《植物生长物质》课件 —— 探索植物生长的奥秘

植物生长物质探索植物生长的奥秘植物体内的化学信号如何指导生命过程？本课程揭示植物生长调节物质的奥秘目录生长物质简介基本定义与发现历史五大类植物激素功能、作用机制与应用其他重要生长因子新型调节物质与互作网络应用与前沿科技农业实践与研究展望植物生长物质定义化学信号分子跨细胞传递极低浓度发挥调控作用实现远距离信息传导基因表达调控影响植物生长发育全过程植物生长的基本过程种子萌发激素协同打破休眠细胞分裂伸长生长素与细胞分裂素主导组织分化形成各类功能性器官生殖发育开花结果受激素调控生长物质发现史达尔文时期（1880年）发现幼苗向光弯曲现象温特实验（1926年）分离出第一种植物激素—生长素赤霉素发现（1930年代）由研究稻瘟病引发的发现现代分子生物学（1990年后）解析信号传导分子机制生长物质的分类赤霉素生长素刺激茎伸长与开花促进细胞伸长细胞分裂素促进细胞分裂乙烯脱落酸果实成熟与脱落诱导休眠与抗逆生长物质调控方式时间调控不同发育阶段激素平衡变化空间调控各器官组织特异性表达浓度调控阈值效应与剂量依赖性网络调控多种激素协同与拮抗植物激素与外源环境光照响应水分胁迫重力感应温度变化影响生长素运输脱落酸积累生长素侧向运输赤霉素参与春化作用调节开花素合成抑制生长与蒸腾根向地性与茎向光性调节冷热胁迫抵抗生长素简介历史悠久化学结构核心功能多样性首个发现的植物激素吲哚-3-乙酸（IAA）促进细胞伸长与分化超过120种生长素类物为天然主体质生长素的合成与运输合成位点芽、叶原基、花粉粒等生长组织极性运输从顶端向基部单向流动载体蛋白PIN蛋白介导跨膜转运生长素的主要生理作用促进细胞伸长松弛细胞壁促进吸水膨胀维持分生组织活性调控干细胞命运决定器官分化发育影响根、茎、叶形态建成向性运动调控4光向性、重力向性反应生长素在向光性中的作用光照刺激接收蓝光信号生长素侧移背光侧积累细胞伸长差异背光侧生长加快弯曲生长植株朝光源弯曲生长素的优势与抑制160%顶端优势现象侧芽抑制率顶芽抑制侧芽萌发主茎完整时侧芽抑制程度24h解除时间去除顶芽后侧芽开始生长时间生长素与器官形成生长素信号转导机制受体结合复合物形成TIR1/AFB蛋白识别生长素招募Aux/IAA抑制蛋白基因激活蛋白降解3ARF转录因子启动目标基因泛素化途径清除抑制因子生长素在农业生产中的应用疏花疏果扦插生根单性结实优化果实大小与品质促进不定根形成无需授粉形成果实生长素过量的副作用合成生长素类化合物化合物名称主要用途使用浓度2,4-D除草剂高浓度萘乙酸NAA生根剂低浓度吲哚丁酸IBA扦插生根中低浓度4-CPA单性结实中浓度赤霉素简介发现起源日本学者研究水稻徒长病多样家族已鉴定超过130种结构相关物质活性成员GA

