光的形态建成
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第九章 光形态建成
第九章 光形态建成 photomorphogenesis
本章主要内容
第一节 光敏色素的发现和分布 第二节 光敏色素的化学性质和光化学转换 第三节 光敏色素的生理作用和反应类型 第四节 光敏色素的作用机理 第五节 蓝光和近紫外光反应
教学目标
1 了解光敏色素的发现和蓝光和近紫外光反应 2 掌握光敏色素的化学性质和光敏色素的作用 机理（重点） 3 了解光敏色素的生理作用
重点和难点
1.光敏色素的化学性质 2.光敏色素的作用机理
影响植物生长发育的自然因素有：光、温度、 水分、空气、矿物质、重力等，其中光是最重要 的因素之一。 光对植物的影响主要有两个方面：
①绿色植物的光合作用的必需条件； ②调节植物的生长、发育和分化即光形态建成。
光形态建成（photomorphogenesis）：依赖
光形态建成
光作为信号激发受体，推 动系列反应引起形态变化
②光对代谢活动的影响 光对形态变化的影响
③要求光能较高
要求光能较低
④光的受体是叶绿体色素 光的受体是光敏色素、隐花 色素、向光素和UV-B受体
光受体：
目前已知至少存在3种光受体： ⒈光敏色素 : 感受红光及远红光区域的光。 ⒉隐花色素 : 感受蓝光和近紫外光区域的光。 ⒊UV-B受体: 感受紫外光B 区域的光。
紫外光（ultraviolet，UV）是阳光的一部分。 据其波长的不同可分为：
紫外光-A（UV-A，330～390nm） 紫外-B（光UV-B，280～330nm） 紫外光-C（ UV-C，小于280nm）
近紫外光：波长长于300nm的紫外光
P.206
第一节 光敏色素的发现和分布
一、光敏色素的发现 二、光敏色素的分布
Ptot=Pr＋Pfr
Φ=[Pfr]/[Ptot]
P.210
第三节 光敏色素的生理作用和反应类型 （一）光敏色素的作用
光敏色素对植物种子萌发、营养生长、植物运 动等过程的调控以及对植物开花的诱导作用，将 在以后的相关章节详细讨论。
运到胞质与 蛋白装配
脱辅基蛋白
质体
光敏色素 全蛋白
图9-6 光敏色素生色团与脱辅基蛋白的合成与装配
光敏色素的两种分子状态： Pr：红光吸收型。为不活化型，稳定； Pfr：远红光吸收型。为活化型，不稳定。
红光（660nm）
Pr
Pfr
远红光（730nm）
二、光敏色素的基因和分子多型性
光敏色素的蛋白质部分是多基因家族。在拟南芥 中已确定了5个基因，分别是PHYA－E。
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。即光控制发 育的过程。
暗形态建成（skotomorphogenesis）：暗中生长的 植物表现出各种黄化特征的现象。
或 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。
PHYA、PHYB、PHYC、PHYD和PHYE基因分别编码不 同的脱辅基蛋白，最终形成不同类型的光敏色素，但 它们的发色团结构相同。
P.210
三、光敏色素的光化学转换
1.光稳定平衡
在活体中，光敏色素的总数（即Pr＋Pfr）是一 定的。两种分子状态的光敏色素在活体中必然存在 一个平衡。
光稳定平衡（photostationary equilibrium Φ）：在一定波长下，具有生理活性的Pfr浓度占光 敏色素总浓度的比值（Φ）。
一、光敏色素的发现
1、莴苣种子萌发试验（1952） 红光促进种子发芽，而远红光逆转这个过
程。而且莴苣种子萌发百分率的高低以最后 一次曝光波长为准，在红光下萌发率高，在 远红光下，萌发率低。
2、黄化玉米幼苗的吸收光谱试验 1959年Butler等用双波长分光光度计测定黄化玉
米和芜菁子叶的吸收光谱时发现：
P.208
上述结果说明：这种红光-远红光可逆反 应的光受体可能是具有两种存在形式的单一色 素。
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。
图9-3 红光和远红光对莴苣种子萌发的影响
光处理 萌发率（%）
R
70
