高中生物竞赛复习课件植物生理——第八章-植物的生长生理1

Pr
吸收红光后 吸收远红光后
Pfr
⒌在Pr和 Pfr相互转换时，生色团吸光后，构象发生变化， 然后带动脱辅基蛋白构象变化。
光敏色素的吸收光谱
光敏色素生色团与脱辅基蛋白的合成与装配
二、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。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。 光敏色素蛋白质有不同的功能区域，N末 端是与生色团连接的区域，与光敏色素的光化 学特性有关。C末端与信号转导有关，两个蛋 白质单体的相互连接也发生在C 端。
1. 光敏素的种类 光不稳定型（Ⅰ型）：主存在黄化苗中 光稳定型（Ⅱ型）：主存在绿色组织中 2. 编码光敏素的基因 拟南芥为例

PHYA PHYB PHYC PHYD PHYE
三、光敏色素的光化学转换 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。
⒖偏上性
片展开 ⒛节律现象
二、光敏色素和植物激素 植物的光形态建成是由体内和体外的多因子决定 的。光照是最重要的体外调节因子，而植物激素可能 是最重要的体内调节因子。植物激素在光形态建成中 的作用，有时是中间调节物质，有时与光协同起作用。 ⒈红光处理可使植物体内自由IAA 含量减少。 ⒉光敏色素可能调节GA的生物合成或影响植物对GA 的敏感性。 ⒊红光刺激CTK含量提高。 ⒋红光抑制Eth生物合成，远红光促进Eth生物合成。 ⒌红光对ABA含量的影响研究不多。
光敏色素的吸收光谱
前体
合成
Pr
660nm 730nm
Pfr
[X]
Pfr·X
生理反应
暗逆转
破坏
Pr与Pfr转变过程中，包括光反应和黑暗 反应。光化学反应局限于生色团，黑暗反应只 有在含水条件下才能发生。 所以干燥种子没有光敏色素反应，而用水 浸泡过的种子有光敏色素反应。
第三节 光敏色素的生理作用 和反应类型
2、黄化玉米幼苗的吸收光谱试验（1959） ⒜幼苗经红光处理后，红光区域吸收减 少，远红光区域吸收增多；⒝如果用远红光 处理，则红光区域吸收增多，远红光区域吸 收消失。⒞红光和远红光轮流照射后，这种 吸收光谱可多次地可逆变化。 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。
⒉低辐照度反应（ low influence response, LFR）。 可被1~1000umol/m2的光诱导。 典型的红光---------远红光可逆反应。 在未达到光饱和时，遵守反比定律。 叶绿体运动 莴苣种子萌发
⒊高辐照度反应（high irradiance response, HIR）。 被持续强光诱导，光照时间越长，反应程度愈大。 不遵守反比定律。 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
光敏色素的吸收光谱
隐花色素又叫蓝光受体或蓝光/近紫外光受体 一、紫外光组成
UV-A(320~400nm)：可穿过大气层到达地面
UV UV-B(280~320nm)：臭氧层变薄可使到达地面量增加 UV-C(200~280nm): 被臭氧层吸收，不能到达地面
第五节 隐花色素
二、蓝光/近紫外光反应
藻类、真菌、蕨类和种子植物都有蓝光反应。 高等植物受蓝光/近紫外光调节的反应主要有向光性， 抑制幼茎伸长，刺激气孔张开和调节基因表达等。 蓝光反应的作用光谱特征：在400~500nm区域内呈 “三指”状态,这是区别蓝光反应与其他光反应的标准. 蓝 光受体可能是核黄素和类胡萝卜素。
第六节 紫外光-B受体
紫外光-B 对植物的整个生长发育和代 谢都有影响。植株矮化，叶面积减小，干 物质积累下降。燕麦芽鞘向光性最有效的 光是蓝光，而红光则无效。 因为紫外光-B 引起气孔关闭，叶绿体 结构破坏，叶绿素及类胡萝卜素含量下降， 继而反应下降，光系统Ⅱ电子传递受影响。 紫外光-B 可引起类黄酮、花色素苷等 色素合成增加（抗紫外光色素），是一种 保护反应。
三、光敏色素调节的反应类型 根据对光量的需求，可将光敏色素反应分为3种类型。 ⒈极低辐照度反应（very low influence response,VLFR）。 可被1~100nmol/m2的光诱导，在值仅为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。 遵守反比定律，即反应的程度与光照强度和光 照时间的乘积成正比。 红光反应不能被远红光逆转（由于远红光使 97%的Pfr正常地转化为Pr，仍保留3%的Pfr)。 刺激燕麦芽鞘伸长但抑制中胚轴生长 刺激拟南芥种子萌发.
