光在植物生长发育中的作用

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1、第21卷第3期河北大学学报(自然科学版)Vol.21No.32001年9月JournalofHebeiUniversity(NaturalScienceEdition)Sep.2001光在植物生长发育中的作用1221廖祥儒,张蕾,徐景智,杜建芳(1.河北大学生命科学学院,河北保定071002;2.河北大学物理科学与技术学院,河北保定071002)摘要:光线既能作为植物细胞的能量来源,又能通过影响光敏素、隐花色素和紫外光受体等蛋白质构像,引起光信号传导,从而改变细胞激素水平和基因表达模式,在调节植物生长发育中具有重要作用.关键词:生长发育;光;植物中图

2、分类号:Q945文献标识码:A文章编号:1000-1565(2001)03-0341-06植物的生长发育被许多环境因子所刺激,其中包括光、温度和地球的引力等.在这些刺激中,光具有特殊重要的地位.因为它不仅影响着植物几乎所有的发育阶段,还为光合作用提供能量.光调节的发育过程包括发芽、茎的生长、叶和根的发育、向光性、叶绿素的合成、分枝以及花的诱导等等.本文谨就光在植物生长发育中的作用,从光是植物能量的来源;光对植物生长发育的影响;光的信号传导;信号传导途径;光影响植物生长发育的机理等5个方面做一介绍.1光是植物能量的来源植物在生命活动过程中所产生的全部有

3、机物质的碳骨架都来自于光合作用,而光合作用的能量来源是可见光.整个光合作用可分为2个阶级:光反应阶级和暗反应阶段.它是一个极其复杂的生理过程,至少包括几十个反应步骤,相互交叉错杂在一起,其中既有物理变化,又有化学变化;既有电子传递、能量转换的过程,又有物质转化的过程.在光合作用的光反应阶段中,光合生物利用光能产生ATP和NADPH(还原力).在光合作用的暗反应阶段,叶绿体利用光阶段产生的NADPH和ATP使CO2还原合成碳水化合物.另外光质对光合碳代谢也有重要的调节作用,蓝光下生长的多种植物的叶片或种子总蛋白质含量比红[1]光下生长的高,红光下生长的

4、植物体内有较多的碳水化合物积累.这一现象普遍存在于高等植物和藻类中.蓝光下培养的小球藻碳水化合物含量增加1倍,作用光谱显示促进蛋白质含量增加的最有效波长在[2]460nm和370nm附近.[2]魏胜林等人发现,蓝光处理的菊花叶片氨基酸总量和糖含量比对照组分别高32%和8.9%.较高的氨基酸含量和能源物质为蓝光光质下菊花的花芽分化和花朵发育提供了细胞结构成分和能量.[3]在果实发育过程中,果实的成分也受光的影响.Guan和Janes在番茄上作实验得出结论,在光下生长的果实与黑暗中的果实相比可以多30%的蔗糖,淀粉和已糖是黑暗中成长的果实的2倍.这些果实

5、主要是因为光照引起各种酶活性的变化.光至少激活卡尔文循环中的5种酶,即RuBisco,3-磷酸甘油醛脱氢酶,双磷酸果糖磷酸酯酶,双磷酸景天庚酮糖酯酶和磷酸核酮糖激酶,等等.Voskresenskaya等证实,蓝光下生长的[4]C3植物的PuBP羧化酶和C4植物的PEP羧化酶活性显著提高,甘油醛脱氢酶(GAPdehydroge-nase)收稿日期:2000-12-13基金项目:河北省科委攻关项目(99212114)作者简介:廖祥儒(1964-),男,江西南康人,河北大学副研究员,博士,主要从事植物发育的分子生物学及基因工程研究.·342·河北大学学报(

6、自然科学版)2001年[5]亦受蓝光促进,离体的丙酮酸激酶活性受蓝光刺激提高100%,而α-酮戊二酸脱氢酶受蓝光抑制,最有效波长是460nm附近的蓝光和近紫外光.[6]在光合作用中,光质对光合放O2速率也有影响,储钟稀等人用白光、蓝光和红光照射黄瓜,结果发现以红光培养的叶片,其光合放O2速率最高,比白光下高44.9%,蓝光的放O2速率最低,比白光处理还低4%.其原因还有必要做进一步的研究.2光对植物生长发育的影响光除了作为一种能源控制着光合作用,还作为一种触发信号影响着植物生长发育的许多方面,从种子发芽和脱黄化作用到对营养形态学(茎的生长和叶的伸展)

7、、24h节律的开始、基因表达、向地性和向光性.这就是植物的光形态建成.2.1光对植物种子萌发的影响当种子吸涨之后,它们的发芽常受到光的影响.光在几百种植物中的作用已被研究过,大约有一半需要光照才发芽最好,特别是如在收获后立即播种,受影响的常是小种子,有少数几种大种子的园艺作物也受影响.也有许多种子的发芽不受光的影响,而有一些,是受光抑制的,甚至还有一些,短时间的光照促进,但连续照射却是抑制的.正如许多受光影响的过程一样,在种子萌发中光和温度的作用可以相互影响,吸涨温度是重要的,但照射时间本身的温度并不严格,因为光受体通常仅被光适当激发,而不能被热激发

8、.已了解有些植物(如某些莴苣和番茄品种),当种子在某一温度下湿润时,光对它无影响,但如将温度提高一些,就需要