第七章 植物激素与生长调节物质 C 生长素类（ Auxins ) C 细胞分裂素类（ Cytokinins) C 赤霉素类 (Gibberellins) C 乙烯（ Ethylene) C 脱落酸 (Abscisic acid) C其它天然生长物质 (natural plant growth substances) C人工合成的植物生长调节物质 (剂 ) C植物生长调节剂与农业生产 概念与术语 z 激素（ Hormones)(荷尔蒙） 动物： 特殊腺体 微量物质 特定的组 织或器官（靶子）发生变化。 植物： 定义： 指在植物体内合成的、可以移动的、对 生长发育产生显著作用的微量（ μmol/L) 有机物质。 z不是能够提供能量的营养物质； z在很低浓度下即可促进或抑制或改变植物的 发育进程。 植物生长物质 （ plant growth substances) ： 具有调节和控制植物生长发育的 一些生理活性物质，包括植物激 素和植物生长剂。 植物激素（ plant hormones & phytohormones) 生长素类、赤霉素类、细胞分裂素 类、脱落酸与乙烯。 油菜素甾体类(brassins)、多胺 (polyamines)、茉莉酸类(jasmonic acid)、水杨酸(salicylic acid)及肉 桂酸(cinnamic acid)等。 植物生长调节剂（ plant growth regulators） 人工合成的具有类似植物激素 生理活性的化合物。能在低浓度（ 1mmol/L） 下对植物生长发育表现出明显的促进或抑制 作用 . 生长促进剂、生长抑制剂、生长延缓剂等， 一些分子结构和生理效应与植物激素类似的 有机化合物，如吲哚丙酸、吲哚丁酸 等； 一些结构与植物激素完全不同，但具有类似 生理效应的有机化合物，如萘乙酸、矮 壮素、三碘苯甲酸、乙烯利、多效唑、烯 第一节 生长素类（Auxins) 一、生长素的类型： 1、 天然的生长素类 2、 人工合成的 3、 抗生长素类 1、 天然的生长素类： 2、 人工合成的生长素类 ： 3、抗生长素类 生长素类似物，能 专一性抑制生长 素作用物质，三 碘苯甲酸 二、生长素的发现和测定 1、发现和分离 1880年 ， Darwin，金丝雀虉草 (单子叶 )向光性。 结论： ? 感受光部位胚芽鞘尖端，弯曲的部位胚 芽鞘尖端下面的的伸长区。 ? 茎尖感受光的信号，某种影响因子（物 质）从上部传递到下部，引起下部弯 曲。 ? 本质化学物质，这种反应不需要组织的 直接接触。 ? 1918年， Paal发现，切去的顶芽不对称放 回切口处，黑暗中也会使胚芽鞘弯曲。 ?1926年， Went， A、胚芽顶端存在调节物质； B、建立提取和定量分析活性物质的 方法 (燕麦芽鞘弯曲测试法） ? 1934年， Kogl & Heagen-Smit 等，人 尿中分离得到 IAA，发现具有同样活 性。 ? 1935年 （ Thimann USA)， 1942年 (Heagen-Smit Holland) , 植物分离得 到了 IAA ， 生长素 2、生长素的分析测定方法 植物组织中激素水平的测定困难，含量极 微，性质不稳定，干扰，灵敏且专一。 （ 1）生物测定法 A、燕麦芽鞘弯曲测试法：条件， 22- 23oC， 相对湿度 93%，黑暗中。芽鞘单位是指 芽鞘弯曲 10 o的 2mm 3 琼脂块中的生长素 含量。 B、芽鞘切段法：促进胚芽鞘切段伸长。 （2）物理、化学方法 TLC、 GC、 HPLC、GC-MS、 LC-MS 等， 分析水平达到10 -12 g（相当于一个豌 豆茎切段或一个玉米粒中的IAA含 量）。 （3）免疫分析法 酶联免疫法、放射免疫法 三、生长素的存在、分布与传导 1、存在与分布：分布广，不均匀。 根、茎、叶、花、种子及 胚芽鞘，含量 低， 10~100 ng/g FW，分生组织（胚芽 鞘、芽、根尖等）和生长旺盛的幼小器 官中多，衰老组织少。 2、传导(运输): 1-15cm/h A、薄壁细胞（活细胞）消耗能量的单方向 极性运输，1.0cm/h，只能从形态学上 端向下端传导，茎尖和胚芽鞘最明显， 逆浓度剃度运输。 B、韧皮部（输导组织）被动的非极性运 输。 根尖生长素通过维管束上运，分化完全 的茎、老根、发育完全的叶片，有机物 一起韧皮部活细胞中运输。 C、体外供给生长素类运输途径，施用的部位 茎端：随体内的生长素进行极性运输，浓 度过高，不存在极性运输。 根部：通过木质部向上运输，也可沿输导 系统运到周身。 叶片：韧皮部运到周身。 生长素的极性运输 3、极性运输为主动运输的证据 A、运输速度比扩散速度快，约 10倍， B 、只能在有氧条件下进行，对有氧呼吸有 依赖性，缺氧时，极性运输不存在；有氧 时，外加二硝基酚（ ATP合成抑制剂）抑制 生长素的极性运输， C、逆浓度剃度运输， D、运输具有特异性（结构、空间及种类等 的特异性）。 四、生长素的生物合成 1、合成： CH 2 COOH CH 2 CHCOOH N N H H NH 2 IAA 色氨酸 实验证明： 色氨酸渗入菠菜、凤梨、 豌豆、番茄叶子，有氧条件下， IAA大量形成 ; 子房、胚、花粉、子叶，可由色氨 酸形成 IAA. A、四条途径： a、吲哚丙酮酸途径（ indole pyruvate pathway) 先脱氨、再脱羧 , 在高等植物中占优势。 b、色胺途径（ tryptamine)先脱羧、再脱氨 （大麦、燕麦、烟草、番茄枝条） c、吲哚乙醇途径 (indole ethanol pathway) 黄瓜幼苗 d、吲哚乙腈途径（ indole acetonitrile pathway) 十字花科有一种天然产物 --芸苔葡萄硫苷， 可经吲哚乙腈形成吲哚乙酸 玉米种子中： 邻氨基苯甲酸 吲哚甘油磷酸 IAA (anthranilic acid) (indole-3-glycerol phosphate) 非吲哚前体在植物体内也能合成 IAA. 吲哚乙醛是 IAA直接前体 B、合成部位： 快速细胞分裂相联系，分生 组织、幼叶、发育着种子等主要场所。 成熟叶及根少。 C、合成条件： Zn， 缺锌时的形成减少，认为缺锌阻碍吲哚 和丝氨酸合成色氨酸，给缺锌植物以锌， 随丝氨酸的形成，形成 IAA的能力也逐渐 恢复，锌可能是色氨酸合成酶的辅酶。 光， 蚕豆，照光，体内形成生长素， 如果置于黑暗中，起初有生长素形 成，不久消失，将生长素已消失的 植物，再供给短时间照光，重新形 成生长素。