光敏色素的吸收光谱
光敏色素的吸收光谱
二、基因调节假说 认为光敏色素对光形态建成的作用，是通过调节基因 表达来实现的。一般认为光敏色素调控的长期反应（慢反 应）与基因表达有关。 慢反应是指光量子通过光敏色素调节生长发育的速度， 包括酶诱导和蛋白质合成，反应缓慢，以小时和天数计。 如Rubisco小亚基、叶绿素a/b脱辅基蛋白、RNA聚 合酶和硝酸还原酶等的合成。 基因的活化或抑制是以被束缚于基因启动子区的顺式 作用元件的转录因子为中介，通过Ca2+、钙调素和G蛋白 等信号与光敏色素作用相连，最终产生光形态建成的变化。
二、光敏色素的分布 光敏色素分布在植物各个器官中，黄化幼苗的光敏色 素含量比绿色幼苗高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。 一般来说，蛋白质丰富的分生组织中含有较多的光 敏色素。 细胞中，光敏色素分布在膜系统，胞质溶胶和细胞 核等部位。
一、光敏色素的生理作用 二、光敏色素和植物激素 三、光敏色素调节的反应类型
一、光敏色素的生理作用 光敏色素的生理作用甚为广泛，它影响植 物一生的形态建成，从种子萌发到开花、结果 及衰老。 高等植物中一些由光敏色素控制的反应
⒈种子萌发 ⒍小叶运动 ⒉弯钩张开 ⒎膜透性 ⒊节间延长 ⒏向光敏感性 ⒋根原基起始 ⒐花色素形成 叶 ⒌叶分化和扩大 ⒑肉质形成 ⒒ 光周期 ⒗叶脱落 ⒓ 化诱导 ⒘ 块茎形成 ⒔ 子叶张开 ⒙性别表现 ⒕肉质花 ⒚单子叶植物
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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
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
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。
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
光处理 萌发率（%） 光处理 萌发率（%）
R R-FR R-FR-R
70 6 74
R -FR-R-FR 6 R -FR-R-FR -R 76 R -FR-R-FR -R –FR 7
ห้องสมุดไป่ตู้
黑暗
红光
远红光
图9-2莴苣种子在黑暗、红光和远红光下萌发情况
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，每个亚基有两个组成部分： 生色团（具有独特的吸光特性）和脱辅基蛋白。 ⒊有两种类型：红光吸收型(Pr,吸收高峰在660nm,生理失 活型)和远红光吸收型(Pfr，吸收高峰在730nm，生理激 活型). ⒋ Pr和 Pfr在不同光谱下可以相互转换。
第四节 光敏色素的作用机理
膜假说和基因调节假说
一、膜假说 认为光敏色素能改变细胞中一种或多种膜的特性或功 能，从而引发一系列的反应。显然光敏色素调控的快速反 应都与膜性质的变化有关。 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。 如含羞草、合欢叶片运动、转板藻叶绿体运动和棚田 效应。 棚田效应指离体绿豆根尖在红光下诱导膜产生少量正 电荷，所以能粘附在带负电荷的玻璃表面，而远红光照射 则逆转这种粘附现象。
第九章 光形态建成
图9-1 白芥幼苗在光下和黑暗中生长情况
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
光敏色素的发现和分布 光敏色素的化学性质合光化学转换 光敏色素的生理作用和反应类型 光敏色素的作用机理 隐花色素 紫外光-B受体
定义： 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。即光控制发育的过程。 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。 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。