高级植生092.ppt

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1、一、植物激素研究现状一、植物激素研究现状（一）研究方法上的重大突破（一）研究方法上的重大突破1 1研究方法日趋精细、准确和快速研究方法日趋精细、准确和快速2 2分子生物学方法的导入分子生物学方法的导入3 3单单-细胞、原生质体及突变体的利用细胞、原生质体及突变体的利用（二）生物合成途径研究的新进展二）生物合成途径研究的新进展（三）植物激素作用机理的深入探讨（三）植物激素作用机理的深入探讨 （二）生物合成途径研究的新进展（二）生物合成途径研究的新进展 简明植物激素合成途径及其调节，简明植物激素合成途径及其调节，是激素研究中的一个是激素研究中的一个基本问题基本问题。目前目前研究的重心研究的重心 已

2、从激素等生长物质本身已从激素等生长物质本身 转为转为通过激素合成与代谢等内在机理通过激素合成与代谢等内在机理 去控制植物生长与发育，去控制植物生长与发育，即即通过调控内源激素水平，通过调控内源激素水平，进而去调控植物生长发育，进而去调控植物生长发育，以期在理论及农林生产上以期在理论及农林生产上 做出更大贡献。做出更大贡献。第十四届国际植物生长物质会议第十四届国际植物生长物质会议成果汇编成果汇编（Karssen等主编，等主编，1992）已不沿用传统的已不沿用传统的“植物生长物质植物生长物质”，而改为而改为植物生长调节的进展植物生长调节的进展为书名为书名。植物生长调节植物生长调节并不仅指植物生长，

3、并不仅指植物生长，还包括分化、发育、感应、物质运输、还包括分化、发育、感应、物质运输、开花、果实成熟和采后衰老等，开花、果实成熟和采后衰老等，涉及植物生活周期的各个方面。涉及植物生活周期的各个方面。也不仅局限于外源激素或生长调节剂的应用，也不仅局限于外源激素或生长调节剂的应用，而是以而是以生物体内激素平衡和敏感性等生物体内激素平衡和敏感性等 作用机理的现代认识为基础。作用机理的现代认识为基础。!在应用在应用GAs总量总量 来解释某些生理现象时来解释某些生理现象时必须慎重必须慎重。应用碗豆、玉米等基因突变体为材料，应用碗豆、玉米等基因突变体为材料，以以GC-MS分析，现已表明，分析，现已表明，目

4、前已知的百余种目前已知的百余种GAs中，中，只有只有GA1、GA3、GA4及及GA7等等 具有生物活性，具有生物活性，是控制植物生长发育是控制植物生长发育 的关键成员的关键成员，其他是合成过程中的中间产物其他是合成过程中的中间产物。（三）植物激素作用机理的深入探讨（三）植物激素作用机理的深入探讨 内源激素平衡内源激素平衡 细胞对激素的敏感性细胞对激素的敏感性 与细胞信号转导的关系与细胞信号转导的关系 植物激素与基因表达植物激素与基因表达l关于新植物激素的探讨关于新植物激素的探讨植物激素植物激素？l在在Went和和Thimann1937年出版的年出版的l植物激素植物激素(phytohormone

5、)中，中，l激素被定义为能从器官的一个部分运输到另一部分的物质。激素被定义为能从器官的一个部分运输到另一部分的物质。l最初植物生理学应用最初植物生理学应用“激素激素”l 是源于哺乳动物中的是源于哺乳动物中的“激素激素”概念，概念，l涉及其在特定部位合成、在血液流中运输到靶组织，涉及其在特定部位合成、在血液流中运输到靶组织，l 在靶组织通过激素浓度控制生理反应。在靶组织通过激素浓度控制生理反应。l第一个被鉴定的植物激素生长素，第一个被鉴定的植物激素生长素，l 能使离其合成位点一定距离的组织产生生长反应，能使离其合成位点一定距离的组织产生生长反应，l 因此满足能运输的化学信号的定义。因此满足能运输

6、的化学信号的定义。l现在已清楚，现在已清楚，植物激素植物激素并不满足并不满足l 哺乳动物激素哺乳动物激素概念的要求。概念的要求。l植物激素的合成可能在特定部位植物激素的合成可能在特定部位(与动物激素类似与动物激素类似)，l但可在较大范围的组织或细胞中产生。但可在较大范围的组织或细胞中产生。l同时，它们可能被运输到其他部位起作用，同时，它们可能被运输到其他部位起作用，l 但并不总是如此。但并不总是如此。l如乙烯会导致与合成乙烯的同一组织或同一细胞的变化。如乙烯会导致与合成乙烯的同一组织或同一细胞的变化。l因此，运输不应是植物激素的必要特征。因此，运输不应是植物激素的必要特征。l其它生长物质是否应

