1、藻类中的植物激素藻类中的植物激素主要类容：n引言n一、藻类中植物激素的种类及其作用n二、鉴定藻类中植物激素的方法n三、藻类中最新发现的其他的植物激素引言引言 对于高等植物中激素的研究，目前已经取得了很多成就，藻类中“激素”的深入研究是从上世纪七十年代才开始的，起步和研究水平都远远落后于高等植物，制约了人们对海洋植物资源的开发和利用，因此对藻类中植物激素的研究尤为重要。 引言引言 迄今为止，已有的研究成果表明，藻类中植物激素的情况十分复杂，高等植物中已经确定的激素有些可能在藻类中仍起激素作用，有些则不起作用;还有可能某一植物激素在某些藻类中起作用，而在另一些藻类中则不起作用，另外，藻类中还含有特
2、殊的植物激素，是高等植物所不具有的，某些藻类可能会以自己特有的激素来调节其生长和发育。一、植物激素的种类及其作用一、植物激素的种类及其作用（一）植物激素的分类植物激素有六大类：n生长素(Auxin)；n细胞分裂素(eytokinin)；n赤霉素(gibberellin)；n脱落酸 (abseisie acid)；n乙烯(ethylene)；n油菜素内酯(brasinosteroloid)。植物生长物质 植物激素植物生长调节剂生长素类赤霉素类细胞分裂素类脱落酸乙烯、油菜素内酯 植物生长物质：调节植物生长发育的微量化学物质。植物激素：在植物体内合成的，通常从合成部位运往作用部位，对植物的生长发育产
3、生显著调节作用的微量小分子有机质。 一、植物激素的种类及其作用一、植物激素的种类及其作用（二）植物激素的作用 维持植物正常协调的生长发育状态、适应外界环境，使各细胞、组织和器官之间进行及时有效的信息交流。 以下主要对生长素做主要介绍吲哚乙酸吲哚乙酸(indole-3-acetic acid, IAA)(indole-3-acetic acid, IAA)苯乙酸苯乙酸( (phenylacticphenylactic acid, PAA) acid, PAA)4-4-氯吲哚乙酸氯吲哚乙酸(4-chloroindole-3-acetic acid(4-chloroindole-3-acetic a
4、cid，4-Cl-IAA)4-Cl-IAA) 吲哚丁酸吲哚丁酸(indole-3-butyric cid, IBA) (indole-3-butyric cid, IBA) ( (一一) )生长素的种类生长素的种类 1.1.分布分布 植物体内生长素的含量很低，一般每克鲜重为10100ng。各种器官中都有生长素的分布，但较集中在生长旺盛的部位，衰老的组织或器官中生长素的含量少。( (二二) )生长素的分布与运输生长素的分布与运输 2.2.运输运输 生长素在植物体内的运输具有极性，即生长素只能从植物的形态学上端向下端运输，而不能向相反的方向运输，这称为生长素的极性运输。其它植物激素则无此特点。 (
5、 (三三) )生长素的代谢生长素的代谢 1. 1.生长素的生物合成生长素的生物合成 植物的茎端分生组织、禾本科植物的芽鞘尖端、根尖、胚和正在扩展的叶等是IAA 的主要合成部位。 A B C D ( (三三) )生长素的代谢生长素的代谢 2. 2.生长素的结合与降解生长素的结合与降解 (1)(1)束缚型和游离型生长素束缚型和游离型生长素 植物体内的IAA可与细胞内的糖、氨基酸等结合而形成束缚型生长素，反之，没有与其他分子以共价键结合的易从植物中提取的生长素叫游离型生长素。 (2)(2)生长素的降解生长素的降解 降解有两条途径，即酶氧化降解和光氧化降解。( (三三) )生长素的代谢生长素的代谢 3
6、. 3.生长素代谢的调节生长素代谢的调节 束缚型生长素在植物体内的作用可能有下列几个方面： 作为贮藏形式。 作为运输形式。 解毒作用 防止氧化 调节游离型生长素含量一、植物激素的种类及其作用一、植物激素的种类及其作用1、生长素在藻类中的生物学效应内源生长素的作用：（1）影响细胞形成层的活性；（2）增强细胞膜的渗透性；（3）诱导乙烯的生成；（4）对养分的调运作用对养分的调运作用。一、植物激素的种类及其作用一、植物激素的种类及其作用外源生长素的作用：（1）促进藻体细胞个体的伸长；（2）促进藻体细胞的分裂；（3）促进藻体假根的生长；（4）促进顶端叶片的生长；（5）通过反分化诱导愈伤组织形成。一、植物
