不同光质对植物生长发育的影响,马铃薯对红蓝光的响应

参与调控的生 理过程
见附表
经典文献
M. G. HOLMES,H. SMITH.The function of phytochrome in plants growing in the natural environment.Nature,1975, 254:512 - 514 Margaret Ahmad, Jose A. Jarillo, Olga Smirnova,Anthony R. Cryptochrome blue-light photoreceptors of Arabidopsis implicated in phototropism.Nature ,1998,392:720-723.
• 3光敏色素吸光特性
RED LIGHT(660nm) Pr FAR RED LIGHT(730nm) Physiological activity
Pfr
Deactivation
Phy 是植物体本身合成的一种 调节生长发育的色蛋白。由蛋 白质及生色团2部分组成，后 者是4个吡咯分子连接成直链
隐花色素吸光特性
• 2 植物的光受体
• 光受体 光敏色素
光敏色素(Phy) phytochrome 隐花色素(Cry) cryptochrome
吸光特性 RL (620-700nm) FRL (700-800nm) BL (380-500nm) UV-A（320-380nm）
家族成员 PhyA,PhyB,PhyC, PhyD,PhyE... cry1,cry2......
姓名：张晓勇 专业：作物栽培学与耕作学 学号：112014326001786 导师：王季春（教授） 唐道彬（副研究员）
W R
B
R/B3：1
一 背景知识
1 叶绿体对光吸收特性 • 光合有效辐射(Photosynthetieally Active Radiationor，PAR)：波长范 围为400~700nm的光直接影响植物的 光合作用,称之为光合有效辐射。 • 对植物的形态建成而言,从紫外线到 800nm波长范围的光都有作用。尤其 是紫外线(波长<380nm),蓝光 (400~500nm),红光(600~700nm)及远 红光(700~80Onm)。光对植物生长发 育特性的影响比较重要。
红光处理显著提高马铃薯糖苷生物碱积累
王旺田，张金文，王蒂.光质与马铃薯块茎细胞信号分子和糖苷生物碱积累的关系 .作物学 报 .2010, 36(4): 629−635
研究表明，在黄化幼苗生长的抑制中主要是Phy A介导的连续FR 起作用, 而在已转绿的植物茎的生长抑制中主要是Phy B 介导的 连续RL在起作用.
（3）光敏色素与开花
（4）光敏色素与块茎形成
Stephen D. Jackson..Multiple Signaling Pathways Control Tuber Induction in Potato.Plant Physiology January, 1999: 1–8.
Ewing EE (1995) .The role of hormones in potato (Solanum tuberosum L.) tuberization. In PJ Davies, ed,Plant Hormones and Their role in Plant Growth and Development. Martinus Nijhoff, Dordrecht, The Netherlands, pp 698 –724
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（6）蓝光受体介调控的其他生命过程 促进叶绿素合成 促进光合产物向贮藏器官转运 促进气孔生成，扩大气孔开度 控制内源IAA和GA合成 向光弯曲 小叶和叶绿体运动 促进植株发育，以至于植株早衰
Thank You for Your Attention
• （3） 参与调节幼苗根系生长 cry1 突变体幼苗根的伸长减少；而过量表达的幼苗显示了明显的根的伸长 。但cry2 突变 体 在 根 的 的 伸 长 生 长 上 与 cry1 相拮抗。
Canamero R.C.et al, 2006, Cryptochrome photore-ceptors cry1 and cry2 antagonistically regulate primary root elongation in Arabidopsis thaliana, Planta, 224(5): 995-1003
（2）光敏色素与植株生长 避阴反应（Shade escape）:当环境中RL/FRL比值减小，被子植 物节间和叶柄伸长速度加快，叶片面积和厚度减小，顶端优势 加强等反应。
RL
Pr FRL Pfr
ATHB2
+
避阴
Paul F. Devlin, Paul R.H. Robson, Samita R. Patel,Phytochrome D Acts in the Shade-Avoidance Syndrome in Arabidopsis by Controlling Elongation Growth and Flowering Time,Plant Physiology, March 1999, 119：909–915.
