《光形态建成》PPT课件.ppt

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1、,第八章光形态建成,光形态建成概述,光 敏 色 素,蓝光和紫外光反应,思考题,重难点,2,【重、难点提示】2学时讲授光受体的种类及特性光敏色素的化学性质、光化学转换、生理作用及机制,第八章 光形态建成,3,光形态建成依赖光控制植物细胞的分化、结构、功能的改变，最终影响组织和器官的形态建成的现象。,光形态建成概述,植物暗形态建成植物在暗中生长所呈现的各种黄化特征、茎细而长、顶端呈钩状弯曲、叶片偏小等现象。,4,1）光敏色素：感受红光和远红光区域的光（650-740nm）2）隐花色素和向光素：感受蓝光（450-500nm）和近紫外光区域（320-400nm）的光3）UV-B受体：感受紫外光B区域（

2、280-320nm）的光,光受体目前至少三种,5,6,一 光敏色素的发现1938年，Hamner和Bonner发现1952年，农业部马里兰洲Beltssville(贝茨维尔）农业研究中心Borthwick和Hendricks利用光谱仪研究莴苣种子发芽,第一节 光 敏 色 素（PHY）,1959年，Butler 研究黄化玉米幼苗吸收光谱1960年，分离、命名光敏色素Phytochrome 二 光敏色素定位、含量 定位：存在核、细胞质中，与膜结合 含量：黄花苗中蛋白质丰富的分生组织含量高 光敏色素的分布特点1）黄化幼苗的光敏色素含量比绿色组织高；2）蛋白质丰富的分生组织中含光敏色素较高；3）在细胞

3、中，光敏色素主要分布在膜系统、细胞质和细胞核中。,光 敏 色 素 种 类,在高等植物体中至少有两种类型：类型光敏色素（Phy）：也称黄化组织光敏色素或光不稳定光敏色素类型光敏色素（Phy）：也称绿色组织光敏色素或光稳定光敏色素。,（一）光敏色素的性质：溶于水的色蛋白，是二个亚基组成的二聚体 每个亚基组成：生色团、脱辅基蛋白 两种类型：红光吸收型Pr：生理钝化型，远红光吸收型Pfr：是生理活性型，Pr型和Pfr型可相互转变,三 光敏色素的性质和光化学转换,1 吸收光谱：Pr吸收峰660nm，Pfr 730nm,光敏色素吸收光谱,H+变化双键变化,Pr和Pfr互变时其生色团的异构化,光敏色素的结构

4、,生理失活型,生理激活型：蛋白质和生色团构象变化（吡咯环D的C15和C16双键旋转进行顺反异构化）,转变包括：生色团光化学反应和黑暗反应（含水条件发生）,多基因家族编码 拟南芥有5个基因 PHYA、B、C、D、E PHYA-编码类型I 光不稳定光敏素，黄花苗中多，光下抑制 PHYB、C、D、E-编码类型II 光稳定光敏素，绿苗多，不受光抑制 核 脱辅基蛋白+质体 生色团,（二）光敏色素合成：,全蛋白,胞质,类型1和类型11光敏色素的合成与降解,PHYAmRNA Pr Pfr 反应PHYBE mRNA Pr Pfr 反应,降解,降解,泛素ATP,泛素,红光,远红光,红光,远红光,合成 红光(66

5、0nm)X 前体 Pr Pfr PfrX 生理效应 远红光(730nm)暗转换 酶降解破坏,（三）光敏色素的光化学转换：,总光敏色素：Ptot=Pr+Pfr 光稳定平衡=Pfr/Ptot 自然条件下值0.010.05时即可引起显著生理变化,经多条信号转导途径,四、光敏色素的生理作用和反应类型,（一）光敏色素的生理作用,根据光敏色素对光量的需求不同分三类：*极低辐照度反应（very low fluence response，VLFR）*低辐照度反应（low fluence response，LFR）*高辐照度反应（high irradiance response，HIR）,（二）光敏色素调节的反

6、应类型：,三种光敏色素反应类型的比较,反应程度与光辐照度和光照时间的乘积成正比,光饱和之前,21,五、光敏色素的作用机理,光敏色素是苏氨酸/丝氨酸激酶，具不同功能区N末端是与生色团连接区，决定其光化学特性C末端与信号转导有关接受光刺激后，N末端苏氨酸残基磷酸化被激活，再将信号传递给下游不同X组分。,光敏色素的激酶性质,ATP,光敏色素在形态建成中，依反应速度分 快反应（膜假说）和慢反应（基因调节假说）快反应受R、FR可逆调节，以分秒计。1“棚田效应”2 转板藻叶绿体运动,弱红光和远红光对转板藻叶绿体运动的影响,（一）膜假说1、膜假说实质：通过调节膜上离子通道和质子泵来影响离子流动光敏色素接受R

7、后引起膜电位变化2、证明膜电位变化证据：“棚田效应”,不可逆，包括基因表达、蛋白质合成，以小时或天计，如红光促进莴苣种子萌发、诱导幼苗去黄化反应。光敏素调节基因表达的信号转导途径和组分见P214,慢反应,光形态建成中基因活化的三个步骤图解,（二）基因调节假说,认为光敏色素对光形态建成的作用，是通过调节基因表达来实现的。其依据是某些光敏色素调控的长期反应与基因表达有关。,一、蓝光反应：植物通过受体吸收蓝光和近紫外光，引起各种蓝光反应。已知的蓝光受体有隐花色素和向光素，它们的生色团都是黄素蛋白，调节不同的蓝光反应。高等植物典型的蓝光反应有向光反应、抑制茎伸长、促进花色素苷积累、促进气孔开放等。,第二节 蓝光和紫外光反应,蓝 光 反 应 作 用 光 谱,蓝光引起燕麦芽鞘向光性的作用光谱,31,UVC 200280nm，被臭氧层吸收 紫外光UV：UVB 280320nm，部分穿过大气层 UVA 320400nm，穿过大气层,二、紫外光-B反应,吸收280320nm紫外光，受体为紫外光-B区光受体，本质不清楚，高峰值290nm。对植物的整个生长发育和代谢都有影响。,32,就植物生长而言，光起什么作用？参与光合作用光与参与光形态建成的光有何区别？光敏色素与叶绿素有何异同？光敏色素的基因表达有何特点？,思考题,