7、激素的种类及其作用一、植物激素的种类及其作用l生长素的作用机制：(1)生长素的酸生成学说 赖特（Rayle）等人1970年提出：质膜上存在ATP酶-H+泵的蛋白质结合时使其活化，从而把细胞质的H+泵到膜外进入细胞壁，导致细胞壁基质的PH下降，引起对酸不稳定的化学键断裂一、植物激素的种类及其作用一、植物激素的种类及其作用； 与此同时，酸性条件有利于某些水解酶类的活性提高，将固态的多糖转变为水溶性的单糖，使细胞壁变软，膨压降低，细胞吸水使其体积增大。酸生长理论认为，在质膜上存在生长素的受体，并能较好地解释生长素所诱导的快速生长反应。试验也证明，生长素促进H+分泌速度和细胞伸长速度相一致。一、植物激
8、素的种类及其作用一、植物激素的种类及其作用(2)生长素作用的基因活化学说 植物组织在生长素处理后，其基因表达会产生差异，即生长素处理的组织会诱导出新的mRNA，而未经生长素处理则缺少这种mRNA。但目前还很难了解生长素处理后到底哪一种具有特定生理功能的酶或蛋白质被诱导表达了。一、植物激素的种类及其作用一、植物激素的种类及其作用(3)生长素作用的受体学说 目前已有许多实验表明，生长素的生理作用不仅决定于它在某一组织、器官中存在的浓度，而且更可能决定于不同器官对生长素的敏感性。 而受体便是敏感性的基础之一。把与激素特异地结合并在结合后呈现特殊的生理生化活性的物质称为激素受体一、植物激素的种类及其作
9、用一、植物激素的种类及其作用 激素必须与靶细胞中(质膜上)的受体结合，转变为胞内信号，才能启动特定的生化反应，调节特定的基因表达。激素受体一般都是蛋白质，故称受体蛋白。受体对激素具有很高的亲和力，并且是专一性的结合。一、植物激素的种类及其作用一、植物激素的种类及其作用l海藻生长素的应用特点(1)作用面广，应用领域多 可以对不同作物，在个体生长的各个不同时期和发育阶段，利用生长素来调控其生命过程，使生长性状表达朝着人类需求的方向发展。(2)用量小、速度快、效益高、残毒少（一）脱落酸的结构（一）脱落酸的结构 脱落酸脱落酸 ABA是以异戊二烯为基本单位的倍半萜羧酸。ABA环1位上为不对称碳原子，故有
10、两种旋光异构体。植物体内的天然形式主要为右旋ABA即(+)-ABA，又写作(S)-ABA。右旋反式右旋反式 左旋反式左旋反式 右旋顺式右旋顺式 左旋顺式左旋顺式 （二）脱落酸的分布与运输（二）脱落酸的分布与运输 第五节第五节 脱落酸脱落酸 脱落酸存在于全部维管植物中，包括被子植物、裸子植物和蕨类植物。苔类和藻类植物中含有一种化学性质与脱落酸相近的生长抑制剂，称为半月苔酸。植物各器官和组织中都有脱落酸，其中以将要脱落或进入休眠的器官和组织中较多，在逆境条件下脱落酸含量会迅速增多。 脱落酸是弱酸，以离子化状态积累在叶绿体中。 脱落酸运输不具有极性。主要以游离型的形式运输，也有部分以脱落酸糖苷的形式
11、运输。（四）脱落酸的生理效应（四）脱落酸的生理效应 第五节第五节 脱落酸脱落酸（一）促进休眠（一）促进休眠（二）抑制生长（二）抑制生长 （三）促进脱落（三）促进脱落（四）增加抗逆性（四）增加抗逆性 一、植物激素的种类及其作用一、植物激素的种类及其作用2、脱落酸在藻类中的生物学效应 脱落酸在高等植物对各种环境因素产生的胁迫反应起着很重要的作用，但在藻类中类似的报道却极为罕见，部分研究表明，脱落酸在藻类中极有可能起到胁迫信号分子的作用。如：绿藻氧化胁迫的信号分子。（一）细胞分裂素的种类（一）细胞分裂素的种类 细胞分裂素类细胞分裂素类 来源于植物的、其生理活性类似于激动素的化合物统称为细胞分裂素(c
12、ytokinin, CTK，CK)，目前在高等植物中已至少鉴定出了30多种细胞分裂素。植物体内游离型细胞分裂素一部分来源于tRNA的降解，其中的细胞分裂素游离出来。另外也可以从其它途径合成细胞分裂素。 一、植物激素的种类及其作用一、植物激素的种类及其作用3、细胞分裂素 已证实在红藻、绿藻、褐藻门的许多种藻内存在这类结构的化学物质，主要由腺嘌呤类、嘌呤核苷类为主的化学物质组成，可促进细胞分裂，增加蛋白质和叶绿素含量，调节藻类的形态建成和再生。（一）赤霉素的种类（一）赤霉素的种类赤霉素类赤霉素类种类繁多，分部广泛，是植物激素中种类最多的一种激素。 赤霉素的运输赤霉素的运输 赤霉素类赤霉素类 GA在
