第9章光形态建成1_PPT课件
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高等植物生理学-植物的光形态建成-经典PPT课件
此外，植物生理学还可以通过研究植物的抗逆生理机制，培育出抗逆性强的作物品种，提高农作物的抗逆能力，进而提高农 作物的产量和品质。例如，通过基因工程技术，可以培育出抗旱、抗寒、抗盐碱等抗逆性强的作物品种，提高农作物的抗逆 能力，进而提高农作物的产量和品质。
抗逆性作物的培育
植物生理学在农业上的应用还包括抗逆性作 物的培育。通过研究植物的抗逆生理机制， 可以采取适当的农业措施，提高植物的抗逆 能力，进而提高农作物的产量和品质。例如 ，在干旱、寒冷、盐碱等逆境条件下，通过 调节植物的水分、养分等环境因素，可以提 高植物的抗逆能力，进而提高农作物的产量 和品质。
03
CATALOGUE
植物光形态建成的实验研究方法
实验材料的选取与处理
实验材料的选取
选择具有代表性的植物品种，如拟南芥、水稻等，以保证实验结果的可靠性和 可重复性。
实验材料的处理
对实验材料进行预处理，如种子消毒、催芽等，以确保实验的顺利进行。
实验方法与技术
实验方法
采用不同的光照处理方式，如连续光 照、间断光照等，以研究光照对植物 光形态建成的影响。
加强跨学科合作与交流
植物光形态建成涉及到多个学科领域，如植物生理学、分子生物学、生物化学和生态学等，未来需要加 强跨学科的合作与交流，促进相关研究的深入发展。
05
CATALOGUE
高等植物生理学在农业上的应用
提高农作物的产量与品质
植物生理学在农业上的应用主要集中在提高农作物的产量和品质方面。通过研究植物的生长、发育和产量形成的生理机制， 可以采取适当的农业措施，促进植物的生长和发育，提高农作物的产量和品质。例如，通过调节植物的光照、温度、水分、 养分等环境因素，可以促进植物的生长和发育，进而提高农作物的产量和品质。
抗逆性作物的培育
植物生理学在农业上的应用还包括抗逆性作 物的培育。通过研究植物的抗逆生理机制， 可以采取适当的农业措施，提高植物的抗逆 能力，进而提高农作物的产量和品质。例如 ，在干旱、寒冷、盐碱等逆境条件下，通过 调节植物的水分、养分等环境因素，可以提 高植物的抗逆能力，进而提高农作物的产量 和品质。
03
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植物光形态建成的实验研究方法
实验材料的选取与处理
实验材料的选取
选择具有代表性的植物品种，如拟南芥、水稻等，以保证实验结果的可靠性和 可重复性。
实验材料的处理
对实验材料进行预处理，如种子消毒、催芽等，以确保实验的顺利进行。
实验方法与技术
实验方法
采用不同的光照处理方式，如连续光 照、间断光照等，以研究光照对植物 光形态建成的影响。
加强跨学科合作与交流
植物光形态建成涉及到多个学科领域，如植物生理学、分子生物学、生物化学和生态学等，未来需要加 强跨学科的合作与交流，促进相关研究的深入发展。
05
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高等植物生理学在农业上的应用
提高农作物的产量与品质
植物生理学在农业上的应用主要集中在提高农作物的产量和品质方面。通过研究植物的生长、发育和产量形成的生理机制， 可以采取适当的农业措施，促进植物的生长和发育，提高农作物的产量和品质。例如，通过调节植物的光照、温度、水分、 养分等环境因素，可以促进植物的生长和发育，进而提高农作物的产量和品质。
第九章 光形态建成-课件
Pr和Pfr的转变包括光化学反应和黑暗反应， 光化学反应局限于生色团，黑暗反应只有 在有水的条件下才能发生。这就可以解释 为什么干种子没有光敏色素反应，而用水
浸泡后的种子有光敏色素反应。
前体 合成
Pr
660nm
Pfr
[X]
[Pfr.X]730nm暗来自转破坏生理 反应
第二节 光敏素的分布、生理作用和反应类型 一、光敏色素的分布 二、光敏色素的生理作用 三、光敏色素调节的反应类型
之后成功分离出这种吸收红光-远红光可逆转换的 光受体，称之为光敏色素。
二、光敏色素的性质
(一)光敏色素的化学性质
➢易溶于水的浅蓝色的色素蛋白质，以二聚体形 式存在。
➢每一个单体由一个线状的四吡咯环的生色团和 脱辅基蛋白组成，二者以硫醚键连接。
Pr
多肽
硫醚键
红光
Pfr
➢生色团与脱辅基蛋白的装配
(二)光敏色素的光学性质
第二节 光敏素的分布、生理作用和反应类型 一、光敏色素的分布 ➢从藻类到被子植物；各种器官组织中； ➢植物分生组织和幼嫩器官，含量较高。 ➢通常黄化苗中光敏色素含量比绿色组织中高
出50～100倍。 ➢主要部位：质膜、线粒体、质体和细胞质。
黄化豌豆幼苗中光敏素的分布图
二、光敏色素的生理作用
生理作用十分广泛，它影响植物的一生。
➢可被0.0001-0.1μmol/m2的光诱导; ➢在Φ值仅为0.0002时就满足反应条件； ➢遵守反比定律，即反应的程度与光辐 照度和光照时间的乘积成正比；
