光敏色素的分类
大学植物学题库及答案
大学植物学题库及答案植物学是研究植物的形态、结构、生理、分类、生态、遗传和进化等方面的科学。
以下是一些大学植物学题库及答案的示例：1. 植物细胞与动物细胞的主要区别是什么？答案：植物细胞具有细胞壁、大液泡和叶绿体，而动物细胞没有。
2. 什么是光合作用？答案：光合作用是植物利用光能将二氧化碳和水转化为葡萄糖和氧气的过程。
3. 植物的光周期反应是什么？答案：植物的光周期反应是指植物对日照长度的反应，影响植物的生长、开花等生理活动。
4. 什么是植物的蒸腾作用？答案：蒸腾作用是植物通过气孔释放水分到大气中的过程，有助于植物的水分和矿物质吸收。
5. 植物的分类有哪些主要的分类单位？答案：植物的分类单位包括界、门、纲、目、科、属、种。
6. 描述单子叶植物和双子叶植物的主要区别。
答案：单子叶植物的种子通常有一个子叶，叶脉多为平行脉；双子叶植物的种子通常有两个子叶，叶脉多为网状脉。
7. 植物的有性生殖和无性生殖有什么区别？答案：有性生殖涉及到配子的结合，产生遗传多样性；无性生殖不涉及配子结合，遗传信息来自单一亲本。
8. 什么是植物的顶端优势？答案：顶端优势是指植物顶端生长点的生长速度超过侧枝，导致顶端生长点优先生长的现象。
9. 植物的光敏色素有哪些类型？答案：植物的光敏色素主要包括光敏素（phytochrome）和隐花色素（cryptochrome）。
10. 描述植物的C3、C4和CAM光合作用途径的主要区别。
答案：C3途径是最常见的光合作用途径，所有植物都具有；C4途径主要在一些热带植物中发现，能够更有效地利用CO2；CAM途径主要在一些干旱植物中发现，可以在夜间固定CO2，减少水分的损失。
这些题目和答案可以作为大学植物学课程的复习材料，帮助学生掌握植物学的基本知识点。
光敏色素与光形态
由于植物是一种固定生长的生物，因此周围多变的环境（如光、温度、水分等）对其生长发育起着超级重要的作用。
其中，光对植物的作用最重要:它不仅以能量的方式直接阻碍植物的光合作用，而且也作为信号分子调剂植物的生长发育。
光作为信号所引发的植物效应（即植物对光的反映）可分为3类：光形态建成、向光性生长和光周期现象。
在植物的光反映中，目前发觉的光受体有3种：光敏色素（phytochrome）、隐花色素和紫外光-B受体。
其中光敏色素对植物的阻碍最为明显，对它研究得也较为深切，它在植物光形态建成中发挥着重要的调控作用，参与许多受光操纵的生理反映。
光敏色素都是以2种不同的形式存在的，即红光吸收型（Pr）和远红光吸收型（Pfr）。
Pfr 是生理激活型，呈黄绿色，其最大吸收峰在730nm左右；而Pr是生理失活型，呈蓝绿色，其最大吸收峰在660nm 左右。
最近几年来，人们利用免疫学、分子生物学及生物突变技术等研究说明，不同种类的光敏色素蛋白是由不同的基因编码最近几年来，人们利用免疫学、分子生物学及生物突变技术等研究说明，不同种类的光敏色素蛋白是由不同的基因编码的。
在拟南芥中，编码光敏色素的蛋白基因有5种(phyA,phyB,phyC,phyD,phyE)。
拟南芥的phyA基因在黄化幼苗中含量超级丰硕，但很容易被降解，而phyB,phyC,phyD,phyE 的含量很少，而且对光很稳固。