13、植物体内的运输没有极性，可以双向运输。合成的GA通过木质部向上运输，而产生的GA则是通过韧皮部向下运输。GA合成以后在体内的降解很慢，然而却很容易转变成无生物活性的束缚型GA。植物体内的束缚型GA主要有GA-葡萄糖酯和GA-葡萄糖苷等。一、植物激素的种类及其作用一、植物激素的种类及其作用4、赤霉素类 赤霉素具有加速细胞伸长，促进细胞分裂的作用。外加赤霉素可以增加大型海藻的生长速率影响藻的形态建成、再生和许多生理生化过程，但是也有些是因为与其它激素之间的协同或拮抗起的作用。（一）乙烯的结构（一）乙烯的结构 乙烯乙烯 乙烯(ethylene, ETH ，ET)是一种不饱和烃，其化学结构为CH2=C
14、H2，是各种植物激素中分子结构最简单的一种。乙烯在常温下是气体，分子量为28，轻于空气。 乙烯在极低浓度(0.010.1lL-1)时就对植物产生生理效应。 乙烯的运输乙烯的运输 乙烯乙烯 乙烯在植物体内易于移动，其运输是被动的扩散过程。 一般情况下，乙烯就在合成部位起作用。乙烯的前体ACC(1-氨基环丙烷1-羧酸)可溶于水溶液，因而推测ACC可能是乙烯在植物体内远距离运输的形式。乙烯类 对藻类细胞分裂的促进作用和影响生长速度，促进成熟促进成熟 n 1970年，美国的Mitchell23从油菜花粉中分离出一种物质，对菜豆幼苗生长有强烈促进作用。1979年，Grove24等用227kg油菜花粉，得
15、到lOmg的高活性结晶，它是甾醇内酯化合物，定名为油菜素内酯(brassinolide，BR)。以甾醇为基本结构的具有生物活性的天然产物统称为油菜素甾体类化合物(brassinosteroids，BRs)。以BR和油菜素甾酮(castasterone)为主要代表物的油菜甾醇类激素广泛存在于植物界，几乎分布于植物的各器官、组织，特别是生殖器官中(花粉和未成熟的种子)，含量高达100gkg，其他组织均在纳克水平。一、植物激素的种类及其作用一、植物激素的种类及其作用6、油菜素内酯 可提高藻的叶绿素含量并促进其光合作用; 使糖、蛋白质及维生素C含量均增加。DNA和RNA含量也明显提高，这可能是藻细胞增
16、殖加快的物质基础。一、植物激素的种类及其作用一、植物激素的种类及其作用 己知的植物激素中生长素类和细胞分裂素是作为激素存在于藻类中并起激素作用。而赤霉素、脱落酸和乙烯在藻类中的激素作用还需要更多的可靠证据类证实。二、鉴定藻类中植物激素的方法二、鉴定藻类中植物激素的方法 在激素的分离、鉴定研究中，采用了各种不同的研究方法和技术，概括起来主要有：l 生物试法(BA)、l 气相色谱法(GC)、l 酶联免疫吸附法(ELISA)、l 气相色谱一质谱联检法(GC一MS)l 核磁共振法(NMR)。二、鉴定藻类中植物激素的方法二、鉴定藻类中植物激素的方法 （1）生物式法 生物试法是使用最早的植物生长素测定方法
17、，通过某些植物的组织或器官产生特异性反应来进行测定。 特点：方法简单，特别是能反映出某些激素的生理活性，如生长素。 第二节第二节 生长素类生长素类( (二二) )生长素的分布与运输生长素的分布与运输 二、鉴定藻类中植物激素的方法二、鉴定藻类中植物激素的方法 缺点：周期长，样品中若有生长素类似物、拮抗物等存在时回影响生物测定的结果。经典的方法有很多：如豌豆的弯曲试法和伸长试法，燕麦弯曲试法，燕麦切段伸长试法，根的伸长和燕麦胚芽鞘伸长速率的分析，微量生长测量法。这些方法均有专一性强，灵敏度高，方法简单等特点。二、鉴定藻类中植物激素的方法二、鉴定藻类中植物激素的方法 （2）气象色谱： 藻类激素研究中
