植物叶片衰老及其调控研究
植物衰老的研究进展及其在分子育种中的应用
分子植物育种,2003年,第1卷,第3期,第289—296页Molecular Plant Breeding,2003,Vol11,No13,289—296 特约评述INV ITED REV IEW植物衰老的研究进展及其在分子育种中的应用李晴 朱玉贤3北京大学生命科学学院,蛋白质工程及植物基因工程国家重点实验室,北京,1008713通讯作者,zhuyx@water1pku1edu1cn摘要植物衰老是植物生命科学研究领域的核心问题之一。
无论是在器官水平上还是在个体水平上,衰老都是一个高度有序的被调控的过程。
近年来,已发现大批衰老相关基因以及突变体,初步阐明了叶片衰老的分子机制。
而在个体水平,G2豌豆以其在短日条件下无限生长的独特发育模式,提供了很好的实验材料。
PPF1(Pisum sativ um post2floral gene1)是首次在短日条件下G2豌豆中分离出来的与衰老相关的基因,过表达PPF1基因可以显著延迟转基因拟南芥的开花时间。
最新的研究表明,它可能编码一个定位于叶绿体膜上的钙离子泵,通过调节细胞质中钙离子浓度来影响植物的生长发育。
PPF1还可能通过调控L F Y(L EAF Y)等一系列开花途径调节基因的表达水平来影响植株的整体衰老进程。
关于植物衰老的研究,不仅具有理论上的重大意义,并且在分子育种中具有潜在的价值。
关键词叶片衰老,G2豌豆,PPF1基因,分子育种The Progress of Plant Senescence Research and Plant Molecular BreedingLi Qing Zhu Yuxian3National Laboratory of Protein Engineering and Plant G enetic Engineering,College of Life Sciences,Peking University,Beijing,1008713Corresponding author,zhuyx@water1pku1edu1cnABSTRACTPlant senescence is an internally regulated and orderly degeneration leading to the death of single cells,or2 gans or even whole plants during their life cycle1Recent genetic and reverse genetic approaches have identified key components regulating leaf senescence and revealed partly the underlying molecular mechanisms1PPF1is a vegetative2growth specific gene first isolated from short2day(SD)grown G2pea1Further analysis suggested that PPF1(Pisum sativ um post2floral gene1)may be a calcium ion carrier that regulates flowering time of higher plants by changing the Ca2+storage capacity within the chloroplasts of a plant cell,and it is also able to regulate the expression pattern of a number of genes important for flower2time control such as LFY,TFL-1and s o on1Development in senescence2controlling mechanisms are expected to be useful for plant molecular breeding1KEYWORDSLeaf senescence,G2pea,PPF1,Plant molecular breeding1前言植物衰老,是植物生命科学研究的核心问题之一。
植物叶片衰老相关研究进展
作物 杂 志
Ｃｏｓ ｒｐ
植物叶片衰老相关研究进展
严 雯 奕 叶 胜 海 董 彦 君 金 庆 生 张 小 明
（ 浙江省农业科学院作物与核技术利用研究所 ，１０ １浙江杭州 ；上海 师范大学生命与环境科学学院 ， ０３ ， ３０２ ， 。 ２ ２４ 上海） ０
摘
要
有 重要 的理论 和 经济 意义 。
子机制等的研究进展进行 了概述 ， 对今后的研 究方
向作 了展 望 。
关键词
植 物 叶 片衰老 ； 影响 因素 ； 衰老相 关基
因； 子机 制 分
１ 植 物 叶 片 衰 老 的 影 响 因 素
植 物 叶 片衰 老 不 是 一 个 简 单 的 过 程 。如 前 所
