植物生长物质的概念和研究方法
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植物生长物质的概念和研究方法
一、植物生长物质的概念及其种类?
植物生长物质(plant growth substances)是调节植物生长发育的微量化学物质。它可分为两类：植物激素和植物生长调节剂。?
植物激素(plant hormones，phytohormones)是指在植物体内合成的、通常从合成部位运往作用部位、对植物的生长发育产生显著调节作用的微量小分子有机质。?
植物激素这个名词最初是从动物激素衍用过来的。植物激素与动物激素有某些相似之处，然而它们的作用方式和生理效应却差异显著。例如，动物激素的专一性很强，并有产生某激素的特殊腺体和确定的“靶”器官，表现出单一的生理效应。而植物没有产生激素的特殊腺体，也没有明显的“靶”器官。植物激素可在植物体的任何部位起作用，且同一激素有多种不同的生理效应，不同种激素之间还有相互促进或相互颉颃的作用。?
到目前为止，有五大类植物激素得到大家公认，它们是：生长素类、赤霉素类、细胞分裂素类、脱落酸和乙烯。?
植物体内激素的含量甚微，7 000～10 000株玉米幼苗顶端只含有1μg生长素；1kg向日葵鲜叶中的玉米素(一种细胞分裂素)约为5～9μg。?
由于植物体内植物激素含量很少，难以提取，无法大规模在农业生产上应用。随着研究的深入，人们合成(或从微生物中提取)了多种与植物激素有相似生理作用的物质，称为植物生长调节剂(plant growth regulators)。?
除了五大类植物激素外，人们在植物体内还陆续发现了其它一些对生长发育有调节作用的物质。如油菜花粉中的油菜素内酯，苜蓿中的三十烷醇，菊芋叶中的菊芋素(heliangint)，半支莲叶中的半支莲醛(potulai)，罗汉松中的罗汉松内酯(podolactone)，月光花叶中的月光花素(colonyctin)，还有广泛存在的多胺类化合物等都能调节植物的生长发育。此外，还有一些天然的生长抑制物质，如植物各器官中都存在的茉莉酸、茉莉酸甲酯、酚类物质中的酚酸和肉桂酸族以及苯醌中的胡桃醌等。这些物质虽然还没被公认为植物激素，但在调节植物生长发育的过程中起着不可忽视的作用。已有人建议将油菜素甾体类和茉莉酸类也归到植物激素中。随着研究的深入，人们将更深刻地了解这些物质在植物生命活动中所起的生理作用。
九种类型的植物激素和代表结构
二、研究植物生长物质的方法?
激素在植物中的含量极低，性质又不稳定，加之细胞中其他化合物的干扰，故测定的方法必须十分灵敏和专一。通常首先用合适的有机溶剂来提取，既要避免许多干扰物质，又要防止破坏激素本身。其次采用各种萃取或层析步骤，使激素得到部分提纯。然后再用生物的、物理的或化学的方法测定其含量。
(一)生物测定法 ?
生物测定法是通过测定激素作用于植株或离体器官后所产生的生理生化效应的强度，从而推算植物激素含量的方法。?
比如生长素的生物测定，可用小麦胚芽鞘切段伸长法。将小麦胚芽鞘对生长素敏感的部分切成一定长度的小段，将其浸在含有生长素的溶液中，在一定浓度范围内，芽鞘切段的伸长与生长素浓度的对数成正比，因而把芽鞘切段在样品提取液中的伸长与标准液中的切段伸长相比，即可推算出样品中的生长素含量。
又如根据赤霉素诱导α-淀粉酶活性的原理，将去胚大麦种子与赤霉素一起保温，在一定范围内赤霉素诱导的α-淀粉酶活性的强弱与赤霉素浓度成正相关，据此来估计样品中赤霉素的含量。?
早期激素的鉴定几乎全靠生物测定法，但因其灵敏度及专一性均不够高，近已渐渐少用。但对于从大量人工合成的化合物中筛选植物生长调节剂，生物鉴定法仍不失为行之有效的手段。
此外，采用缺乏某种激素的基因型突变品系作测试材料，可显著提高生物鉴定法的灵敏度，这已受到许多研究者的关注和利用。?
