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高中生物 第九章 光形态建成竞赛教案


第九章 光形态建成 ? 光对植物生长的影响 间接影响:主要通过光合作用(photosynthesis) ,是一个高能反应。 直接影响:主要通过光形态建成(photomorphogenesis) ,是一个低能反应。光在此主 要起信号作用。 ? 自然光的光谱 一、光形态建成的概念 光控制植物生长、发育和分化的过程。为光的低能反应。光在此起信号作用。信号的 性质与光的波长有关。植物体通过不同的光受体感受不同性质的光信号。 二、光形态建成的主要方面 光信号的感受 — 信号转导 — 反应 (1)蓝紫光对植物的生长特别是对茎的伸长生长有强烈的抑制作用。因此生长在黑暗 中的幼苗为黄化苗。光对植物生长的抑制与其对生长素的破坏有关。 (2)蓝紫光在植物的向光性中起作用。 (3)光(实质是红光)通过光敏色素影响植物生长发育的诸多过程。如:需光种子的 萌发;叶的分化和扩大;小叶运动;光周期与花诱导;花色素形成;质体(包括叶绿体) 的形成;叶绿素的合成;休眠芽的萌发;叶脱落等。 ·1· 三、光信号受体 光敏色素、隐花色素、向光素/UV-A、UV-B 受体等。 (一)光敏色素 1. 光敏色素的发现及其结构 光敏色素的概念和分子结构:光敏色素是上世纪 50 年代发现的一种光受体。该受体 为具有两个光转换形式的单一色素。其交替接受红光和远红光照射时可发生存在形式的可 逆转换,并通过这种转换来控制光形态建成。 光敏色素的分子结构:光敏色素的单体由一个生色团(发色团,chromophore)及一个脱辅 基蛋白(apoprotein)组成,其中前者分子量约为 612 KD,后者约为 120 KD。光敏色素生 色团由排列成直链的四个吡咯环组成,因此具共轭电子系统,可受光激发。其稳定型结构 为红光吸收型(Pr) ,Pr 吸收红光后则转变为远红光吸收型(Pfr) ,而 Pfr 吸收远红光后又 可变为 Pr。其中,Pfr 为生理活化型,Pr 为生理钝化型。光敏色素的脱辅基蛋白:现已知 燕麦胚芽鞘脱辅基蛋白的分子量为 124 KD,其一级结构含 1128 个氨基酸,其中含酸性和 碱性氨基酸较多,因此带较多负电荷。燕麦胚芽鞘脱辅基蛋白 1 级结构 N 端 321 位处的半 胱氨酸以硫醚键与生色团相连。生色团与脱辅基蛋白紧密相连,当生色团形式改变时也引 起脱辅基蛋白结构的改变。燕麦胚芽鞘脱辅基蛋白的 2 级结构有 α-螺旋、β-折叠、β-转角、 无轨线团等。在 2 级结构基础上,再形成 3 级结构。4 级结构则为两个脱辅基蛋白单体聚 合成二聚体。 ·2· 2. 光敏色素的生物合成与理化性质 光敏色素的 Pr 型是在黑暗条件下进行生物合成的, 其合成过程可能类似于脱植基叶绿 素的合成过程,因为二者都具有四个吡咯环。光敏色素理化性质中最重要的是其光化学特 性。光敏色素的 Pr 和 Pfr 对小于 800 nm 的各种光波都有不同程度的吸收且有许多重叠, 但 Pr 的吸收峰为 660 nm,Pfr 的吸收峰为 730 nm。在活体中,Pr 和 Pfr 是“平衡”的。这种 平衡取决于光源的光波成分。此即光稳定平衡(Φ) :在一定波长下,具生理活性的 Pfr 浓 度与光敏色素的总浓度的比值。即:Φ=[Pfr] /([Pr]+[Pfr]) 。不同波长的红光和远红光可组 合成不同混合光,可得到各种 Φ 值。在自然条件下,Φ 为 0.01~0.05 即可引起生理反应。 Pr 与 Pfr 除吸收红光与远红光而发生可逆转换外, Pfr 在暗中也可自发地逆转为 Pr (此 为热反应) ,或被蛋白酶水解。P

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