ｒ ｏ ａ ｅ ｃ ｍｍｅ ｃａ ｉ ｄ ａ ｏ ｎ ｂ ｏ ｄ Ａｓａ ｃ ｕ Ⅱ ｉｉ ｇ ｏ ｇ ｉ ｕ ｔ ｒ Ｃｈ ｎ ａ ｓ ｂ ｉｈ ｄ ｓ ｍｅ ｃ ｍｐ ｅ ｅ ｒ ｉｌ ｅ ｔ ｍｅ ａ ｄ ａ ｒ ａ ． ｏ ｎ ｙ ｌ ｎ ｎ ａ ｒ ｌ ｅ， ｉ ａ ｈ ｓ ｅ ｔ ｌ ｅ ｏ ｏ ｌ ｔ ｚ ｈ ｖ ｃ ｕ ａ ｓ
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述 ， 物叶 片 衰 老 是 受 内外 因 素 共 同作 用 的结 果 。 植
植物衰老与寿命控制的分子机制研究
植物衰老与寿命控制的分子机制研究植物是生命的基本单位之一，它们拥有独特的生长、发育和死亡过程。
植物的寿命会受到许多因素的影响，其中最重要的是植物衰老的分子机制。
本文将探讨植物衰老与寿命控制的分子机制研究。
一、植物的寿命与衰老植物会衰老并最终死亡。
在大多数植物物种中，生命的最长期限远远低于一百年。
然而，有一些植物物种，如巨型红杉和珙桐树，甚至可以活过一千年以上。
植物的寿命取决于其种类、生长环境和其他许多环境因素。
植物衰老的过程包括细胞死亡、组织失去功能、代谢活性下降等。
这些生物化学过程与许多内部和外部因素的相互作用有关，如生理压力、环境因素和基因表达变化。
植物衰老过程中的分子机制是多样的，其深层次的机理仍需深入探究。
二、植物寿命控制的分子机制植物细胞的衰老过程是由许多细胞内和细胞外信号调节机制所驱动的。
因此，寿命控制的分子机制可以分为细胞内和细胞外两个方面。
1.细胞内寿命控制机制细胞内寿命控制机制主要是进行内部信号传递和细胞自我修复。
它们包括细胞核和线粒体中的信号转导，以及光合成合成和防御机制。
研究表明，这些机制是参与植物寿命调控的重要分子机制。
2.细胞外寿命控制机制细胞外寿命控制机制主要是通过细胞信号交换实现的。
它们参与多个生物化学路径，例如环境适应、生长抑制和细胞死亡。
这些机制能够改变植物区域和器官的生理状态，从而影响寿命。
三、植物衰老和寿命控制的调控分子植物衰老和寿命控制的调控分子包括激素、转录因子、信号分子、非编码RNA等。
它们是植物细胞内部调节与外部环境因素之间通讯的重要分子。
1.激素植物激素、尤其是乙烯、赤霉素和脱落酸，会影响植物的寿命。
激素介导细胞增殖和凋亡，以及植物营养状况的调节。
研究发现，激素对不同类型的细胞和组织有不同的调节作用。
2.转录因子转录因子是在DNA序列上结合并控制基因转录的蛋白质。
它们的表达量能够影响植物细胞的进程和寿命。
研究表明，转录因子LIF1可以调控植物的ATP合成和细胞死亡。
植物衰老的研究进展
植物衰老的研究进展1植物衰老的概念植物的衰老，是研究的植物相关学科研究重点之一。
关于植物衰老的概念，一般认为是指一个器官或整个植株生命功能的衰退并最终导致其自然死亡的一系列变化过程。
LeopoldE2~把植物的衰老描述为生长速度、减慢植株活力下降、对周围环境的改变变得敏感、抗病虫能力减弱等现象的发生。
Nooden等人认为，衰老是植物个体内部程序性的导致死亡的一种降解过程，是可以发生于不同组织并行使不同功能的发育过程。
Engvild则认为，衰老是受高度调控的一系列有序事件，包括光合作用能力丧失、叶绿体解体、CO2固定、酶和其它蛋白质降解、叶绿体丧失和氨基酸的去除等。
2衰老过程的生理变化植物开始衰老的一个普遍现象是生长速率的下降，进一步表现为器官的颜色变化，如叶片、果实由绿变黄、变红等外部的症状。
在植物的内部，早在症状出现之前生理生化上已经发生了一系列变化，并且将衰老器官的有效成分运至植株其它部位进行再利用。
植物衰老过程的生理变化主要表现在以下几方面：2．1光合速率下降叶片衰老的早期，叶绿体变小，基粒的数量减少，叶绿素含量下降，核酮糖一l，5一二磷酸(RUBP)羧化酶的活性下降，电子传递、光合磷酸化受阻。
具体的变化为：含有70％叶蛋白的细胞器——叶绿体的完整性丢失，而核破裂则相对发生得较晚。
因为叶细胞中大部分的氮源存在于叶绿体中，叶片衰老时，叶绿体先破裂，核等其它组分保持完整以完成再利用过程。
研究发现叶绿体衰老是由核直接调控的，一些细胞的质体分裂成差不多相等的两个半份，两个都含有叶绿体，但只有一个有核，有核的叶绿体在预期时间衰老，而无核部分仍然保持光合作用。
因此，随着衰老的加剧及叶绿体的结构开始解体，光合速率迅速下降。
2．2核酸和蛋白质含量下降当植物发生衰老时，一方面，蛋白质和核酸的合成能力减弱；另一方面，参与乙醛酸循环的酶、核糖核酸酶、肽酶、蛋白酶等水解酶的活性增强，叶绿素分解代谢酶增加，继而叶绿体和蛋白质、膜磷脂及RNA等大分子发生分解，以便释放出养分被重新利用。
叶片衰老的生理变化
叶片衰老的生理变化叶片是植物进行光合作用的主要器官，也是植物生长发育的重要指标之一。
然而，随着植物的生长和发育，叶片会逐渐衰老，出现一系列生理变化。
本文将针对叶片衰老的生理变化进行探讨。
一、叶片色彩变化随着叶片的衰老，它们的色彩会发生明显变化。
例如，一些叶片会逐渐由鲜绿色转变为黄色或褐色。
这是因为叶绿素的分解导致叶片色彩的变化。
