植物生理学-- 光形态建成
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高等植物生理学-植物的光形态建成-经典PPT课件
此外，植物生理学还可以通过研究植物的抗逆生理机制，培育出抗逆性强的作物品种，提高农作物的抗逆能力，进而提高农 作物的产量和品质。例如，通过基因工程技术，可以培育出抗旱、抗寒、抗盐碱等抗逆性强的作物品种，提高农作物的抗逆 能力，进而提高农作物的产量和品质。
抗逆性作物的培育
植物生理学在农业上的应用还包括抗逆性作 物的培育。通过研究植物的抗逆生理机制， 可以采取适当的农业措施，提高植物的抗逆 能力，进而提高农作物的产量和品质。例如 ，在干旱、寒冷、盐碱等逆境条件下，通过 调节植物的水分、养分等环境因素，可以提 高植物的抗逆能力，进而提高农作物的产量 和品质。
03
CATALOGUE
植物光形态建成的实验研究方法
实验材料的选取与处理
实验材料的选取
选择具有代表性的植物品种，如拟南芥、水稻等，以保证实验结果的可靠性和 可重复性。
实验材料的处理
对实验材料进行预处理，如种子消毒、催芽等，以确保实验的顺利进行。
实验方法与技术
实验方法
采用不同的光照处理方式，如连续光 照、间断光照等，以研究光照对植物 光形态建成的影响。
加强跨学科合作与交流
植物光形态建成涉及到多个学科领域，如植物生理学、分子生物学、生物化学和生态学等，未来需要加 强跨学科的合作与交流，促进相关研究的深入发展。
05
CATALOGUE
高等植物生理学在农业上的应用
提高农作物的产量与品质
植物生理学在农业上的应用主要集中在提高农作物的产量和品质方面。通过研究植物的生长、发育和产量形成的生理机制， 可以采取适当的农业措施，促进植物的生长和发育，提高农作物的产量和品质。例如，通过调节植物的光照、温度、水分、 养分等环境因素，可以促进植物的生长和发育，进而提高农作物的产量和品质。
抗逆性作物的培育
植物生理学在农业上的应用还包括抗逆性作 物的培育。通过研究植物的抗逆生理机制， 可以采取适当的农业措施，提高植物的抗逆 能力，进而提高农作物的产量和品质。例如 ，在干旱、寒冷、盐碱等逆境条件下，通过 调节植物的水分、养分等环境因素，可以提 高植物的抗逆能力，进而提高农作物的产量 和品质。
03
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植物光形态建成的实验研究方法
实验材料的选取与处理
实验材料的选取
选择具有代表性的植物品种，如拟南芥、水稻等，以保证实验结果的可靠性和 可重复性。
实验材料的处理
对实验材料进行预处理，如种子消毒、催芽等，以确保实验的顺利进行。
实验方法与技术
实验方法
采用不同的光照处理方式，如连续光 照、间断光照等，以研究光照对植物 光形态建成的影响。
加强跨学科合作与交流
植物光形态建成涉及到多个学科领域，如植物生理学、分子生物学、生物化学和生态学等，未来需要加 强跨学科的合作与交流，促进相关研究的深入发展。
05
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高等植物生理学在农业上的应用
提高农作物的产量与品质
植物生理学在农业上的应用主要集中在提高农作物的产量和品质方面。通过研究植物的生长、发育和产量形成的生理机制， 可以采取适当的农业措施，促进植物的生长和发育，提高农作物的产量和品质。例如，通过调节植物的光照、温度、水分、 养分等环境因素，可以促进植物的生长和发育，进而提高农作物的产量和品质。
植物生理学名词解释光形态建成
植物生理学名词解释光形态建成光形态建成，这可是植物生理学中一个超级重要的概念呢！那到底啥是光形态建成呢？简单来说，光形态建成就是植物依赖光来控制细胞的分化、结构和功能的改变，最终使植物组织和器官建成的过程。
光在植物的生长发育中起着至关重要的作用。
没有光，植物就无法进行光合作用，无法合成自身生长所需的有机物。
但光的作用可不仅仅局限于光合作用哦！光还能通过影响植物体内的一系列生理过程，来调控植物的形态建成。
比如说，种子在黑暗中萌发时，往往会形成细长的黄化苗。
黄化苗的茎细长、叶片小且呈黄色，这是因为在黑暗中植物无法进行正常的光形态建成。