（烟草） 2、失活 生长素有两种存在形式：活性的 游离态 及无活性的 结合态 （束缚） 结合态 IAA： 小分子：肌醇、葡萄糖、天冬氨酸、 阿拉伯糖等； 大分子：葡聚糖（ 7-50葡萄糖单位 /IAA）、糖蛋白等。 3、分解： A、酶促降解： 脱羧降解（ decarboxylated degradation) 汤玉玮和 J.Bonner在 1947年发现吲哚乙酸 氧化酶（ IAA oxidase)，广泛分布于高等 植物。 非脱羧降解 (non- decarboxylated degradation) 降解产物仍保留侧链的两个碳原子， 羟 -3-吲哚乙酸、二羟 -3-吲哚乙酸等。 B、光氧化：体外 IAA在核黄素催化下， 被光氧化。 IAA氧化酶，是一种含铁的血红蛋白，活 性基是铁卟啉，辅助因子（ Mn 2+ 、酚 -单 元酚），分布与 IAA相反，生长旺盛部位 （根尖、茎尖）较少，随细胞衰老，其 活性增加， IAA含量降低。 五、生长素的生理作用与作用机理 1、生长素作用的二重性：促进、抑制 原因： A、与生长素的使用浓度有关：低浓度时促进 （正）作用，高浓度时，抑制（负）作用，甚 至导致死亡。 + 生长 浓度 - B、与细胞年龄有关：幼嫩细胞反应 非常灵敏，年老细胞灵敏性下 降， 高度木质化及分化程度高细胞， 不敏感。 C、与器官的种类有关： 根、茎、芽， 根 芽 茎 A B 10 -10 10 -8 10 -5 10 -2 促进 抑制 0 生长素浓度 不同器官对生长素作用的 效应不同 最适浓度 敏感性 根 10 -10 mol/L 最强 芽 10 -8 mol/L 较强 茎 10 -5 mol/L 最差 最适浓度不同， 根<芽 <茎 各器官的反映程度 也不同，茎 > 芽 > 根 2、生长素的生理作用 (1) 促进细胞伸长： 细胞水平促进细胞的纵向伸长，非细胞分 裂， 增大细胞壁的扩张性（塑性扩张）。 细胞壁的扩张性指细胞壁伸展能力的大小， 塑性扩张： 细胞壁不可逆的伸展能力 弹性扩张： 细胞壁可逆的伸展能力。 500ppmIAA处理豌豆茎时，茎的鲜重增 加，纤维素酶、半纤维素酶、果胶甲 醛脂酶的活性增加，使细胞壁交织结 松弛，胞壁变软，细胞壁组成成分 （纤维素、半纤维素、果胶质等）增 加。 生长素促进细胞伸长的特点： 代谢过 程，而非物理过程，原因： a、对死细胞无效， b、缺氧时，不发生， c、呼吸及核酸、蛋白质合成抑制剂均能 抑制生长素促进的细胞壁塑性扩张作 用 。 细胞壁的塑性增加 细胞的延伸性 增强 细胞压力势降低 水势 降低 吸水能力增大 细胞体 积增大 新纤维素等分子向细胞 壁填充或沉积在细胞壁上 细胞 体积得以增大 。 （ 2）顶端优势 (apical dominance) 生长中的顶芽抑制侧（腋）芽生长的现 象（多数高等植物）。 Thimann & Skoog(1934) 提出，顶芽释放的 IAA 的能力与其抑制腋芽发育的能力有 关。去除蚕豆苗的顶芽，在切口处施 用 IAA，即可代替顶芽抑制腋芽的发 育。此后在多种植物中被证实。 A、与 IAA浓度有关：不同器官所需要 IAA 最适浓度不同，茎 >芽， B、与营养物质转移有关：认为茎端高浓度 的 IAA使顶芽维持最主要的生长活动中心 地位，营养物质流向顶芽，侧芽通常得 不到维持生长所需要足够营养（营养液 直接施到腋芽，却不能逆转顶端优势， 有待进一步研究）。 C、与其他内源生长调节物质有关 细胞分裂素低、脱落酸高 （ 3）对根生长和根形成的影响 根的伸长对生长素非常敏感，极低浓 度下（ 10 -13 ~ 10 -8 mol/L)促进离体根与 完整根的伸长，在茎或胚芽鞘伸长的浓 度范围（ 10 -5 ~ 10 -6 mol/L），对根伸长 抑制作用。 促进侧根发生，除去幼叶或芽，减少 侧根数目，来自幼叶或芽的调控。 （ 4）延迟叶子脱落 对不同年龄叶片（阶段）的影响不 同， 延迟幼嫩叶片（脱落早期）的脱落， 促进老叶（脱落晚期）脱落。 乙烯合成，促进脱落，幼叶敏感性 <老 叶 （ 5）引起植物的向性反应 向光性与向重力性 单侧光 生长素 分布不均匀 （背光侧多于向光侧） 向光弯曲 生长素 胚芽鞘 生长不均衡 （背光侧快于向光侧） 3 、生长素的作用机理 挑战性的前沿领域 — 激素如何引起细胞 产生显著生理效应。 组织水平 – 探讨 IAA对处于生长中的组织 切段或整体植物的影响； 亚细胞水平 – 利用放射性同位素标记的生 长素，鉴定和分离生长素受体蛋白； 基因水平 – 分子水平研究诱导的基因表 达 。 （ 1）生长素诱导的茎切段生长动力学 （ 组织 水平 ） 大豆下胚轴切段 加入 2， 4-D后，两个快速生长区： 15min，认为与膜作用结果，而非 影响到 mRNA转录；更有可能第二 阶段的快速生长（ 1h）与 mRNA转 录有关。 （ 2）受体 激素受体（ hormone receptor)是指那些特异识 别激素并能与激素高度结合（专一性），进 一步引起一系列生理生化变化的物质，激素 受体是蛋白质，称为受体蛋白。 Venis(1985)最先从玉米胚芽鞘中提取膜生长素 蛋白，称为 ABP1， 43KD，糖蛋白，主要分 布于内质网，可分泌至质膜表面和细胞壁区 域。 酸性生长理论（ acid-growth theory) 生长素促进细胞伸长不直接与细胞壁起作 用，而是影响到原生质膜或细胞液，生 长素与受体结合，进一步通过信号转 导，使细胞膜上的质子泵活化，把质子 （ H + )排到细胞壁。（质子排出） 两种假说： A、生长素活化质膜上原已存在的 H + -ATP 酶，反应迅速； B、促使在质膜合成新的 H + -ATP酶，反应 较慢）当细胞壁环境酸化后，细胞壁适 宜于低 pH的酶被激活，在酸性环境中， 对酸不稳定的键（ H键）易断裂，细胞壁 多糖分子间结构交织点破裂，联系松 弛，可塑性增加。 （ 3）基因表达的调控 鉴定、提取和克隆植物激素调控的特异基因 开始，分析特异基因的结构功能及其表达 的调控。 突变体重要材料，分为： 缺失型 -由于突变导致激素生物合成受阻，内 源激素水平极低。 不敏感型 -内源激素水平变化不明显，只是对 外源激素反应不敏感。 第二节 赤霉素类（ Gibberellins) 一、发现、结构、分布及分析测定方法 1、发现：赤霉素发现是农业生产中发现问题 — —理论研究 ——再应用生产中。 19世纪末期至 20世纪初期，日本南部稻苗出现 异常徒长，“恶苗病”、“笨苗”。 1898， Hori最早指出起因于真菌病害。 1912， Sawada 指出由于稻苗感染真菌 —藤仓赤 霉菌 (Gibberella fujikuroi)，分泌的一种物质引 起，“赤霉病”。 