植物激素與化學高效調節(jié)研究

1、植物激素與化學高效調節(jié)研究第一節(jié) 植物生長物質的概念和種類 一、植物生長物質 植物生長物質（ plant growth substances）指調節(jié)植物生長發(fā)育的生理活性物質，包括植物激素和植物生長調節(jié)劑。 二、植物激素（phytohormones）植物激素:植物體內產生的、能移動的、對生長發(fā)育起顯著作用的微量有機物。 （3）低濃度（1mol/L以下）有調節(jié)作用 生長素類、赤霉素類、細胞分裂素類 、脫落酸 、乙烯 （1）內生的植物體內合成的1、特征（2）能移動的 從產生部位到作用部位2、種類五大類三、植物生長調節(jié)劑 植物生長調節(jié)劑（plant growth regulators）：人工合成的具

2、有植物激素生理活性的化合物。 包括生長促進劑、生長抑制劑和生長延緩劑。研究意義n營養(yǎng)生長和生殖生長的平衡一直是園藝植物生產上的一個重要問題。n達到平衡的途徑：修剪；施肥；灌水；激素調控等方面。n生長物質調控的優(yōu)點：用量微，效果大。n生長物質調控研究趨勢：范圍擴大，水平加深，多個國際組織有專門的機構進行研究（湖南農業(yè)大學植物激素重點實驗室）。植物生長物質的應用范圍n調節(jié)營養(yǎng)生長促進：IAA,NAA,GA抑制：乙烯利, B9, CCC, PP333n調控花芽分化n調控坐果率n調控果實的生長與發(fā)育n控制器官的脫落與休眠衰老化學調節(jié)的優(yōu)點n植物生長物質并不是能量和物質的輸入，而是作為化學信號誘發(fā)植物體

3、內的生理生化反應，使植物的生長發(fā)育朝著人們希望的方向發(fā)展。n植物生長物質可以定向地改善植物的某些特性，彌補植物品種的某些缺陷。n植物生長物質可以在栽培的一些特殊環(huán)節(jié)起重要的作用，例如誘導扦插枝條的生根，誘導無核果實，改變果實的大小和成熟期等等方面。第一節(jié)完第一節(jié)完第二節(jié)第二節(jié)植物生長調節(jié)劑的植物生長調節(jié)劑的應用特點應用特點復雜性廣譜性配合性安全性和經濟性復雜性n影響PGR發(fā)揮效果的因素極為復雜，從施用到發(fā)揮效能一般經過表面駐留、吸收、運輸、形成PGR受體復合物等過程，而每個步驟都受到復雜的內外因素的影響。n在進行試驗時，要求嚴格性、靈活性、局限性（如只對處于某一生長發(fā)育時期的某個品種有效）。廣

4、譜性n施用時期、濃度、方法、品種、劑型不同，植物生長物質的應用效果不同；n同一種植物生長物質可以引發(fā)多種效果。如ABA與水分和溫度逆境有關，亦與器官的脫落有關；對某一種園藝作物是促進生長，對另一種園藝作物可能就是抑制生長。 10-11 10-9 10-7 10-5 10-3 10-1 生長素濃度（mol/L）不同營養(yǎng)器官對不同濃度IAA的反應抑制 促進10-4根莖芽10-1010-8主副作用兼具n亦即安全性和經濟性。任何植物生長調節(jié)物質在實驗或者大量應用之前，還必須對其毒性、對環(huán)境的影響以及經濟性作出確切的評價，只有安全、經濟、有效的植物生長調節(jié)物質，才是值得進一步推廣的有益成果。配合性n由于

5、植物生長物質受多種內源激素平衡的調節(jié)，因此，有時單用一種物質或者無效，或者不明顯，必須幾種藥劑先后配合或者同時使用才有效果，或者幾種藥劑配合使用以求達到多方面的效應。n配合性表現在以下五點： 1 1增效作用：促進生長增效作用：促進生長 2 2協(xié)同作用：協(xié)同作用：IAA/GAIAA/GA比值影響木質部和比值影響木質部和韌皮部的分化，韌皮部的分化，IAA/GAIAA/GA的比值高，有利于木的比值高，有利于木質部分化，比值低則有利于韌皮部分化。質部分化，比值低則有利于韌皮部分化。 3 3拮抗作用：拮抗作用：IAAIAA促進不定根的分化，促進不定根的分化，GAGA抑制不定根分化。抑制不定根分化。一、生

