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赤霉素

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1926年日本黑澤英一發(fā)現(xiàn),當(dāng)水稻感染了赤霉菌后,會(huì)出現(xiàn)植株瘋長(zhǎng)的現(xiàn)象,病株往往比正常植株高50%以上,而且結(jié)實(shí)率大大降低,因而稱之為“惡苗病”。科學(xué)家將赤霉菌培養(yǎng)基的濾液噴施到健康水稻幼苗上,發(fā)現(xiàn)中心和些幼苗雖然沒(méi)有感染赤霉菌,卻出現(xiàn)了與惡苗病同樣的癥狀。1938年日本藪田貞治郎和住木諭介從赤霉菌培養(yǎng)基的濾液中分離出這種活性物質(zhì),并鑒定了它的化學(xué)結(jié)構(gòu)。命名為赤霉酸。1956年 C.A.韋斯特和 B.O.菲尼分別證明在高等植物中普遍存在著一些類似赤霉酸的物質(zhì)。到1983年已分離和鑒定出60多種。一般分為自由態(tài)及結(jié)合態(tài)兩類,統(tǒng)稱赤霉素,分別被命名為GA1,GA2等。  

目錄

結(jié)構(gòu)

赤霉素都含有(-)-赤霉素烷骨架,它的化學(xué)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,是雙萜化合物。在高等植物中赤霉素的最近前體一般認(rèn)為是貝殼杉烯。各種不同的赤霉素之間的差別在于雙鍵、羥基的數(shù)目和位置。自由態(tài)赤霉素是具19C或20C的一、二或三羧酸。結(jié)合態(tài)赤霉素多為萄糖苷葡糖基酯,易溶于水。  

提取源

赤霉素可以用甲醇提取。不同的赤霉素可以用各種色譜分析技術(shù)分開。提純的赤霉素經(jīng)稀釋后處理矮生植物,如矮生玉米,觀察其促進(jìn)高生長(zhǎng)的效應(yīng),可鑒定其生物活性。不同的赤霉素生物活性不同,赤霉酸(GA3)的活性最高。活性高的化合物必須有一個(gè)赤霉環(huán)系統(tǒng)(環(huán)ABCD),在C-7上有羧基,在A環(huán)上有一個(gè)內(nèi)酯環(huán)。

植物各部分的赤霉素含量不同,種子里最豐富,特別是在成熟期。  

分布

廣泛---被子、裸子、蕨類植物、褐藻、綠藻、真菌細(xì)菌中, 多存在于生長(zhǎng)旺盛部分 , 如莖端、嫩葉、根尖和果實(shí)種子。含量: 1~100Ong.g-1 鮮重 , 果實(shí)和種子 ( 尤其是未成熟種子 ) 的赤霉素含量比營(yíng)養(yǎng)器官的多兩個(gè)數(shù)量級(jí)。每個(gè)器官或組織都含有兩種以上的赤霉素 , 而且赤霉素的種類、數(shù)量和狀態(tài) ( 自由態(tài)或結(jié)合態(tài) ) 都因植物發(fā)育時(shí)期而異。  

運(yùn)輸

GA與生長(zhǎng)素不同,其運(yùn)輸不表現(xiàn)極性,(根尖合成---沿導(dǎo)管向上運(yùn)輸 ,嫩葉產(chǎn)生---沿篩管向下運(yùn)輸)。不同植物間的運(yùn)輸速度差別很大, 如矮生豌豆是 5cm.h-1, 豌豆是 2.1mm.h-1, 馬鈴薯 0.42mm .h-1。  

存在形式

自由赤霉素 (free gibberellin) ---不以鍵的形式與其他物質(zhì)結(jié)合 , 易被有機(jī)溶劑提取出來(lái)。屬于有生理活性;結(jié)合赤霉素 (conjugated gibberellin) --赤霉素和其他物質(zhì) ( 如葡萄糖 ) 結(jié)合 , 要通過(guò)酸水解或蛋白酶分解才能釋放出自由赤霉素,屬于無(wú)生理活性束縛型:這是GA的一種儲(chǔ)藏形式。種子成熟時(shí),GA轉(zhuǎn)化為束縛型貯存,而在種子萌發(fā)時(shí),又轉(zhuǎn)變成游離型而發(fā)揮其調(diào)節(jié)作用。  