1926， Kurosawa，从稻株分离得到的 多种赤霉菌都能产生某种具有促进 植物生长作用的物质，用经过灭菌 的赤霉菌培养滤液处理未受感染的 水稻植株，也能刺激稻苗徒长。 1935, Yabuta，成功分离得到这种物 质，称为赤霉素 (Gibberellin, GA)。 1954, （二战后） Cross 研究组 (英国）、 Stodola研究组（美国农业部）从真菌培养 滤液中提取并鉴定了这种物质，赤霉酸 （ Gibberellic acid, GA). 日本学者重新分析早期得到的赤霉素产品， 提取到三种赤霉素， GA 1 、 GA 2 、 GA 3 （与赤霉酸相同）（ 1955）。 1957, Phinney等，最早报道植物中有赤霉素 的存在，以突变矮化玉米品种为材料，种 子及果实中提取液均发现类似赤霉素的物 质 。 1958， MacMillan & Suter在连荚豆未成熟种 子分离得到的赤霉素结晶，是高等植物的 天然物质。 1959， 赤霉素的化学结构被确定，第一个被 分离鉴定的赤霉素是赤霉素酸（ GA 3 )，赤 霉素是一大类结构上十分相似化合物，是 一种双萜类，由 4个异戊二烯单位组成，基 本结构赤霉烷环，由于双键、羟基数目和 位置的不同形成了各种赤霉素。 由于从高等植物及真菌中分离得到的赤霉素 越来越多，发现的先后编码为 GA 1 GA 2 …. 1992, 86，真菌 11，高等植物 60，共 有 15； 1994， 95， 1997， 108， 1998， 126 2、化学性质与结构： 性质： 羧酸，呈酸性，溶解性，有机 溶剂（醇、丙酮），难溶于水； 结构： 是一种双 萜类，由 4个异 戊二烯单位组 成，基本结构 赤霉烷环，碳 原子数不同， C 20 -GAs：种类 少，生理活性 低 C 19 -GAs: 失去 第 20位的碳原 子，种类多； 生理活性高； 生理活性较强， GA 1 、 GA 3 、 GA 7 、 GA 30 、 GA 32 、 GA 38 ， GA 17 、 GA 25 、 GA 28 、 GA 39 等， 市售赤霉素 GA 3 ，分子式， C 19 H 22 O 6 ， MW 346。 GA 1 最高 3、分布与运输： 分布： 植物、褐藻、绿藻、真菌、细菌。 植物中，生长旺盛部位较多，茎端、嫩叶、 根尖果实及种子。 1~ 1000 ng/g FW，果 实和种子（未成熟种子） GA含量比营养 器官的多两个数量级。 运输： 根尖合成的沿木质部（导管）向上运 输，嫩叶产生的沿韧皮部（筛管）向下运 输，双向运输，运输速度，不同植物差异很 大，矮生豌豆 5cm/h , 豌豆 2.1mm/h , 马铃薯 0.42mm/h。 4、分析测定手段： 生物学测定法：大麦胚乳法和莴苣下胚轴法 物理化学法： 免疫分析法： 二、生物合成 萜类化合物，异戊二烯（ 5-C 不饱和烃）， 1、合成部位： 三个部位：生长中的种子和果实、幼茎顶端和 根部。 开花 种子发育期间，两个明显的合成阶段： 开花初期，似与果实生长有关； 种子生长期间，种子体积迅速增加。 细胞中，微粒体、内质网和细胞质可溶性部分 等 。 赤霉素合成部位证据 种子： 含量高；一些植物种子的无细胞系统 可在体外合成，非其他部位运输而来； 幼茎顶端等： 切除后，用 GA处理时，可促进 茎的生长； 根系： 损伤茎的木质部溢泌物中、根茎切断 后木质部汁液（根压压出）中均能检测到 GA的存在，如果使用 GA的合成抑制剂，其 中 GA含量下降。 2、存在形式： 自由型（游离态）有活性 束缚型（结合态）无活性， 1967年首此鉴定， GA- Glu苷， GA-O- 配基， -OH、或 -COOH，葡萄糖基或酰 基； GA-N- 配基， 氨基酸残基及其衍生物， -COOH 作用： 贮藏和运输形式。在植物的不同发育时 期，自由型与束缚型GA可相互转化。如在种子成 熟时，游离的GA不断转变成束缚型的GA而贮藏起 来，而在种子萌发时，束缚型的GA又通过酶促水 解转变成自由型的 GA而发挥其生理调节作用。 3、生物合成 萜类物质合成一样，合成原料为活性乙酸 --乙酰 COA，三 分子缩合六碳中间产物 —甲瓦龙酸 GA合成的前体：甲瓦龙酸(mevalonic acid，MVA)； 重要的中间产物：GA 12 -7-醛(GA 12 -7- aldehyde)——第一个具有赤霉烷结构的 化合物，以GA 12 -7-醛为中心，再合成其 他的GA。 GA 12 - 醛 ，是植物中所有其它 GA 的前 体，前体： 贝壳杉烯 。 4、抗赤霉素 (antigibberellins) /植物生长延缓剂 （ plant growth retardants) 抑制茎的伸长，抑制 GA的生物合成， 福斯方 (phosphon)-D、矮壮素（ CCC cycocel)、 缩节胺、 AMO-1618 ，多效唑（ PP 333 ） 阻止贝壳杉烯合成或 GA合成途径中的其它途 径。 人工合成 GA， 1968年，现合成有 GA 3 、 GA 1 、 GA 19 等，成本太高，目前生产上使用的 GA 3 等 仍然是赤霉菌的培养液中提取，价格较低 三、赤霉素的生理作用（效应）与作用机理 1、生理作用 （ 1）对生长的影响 A、茎杆伸长： 主要对矮生型的植物起 作用，如遗传上矮生的 豌豆和玉米对 GA很敏 感，很快达到正常的高 度，而正常高生型品种 对 GA的反应很小，不 敏感。 原因： a. 矮生品种由于单个基因突变，不能 产生合成 GA的酶，缺少内源的 GA， 植株矮生，外加 GA能得到正常型植 株。 b. 矮生品种植物中含有过多的天然抑 制剂，外加 GA能解除抑制作用。 突变体筛选， 玉米的 30多种矮生型突变体，节 间缩短，植株高度只能达到正常植株 20- 25%，其中五种（ d 1 , d 2 , d 3 , d 4 , an 1 ) 突变体，用 GA 3 恢复正常植株高度，但五种突变体对其它 激素和生长调节剂均不产生响应，深入研究发 现，每个突变体控制着赤霉素生物合成途径中 的一个酶，分别阻断 GA 1 生物合成途径中 5个 不同步骤，玉米中 GA 1 是促进生长的主要活性 形式，内源分析表明，玉米和豌豆的矮生基因 型均导致植株内源 GA 1 水平显著降低。称为缺 失型。 Rood (1990) 等，油菜不同遗传型品系研究结果 说明，矮化品系茎部的平均含量（ GA 1 与 GA 3 )只有正常品系的 36% ，过长品系茎部的 平均含量是正常品系的三倍，除植株长度明 显差别外，细胞数目和长度上也有明显差 别，电镜扫描结果显示，矮化品系细胞极 短，过长品系细胞长度与数目都大于正常品 系；用 PP 333 及 GA 3 处理正常植株， PP 333 处理，细胞短（与矮化品系相似）， GA 3 处理，细胞伸长（过长品系相似）。 