6、長素與赤霉素一、生長素與赤霉素Auxins and gibberelinsAuxins and gibberelins二、生長素與細胞分裂素二、生長素與細胞分裂素Auxins and cytokinins 1 1協(xié)同作用：在促進細胞分裂方面和根協(xié)同作用：在促進細胞分裂方面和根芽分化方面，芽分化方面， 2 2拮抗作用：拮抗作用：IAAIAA促進頂端優(yōu)勢，促進頂端優(yōu)勢，CTKCTK抑抑制頂端優(yōu)勢，頂端優(yōu)勢是否存在，決定于制頂端優(yōu)勢，頂端優(yōu)勢是否存在，決定于IAA/CTKIAA/CTK的比值。比值高，有利于頂端優(yōu)勢的比值。比值高，有利于頂端優(yōu)勢的維持。的維持。 n生長素促進根和木生長素促進根和木質部

7、分化。質部分化。n將植物枝條切段基將植物枝條切段基部用生長素處理，部用生長素處理，可促進發(fā)根，其中可促進發(fā)根，其中最有效的生長素類最有效的生長素類物質是吲哚丁酸。物質是吲哚丁酸。Auxin promotes rootingn在組織培養(yǎng)時，在組織培養(yǎng)時，加入生長素促進愈加入生長素促進愈傷組織分化出根和傷組織分化出根和形成木質部。形成木質部。n細胞分裂素促進細胞分裂素促進愈傷組織分化出愈傷組織分化出芽。芽。n這與生長素相反。這與生長素相反。三、生長素與乙烯三、生長素與乙烯Auxins and ethylene 1 1生長素促進乙烯生物合成生長素促進乙烯生物合成n生長素濃度越高，乙烯含量越高，這是因

8、生長素濃度越高，乙烯含量越高，這是因為生長素促進為生長素促進ACCACC合成酶的活性。高濃度生合成酶的活性。高濃度生長素抑制生長，促進成熟，原因是促進了長素抑制生長，促進成熟，原因是促進了乙烯的生物合成，抑制生長實際上是乙烯乙烯的生物合成，抑制生長實際上是乙烯的效應。的效應。n這可能是植物控制過快生長的一種自我反這可能是植物控制過快生長的一種自我反饋機制反饋抑制。饋機制反饋抑制。 2 2乙烯降低生長素的含量乙烯降低生長素的含量n生長素濃度的升高，提高乙烯的水平，升生長素濃度的升高，提高乙烯的水平，升高的乙烯，反過來降低生長素的水平，乙高的乙烯，反過來降低生長素的水平，乙烯降低生長素水平的原因可

9、能有三個：烯降低生長素水平的原因可能有三個： （1 1）抑制生長素的合成；）抑制生長素的合成； （2 2）促進生長素的分解；通過提高）促進生長素的分解；通過提高IAAIAA氧化酶的活性，加速其氧化失活氧化酶的活性，加速其氧化失活 （3 3）阻礙生長素運輸。）阻礙生長素運輸。四、赤霉素與脫落酸四、赤霉素與脫落酸Gibberellins and abscisic acidGibberellins and abscisic acidn拮抗作用拮抗作用n1 1赤霉素打破休眠，促進萌發(fā)，脫落酸促赤霉素打破休眠，促進萌發(fā)，脫落酸促進休眠，抑制萌發(fā)。進休眠，抑制萌發(fā)。n2 2赤霉素促進一些長日照植物開花，脫

10、落赤霉素促進一些長日照植物開花，脫落酸促進一些短日植物開花。酸促進一些短日植物開花。五、細胞分裂素與脫落酸五、細胞分裂素與脫落酸Cytokinins and abscisic acidCytokinins and abscisic acidn拮抗作用拮抗作用1 1細胞分裂素延遲衰老，脫落酸促進衰老。細胞分裂素延遲衰老，脫落酸促進衰老。2 2細胞分裂素促進氣孔開放，脫落酸促細胞分裂素促進氣孔開放，脫落酸促進氣孔關閉。進氣孔關閉。促進氣孔開放促進氣孔開放 In conclusion:n植物生長物質幾乎涉及到植物生長發(fā)育的植物生長物質幾乎涉及到植物生長發(fā)育的全部過程；全部過程；n植物生長發(fā)育，是多種