而当黄化苗被光照后，就会迅速发生一系列变化。
茎会变短变粗，叶片会展开并变绿，这就是光形态建成的一个典型例子。
光形态建成主要是通过光敏色素、隐花色素和向光素等光受体来感受光信号，并将其转化为细胞内的生理信号，从而调控植物的生长发育。
光敏色素是目前研究得最为深入的光受体之一。
它有两种可以相互转化的形式，即红光吸收型（Pr）和远红光吸收型（Pfr）。
在黑暗中，光敏色素主要以Pr 形式存在。
当受到红光照射时，Pr 会转化为Pfr。
而Pfr 是具有生理活性的形式，它可以激活一系列下游的信号转导途径，从而调控植物的光形态建成。
例如，Pfr 可以促进植物种子的萌发、抑制茎的伸长、促进叶片的展开等。
隐花色素和向光素则主要感受蓝光和近紫外光。
隐花色素在植物的生物钟调节、蓝光诱导的气孔开放等过程中发挥着重要作用。
向光素则主要参与植物的向光性反应，使植物能够向着光源生长。
光形态建成对植物的生存和繁衍具有极其重要的意义。
首先，光形态建成可以使植物更好地适应环境。
例如，在光照充足的地方，植物会通过光形态建成形成更加紧凑的植株结构，以减少水分的散失和避免被风吹倒。
而在阴暗的环境中，植物则会通过光形态建成形成细长的茎，以便更好地获取光照。
其次，光形态建成还可以影响植物的繁殖。
例如，一些植物的开花需要特定的光照条件，只有在满足这些光照条件时，植物才会开花结果。
植物生理学：009 光形态建成
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2. 光敏色素的生色团
• 光敏色素生色团是一长链状的4个吡咯环，与 胆色素的胆绿素（biliverdin）结构相似，具 有独特的吸光特性。
13/47
• 生色团是在黑暗条件下在质体中合成的。 • 合成后就被运送到胞质溶胶，与脱辅基蛋白质
装配形成光敏色素全蛋白质
14/47
3. 光敏色素的基本类型及光化学转换
41/47
• 近紫外光通常指波长长于300 nm的紫外 光。
• 一般来讲，蓝光反应的有效波长是蓝光 和近紫外光，蓝光受体也叫做蓝光／近 紫外光受体（blue／UV－A receptor） 或隐花色素（cryptochrome）。
42/47
一、蓝光反应
• 藻类、真菌、蕨类和种子植物都有蓝光反应。
萱藻平面生长 萱藻丝状生长
极化； • 巨藻，照光后1.7s就发生去极化反应。 • 如此快速的反应有可能是光敏色素和膜直接
作用产生的。
33/47
光敏色素调节雨树小叶运动
• 光激活或抑制叶枕内、外两侧细胞的质 子泵，或调节质膜上的K+通道，从而调 节K+进出细胞，使渗透势发生改变，导 致细胞体积的变化而使小叶合拢。
34/47
光敏色素影响转板藻叶绿体运动的可能机制
24/47
三、光敏色素调节的反应类型
l．极低辐照度反应 （very low fluence response，VLFR）
2．低辐照度反应 （low fluence response，LFR）
3．高辐照度反应 （high irradiance response，HIR）
25/47
l．极低辐照度反应（VLFR）
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第一节 光敏色素的发现和分布
2. 光敏色素的生色团
• 光敏色素生色团是一长链状的4个吡咯环，与 胆色素的胆绿素（biliverdin）结构相似，具 有独特的吸光特性。
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• 生色团是在黑暗条件下在质体中合成的。 • 合成后就被运送到胞质溶胶，与脱辅基蛋白质
装配形成光敏色素全蛋白质
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3. 光敏色素的基本类型及光化学转换
41/47
• 近紫外光通常指波长长于300 nm的紫外 光。
• 一般来讲，蓝光反应的有效波长是蓝光 和近紫外光，蓝光受体也叫做蓝光／近 紫外光受体（blue／UV－A receptor） 或隐花色素（cryptochrome）。
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一、蓝光反应