B、诱导抽薹 菠菜与甘蓝连座型植物（典型的生理矮化类 型），特点在开花前，必须经过节间迅速且 明显伸长的过程，“抽薹”，受低温和长日 照等环境因子的诱发，外源 GA 3 能够代替环境 因子诱导抽薹，并能诱导产生超长茎。 原因： 菠菜在短日照下，含有高水平 GA 19 的无活性 和低水平 GA 20 ，转到长日照下时， GA 19 水平 下降， GA 20 水平上升，茎快速伸长。 C、叶： 禾谷类 —伸长，双子叶植物 —扩大、作 用较小，对根无明显作用 （ 2）赤霉素与开花和性别分化的关系 A、开花的影响 --主要与植物自身的光周期类型 有关，只能使某些长日照植物（天仙子、金 光菊等）在短日内开花， GA代替长日照引起 长日植物在短日下开花，而对短日植物（烟 草、大豆等）在长日照下，无效，不能代替 短日照引起短日植物开花。 B、代替低温，使两年生植物（胡萝卜、芹菜 等）在当年开花结实， GA处理可缩短冬小麦 的春化时间。 （ 3）诱导 α-淀粉酶的形成 促进萌发，打破休眠（动员储藏物质）。 禾谷类种子（大麦、小麦、玉米、水稻等）萌 发时， α-淀粉酶的活性迅速增加，水解淀 粉，发芽前去胚，剩下的无胚半粒种子无酶活 性无淀粉的水解，无胚半粒种子培养在 GA溶 液中时， α-淀粉酶的形成， GA诱导作用只有 在糊粉层存在时才发生，糊粉层是 GA作用的 “靶细胞”， GA诱导 α-淀粉酶的形成，不是 “扳机”作用，而是酶合成的整个过程均需 要 。 贮藏在胚中 的束缚型GA 水解释放出 游离的GA， 通过胚乳扩 散到糊粉 层。 （ 4）其它生理作用 促进雄性发育（葫芦科 —黄瓜），促进无 籽果实的形成，促进果实肥大，葡萄生 产广泛应用。 2、作用机理 作用多种多样，机理多种多样； （ 1）促进茎伸长 --细胞数目增加及细胞伸长 细胞分裂 -- GA促进细胞周期中 G 1 （从有丝分裂 完成到 DNA复制的时期） S期（ DNA复制 时期 )，而且也相应缩短了 S期，缩短细胞周期 所经历的时间。 G 1 S G 2 G 2 DNA复制完成到 有丝分裂开始 M（细胞分裂到结 束） 对连座状植物来说，促进近尖端分生组织的有丝 分裂 。 细胞伸长 --不同结果（说法） A、调节生长素水平 --三种观点 a、抑制 IAA氧化酶及过氧化物酶活性 GA促进黄瓜下胚轴伸长时，两种酶活性降低；抑制 甘蔗蔗糖酶和过氧化物酶活性。 b、促进生长素的生物合成 燕麦芽鞘尖置于色氨酸， GA加速色氨酸向 IAA的 转化过程，同时激活蛋白酶，蛋白水解成各种氨基 酸，色氨酸为 IAA提供大量前体，增加 IAA的促进细 胞的伸长。 c、促进束缚型 自由型转变，增加活性 IAA的含 量；促进果实生长时，子房中 IAA含量也增加。 GA 调节 过氧化物酶（降 低） 蛋白酶 蛋白质 色氨酸 生长素 促进细胞伸长 B、与 IAA无关 a、促进淀粉、蔗糖等物质水解，水解产物提供 生长所需能量及细胞壁合成原料，内溶物增 加（溶质），水势降低，吸水，细胞增大。 b、细胞壁松弛，没有证据表明 GA引起的细胞 壁松弛中也有酸化存在； GA促进的细胞伸长 有效期长， IAA有效期短；整株植物有明显 的促进作用，而 IAA作用很难表现在整株植 物。 近年来，矮化及突变体系的研究表明，植物对 IAA与 GA的反应分别受不同基因的调控。 （ 2）诱导 α-淀粉酶的形成的作用机理 14 C-Aa 施于大麦或糊粉层时，加 GA保温 后，放射性结合到 α-淀粉酶蛋白中，是新合 成的，非对原贮藏蛋白的简单激活；进一步 研究发现核酸与蛋白质合成抑制剂均能抑制 GA诱导 α-淀粉酶活性，核酸与蛋白质合成两 个水平调节，既有 mRNA转录水平增加，又 有翻译水平增加。 （ 3）受体 野生燕麦中， GA 3 结合在糊粉层表面， 受体可能位于细胞膜上。 四、赤霉素在生产实践中的应用 1、生产大而松的葡萄串及果实 2、生产无籽葡萄（促进单性结实） 3、解除马铃薯块茎及多种植物种子（桃、橘、 小麦、黑麦、高粱、棉花、豌豆、菜豆与黄 瓜等）休眠，促进萌芽 4、促进营养生长（芹菜、菠菜、莴苣、茶树 等） 5、促进果树的结果率（苹果、梨等） 6、促进多种园艺作物开花，调节花期，改善株 型， 7、促进松树及棕树生长及开花，加速森林 发展 8、延缓柠檬与柑橘成熟，提高成熟一致 性，延长 贮藏期， 9、促进大麦水解酶活性，啤酒工业上，利 用 GA提高淀粉水解效率 10、抗赤霉素类应用：抗倒伏、提高抗性 等。 第三节 细胞分裂素类（ cytokinins) 一、发现、种类与结构 IAA 与 GA的生理作用主要在于促进细 胞生长，植物的生长发育过程，不仅 包括细胞伸长，而且还包括有细胞的 分裂，愈伤组织生长的早期研究结果 指出，植物细胞分裂由某种化学物质 所控制。 1、发现 1913年， 奥地利的Haberlandt发现一种存在 于各种植物维管组织的未知化合物，能刺 激细胞分裂，引起木栓形成层的生成，又 能使马铃薯块茎切口薄壁组织细胞分裂。 1942年， Van Overbeek在曼陀罗胚的组织培 养中，发现未成熟椰子乳可以促进这些幼 胚分裂；但 Steward等（康乃尔大学）及 Strong等（威斯康辛大学）分析均未从中 获得专一性的促进细胞分裂物质。 1948-1955年， Skoog (Wisconsin) 和崔澂 等人烟草茎 组织薄片在普通培养基上培养时，从发育完全的烟 草茎内，已停止分裂的成熟髓组织在含有 IAA的人 工培养基中，只能进行有限的生长（主要已有细胞 的扩大、不能分裂），如果所取髓组织包含少量维 管束组织时，进行强烈的细胞分裂（在髓邻近放上 少量维管束组织，也进行强烈的细胞分裂），说明 髓周围的输导组织（维管束）中可能有一种物质； 酵母提取液时，则能促进其不断地生长。用 纸谱层析发现，酵母提取液中有一种活性物 质能使烟草组织的细胞分裂而不断生长。 1955年，Miller 等人从高压灭菌后的 鲱鱼精子 DNA中提取分离出这种物质，命名为激动素 （kinetin，简称KT）化学名称为6-呋喃甲 基腺嘌呤。KT能促进细胞分裂，但不是植物 体内存在的天然激素 。 1963年， Letham&Miller等人从未成熟的玉米中分 离出一种结晶物质，后命名为 玉米素 (zeatin)，化 学名称为 6-(4-羟 -3-甲基 -2-反丁烯基 )氨基嘌呤。 