植物生理学-光形态建成专家讲座.pptx

第九章第九章 光形态建成光形态建成植物生理学-光形态建成第1页Photomorphogenesis 光控发育即依赖光控制细胞分化、结构和功效改变，最终聚集成组织和器官建成。Skotomorphogenesis 黄化现象即幼苗在黑暗条件下表现出茎细长、顶端呈钩壮弯曲，叶片小而呈黄白色。植物生理学-光形态建成第2页 光合作用光合作用 光形态建成光形态建成 光能转变为化学能光能转变为化学能 光只作为信号光只作为信号 高能高能 低能低能 光受体：光合单位光受体：光合单位 光受体：光敏色素，隐花色素等光受体：光敏色素，隐花色素等植物生理学-光形态建成第3页当前已知最少存在三类光受体：当前已知最少存在三类光受体：1)1)光敏色素，感受红光及远红光区域光光敏色素，感受红光及远红光区域光2 2）隐花色素、向光素，感受蓝光和近紫外光）隐花色素、向光素，感受蓝光和近紫外光 区域光区域光3 3）UV-BUV-B受体，感受紫外光受体，感受紫外光B B区域光。区域光。光敏色素发觉是植物光形态建成发展里程碑，自二十世纪50年代末发觉光敏色素以后，研究快速开展和深入，从分子水平说明其作用机理已经有很大进展。植物生理学-光形态建成第4页第一节第一节 光敏色素发觉、分布和性质光敏色素发觉、分布和性质植物生理学-光形态建成第5页光敏色素分布光敏色素分布光敏色素在植物细胞中分布广泛，对植株来说，分布在幼嫩部位如分生组织，对细胞来说，至今已报道存在位点有膜系统、细胞溶胶和细胞核等。植物生理学-光形态建成第6页 光敏色素化学性质光敏色素化学性质 光敏色素（Phytochrome)是一个易溶于水色素蛋白，分子量约为250 kD。它是由2个亚基组成二聚体，每个亚基又由生色团生色团（chromophore 或 phytochromobilin）和脱辅基蛋白脱辅基蛋白（apoprotein）组成，二者合称为全蛋白全蛋白（holoprotein）。PrPr-红光吸收型（red light-absorbing form），是生理失活型。PfrPfr -远红光吸收型（far-red light-absorbing form），是生理激活型。植物生理学-光形态建成第7页nm植物生理学-光形态建成第8页多肽多肽硫醚键硫醚键红光红光PrPfr植物生理学-光形态建成第9页植物生理学-光形态建成第10页 光敏色素基因和分子多型性光敏色素基因和分子多型性 植物光敏色素蛋白质基因是多基因家族。拟南芥中最少植物光敏色素蛋白质基因是多基因家族。拟南芥中最少存在存在5 5个基因，分别为个基因，分别为PHYAPHYA，PHYBPHYB，PHYCPHYC，PHYDPHYD，PHYEPHYE。不不一样基因编码蛋白质有各自不一样时间、空间分布，有不一一样基因编码蛋白质有各自不一样时间、空间分布，有不一样生理功效。样生理功效。类型类型I I光敏色素光敏色素见光后易分解，黄化幼苗中大量存在。见光后易分解，黄化幼苗中大量存在。由由PHYAPHYA 编码，编码，PHYAPHYA表示受光负调整，在光下表示受光负调整，在光下mRNAmRNA 合成受到抑制。合成受到抑制。类型类型IIII光敏色素光敏色素光下稳定存在，光下稳定存在，PHYBPHYB，PHYCPHYC，PHYDPHYD，PHYE PHYE 编码，基因表示不受光影响，属于组成性表示。编码，基因表示不受光影响，属于组成性表示。