11、激素相互平衡的結植物生長發(fā)育，是多種激素相互平衡的結果。果。第二節(jié)完第二節(jié)完第三節(jié)植物生長物質的測定（）植物生長物質測定特點和要求植物生長物質的特點：種類多(GA120種）含量微易遭破壞測定方法要求：專一性強靈敏度高 (ppb級）回收率高（recovery)植物生長物質的測定方法n生物鑒定法bioassayn理化測定法phsico-chemical methodn免疫測定法immunological method生物鑒定法n生物鑒定法依據植物激素的生物活性，通過對某些植物組生物鑒定法依據植物激素的生物活性，通過對某些植物組織、器官或個體的特異性反應程度與標準樣品的對比，可織、器官或個體的特異性

12、反應程度與標準樣品的對比，可以推算出樣品中某種或某類植物激素的含量。以推算出樣品中某種或某類植物激素的含量。n生物鑒定法靈敏、簡便，能反映激素的生物活性，生物鑒定法靈敏、簡便，能反映激素的生物活性，因而迄今仍有應用，但生物鑒定法一般專一性較差，因而迄今仍有應用，但生物鑒定法一般專一性較差，對樣品純化程度要求較高，需要通過純化過程將抑對樣品純化程度要求較高，需要通過純化過程將抑制特異性反應的成分減少到最低限度，否則影響鑒制特異性反應的成分減少到最低限度，否則影響鑒定結果。定結果。生物鑒定法 contn生物鑒定法一般需時較長、重復性較差，生物鑒定法一般需時較長、重復性較差，工作量也較大。工作量也較

13、大。n目前除部分專一性較強的生物鑒定法仍用目前除部分專一性較強的生物鑒定法仍用于定量分析之外，一般僅為其它方法提供于定量分析之外，一般僅為其它方法提供生物活性方面的參考依據。生物活性方面的參考依據。理化鑒定n早期的比色法由于其靈敏度和專一性均有限、現在已經不再采用。n近代的光譜法靈敏度高，但專一性差，一般僅用于純品鑒定。n熒光法目前在IAA和GA分析中仍有應用。n色譜法將分離與檢測相結合，是當前廣泛應用的理化方法。色譜法包括紙色譜、薄層色譜、氣相色譜和液相色譜免疫學鑒定法n原理：以植物激素為抗原從免疫動物得到特異性抗體（Ab），一定量的標記激素分子（Ag”）與樣品中未知含量的激素分子（Ag）競

14、爭性地與Ab結合，當反應平衡后，測定 Ag”Ag Ab比例，與對照相比，即可推知 Ag含量。n激素標記主要有兩個方法n一種是用放射性同位素，RIA，Radioimmunoassayn另一種是用酶分子，ELISA，Enzyme-linked Immunosorbent Assayn優(yōu)點：免疫學方法將免疫反應和放射性（或酶促反應）測定的高度靈敏性相結合，使前處理步驟大為簡化，需用樣品量小，分析速度快，是最有希望的植物激素測定技術。生長調節(jié)劑的藥效鑒定n（一）生長素類n1小麥胚芽鞘垂直生長法：種子萌發(fā)后，切取胚芽鞘中段，漂浮去除本身的內源生長素，然后置不同濃度的生長素溶液中旋轉培養(yǎng)測定胚芽鞘長度作為

15、生長素活性強弱的指標。n2豌豆彎曲試驗法：將豌豆莖段縱切至全長的2/3左右，經生長素溶液處理后，測量彎曲度作為活性指標。GA類n1水稻點滴法：矮生水稻種子萌發(fā)后，播種到瓊脂培養(yǎng)基上，在幼苗的胚芽鞘與第一葉葉鞘間點滴GA，測定第二葉葉鞘長度作為GA活性指標。n2大麥胚乳法：大麥種子吸水萌發(fā)以后，胚乳中的淀粉在淀粉酶的作用下水解成麥芽糖。淀粉酶是在胚釋放GA的誘導下，由糊粉層細胞合成的。沒有胚的活動或沒有GA的參與，淀粉酶就不能形成，因此利用去胚的大麥胚乳可以鑒定GA的存在與活性。CTK類n1煙草愈傷組織試驗法：煙草莖的節(jié)間切段，在加入CTK的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，其愈傷組織的增量與CTK的活性呈正相關，