这是分离鉴定的第一个天然的细胞分裂素。 Letham等人又相继发现了 二氢玉米素 (dihydrozeatin)和 异戊烯基腺苷 (isopentenyl adenine，简称 iPA）等天然存在的细胞分裂素。 至今已发现 31种天然的细胞分裂素 。 植物中有 16种，在个别植物中发现的 10种， 5种是 在微生物中发现的。 6位氨 基、 2 位碳原 子和 9 位氮原 子上的 氢原子 被取代 时，则 形成各 种细胞 分裂素 2、种类和结构 (1) 天然的细胞分裂素类 玉米素 --从未成熟玉米籽粒，第一个； 二氢玉米素 --黄花羽扇豆未成熟种子； 玉米素核苷 --甜玉米粒的 tRNA； 异戊烯基腺嘌呤 --先从酵母 tRNA 、菠菜和豌豆； 核糖基玉米素、玉米素核苷酸 (2) 人工合成的细胞分裂素类 --都是腺嘌呤衍生物 激动素 --天然 DNA分离得到，使用人工合成。 6-苄基腺嘌呤（ 6-BA); 例外 --二苯脲衍生物 NH--C--NH-- (3) 存在形式与分布 游离态 ：活性形式 结合态 ：与葡萄糖结合， 与氨基酸结合， 与 tRNA结合， 与木糖结合 *。 功能： 贮藏和运输 分布： 细菌、真菌、藻类、高等植物 生长旺盛的根尖与茎尖、成熟中的种子 与果实 1-1000ng/g FW Mok等， 1990年，证明结合态木糖 玉米素在不同品种的菜豆愈伤组织 促生长效率不同，有的比玉米素大 100倍，有的促生长效率与玉米素 相似，本身具强生物学活性。 4. 分析测定法 生物学鉴定：愈伤组织培养法， 离体子叶扩大法， 保绿作用。 物理化学法， 免疫学方法。 二、生物合成、代谢及运输 1. 合成场所与运输 合成： 根尖 (葡萄、烟草、向日葵） 地上部也能合成及植物组织培养细胞和植 物病原菌（根瘤农杆菌诱发的冠瘿瘤（提 取材料）。 运输： 木质部（主要）与韧皮部 细胞定位： 微粒体 根尖是合成部位的证据： A、 根渗出液中细胞分裂素含量高，豌豆 根尖 1mm处含量最多； B、 水稻根尖的组织培养证实，根尖向培 养基中分泌细胞分裂素； C、 一些植物（烟草、向日葵、葡萄、棉 花、番茄、水稻等）伤流液含有细胞分 裂素，在切除地上部分 4天后，伤流液中 细胞分裂素浓度仍不降低。 2、生物合成： 两条途径 -从头合成（主要） (甲瓦龙酸） 与 tRNA水解（次要） 3、降解： 细胞分裂素氧化酶的氧化作用，已从多种 植物（烟草、玉米与冠瘿瘤）纯化得到。 三、生理效应 1、促进细胞分裂 : IAA:对许多愈伤组织的细胞分裂具有明 显的促进作用（烟草髓、胡萝卜根、豌豆 根、大豆子叶等 ) 细胞分裂包括核分裂 (IAA)和细胞分裂 （ CK) 2、控制形态建成 ： 冠瘿瘤（农杆菌和发根农杆菌） Ti-质 粒中 T-DNA含一个 CK合成基因和两 个 IAA合成基因， CK/IAA：高，分 生细胞， 低，产生根，中间不分化 3、延缓衰老及诱导对营养物质的移动 延迟衰老是能够延缓叶绿素和蛋白质的降 解速度、稳定多聚核糖体、抑制与衰老有 关的呼吸和保持膜的完整性等。此外， CTK还可调动多种养分向处理部位移动， 促进物质积累,促进核酸和蛋白质合成的 作用。所以，CTK防止衰老也可能在转录 水平上起作用。 4、促进细胞扩大： 可促进一些双子叶植物(如菜豆、萝 卜)的子叶或叶圆片扩大，这种扩大 主要是促进了细胞横向增粗所造成 的。 5、促进侧芽发育 消除顶端优势,CTK能 解除由生长素所引 起的顶端优势，促 进侧芽均等生长。 6、其它： 促进叶绿素合成和叶 绿体发育，硝酸还 原酶活性，结实和 气孔开放等。 四、作用机理 1、核酸及蛋白质合成 2、感受与传导 研究表明，细胞分裂素参与蛋白质的合成。例 如，酵母菌丝氨酸tRNA的反密码子邻位上是 异戊烯基腺嘌呤核苷（iPA）iPA可能以某种 方式控制蛋白质的合成，但这只是一种假 说。 关于结合在tRNA上CTK的作用: A、 iPA对于识别mRNA上密码是必须的, B、 iPA的存在可保持tRNA的活性，促使蛋白质 的合成得以顺利进行，实验证明，植物体中 一种核酸酶可以水解iPA侧链而使tRNA失活。 细胞分裂素iPA的作用，就是和这种酶结 合为复合体，抑制这种酶的作用，保护 tRNA。但有人认为，tRNA上的iPA是由 已在tRNA上的腺嘌呤加上异戊烯基侧链 而形成的，并不是iPA作为组成部分参 加到RNA的分子上去。 细胞分裂素能调节许多酶的含量与活 性。例如，可促进硝酸还原酶蛋白的合 成；可抑制某些降解酶（纤维素酶、果 胶酶、核糖核酸酶等）的专一mRNA合 成，从而阻止这些酶的产生，使核酸、 蛋白质和叶绿素不被破坏，起到延缓衰 老的作用。 关于细胞分裂素作用机理的实质， 尚待进一步研究。 第四节 乙烯 (Ethylene) 一、发现、性质与分布 1、发现 十九世纪 （ Girardin, 1864), 煤气路灯下的树 落叶较多，暗示其中某成分可影响植物老化 1901年 (Neljubow 俄国 )，用黄化豌豆幼苗上胚 轴为实验材料，比较煤气中不同成分对伸长生 长、侧向加粗生长及负向地性生长的影响，发 现乙烯具有最强的生物活性。“ 三重反应 ” 抑制伸长生长（矮化） “三重反应”促进横向生长（加粗） 地上部失去负向重力生长（变弯） 1910（ Cousins)， 观察到成熟的苹果对青香蕉成熟有 促进效果，（开始了水果贮运期间成熟调节研究与 应用）； 1934（ Gane） 证实乙烯是植物果实的天然产物； 1935(Crocker等，美国）， 认为乙烯是植物果实催熟 激素；早期乙烯只看作是植物组织成熟老化，受到 病菌感染或物理性伤害后而产生，但后来证实乙烯 是植物体内的正常代谢产物。 从 60年代起因分析测试技术（气相色谱）的发展，推 动了乙烯研究，气相色谱法可检测微量的乙烯 （ 0.01μl/L)； 1965 （ Burg) 提出乙烯一种激素，以后得到公认。 ２、性质与分布 性质： 乙烯 --CH 2 = CH 2， 气体， 28，比空气 轻，可燃烧，氧化成乙炔，水解成乙二醇， 在极低浓度（ 0.01-0.1ppm)下即可表现生物 活性。 分布： 各部位均有分布，但不均匀；正在生 长的组织（芽、幼叶、花刚凋谢、果实成 熟）较多，其它组织（成熟）较少不超过 0.1 ppm。 二、乙烯的生物合成 1、合成部位与运输： 各部分都有合成乙烯的能 力，在正常环境中，高的部位是老化组织、正在 成熟组织和分裂生长组织（ >1.0nl/g/h），成熟苹 果内部含量 2500x10 -6 , 一般小于 1x10 -6 已有活性。 