叶绿素是植物进行光合作用的关键色素，但随着叶片衰老，叶绿素分子会逐渐降解，导致叶片的颜色变浅。
同时，叶片中的类胡萝卜素等其他色素也会逐渐显露出来，使叶片呈现出黄色或褐色的色调。
二、叶片质地变化衰老的叶片质地也会发生变化。
一般来说，年轻的叶片通常比较柔软，而衰老的叶片则会变得干燥、脆弱。
这是由于叶片内部细胞的结构和组织发生了变化。
随着叶片衰老，细胞壁中的纤维素和木质素含量增加，而细胞间隙中的水分含量减少，导致叶片质地变硬，失去了柔软的特性。
三、叶片形态变化叶片衰老还会导致叶片形态的变化。
一般来说，衰老的叶片会逐渐变小、变薄，并且出现明显的褶皱或皱缩。
这是由于叶片细胞的伸长能力减弱，导致叶片无法保持原本的形态。
此外，衰老的叶片还可能出现边缘的干枯和裂缝，进一步影响叶片的形态。
四、叶片功能变化叶片衰老会导致叶片功能的变化。
一方面，叶片衰老会影响植物的光合作用能力。
随着叶片中叶绿素的降解，光合作用的效率会下降，导致植物无法充分利用光能进行光合作用。
另一方面，衰老的叶片还可能影响植物的水分和养分吸收能力。
由于叶片细胞的结构和功能发生变化，衰老的叶片可能无法有效吸收土壤中的水分和养分，从而影响植物的生长和发育。
五、叶片衰老的原因叶片衰老是植物生长发育的正常过程，但也受到多种因素的影响。
其中，环境因素是主要原因之一。
例如，温度、湿度、光照等环境条件的变化会影响叶片的衰老速度。
此外，营养供应不足、病虫害的侵袭、氧化应激等也会加速叶片衰老的过程。
另外，植物自身的因素如基因调控、激素水平等也会影响叶片衰老的速度和程度。
植物叶片衰老过程中的基因表达与调控
植物叶片衰老过程中的基因表达与调控张少华（东北农业大学生命科学学院，哈尔滨，150030）摘要：衰老是一个高度调节的程序化过程。
在此过程中，植物激素和环境因子等信号通过激活或关闭某些基因的表达而启动衰老。
关键词：衰老 RNA 转译基因水解酶细胞分裂素衰老是一种器官或组织逐步走向功能衰退和死亡的变化过程[1]。
它除了代表器官或组织生命周期的终结之外，在发育生物学上也有着重要的意义。
叶片的衰老是植物的一个重要发育阶段。
在这段时期内，植物在成熟叶片内积累的物质，包括大量的氮、碳有机化合物和矿物质，将被分解并运送至植物其它生长旺盛的部分，其中大部分被转移到种子内，为下一代的生长做好准备[11]。
对于产生种子的作物，包括绝大多数农作物，这种转移使营养重新分配，对植株保持正常的生长发育与繁殖是十分必要的[3]。
衰老过程中，叶片细胞在组成成分上有很大的变化。
据分析，总RNA减少了十分之一，可溶性蛋白减少了三分之一[10]。
叶组织衰老的表型以叶绿素的流失为标记，随之出现叶绿体的分解，叶色褪淡。
在分子水平上，衰老过程中叶绿素、蛋白质、RNA和DNA不断减少，水解酶和生长抑制因子则持续增长[13]。
叶片衰老在许多物种中的发生是依赖于植株年龄的，因此靠近植株根部的叶片比顶端叶片更早进入衰老。
同时它也能被一系列外部因子所诱导，其中包括阴暗、缺乏矿物质、干燥与病原体感染等[17]。
其它一些发育过程也能诱导衰老的发生，如开花、受精与种子发育[6,11]。
最初RNA合成的减少被认为是衰老的主要原因，这一结论基于以下几个发现。
首先，叶片衰老过程中RNA水平与蛋白质含量同步减少，而DNA的减少速度则慢得多[13]。
其次，能够延迟衰老的物质能够增加RNA的合成，反之亦然[18]。
但是，抑制因子研究表明叶片衰老对转录抑制因子放线菌丝素D不敏感，而在转译抑制因子放线菌酮的作用下，衰老延迟[16,20]。
由此推测涉及叶片衷老的大多数事件发生在转译水平上，而非转录水平[17]。
PlantCell南方科大郭红卫教授团队发现植物衰老调控新机制
PlantCell南⽅科⼤郭红卫教授团队发现植物衰⽼调控新机制近⽇，南⽅科技⼤学与北⼤-清华⽣命科学联合中⼼郭红卫教授团队在The Plant Cell 杂志在线发表了题为“A Tripartite Amplification Loop Involving the Transcription Factor WRKY75,Salicylic Acid, and Reactive Oxygen Species Accelerates Leaf Senescence”的研究论⽂。
该研究揭⽰了模式植物拟南芥WRKY家族转录因⼦WRKY75与植物激素⽔杨酸（SA）以及活性氧（ROS）形成正向促进调控环，协同调控叶⽚衰⽼的分⼦机制。
该研究提出了植物叶⽚衰⽼进程的晚期具有不可逆性以及分⼦机制，加深了对植物叶⽚衰⽼的理解，为通过分⼦育种延缓植物叶⽚衰⽼进⽽提⾼粮⾷产量提供了理论依据。
叶⽚是植物光合作⽤的主要器官，叶⽚早衰影响作物的产量和品质，给农业⽣产带来了很⼤的损失。
衰⽼是叶⽚发育的最后阶段，是⼀个受到严格遗传调控的程序化的细胞死亡的过程。
影响叶⽚衰⽼的因素诸多，包括叶龄、植物激素、活性氧含量等内因以及⼲旱、极限温度、⽣物胁迫和⾮⽣物胁迫等外因，因此叶⽚衰⽼的过程并不是受某个单⼀因素调控，⽽是存在⼀个⾮常复杂的调控⽹络。