主要?jiǎng)┬秃秃?/span>

4%赤霉酸乳油 6%赤霉素水劑 40%赤霉酸顆粒劑 20%可溶性片劑 75%結(jié)晶粉 85%結(jié)晶粉等。主要生產(chǎn)廠家為:青島百禾源生物工程有限公司,浙江錢江生物化學(xué)股份有限公司,上海同瑞生物科技有限公司等。

赤霉素最突出的生理效應(yīng)是促進(jìn)莖的伸長(zhǎng)和誘導(dǎo)長(zhǎng)日植物在短日條件下抽薹開花。各種植物對(duì)赤霉素的敏感程度不同。遺傳上矮生的植物如矮生的玉米和豌豆對(duì)赤霉素最敏感,經(jīng)赤霉素處理后株型與非矮生的相似;非矮生植物則只有輕微的反應(yīng)。有些植物遺傳上矮生性的原因就是缺乏內(nèi)源赤霉素(另一些則不然)。赤霉素在種子發(fā)芽中起調(diào)節(jié)作用。許多禾谷類植物例如大麥的種子中的淀粉,在發(fā)芽時(shí)迅速水解;如果把胚去掉,淀粉就不水解。用赤霉素處理無(wú)胚的種子,淀粉就又能水解,證明了赤霉素可以代替胚引起淀粉水解。赤霉素能代替紅光促進(jìn)光敏感植物萵苣種子的發(fā)芽和代替胡蘿卜開花所需要的春化作用。赤霉素還能引起某些植物單性果實(shí)的形成。對(duì)某些植物,特別是無(wú)籽葡萄品種,在開花時(shí)用赤霉素處理,可促進(jìn)無(wú)籽果實(shí)的發(fā)育。但對(duì)某些生理現(xiàn)象有時(shí)有抑制作用。

關(guān)于赤霉素的作用機(jī)理,研究得較深入的是它對(duì)去胚大麥種子中淀粉水解的誘發(fā)。用赤霉素處理滅菌的去胚大麥種子,發(fā)現(xiàn)GA3顯著促進(jìn)其糊粉層中 α-淀粉酶的新合成,從而引起淀粉的水解。在完整大麥種子發(fā)芽時(shí),胚含有赤霉素,分泌到糊粉層去。此外,GA3還刺激糊粉層細(xì)胞合成蛋白酶,促進(jìn)核糖核酸酶葡聚糖酶的分泌。  

主要應(yīng)用

赤霉素應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn),在某些方面有較好效果。例如提高無(wú)籽葡萄產(chǎn)量,打破馬鈴薯休眠;在釀造啤酒時(shí),用GA3來(lái)促進(jìn)制備麥芽糖用的大麥種子的萌發(fā);當(dāng)晚稻遇陰雨低溫而抽穗遲緩時(shí),用赤霉素處理能促進(jìn)抽穗;或在雜交水稻制種中調(diào)節(jié)花期以使父母本花期相遇。

如果使用赤霉素過(guò)量,副作用可造成倒伏,所以要使用助壯素進(jìn)行調(diào)節(jié),同時(shí)增施鉀肥.