受伤或机械损伤时，非衰老组织乙烯含量明显增 加（几倍）。在已成熟组织内低于 0.1nl/g/h。在 不良环境中植物各部分均能产生大量的乙烯。 合成部位： 液胞膜的内表面，未确定是否是唯一合 成部位。 运输： 通过扩散作用向其部位运输。 ? 乙烯在生物界的产生比较普遍，除 高等植物外，蕨类、苔藓、真菌 （青霉菌、镰刀菌、酵母菌、毛 菌）和细菌（大肠杆菌）。 2、生物合成途径和蛋氨酸 (Met)循环 ： 有关乙烯生物合成研究直到 1964年才取得突破， Lieberman和 Mapson首次发现 甲硫氨酸 （ methionine) 能迅速生成乙烯；实验发现在无细 胞系统中以 14 C-蛋氨酸 作底物时，发现有 14 C-乙 烯产生，进一步研究发现苹果组织在外加 14 C-蛋 氨酸后，形成的乙烯的两个碳原子来自蛋氨酸分 子中第三和第四碳： 5 CH 3 -S- 4 CH 2 - 3 CH 2 - 2 CH- 1 COOH （蛋氨酸） NH 3 1977， 1979年， Adams和 杨祥发 （美籍华人， 美国加州大学对乙烯研究的进展作出了重大 贡献， 1985年获得了国际植物生长物质协会 （ IPGSA）授予的奖章）证实了 S-腺苷甲硫 氨酸 (S-adenosyl-methionine, SAM) 和 1-氨基 环丙烷羧酸 (1-aminocyclopropane-1- carboxylic acid,ACC) 是乙烯合成过程的中间 产物。 ACC一种非蛋白氨基酸， 1957从成 熟苹果中分离得到，但不知其与乙烯间的关 系。 研究历程： ? Adams和 杨祥发 发现苹果组织在空气中， Met CH 2 =CH 2 但在缺氧中时却不能合成乙 烯，而只能形成 5‘甲硫基核糖 (MTR)和 ACC。 有氧时， ACC CH 2 =CH 2 ， 证明氧是必须。 ? 1979年， Lürssen等，报告施用 ACC促进植物 组织乙烯的合成，证实 ACC是乙烯合成途径 的重要中间产物。 ? 进一步研究发现，正在成熟的番茄和苹果 果实中以及生长素处理的黄化绿豆下胚轴 组织中， ACC 含量及 乙烯 生成速率均会增 加数百倍，而此时 SAM植物组织中的浓度 并不降低，说明 Met供应是充分的，暗示在 植物组织中可能可以再生 ，通过 Met循环 （ Yang循环）不断产生，以维持乙烯合成 的顺利进行。 3、乙烯生物合成的调节： 关键酶： ACC合成酶和 ACC氧化酶，两者的形 成是乙烯生物合成的调节部位。 （ 1） ACC合成酶： 限速酶，关键作用。催化 S-腺苷甲硫氨酸（ SAM）到 1-氨基环丙烷 -1- 羧酸（ ACC）。含量很低，不稳定，成熟番 茄果实中低于可溶性蛋白的百万分之一，伤 害能提高十倍，但仍极低。 ACC合成酶的半 衰期仅为 25min（绿豆下胚轴），分离和纯 化进度缓慢。 直到 1986年，由于应用免疫亲和层析技术， Bleecker等从受伤的番茄果实 ,Nakajima等 (1988) 从受伤的冬瓜中果皮， Tsai等（ 1988）从生长素 处理的黄化绿豆下胚轴中相继提纯了此酶。 伤害诱导的此酶（番茄果实与笋瓜中果皮） 50kD 及 45~50kD, 比活分别为每分钟 7μmol/mg蛋白 , 2.4 μmol/mg蛋白， 而生长素诱导的 124kD,由两个分子量相等的单体组 成， 0.35 μmol/mg蛋白；即使是同一植物，伤害 和生长素诱导 ACC合成酶存在结构上的不同，推 断植物中有两种不同基因控制 ACC合成酶的产 生，分别受物理性伤害和生长素的影响。 Olson等 (1991)在番茄果实中得到证实。在 正常成熟过程中，两种 mRNA同时增加， 物理性伤害只有一种。 ACC合成酶基因已从番茄、南瓜、苹果、 绿豆、拟南芥等植物中分离鉴定，属 多基 因类型， 分别受伤害、 IAA处理、成熟或 老化的控制，而且影响乙烯合成的各种逆 境均能影响此酶的活性（促进）； ACC合成 酶专一性抑制剂 ：氨基乙氧基乙 烯基甘氨酸（ AVG）和氨基氧乙酸 （ AOA ），是竟争性抑制剂。 （ 2） ACC氧化酶 ： 催化 ACC 乙烯， 此酶最早被 Yang等 （ 1984）定名为乙烯形成酶（ EFE)，约 1993年，将 EFE改为 ACC氧化酶更合适 , 所 以现在均称其为 ACC氧化酶。 基本性质： ACC + 1/2 O 2 C 2 H 4 +HCN +CO 2 + H 2 O 和 ACC合成一样， ACC 乙烯 这步反应 也受很多因素的影响， 如：成熟状态， O 2 ，能 促进反应速度； 而缺氧条件、 Co 2+ 、解偶联剂（ 2， 4- DNP），高温等因素 抑制该反应， 一些能改 变膜性质的物理和化学处理（如去垢剂 )等 都能抑制植物组织中乙烯的产生。 细胞定位： ACC氧化酶的活性与细胞膜结构蜜切 相关，植物组织一经匀浆膜结构受到破坏时，乙 烯合成就停止。过熟果实组织结构瓦解软化， ACC大量积累，而乙烯释放却降低，另外，一些 影响膜结构的化学药品也能抑制 ACC 乙烯 的转变，因此认为此酶作用要求组织和细胞膜的 完整性，可能 定位在液胞膜上，酶活性极不稳 定，依赖于细胞膜的完整性， Porter等 (1986)报道 原生质及液胞 ACC氧化酶活性尚不及完整植物组 织的 5%。 CO 2 的影响： 刺激 ACC氧化酶的活性； 实验证据： 密闭系统中光能抑制光合组织中乙 烯的产生，外加 CO 2 能解除抑制，原因是光 合碳固定耗尽了内部 CO 2 所致，用提纯 ACC 氧化酶的研究， 观察到 CO 2 能明显刺激活 性，从反应体系中除去 CO 2 ，酶就失活，表 明 CO 2 是 ACC氧化酶必需的激活剂。在体 外， ACC氧化酶的活性完全依赖 CO 2 的存 在，且与其浓度有关： 0.5%, 活性达最大值 的 1/2， 2-4%, 达最大值 ,0.03%,仅为饱和 CO 2 浓度的 1/5，大于 5%, 则表现出抑制作用。 4、环境条件及植物激素对乙烯合成的影响 （ 1）胁迫诱导乙烯的产生 ：高温、干旱、寒害、电 离辐射、化学毒物、机械伤害和病虫害等会诱导合 成或活化 ACC合成酶，能促进植物体内乙烯含量上 升。 （ 2）植物激素的影响： 生长素促进 ACC合成酶的合成 , 而提高 ACC和乙烯的 产量，蛋白质及核酸合成抑制剂均能抵消生长素的 促进作用，暗示生长素的作用在于促进酶蛋白的转 录与翻译过程。 Kim等（ 1992）苹果茎组织和绿豆 下胚轴中证实生长素提高乙烯产量是由于促进了转 录活动，使 ACC合成酶 mRNA大量增加。 