• 藻类、真菌、蕨类和种子植物都有蓝光反应。
萱藻平面生长 萱藻丝状生长
极化； • 巨藻，照光后1.7s就发生去极化反应。 • 如此快速的反应有可能是光敏色素和膜直接
作用产生的。
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光敏色素调节雨树小叶运动
• 光激活或抑制叶枕内、外两侧细胞的质 子泵，或调节质膜上的K+通道，从而调 节K+进出细胞，使渗透势发生改变，导 致细胞体积的变化而使小叶合拢。
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光敏色素影响转板藻叶绿体运动的可能机制
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三、光敏色素调节的反应类型
l．极低辐照度反应 （very low fluence response，VLFR）
2．低辐照度反应 （low fluence response，LFR）
3．高辐照度反应 （high irradiance response，HIR）
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l．极低辐照度反应（VLFR）
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第一节 光敏色素的发现和分布
植物生理学7植物的光形态建成
第七章植物的光形态建成photomorphogenesis四川师范大学陶宗娅光通过二种形式影响植物的生长和发育：（1）能量形式——光合作用：这是一种高能作用，间接影响生长和发育；（2）信号形式——光控发育：这时一种低能反应，直接影响生长发育。
形态建成的概念：指植物生活周期中呈现的种子萌发、生根、形成幼苗、茎叶生长、开花、结实、种子形成等植物体及其器官的结构形成的过程。
光形态建成的概念：⏹指低能的光调节种子萌发、生根、形成幼苗、茎叶生长、开花、结实、种子形成等植物体及其器官的结构形成，最终汇集成组织和器官建成的过程。
⏹光形态建成所需能量比光合作用光补偿点的能量还低10个数量级，与光信号的有无、光的性质有关。
相反，暗中生长的植物表现出各种黄化特征，如茎细而长、顶端呈钩状弯曲和叶片小而呈黄白色，这种现象称为暗形态建成（skotomorphogenesis）植物对不同波长光的感受——四种类型的光受体:⏹Phytochrome 光敏色素——红光/远红光（600-750nm）⏹Cryptochrome 隐花色素——蓝光/UC-A（320-500nm）⏹Phototropin 向光素——蓝光/UV-A（320-500nm）⏹UV-B receptor ——未知的光受体7.1 光受体7.1.1 光敏色素1. 发现和分布：二十世纪20年代：光照与黑暗的相对长度控制一些植物开花；30年代：发现许多形态建成的反应由红光诱导，Flint发现光质影响莴苣种子的萌发；红光、远红光连续处理对莴苣种子萌发的影响红光区600-700nm远红光区720-760nm⏹直到1959年，Butlerd等研制出双波长分光光度计，根据测定黄化幼苗的实验结果，才推测：⏹可能有一种存在两种形式单一色素，这种色素可分别吸收红光和远红光。
⏹Borthwich等（1960）将其命名为光敏色素，但未分离这种光受体。
⏹1983年，Vierstra &Quail提取出完整的、未被降解的光敏色素。
高等植物生理学-植物的光形态建成
1920年美国的Garner和Allard发现了日照长度控制植物开 花，从此他们开始研究光对植物生长发育的各种影响，用 大型光谱仪将白光分成单色光，对多种植物进行试验。
Borthwick(1952)年报到了莴苣种子需光萌发的试验结果， 红光促进种子萌发，而远红光可以逆转红光的作用。光在 此起信号作用。信号的性质与光的波长有关。分离出了这 种光受体，称之为光敏素
二、光敏色素的作用机制