该研究通过叶⽚衰⽼表型分析筛选到⼀个叶⽚延缓衰⽼的植株WRKY75RNAi，研究发现，WRKY75RNAi植株表现出明显的叶⽚延缓衰⽼的表型，以及通过CRISPR-Cas9 的⽅法定向敲除WRKY75基因获得的wrky75-KO的植株也表现出叶⽚晚衰的表型，⽽组成型过表达WRKY75则引起叶⽚过早衰⽼。
WRKY75是植物叶⽚衰⽼过程中的⼀个负调控因⼦进⼀步研究表明，WRKY75基因表达受到叶⽚年龄、⽔杨酸和活性氧的诱导，同时通过全基因组转录组分析、基因表达分析以及基因与蛋⽩互作分析发现WRKY75直接促进⽔杨酸合成关键基因SID2的转录，并且抑制过氧化氢（H2O2）的清除基因CAT2的表达，最终导致⽔杨酸和过氧化氢的积累。
植物叶片衰老
植物叶片衰老摘要：叶片衰老是植物发育后期的一个重要特征。
在生产上当植物叶片衰老或是异常时，光合作用减退，将极大程度地限制植物产量潜力的发挥，农业生产中造成许多作物减产。
本文结合植物叶片衰老发育的过程，从叶片衰老过程中各个组织水平细胞结构变化、细胞生理生化变化、植物激素以及基因调控等方面对叶片衰老的机理进行综述，并提出今后研究的方向。
关键词：植物叶片衰老，机制，调控，环境因素1.叶片衰老过程叶片衰老最显著的形态变化就是叶片颜色的变化，在衰老过程中，生理生化指标的变化是其衰老过程的反应，可用来判断衰老的过程及其程度，而衰老的机理是导致这些生理生化指标变化的基础（张宝来，2013）。
研究表明，根据植物叶片生理生化变化的早迟、强弱、方向和幅度，一般将衰老过程划分为三个阶段：诱导期、抵抗期和加剧期。
三个衰老阶段表现出不同的生理生化变化特征。
一阶段的变化较大，第二阶段为趋于平稳的变化，第三阶段变化剧烈。
即第三、第一、第二阶段的生理生化变化速率依次降低。
在衰老诱导阶段，叶片受到衰老信息的刺激，存在于体内的衰老机制得到激发，生理生化变化表现为幅度较大的应激反应，呈现出通过生理生化变化来去除衰老信息作用的趋向。
在衰老抵抗阶段，是叶片内衰老机制和防衰老机制相互激烈作用的时期，因而表现出生理生化变化速率较小的特点。
但是，衰老机制逐渐处于主导地位，使生理生化变化逐渐向衰老的方向发展，真正意义的衰老是从这一阶段开始的。
在剧烈衰老阶段，体内的防衰老机制已失去作用或不复存在，因而生理生化变化表现为变幅很大的衰老特征，最终导致死亡（Eng-Chong Pua Michael R.Davey,2010）2．叶片衰老的细胞结构和生理功能的的变化研究表明，植物叶片在衰老过程中表现为下述典型特征：叶绿素的降解明显快于合成，蛋白质迅速丧失，RNA大量水解，叶片在形态上表现为黄化现象。
2.1细胞结构的变化叶细胞在衰老阶段显示出一些独特的结构和生化变化。
植物叶片衰老资料
植物叶片衰老摘要：叶片衰老是植物发育后期的一个重要特征。
在生产上当植物叶片衰老或是异常时，光合作用减退，将极大程度地限制植物产量潜力的发挥，农业生产中造成许多作物减产。
本文结合植物叶片衰老发育的过程，从叶片衰老过程中各个组织水平细胞结构变化、细胞生理生化变化、植物激素以及基因调控等方面对叶片衰老的机理进行综述，并提出今后研究的方向。
关键词：植物叶片衰老，机制，调控，环境因素1.叶片衰老过程叶片衰老最显著的形态变化就是叶片颜色的变化，在衰老过程中，生理生化指标的变化是其衰老过程的反应，可用来判断衰老的过程及其程度，而衰老的机理是导致这些生理生化指标变化的基础（张宝来，2013）。
研究表明，根据植物叶片生理生化变化的早迟、强弱、方向和幅度，一般将衰老过程划分为三个阶段：诱导期、抵抗期和加剧期。
三个衰老阶段表现出不同的生理生化变化特征。
一阶段的变化较大，第二阶段为趋于平稳的变化，第三阶段变化剧烈。
即第三、第一、第二阶段的生理生化变化速率依次降低。
在衰老诱导阶段，叶片受到衰老信息的刺激，存在于体内的衰老机制得到激发，生理生化变化表现为幅度较大的应激反应，呈现出通过生理生化变化来去除衰老信息作用的趋向。
在衰老抵抗阶段，是叶片内衰老机制和防衰老机制相互激烈作用的时期，因而表现出生理生化变化速率较小的特点。
但是，衰老机制逐渐处于主导地位，使生理生化变化逐渐向衰老的方向发展，真正意义的衰老是从这一阶段开始的。
在剧烈衰老阶段，体内的防衰老机制已失去作用或不复存在，因而生理生化变化表现为变幅很大的衰老特征，最终导致死亡（Eng-Chong Pua Michael R.Davey,2010）2．叶片衰老的细胞结构和生理功能的的变化研究表明，植物叶片在衰老过程中表现为下述典型特征：叶绿素的降解明显快于合成，蛋白质迅速丧失，RNA大量水解，叶片在形态上表现为黄化现象。
2.1细胞结构的变化叶细胞在衰老阶段显示出一些独特的结构和生化变化。
植物叶片衰老
植物叶片衰老摘要：叶片衰老是植物发育后期的一个重要特征。
在生产上当植物叶片衰老或是异常时，光合作用减退，将极大程度地限制植物产量潜力的发挥，农业生产中造成许多作物减产。
本文结合植物叶片衰老发育的过程，从叶片衰老过程中各个组织水平细胞结构变化、细胞生理生化变化、植物激素以及基因调控等方面对叶片衰老的机理进行综述，并提出今后研究的方向。