16、利用這一特點測定CTK活性。所用材料除煙草外，還有大豆，蘿卜。n2尾穗莧黃化子葉莧紅素合成法：尾穗莧子葉在黑暗下不能合成紅色的莧紅素，加入CTK則可以合成，莧紅素合成量與CTK活性成正比。生長延緩劑和抑制劑類：n“水稻點滴法”、“小麥胚芽鞘垂直生長法”可以檢測生長延緩劑和抑制劑活性，但指標與生長促進劑相反。ETH類:n黃化幼苗在經乙烯處理后，下胚軸縱向生長受抑、細胞橫向擴大引起上胚軸變粗短，而且由于偏上生長引起下胚軸橫向生長，稱為“三重反應”，可以利用這一特點測定乙烯利等藥劑的生物活性或藥劑特點。n偏上性生長偏上性生長epinastyepinasty，是，是指在含有乙烯的氣體中，指在含有乙烯的

17、氣體中，番茄葉柄上部生長快于下番茄葉柄上部生長快于下部，使葉柄向下彎曲，除部，使葉柄向下彎曲，除去乙烯，生長恢復正常。去乙烯，生長恢復正常。根據植物的偏上性生長，根據植物的偏上性生長，也可判斷乙烯的存在。也可判斷乙烯的存在。第四節(jié)植物生長物質應用技術研究（）(一)PGR配制方法nPGR劑型主要有三類n(1)液劑，包括水溶液和50%乙醇溶液。n(2)粉劑，包括結晶和粉末，n(3)油劑，介質一般為羊毛脂軟膏，其中應用較多的以液劑為主;在液劑中尤以水劑應用為多。1、水劑n一般可根據溶解度選擇配制方法，對于溶于水的PGR可直接用水來溶解。如乙烯利(CEPA)、PP333可濕性粉劑以及萘乙酸 (NAA)

18、或2,4-D的鉀鹽、鈉鹽或硅胺類等。n對于一些不溶或難溶于水的PGR則應先用少量或微量其它溶劑溶解，再用水稀釋；如GA、ABA、IBA、CPPU等可先用少量95%乙醇溶解，再用水稀釋，而6-BA則先用稀鹽酸溶解后用水稀釋。配制母液n高濃度的PGR溶液(母液)較穩(wěn)定且便于盛裝和保存，因此在應用時往往先配制成母液，然后再用水稀釋至所需濃度的溶液 (工作液)。如果不需保存而直接使用，也可以直接配制成工作液。n為了便于PGR在植物表面存留和進入體內，常在配制時同時加入粘著劑 (如牛皮膠等)，濕潤劑 (如甘油，CaCl2，等)和表面活性劑 (如吐溫-20和中性洗衣粉等)。 2、 粉劑n粉劑是誘導插條生根

19、時常用的一種劑型。將一定量的PGR在易揮發(fā)的有機溶劑中溶解、攪拌成糊狀再按比例混入滑石粉，也可用木炭粉、面粉或細粘土充分攪拌，待溶劑揮發(fā)后，便成為一定濃度的粉劑，密封后備用。3、油劑n油劑不易流失，可局限在施用部位，且易滲入角質層、細胞壁和原生質體、因而是一種有前途的應用方式。n在配制油劑時，一般先將羊毛脂加熱融解，按比例稱取PGR粉劑，溶于羊毛脂液體中，混合均勻，待冷卻至糊狀時即為所需油劑。 (二)使用方法 n1，噴布 將配制成的水溶液或粉劑用噴霧(粉)器對整株或局部進行噴布處理，其中以水劑噴布較為常見。n 2浸沾 浸沾法是刺激插條生根時采用的一種PGR使用方法。一般將插條需要沾粉部位用水浸