(二)物理和化学方法?
随着物理和化学方法的发展，植物激素的测定分析采用薄层层析(thin layer chromatography,TLC)、气相色谱(gas chromatography,GC)、高效液相层析(high performance liquid chromatography,HPLC)和质谱分析(mass spectrography,MS)等，其原理大都是基于不同物质在不同介质中有不同的分配系数。用这些方法测定生长素可达到10-12g的水平，相当于一个豌豆茎切段或一个玉米谷粒中的生长素含量。并可正确分析生长素的前体、生长素的代谢以及生长素在植物体中的分布等。?
色质联谱(GC-MS)可以更为精确地检测多种激素，比如赤霉素的测定，先用气相色谱分离提取出混合物中的几十个组分，然后将赤霉素组分再进入质谱仪进行定性定量分析，由于质谱专一性很强，不致造成对非赤霉素物质的错误判断。
一般检测之初，需先用有机溶剂从植物组织提取游离态激素。但因激素常以各种结合态存在，在操作过程中必须防止结合态激素的水解。为了避免内源激素在提取与纯化过程中的损失，常以放射性同位素3 H或14 C、或以稳定性同位素2 H或13 C标记的激素作为内在标准物。?
乙烯是一种气态激素，用气相色谱仪测定是目前普遍应用的一种灵敏、准确的方法，测定一个样品只要几分钟的时间。通常将植物组织产生的乙烯累积在一个密闭容器中，用注射器抽取气体，在气相色谱仪上分离测定。
(三)免疫分析法 ?
近年来发展起来的免疫分析法被用来定性、定量测定各种植物激素，它是基于动物体对进入其血液的外来物质的免疫性。当一种抗原导入兔子、老鼠等动物血液中后，动物的保卫机制便产生出专一的抗体蛋白质。抗原通常是蛋白质，植物激素如生长素不是抗原，但只要把它们化学结合到蛋白质分子上(如人血清蛋白)，就可转化成抗原分子，当将此抗原注射到兔子中，几十天后便会形成对生长素的专一抗体(图7-1)。把血液进行离心，即可得到抗体部分。在血清部分含有许多球蛋白(抗体)，但只有一种对注射的抗原起反应。当抗体和抗原相互接触就会产生沉淀反应，根据不同的已知浓度的抗原与抗原抗体沉淀量的关系式，便可计算样品中的激素含量，如用放射性抗原，则可通过测定放射性强度来定量，常用的放射性元素有3 H，125 I。
图7-1 免疫分析测定生长素的基本过程
A.抗原生长素 B.对生长素起反应合成的抗体 C.对非生长素抗原起反应中合成的抗体。?
(仿曹仪植，宋占午，植物生理学，1994)
放射免疫检测法(radioimmunoassay,RIA)和酶联免疫吸附检测法(enzyme linked immunosorbent assay,ELISA)是当前常用的两种激素定量技术。其优点在于高专一性，高灵敏性，操作简便，样品往往只需初步纯化。多克隆抗体(polyclonal antibody,PAb)与单克隆抗体(monoclonal antibody,MAb)不仅可用于激素的纯化，若与酶或胶体金(银)标记技术相结合，还可用于植物激素在组织与细胞内的定位研究，这种微量定位技术对于认识激素生理作用的实质非常重要，因为每一个植物细胞含有许多区间(compartment)，激素集积的位置可能与产生效应的位置不同，真正能发挥作用的激素可能只是细胞内激素总量的极小部分。基于植物器官或组织分析所获得的数据，仅能反映激素在这种植物器官或组织内的总量，往往不能代表代谢调控的情况，更难凭此建立植物激素与细胞反应的相关性。鉴于免疫技术的种种优点，它在植物激素研究领域中的应用将日益广泛。免疫技术除用于激素纯化、定量与定位分析外，对激素作用机理、合成、代谢、结合态的形成与水解等研究也是有用的工具。
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