关键词：植物叶片衰老，机制，调控，环境因素1.叶片衰老过程叶片衰老最显著的形态变化就是叶片颜色的变化，在衰老过程中，生理生化指标的变化是其衰老过程的反应，可用来判断衰老的过程及其程度，而衰老的机理是导致这些生理生化指标变化的基础（张宝来，2013）。
研究表明，根据植物叶片生理生化变化的早迟、强弱、方向和幅度，一般将衰老过程划分为三个阶段：诱导期、抵抗期和加剧期。
三个衰老阶段表现出不同的生理生化变化特征。
一阶段的变化较大，第二阶段为趋于平稳的变化，第三阶段变化剧烈。
即第三、第一、第二阶段的生理生化变化速率依次降低。
在衰老诱导阶段，叶片受到衰老信息的刺激，存在于体内的衰老机制得到激发，生理生化变化表现为幅度较大的应激反应，呈现出通过生理生化变化来去除衰老信息作用的趋向。
在衰老抵抗阶段，是叶片内衰老机制和防衰老机制相互激烈作用的时期，因而表现出生理生化变化速率较小的特点。
但是，衰老机制逐渐处于主导地位，使生理生化变化逐渐向衰老的方向发展，真正意义的衰老是从这一阶段开始的。
在剧烈衰老阶段，体内的防衰老机制已失去作用或不复存在，因而生理生化变化表现为变幅很大的衰老特征，最终导致死亡（Eng-Chong Pua Michael R.Davey,2010）2．叶片衰老的细胞结构和生理功能的的变化研究表明，植物叶片在衰老过程中表现为下述典型特征：叶绿素的降解明显快于合成，蛋白质迅速丧失，RNA大量水解，叶片在形态上表现为黄化现象。
2.1细胞结构的变化叶细胞在衰老阶段显示出一些独特的结构和生化变化。
植物衰老及其调控机理研究
营养物质——转移。如种子，块茎和球茎 等。 秋季落叶——春天萌发时，开花、长叶。 果实的成熟衰老后脱落，有利于种子传播， 便于种的生存。
1.2 植物衰老的进程 Program for plant senescence
植物的衰老进程可以在细胞、器官、整体等不 同水平上表现出来，且具有各自的突出特征。 1.2.1 细胞衰老Cell senescence 细胞衰老是植物组 织、器官和个体衰老的基础，主要包括细胞膜衰 老和细胞器衰老。 1.2.1.1、Senescence in cell membrane。 (1)膜脂相变。衰老早期发生的事件。幼嫩细胞的 膜为液晶相，流动性大。在衰老过程中，生物膜 由液晶相向凝固相转化，结果膜变得刚硬，流动 性降低，粘滞性增加。
衰老是细胞程序化死亡（programmed cell death, PCD)。叶片衰老在营养元素的循环和再 利用等生理活动中起着重要作用。在叶片衰老 过程中，大部分养分再循环被植株的其它器官 所利用。例如，落叶· · · · · · · · · 。但是衰老引起的 叶片同化功能的减退则限制了作物产量的发挥， 也造成蔬菜作物的采后损失。 本章简述植物衰老研究的最新进展，以及调 控衰老的某些分子手段。
Section 2 衰老的机理 Senescence Mechanism
2.1 Senescence caused by nutrition exhaustion
2.1.1营养亏缺理论 2.1.2光碳失衡假说 2.1.3激素平衡假说 2.1.4基因时空调控假说
2.1.1营养亏缺理论：（Molish 1978年提出） 生殖生长剥夺了营养体的养料是导致衰 老的根本原因。 如不断摘除花试验。龙舌兰不开花 —生 活几十年，开花—8-10年。
生长周期中植物衰老及调控探究
2021年8月J o u r n a l o fG r e e nS c i e n c e a n dT e c h n o l o g y第23卷 第15期收稿日期:2021-05-09作者简介:聂锦燕(1978—),女,工程师,研究方向为森林培育。
通讯作者:叶锦培(1964—),男,教授级高级工程师,研究方向为森林培育与林业经营管理。
聂锦燕1,2,周梦瑶1,黄欣宇1,2,叶锦培1,2,李沅松1,韦吴锋1,张文洪1,2(1.广西大学林学院,广西南宁53004;2.苍梧县国有天洪岭林场,广西梧州543005)摘要:深入掌握植物衰老的机制对控制植物延迟衰老、延长结果期有重要的意义。
采用文献阅读、文献分析和归纳分析相结合的方法,了解学习植物生长周期中的衰老机制,收集并比较了植物体内各种生长素及外界环境因素对植物衰老的影响,分析了植物衰老机制的原理、生理变化、调控途径以及实际应用。
提出了植物衰老虽不可避免,但其衰老进程是可以调控的,其衰老过程不仅是受内部基因调控,还受外界环境的影响。
关键词:植物衰老;植物生长周期;生长激素;调控途径中图分类号:S718.43 文献标识码:A 文章编号:1674-9944(2021)15-0128-031 引言植物生长发育过程是指植物生命所经历的全过程。
植物个体发育最初是从受精卵开始,由受精卵分裂再经由种子萌生出支撑植物的营养体,继而形成生殖体,促进植物吐花授粉和受精结果等,直到植物的衰弱和死亡。
植物的衰老就是植物生长发育这一生的最后一个阶段,是指植物能将体内所产生的有关营养物质输出植物体内,被外界新生的植物吸收并利用,是无限循环的过程。
植物衰老死亡某种程度上是植物对环境产生的反应,外界环境因子的诱导也是植物衰老死亡的原因之一[1]。
自然环境中,植物的衰老死亡也是植物所必然经历的阶段,但可以在外因和内因上研究查找并分析植物的衰老机制,人为减缓植物衰老死亡的速度。