➢由于远红光使97%的Pfr正常地转化为Pr，仍保 留3%的Pfr，所以红光反应不能被远红光逆转。
➢黑暗中燕麦胚芽鞘的伸长，拟南芥种子的萌发
➢光敏色素有两种形式： 吸收红光(R)的Pr型：最大吸收峰在红光区 的660nm ，生理钝化型。 吸收远红光(FR)的Pfr型：最大吸收峰在远 红光区的730nm ，生理活化型。
光的形态建成课件
习题
一、选择题(Choose the best answer for each question)
1、波长为400-800nm的光谱中，对于植物的生长和发育不 大重要的波段是( D)光区。 A、红 B、远红 C、蓝 D、绿
2、光敏色素的生理活性形式是（ D）。 A、Pfr B、Pr C、x D、Pfr·x
接受光刺激时，N末端的丝氨酸残基发生磷酸化作用被激 活，并将信号传递给X。
X可是多种不同的物质，因此引起的信号传递途径不同，最 终对植物的作用也不同。
（二）膜透性假说（膜假说）
要点：光敏色素Φ值变化改变膜的透性，引 起跨膜离子流动和膜上酶的分布发生改变，影响 代谢和生理活动，导致植物形态改变。
该假说主要基于光敏色素的快反应而提出。
⒊高辐照度反应（high irradiance response, HIR）。
红光反应不能被远红光逆转。 双子叶植物花色素苷的形成，芥菜、莴苣幼苗下 胚轴的延长，开花诱导，胚芽弯钩的张开等。
第四节 光敏色素的作用机理
（一）光敏色素的激活
光敏色素是苏氨酸/丝氨酸激酶，具有不同的功能区域，N 末端与生色团连接，与决定光敏色素的光化学特性有关，C末端 与信号转导有关，两个蛋白单体的相互连接也发生在此。
（三）基因调节假说
要点：光敏色素Φ值的变化引起信号的转移和放 大，活化或抑制某些特定的基因，使转录mRNA和 翻译酶蛋白发生改变，从而影响代谢活动，最终导 致植物形态的改变。
该假说主要基于光敏色素的慢反应而提出。
例如：红光和远红光影响莴苣种子的萌发、诱 导植物的开花等。
第五节 蓝光和紫外光反应
一、紫外光组成
（二）光敏色素在光形态建成中的反应
1.快反应
《植物生理学》课件 第九章 光的形态建
鞘尖、黄化豌豆弯钩，各植物分生组织、根 尖、等较多。一般说蛋白质丰富的分生组织 含光敏素较多。 2、分布：在细胞中，光敏素与膜系统结合， 分布在细胞质，线粒体、细胞核及内质网上。
P208图9-3
三、光敏素的化学性质及光化学转换
（一）、光敏素的化学性质
光敏素易溶于水的二聚体色素蛋白。由2部分组
第五节
蓝光反应（略）
许多植物受蓝光（B）（400-500nm）和 紫外光（UV）调控。 UV可分为：UV-C（200-280）、UV-B （280-320）、UV-A（320-400） 近紫外光：波长大于300nm紫外光。
一、蓝光反应
蓝光反应――是植物界存在的第二形态建成，受蓝 光和近紫外光调节的反应。 藻、真菌、蕨和种子植物都有蓝光反应。如： （1）褐藻中的萱藻，蓝光――使其平面生长，红 光――诱导出丝状体。 （2）蕨类植物的绵马，蓝光――正常发育成心形 原叶体，红光――纵向生长成绿色丝状体。 （3）真菌光形态建成主要受蓝光和紫外光调节诱 导。如丛赤壳子囊壳的发育，木霉分生孢子的诱发， 须霉的向地性反应。水生镰刀菌细胞内类胡萝的合 成。 （4）高等植物：向光性、幼茎伸长、气孔张开等。
P207表9-1图9-2
3、高幅照度反应（high irradiance response HIR）
高幅照度反应也称高光照反应，反应需持续的强的 光照 ，其饱和光照比低幅照度反应强100倍以上。 光照时间愈长，反应程度愈大，不遵守反比定律， 红光反应也不能被远红光逆转。一般来说，黄化苗 的反应光谱高峰在远红光、蓝光和近紫外光A区域， 而绿苗的反应主要在红光区域。目前已知在远红光 下，本反应不受PHYA调节，而红光下的却受PHYB 调节。 由高幅照度引起的光形态建成有：双子叶植物花色 素苷的形成，芥菜、莴苣下胚轴的延长，天仙子开 花的诱导和莴苣胚芽的弯钩的张开等。
光形态建成.PPT.Convertor
Chapter 9 Plant Photomorphogenensis光对植物的作用主要有两个方面：1)光是绿色植物的光合所必需的；2)光调节植物的生长发育.依赖光控制细胞分化、结构和功能的改变，最终汇集成组织和器官的建成，称为光形态建成photomorphogenesis. 或称为光控发育、又称为光范型反应。
相反，在暗处生长的植物表现出各种黄化特征，茎细而长，顶端呈钩状弯曲，叶片小而呈黄白色，这种现象称为暗形态建成skotomorphogenesis.光合作用是高能反应，它将光能转变为化学能，受体是叶绿素；光形态建成是低能反应，多数反应比光合作用光补偿点还低10个数量级，光只是作为一种信号，去激发受体，推动细胞内一系列反应，最终表现为形态结构的变化。