光是如何引起植物的形态建成?大体过程可推断如下： 光首先被光受体(光敏色素）接收，然后产生特定的化 学信使物质，信使物质通过信号传递系统，激活效应蛋白， 最后启动与光形态建成有关的一系列反应。 关于光敏色素作用于光形态建成的机理，主要有两种假 说： 膜作用假说快反应：从吸收量子到诱导出形态变化反应 迅速，以分秒计。如：含羞草、合欢叶运动 ，转板藻叶绿体 运动，反应没有停滞期。反应可逆。如含羞草叶运动。 基因调节假说慢反应：光量子能过光敏素调节基因转录， 包括酶诱导和蛋白质的合成，到生长发育速度，反应缓慢， 以小时和天计，反应不可逆。如种子萌发。
5. 光敏色素转变形式
光敏色素有两种可以互相转化的形式： 红光(R)吸收型Pr: (最大吸收峰在红光区的660nm) ，Pr属 于生理钝化型，在黄化苗中仅存在Pr型，照射白光或红光后 Pr型转化Pfr型 远红光(FR)吸收型Pfr:(最大吸收峰在远红光区的730nm) ， 生理活化型。照射远红光后Pfr型转化为Pr型。
高 级 植 物 生 理 学
Advanced plant physiology
植物的光形态建成
Photomorphogenesis
在低等至高等的各种植物的生命活动中，光是最重要 的环境因子之一 。
《植物生理学》课件 第九章 光的形态建
鞘尖、黄化豌豆弯钩，各植物分生组织、根 尖、等较多。一般说蛋白质丰富的分生组织 含光敏素较多。 2、分布：在细胞中，光敏素与膜系统结合， 分布在细胞质，线粒体、细胞核及内质网上。
P208图9-3
三、光敏素的化学性质及光化学转换
（一）、光敏素的化学性质
光敏素易溶于水的二聚体色素蛋白。由2部分组
第五节
蓝光反应（略）
许多植物受蓝光（B）（400-500nm）和 紫外光（UV）调控。 UV可分为：UV-C（200-280）、UV-B （280-320）、UV-A（320-400） 近紫外光：波长大于300nm紫外光。
一、蓝光反应
蓝光反应――是植物界存在的第二形态建成，受蓝 光和近紫外光调节的反应。 藻、真菌、蕨和种子植物都有蓝光反应。如： （1）褐藻中的萱藻，蓝光――使其平面生长，红 光――诱导出丝状体。 （2）蕨类植物的绵马，蓝光――正常发育成心形 原叶体，红光――纵向生长成绿色丝状体。 （3）真菌光形态建成主要受蓝光和紫外光调节诱 导。如丛赤壳子囊壳的发育，木霉分生孢子的诱发， 须霉的向地性反应。水生镰刀菌细胞内类胡萝的合 成。 （4）高等植物：向光性、幼茎伸长、气孔张开等。
P207表9-1图9-2
3、高幅照度反应（high irradiance response HIR）
高幅照度反应也称高光照反应，反应需持续的强的 光照 ，其饱和光照比低幅照度反应强100倍以上。 光照时间愈长，反应程度愈大，不遵守反比定律， 红光反应也不能被远红光逆转。一般来说，黄化苗 的反应光谱高峰在远红光、蓝光和近紫外光A区域， 而绿苗的反应主要在红光区域。目前已知在远红光 下，本反应不受PHYA调节，而红光下的却受PHYB 调节。 由高幅照度引起的光形态建成有：双子叶植物花色 素苷的形成，芥菜、莴苣下胚轴的延长，天仙子开 花的诱导和莴苣胚芽的弯钩的张开等。
植物生理学 第九章 光形态建成
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
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。
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
(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。
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.
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
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。
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
(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。
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.