减缓植物衰老的进度,对在提高林业农业的产量,提高农林产品质量,以及促进园林绿化保持和发展等有着十分重要的现实意义。
叶片衰老机制
叶片衰老机制
叶片衰老是叶片发育的最后阶段，这一过程受到多种内部因素（如年龄、发育、营养）及外部环境因素（如光照、温度、胁迫）的共同调控。
在植物自然生长发育状态下，植物通过感知内部年龄的变化调控衰老进程。
然而，外部环境因素如遮阴环境（低比率R/FR）或延长黑暗等可提前诱发或加速叶片衰老，而高比率的R/FR光照条件显著抑制叶片衰老。
叶片衰老的生理过程涉及多个方面。
例如，温度低温和高温都会加速叶片衰老，这可能是由于钙的运转受到干扰，或者因蛋白质降解、叶绿体功能衰退，叶片黄化。
干旱会促使向日葵和烟草叶片衰老，通过加强蛋白质降解和提高呼吸速率，破坏叶绿体片层结构，抑制光合磷酸化，降低光合速率。
营养缺乏也是导致叶片衰老的原因之一，营养物质从较老组织向新生器官或生殖器官分配，会引起营养缺乏，导致叶片衰老。
在分子层面，叶片衰老的调控机制涉及多种转录因子和信号通路。
例如，细胞分裂素可以显著延长保绿时间，推迟离体叶片衰老。
此外，光信号蛋白FHY3和下游转录因子WRKY28通过整合年龄及光信号途径调控叶片衰老的分子机理。
FHY3负向调控了年龄途径介导的叶片衰老过程，并通过直接抑制转录因子WRKY28的基因表达，以及抑制水杨酸的合成，进而抑制叶片衰老的起始过程。
总的来说，叶片衰老是一个复杂的过程，涉及多个生理和分子机制。
这些机制在植物适应环境、维持生命活动中起着重要作用。
然而，目前对于植物如何整合外界环境光信号和内在年龄因素，进而调控叶片衰老的机制仍不完全清晰，需要进一步的研究和探索。
植物叶片衰老及其调控研究
2.活性氧及其清除剂调控植物叶片衰老 活性氧物质包括含氧自由基和含氧非自由 基，自由基可以在细胞代谢过程中连续不 断地产生，它可以直接或间接地发挥作用， 诱导机体的生理与病理的过程。
叶片衰老的分子生物学基础
一、与叶片衰老相关的基因
二、衰老相关基因的功能类别 三、叶片衰老的分子机制
与叶片衰老相关基因
叶片衰老的调控
叶片衰老的生理生化
叶片衰老的分子生物学基础
叶片衰老的生理生化变化
光合能力和呼吸速率下降 活性氧、自由基代谢 叶绿素含量下降 蛋白质含量下降 核酸含量下降 内源激素变化 可溶性糖含量变化
• 光合能力和呼吸速率下降 叶片衰老中光合能力下降是衰老叶片的 一大特征。一方面可能是因为植物衰老 后，根系吸水能力减弱，体内相对含水 量减少，水势下降，导致气孔关闭，阻 碍CO2进衰老入叶肉细胞，而使光合作 用降低；另一方面，衰老引起的非气孔 因素亦是降低光合作用的重要原因。 一般器官衰老时，由于线粒体体积变小， 内膜褶皱，线粒体数目减少，使呼吸速 率下降。但下降速度比光合作用慢。
叶片衰老的分子机制
叶片的衰老伴随着叶色的改变，以叶片的死亡脱落 而告终。叶片的衰老是一个包括许多生理变化和 分子事件的连续的过程。Nooden理论讲叶片衰老 过程分为起始、衰退、终末三阶段。
叶片衰老的分子机制
植物衰老实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解植物衰老的基本特征。
2. 探讨不同环境因素对植物衰老的影响。
3. 研究植物衰老过程中相关生理生化变化。
二、实验材料1. 实验植物：小麦、水稻、玉米、大豆等。
2. 实验器具：显微镜、离心机、培养箱、恒温水浴锅、pH计等。
3. 实验试剂：不同浓度的营养液、植物激素、抗氧化剂等。
三、实验方法1. 实验分组：将实验植物分为对照组和实验组，对照组为正常生长环境，实验组为不同环境因素处理组。
2. 环境因素处理：实验组分别施加不同浓度的营养液、植物激素、抗氧化剂等，对照组施加等量的营养液。
3. 实验步骤：（1）观察植物的生长状况，记录叶片、茎秆、根系等器官的长度、宽度、颜色等特征。
（2）采集植物叶片、茎秆、根系等器官，进行生理生化指标的测定。
（3）对实验数据进行统计分析。
四、实验结果与分析1. 植物衰老特征在实验过程中，对照组植物生长状况良好，叶片绿色，茎秆粗壮，根系发达。
实验组植物在处理后，叶片逐渐变黄，茎秆变细，根系生长受阻，表现出衰老特征。
2. 不同环境因素对植物衰老的影响（1）营养液浓度：随着营养液浓度的增加，植物衰老速度加快。
低浓度营养液组植物生长状况较好，衰老速度较慢；高浓度营养液组植物衰老速度加快，生长状况较差。
（2）植物激素：生长素、细胞分裂素、脱落酸等植物激素对植物衰老有显著影响。
生长素和细胞分裂素能延缓植物衰老，而脱落酸能加速植物衰老。
（3）抗氧化剂：抗氧化剂能清除植物体内的活性氧，降低氧化损伤。
实验结果显示，添加抗氧化剂能显著延缓植物衰老。
3. 植物衰老过程中相关生理生化变化（1）叶片水分含量：随着植物衰老，叶片水分含量逐渐降低，表明植物衰老过程中水分代谢受到影响。
（2）叶绿素含量：衰老叶片中叶绿素含量降低，导致叶片变黄。
实验结果显示，添加抗氧化剂能提高衰老叶片中叶绿素含量。
（3）可溶性糖含量：衰老叶片中可溶性糖含量增加，表明植物衰老过程中糖代谢发生变化。
