植物生理課件：細(xì)胞分裂素

細(xì)胞分裂素（Cytokinins，CTK）CTK的發(fā)現(xiàn)CTK的化學(xué)結(jié)構(gòu)CTK的生物合成CTK的代謝和運(yùn)輸CTK的生理作用CTK的作用機(jī)制1940sVanOverbeek培養(yǎng)基+椰子乳促進(jìn)細(xì)胞分裂Skoog培養(yǎng)基+酵母提取液嘌呤類化合物煙草莖切段組織培養(yǎng)；髓組織的細(xì)胞分裂1955年Miller和Skoog等鯡魚精子DNA的部分降解物煙草髓組織的生長激動素(Kinetin)(6—呋喃氨基嘌呤)一種DNA的降解產(chǎn)物，并不是天然的植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)。1963年,Letham首次從甜玉米灌漿期籽粒中提取并結(jié)晶出有效成分，命名為玉米素(Zealin)。目前在高等植物中已鑒定出有30多種細(xì)胞分裂素。細(xì)胞分裂素的定義1.在生長素存在的條件下，誘導(dǎo)愈傷組織細(xì)胞分裂；2.在與生長素具有適當(dāng)比例的前提下促進(jìn)愈傷組織不定芽的發(fā)生；3.能延遲葉片的衰老；4.促進(jìn)雙子葉植物幼苗子葉的擴(kuò)大。細(xì)胞分裂素被定義為具有與反式玉米素具有相同生物活性的物質(zhì)，即細(xì)胞分裂素的種類和化學(xué)結(jié)構(gòu):天然細(xì)胞分裂素有玉米素

Zeatin

、二氫玉米素

Dihydrozeatin

、異戊烯基腺嘌呤

(iP,N6-isopentenyl-adenine).化學(xué)結(jié)構(gòu)都是腺嘌呤衍生物人工合成細(xì)胞分裂素有激動素

(kinetin)，熱誘導(dǎo)的DNA降解而來;6-芐基腺嘌呤

(6-benzyladenine，6-BA)。幾種常用細(xì)胞分裂素的化學(xué)結(jié)構(gòu)游離態(tài)細(xì)胞分裂素玉米素雙氫玉米素異戊烯基腺嘌呤具有激素活性結(jié)合態(tài)細(xì)胞分裂素通過糖基化、乙?；确绞睫D(zhuǎn)化為結(jié)合態(tài)形式(如玉米素核苷)。細(xì)胞分裂素的結(jié)合態(tài)形式較為穩(wěn)定,適于貯藏或運(yùn)輸細(xì)胞分裂素合成限速酶：異戊烯基轉(zhuǎn)移酶（IPT）9個擬南芥IPT基因被分離鑒定，命名為AtIPT1-AtIPT9。其結(jié)構(gòu)和功能與腺苷酸異戊烯基轉(zhuǎn)移酶和tRNA異戊烯基轉(zhuǎn)移酶相似?；虮磉_(dá)呈現(xiàn)組織特異性，表明細(xì)胞分裂素可能在植物體不同組織或部位合成。細(xì)胞分裂素的生物合成:Zeatinriboside-MP玉米素核苷單磷酸異戊烯基腺嘌呤核苷單磷酸細(xì)胞分裂素的生物合成:底物：ADP/ATP側(cè)鏈前體：二甲基丙烯基二磷酸（DMAPP）iPMPZMPZeatinriboside玉米素核苷異戊烯基腺嘌呤以iPMP為中間產(chǎn)物的合成途徑稱為iPMP依賴途徑葡萄糖苷酶細(xì)胞分裂素的合成部位和運(yùn)輸：細(xì)胞分裂素的合成部位:

根尖分生組織。幼胚和幼小發(fā)育中的葉、有效果實等也可合成。細(xì)胞分裂素的運(yùn)輸途徑:

木質(zhì)部運(yùn)輸細(xì)胞分裂素的運(yùn)輸形式:

玉米素核苷根系CTK合成和向上運(yùn)輸受地上部控制

豌豆rms4（根系玉米素核苷水平比野生型低40倍）游離細(xì)胞分裂素很快被轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的核苷酸和核苷形式。嘌呤代謝的酶可能參與這樣的轉(zhuǎn)變。N6-(isopentenyl)-adenine細(xì)胞分裂素的代謝：CKX可能對細(xì)胞分裂素起鈍化作用,防止細(xì)胞分裂素積累過多,產(chǎn)生毒害。事實上,該氧化酶的活性可被高濃度的細(xì)胞分裂素誘導(dǎo)。細(xì)胞分裂素氧化酶

(cytokininoxidase，CKX)的作用下,玉米素、玉米素核苷和異戊烯基腺嘌呤等可轉(zhuǎn)變?yōu)橄汆堰始捌溲苌铩５p氫玉米素及其結(jié)合態(tài)對此酶不敏感。細(xì)胞分裂素結(jié)合物—N-葡萄糖苷糖基化細(xì)胞分裂素結(jié)合物—氨基酸結(jié)合物休眠的種子中結(jié)合態(tài)細(xì)胞分裂素濃度高而游離態(tài)很低;種子萌發(fā)時游離形式濃度很快增加,結(jié)合態(tài)形式相應(yīng)地降低。超量表達(dá)細(xì)胞分裂素的突變體4片子葉WT突變體，分支多較大的莖尖分生組織，較多葉片細(xì)胞分裂素的生理功能細(xì)胞分裂素的生理功能：調(diào)節(jié)莖尖和根的生長細(xì)胞分裂素促進(jìn)細(xì)胞分裂和膨大