当植物受到光照射后, 光敏色素分子转变成具有生物活性Pfr构象. Pfr形式的光敏色素转移到细胞核中, 才能与核内的其他蛋白质彼此作用, 从而调控光反映依照萌生及萌生后生长条件的不同, 植物所经历的发育途径明显不同. 暗处生长幼苗表现出黄化特点, 如拟南芥下胚轴伸长、缺少叶绿素和光调控基因表达受抑制, 这些被称为暗形态建成特点(skotomorphogenesis); 光下生长的拟南芥表现出下胚轴被抑制、子叶变大、叶绿素合成和光调控基因表达的激活, 这些特点被称为光形态建成特点(photomorphogenesis). 在拟南芥中的研究说明, 光形态建成和暗形态建成均受到复杂严格的操纵.在暗生长条件下, 拟南芥COP9信号复合体与COP1, COP10和DET1一起负调控光调控基因的表达,抑制光形态建成的发生, 保证了拟南芥暗生长条件下的黄化特点[1]. 另外, 利用赤霉素(gibberellin, GA)生物合成抑制剂多效唑(paclobutrazol, PAC)处置暗生长拟南芥幼苗能够诱导部份的光形态建成特点,如下胚轴伸长受到抑制、顶端钩打开、子叶部份打开和光调控基因如LHCB (light-harvesting chlorophyll a/b binding protein)和RBCS(ribulose-1,5-bisphosphatecarboxylase/oxygenase small subunit)的诱导表达[2].拟南芥中, GA合成缺点型突变体ga1-3暗生长条件下表现出部份光形态建成特点[2]. 这说明植物激素GA是维持暗形态建成所必需的.在光照条件下, 光能够诱导植物光形态建成发生. 光敏色素(phytochrome)要紧感受红光/远红光,在植物黄花苗中, 光敏色素以不具有活性的Pr构象存在于细胞质中, 当植物受到光照射后, 光敏色素分子转变成具有生物活性Pfr构象. Pfr形式的光敏色素转移到细胞核中[3,4], 与核内的PIFs (phytochromeinteractingfactors)转录因子彼此作用, 诱导光调控基因的表达和光形态建成发生[5,6]. 但是, 如上面所述,GA抑制了光形态建成发生, 与光的作用正好相反.暗生长条件下, GA增进细胞延长的作用机理GA是如何维持植物的暗形态建成特点呢? 随着GA信号传递途径DELLA 蛋白和光信号传导途径中PIF转录因子的深切研究[6,18,19], 人们对GA在拟南芥生长发育中作用的分子机制研究愈来愈深切. 专门是在2020年Nature第451卷同一期上, 持续2篇研究论文揭露了GA调剂拟南芥光形态建成的作用模式[7,8]. 依照他们的研究结果, 在暗生长条件下, 细胞内GA含量比较高, GA与核内DELLA蛋白彼此作用, 致使DELLA蛋白泛素化而降解, 如此PIF3或PIF4能够与靶基因的启动区结合, 启动靶基因表达,增进细胞延长, 植株表现出较长下胚轴等暗形态建成特点. 当施加外源PAC时, PAC能够降低植物细胞内GA含量, 如此当细胞内GA含量较低时, DELLA蛋白与PIF3或PIF4彼此作用, 从而阻止PIF3或PIF4与靶基因的启动子相结合, 与细胞延伸相关的基因表达被抑制, 如此拟南芥表现出部份光形态建成特点,如下胚轴被抑制等.在拟南芥中的研究说明, 光敏色素对GA途径的阻碍表此刻两个方面:在光照条件下核定位phyB Pfr形式与PIF3或PIF4相结合, 致使它们泛素化而降解,从而不能启动靶基因的表达, 细胞延长被抑制[7,8],拮抗了GA调控的细胞延长反映. 另一方面, 光敏色素介导的光信号能够抑制拟南芥下胚轴中GA生物合成相关基因的表达, 诱导GA分解基因的表达, 从而降低GA含量, 如此DELLA蛋白质与PIF3或PIF4彼此作用, 阻止PIF3或PIF4与靶基因的启动子相结合,拟南芥下胚轴伸长相关基因被抑制[18]. Reed等人[29]的报导说明, 拟南芥phyB降低幼苗对GA的反映能力.