【正文】 韋爾林從樺樹葉中提取出了一種能抑制生長并誘導旺盛生長的枝條進入休眠的物質 ， 他們將其命名為休眠素 (dormin)。 ? 1963年大熊和彥和阿迪柯特 ( and )等從 225kg 4～ 7d齡的鮮棉鈴中分離純化出了 9mg具有高度活性的促進脫落的物質 ， 命名為脫落素 Ⅱ(abscisinⅡ) 。 ? 它是人們在研究植物體內與休眠 、 脫落和種子萌發(fā)等生理過程有關的生長抑制物質時發(fā)現(xiàn)的 。此外 ， 細胞分裂素與鈣的關系還可因細胞發(fā)育階段而變化 。 鈣往往通過鈣 — 鈣調素復合體而作為第二信使 。 （ 三 ） 細胞分裂素與鈣信使的關系 細胞分裂素的作用可能與鈣密切相關 。 ? 細胞分裂素可以促進蛋白質的生物合成 。 ? 多種細胞分裂素是植物 tRNA的組成成分 ， 占 tRNA結構中約 30個稀有堿基的小部分 。 在蠶豆細胞中 ， 6BA或受體蛋白單獨存在時 ， 都不能促進 RNA合成 ， 只有兩者同時存在下 ，3HUTP摻入核酸中的量才顯著增多 。 （ 二 ） 細胞分裂素對轉錄和翻譯的控制 ? 激動素能與豌豆芽染色質結合 ， 調節(jié)基因活性 ， 促進 RNA合成 。 ? 有報道認為綠豆 線粒體 有與細胞分裂素高親和力的結合蛋白 。 ? ?？怂沟?(1992)進一步分析不同來源的小麥及不同禾谷作物胚芽的細胞分裂素結合蛋白 ， 證實其亞基數(shù)不同 ， 這也說明細胞分裂素結合蛋白的多樣性 。 四 、 細胞分裂素的作用機理 （ 一 ） 細胞分裂素結合蛋白 ? 關于細胞分裂素的結合位點有多種不同的報道 。 在果實類 2A11促進劑調節(jié)下蕃茄果實 Agrobacterium tumefaciens ipt基因的突變 。 含有細胞分裂素生物合成基因 ipt的轉基因的煙草植株中，葉片的衰老延遲了。 ?此外， CTK還可調動多種養(yǎng)分向處理部位移動，因此有人認為 CTK延緩衰老的另一原因是由于促進了物質的積累，現(xiàn)在有許多資料證明激動素有促進核酸和蛋白質合成的作用。 一個不能被代謝的經過放射性標記的氨基酸 ， 如氨基異丁酸以離散點的形式施用在這些幼苗各個植株的右側子葉上 。 圖 718 。 轉 ipt基因的煙草 香脂冷杉上的眾生枝 A ipt基因誘導四環(huán)素處理的葉腋長出側芽 B 左：轉 ipt基因的芽嫁接到野生型的根上 ,右：野生型的芽嫁接到轉基因煙草的根上 （ 五 ） 延緩葉片衰老 ? 如在離體葉片上局部涂以激動素則在葉片其余部位變黃衰老時 ，涂抹激動素的部位仍保持鮮綠(圖 718A、 B)。在暗中或光照下，玉米素處理的子葉都比對照中的子葉擴展的大。 To表示了實驗開始之前萌發(fā)的蘿卜幼苗。L 1 )處理(葉面涂施 )， (轉引自潘瑞熾 ，董愚得 ， 植物生理學 ， 1996) 圖 生長素對蘿卜子葉擴展的影響。 ? 由于生長素只促進細胞的縱向伸長 ， 而赤霉素對子葉的擴大沒有顯著效應 ， 所以CTK這種對子葉擴大的效應可作為 CTK的一種生物測定方法 。當愈傷組織被放在只有生長素的環(huán)境中作次培養(yǎng)時，誘導根產生（左圖）；當被放在細胞分裂素與生長素之比比較高的環(huán)境中培養(yǎng)時，芽激增（右圖）。 在這兩種激素的中間的或高濃度下（ 中間與下右 ） ， 形成未分化的胼胝質 。 在低生長素與高的激動素濃度 （ 下左 ） 下形成芽 。 ?當培養(yǎng)基中 ［ CTK］ /［ IAA］ 的比值高時 ， 愈傷組織形成芽； ?當 ［ CTK］ /［ IAA］ 的比值低時 ， 愈傷組織形成根； ?如二者的濃度相等 ， 則愈傷組織保持生長而不分化；所以 ， 通過調整二者的比值 ， 可誘導愈傷組織形成完整的植株 。 圖 冠癭菌的瘤塊誘導進程 。 ?而細胞分裂素主要是對細胞質的分裂起作用 ， 所以 ，細胞分裂素促進細胞分裂的效應只有在生長素存在的前提下才能表現(xiàn)出來 。生長素 、 赤霉素和細胞分裂素都有促進細胞分裂的效應 ， 但它們各自所起的作用不同 。 在細胞分裂素氧化酶 (cytokinin oxidase)的作用下，玉米素、玉米素核苷和異戊烯基腺嘌呤等可轉變?yōu)橄汆堰始捌溲苌铩? 