R－FR
6
wenku.baidu.com
R－FR－R 74
光处理
R萌－发FR率－（R%－）FR
材料用红光处理后对红光的吸收减少，对远红光 的吸收增大；
相反，用远红光处理后则对红光的吸收增多，对
远红光的吸收减少。 （图9-3）
P.207
用红光—远红光交替照射，以上变化可进行多 次逆转。
由此判断：植物体内可能存在吸收红光/ 远红 光并进行可逆转换的光受体。
之后成功地分离出该受体，为色素蛋白复合物， 称为光敏色素（phytochrome）。
6
R－FR－R－FR－R
76
R－FR－R－FR－R－FR 7
黑暗
红光
远红光
（二）光敏色素的分布
广泛分布于植物的各个器官中。其中以分生组 织（茎尖、根尖生长点）含量较高。黄化幼苗比绿 色幼苗含量高得多高20-100倍。禾本科植物的胚芽 鞘尖端，黄化豌豆幼苗的弯钩，各种植物的分生组 织和根尖等部分的光敏色素含量较多。
失活型)和远红光吸收型(Pfr，吸收高峰在730nm，生 理激活型)。 （图9-4） ⒋ Pr和 Pfr在不同光谱下可以相互转换。（图9-5）
吸收红光后
Pr 吸收远红光后 Pfr
图 9-4 光敏色素生色团的可能结构以及与脱辅基蛋白 的连接
图9-5 光敏色素的吸收光谱
细胞核
生色团是在黑暗条件下、质 体中合成类似叶绿素前身
在细胞中主要分布在膜系统、细胞质和细胞核中。
第二节 光敏色素的化学性质 和光化学转换
一、光敏色素的化学性质 二、光敏色素基因和分子多型性 三、光敏色素的光化学转换
一、光敏色素的化学性质
⒈是一种易溶于水的色素蛋白，相对分子量为2.5×105 ⒉是由2个亚基组成的二聚体，生色团和脱辅基蛋白。 ⒊有两种类型：红光吸收型(Pr,吸收高峰在660nm,生理
在光形态建成过程中，光只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。
A.光下生长的玉米
B.暗处生长的玉米
C.光下生长的菜豆
去黄化：茎 伸长减慢、 弯钩伸展、 合成叶绿素
D.暗处生长的菜豆
图9-2 光对植物形态的影响
光合作用与光形态建成的重要区别
光合作用
①光能转化为化学 能贮藏在有机物中
第九章 光形态建成 photomorphogenesis
本章主要内容
第一节 光敏色素的发现和分布 第二节 光敏色素的化学性质和光化学转换 第三节 光敏色素的生理作用和反应类型 第四节 光敏色素的作用机理 第五节 蓝光和近紫外光反应
教学目标
1 了解光敏色素的发现和蓝光和近紫外光反应 2 掌握光敏色素的化学性质和光敏色素的作用 机理（重点） 3 了解光敏色素的生理作用
重点和难点
1.光敏色素的化学性质 2.光敏色素的作用机理
影响植物生长发育的自然因素有：光、温度、 水分、空气、矿物质、重力等，其中光是最重要 的因素之一。 光对植物的影响主要有两个方面：
①绿色植物的光合作用的必需条件； ②调节植物的生长、发育和分化即光形态建成。
光形态建成（photomorphogenesis）：依赖
光形态建成
光作为信号激发受体，推 动系列反应引起形态变化
②光对代谢活动的影响 光对形态变化的影响
③要求光能较高
要求光能较低
④光的受体是叶绿体色素 光的受体是光敏色素、隐花 色素、向光素和UV-B受体
光受体：
目前已知至少存在3种光受体： ⒈光敏色素 : 感受红光及远红光区域的光。 ⒉隐花色素 : 感受蓝光和近紫外光区域的光。 ⒊UV-B受体: 感受紫外光B 区域的光。
紫外光（ultraviolet，UV）是阳光的一部分。 据其波长的不同可分为：
紫外光-A（UV-A，330～390nm） 紫外-B（光UV-B，280～330nm） 紫外光-C（ UV-C，小于280nm）
近紫外光：波长长于300nm的紫外光
P.206
第一节 光敏色素的发现和分布
一、光敏色素的发现 二、光敏色素的分布
Ptot=Pr＋Pfr
Φ=[Pfr]/[Ptot]
P.210
第三节 光敏色素的生理作用和反应类型 （一）光敏色素的作用
光敏色素对植物种子萌发、营养生长、植物运 动等过程的调控以及对植物开花的诱导作用，将 在以后的相关章节详细讨论。
运到胞质与 蛋白装配
脱辅基蛋白
质体
光敏色素 全蛋白