目前知道的三种光受体1.光敏素：感受红光和远红光2.隐花色素和向光素：感受蓝光和近紫外光3.紫外光-B(UV-B)受体：感受UV－B。
目前对光敏色素研究较深入，下面重点谈光敏色素。
光敏色素引起的反应－光与种子萌发早在1907年Kinzel报道，在研究的964个植物种中，672种在光下发芽率增强，258种发芽受光抑制。
近来，有人分析了142种非栽培植物，其中107个光促进发芽，3个受抑制，32个对光反应不敏感。
把萌发时需要光的种子叫需光种子，又称喜光种子（light favored seed）；萌发时不需要光的种子，称为需暗种子（dark favored seed）。
对于休眠的解除需要光的种子来说，一般均要在种子或种子特定部位处于吸胀状态时才能进行; 胚轴区可能是种子光敏感区;在对光休眠的诱导与解除中，激素是另一个要考虑的因素，但光敏色素参与的种子光休眠与解除休眠有非常重要的意义。
§9.1光敏色素的发现和性质9.1.1 光敏色素（phytochrome）的发现早在上世纪二十年代就已观察到，光照与黑暗的相对长度控制着某些植物的开花.到1935—1937年Flint等在研究光质对莴苣种子萌发的影响时，发现有些光质的光促进萌发，而有些光质的光抑制萌发.促进莴苣种子萌发最有效的光是在红光区域（600-700nm），而抑制莴苣种子萌发的光是在远红光区域（720-740nm）。
《植物的光形态建成》课件
探索光形态建成与其他生物学过程的相互作用
要点一
总结词
要点二
详细描述
光形态建成是植物生长发育的重要过程，与其他生物学过 程如激素信号转导、基因表达等密切相关。未来研究需要 探索这些过程之间的相互作用和调控机制。
光形态建成与植物激素信号转导之间存在复杂的相互作用 关系。例如，生长素和赤霉素等激素对植物的光形态建成 有重要影响，而光形态建成又能够调节植物激素的合成和 信号转导。未来研究可以通过基因组学、转录组学和蛋白 质组学等方法，系统地研究这些过程之间的相互作用和调 控机制，为作物改良提供新的思路和方法。
光敏色素基因的表达受到多种因素的调控，包括光照强度、光照时间、光质等，这 些因素通过影响光敏色素基因的表达，进而影响植物的光形态建成。
光敏色素因在植物的光形态建成中发挥着重要的作用，它们能够感知光照条件的 变化，并将信号传递给其他相关基因，调节植物的生长和发育。
其他相关基因
在光形态建成过程中，除了光敏 色素基因外，还有其他许多相关
THANKS
感谢观看
基因的表达也受到影响。
这些基因涉及到植物的光合作用 、激素代谢、细胞分裂等多个方 面，它们在光形态建成过程中发
挥着重要的作用。
了解这些相关基因的表达调控机 制，有助于深入了解植物光形态 建成的分子机制，为农业生产提
供更好的理论支持。
04
光周期对植物生长的影响
光周期的定义和类型
总结词
光周期是指植物在24小时内的光照和黑暗交替的时期，是植物生长和发育的重要 环境因子。
产量和品质。
光形态建成也是植物科学研究的 重要领域之一，有助于深入了解
植物生长发育的机制和调控。
02
植物对光的反应
植物生理学--光形态建成 ppt课件
PPT课件
29
• 3、高幅照度反应（high irradiance response HIR） • 高幅照度反应也称高光照反应，反应需持续的强 的光照 ，其饱和光照比低幅照度反应强100倍 以上。 • 光照时间愈长，反应程度愈大，不遵守反比定律， 红光反应也不能被远红光逆转。一般来说，黄化 苗的反应光谱高峰在远红光、蓝光和近紫外光A 区域，而绿苗的反应主要在红光区域。 • 由高幅照度引起的光形态建成有：双子叶植物花 色素苷的形成，芥菜、莴苣下胚轴的延长，天仙 子开花绵诱导和莴苣胚芽的弯钩的张开等
三、光敏素的反应调节类型
• 根据对光量的需求，分为三种类型 • 1.极低幅照度反应（very low fluence response VLFR）：可被1～100nmol/m2的光诱 导。在Φ值仅为0.02时就满足反应条件，即使 在实验室的安全光下反应都可能发生。 • 极低幅照的度的红光可刺激暗中生长的燕麦芽 鞘伸长，但抑制它的中胚轴生长；也刺激拟南 芥种子的萌发。 • 极低幅照的度反应遵守反比定律，即反应的程 度与光照幅度和光照时间的乘积成正比，如增 28 PPT课件 加光照幅度可减少照光时间，反之亦然。
PPT课件
5
• 这种调节通常是通过生物膜系统结构、 透性的变化或基因的表达，促进细胞的 分裂、分化与生长来实现的，并最终汇 集到组织和器官的建成。 • 这种由光调节植物生长、分化与发育的 过程称为植物的光形态建成 (photomorphogenesis),或称光控发育作 用
PPT课件 6
• 光控制植物生长、发育和分化的过程。为 光的低能反应。光在此起信号作用。信号 的性质与光的波长有关。植物体通过不同 的光受体感受不同性质的光信号。 • 二、光形态建成的主要方面 • 光信号的感受—信号转导—反应 • （1）蓝紫光对植物的生长特别是对茎的伸 长生长有强烈的抑制作用。因此生长在黑 暗中的幼苗为黄化苗。光对植物生长的抑 制与其对生长素的破坏有关。 • （2）蓝紫光在植物的向光性中起作用。