7、视为植物激素，其它生长物质是否应视为植物激素，l 主要应取决于能否证明其是在植物中普遍存在的、主要应取决于能否证明其是在植物中普遍存在的、l 生长发育的内源调节因子。生长发育的内源调节因子。l植物激素是一系列特殊的化合物，植物激素是一系列特殊的化合物，l 有着特殊的代谢和特点。有着特殊的代谢和特点。l植物激素共同的特征是：植物激素共同的特征是：l 植物中天然的、植物中天然的、l 在远低于营养和维生素的低浓度下在远低于营养和维生素的低浓度下l 能影响生理过程的化合物。能影响生理过程的化合物。二二我国植物生长调节剂的应用现状我国植物生长调节剂的应用现状70年代以来，不仅创造了一批年代以来，不仅创造

8、了一批 行之有效的应用技术行之有效的应用技术，且将单一的且将单一的“植物生长调节剂的农业应用植物生长调节剂的农业应用”技术概念，技术概念，上升为上升为“作物生长发育的化学调控作物生长发育的化学调控”(简称简称作物化控作物化控)这样一种带有学科特点的学术概念这样一种带有学科特点的学术概念.并演变成并演变成化控的三种技术模式化控的三种技术模式:对症应用技术，对症应用技术，定向诱导的系统化控技术定向诱导的系统化控技术、双重调控双重调控 (内部激素系统加外部栽培条件内部激素系统加外部栽培条件)并存的技术体系。并存的技术体系。已纳入生态工程，已纳入生态工程，向着有利于作物生长发育，向着有利于作物生长发育

9、，且有利于环境生态，且有利于环境生态，人类健康的生态农业方向发展，人类健康的生态农业方向发展，成为现代农业的技术措施之一成为现代农业的技术措施之一。如今如今已发展成化控技术已发展成化控技术 (化肥、农药、植物生长调节剂化肥、农药、植物生长调节剂)与常规技术革新与常规技术革新 相融合构成的新型栽培体系相融合构成的新型栽培体系 农作物化控工程农作物化控工程。!目前还存在对残毒研究重视不够等问题。目前还存在对残毒研究重视不够等问题。把生长调节剂的应用，把生长调节剂的应用，作为一项必备的常规措施，作为一项必备的常规措施，导入种植业导入种植业，使它与栽培管理、使它与栽培管理、良种推广结合为一体，良种推广

10、结合为一体，调动肥水和品种等调动肥水和品种等 一切栽培因素的潜力，一切栽培因素的潜力，以获取高产优质，以获取高产优质，并产生并产生接近于有目标设计接近于有目标设计 和可控生产流程的工程和可控生产流程的工程。国家自然科学基金委员会启动国家自然科学基金委员会启动“植物激植物激素作用的分子机理素作用的分子机理”重大研究计划重大研究计划 l l植物激素调控植物的生长与发育，植物激素调控植物的生长与发育，l 并进而影响植物并进而影响植物(农作物农作物)的产量、的产量、l l 品质和抗性。品质和抗性。l20世纪中期，水稻和小麦半矮秆品种世纪中期，水稻和小麦半矮秆品种l 的育成和大面积推广，的育成和大面积推

11、广，l 使粮食产量大幅度提高，使粮食产量大幅度提高，l 极大地缓解了世界范围内的极大地缓解了世界范围内的l 人口快速增长人口快速增长l 给粮食安全带来的严峻危机，给粮食安全带来的严峻危机，l 成为众所周知的成为众所周知的“绿色革命绿色革命”。l经过了经过了40多年的探索和研究，多年的探索和研究，l 人们认识到，为人们认识到，为“绿色革命绿色革命”做出重要贡献的做出重要贡献的l 原来是植物激素赤霉素合成原来是植物激素赤霉素合成l 与信号转导相关的基因，与信号转导相关的基因，l即水稻的即水稻的SD1和小麦的和小麦的RHT1基因。基因。l 在人类历史上，在人类历史上，l 没有任何其他单个基因对粮食生