光敏色素信号转导途径的生化机理仍不清楚, 可是几个正向和负向的调控因子已被鉴定. 一样情形下,光信号调控降解的因子可分为2 类: 一类是黑暗中被降解的因子, 其中大部份为光形态建成的正调控因子;另一类是光下被降解的因子, 其中大部份为光形态建成的负调控因子. 例如: 光形态建成的正调控因子, 如HY5, LAF1,HFR1 在黑暗中被降解来抑制光形态建成, 在光下被稳固从而推动光形态建成; 光形态建成的负调控因子, 如PIF1, PIF3 等在光下被降解来推动光形态建成, 在黑暗中被稳固从而抑制光形态建成[ 45, 46] . PIFs( phytochrome interact ing factors) 属于bHLH( basic helix loop helix ) 超家族. bHLH 家族是转录因子, 具有与DNA 结合的bHLH 结构域. 光敏色素分子在红光的诱导下由细胞质转移到细胞核, 在细胞核中与PIFs 互作, 诱导靶基因表达的改变. 这是一个快速的进程, 暴露在光下5 min 即可看到. PIF3 是第1 个被发觉的与光敏色素发生互作的bHLH 家族成员[ 47] . 拟南芥中与光敏色素互作的bHLH 家族成员有PIF1,PIF3, PIF4, PIF5, PIF6, PIF7, PIL5 和PIL6 等, 它们的N 结尾都含有1 个与光敏色素B 结合所必需的短的APB 基序[ 48] . PIF3 还含有1 个与光敏色素A 结合所必需的独立的APA 基序[ 49] .光诱导PIFs 降解光诱导的PIF 蛋白降解的机理尚未知晓,别离对PIF3 和PIF5 的研究说明: 光敏色素先介导PIF3, PIF5 快速磷酸化, 然后PIF3, PIF5 被泛素蛋白酶体途径降解. 暗中生长的拟南芥幼苗被转移到红光下后, PIF3, PIF5 的水平别离在60 min 和10 min 内下降. 当植株由暗生长转移到光下时, 抗原标记的PIF5 过表达植株在光下的生长受到抑制[ 51] . 蛋白酶体抑制剂MG132 阻止了红光介导的PIF3, PIF5 水平的下降, 说明泛素蛋白酶体途径负责降解PIF3, PIF5. 在暗生长幼苗转移到红光下的2 min内, 凝胶电泳发觉, PIF3, PIF5 的电泳迁移率发生转变. 用碱性磷酸酶处置PIF3, PIF5 的提取液, 电泳迁移率的转变可恢复; 用被煮沸失活的碱性磷酸酶处置时, PIF3, PIF5 电泳迁移率的转变不可恢复. 说明PIF3,PIF5 在被红光诱导降解之前, 先被磷酸化. 对光敏色素单、双、三突变体的研究发觉, 光敏色素A、光敏色素B、光敏色素D 都在诱导PIF3, PIF5 的磷酸化和降解的进程中起作用. 其中, 光敏色素A 或光敏色素B 都可有效诱导PIF3, PIF5 的最大降解, 它们是要紧操纵者. 光敏色素D 诱导PIF5 部份降解, 光敏色素C 和光敏色素E 对PIF3, PIF5 的磷酸化和降解不起作用.。
光敏色素
光敏色素的作用机理
光敏色素的作用机理
近年来的研究证明，光敏色素是苏氨 酸/丝氨酸激酶，具有不同的功能区域，N末 端是与生色团连接的区域，与决定光敏色素 的光化学特性有关，PHYA、PHYB的特异性 也在此区域表现出来。C末端与信号转导有关， 两个蛋白质单体的相互连接也发生在C端。接 受光刺激后，N末端的丝氨酸残基发生磷酸化 而激活，接着将信号传递给下游的X组分。X 组分有多种类型，所引起的信号传递途径也 不相同。