高等植物生理学-植物的光形态建成PPT课件
特点
光形态建成具有高度的可塑性和可调 控性，不同波长的光、光照强度和时 间等光信号的改变，都会对植物的生 长发育产生显著影响。
光形态建成的研究意义
理论意义
光形态建成是植物生理学的重要研究 领域，深入探究光信号如何影响植物 生长发育，有助于完善植物生理学理 论体系。
实践意义
了解光形态建成有助于指导农业生产 ，优化植物种植结构，提高产量和品 质；同时，也为园艺、花卉种植等领 域提供了理论支持和实践指导。
作用。
光强对光形态建成的影响
01
02
03
适宜的光强
促进植物的光合作用和生 长发育，提高产量和品质。
弱光
导致植物生长缓慢、茎秆 细弱、叶片薄而小。
强光
引起植物光抑制，导致叶 片黄化、萎蔫和生长受阻。
光周期对光形态建成的影响
长日照植物
在长日照条件下促进开花，短日照条件下延迟或 抑制开花条件下延迟或 抑制开花。
高等植物生理学-植物的光形 态建成ppt课件
目录
• 植物光形态建成的概述 • 植物光形态建成的机制 • 植物光形态建成的过程 • 植物光形态建成的影响因素 • 植物光形态建成的应用前景 • 高等植物生理学实验技术与方法
01
植物光形态建成的概述
定义与特点
定义
光形态建成是指植物依赖光信号，通 过一系列复杂的生理生化反应，调控 生长发育的过程。
隐花素的作用
感受蓝光和近紫外光的信号
隐花素能够感受蓝光和近紫外光的信号，在植 物的光形态建成中发挥重要作用。
调节气孔开度
隐花素能够调节气孔开度，控制植物的水分平 衡和气体交换。
参与植物的生物钟调节
隐花素也参与植物的生物钟调节，影响植物的生长发育和生理反应。
光形态建成具有高度的可塑性和可调 控性，不同波长的光、光照强度和时 间等光信号的改变，都会对植物的生 长发育产生显著影响。
光形态建成的研究意义
理论意义
光形态建成是植物生理学的重要研究 领域，深入探究光信号如何影响植物 生长发育，有助于完善植物生理学理 论体系。
实践意义
了解光形态建成有助于指导农业生产 ，优化植物种植结构，提高产量和品 质；同时，也为园艺、花卉种植等领 域提供了理论支持和实践指导。
作用。
光强对光形态建成的影响
01
02
03
适宜的光强
促进植物的光合作用和生 长发育，提高产量和品质。
弱光
导致植物生长缓慢、茎秆 细弱、叶片薄而小。
强光
引起植物光抑制，导致叶 片黄化、萎蔫和生长受阻。
光周期对光形态建成的影响
长日照植物
在长日照条件下促进开花，短日照条件下延迟或 抑制开花条件下延迟或 抑制开花。
高等植物生理学-植物的光形 态建成ppt课件
目录
• 植物光形态建成的概述 • 植物光形态建成的机制 • 植物光形态建成的过程 • 植物光形态建成的影响因素 • 植物光形态建成的应用前景 • 高等植物生理学实验技术与方法
01
植物光形态建成的概述
定义与特点
定义
光形态建成是指植物依赖光信号，通 过一系列复杂的生理生化反应，调控 生长发育的过程。
隐花素的作用
感受蓝光和近紫外光的信号
隐花素能够感受蓝光和近紫外光的信号，在植 物的光形态建成中发挥重要作用。
调节气孔开度
隐花素能够调节气孔开度，控制植物的水分平 衡和气体交换。
参与植物的生物钟调节
隐花素也参与植物的生物钟调节，影响植物的生长发育和生理反应。
光形态建成.ppt
中含有较多的光敏色素。 4）在细胞中，光敏色素分布在膜系统，
胞质溶胶和细胞核等部位。
第二节 光敏色素的化学性 质和光化学转换
1.光敏色素的化学性质
1）光敏色素是一种易溶于水的色素蛋白 质，相对分子质量为2.5╳105。
2）它是由2个亚基组成的二聚体，每个亚 基有两个组成部分：生色团和脱辅基蛋 白质，两者合称为全蛋白质。
目前已知至少存在3种光受体：
1）光敏色素：感受红光及远红光区域 的光；
2）隐花色素：感受蓝光和近紫外光区 域的光；
3）UV-B受体：感受紫外光B区域的光。
第一节光敏色素的发现和分布
1.光敏色素的发现
美国农业部马里兰州贝尔茨 维 尔 农 业 研 究 中 心 的 Borthwick 和 Hendricks 以 大 型 光 谱 仪 将 白 光分离成单色光，处理莴苣种子， 发现红光促进种子发芽，而远红 光逆转这个过程。
基因调节假说认为
光信号经过传递、放大，通过 激活转录因子活化或抑制某些特定 基因，使转录出mRNA发生变化形 成特殊的蛋白质，最后表现出形态 建成。
第五节 蓝光和紫外光反应
蓝光（B）：400～500 紫外光（UV）： UV-C200~280：被臭氧吸收，不能到达地
面；
UV-B:280~320 部分UV-B和UV-A到达 UV-A:320~400 地面。
3.光敏色素基因和分子多型性
光敏色素蛋白质的基因是多基 因家族。拟南芥中至少存在5个基因： PHYA，PHYB，PHYC， PHYD，PHYE。
