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生物奥赛-光形态建成


植物光形态建成

? 在影响植物生长发育的外界条件(光、温度、重力、

水、矿质)中,光的作用是最大的,光对植物的作用 主要有两个方面:1)光是绿色植物的光合所必需的 (提供能量、酶的活化);2)光调节植物的生长发育, 以使之更好地适应外界环境。这种依赖光控制细胞 分化、结构和功能的改变,最终汇集成组织和器官 的建成,称为光形态建成 ph

otomorphogenesis. 或称 为光控发育、又称为光范型反应。相反,在暗处生 长的植物表现出各种黄化特征,茎细而长,顶端呈 钩状弯曲,叶片小而呈黄白色,这种现象称为暗形 态建成 skotomorphogenesis.

§1 植物体内的光控发育现象
1. 光和种子的休眠与萌发

在光对种子萌发的实验中,最著名的是莴苣种子的萌发实验。 莴苣种子是需光种子,把种子放在暗处吸水12小时后,用660nm红光 或730nm远红光照射后,放在暗处观察50小时后的发芽率,发现:
光处理 R 暗处萌发率 72%

R-FR
R-FR-R R-FR-R-FR R-FR-R-FR-R

13%
74% 8% 75%

2. 植物生长的调节
1) 暗处生长的幼苗,缺光而成黄色,称黄化苗 etiolated plant,黄化 苗生长快而弱。此时若施以光照,则黄化苗会形成叶绿素而变绿, 同时幼苗生长 变慢而壮,机械组织发达。这里起作用的光主要是 红光和兰光,而远红光作用与黑暗一样,会促进伸长生长。 在实践中可见,密林中光线以远红光为主,因此促进茎的伸长生 长。林业上经常用密植的方法得到结节少、高而直的林木。 2) 对分蘖 的调节 红光促进分蘖、远红光抑制分蘖,因此若谷物太密,照到基部的 光就主要是远红光,从而减少而控制分蘖。

3. 叶绿体的向光性运动
在藓类、被子植物中、叶绿体的向光运动作用光谱以兰光为主。 对某些兰藻(转板藻)来说,除兰光外,红光也有作用。

4. 花色素苷和其它类黄酮物质的合成
花色素苷合成的作用光谱为红光、远红光和兰光

5. 光与植物的周期性——光周期现象
植物体通过测定白天和黑暗的相对长度而控制生理反应的现象称为 光周期现象。如: A. 种子萌发:有的需长日,有的需短日 B. 茎叶生长:有的长日促进分蘖、有的需短日 C. 根和贮存器官的形成:
a) 扦插:长日促生根 b) 马铃薯块茎:短日促进 c) 木薯、小萝卜:短日促进;洋葱、鳞茎:长日促进

6. 近似昼夜节律性 7. 光与花诱导

§2 植物光控发育的受体
? 三类: 1. 光敏素 (红光-远红光受体) 2. 隐花色素(兰光/紫外-A受体) 3. 紫外线B区受体

一 光敏素
(一)光敏素的光化学和生物化学特性
1. 光敏素可在Pr与Pfr之间相互转化
1) 在黄化苗中,光敏素是以红光吸收形式(Pr)存在的, 因为光敏素在暗中是以Pr形式合成的,在红光下转变 为远红光吸收形式(Pfr),后者吸收远红光而转变成 Pr.

2. Pfr是光敏素的生理活性形式
实验证明,一些反应与植物体内Pfr/Pr的量,或Pfr/(Pfr+Pr)的量有关。

(二)光敏素的结构
光敏素是由2个相同的二聚体组成,每个单体由脱辅基蛋白 和生色团两部分组成

生色团是一个开链四 吡咯环,在质体中合 成,形成后在胞质中 通过硫脂桥与脱辅基 蛋白的cys残基相连, 形成全蛋白;

Pr与Pfr的结构区别, 主要在于生色团的 C15与C16间双键的旋 转:Pr为顺式的,吸 收红光后变为Pfr, Pfr 为反式的。

(三)光敏素的类型 目前已鉴定出两种不同的光敏素,PhyI和 PhyII,在黄化苗中PhyI比PhyII高9倍, 面绿色植株中二者含量相当。PhyI易被 光解,而PhyII较稳定。

(四)光敏素引起的一些反应
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 植物的避荫性 某些种子的萌发 某些昼夜节律运动 双子叶植物顶端弯钩的打开 花诱导 节间伸长 叶分化与扩大 花色素形成 质体形成

二 蓝光/UV-A受体
? UV共分为3区, UV-A(320-400urn)、 UV-B(280-320urn) UV—C (200-280urn) 其中 UV-C 不能穿透臭氧层,部分 UV-B 和全部 UV-A 可穿 透臭氧层而到达地面,影响植物发育生长。

? 植物的蓝光反应: 1. 植物的向光性 2. 植物的逐光性 3. 叶绿体的运动 4. 气孔的开放 5. 下胚轴生长的抑制 6. 叶绿素和胡萝卜素的合成 7. 花色素苷的形成等

植物向光性运动

CHLOROPLAST MOVEMENTS -LEMNA
黑暗 弱兰光 强兰光

黑暗

蓝光

C 紫外线一B区受体
UV一B反应: ? 植株生长的抑制
1. 植株矮化 2. 叶面积减小 3. 气孔关闭

? 叶绿体破坏、叶绿体色素含量下降 ? 光合电子传递受阻 ? 花色素苷、类黄酮物质的合成

例题
下列现象中,受光敏素调节的反应是( A 种子萌发 B 花诱导 C 树木休眠 D 节间缩短 )

在森林覆盖下光到达地面的光谱与光到达裸露地面的光谱不同。 1.这些不同主要由于植物的哪一分子? ____A.双磷酸核酮糖羧化酶–加氧酶 ____B.叶绿素 ____C.光敏色素 ____D.纤维素 ____E.辣素 2.在森林覆盖下不同于裸露地面和光。在森林覆盖下有怎样的关系比? ____A.蓝光与绿光比值高 ____B.红光与远红光的比值高 ____C.红光与绿光的比值高 ____D.远红光与红光的比值高 3.植物对光组成的反应是通过哪种化合物的作用? ____A.赤霉素 ____B.细胞分裂素 ____C.光敏色素 ____D.视紫红 质 ____E.细胞色素 4.同种植物生长在植物覆盖下时与裸露地面上时比较,有下述哪种特点? ____A.有长的节间 ____B.有短的节间 ____C.有粗的茎 ____D.有多的花色素苷含量

一种植物中,一些生理过程只在植物受到全光谱白光 或者其中的红光成分照射时才能进行,其他单色光 源则无法产生效应。基于这一点,这一过程是由什 么调节的: A 叶绿素 B 一种类黄酮色素 C 光敏色素 D 植 物生长素或赤霉素

以下几种植物对光的反应中,属于光周期现象的有: A.菜豆等植物叶片昼开夜合 B.气孔在光照下张开 C.马铃薯在长日照下形成块茎 D.菊花在短日照下开花


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