目前已知，绿藻、红藻、地 衣、苔藓、蕨类、裸子植物 和被子植物中许多生理现象 都和光敏色素的调控有关。 例如：种子的萌发，花诱导， 叶片脱落等。
光敏色素的结构
光敏色素的性质
光敏色素是一种易溶于水的色素蛋白质，相对 分子质量为2.5×105。它是由2个亚基组成的二聚体， 每个亚基有两个组成部分：生色团和脱辅基蛋白质， 两者合称为全蛋白质。 它的生色团（chromophore）的化学结构，像叶 绿素含有四个吡咯环，但它们不是环状连接而是非 环式的胆三烯类的四吡咯结构，具有独特的吸光特 性，但它的作用与蛋白质结合分不开。 光敏色素蛋白质的基因是多基因家族。拟南芥 中至少存在5个基因：PHYA，PHYB，PHYC， PHYD，PHYE。不同基因编码的蛋白质有各自不同 的时间、空间分布，有不同的生理功能。
反应类型 VLFR LFR HIR 红光—远红光可逆 否 是 否 反比定律 是 是 否 作用光谱高峰 红光、蓝光 红光、远红光
黄化苗: 远红光、蓝光、 UVA; 绿苗: 红光
光受体 ห้องสมุดไป่ตู้hyA PhyB
PhyA、隐花色素 PhyB
对光下生长的植物来说,光敏色素还作为环境中红光∶ 远红光比率的感受器,传递不同光质、不同照光时间的信息, 调节植物的发育。如避阴反应。
光敏素
光敏素光敏素，是植物体内的一种蛋白色素。
有钝化型和活化型两种形式，分别吸收红光和远红光而相互转化。
植物主要通过这种色素接收外界的光信号来调节本身的生长和发育。
1发现史2类型3理化性质4生理作用5作用机理1发现史编辑1945年H.A.博思威克、S.B.亨德里克斯和M.W.帕克用分光装置测定了短日植物大豆暗期光间断效应（见光周期现象）的作用光谱，证明这种效应应归因于植物体内的一种吸收红光的色素。
以后他们发现红光的光间断效应可以被远红光解除，而再照红光时又可产生光间断效应。
红光打破莴苣种子休眠的作用也同样可被远红光可逆地消除。
因此设想有一种具有光逆转反应特性的色素存在。
1959年，Butler 等使用一种特制的分光光度计，能够自动记录浑浊样品的光学密度的微细变化，利用此种装置测定预先照射红光或远红光的黄化玉米幼苗组织的吸收光谱。
凡经红光照射的，其红光区域的吸收减少，而远红光区域的吸收增大；反之，照射远红光后，其红光区域的吸收增多，而远红光区域的吸收减少。
这种吸收光谱的变化不仅在组织内可多次地可逆产生，而且用碱性缓冲液加入组织内，将提取的蛋白质部分进行测定，亦能看到同样的吸收光谱以及其光可逆性变化。
Borthwick等(1960)命名这种色素物质为光敏素。
光敏素广泛分布于植物界。
在被子植物的根、下胚轴、子叶、胚芽鞘、茎、叶柄、叶片、营养芽、花托、花序、发育中的果实和种子中都存在。
在蕨类植物、苔藓植物以及某些藻类中也曾观察到光敏素所特有的红光-远红光可逆作用。
黄化植株所含光敏素的量比绿色植株高许多倍。
但即使在含量最高的黄化幼苗的生长活跃部分（如豌豆上胚轴“钩”和燕麦胚芽鞘节）中的浓度也只在10-6摩尔/升的水平。
在绿色组织中,往往由于高浓度叶绿素的掩盖，而难于检测。
2类型编辑不论是黄色或绿色组织中都至少存在两种类型的光敏色素分子：光敏色素Ⅰ(PⅠ)和光敏色素(PⅡ)。
前者为光不稳定型、后者为光稳定型。
nPⅠ在黄化组织中大量存在，在光转变成Pfr后就迅速降解，因此在绿色组织中含量较低。
光敏色素名词解释植物生理学
光敏色素名词解释植物生理学1.引言1.1 概述光敏色素是一类存在于生物体中的特殊分子，具有对光信号的感受和传导能力。
它们能够接收光能并转化成化学或电信号，从而在生物体内触发一系列生理反应。