不同基因编码的蛋白质有各自不 同的时间、空间分布，有不同的生理 功能。
类型I：黄化苗中大量存在，见光易分解。
PHYA 类型II：光下稳定，存在于绿色幼苗，含
胞质溶胶和细胞核等部位。
第二节 光敏色素的化学性 质和光化学转换
1.光敏色素的化学性质
1）光敏色素是一种易溶于水的色素蛋白 质，相对分子质量为2.5╳105。
2）它是由2个亚基组成的二聚体，每个亚 基有两个组成部分：生色团和脱辅基蛋 白质，两者合称为全蛋白质。
目前已知至少存在3种光受体：
1）光敏色素：感受红光及远红光区域 的光；
2）隐花色素：感受蓝光和近紫外光区 域的光；
3）UV-B受体：感受紫外光B区域的光。
第一节光敏色素的发现和分布
1.光敏色素的发现
美国农业部马里兰州贝尔茨 维 尔 农 业 研 究 中 心 的 Borthwick 和 Hendricks 以 大 型 光 谱 仪 将 白 光分离成单色光，处理莴苣种子， 发现红光促进种子发芽，而远红 光逆转这个过程。
基因调节假说认为
光信号经过传递、放大，通过 激活转录因子活化或抑制某些特定 基因，使转录出mRNA发生变化形 成特殊的蛋白质，最后表现出形态 建成。
第五节 蓝光和紫外光反应
蓝光（B）：400～500 紫外光（UV）： UV-C200~280：被臭氧吸收，不能到达地
面；
UV-B:280~320 部分UV-B和UV-A到达 UV-A:320~400 地面。
3.光敏色素基因和分子多型性
光敏色素蛋白质的基因是多基 因家族。拟南芥中至少存在5个基因： PHYA，PHYB，PHYC， PHYD，PHYE。
不同基因编码的蛋白质有各自不 同的时间、空间分布，有不同的生理 功能。
类型I：黄化苗中大量存在，见光易分解。
PHYA 类型II：光下稳定，存在于绿色幼苗，含
植物生理学ppt课件ch9 光形态建成-精品文档
4 ）光敏色素有两种类型：红光吸收型 （ Pr ）和远红光吸收型（ Pfr ），两者 的光学特性不同。
（1）两种类型光敏色素的吸收光谱不同： Pr的吸收高峰在660nm， Pfr的吸收高峰在730nm。
（ 2 ） Pr 和 Pfr 在不同光谱作用下可以相 互转换。 （ 3 ） Pfr 是生理激活型， Pr 是生理失活 型。
第九章
光形态建成
光对植物的影响主要有两 个方面： 1）光是绿色植物光合作用所必 需的； 2）光调节植物整个生长发育， 以便更好地适应外界环境。
光形态建成（ photomorphogenesis ）
这种依赖光控制细胞的分化、 结构和功能的改变，最终汇集成组 织和器官的建成，就称为光形态建 成，亦即光控制发育的过程。
4.根原基起始 9.花色素形成 14.肉质化 5.叶分化和扩 10.质体形成 大 15.偏上性
2.光敏色素和植物激素 • 生长素、赤霉素 • 细胞分裂素 • 乙烯 • 脱落酸
3.光敏色素调节的类型 1）极低辐照度反应（VLFR）
（ 1 ） 1~100nmol/m2 的 光 诱 导 ， Φ 值 仅 为0.02时就满足反应条件； （2）遵守反比定律：反应程度于光辐 照度和光照时间的乘积成正比； （3）由于饱和远红光照射的Φ值为 0.025，因此红光反应不能被远红光逆转。 （4）光受体：PhyA
第三节 光敏色素的生理 作用和反应类型
1.光敏色素的生理作用
高等植物中一些由光敏色素控制的反应
1.种子萌发 2.弯钩张开 3.节间伸长 6.小叶运动 7.膜透性 11.光周期 12.花诱导 16.叶脱落 17.块茎形成 18.性别表现 19.单子叶植 物叶片展开 20.节律现象
8.向光敏感性 13.子叶张开
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生）
生理失活型
生理激活型：
蛋白质和生色团 构象变化（吡咯 环D的C15和C16 双键旋转进行顺 反异构化）
光敏色素的结构
H+变化 双键变化
Pr和Pfr互变时其生色团的异构化
光敏色素的分布特点
1）黄化幼苗的光敏色素含量比绿色组织高； 2）蛋白质丰富的分生组织中含光敏色素较高； 3）在细胞中，光敏色素主要分布在膜系统、
Pfr →反应
泛素＋ATP
泛素
降解
降解
红光
PHYB－E →mRNA →Pr
Pfr →反应
远红光
类型1和类型11光敏色素的合成与降解
合成
红光(660nm)
前体 Pr
Pfr
远红光(730nm)
[X] 〔PfrX〕
生理效应
暗转换
酶降解破坏
经多条信号 转导途径
第二节 光敏色素的分布、生理作用与反应类型
光敏色素的分布特点
种子经历根芽等的分化形成幼苗，幼苗 长成成苗后进行花芽分化，然后开花、结 果 ，这些过程都是受光 调节的。
返回
3
返回
返回
暗中生长的植物表现出各种黄化特征： 茎细而长，顶端呈钩状弯曲，叶片小而 呈黄白色，这种现象称为暗形态建成。 (黄化)（skotophotomorphogenesis ）。
它虽具全部遗传信息，但因缺乏光， 大部分基因不能表达出来。
返回
8
光合作用
光能转变为化学能 高能反应