12、产、没有任何其他单个基因对粮食生产、l对全人类的发展做出过如此巨大的贡献！对全人类的发展做出过如此巨大的贡献！l在激素调控植物株型形成中，在激素调控植物株型形成中，l 我国科学家采用图位克隆法我国科学家采用图位克隆法l 分离了水稻分蘖控制基因分离了水稻分蘖控制基因MOC1，l 发现该基因不仅控制腋生分生组织的起始发现该基因不仅控制腋生分生组织的起始l 和分蘖芽的形成，和分蘖芽的形成，l 还具有促进分蘖芽生长发育还具有促进分蘖芽生长发育l 和影响株高的功能。和影响株高的功能。l这些研究填补了国际上这些研究填补了国际上l 单子叶植物株型形成机理研究空白，单子叶植物株型形成机理研究空白，l 打开了打

13、开了从激素调控的角度从激素调控的角度l 研究植物顶端优势形成机制研究植物顶端优势形成机制的突破口，的突破口，l 受到学术界的高度关注。受到学术界的高度关注。l我国科学家成功地鉴定出了我国科学家成功地鉴定出了l 脱落酸脱落酸(abscisicacid,ABA)结合蛋白结合蛋白l l ABAR和和GCR2。l ABAR为镁离子螯合酶的为镁离子螯合酶的H亚基亚基,l 作为作为ABA信号转导的正调控因子信号转导的正调控因子l 参与了调控种子萌发、植物生长发育参与了调控种子萌发、植物生长发育l 以及气孔开闭等重要生理过程。以及气孔开闭等重要生理过程。lGCR2为定位于细胞膜的为定位于细胞膜的G-蛋白偶联

14、受体，蛋白偶联受体，l 参与介导已知的参与介导已知的ABA生理功能。生理功能。l 这些研究是近年来植物激素这些研究是近年来植物激素l 生物学领域的重大突破。生物学领域的重大突破。l最近一系列研究结果表明，最近一系列研究结果表明，l 通过调控细胞分裂素、油菜素内酯、通过调控细胞分裂素、油菜素内酯、l 生长素的代谢可以显著的生长素的代谢可以显著的l 改良作物的株型结构和产量构成，改良作物的株型结构和产量构成，l这些结果预示着通过激素调控这些结果预示着通过激素调控l再次大幅度提高作物产量和品质是完全可能的，再次大幅度提高作物产量和品质是完全可能的，l也预示着也预示着基于激素功能的基于激素功能的l 品

15、种设计将会成为未来农作物产量、品种设计将会成为未来农作物产量、l 品质和抗性改良的重要途径品质和抗性改良的重要途径。l因此，开展植物激素作用机制的基础研究因此，开展植物激素作用机制的基础研究l 具有巨大的潜在应用价值。具有巨大的潜在应用价值。l植物激素作用机理的深入研究植物激素作用机理的深入研究l 将解释将解释作物产量、品质作物产量、品质l 和抗性形成的分子基础和抗性形成的分子基础，l l 为农作物高产优质育种提供理论基础。为农作物高产优质育种提供理论基础。l因此，深入认识植物激素作用分子机理因此，深入认识植物激素作用分子机理l 已成为我国科技发展中的关键已成为我国科技发展中的关键l 和重要战

16、略领域，和重要战略领域，l 成为我国基础研究发展规划中成为我国基础研究发展规划中l 重要内容。重要内容。具体科学问题或学术方向具体科学问题或学术方向 l(1)植物激素代谢及其调控的分子机制；植物激素代谢及其调控的分子机制；l(2)植物激素信号感知及传递的分子机制；植物激素信号感知及传递的分子机制；l(3)植物激素间的信号互作网络；植物激素间的信号互作网络；l(4)激素调控植物重要器官形成的分子基础；激素调控植物重要器官形成的分子基础；l(5)激素调控植物对环境适应性的分子机制；激素调控植物对环境适应性的分子机制；l(6)植物激素成分分析、超微定量检测植物激素成分分析、超微定量检测l 和原位检测。和原位检测。二、二、植物激素对植物生长发育植物激素对植物生长发育 调节的理论基础调节的理论基础 植物激素作用方式的基本特点和作用方式植物激素作用方式的基本特点和作用方式 植物激素浓度对植物生长发育的调节植物激素浓度对植物生长发育的调节 细胞对植物激素的敏感性细胞对植物激素的敏感性 植物激素作用的信号传递植物激素作用的信号传递 植物激素与基因表达植物激素与基因表达 植物激素作用方式的植物激素作用方