵入细胞壁，使细胞壁酸化，细胞壁，使细胞壁酸化，pH值降低，达到了细胞值降低，达到了细胞壁松驰酶的最适，从而活化或增强了这些酶的活壁松驰酶的最适，从而活化或增强了这些酶的活性，或者酸化使细胞壁酸不稳定氢键或共价键断性，或者酸化使细胞壁酸不稳定氢键或共价键断裂，增大了细胞壁的可塑性，细胞水势降低，细裂，增大了细胞壁的可塑性，细胞水势降低，细胞吸水，体积增大，纵向伸长。胞吸水，体积增大，纵向伸长。38PPT课件39PPT课件六、人工合成的生长素类及其应用六、人工合成的生长素类及其应用 人人工工合合成成的的具具有有IAAIAA活活性性化化合合物物的的化化学学结结构构的的共共同之处：同之处：具有一个不饱和和芳香族环；具有一个不饱和和芳香族环；环上带有酸性侧基；环上带有酸性侧基；在环与侧链的羧基之间至少有一个碳原子；在环与侧链的羧基之间至少有一个碳原子；在环与侧链的羧基之间应该有一定特殊空间在环与侧链的羧基之间应该有一定特殊空间结构。如羧基和环成垂直角度。结构。如羧基和环成垂直角度。41PPT课件生长素类主要有萘乙酸、生长素类主要有萘乙酸、2 2，4-D4-D，应用是：，应用是：促进插条生根（促进插条生根（2 2，4-D4-D水溶液水溶液10-100ppm10-100ppm蘸根）、蘸根）、防止器官脱落（防棉铃脱可用防止器官脱落（防棉铃脱可用10ppm10ppm的的NAANAA或或1ppm 21ppm 2，4-D4-D喷）、促进菠萝开花、诱导单性结实、控制发喷）、促进菠萝开花、诱导单性结实、控制发芽、影响性别分化，诱导黄瓜多开雌花；芽、影响性别分化，诱导黄瓜多开雌花；作为除草剂：作为除草剂：应用最广泛的生长素类除草剂：应用最广泛的生长素类除草剂：2 2，4 4D D、NAANAA、2 2，4 4，5 5T T、MCPAMCPA和吡啶羧酸的衍生物和吡啶羧酸的衍生物如毒莠定。上述除草剂能选择性地杀死双子叶植物，如毒莠定。上述除草剂能选择性地杀死双子叶植物，可极大地改变基因的转录和可极大地改变基因的转录和RNARNA的翻译的翻译。42PPT课件诱导单性结实（诱导单性结实（parthenocarpyparthenocarpy）：）：子房不经授粉或子房不经授粉或别的刺激而发育成果实。但无籽果实或只有空瘪种别的刺激而发育成果实。但无籽果实或只有空瘪种子的果实不一定是单性结实果，这一现象称子的果实不一定是单性结实果，这一现象称伪单性伪单性结实结实。例如柿的的一些品种在授粉受精。例如柿的的一些品种在授粉受精(即具有两性即具有两性过程过程)后由于胚乳细胞的形成异常，胚停止发育而不后由于胚乳细胞的形成异常，胚停止发育而不形成种子但形成果实；葡萄的无核白品种在授粉受形成种子但形成果实；葡萄的无核白品种在授粉受精精(两性过程两性过程)后由于合子的分裂在时间上落后于胚后由于合子的分裂在时间上落后于胚乳核两周也不能形成种子；西洋梨、甜樱桃等在授乳核两周也不能形成种子；西洋梨、甜樱桃等在授粉受精粉受精(两性过程两性过程)后由于染色体异常或营养供应不后由于染色体异常或营养供应不足，使胚发育不正常或是中途停止发育，因而成熟足，使胚发育不正常或是中途停止发育，因而成熟果无种子。果无种子。43PPT课件 关于园艺作物的单性结实，关于园艺作物的单性结实，Custafson（1939）最早从激素入手展开研究，先提出天然单性结实的最早从激素入手展开研究，先提出天然单性结实的生长素学说生长素学说,认为能单性结实的植物在花蕾期就含有认为能单性结实的植物在花蕾期就含有较高浓度的生长素，刺激子房发育成为果实。较高浓度的生长素，刺激子房发育成为果实。激素平衡理论的现实意义在于进行人工诱发单激素平衡理论的现实意义在于进行人工诱发单性结果时，只有满足子房发育所需的几种性结果时，只有满足子房发育所需的几种激素的最激素的最佳平衡状态佳平衡状态才能获得成功。如果造成某种激素水平才能获得成功。如果造成某种激素水平的过高或过低都不利于子房的发育，就不可能诱发的过高或过低都不利于子房的发育，就不可能诱发成功。例如，苹果和梨过去用生长素类物质不能引成功。例如，苹果和梨过去用生长素类物质不能引起单性结实，但当用起单性结实，但当用IAA+GA的混合液处理时则可的混合液处理时则可成功地诱导单性结实成功地诱导单性结实 ；而；而“桔苹桔苹”则要求则要求IAA、GA和和CTK三者混用才会有效果。三者混用才会有效果。44PPT课件