細(xì)胞分裂素促進(jìn)側(cè)芽和不定芽生長分化

細(xì)胞分裂素抑制葉片衰老

Tobaccoplantsoverexpressingthegeneforcytokininoxidase.Shootgrowthisstronglyinhibitedinthetransgenicplants.調(diào)節(jié)莖尖和根的生長：WTAtCKX1同樣的轉(zhuǎn)基因植物卻表現(xiàn)出根的增強(qiáng)生長細(xì)胞分裂素在調(diào)節(jié)根和莖分生組織的細(xì)胞分裂時起相反作用細(xì)胞分裂素調(diào)節(jié)細(xì)胞生長幼苗上胚軸生長顯著抑制，子葉擴(kuò)張幅度增大，促進(jìn)真葉的分化和生長促進(jìn)細(xì)胞分裂：細(xì)胞分裂過程:細(xì)胞核分裂細(xì)胞質(zhì)分裂只有在加入生長素同時供給細(xì)胞分裂素時，細(xì)胞才分裂。（生長素）（細(xì)胞分裂素）細(xì)胞分裂素促進(jìn)細(xì)胞擴(kuò)大雙子葉植物的子葉,在含有細(xì)胞分裂素的溶液中培養(yǎng),子葉生長速率比對照增加2~3倍。細(xì)胞分裂素促進(jìn)細(xì)胞的擴(kuò)大是通過增加細(xì)胞壁的伸展性,使細(xì)胞吸收水分而擴(kuò)大。細(xì)胞分裂素促進(jìn)細(xì)胞的擴(kuò)大不伴隨質(zhì)子的排出不引起酸化。生長素和赤霉素都不促進(jìn)雙子葉植物子葉的擴(kuò)大細(xì)胞分裂素促進(jìn)不定芽分化吲哚-3-丁酸生長素/細(xì)胞分裂素比例控制根芽發(fā)育tms基因突變或刪除多枝突變體多根突變體不分化的巨大瘤tmr基因突變或刪除與IAA生物合成有關(guān)的兩個基因發(fā)生了變異（體內(nèi)具有相對于IAA較高水平的CTK）與玉米素生物合成有關(guān)的ipt基因發(fā)生了變異（體內(nèi)具有相對于CTK較高水平的IAA）農(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒InteractionofCTKwithauxindictatesrootandshootdevelopmentincellcultureIncreasingIAAconc.IncreasingCTKconc.細(xì)胞分裂素促進(jìn)芽的分化：

在培養(yǎng)基中所加的細(xì)胞分裂素和生長素的量影響組織塊的分化方向：

CTK/IAA比值=1時,愈傷組織生長而無分化

CTK/IAA比值低時,誘導(dǎo)根的形成；

CTK/IAA比值高時,誘導(dǎo)芽的分化。CTK和IAA的量影響組織塊的分化方向

CTK/IAACTK/IAA>1<1促進(jìn)側(cè)芽發(fā)育、消除頂端優(yōu)勢頂端優(yōu)勢：主莖頂端對側(cè)枝側(cè)芽萌發(fā)和生長的抑制作用。頂端優(yōu)勢主要是生長素決定的。但生理研究顯示CTK在誘導(dǎo)側(cè)芽生長中起作用。給腋芽直接使用CTK時可促進(jìn)細(xì)胞分裂活性和腋芽生長。證據(jù)表明莖中合成的CTK比根中合成木質(zhì)部運(yùn)輸來的CTK對腋芽的影響更大。細(xì)胞分裂素延緩葉片衰老擬南芥半胱氨酸蛋白酶基因啟動子和ipt基因整合后導(dǎo)入煙草，顯著延遲葉片的衰老氨基異丁酸營養(yǎng)物會優(yōu)先向CTK處理的葉片或組織移動并發(fā)生積累------CTK延緩葉片衰老延緩衰老的原因:1.CTK阻止核酸酶、蛋白酶等水解酶的合成或使酶活性降低，使核酸、蛋白質(zhì)等活性物質(zhì)及葉綠素等不受破壞或破壞的速率減緩；2.促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)向CTK所在部位運(yùn)輸?shù)淖饔?.促進(jìn)物質(zhì)的積累。農(nóng)業(yè)應(yīng)用:controlledIPTexpression

增加光合產(chǎn)量。CRE1(cytokininresponse1)細(xì)胞分裂素的受體：AHK2，AHK3細(xì)胞分裂素初級反應(yīng)基因：CTK處理誘導(dǎo)擬南芥快速表達(dá)多種基因，這些基因被稱為CTK的初級反應(yīng)基因。ARR基因:A型ARR、B型ARR、由ARR22和ARR24組成的第3類2.上述結(jié)合激活組氨酸激酶活性,Pi轉(zhuǎn)移到受區(qū)結(jié)構(gòu)域上的天冬氨酸殘基7.磷酸化的ARR(A)與其他因子互作介導(dǎo)一系列的CTK反應(yīng)At組氨酸磷酸轉(zhuǎn)移蛋白組氨酸結(jié)構(gòu)域受區(qū)結(jié)構(gòu)域1.