20、濕，然后沾取粉劑，再抖去多余粉劑后即可打孔或開溝扦插。n 3涂抹 用毛筆或毛刷等將油劑或水劑涂抹至所需部位。n 4土施 一般配制成水劑后澆施，也可直接施入粉劑，如PP333，可結合灌溉進行。n 5注射 將樹干或枝條鉆孔后，把PGR溶液用注射器注入處理部位輸導組織。 n 目前，葉面噴霧是PGR的主要施用方式。此外，油劑涂抹已開始受到重視，n幾種PGR的先后順序使用或同時配合使用也是發(fā)展方向之一。 第五節(jié)植物生長物質應用研究的方式和內容1，外植體(explant)法n即將植株的部分器官或組織在離體條件下培養(yǎng)，并用PGR進行處理后觀察其藥效反應。其優(yōu)點是材料整齊，條件易于控制，此外還節(jié)約試材和藥劑。

21、n外植體法在進行大規(guī)范大田應用之前用于藥效鑒定、藥劑篩選、藥劑相互作用等方面的研究是有其價值的。n具體應用時，要注意離體條件下的試劑敏感度及外界因子的影響等與活體條件可能不一致，因而應用濃度、時期、助劑種類等方面也會有差異。2盆栽法n可在人工氣候室、溫室條件下，研究PGR效應的因素，其特點是可以控制條件，但其研究結果特別是有關藥效的試驗結果也有待大田條件下的證實。3，田間試驗n是當前植物生長調節(jié)劑應用研究的主要方法，必須在田間活體情況下驗證之后才能推廣使用。PGR的田間試驗法應該注意以下7個方面的問題：n（1）試驗設計須符合生物統(tǒng)計學原理n（2）試材應盡可能一致，必要時可按樹勢、干周、花量等將

22、試材分組n（3 3）對照的設置視不同目的和階段而異；初期為）對照的設置視不同目的和階段而異；初期為確定某一藥劑的效果，對照可用水，如加用某種助確定某一藥劑的效果，對照可用水，如加用某種助劑時，對照應用同一濃度的助劑溶液；在已確定其劑時，對照應用同一濃度的助劑溶液；在已確定其初步效應之后在進一步試驗時，對照可用自然對初步效應之后在進一步試驗時，對照可用自然對照（不處理），或生產上某一常規(guī)措施；照（不處理），或生產上某一常規(guī)措施；n（4 4）藥劑施用方法因研究目的和藥劑類型而異；）藥劑施用方法因研究目的和藥劑類型而異；n（5 5）藥劑使用時期應以物候期為準，如盛花期，盛花）藥劑使用時期應以物候期為

23、準，如盛花期，盛花后幾天，采前幾天，果實大小等；開始試驗時，時間范后幾天，采前幾天，果實大小等；開始試驗時，時間范圍可先寬一下，進一步試驗時再縮小圍可先寬一下，進一步試驗時再縮小n（6 6）藥劑使用濃度、次數和實際劑量，一般可依）藥劑使用濃度、次數和實際劑量，一般可依理論推測或前人試驗結果，開始試驗時濃度差距可理論推測或前人試驗結果，開始試驗時濃度差距可大一些；大一些；n（7 7）藥劑劑型（生產廠家）、添加劑的使用、藥劑）藥劑劑型（生產廠家）、添加劑的使用、藥劑的理化狀態(tài)、使用工具、試材營養(yǎng)水平及結構特點、的理化狀態(tài)、使用工具、試材營養(yǎng)水平及結構特點、施藥前后的氣候條件以及栽培管理條件均會影響

24、試驗施藥前后的氣候條件以及栽培管理條件均會影響試驗結果。這些條件應有記載，以便分析結果時參考。結果。這些條件應有記載，以便分析結果時參考。For example 1:植物生物物質促進扦插生根的研究n1. 影響扦插生根和成活的因素研究：n材料本身的情況：插條母株及插條的生根特性、年齡、木質化程度、營養(yǎng)狀況、水分含量，帶葉與否等n生長調節(jié)劑藥劑種類，處理方法（高濃快浸，延長浸泡和沾粉）、濃度、浸沾深度、劑型、溶劑等n母株在誘導生根前的環(huán)剝、黃化前處理等插后環(huán)境條件如溫度、濕度、插床介質等n2常用藥劑IBA和NAA，此外，在生長調節(jié)劑中混入殺菌劑、硼酸、蔗糖等也有增效作用。n3調查項目：扦插成活率、