植物生理学 光形态建成
3）UV-B受体(UVB
receptor)，感受紫外光
B区域的光。
三种光受体
第一节光敏色素的发现和性质
一 发现
1952 年，美国农业部马里兰州贝尔茨维尔农业研 究中心的Borthwick和Hendricks以大型光谱仪将 白光分离成单色光，处理莴苣种子，发现红光促 进种子发芽，而远红光逆转这个过程。 1959年，Butler等光受体可能是具两种存在形式的 单一色素。 1960年Borthwick将其命名为光敏素 1983年，Vierstra提取出完整的光敏素
向日葵的向光反应
气孔运动
向光反应(phototropism) 向光素
2. 紫外光反应
紫外光-B对植物的整个生长发育和代谢 都有影响，能使植株矮化、叶面积减小、光 合作用下降，导致干物质积累下降等。花色 素苷合成增加，花青苷和黄酮类物质的产生 可能是植物对UV-B伤害的一种适应。
苍山松树
蓝光受体也被称为蓝光/近紫外光受体 有两种：
隐花色素（cryptochrome）
向光素（phototropin）
区别蓝光反应和其他光反应 的标准
图9-13 蓝光引起燕麦胚芽鞘向光性 的作用光谱
隐花色素的生理作用：
茎伸长抑制；去黄化反应； 开花的光周期调节；花色素苷合 成基因表达调节。
茎伸长抑制(Inhibition of stem elongation)
2．低辐照度反应（典型的红光-远红光反应） 对光照的需求：1～1000μmol/m2，典型红 －远红光反应运动。 未达到光饱和时，反应程度＝光辐照度× 光照时间 短暂红光可以引起反应，并可以被随后的 远红光逆转。
3．高辐照度反应 对光照的需求：需要持续强光照大于 10μmol/m2，大约是低辐照度反应的100倍以 上。 刺激反应：花青素合成，莴苣胚芽弯钩张开， 开花诱导。 反应程度：不遵循反比定律，光照时间长， 反应程度大 红光反应不能被远红光逆转。
receptor)，感受紫外光
B区域的光。
三种光受体
第一节光敏色素的发现和性质
一 发现
1952 年，美国农业部马里兰州贝尔茨维尔农业研 究中心的Borthwick和Hendricks以大型光谱仪将 白光分离成单色光，处理莴苣种子，发现红光促 进种子发芽，而远红光逆转这个过程。 1959年，Butler等光受体可能是具两种存在形式的 单一色素。 1960年Borthwick将其命名为光敏素 1983年，Vierstra提取出完整的光敏素
向日葵的向光反应
气孔运动
向光反应(phototropism) 向光素
2. 紫外光反应
紫外光-B对植物的整个生长发育和代谢 都有影响，能使植株矮化、叶面积减小、光 合作用下降，导致干物质积累下降等。花色 素苷合成增加，花青苷和黄酮类物质的产生 可能是植物对UV-B伤害的一种适应。
苍山松树
蓝光受体也被称为蓝光/近紫外光受体 有两种：
隐花色素（cryptochrome）
向光素（phototropin）
区别蓝光反应和其他光反应 的标准
图9-13 蓝光引起燕麦胚芽鞘向光性 的作用光谱
隐花色素的生理作用：
茎伸长抑制；去黄化反应； 开花的光周期调节；花色素苷合 成基因表达调节。
茎伸长抑制(Inhibition of stem elongation)
2．低辐照度反应（典型的红光-远红光反应） 对光照的需求：1～1000μmol/m2，典型红 －远红光反应运动。 未达到光饱和时，反应程度＝光辐照度× 光照时间 短暂红光可以引起反应，并可以被随后的 远红光逆转。
3．高辐照度反应 对光照的需求：需要持续强光照大于 10μmol/m2，大约是低辐照度反应的100倍以 上。 刺激反应：花青素合成，莴苣胚芽弯钩张开， 开花诱导。 反应程度：不遵循反比定律，光照时间长， 反应程度大 红光反应不能被远红光逆转。
高等植物生理学-植物的光形态建成PPT课件
特点
光形态建成具有高度的可塑性和可调 控性，不同波长的光、光照强度和时 间等光信号的改变，都会对植物的生 长发育产生显著影响。
光形态建成的研究意义
理论意义
光形态建成是植物生理学的重要研究 领域，深入探究光信号如何影响植物 生长发育，有助于完善植物生理学理 论体系。
实践意义
了解光形态建成有助于指导农业生产 ，优化植物种植结构，提高产量和品 质；同时，也为园艺、花卉种植等领 域提供了理论支持和实践指导。
作用。
光强对光形态建成的影响
01
02
03
适宜的光强
促进植物的光合作用和生 长发育，提高产量和品质。
弱光
导致植物生长缓慢、茎秆 细弱、叶片薄而小。
强光
引起植物光抑制，导致叶 片黄化、萎蔫和生长受阻。
光周期对光形态建成的影响
长日照植物
在长日照条件下促进开花，短日照条件下延迟或 抑制开花条件下延迟或 抑制开花。