光受体：光合单位
光形态建成
光只作为信号 低能反应
光受体：光敏色素，隐花色素等
返回
9
光调节发育的简单过程
例如：菊花接受短日照这
光（刺激信号）
个信号后，将其传达给体
内的受体，受体接受信号
受体（接受信号） 后，做出应答反应，表现
为花芽分化、开花。
植物体内的其他信
光处理
R R-FR R-FR-R
萌发率（%）
70 6 74
光处理
萌发率（%）
R -FR-R-FR
6
R -FR-R-FR -R
76
R -FR-R-FR -R –FR 7
黑暗
红光
远红光
图9-2莴苣种子在黑暗、红光和返远回红光下萌发情况
14
1959年，Butler 研究黄化玉米幼苗吸收光谱， 用远红光处理，红光吸收光谱增多，用红光处 理，远红光吸收光谱增多。发生可逆变化。
远红光吸收型(Pfr)：吸收峰730nm、生理激活型
4）光化学转换：
660nm红光
Pr
Pfr
730nm远红光
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16
660nm 730nm
光敏色素Pr与Pfr的吸收光谱
返回
17
在Pr和 Pfr相互转换时，生色团吸光后， 构型发生变化，然后带动脱辅基蛋白构象变 化。
返回
18
转变包括： 生色团光 化学反应 和黑暗反 应（含水 条件下发
返回
6
光下生长的玉米
暗中生长的玉米 光下生长的大豆
暗中生长的大豆
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7
光在光合作用中与光形态建成中的作用是不同的
高能：光合作用是将光能转变为化学能
低能：在光形态建成过程中，光只作为一个信号去 激发受体，推动细胞内的一系列反应，最终表现 为形态结构的变化。如给黄化幼苗一个微弱的闪 光，就可以观察到去黄化反应。
第九章 光形态建成
2学时讲授
[重难点提示]
➢光形态建成的概念； ➢光信号受体； ➢光敏色素的结构、理化性质与光敏色素
在植物光形态建成方面的生理作用 ➢光敏色素的作用机理
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1
光对植物的影响主要有两个方面： 1）光是绿色植物光合作用所必需的；
光合作用的产物（麦粒、大米)
麦水 子稻
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2
2）光作为信号调节植物整个生长发 育，以便更好地适应外界环境。
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27
光敏色素的生理作用
第三节 光敏色素的作用机理
➢ 光敏色素是苏氨酸/丝氨酸激酶，具不同功能区 ➢ N末端是与生色团连接区，决定其光化学特性 ➢ C末端与信号转导有关 ➢ 接受光刺激后，N末端苏氨酸残基磷酸化被激活，
再将信号传递给下游不同X组分。
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29
ATP
光敏色素的激酶性质
光敏色素在形态建成中，依反应速度分
1960年，分离、命名为光敏色素Phytochrome
光敏色素的发现是植物光形态建成研 究史上的里程碑。
二、 光敏色素的基本性质
1）化学结构：为二聚体色素蛋白质，溶于水，相对分子
量为2.5×105；每个亚基由生色团和脱辅基蛋白质组成。
2）吸光特性：吸收光谱见P209。
3）主要类型：
红光吸收型(Pr)：吸收峰660nm、生理失活型
细胞质和细胞核中。
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21
在活体中，这两种类型的光敏色素是平衡的。 这种平衡决定于光源的光波成分。
总光敏色素Ptot = Pr + Pfr
光稳定平衡 = [Pfr] / [Ptot]
不同波长的红光和远红光可组合成不同的混 合光，能得到各种值。
在自然条件下，决定植物光反应的值为 0.01~ 0.05 时就可以引起很显著的生理变化。
在细胞中，主要存在于膜系统、细胞核和细
胞质中。
黄化幼苗中的光敏色素含量比绿色组织中高；
蛋白质丰富的分生组织中光敏色素含量高；
含量：在植物细胞中含量极低,黄化苗中、蛋
白质丰富的分生组织含量高。但即使在含量最
高的黄化幼苗的生长活跃部分（如豌豆上胚轴
“钩”和燕麦胚芽鞘节）中的浓度也只在10-6摩
尔／升的水平。
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12
第一节 光敏色素（PHY）的发现和性质
一 光敏色素的发现 1938年，Hamner和Bonner发现 1952年，U.S.A农业部马里兰洲Beltssville(贝尔茨
维尔）农业研究中心Borthwick和Hendricks利用光 谱仪研究了莴苣种子的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ芽