图9-6 光敏色素生色团与脱辅基蛋白的合成与装配
光敏色素的两种分子状态： Pr：红光吸收型。为不活化型，稳定； Pfr：远红光吸收型。为活化型，不稳定。
红光（660nm）
Pr
Pfr
远红光（730nm）
二、光敏色素的基因和分子多型性
光敏色素的蛋白质部分是多基因家族。在拟南芥 中已确定了5个基因，分别是PHYA－E。
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。即光控制发 育的过程。
暗形态建成（skotomorphogenesis）：暗中生长的 植物表现出各种黄化特征的现象。
或 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。
PHYA、PHYB、PHYC、PHYD和PHYE基因分别编码不 同的脱辅基蛋白，最终形成不同类型的光敏色素，但 它们的发色团结构相同。
P.210
三、光敏色素的光化学转换
1.光稳定平衡
在活体中，光敏色素的总数（即Pr＋Pfr）是一 定的。两种分子状态的光敏色素在活体中必然存在 一个平衡。
光稳定平衡（photostationary equilibrium Φ）：在一定波长下，具有生理活性的Pfr浓度占光 敏色素总浓度的比值（Φ）。
一、光敏色素的发现
1、莴苣种子萌发试验（1952） 红光促进种子发芽，而远红光逆转这个过
程。而且莴苣种子萌发百分率的高低以最后 一次曝光波长为准，在红光下萌发率高，在 远红光下，萌发率低。
2、黄化玉米幼苗的吸收光谱试验 1959年Butler等用双波长分光光度计测定黄化玉
米和芜菁子叶的吸收光谱时发现：
P.208
上述结果说明：这种红光-远红光可逆反 应的光受体可能是具有两种存在形式的单一色 素。
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。
图9-3 红光和远红光对莴苣种子萌发的影响
光处理 萌发率（%）
R
70
R－FR
6
wenku.baidu.com
R－FR－R 74
光处理
R萌－发FR率－（R%－）FR
材料用红光处理后对红光的吸收减少，对远红光 的吸收增大；
相反，用远红光处理后则对红光的吸收增多，对
远红光的吸收减少。 （图9-3）
P.207
用红光—远红光交替照射，以上变化可进行多 次逆转。
由此判断：植物体内可能存在吸收红光/ 远红 光并进行可逆转换的光受体。
之后成功地分离出该受体，为色素蛋白复合物， 称为光敏色素（phytochrome）。
6
R－FR－R－FR－R
76
R－FR－R－FR－R－FR 7
黑暗
红光
远红光
（二）光敏色素的分布
广泛分布于植物的各个器官中。其中以分生组 织（茎尖、根尖生长点）含量较高。黄化幼苗比绿 色幼苗含量高得多高20-100倍。禾本科植物的胚芽 鞘尖端，黄化豌豆幼苗的弯钩，各种植物的分生组 织和根尖等部分的光敏色素含量较多。
失活型)和远红光吸收型(Pfr，吸收高峰在730nm，生 理激活型)。 （图9-4） ⒋ Pr和 Pfr在不同光谱下可以相互转换。（图9-5）
吸收红光后
Pr 吸收远红光后 Pfr
图 9-4 光敏色素生色团的可能结构以及与脱辅基蛋白 的连接
图9-5 光敏色素的吸收光谱
细胞核
生色团是在黑暗条件下、质 体中合成类似叶绿素前身
在细胞中主要分布在膜系统、细胞质和细胞核中。
第二节 光敏色素的化学性质 和光化学转换
一、光敏色素的化学性质 二、光敏色素基因和分子多型性 三、光敏色素的光化学转换
一、光敏色素的化学性质
⒈是一种易溶于水的色素蛋白，相对分子量为2.5×105 ⒉是由2个亚基组成的二聚体，生色团和脱辅基蛋白。 ⒊有两种类型：红光吸收型(Pr,吸收高峰在660nm,生理
在光形态建成过程中，光只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。
A.光下生长的玉米
B.暗处生长的玉米
C.光下生长的菜豆
去黄化：茎 伸长减慢、 弯钩伸展、 合成叶绿素
D.暗处生长的菜豆
图9-2 光对植物形态的影响
光合作用与光形态建成的重要区别
光合作用
①光能转化为化学 能贮藏在有机物中