高等植物生理学-植物的光形 态建成ppt课件
目录
• 植物光形态建成的概述 • 植物光形态建成的机制 • 植物光形态建成的过程 • 植物光形态建成的影响因素 • 植物光形态建成的应用前景 • 高等植物生理学实验技术与方法
01
植物光形态建成的概述
定义与特点
定义
光形态建成是指植物依赖光信号，通 过一系列复杂的生理生化反应，调控 生长发育的过程。
隐花素的作用
感受蓝光和近紫外光的信号
隐花素能够感受蓝光和近紫外光的信号，在植 物的光形态建成中发挥重要作用。
调节气孔开度
隐花素能够调节气孔开度，控制植物的水分平 衡和气体交换。
参与植物的生物钟调节
隐花素也参与植物的生物钟调节，影响植物的生长发育和生理反应。
光形态建成具有高度的可塑性和可调 控性，不同波长的光、光照强度和时 间等光信号的改变，都会对植物的生 长发育产生显著影响。
光形态建成的研究意义
理论意义
光形态建成是植物生理学的重要研究 领域，深入探究光信号如何影响植物 生长发育，有助于完善植物生理学理 论体系。
实践意义
了解光形态建成有助于指导农业生产 ，优化植物种植结构，提高产量和品 质；同时，也为园艺、花卉种植等领 域提供了理论支持和实践指导。
作用。
光强对光形态建成的影响
01
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03
适宜的光强
促进植物的光合作用和生 长发育，提高产量和品质。
弱光
导致植物生长缓慢、茎秆 细弱、叶片薄而小。
强光
引起植物光抑制，导致叶 片黄化、萎蔫和生长受阻。
光周期对光形态建成的影响
长日照植物
在长日照条件下促进开花，短日照条件下延迟或 抑制开花条件下延迟或 抑制开花。
高等植物生理学-植物的光形 态建成ppt课件
目录
• 植物光形态建成的概述 • 植物光形态建成的机制 • 植物光形态建成的过程 • 植物光形态建成的影响因素 • 植物光形态建成的应用前景 • 高等植物生理学实验技术与方法
01
植物光形态建成的概述
定义与特点
定义
光形态建成是指植物依赖光信号，通 过一系列复杂的生理生化反应，调控 生长发育的过程。
隐花素的作用
感受蓝光和近紫外光的信号
隐花素能够感受蓝光和近紫外光的信号，在植 物的光形态建成中发挥重要作用。
调节气孔开度
隐花素能够调节气孔开度，控制植物的水分平 衡和气体交换。
参与植物的生物钟调节
隐花素也参与植物的生物钟调节，影响植物的生长发育和生理反应。
植物生理学6光形态建成
第七章 植物的光形态建成
光是环境因素中对植物生长发育影响最为显著的因子。主要有 两个方面影响：
1）是植物赖以生存的能量来源，是绿色植物光合作用 的必需条件；间接影响 2 ）光作为一个环境信号调节植物的生长、发育和分化 即、分化和发育的过程，称为植物 的光形态建成，亦即光控制发育的过程。
※
形态 变化
两种类型的光敏色 素在转换时，其生色基 团的结构也发生相应的 变化。 （4）光敏色素的生理 Ⅰ环上的 双键位置 作用 转移 非常广泛，它影响植 物一生的形态建成。光 敏色素对种子萌发、植 物营养体生长、植物运 动等过程的调控以及对 植物开花的诱导等都有 作用，见表8-5。
（5）光敏色素的作用机理
1）膜假说： 1967年由Hendricks与 Borthwick提出。他们认为光敏色素位于膜系统上， 当发生光转换时，光敏色素会改变跨膜的离子流动 和膜上酶的分布，由此引发各种生理反应，最终表 现出形态建成的改变。 支持这一假说的实验: 光敏色素控制45 Ca2+进入细 胞（转板藻）； 一些研究者提出在转板藻光诱导 的叶绿体运动中，要经过下列信号转导的途径：
在黑暗中生长的幼苗，茎细长而脆弱，节间很 长，茎尖端呈钩状弯曲，叶片不展开，很小， 缺乏叶绿素而呈黄白色，这种现象就是黄化现 象。 利用光形态建成这一原理人们制豆芽菜， 覆盖遮光或培土方法培育韭黄、蒜黄、豆芽、 大葱等。 在农业生产中，常因植株群体过密、株间郁 闭缺光、影响组织分化，加上通风不良造成高 温、高湿条件，导致植株茎秆茎秆细长、机械 组织不发达，常常发生倒伏而减产。如棉花间 苗过晚，幼苗密集成堆的地方，因互相遮光， 生长迅速，结果长成“高脚苗”。
2）基因调节假说
该学说1996年由Mohr提出，他认为光敏色素对 植物生长发育的调节是通过影响基因表达实现的。
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(3).与中间代谢和CaM调节的靶酶有关： 如NAD激酶、 POD、NR、PGAld脱氢酶、脂肪氧化酶等
(4).与次生物质代谢有关的酶 如 PAL .