以ent-赤霉烷(gibberellane)為基本骨架的四環(huán)雙萜的一種植物激素。由ent-貝殼杉烯(ka-urene)生物合成的。按照分離的順序而定名為赤霉素A(縮寫為GA)。現(xiàn)在已經(jīng)鑒定出有四十種以上的赤霉素,但不一定所有的都具有生理效應(yīng)。具有r-內(nèi)酯的C19-GA及其前體C20-GA,是以結(jié)合型赤霉素而存在。 GA是從水稻惡苗病菌〔完全世代為Gi-bberella fujikuroi(Sawada)Wλ,不完全世代為Fusarium moniliforme Sheldon〕的培養(yǎng)液中分離出來(lái)的,是一種能引起稻苗徒長(zhǎng)的物質(zhì),由黑澤英一在1926年發(fā)現(xiàn)的,后經(jīng)藪田貞治郎和住木諭介(1928)獲得結(jié)晶并命名。這種結(jié)晶的有效成分后來(lái)查明為GA1、GA2和GA3的混合物。有J.MacMilan和J.Suter(1958)從高等植物中分離得到GA1以來(lái),到現(xiàn)在已得到20種以上,含有赤霉素的低等植物,在植物界也廣泛存在。在高等植物中,赤霉素是在未成熟種子、頂芽和根等器官中合成的。GA的典型生理作用是能促進(jìn)枝條的生長(zhǎng),尤其是能促進(jìn)無(wú)傷害植物的整體生長(zhǎng)。植物的矮化認(rèn)為多半是由于體內(nèi)的GA合成系統(tǒng),在遺傳上發(fā)生異常而造成的,為供給GA,則可以由矮化恢復(fù)正常。呈蓮座狀生長(zhǎng)的植物,即使在非誘導(dǎo)的條件下,GA處理也能使其抽薹。對(duì)根的生長(zhǎng)一般是沒(méi)有效果的。GA促進(jìn)生長(zhǎng)的作用,認(rèn)為是促進(jìn)了細(xì)胞的分裂和細(xì)胞的伸長(zhǎng)兩個(gè)方面,但認(rèn)為促進(jìn)伸長(zhǎng)的作用是與生長(zhǎng)素的作用有密切關(guān)系。此外,GA還具有打破種子和芽的休眠,促進(jìn)長(zhǎng)日照植物在短日照時(shí)開花,誘發(fā)葡萄等的單性結(jié)實(shí),抑制某些種植物葉片老化等效應(yīng)。在谷類種子的糊粉層中,能誘導(dǎo)a-淀粉酶(胚乳檢定法)、核糖核酸酶和蛋白酶等水解酶的重新合成。

赤霉素是一類屬于雙萜類化合物的植物激素。1926年日本病理學(xué)家黑澤在水稻惡苗病的研究中發(fā)現(xiàn)水稻植株發(fā)生徒長(zhǎng)是由赤霉菌的分泌物所引起的。1935年日本藪田從水稻赤霉菌中分離出一種活性制品,并得到結(jié)晶,定名為赤霉素(GA)。第一種被分離鑒定的赤霉素稱為赤霉酸(GA3),現(xiàn)已從高等植物和微生物中分離出70余種赤霉素。因?yàn)槌嗝顾囟己恤然食仕嵝浴?nèi)源赤霉素以游離和結(jié)合型兩種形態(tài)存在,可以互相轉(zhuǎn)化。

赤霉素pH值3~4的溶液中最穩(wěn)定,pH值過(guò)高或過(guò)低都會(huì)使赤霉素變成無(wú)生理活性的偽赤霉素或赤霉烯酸。赤霉素的前體是貝殼杉烯。某些生長(zhǎng)延緩劑,如阿莫-1618和矮壯素等能抑制貝殼杉烯的形成,福斯方-D能抑制貝殼杉烯轉(zhuǎn)變?yōu)槌嗝顾亍3嗝顾卦?a href="/index.php?title=%E6%A4%8D%E7%89%A9%E4%BD%93&action=edit&redlink=1" class="new" title="植物體(尚未撰寫)" rel="nofollow">植物體內(nèi)的形成部位一般是嫩葉、芽、幼根以及未成熟的種子等幼嫩組織。不同的赤霉素存在于各種植物不同的器官內(nèi)。幼葉和嫩枝頂端形成的赤霉素通過(guò)韌皮部輸出,根中生成的赤霉素通過(guò)木質(zhì)部向上運(yùn)輸。