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13
表9-1 交替暴露在红光 (R)和远红光(FR)下莴苣种子萌发情况
快反应（膜假说）和慢反应（基因调节假说）
快反应 是指从吸收光量子到诱导出形态变
化的反应迅速，以分秒计。
使（传达信号）
植物做出应答反应
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10
光受体目前至少三种
*光敏色素：感受红光及远红光区域 (650-740nm)的光 *隐花色素和向光素：感受蓝光(450500nm)和近紫外光区域(320-400nm)的 光 *紫外光B区受体（UV-B受体）：感受 紫外光B 区域(280-320nm)的光
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11
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22
光敏色素的合成
多基因家族编码
拟南芥有5个基因 PHYA、B、C、D、E
PHYA----编码类型I 光不稳定光敏素，黄花苗中多，光下抑制
PHYB、C、D、E----编码类型II 光稳定光敏素，绿苗多，不受光抑制
核 脱辅基蛋白 + 质体 生色团
胞质 全蛋白
红光
PHYA→mRNA →Pr 远红光
生理失活型
生理激活型：
蛋白质和生色团 构象变化（吡咯 环D的C15和C16 双键旋转进行顺 反异构化）
光敏色素的结构
H+变化 双键变化
Pr和Pfr互变时其生色团的异构化
光敏色素的分布特点
1）黄化幼苗的光敏色素含量比绿色组织高； 2）蛋白质丰富的分生组织中含光敏色素较高； 3）在细胞中，光敏色素主要分布在膜系统、
Pfr →反应
泛素＋ATP
泛素
降解
降解
红光
PHYB－E →mRNA →Pr
Pfr →反应
远红光
类型1和类型11光敏色素的合成与降解
合成
红光(660nm)
前体 Pr
Pfr
远红光(730nm)
[X] 〔PfrX〕
生理效应
暗转换
酶降解破坏
经多条信号 转导途径
第二节 光敏色素的分布、生理作用与反应类型
光敏色素的分布特点
种子经历根芽等的分化形成幼苗，幼苗 长成成苗后进行花芽分化，然后开花、结 果 ，这些过程都是受光 调节的。
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3
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暗中生长的植物表现出各种黄化特征： 茎细而长，顶端呈钩状弯曲，叶片小而 呈黄白色，这种现象称为暗形态建成。 (黄化)（skotophotomorphogenesis ）。
它虽具全部遗传信息，但因缺乏光， 大部分基因不能表达出来。
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8
光合作用
光能转变为化学能 高能反应
光受体：光合单位
光形态建成
光只作为信号 低能反应
光受体：光敏色素，隐花色素等
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9
光调节发育的简单过程
例如：菊花接受短日照这
光（刺激信号）
个信号后，将其传达给体
内的受体，受体接受信号
受体（接受信号） 后，做出应答反应，表现
为花芽分化、开花。
植物体内的其他信
光处理
R R-FR R-FR-R
萌发率（%）
70 6 74
光处理
萌发率（%）
R -FR-R-FR
6
R -FR-R-FR -R
76
R -FR-R-FR -R –FR 7
黑暗
红光
远红光
图9-2莴苣种子在黑暗、红光和返远回红光下萌发情况
14
1959年，Butler 研究黄化玉米幼苗吸收光谱， 用远红光处理，红光吸收光谱增多，用红光处 理，远红光吸收光谱增多。发生可逆变化。
远红光吸收型(Pfr)：吸收峰730nm、生理激活型
4）光化学转换：
660nm红光
Pr
Pfr
730nm远红光
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16
660nm 730nm
光敏色素Pr与Pfr的吸收光谱
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17
在Pr和 Pfr相互转换时，生色团吸光后， 构型发生变化，然后带动脱辅基蛋白构象变 化。
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18
转变包括： 生色团光 化学反应 和黑暗反 应（含水 条件下发
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6