1、GA

3、GA4为主要活性形式化学特性二萜类化合物，具四环结构赤霉素的生理作用促进茎伸长打破种子休眠诱导开花刺激节间细胞分裂与伸诱导α-淀粉酶合成促进长日照植物花芽分长化果实发育促进果实膨大与成熟赤霉素在作物增产中的作用矮化品种抗倒伏基因降低GA含量果实增产提高座果率与单果重量麦芽生产诱导大麦种子萌发无籽果实葡萄等果实单性结实赤霉素的信号转导GID1受体结合可溶性受体识别GA分子GA-GID1-DELLA复合物三元复合物形成DELLA蛋白降解泛素化介导蛋白酶体降解靶基因表达解除对转录因子的抑制赤霉素与激素协同拮抗/与生长素与脱落酸与乙烯协同促进茎伸长拮抗作用复杂相互作用共同调控果实发育种子萌发与休眠互相对抗果实成熟过程协同赤霉素在果实发育中的应用细胞分裂素简介发现历程化学结构研究组织培养中发现腺嘌呤衍生物核心功能主要种类促进细胞分裂与分化玉米素、激动素等细胞分裂素的合成与运输根尖合成根部是主要合成场所木质部运输2随水分向上输送分布扩散到达叶芽等地上器官细胞分裂素的主要生理功能促进细胞分裂激活细胞周期刺激芽分化打破顶端优势延缓衰老维持叶绿体功能养分再分配营养物质向处理部位汇集细胞分裂素信号转导机制受体识别细胞膜上的组氨酸激酶受体磷酸化级联磷酸基团传递信号转录因子激活ARR蛋白调控目标基因基因表达改变诱导细胞分裂相关基因细胞分裂素的应用举例组织培养品质提升延缓衰老诱导愈伤组织分化增加果实大小与风味保持蔬菜货架期脱落酸简介命名由来最初认为调控器官脱落化学结构15碳萜烯衍生物胁迫激素环境逆境条件下含量升高负调控作用主要抑制生长与代谢脱落酸合成及运输类胡萝卜素前体关键酶NCED1源自类胡萝卜素代谢途径胁迫条件下快速激活2韧皮部运输多步骤转化在植物体内长距离移动经氧化、环化等反应脱落酸的主要生理作用气孔关闭调节保卫细胞离子通道种子休眠抑制过早萌发抑制生长逆境条件下节约资源脱水耐受诱导LEA蛋白等保护分子脱落酸与环境胁迫脱落酸信号转导途径PYR/PYL受体识别并结合ABA分子抑制PP2C抑制磷酸酶活性激活SnRK2蛋白激酶磷酸化调控靶蛋白活化AREB/ABF转录因子脱落酸的农业应用苗木炼苗收获前脱叶果实着色提高抗逆性棉花等作物机械化收获提高葡萄等果实品质乙烯简介气体激素果实成熟脱落作用最简单的烯烃H₂C=CH₂诱导呼吸跃变与成熟调控器官脱落过程胁迫响应伤害及病原体防御信号乙烯的生理作用果实成熟激活成熟相关基因叶片脱落促进离层形成促进衰老加速花朵凋谢防御反应诱导防御相关基因复杂的乙烯信号通路膜受体ETR1/ERS1内质网膜上的二聚体受体CTR1抑制解除负调控因子失活EIN2蛋白活化C端转运入核EIN3/EIL转录激活诱导应答基因表达乙烯在贮藏保鲜中的调控呼吸跃变后熟调控贮藏技术采后水果乙烯增加控制乙烯浓度低温贮藏呼吸速率大幅上升延长采后保鲜期气调保鲜降低乙烯损伤乙烯抑制剂的商品化1-MCP乙烯受体抑制剂绑定受体阻断乙烯作用14d延长保鲜期苹果保鲜期延长效果300×亲和力优势比乙烯对受体亲和力高

0.1ppm使用浓度典型商业应用浓度其他重要植物生长物质生长素和茉莉酸信号互作植物激素间的复杂关系生长素细胞分裂素12与赤霉素协同促进茎伸长与生长素拮抗调控侧芽生长脱落酸乙烯与赤霉素拮抗控制休眠与脱落酸协同促进衰老3植物激素在器官发生中的作用根发育生长素浓度梯度决定根尖分生组织茎发育细胞分裂素与生长素平衡控制花发育赤霉素诱导花芽分化果实发育多种激素协同调控成熟过程植物激素调控生物钟光照期1赤霉素合成与信号增强黄昏过渡期2生长素运输活跃黑暗期3脱落酸含量升高黎明过渡期4细胞分裂素信号增强激素信号网络研究进展基因组学鉴定激素合成代谢关键基因2转录组学揭示激素响应基因网络3蛋白质组学分析激素调控蛋白相互作用4代谢组学测定激素小分子变化规律作物育种中的激素调控绿色革命矮秆基因影响赤霉素反应抗旱育种优化脱落酸敏感性提高产量细胞分裂素信号增强品质改良调整乙烯合成与信号通路人工调节激素的农业实践植物调节剂果实管理采后处理控制作物生长势疏花疏果促大果调控成熟与保鲜植物生长物质的前沿研究展望分子设计基因编辑研发特异性激素模拟物精准调控激素合成途径智能调控系统生物学精准农业中的靶向释放解析激素网络与互作机制总结与思考协同网络多种激素精密平衡调控进化适应激素系统随环境变化优化未来应用生态农业中的可持续调控开放问题信号整合与环境响应机制。