植物生理学-光形态建成第11页 拟南芥拟南芥5种光敏色素基因种光敏色素基因植物生理学-光形态建成第12页植物生理学-光形态建成第13页 PrPr PfrPfr X X PfrPfr X X细胞反应和生理作用细胞反应和生理作用 远红光远红光 红光红光光敏色素光化学转换光敏色素光化学转换植物生理学-光形态建成第14页第二节第二节 光敏色素生理作用和反应类型光敏色素生理作用和反应类型 光敏色素生理作用光敏色素生理作用 高等植物中一些由光敏色素控制反应高等植物中一些由光敏色素控制反应 种子萌发 小叶运动 光周期 弯钩张开 膜透性 花诱导 节间延长 向光敏感性 肉质化 子叶张开 根原基起始 性别表现 叶分化和扩大 节律现象 花色素形成 质体形成 叶脱落 块茎形成 偏上性 单子叶植物叶片展开植物生理学-光形态建成第15页光敏色素调整反应类型光敏色素调整反应类型依据对光量需求，将光敏色素反应分为三种类型极低辐照度反应（极低辐照度反应（very low fluence response，VLFR）：）：反应可被1100 nmol m-2 光诱导，在值仅为0.02时就满足反应条件，即使在试验室安全光下反应都可能发生。这么极低辐照度红光可刺激暗中生长燕麦芽鞘伸长，但抑制它中胚轴生长；也刺激拟南芥种子萌发。这个极低辐照度反应恪守反比定律，即反应程度与光辐照度和光照时间乘积成正比，如增加光辐照度可降低照光。植物生理学-光形态建成第16页低辐照度反应（低辐照度反应（low fluence response，LFR）也称为诱导反应，所需光能量为11000 mol m-2，是经典红光-远红光可逆反应。反应可被一个短暂红闪光诱导，并可被随即远红光照射所逆转。在未到达光饱和时，反应也恪守反比定律。种子和黄化苗一些反应如莴苣种子需光萌发、转板藻叶绿体运动等属于这一类型。植物生理学-光形态建成第17页高辐照度反应（高辐照度反应（high irradiance response，HIR）高辐照度反应也称高光照反应，反应需要连续强光照，其饱和光照比低辐照度反应强100倍以上。光照时间愈长，反应程度愈大，不恪守反比定律，红光反应也不能被远红光逆转。普通来讲，黄化苗反应光谱高峰在远红光、蓝光和紫外光A区域，而绿苗反应高峰主要在红光区域。当前已知，在远红光下，本反应受PhyA调整，而红光下却受PhyB调整。植物生理学-光形态建成第18页植物生理学-光形态建成第19页转板藻叶绿体运动植物生理学-光形态建成第20页 第三节 光敏色素作用机制信号信号受体受体反应反应植物生理学-光形态建成第21页植物生理学-光形态建成第22页 第四节第四节 蓝光和紫外光反应蓝光和紫外光反应蓝光反应蓝光反应藻类、真菌、蕨类和种子植物都有蓝光反应（blue-light response）高等植物经典蓝光反应有向光性、抑制幼茎伸长、刺激气孔张开和调整基因表示。作用光谱特征：“三指”状态蓝光/近紫外光受体（blue/UV-A receptor)有隐花色素（cryptochrome）和向光素（phototropin)色素：黄素、类胡萝卜素、喋呤等 脱辅基蛋白：CRY1,CRY2,向光素等 植物生理学-光形态建成第23页植物生理学-光形态建成第24页向光反应(phototropism)植物生理学-光形态建成第25页茎伸长抑制(Inhibition of stem elongation)植物生理学-光形态建成第26页高等植物经典蓝光反应：气孔运动(stomata movement)植物生理学-光形态建成第27页调整基因表示(regulation of gene expression)植物生理学-光形态建成第28页植物生理学-光形态建成第29页植物生理学-光形态建成第30页植物生理学-光形态建成第31页Callus induction and anthocyanin accumulation in Celosia cristata phumosa 植物生理学-光形态建成第32页WL RL BL Dark植物生理学-光形态建成第33页练习一、名词解释光形态建成 光敏色素 需光种子 光稳定平衡 棚田效应 光受体二问答题1、试述怎样以试验方法证实植物某一生理过程与光敏色素相关？（北林大）2、阐述光敏色素所参加植物生理活动。（华东师大）3、什么是光敏色素，就你所知阐述光敏色素在植物生理活动中主要作用。（中科院植物所）4、简述光敏素在开花中作用。（南开大学）5、简述光敏素转换及信号转导过程。（本人）三其它植物生理学-光形态建成第34页