细胞分裂素、赤霉素及脱落酸 可通过不同 方式影响 ACC和乙烯的合成，所起作用的 正与负取决于植物组织及其生理状况。 ? 在植物器官衰老、果实成熟和种子萌发时 期， ACC合成酶较强，产生较多的乙烯。 5、测定方法： （ 1）生物学测定法 黄化豌豆幼苗的 三重反应 （ triple response), 1901, Neljubow报道，目前仍然使用，上胚轴 伸长被抑制，侧向生长促进而变粗，上胚轴 水平生长（横向地性）； 番茄叶子的偏上性； （ 2）气相色谱法， 测到 5x10 -9 的乙烯 ,分析测定 时间短 1-4min。 三、乙烯的生理作用 呼吸跃变（ Climacteric): 指果实在成熟之前 发生的呼吸突然增高的现象，它的出现标 志着果实生长发育阶段的结束，衰老阶段 的开始。跃变型果实：苹果、香蕉、梨、 桃、番木瓜、芒果和鳄梨等； P364 非跃变型果实：橙、凤梨、葡萄、草莓和柠 檬。 6 促进种子萌发 促进块茎、鳞茎及休眠芽的萌发。 7、诱导偏上性生长： 指叶柄上侧生长快于下侧时发生的叶 子向下弯曲的现象，乙烯和高浓度 生长素均可诱导叶子这种生长。 乙烯有自我催化作用，乙烯作用的抑制 剂（高浓度的 CO 2 , 5-10%， Ag + 等）； 乙烯利（ 2-氯乙基磷酸）是一种乙烯发 生剂，植物吸收和运输，通过化学作用 缓慢释放乙烯， <pH3, 乙烯利在水溶液 中稳定， >pH4.1，则水解释放乙烯。 四、作用机理 促进果实成熟而言，通过促进与细胞壁分解 软化有关的 mRNA和酶的合成；如在成熟 中的鳄梨果实内，乙烯促进细胞壁分解酶 β-1,4-葡聚糖酶 的 mRNA合成 (Turker等 , 1985)，成熟中的番茄果实内，乙烯能迅速 刺激多聚半乳糖醛酸酶（使细胞壁软化） 的合成，而银化物处理则能抑制成熟及这 种酶的合成（ Grierson等 ,1986）。 植物因受伤或病害而产生大量乙烯的现 象被认为是植物的一种防卫反应。 Ishige(等 1993）证实乙烯在菜豆及烟草 组织内促进几丁质酶基因及 β-1,3-葡 聚糖酶基因表达。这两种酶能分解真 菌细胞壁从而抑制病害蔓延。 第五节 脱落酸 (Abscisic acid, ABA) 一、发现、结构与性质 1、发现： 植物的生长、顶端优势与向性运动 （ IAA），休眠器官衰老与脱落等生长受抑制 现象？一种抑制型的激素？ Hemberg(1949)， 树与马铃薯休眠芽提取液有抑 制生长素效应的因素， Bennet-Clark & Kefford（ 1953） 酒精提取液（多 种植物）的酸性组分进行纸层析，用燕麦芽鞘 法鉴定各段层析物的活性，靠近原点的区域， 存在生长促进物质（ α-促进剂）， Rf值 0.6~0.7 区域内存在生长抑制物质（ β-抑制剂）， ? Osborne(1955) 黄化菜豆叶柄提取液中发现一种 能促进菜豆外植体第一叶的叶枕形成离层的物 质，称为“衰老因子”（ SF)(senescence factor)， ? Liu & Carn （ 1961） 吐絮棉铃一种促进落叶的物 质，脱落素 I（活性弱，至今未能再次获得）， ? Eagles&Wareing (1963） 等从槭树叶片分离出一 种能导致休眠的物质 -休眠素 -（ dormin）， Ohkuma &Addicott (1964)等从棉花幼铃中分离出 一种促进落叶的物质 -脱落素 II- (abscisin II）， （ 1965年 ，证明是同一种物质（化学结构与性 质）， 1967年 ，统一称为脱落酸 (abscisic acid) （国际生长物质会议）。 2、结构与性质 ? Ohkuma 等（ 1965）用紫外、红外、核磁 共振与质谱对棉铃中的 ABA进行了光谱 分析，提出了平面结构，倍半萜， C 15 H 20 O 4 MW: 264.3 ，难溶于水（特 别是酸性水溶液）及石油醚与苯，易溶 于甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯与三氯 甲烷。 （ 1） 含一个 不对称碳原子 （ 1`位），可 形成两种旋光 异构体，天然 的 ABA是 右旋 性 ，熔点 160~161°C， (S)-ABA或 (+)-ABA， (R)-ABA或 (-)- ABA 。 ABA化学结构的三个要点 合成的 ABA是一种外消旋混合物，含等量 的左旋和右旋，熔点 190°C。 只有 (+)-ABA才具有促使气孔关闭的效应。 但两种均能抑制种子发芽与某些蛋白质 合成， (+)-ABA兼有快速与慢速效应， 而 (-)-ABA只有慢速效应。 （ 2） 1`位以不对称碳原子为界，存在两个 彼此独立的共轭系统，位于环下侧的含 有一个 α， β不饱和酮基，可吸收紫外线 成为高度活化的三线态，从而能从其它 分子（氨基酸或蛋白质的残基）吸取氢 离子，形成两个可与 ABA受体或结合蛋 白建立共价键的基团。 （ 3） 侧链上围绕 C2与 C3间的双键，可形 成 2-顺式 ABA(2-cis ABA)（具生理活 性）与 2-反式 ABA (2-trans ABA)（极 弱）两种异构体。 二、分布与运输 分布： 被子植物、裸子植物和蕨类植物； 各器官均分布，不均匀，将要脱落或即将进 入休眠的器官和组织多，逆境条件下迅速增 加，含量： 10-50ng/g FW。 运输： 木质部和韧皮部的汁液、以及维管组织 外部的薄壁细胞中均发现有 ABA的存在，无 极性运输，但菜豆叶柄切段中， 14 C-ABA向 基部运输速率是向顶部的 2-3倍。 三、分析测定方法： 生物学测定、物理化学及免疫学方法。 气孔关闭 的影响 --高度专一的，基本不受其 它激素的影响。 四、生物合成： 倍半萜类，两条途径， C 40 主要途径与 C 15 的直接途径。 1、 C 40 途径（间接途径）： 从类胡萝卜素类物质转化而来，得到许多 实验证据的肯定。 (P279) 9`-cis-新黄质 是直接前体，而其来自全反 式紫黄质。紫黄质 9`-cis-新黄质 黄 质醛 ABA-醛 ABA。 ? 关键酶： 9`-cis-新黄质 的裂解反应是整 个过程的限速枢纽，由一种高周转率的 诱导酶（可能是二氧合酶）所催化，分 布于 质体 ， 特别是 叶绿体 ， 专一性很 强，能使 9`-cis-新黄质的 11`-12`双键裂 解。干旱等胁迫条件下，此酶的合成或 活性增加，从而使黄质醛的形成加快， 而黄质醛转化为 ABA 的反应很快。 2、 C 15 的直接途径： 由甲瓦龙酸经过多步反应转化而来，此途 径是根据真菌中 ABA可能合成途径提出 的，但至今尚不能确认此途径是否存在 于高等植物中。