(5).红光活化的Phy对基因表达的调控,是利用第二信 使物质传递光信息。 如G-蛋白
植物体内至少存在三类光受体： A.对红和远红光敏感----光敏色素(Phytochrome); B.对蓝光和紫外光A敏感----隐花色素(cryptochrome) C.对紫外光B敏感-----紫外光受体
光合作用
光形态建成
作用方式 反应
以能量的方式 影响生长发育
高能反应,与光 能的强弱有关
100
R+FR+R+FR
43
R+FR+R+FR+R
99
R+FR+R+FR+R+FR
54
R+FR+R+FR+R+FR+R
98
莴苣种子萌发受到促进或抑制 只与最后一次照射的光质有关，红光 促进，远红光抑制。
吸收红光和远红光并可以相互 转换的光受体是具有两种存在形式的 单一色素—光敏色素。
2. 分布
三、光敏色素的作用机理 ※
1、膜假说——解释快反应
光敏色素与膜结合，从而改变膜的 透性。当发生光转换时，跨膜的离子流 动和膜上酶的分布都会发生改变，影响 代谢，经过一系列的生理生化变化，最 终表现出形态建成的改变。
在光敏色素调节快速反应中，有 胞内CaM的活化和Ca2+浓度的升高。
2、基因调节假说——解释慢反应
除真菌以外的低等和高等植物中,与膜系 统结合,分布在脂膜、线粒体、叶绿体和内 质网上。蛋白质丰富的分生组织含量高，黄 化苗比绿苗含量高。
3. 光敏色素的性质
光敏色素是一种易溶于水的色素蛋白， 由蛋白质和生色团组成。生色团是一个开链 的四个比咯环。生色团有两种形态，可相互 转化。生色团具有独特的吸光特性。
Pr（红光吸收型）：蓝绿色，生理 钝化型
Pfr（远红光吸收型）：黄绿色，生 理活化型
合成
660nm
前体
Pr 730nm Pfr
生理反应
暗逆转 破坏
二、光敏色素的生理作用
已知有200多个反应受光敏色素调节 种子萌发 光周期 花诱导 叶脱落 性别表现 小叶运动 节间伸长 膜透性 弯钩张开 花色素形成 向光敏感性 块茎形成 偏上性生长 节律现象等
以信号的方式 影响生长发育
低能反应,与光 有无、性质有关
光受体 光合色素
光敏色素、隐花色 素、紫外光-B受体
一、光敏色素的发现和分布
1.发现
1952，美国 Borthwick 和 Hendricks
顺次暴露在R和FR后，莴苣种子的发芽情况
光照处理
发芽率（%）
黑暗（对照）
8
R
98
R+FR
54
R+FR+R
接受红光后，Pfr型经过一系列过程， 将信号转移到基因，活化或抑制某些特 定基因，形成特定的mRNA，翻译成特定 的蛋白质。
光敏色素调节基因的表达发生在转录 水平。
现已发现有60多种酶或蛋白质受光敏色素调节.