赤霉素中生理活性最強(qiáng)、研究最多的是GA3,它能顯著地促進(jìn)植物莖、葉生長(zhǎng),特別是對(duì)遺傳型和生理型的矮生植物有明顯的促進(jìn)作用;能代替某些種子萌發(fā)所需要的光照和低溫條件,從而促進(jìn)發(fā)芽;可使長(zhǎng)日照植物在短日照條件下開花,縮短生活周期;能誘導(dǎo)開花,增加瓜類的雄花數(shù),誘導(dǎo)單性結(jié)實(shí),提高坐果率,促進(jìn)果實(shí)生長(zhǎng),延緩果實(shí)衰老。除此之外,GA3還可用于防止果皮腐爛;在棉花盛花期噴灑能減少蕾鈴脫落;馬鈴薯浸種可打破休眠;大麥浸種可提高麥芽糖產(chǎn)量等等。

赤霉素很多生理效應(yīng)與它調(diào)節(jié)植物組織內(nèi)的核酸蛋白質(zhì)有關(guān),它不僅能激活種子中的多種水解酶,還能促進(jìn)新酶合成。研究最多的是GA3誘導(dǎo)大麥粒中α-淀粉酶生成的顯著作用。另外還誘導(dǎo)蛋白酶、β-1,3-葡萄糖苷酶、核糖核酸酶的合成。赤霉素刺激莖伸長(zhǎng)與核酸代謝有關(guān),它首先作用于脫氧核糖核酸(DNA),使DNA活化,然后轉(zhuǎn)錄成信使核糖核酸(mRNA),從mRNA翻譯成特定的蛋白質(zhì)。  

赤霉素的生理作用

促進(jìn)麥芽糖的轉(zhuǎn)化(誘導(dǎo)α-淀粉酶形成);促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)(對(duì)根的生長(zhǎng)無(wú)促進(jìn)作用,但顯著促進(jìn)莖葉的生長(zhǎng)),防止器官脫落和打破休眠等。

赤霉素最突出的作用是加速細(xì)胞的伸長(zhǎng)(赤霉素可以提高植物體內(nèi)生長(zhǎng)素的含量,而生長(zhǎng)素直接調(diào)節(jié)細(xì)胞的伸長(zhǎng)),對(duì)細(xì)胞的分裂也有促進(jìn)作用,它可以促進(jìn)細(xì)胞的擴(kuò)大(但不引起細(xì)胞壁的酸化)

Gibberellin

Any of the members of a family of higher-plant hormones characterized by the ent-gibberellane skeleton. Some of these compounds have profound effects on many aspects of plant growth and development, which indicates an important regulatory role.

There are two classes of gibberellins: the 19-carbon gibberellins and the 20-carbon gibberellins. The 19-carbon gibberellins, formed from 20-carbon gibberellins, are the bio-logically active forms. Gibberellins also vary according to the position and number of hydroxyl groups linked to the carbon atoms of the ent-gibberellane skeleton. Hydroxylation has a profound influence on biological activity.

Probably the best-defined role for gibberellins in regulating the developmental processes in higher plants is stem growth. The cellular basis for gibberellin-induced stem growth can be either an increase in the length of pith cells in the stem or primarily the production of a greater number of cells. Applied gibberellins can often promote germination of dormant seeds, a capability suggesting that gibberellins are involved in the process of breaking dormancy. Gibberellins are intimately involved in other aspects of seed germination as well. Applied gibberellins promote or induce flowering in plants that require either cold or long days for flower induction. Gibberellin is probably not the flowering hormone or floral stimulus, because the floral stimulus appears to be identical or similar in all response types. The application of gibberellins often modifies sex expression, usually causing an increase in the number of male flowers. See also Dormancy; Flower; Plant growth; Seed.

Although gibberellins have limited use in agriculture compared with other agricultural chemicals such as herbicides, several important applications have been developed, including the production of seedless grapes. Application of gibberellin at bloom results in increased berry size and reduced berry rotting. Gibberellins are also used to increase barley malt yields for brewing and to reduce the time necessary for the malting process to reach completion. Gibberellins have found significant applications in plant breeding. Other uses for gibberellin in agriculture include reduction of rind discoloration in citrus fruits, increased yield in sugarcane, stimulation of fruit set in fruit trees, and increased petiole growth in celery. See also Plant hormones

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