光敏色素在植物生理学研究中扮演着至关重要的角色。
植物作为自养生物，需要光能进行光合作用，在这一过程中，光敏色素起到了捕捉和转化光能的关键作用。
通过吸收光的能量，光敏色素能够激发植物体内的化学反应，进而促进植物的生长和发育。
不同类型的光敏色素对不同波长的光有选择性吸收，这也解释了为什么植物对红光和蓝光具有较高的敏感性。
除了参与光合作用，光敏色素还在植物的其他生理过程中起到重要作用。
例如，它们能够调控植物的开花时间和方向，影响叶片的展开和折叠，调节植物对环境的感知和适应等。
光敏色素通过与其他信号分子的相互作用，以及与细胞内信号转导通路的连接，调控植物的生长、发育和生理响应。
在植物生理学领域，对光敏色素的研究具有重要意义。
深入了解光敏色素的结构和功能，能够帮助我们更好地理解植物的光感知和光信号转导机制。
同时，对光敏色素的研究也为开展光合作用的应用和优化提供了理论基础。
因此，对于植物科学家和农业专家来说，光敏色素的研究是必不可少的课题。
总之，光敏色素在植物生理学中的重要性不可忽视。
它们作为光感受器，可以感知和传导光信号，从而调控植物的生长、发育和响应。
对光敏色素的深入研究不仅可以揭示植物的光感知机制，也有助于开展植物生理学的应用研究。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以是使用简洁的语言来描述文章的章节和内容安排，以便读者能够清晰地了解整篇文章的组织结构和主要内容。
以下是对文章结构部分的一种可能描述：文章结构:本文分为三个主要部分: 引言、正文和结论。
引言部分主要包括概述、文章结构和目的三个小节。
在概述部分，将介绍光敏色素及其在植物生理学中的重要性的背景信息。
文章结构部分将详细说明整篇文章的章节安排和每个章节的主要内容。
光敏色素
Pfr /( Pfr Pr )
Pr
红光 660nm 远红光 730 nm 暗逆转
Pfr
[X]
[ФX]
生理 反应
形态 变化
破坏
4. 光敏色素在光形态建成中的反应
太阳光照射
红光比例大 很少远红光
太阳光照射下
Pfr r Pfr r Pfr Pfr
Pfr Pfr Pfr r Pr fr Pfr Pfr Pfr r Pfr r Pfr Pfr
Pr
Pfr Pfr r
Pfr r
Pr fr
Pfr r
大部分光敏色素转变为Pfr形式
夜晚来临时
大部分光敏色素是Pfr形式
R: 1min; FR: 4min. 26oC. (Bothwick et al., 1952)
慢反应
慢反应包括很多步骤，一般红光和远红光 的效应不能相互逆转。 作用模式： 光Φ值变化 诱导蛋白质合成 代谢变化形 态变化
光敏色素和酶
植物体内多种酶的活性受光敏色素调控， 这些酶广泛分布于各种组织和器官中，参 与植物体内很多代谢反应。 例如：Rubisco、PEPC、细胞色素氧化酶、 抗坏血酸氧化酶、淀粉酶、硝酸还原酶等
A: 种子对红光的反应：极低光量反应和低光量反 应 (刺激萌发) B: 对辐射的反应：高光量反应 (抑制萌发)
光敏色素系统
吸收远红光的色素Pfr：很低的的量就可以 打破休眠 R/FR高促进Pfr合成 LFR：phyB； VLFR：phyA HIR：强光、高剂量抑制萌发
可能与Pr/Pfr 转化有关 莴苣种子：
了解植物的光敏色素
光敏色素可以应用于基因 表达调控，为基因治疗提
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光敏色素的表达调控
基因表达调控：光敏色素 的基因表达受到多种因子 的调控，包括转录因子、