（ P279) 3、合成部位： 植物 叶片 （特别老叶）， 根 尖 也能合成 [离体的根系，特别根尖，在 缓慢脱水的情况下能合成大量的 ABA， [（ Cornish&Zeevaart,1985, Zhang&Davies, 1989)，甚至严重脱水的某些植物的根系 仍保持合成 ABA的能力 ]]。 植物的其它器官，特别是 花 、 果实与种子 也能合成 ABA。细胞内合成的 ABA的主 要部位是质体。液胞也有部分合成。 4、 ABA的代谢： 除乙烯外， ABA是植物激 素中消长幅度与周转速率最高。叶片萎蔫 时 ABA迅速增加，而重新复水时，又迅速 下降。内源 ABA降解具有多条途径，以氧 化作用与结合作用最重要。 （ 1）氧化降解途径： (+)-ABA 8`-羟基 ABA(不稳定） 红花 菜豆酸 (Phaseic acid,PA) (具生理活性的中 间产物，活性低于 ABA， PA对 GA 3 拮抗能 力与 ABA完全相同 )（大麦糊粉细胞 α-淀 粉酶）。 （ 2）结合失活途径 植物叶肉细胞中的 ABA 90%以上被蛋白质等 大分子吸附，存在于叶绿体被膜内，呈束 缚态，极少数以游离态分布在细胞质。干 旱胁迫时，束缚态被释放到叶绿体外，成 游离态，干旱胁迫解除时，游离态 束缚 态，降解为 PA，或与葡萄糖等结合成结合 态。 ABA-β-D-糖酯 (ABAGE)， ABA-1`-O-糖苷 (ABAGS)， 极性较大可在筛管或导管中运输， 运输形式，主要存在于液胞中。 ABA-酰胺（尚未确证） 运输途径： 木质部和韧皮部，运输速 度很快， 20mm/h 三、 ABA的生理作用 1、促进休眠与抑制萌发 多年生植物在秋季短日照下停止生长、 芽进入休眠状态，休眠芽中含有大量 ABA;在生长季节，外施 ABA溶液后 ,5-20 天时停止生长进入休眠状态。休眠种子 种皮中含有 ABA。 红松、桃、板栗、槭树等休眠种子，含有较多的 ABA。经低温层积处理几个月后，种子中 ABA 含量下降，发芽率显著上升。但 ABA含量的高 低，不一定是种子休眠的直接原因。红松种子 外皮的 ABA含量高。经水洗后 ABA含量明显下 降，但发芽率仍很低。进一步分析云南松、油 松、华山松、白皮松种子的 ABA含量，发现一 些松树种子的 ABA含量也较高，但不表现休 眠。例如，非休眠的华山松种子 ABA含量比休 眠的红松种子 ABA含量高约 10倍 莴苣、萝卜等种子的萌发，也受到 ABA的抑制。 2、抑制效应： 小麦胚芽鞘伸长， 某些植物茎和侧芽的生长， 由生长素、细胞分裂素及赤霉素诱导的一些 过程，如赤霉素促进生长、解除芽休眠的作 用，愈伤组织生长中，在 IAA存在下细胞分裂 素的促进细胞分裂等。 近年来研究表明， ABA还具有很多促进作用， 如诱导侧根出现，胚状体的正常生长，贮存 蛋白的合成等， ABA是一种具有全面生理功 能的植物激素。 3、促进气孔关闭 1969年， Wright发现，在叶片上喷施 ABA后 , 蒸腾作用下降，是因为气孔关闭； 1971， Tucker等 , 漂浮 ABA溶液的鸭跖草叶表皮的 气孔运动，发现在光下随外源 ABA浓度增 加，气孔开度相应减小，在 10 -9 ~10 -4 mol/L ABA范围内，这种效应表现为线性。原因 ABA可使鸭跖草保卫细胞的 K + 与 Cl - 外渗量 瞬时急剧增加，内渗量却几乎不变，使保卫 细胞的渗透势明显增加，水势升高，细胞失 水，导致气孔关闭。 4、根系的吸水与溢泌 大量 实验表明， ABA不仅能促进气孔关闭降低叶 片蒸腾，而且还能促进根系吸水与溢泌速率 增加向地上部的供水量。主要认为， ABA能 增加根细胞对水的透性，促使根系吸收较多 的 K + 、 Cl - 与 NO 3 - 等离子，水势降低，吸水能 力增加。此外实验还发现， ABA能诱导根的 生长、刺激侧根的出现、抑制叶子的生长， 结果使根冠比增加，有助于植物在干旱环境 下的生长。 ? 现在证实，干旱、盐渍、寒冷等 胁迫环境条件下， ABA 含量均 会明显增加，（抵御不良环境引 起的伤害，胁迫激素）。 5、促进脱落与衰老 外源 ABA可促进许多外植体的脱落（柑桔、锦 紫苏、菜豆、棉花等）。 原因有两种看法： （ 1） 由于刺激了乙烯产生， Sugee等 ,1980, 实验 发现除去乙烯时， ABA的效应就减弱，添加乙 烯合成抑制剂（ AVG） ABA也会变成无效。 （ 2） 直接参与细胞壁降解的调节，主要是通过 影响核酸或蛋白质合成而完成的。 另外， ABA的生理作用常被其它激素所拮抗， 如， CK能抵消 ABA的促衰作用， ABA对脱落 的加速作用可被 IAA减弱或抵消。 四、 ABA的作用机理 1、 ABA 的受体或结合蛋白 Hornberg&Weiler(1984)曾在《自然》发 表论文，报道在蚕豆保卫细胞质膜上存 在 ABA的高亲和结合位点；直到 90年代 以后，我国科学家在这方面取得一些可 喜的研究进展，先后分离到一些 ABA结 合蛋白，但是这方面的研究仍处于进一 步研究阶段。 2、 ABA与第二信使系统的关系 植物细胞内也存在着 Ca 2+ 、 CaM、 IP 3 （肌醇三磷酸）及 PK（蛋白激酶）等第 二信使，这些第二信使参与 ABA的对若 干重要生理过程的调控。推论出 ABA信 号转导过程： ABA与质膜上的跨膜受体 结合后，激活 G蛋白，随后引发 IP 3 的释 放， IP 3 诱导来自于胞内 Ca 2+ 库中的 Ca 2+ ，使细胞内浓度增加，最终引起气孔 关闭。（有待进一步研究） 3、 ABA对基因表达的影响 150多种基因受外源 ABA的诱导，在种子发育 晚期和 /或受环境胁迫的营养组织中表达。 (1)ABA对种子成长期间基因表达的调节 内源 ABA含量的高峰出现于幼胚成长的中 期，此时积累的基因产物很可能是与 ABA的 诱导有关的。十字花素（油菜种子中贮存蛋 白）的 mRNA消长 ABA相平行； (2) ABA对营养生长期间基因表达的调节 干旱或寒冷环境条件能刺激迅速增加， Guerrero&Mullet,1986, 认为 ABA的积 累，关键在于涉及诱导 ABA从头合成的 一些基因的表达，增加 ABA再诱导某些 特殊基因的表达 。 植物生理学的定义与任务： 一、植物生理学(Plant Physiology)是研究植物生 命活动规律的科学。 萌发 外在表现营养生长 生殖生长 衰老死亡 植物生命活动 水分代谢 矿质营养 内在生理活动光合作用 呼吸代谢 植物激素调节 植物生理学的应用