(1).与光合有关的酶: RuBPCO 、 PEPC、捕光叶 绿素结合蛋白等
(2).与核酸、蛋白质代谢有关的酶：核糖核酸酶、氨 基酸活酶等
光形态建成 第八章
第八章 光形态建成(photomorphogenesis)
光形态建成: 依赖光控制细胞的分化、结构和功能改变, 最终汇集
成组织和器官的建成，即光控制发育的过程。
暗形态建成 (skotomorphogenesis): 相反, 暗中生长的植物表现出各种黄化特征 , 如茎细而长、 顶端呈钩状弯曲和叶片小而呈黄白色现象
(4).与次生物质代谢有关的酶 如 PAL .
(5).红光活化的Phy对基因表达的调控,是利用第二信 使物质传递光信息。 如G-蛋白
植物体内至少存在三类光受体： A.对红和远红光敏感----光敏色素(Phytochrome); B.对蓝光和紫外光A敏感----隐花色素(cryptochrome) C.对紫外光B敏感-----紫外光受体
光合作用
光形态建成
作用方式 反应
以能量的方式 影响生长发育
高能反应,与光 能的强弱有关
100
R+FR+R+FR
43
R+FR+R+FR+R
99
R+FR+R+FR+R+FR
54
R+FR+R+FR+R+FR+R
98
莴苣种子萌发受到促进或抑制 只与最后一次照射的光质有关，红光 促进，远红光抑制。
吸收红光和远红光并可以相互 转换的光受体是具有两种存在形式的 单一色素—光敏色素。
2. 分布
三、光敏色素的作用机理 ※
1、膜假说——解释快反应
光敏色素与膜结合，从而改变膜的 透性。当发生光转换时，跨膜的离子流 动和膜上酶的分布都会发生改变，影响 代谢，经过一系列的生理生化变化，最 终表现出形态建成的改变。
在光敏色素调节快速反应中，有 胞内CaM的活化和Ca2+浓度的升高。
2、基因调节假说——解释慢反应
除真菌以外的低等和高等植物中,与膜系 统结合,分布在脂膜、线粒体、叶绿体和内 质网上。蛋白质丰富的分生组织含量高，黄 化苗比绿苗含量高。
3. 光敏色素的性质
光敏色素是一种易溶于水的色素蛋白， 由蛋白质和生色团组成。生色团是一个开链 的四个比咯环。生色团有两种形态，可相互 转化。生色团具有独特的吸光特性。
Pr（红光吸收型）：蓝绿色，生理 钝化型
Pfr（远红光吸收型）：黄绿色，生 理活化型
合成
660nm
前体
Pr 730nm Pfr
生理反应
暗逆转 破坏
二、光敏色素的生理作用
已知有200多个反应受光敏色素调节 种子萌发 光周期 花诱导 叶脱落 性别表现 小叶运动 节间伸长 膜透性 弯钩张开 花色素形成 向光敏感性 块茎形成 偏上性生长 节律现象等
以信号的方式 影响生长发育
低能反应,与光 有无、性质有关
光受体 光合色素
光敏色素、隐花色 素、紫外光-B受体
一、光敏色素的发现和分布
1.发现
1952，美国 Borthwick 和 Hendricks
顺次暴露在R和FR后，莴苣种子的发芽情况
光照处理
发芽率（%）
黑暗（对照）
8
R
98
R+FR
54
R+FR+R
接受红光后，Pfr型经过一系列过程， 将信号转移到基因，活化或抑制某些特 定基因，形成特定的mRNA，翻译成特定 的蛋白质。
光敏色素调节基因的表达发生在转录 水平。
现已发现有60多种酶或蛋白质受光敏色素调节.
(1).与光合有关的酶: RuBPCO 、 PEPC、捕光叶 绿素结合蛋白等
(2).与核酸、蛋白质代谢有关的酶：核糖核酸酶、氨 基酸活酶等
光形态建成 第八章
第八章 光形态建成(photomorphogenesis)
光形态建成: 依赖光控制细胞的分化、结构和功能改变, 最终汇集
成组织和器官的建成，即光控制发育的过程。
暗形态建成 (skotomorphogenesis): 相反, 暗中生长的植物表现出各种黄化特征 , 如茎细而长、 顶端呈钩状弯曲和叶片小而呈黄白色现象