細胞分裂素的結合態(tài)形式較為穩(wěn)定，適于貯藏或運輸。 無極性 。從高等植物中發(fā)現(xiàn)的細胞分裂素 ， 大多數(shù)是玉米素或玉米素核苷 。 CTK均為腺嘌呤的衍生物。 圖 715 常見的天然細胞分裂素和人工合成的細胞分裂素的結構式 （ 二 ） 細胞分裂素的種類和結構特點 天然 CTK 游離態(tài) CTK： 玉米素、玉米素核苷、二氫玉米素、異戊烯基腺嘌呤 (iP)等。 ? 1963年 ， 萊撒姆 ()從未成熟的玉米籽粒中分離出了一種類似于激動素的細胞分裂促進物質 ， 命名為 玉米素(zeatin,Z， ZT)， ? 1964年確定其化學結構為 6(4羥基 3 反式 2丁烯基氨基 )嘌呤 ,分子式為 C10H13N5O， 分子量為 (圖 715)。 他們分離出了這種活性物質 ， 并命名為激動素 (kiin,KT)。 ? 1954年 ， 雅布隆斯基 ()和斯庫格發(fā)現(xiàn)煙草髓組織在只含有生長素的培養(yǎng)基中細胞不分裂而只長大 ， 如將髓組織與維管束接觸 ， 則細胞分裂 。在拍攝此照片的兩個月前，對這個莖干進行創(chuàng)傷處理并用冠癭菌的病毒進行接種。 GA + GBP ? GAGBP ? 基因表達 第三節(jié)細胞分裂素類 （ CTK） 生長素和赤霉素的主要作用都是促進細胞的伸長 ， 雖然它們也能促進細胞分裂 ， 但是次要的 ，而細胞分裂素類則是以促進細胞分裂為主的一類植物激素 。 （ 二 ） 赤霉素結合蛋白 ?胡利 (Hooley)等 (1993)首次報道了野燕麥糊粉層中有一種分子量為 60 000的 GA特異結合蛋白(gibberellin binding protein,GBP)。 圖 714 GA與 IAA形成的關系 雙線箭頭表示生物合成；虛線箭頭表示調節(jié)部位 。 （ 1） GA降低了 IAA氧化酶的活性 ， （ 2） GA促進蛋白酶的活性 ，使蛋白質水解 ， IAA的合成前體 (色氨酸 )增多 。一個誘導 2— 淀粉酶基因轉錄的無 Ca2+的途徑；包含 2— 淀粉酶分泌作用的包含 Ca2+的途徑 。 ? 大麥籽粒在萌發(fā)時 ， 貯藏在胚中的束縛型 GA水解釋放出游離的 GA， 通過胚乳擴散到糊粉層 ，并誘導糊粉層細胞合成α 淀粉酶 ， 酶擴散到胚乳中催化淀粉水解(圖 713)， 水解產物供胚生長需要 。 去胚種子 +糊粉層 不能產生 α 淀粉酶 去胚種子 +GA+糊粉層 能產生 α 淀粉酶 去胚種子 +GA 不能產生 α 淀粉酶 ?這證明糊粉層細胞是 GA作用的靶細胞 。而右邊的一串則是在果實發(fā)育期間用赤霉素噴施過的 四 、 赤霉素的作用機理 （ 一 ） GA與酶的合成 ? 關于 GA與酶合成的研究主要集中在 GA如何誘導禾谷類種子α 淀粉酶的形成上 。 圖 Thompson無籽葡萄的生長。 ? 此外 ， GA也可促進細胞的分裂和分化 ， GA促進細胞分裂是由于縮短了 G1期和 S期 。 GA在這方面的效應與生長素和乙烯相反 。 蛋白質存儲泡囊 （ psv）在每個細胞中可見 。 圖 萌芽過程中大麥籽粒的結構與各種的功能（ A） 。 ?對于需光和需低溫才能萌發(fā)的種子 ， 如萵苣 、 煙草 、紫蘇 、 李和蘋果等的種子 ， GA可代替光照和低溫打破休眠 ， 這是因為 GA可誘導 α 淀粉酶 、 蛋白酶和其它水解酶的合成 ， 催化種子內貯藏物質的降解 ，以供胚的生長發(fā)育所需 。 （ 三 ） 打破休眠 ， 促進萌發(fā) ?用 2～ 3μg （左）對照：不施 GA，不冷處理； （中）不進行冷處理，但每天施10181。 ? 若對這些未經春化的植物施用 GA， 則不經低溫過程也能誘導開花 ， 且效果很明顯 。赤霉素促進了矮生突變體莖干的明顯伸長，但是對野生型的植株卻沒有或僅有很小的效果 （ 二 ） 誘導開花 （ 代替低溫 、 長日照 ） ? 某些高等植物花芽的分化是受日照長度 (即光周期 )和溫度影響的 。 度的抑制作用 即使 GA濃度很高 ， 仍可表現(xiàn)出最大的促進效應 ，這與生長素促進植物生長具有最適濃度的情況顯著不同 。 （一）促進莖的伸長生長 GAs對 GA3處理后三天 Tanginbozu矮生稻葉鞘伸長的提高： （ 左 ） 對照； （ 中 ） 每株苗施 100pgGA3； （ 右 ） 每株苗施 1ngGA3。 轉化： 游離型 GA ?? 束縛型 GA（ GA葡萄糖酯和 GA葡萄糖苷 ） 貯藏和運輸形式 木質部 韌皮部 三 、 赤霉素的生理效應 GA促進生長具有以下特點： 促進整株植物生長 ?用 GA處理 ， 能顯著促進植株莖的伸長生長 ， 尤其是對矮生突變品種的效果特別明顯 。 圖中記號： △ 王古王巴基焦磷酸合成酶 (CPS)； ▲ 貝殼杉烯合成酶 (KS)； ? 7氧化酶； ○ 20氧化酶； ● .3β 羥化酶 生物合成前體： 甲羥戊酸 （ 甲瓦龍酸 ） 植物體內合成部位： 頂端幼嫩部分 ， 如根尖和莖尖 ， 生長中的種子和果實 ，其中正在發(fā)育的種子是 GA的豐富來源 。 二 、 赤霉素的生物合成與運輸 (一 )生物 ? 種子植物中赤霉素的生物合成途徑 ， 根據(jù)參與酶的種類和在細胞中的合成部位 ， 大體分為三個階段 (圖 710)。 19C赤霉素在數(shù)量上多于 20C赤霉素 ， 且活性也高 。 ? 根據(jù)赤霉素分子中碳原子的不同 ， 可分為 20C赤霉素和19C赤霉素 。 赤霉素是一種雙萜 ， 由四個異戊二烯單位組成 ， 有四個環(huán) ， 其碳原子的編號如下圖所示 。 ?到 1998年為止，已發(fā)現(xiàn) 121種赤霉素，可以說，赤霉素是植物激素中種類最多的一種激素。 ? 1959年克羅斯 ()等測出了 GA GA1和 GA5的化學結構 。 此后 ， 對赤霉素 A系列 (赤霉素 An)就用縮寫符號 GAn表示 。 通過比較發(fā)現(xiàn)赤霉素 A3與赤霉酸和赤霉素 X是同一物質 。 后來證明赤霉酸和赤霉素 X為同一物質 ， 都是 GA3。 ?1938年藪田和住木又從赤霉菌培養(yǎng)基的過濾液中分離出了兩種具有生物活性的結晶，命名為 “ 赤霉素 A” 和“ 赤霉素 B” 。 第二節(jié) 赤霉素類 （ GA） 一 、 赤霉素的發(fā)現(xiàn)及其種類 (一 )赤霉素的發(fā)現(xiàn) 赤霉素 (gibberellin,GA)是在研究水稻惡苗病時發(fā)現(xiàn)的 ， 它是指具有赤霉烷骨架 ， 能剌激細胞分裂和伸長的一類化合物的總稱 。激素受體的一個重要特性是激素分子和受體結合后能激活一系列的胞內信號轉導 ， 從而使細胞作出反應 。 （ 三 ） 生長素受體 激素受體 (hormone receptor)， 是指能與激素特異結合的 、 并能引發(fā)特殊生理生化反應的蛋白質 。 ? 當 IAA與質膜上的激素受體蛋白 (可能就是質膜上的質子泵 )結合后 ， 激活細胞內的第二信使 ， 并將信息轉導至細胞核內 ，使處于抑制狀態(tài)的基因解阻遏 ， 基因開始轉錄和翻譯 ， 合成新的 mRNA和蛋白質 ， 為細胞質和細胞壁的合成提供原料 ， 并由此產生一系列的生理生化反應 。 由此提出了生長素作用機理的基因活化學說 。 酸生長理論 (Acidgrowth theory): Rayle Cleland ( 1970 ) 纖維素微纖絲 木葡聚糖 氫鍵 其它細胞壁多糖 共價鍵 鈍化 活化 H + IAA ATP ADP 細胞質 細胞膜 細胞壁 質子泵 （ 二 ） 基因活化學說 ? 生長素作用機理的 “ 酸生長理論 ” 雖能很好地解釋生長素所引起的快速反應 ， 但許多研究結果表明 ， 在生長素所誘導的細胞生長過程中不斷有新的原生質成分和細胞壁物質合成 ，且這種過程能持續(xù)幾個小時 ， 而完全由 H+誘導的生長只能進行很短時間 。 ?， H+一方面使細胞壁中對酸不穩(wěn)定的鍵(如氫鍵 )斷裂，另一方面 (也是主要的方面 )使細胞壁中的某些多糖水解酶 (如纖維素酶 )活化或增加，從而使連接木葡聚糖與纖維素微纖絲之間的鍵斷裂，細胞壁松馳。 其要點： ? (H+ATP酶 )，生長素作為泵的變構效應劑，與泵蛋白結合后使其活化。 四、生長素