25、生根數量、時期、長度和百分率。For example 2:控制營養(yǎng)生長和成花n使用藥劑：多效唑（PP333）、6BA、乙烯利（CEPA）、B9、GA等。n研究項目n（1）促進分枝和改變發(fā)枝角度；n（2）抑制萌蘗：一般用 1NAA；n（3）延緩生長和促進成花。n（4）抑制成花，主要用GA。觀察項目觀察項目n生長反應：枝梢生長長度、粗度、尖削度、枝皮率、葉片大小、葉片厚度和顏色變化、枝條和根的韌皮部和木質部重量變化，根冠比，以及某些生理生化反應等。n成花反應：幼樹應調查開花株率、成花百分率、單位枝周或干周上花芽數，花芽類型、分化部位、花芽分化時期、數量、質量，增產效果以及某些生理生化指標。For

26、example 3:控制果實發(fā)育n1誘導單性結實：常用藥劑有GA、CPPU等在葡萄、獼猴桃等園藝作物應用效果較好。n2. 促進果實膨大：目前主要使用CPPU（獼猴挑、葡萄、柿、蘋果、梨等）、氯化膽堿（桃）和GA（葡萄) n3.促進著色、提早成熟：常用CEPA（柑橘、柿等）、 CPPU（葡萄）、 ABA（葡萄）。n4.延緩成熟：GA3，2,4-D可延遲柑桔類果實成熟。n5.增糖減酸：目前還很少有適宜的生長調節(jié)劑可供使用。早期在柑橘上使用的含砷化合物減酸效果好，但因毒性大，已經停止應用此外，吲熟酯可提高柑橘的糖度且兼具疏小果、留大果、提早成熟、促進著色等多種效果。葡萄生長調節(jié)劑處理誘導無籽果實生長

27、素的應用及效果生長素的應用及效果研究：研究：之一：引起單性結實之一：引起單性結實n在授粉前用生長素處在授粉前用生長素處理柱頭，也可引起果理柱頭，也可引起果實膨大。形成無籽果實膨大。形成無籽果實，這種現象稱為單實，這種現象稱為單性結實性結實parthenocarpyparthenocarpyn濃度、時期、部位的濃度、時期、部位的研究，對其它節(jié)位的研究，對其它節(jié)位的影響影響 生長素的應用及效果研究：生長素的應用及效果研究：之二：之二：影響性別分化和促影響性別分化和促進開花進開花n生長素促進瓜類植物生長素促進瓜類植物（黃瓜、南瓜）等的雌（黃瓜、南瓜）等的雌花分化。促進菠蘿開花。花分化。促進菠蘿開花。

28、n濃度、時期、部位的研究，濃度、時期、部位的研究，對其它節(jié)位果實或花、果對其它節(jié)位果實或花、果實品質的影響、對營養(yǎng)生實品質的影響、對營養(yǎng)生長的影響等長的影響等 Hubbard squash芛瓜芛瓜 femalemalen赤霉素之一：赤霉素之一：n促進葡萄果柄促進葡萄果柄的伸長，使之的伸長，使之松散，防止霉松散，防止霉菌感染菌感染n噴布次數：兩次噴布次數：兩次n噴布時期：開花噴布時期：開花時一次，座果時時一次，座果時一次。一次。對照處理赤霉素之二：赤霉素之二：促進抽苔開花促進抽苔開花n有些植物在開花前需經歷有些植物在開花前需經歷一段時間的低溫和長日照一段時間的低溫和長日照能夠開花，用赤霉素處理能夠開花，用赤霉素處理就可以代替低溫或長日照，就可以代替低溫或長日照，使其開花。如蘿卜、白菜、使其開花。如蘿卜、白菜、甜菜、萵苣等許多二年生甜菜、萵苣等許多二年生植物。植物。n處理部位、時期（含一處理部位、時期（含一天中的某一時間）、濃天中的某一時間）、濃度、效果度、效果 Mullein毛蕊屬植物毛蕊屬植物 第五節(jié) 植物生長抑制物質 根據抑制生長的作用方式不同，生長抑制物質分為兩類： 1、