18、最常采用的另一种方法是气相色谱法，它是通过与标准样品的共色层分离(co-chromatography)来鉴定待测样中的激素及其含量。在五大类植物激素中，由于结构简单和气体性质，乙烯的气相色谱分析检测结果是结论性的。二、鉴定藻类中植物激素的方法二、鉴定藻类中植物激素的方法 为了避免由于细菌污染和甲硫氨酸降解所产生的乙烯而引起的干扰，在乙烯的检测中，常检测乙烯合成的前体1一氨基环丙烷一1一竣酸(ACC)。但气相色谱法对生长素类、赤霉素类和脱落酸的检测结果尚不能作最后定论。因为这种检测无法排除杂质和污染物与标准植物激素的共色层分离。二、鉴定藻类中植物激素的方法二、鉴定藻类中植物激素的方法（3）酶联免
19、疫分析 非常特异和灵敏，但其最大的弱点是无法排除交叉反应引起的错误。所以该方法目前在藻类激素分析中采用的不多。Hirsoh等(1989)采用酶联免疫法检测了64种藻，结果表明，所有被测藻中都有脱落酸活性。显示了该方法的高灵敏性和应用潜力。二、鉴定藻类中植物激素的方法二、鉴定藻类中植物激素的方法（4） 气相色谱一质谱联检法(GC一MS)和核磁共振法(NMR)。 目前普遍认为藻类激素研究最可靠的分析方法是GC一MS和NMR法。这两种方法检测的结果是结论性的。(Bradley1991;Evanstal.1992;zhangtaz.，1993)。因为这两种检测技术可以得到被检测物的准确的化学结构，从而
20、确认其激素性质。三、藻类中可能存在的其他激素三、藻类中可能存在的其他激素 除六大类激素外，现已发现许多具有植物激素活性的其它化合物，如:（1）脂肪族多胺类(Polyamines)、（2）糖蛋白类（3）寡糖类（4）苯酚类（5）性激素类n 多胺(Polyamine，PAs)是一类广泛存在于原核生物及真核生物中具有强生物活性的低分子脂肪族含氮碱。 n 近几十年的研究表明，多胺具有刺激生长，延缓衰老的作用，并与植物的抗逆性关系密切39。一般认为多胺可作为广义上的植物激素，也有人认为多胺可能是类似cAMP那样的“第二信使”，调节植物的生长发育40。 n 这类物质从单细胞藻中发现，据报道可能对核酸蛋白质起
21、合成作用。三、藻类中可能存在的其他激素三、藻类中可能存在的其他激素（2）糖蛋白类：主要与细胞修复、细胞壁形成、组织分化有关。（3）寡糖类：般起调节“信号”作用，在藻类愈伤组织中，起调节藻类细胞壁的作用。n 寡糖素寡糖素( (oligosaccharinsoligosaccharins) )是是2020世纪世纪7070年代初年代初AlbersheimAlbersheim等等4141发现的一类具有特殊生物活性的寡糖，它主要指高等植物和真菌发现的一类具有特殊生物活性的寡糖，它主要指高等植物和真菌细胞壁结构多糖以及甲壳类动物的壳的降解产物中，含有一些有细胞壁结构多糖以及甲壳类动物的壳的降解产物中，含有
22、一些有生物活性的寡糖链，如木葡聚糖类寡糖、果胶类寡糖、几丁质类生物活性的寡糖链，如木葡聚糖类寡糖、果胶类寡糖、几丁质类寡糖、海藻酸钠寡糖、某些糖蛋白上寡糖链以及寡糖肽类等寡糖、海藻酸钠寡糖、某些糖蛋白上寡糖链以及寡糖肽类等 。n 近年来发现，寡糖素除具有激发子效应、诱导植物产生抗虫抗病近年来发现，寡糖素除具有激发子效应、诱导植物产生抗虫抗病化合物和相关蛋白，参与植物的防御反应外，一些游离的寡糖素化合物和相关蛋白，参与植物的防御反应外，一些游离的寡糖素与激素相似，在很低浓度与激素相似，在很低浓度( (nmolnmolL)L)下，还可以作为细胞生长和下，还可以作为细胞生长和发育的信号分子，起调控植
23、物生长发育的作用发育的信号分子，起调控植物生长发育的作用 n 某些寡糖素能抑制由生长素等激素引起的伸长作用某些寡糖素能抑制由生长素等激素引起的伸长作用 n 寡糖素还具有调控形态建成与个体发育的作用寡糖素还具有调控形态建成与个体发育的作用 主要研究结果 Figure 1. Fluorescence image of the BHHCT-Eu3+ labeled algeachitosan binding with chlorophyto cells at different treatment time. 三、藻类中可能存在的其他激素三、藻类中可能存在的其他激素（4）苯酚类：已从甲藻中发现苯乙酸、羟基一苯乙酸，许多外源水平的实验也证明该类物质有刺激藻类生长的作用。 (5)性激素类：该类物质主要是萜烯类化合物，可以刺激雌、雄配子体的结合，增加受精量。结束结束 Thanks!