五、结论1. 植物衰老是一个复杂的生理生化过程，受多种环境因素影响。
植物生长衰老及抗衰老物质研究
植物生长衰老及抗衰老物质研究随着人们对健康的重视程度不断提高，抗衰老逐渐成为一个热门话题。
事实上，不仅人类会衰老，植物也会衰老。
植物生长和发育的过程，不仅涉及到基因调控、代谢调节等生物学基本问题，也涉及到植物的衰老与抗衰老。
本文将简要介绍植物生长衰老及抗衰老物质的研究进展。
一、植物生长衰老与人类衰老一样，植物衰老也是一个复杂的生物学过程。
植物生长和发育经历了不同的生长阶段，如种子发芽、幼苗生长、成年植物等。
随着时间的推移，植物的生长速度逐渐放缓，外部环境的影响也逐渐加大，导致植物产生各种衰老现象。
植物的长寿与衰老机理有关。
研究发现，植物基因的表达与调控可影响植物的寿命。
例如，一些基因可影响植物的细胞分裂速度、DNA修复等活动，从而影响植物细胞的寿命。
同时，植物与环境的互动也至关重要。
光线、温度、水分等环境因素会影响植物生长和发育，进而影响植物的衰老。
二、抗衰老物质的研究抗衰老物质是指可以减缓或延缓生物体衰老的物质。
研究表明，抗衰老物质在植物中也存在。
以下是一些被广泛研究的植物抗衰老物质：1.多酚类物质：多酚是一种常见的植物次生代谢产物。
多酚在植物中可起到多种生理生化作用，其中包括抗氧化作用、细胞凋亡防止等。
多酚类化合物的使用可以保持皮肤活性、缓解血管老化所导致的疼痛等。
2.黄酮类物质：黄酮类物质是一类天然化合物，常见于蔬菜、水果、中药等植物中。
研究发现，黄酮类物质具有多种生物学特性，如抗癌、抗炎、抗氧化、抗衰老等。
3.植物生长素类物质：植物生长素是一种重要的植物生长调节剂。
研究表明，植物生长素可延缓植物衰老，并促进植物生长。
在人类领域中，植物生长素也被广泛研究用于抗衰老化妆品、药物等领域。
4.类黄酮类物质：类黄酮是一类天然化合物，常见于植物中。
研究表明，类黄酮类物质可抑制植物的发生和进展；对植物细胞增殖、衰老等有明显的影响。
总之，植物生长衰老是一个复杂的生物学过程，其中涉及到植物基因、代谢和环境等多种因素。
高级植物生理学01植物衰老
植物衰老一、植物衰老植物衰老是植物生命科学研究领域的核心问题之一。
无论是在器官水平上还是在个体水平上，衰老都是一个高度有序的被调控的过程。
植物叶片衰老是一种程序性的细胞死亡(Programmed cell death , PCD)，是叶片发育的最终阶段。
它除了代表生命周期的终结之外,在发育生物学上也有着重要的意义。
在这段时期内，植物在成熟叶片中积累的物质，将被分解并运送至植物其他生长旺盛的部位。
叶片衰老是一种受遗传和外界因子(如日照、病害、遮荫、高温、干旱和水涝等逆境) 影响的高度程序化过程(Thomashe Stoddarj，1982)。
对于产生种子的作物，包括绝大多数农作物,衰老引起的叶片同化功能的减退极大程度地限制了作物产量潜力的发挥；对蔬菜作物亦会造成采后损失，叶片和根系早衰是造成结实率偏低、空秕率较高的现象的主要原因，水稻品种存在理论上推算水稻如果推迟1天衰老，可是水稻增产2％左右。
二、植物叶片衰老的指标最明显的外观标志是叶色由绿变黄、脱落，而在细胞水平上表现为叶绿素含量下降，蛋白质含量下降，光合磷酸化能力降低，膜脂过氧化加剧，游离氨基酸积累，腐胺含量上升而精胺含量下降，细胞分裂素含量下降，脱落酸含量上升,多种酶活性改变等等。
许多大分子物质如蛋白质、膜脂、RNA等降解形成的N素等营养物质被转运至幼嫩的叶片、发育中的种子，加以重新利用和储存。
叶片衰老最明显的表现就是叶绿素逐渐消失，并伴随着黄化以及叶片的最终脱落（Leshem，1981）。
叶绿素a比叶绿素b下降得快，叶绿素含量以及叶绿素a/b 比值可作为衰老的1个指标。
聂先舟等（1989）报道水稻离体叶片随着离体天数的增加，叶绿素含量下降，衰老加深。
从衰老过程中叶绿体超微结构的变化也可以看出叶绿体随年龄而逐渐解体。
因而有人提出叶绿素分解是衰老的原发过程及衰老的真正标志。
随着小麦叶片的衰老，叶绿素的破坏加强，且叶绿素a破坏率高于叶绿素b，衰老过程中积累的超氧阴离子(O-2)能直接引发叶绿素的破坏及特异性地破坏叶绿素a，致使叶绿素分解破坏和叶绿素a/b值下降。
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• 核酸含量下降 在叶片衰老时，RNA总量下降，其中rRNA 减少最明显，DNA含量也下降，但下降速 率小于RNA。核酸含量的下降趋势与蛋白 质的一致。
• 内源激素变化 在植物衰老过程中，植物内源激素有明显 变化。研究发现，五大类植物激素都与植 物衰老密切相关。一般情况下，IAA、GA、 CTA可抑制衰老，在植物衰老过程中含量 逐步下降；而ABA、茉莉酸，特别是乙烯 对衰老有促进作用，其含量随衰老的进行 而逐渐上升。油菜素内 酯和多胺类物质中 腐胺、精胺、亚精胺等可抑制衰老。
3.水分 在环境因素中，极端水分供应是许多生态 系统中影响植物生命的主要因素。土壤水 分过多时渍水或土壤水分不足导致的干旱 均能明显增加植物内源乙烯含量，加速叶 片衰老。