光下生长的玉米
暗中生长的玉米 光下生长的大豆
暗中生长的大豆
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7
光在光合作用中与光形态建成中的作用是不同的
高能：光合作用是将光能转变为化学能
低能：在光形态建成过程中，光只作为一个信号去 激发受体，推动细胞内的一系列反应，最终表现 为形态结构的变化。如给黄化幼苗一个微弱的闪 光，就可以观察到去黄化反应。
第九章 光形态建成
2学时讲授
[重难点提示]
➢光形态建成的概念； ➢光信号受体； ➢光敏色素的结构、理化性质与光敏色素
在植物光形态建成方面的生理作用 ➢光敏色素的作用机理
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1
光对植物的影响主要有两个方面： 1）光是绿色植物光合作用所必需的；
光合作用的产物（麦粒、大米)
麦水 子稻
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2
2）光作为信号调节植物整个生长发 育，以便更好地适应外界环境。
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27
光敏色素的生理作用
第三节 光敏色素的作用机理
➢ 光敏色素是苏氨酸/丝氨酸激酶，具不同功能区 ➢ N末端是与生色团连接区，决定其光化学特性 ➢ C末端与信号转导有关 ➢ 接受光刺激后，N末端苏氨酸残基磷酸化被激活，
再将信号传递给下游不同X组分。
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ATP
光敏色素的激酶性质
光敏色素在形态建成中，依反应速度分
1960年，分离、命名为光敏色素Phytochrome
光敏色素的发现是植物光形态建成研 究史上的里程碑。
二、 光敏色素的基本性质
1）化学结构：为二聚体色素蛋白质，溶于水，相对分子
量为2.5×105；每个亚基由生色团和脱辅基蛋白质组成。
2）吸光特性：吸收光谱见P209。
3）主要类型：
红光吸收型(Pr)：吸收峰660nm、生理失活型
细胞质和细胞核中。
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21
在活体中，这两种类型的光敏色素是平衡的。 这种平衡决定于光源的光波成分。
总光敏色素Ptot = Pr + Pfr
光稳定平衡 = [Pfr] / [Ptot]
不同波长的红光和远红光可组合成不同的混 合光，能得到各种值。
在自然条件下，决定植物光反应的值为 0.01~ 0.05 时就可以引起很显著的生理变化。
在细胞中，主要存在于膜系统、细胞核和细
胞质中。
黄化幼苗中的光敏色素含量比绿色组织中高；
蛋白质丰富的分生组织中光敏色素含量高；
含量：在植物细胞中含量极低,黄化苗中、蛋
白质丰富的分生组织含量高。但即使在含量最
高的黄化幼苗的生长活跃部分（如豌豆上胚轴
“钩”和燕麦胚芽鞘节）中的浓度也只在10-6摩
尔／升的水平。
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第一节 光敏色素（PHY）的发现和性质
一 光敏色素的发现 1938年，Hamner和Bonner发现 1952年，U.S.A农业部马里兰洲Beltssville(贝尔茨
维尔）农业研究中心Borthwick和Hendricks利用光 谱仪研究了莴苣种子的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ芽
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13
表9-1 交替暴露在红光 (R)和远红光(FR)下莴苣种子萌发情况
快反应（膜假说）和慢反应（基因调节假说）
快反应 是指从吸收光量子到诱导出形态变
化的反应迅速，以分秒计。
使（传达信号）
植物做出应答反应
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10
光受体目前至少三种
*光敏色素：感受红光及远红光区域 (650-740nm)的光 *隐花色素和向光素：感受蓝光(450500nm)和近紫外光区域(320-400nm)的 光 *紫外光B区受体（UV-B受体）：感受 紫外光B 区域(280-320nm)的光
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光敏色素的合成
多基因家族编码
拟南芥有5个基因 PHYA、B、C、D、E
PHYA----编码类型I 光不稳定光敏素，黄花苗中多，光下抑制
PHYB、C、D、E----编码类型II 光稳定光敏素，绿苗多，不受光抑制
核 脱辅基蛋白 + 质体 生色团
胞质 全蛋白
红光
PHYA→mRNA →Pr 远红光