miRNA等。
蛋白质修饰：光敏色素的 蛋白质修饰对其功能发挥 具有重要作用，如磷酸化、
泛素化等。
蛋白质相互作用：光敏色 素与其他蛋白质相互作用， 形成复合物参与信号转导。
细胞定位：光敏色素在细 胞内的定位影响其功能， 主要分布在质膜、叶绿体
植物光敏色素
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01 单击此处添加目录标题内容 03 光敏色素的结构与功能 05 光敏色素的生理作用
02 光敏色素的概述 04 光敏色素的分布与表达 06 光敏色素的应用前景
添加章节标题
光敏色素的概 述
光敏色素的定义
光敏色素是一种蛋白质，具有光吸收和光转换的特性 光敏色素能够吸收红光和远红光，并发生可逆的构象变化 光敏色素在植物中主要分布在茎、叶、花和果实等部位 光敏色素能够感知环境中的光照变化，并调节植物的生长和发育
调节生长和发育：光敏色 素感知光照变化，影响植 物的生长发育和形态建成。
生物节律与光周期：光敏 色素参与生物节律的调控， 影响植物对光周期的响应。
适应环境：光敏色素能够 感知环境中的光照强度和 方向，使植物能够更好地
适应环境。
防止过度光抑制：在强光 条件下，光敏色素能够防 止光抑制对植物的伤害。
光敏色素的应 用前景
在园艺上的应用
光敏色素能够调节植 物生长和发育，提高 园艺作物的产量和品
质
利用光敏色素可以控 制植物花期，实现园 艺花卉的季节性开花
光敏色素还可以应用 于园艺作物的抗逆性 研究，提高植物的抗
光敏色素的结构及其信号调控机制
光敏色素的结构及其信号调控机制1. 引言1.1 光敏色素的定义光敏色素是一种具有超敏感光感应性的生物分子，能够在光照条件下产生化学变化以传递信号或执行特定功能。
具体来说，光敏色素是一类含有特定结构并能够吸收特定波长光线的分子。
这些分子能够在光照条件下发生光化学反应，从而触发生物体内的信号传导通路或执行特定的生物学功能。
光敏色素的种类繁多，包括视紫红质、叶绿素、类胡萝卜素、花青素等。
每种光敏色素都有其特定的结构和吸收光谱，使其在不同的生物体内发挥不同的功能。
视紫红质是视觉过程中的重要色素，能够在视网膜中吸收光能并转化为神经信号，实现视觉功能。
叶绿素则是植物中的重要色素，参与光合作用并将光能转化为化学能。
光敏色素在生物体内发挥着重要的作用，是生物体对外界光信号的敏感性保证和适应性演化的产物。
通过对光敏色素的结构和功能的研究，可以更好地理解生物体对光信号的感知和调控机制，为医学和工业应用提供理论基础和技术支持。
1.2 光敏色素的作用光敏色素是一种特殊的生物分子，具有对光敏感的特性。
光敏色素在生物体内起着非常重要的作用，主要包括光合作用、视觉、生物钟调节等。
在光合作用中，光敏色素能够吸收阳光中的能量，将其转化为化学能，帮助植物进行光合作用，从而合成有机物质和释放氧气。
在视觉中，光敏色素位于眼睛的视网膜上，能够帮助生物感知光线和颜色，进行视觉传导。
生物钟调节中，光敏色素参与调节生物体的生理节律，帮助生物适应昼夜变化。
光敏色素在生物体内具有重要的调节作用，能够帮助生物体感知与利用光线能量，维持生物体的正常功能和生存环境的平衡。
1.3 光敏色素的重要性光敏色素作为生物体中重要的分子之一，具有着极其重要的生物学功能。
光敏色素参与了光信号的感受和传导过程。
在生物界中，光是一种重要的外部环境因素，对生物体的生长发育、代谢活动和行为调节等方面有着重要的影响。
光敏色素能够帮助生物体感知外界光信号，从而对其进行合适的反应。