4.矿质营养 氮肥不足，叶片易衰老；增施氮肥，能延 缓叶片衰老。钙离子能延缓植物衰老。银 离子能延缓水稻叶片的衰老。Ni离子和Co 离子则有抑制植物体内合成乙烯和ABA的 作用。
5.气体 主要是氧气和二氧化碳两种气体。
植物自身对衰老的调控 1.植物生长调节物质调控植物叶片衰老 （1）细胞分裂素（CTK）调控植物叶片衰老 细胞分裂素(CTK)调控植物叶片衰老。CTK 在植物衰老代谢的过程中其含量一般处于 下降趋势，外源CTK的引入可以抑制植物 的衰老，减缓脂质过氧化的作用。
（2）乙烯和乙烯抑制剂调控植物叶片衰老 乙烯是人们所公认的果实成熟衰老激素。乙 烯是结构最简单的植物激素，植物对它非 常敏感。植物叶片衰老过程中产生了非常 复杂的生理变化，乙烯是通过对代谢的直 接或间接调节在植物衰老中起主要作用。 乙烯能明显加速植物的衰老，增加乙烯的 浓度，则促进衰老的发生；解除或者抑制 植物组织本身释放的乙烯，能够延缓植物 组织的衰老；乙烯抑制剂能抑制乙烯的形 成和作用，从而延缓植物离体叶片衰老过 程中植物激素与活性氧的代谢。
（2）日照长度与叶片衰老 日照长度影响植物激素GA和ABA的合成， 因而影响器官的衰老。长日照促进GA合成， 利于生长；短日照促进ABA合成，利于脱 落，加速衰老。 （3）光强与叶片衰老 光强对植物衰老的影响不同。适度光照能 延缓多种作物叶片的衰老，而强光会加速 衰老。
2.温度 低温和高温都会加速叶片衰老。高温能加 速叶片衰老，使植物叶片遭受到不可逆损 伤，叶绿体结构破坏，叶绿素降解加速， 与合成叶绿素有关的阻力加大，气孔开度 变小，而二氧化碳进入叶片的阻力以也增 大。低温使细胞完整性丧失，质膜和线粒 体破坏，ATP含量减少，通过影响生理代谢 而加快衰老进程，如光合作用下降，光和 色素下降。
（3）生长素调控植物叶片衰老 最常见的生长素是IAA，大量研究表明IAA 能够延缓植物组织的衰老。IAA在植物叶片 的发育过程中是不断增长的，但在衰老的 植物组织中含量呈下降趋势，IAA对植物组 织衰老的调控关系比较复杂，影响因素很 多，还有待深入研究。
（4）赤霉素调控植物叶片衰老 赤霉素（GA）对植物衰老的调节作用，Lei 等（19A的丧失。 （5）脱落酸调控植物叶片衰老 脱落酸（ABA）是叶片衰老的内在促进剂。
叶片衰老的调控
叶片衰老的生理生化
叶片衰老的分子生物学基础
叶片衰老的生理生化变化
光合能力和呼吸速率下降 活性氧、自由基代谢 叶绿素含量下降 蛋白质含量下降 核酸含量下降 内源激素变化 可溶性糖含量变化
• 光合能力和呼吸速率下降 叶片衰老中光合能力下降是衰老叶片的 一大特征。一方面可能是因为植物衰老 后，根系吸水能力减弱，体内相对含水 量减少，水势下降，导致气孔关闭，阻 碍CO2进衰老入叶肉细胞，而使光合作 用降低；另一方面，衰老引起的非气孔 因素亦是降低光合作用的重要原因。 一般器官衰老时，由于线粒体体积变小， 内膜褶皱，线粒体数目减少，使呼吸速 率下降。但下降速度比光合作用慢。
• 蛋白质含量下降 蛋白质降解是叶片衰老的基本特征之一。 蛋白质在植物成熟组织中是出于相对恒定 的周转中，细胞组织的稳定状态是由一种 合成和分解的平衡系统所维持。但随着植 物叶片的衰老，这种平衡被打破，表现为 蛋白质的降解，并且降解的蛋白质主要是 可溶性蛋白质中的部分I蛋白，也就是RuBP 羧化酶。
• 活性氧、自由基代谢 叶片衰老的过程是体内活性氧、自由基 代谢失调的累积过程，同时细胞内存在清 除这些活性氧的多种途径。植物的抗氧化 作用是植物自身适应性调节的一个重要的 方面，SOD、CAT、POD等是活性氧清 除酶系统的重要保护酶。
• 叶绿素含量下降 叶绿素的降解是叶片衰老过程中最明显的 特点，从外观上看，叶片由绿变黄，这就 是经常用叶绿素含量作为叶片衰老指标的 原因。叶绿素含量下降得快则表明衰老的 进程快，衰老程度加深。
衰老---有序的主动过程
衰老是由内源因子调控的、主动的、程序化 的与自然思维有关的事件。
老化---无序的被动过程
老化是一个主要受外源因子影响的、被动的、非 程序化控制的衰退过程。
叶片是植物利用光能、合成有机化合物的重要 场所，在植物生长发育过程中起重要作用。
叶片的衰老是一个极为复杂的生理生化过程，多 年来人们对于叶片衰老的调控机制开展了大量的 研究，以期在理论上揭示叶片衰老的生理生化机 制。在农业生产实践中有目的地对叶片衰老进行 调控，以提高农作物的产量或延长农产品的贮藏 期。如延缓观叶植物的叶片衰老以提高其观赏价 值；粮食作物在收获前如能延迟衰老几天，其产 量和品质会大大提高等。
• 可溶性糖含量变化 可溶性糖是光合作用的直接产物，也是植 物体内多糖、蛋白质、脂肪等大分子化合 物合成的物质基础。
叶片衰老的调控
环境因子对衰老的调控
植物自身对衰老的调控
环境因子对衰老的调控 1.光照 （1）光质与叶片衰老 光质对衰老的影响有所不同。红光可阻止 叶绿素和蛋白质的降解，延缓叶片衰老。 蓝光处理可延缓叶片叶绿素和蛋白质含量 的降低，促进气孔的开放，维持SDO活性 在较高水平，延缓了质膜相对透性的增大， 从而延缓绿豆幼苗离体叶片的衰老。