光敏色素 参与调控的 生理过程
1.种子萌发 2.弯钩张开 3.节间延长 4.根原基起始 5.叶分化和扩大
6.小叶运动 11.光周期 16.叶脱落 7.膜透性 12.花诱导 17.块茎形成 8.向光敏感性 13.子叶张开 18.性别表现 9.花色素形成 14.肉质化 19.叶片张开（单） 10.质体形成 15.偏上性 20.节律现象
UVR8 Protein
Luca Rizzini, Jean-Jacques Favory,Catherine Cloix， 花色素苷积累、类 黄酮合成、抗病性、 et al.Perception of UV-B by the Arabidopsis UVR8 Protein.Science, 2011,332:103-106. 抗逆、质膜修复
Quail P H, Boylan M T, Parks B M, Short T W, Xu Y, Wagner D. Phytochromes: photosensory perception and siginal Science, 1995, 268: 675−680 transduction.
· （2） CRY 参与介导蓝光依赖的气孔开放
Mao J., Zhang Y.C., Sang Y., Li Q.H., and Yang H.Q., 2005, Arole for Arabidopsis cryptochromes and COP1 in the regulation of stomatal opening, Proc. Natl. Acad. Sci., USA , 102(34): 12270-12275
dark space
solar
Psy： underexpressor
Psy： overexpressor
Effect of continuous FR on apical development of wt and transgenic potato sprouts. Potato sprouts were germinated in darkness and transferred to continuous FR when the sprouts penetrated the Quail soil.P H, Boylan M T, Parks B M, Short T W, Xu Y, Wagner D. Phytochromes: photosensory perception and sigi nal transduction. Science, 1995, 268: 675−680
向光反应、抑茎秆 伸长、促气孔开放、 花色素苷积累、叶 绿体运动、叶绿素 合成，光形态建成， 光周期。等 向光反应
向光蛋白(NPH1) phototropin UV-B受体 UV-B receptor
BL (380-500nm) UV-A（320-380nm） UV-b（280-320nm）
photl1,photl 2
Shimamoto K, Prat S. Control of flowering and storage organ formation in potato by FLOWERING LOCUS T. Nature, 2011, 478: 119-122.
பைடு நூலகம்
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（5）其他红光诱导作用： 种子萌发 小叶运动 叶脱落 膜透性 性别表现 花色素形成 叶片张开（单） 质体形成 偏上性生长 S: 淀粉粒 GL: 基粒片层 SL: 基质片层 P: 嗜锇颗粒 红光促进叶片中淀粉体形成，不利于 光合产物向贮藏器官转化
总结：红光和长日照处理不利于块茎形成，PhyA和PhyB参与了块茎的诱导过程，高水平的Phy -FR是 限制块茎形成的主要因素。 研究证实，在叶片中合成后向下传导的成薯素与开花所需的成花素同属于FT 蛋白家族，可 以通过长距离运输来诱导马铃薯块茎形成.Navarro C, Abelenda J A, Cruz-Oro E, Cuellar C A, Tamaki S, Silva J,
（4）.参与植物开花光周期调控 有研究表明cry1和cry2都可以促进开花，且cry2在开花调控作用上与Phy B 有拮抗作用。
Mockler T.C., Guo H., Yang H., Duong H., and Lin C., 1999,Antagonistic actions of Arabidopsis cryptochromes and phytochrome B in the regulation of floral induction,Development,126(10): 2073-2082
Aziz Sancar.Structure and Function of DNAPhotolyase and Cryptochrome Blue-Light Photoreceptors.Chemical reviews, 2003 .2203-2235.
光敏色素参与植物发育调控举例
（1）光敏色素与光形态建成
John M. Christie, Philippe Reymond, Gary K. Powell,et al.Arabidopsis NPH1: A Flavoprotein with the Properties of a Photoreceptor for Phototropism.Science,1998,Vol 5394(282):1698-1701
隐花色素（Cry）参与调控的生理过程举例： · （1） 参与幼苗去黄化过程
弱光下，CRY1 和CRY2 都对蓝光介导的下胚轴伸长抑制和子叶张开起作用。
hy4 突变体即 cry1 突变体
Lin C., et al, 1995, Association of flavin adenine dinucleotide with the Arabidopsis blue light receptor CRY1, S cience, 269(5226): 968-970.