Arginine deiminase inhibits proliferation of human leukemia cells more potently than
Leukemia (2000)14,826–829
?2000Macmillan Publishers Ltd All rights reserved 0887-6924/00$https://www.wendangku.net/doc/ab11232338.html,/leu
Arginine deiminase inhibits proliferation of human leukemia cells more potently than asparaginase by inducing cell cycle arrest and apoptosis
H Gong 1,F Zo ¨lzer 2,G von Recklinghausen 3,W Havers 1and L Schweigerer 1
1
Department of Hematology,Oncology and Endocrinology,Children’s Hospital;2Department of Radiation Biology;and 3Department of Microbiology,University of Essen,Hufelandstr 55,45122Essen,Germany
L -Asparaginase is used for the treatment of acute leukemias,
but is sometimes ineffective or associated with severe side-effects.We report here that the enzyme arginine deiminase is approximately 100-fold more potent than L -asparaginase in inhibiting the proliferation of cultured human lymphatic leuke-mia cell lines while it appears to be less effective in leukemia cells of myeloid origin.The inhibition of cell proliferation involves cell growth arrest in the G 1-and/or S-phase and eventually apoptotic cell death.Our results suggest the possi-bility of a future use of arginine deiminase for the therapy of leukemia.Leukemia (2000)14,826–829.
Keywords:arginine deiminase;L -asparaginase;cell cycle;apoptosis;leukemia
Introduction
L -Asparaginase
is probably the best-known and most
important growth-inhibitory enzyme in clinical oncology.It is used successfully for the treatment of acute leukemias and certain lymphomas.However,asparaginase treatment is sometimes accompanied by serious side-effects including anaphylactic shock,coagulopathies as well as liver and pan-creatic toxicity.1In addition,in some patients,the enzyme appears to be ineffective.These properties outline the need for alternative treatments.
We have previously found a growth-inhibitory protein in supernatants of cultured cells contaminated by mycoplasmas.By purifying and sequencing this protein,we were able to demonstrate that it was identical with mycoplasma-derived arginine deiminase.2Arginine deiminase (EC 3.5.3.6)is syn-thesized by various microorganisms with the highest amounts being produced by Mycoplasma arginini (data not shown).It catalyzes the hydrolysis of L -arginine to L -citrulline.The resulting depletion of arginine is thought to be responsible for its growth-inhibitory activities.3,4Indeed,we were able to demonstrate that recombinant arginine deiminase inhibits the proliferation of cultured vascular endothelial cells in a potent manner (unpublished).Others have shown that arginine deim-inase can also inhibit the growth of cells derived from solid malignancies in vitro 3–7and in vivo .8In addition,arginine deiminase appears to have few systemic side-effects in vivo .8
These data suggested to us that arginine deiminase might have clinical potential as an inhibitor of leukemia prolifer-ation,where it could replace asparaginase in cases of severe side-effects or ineffectiveness.In the present study,we have examined therefore whether arginine deiminase puri?ed from Mycoplasma arginini could inhibit the proliferation of cul-tured cells derived from acute human leukemia and if so,by which mechanisms this might occur.
Correspondence:L Schweigerer;Fax:00492017235750Received 2November 1999;accepted 20January 2000
Materials and methods
Materials
Human cell lines derived from acute pediatric T-(Jurkat)or B-(Tanoue)leukemia and from adult acute M2myeloid leuke-mia (HL-60)were from the German Collection of Micro-organisms and Cell Cultures (DSMZ,Braunschweig,Germany).Fresh lymphoblasts isolated by cell sorter from the blood of children with acute lymphatic leukemia were kindly
donated by Dr WD Ludwig (Robert-Ro ¨ssle-Klinik der Charite
′,Berlin,Germany).Mycoplasma arginini (ATCC 23838)was purchased from the American Type Culture Collection (ATCC). E.coli -derived L -asparaginase (speci?c activity:80U/mg protein)was from Boehringer Mannheim (Mannheim,Germany)and was equally active in inhibiting the proliferation of cultured cells derived from leukemia and various solid malignancies (data not shown).
Puri?cation of arginine deiminase from Mycoplasma
Mycoplasma arginini was cultured aerobically for 72h at 37°C in 2l of Bacto PPLO broth (Difco,Detroit,MI,USA)(pH 7.0)supplemented with L -arginine (1.0%),horse serum (Biochrom,Berlin,Germany)(20%),yeast extract (Difco)(2.5%),and penicillin G (2000U/ml).The cells were har-vested by centrifugation (15000g for 20min)and washed twice with phosphate-buffered saline (PBS,pH 7.5).The cell pellet was resuspended in 24ml of potassium phosphate buffer (10m M ,pH 7.0),and sonicated for 15min in an ice bath.The cytosol fractions were collected by centrifugation (1h,100000g )at 4°C.The cell extract was subjected to anion-exchange chromatography using a Q Sepharose Fast Flow column (Pharmacia,Sweden)(1×4cm),previously equilibrated with buffer A (ie potassium phosphate buffer (10m M ,pH 7.0)).The loaded column was washed with buffer A and then eluted with a linear gradient of 0–0.5M NaCl in 100ml buffer A at a ?ow rate of 20ml/h.The active fractions obtained from the anion-exchange column were pooled,and applied to an arginine-Sepharose 4B column (Pharmacia,Uppsala,Sweden)(1×4cm)equilibrated with buffer A.The column was washed with buffer A and then eluted with a lin-ear gradient of 0–0.5M NaCl in 100ml buffer A at a ?ow rate of 20ml/h.All puri?cation procedures were carried out at 4°C.The purity of arginine deiminase was con?rmed by sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE)on polyacrylamide gels (10%).Arginine deimin-ase concentration was estimated from the intensities of Coom-assie Brilliant Blue-stained protein bands on SDS-PAGE using bovine serum albumin as the standard.
Arginine deiminase determination
Arginine deiminase activity was assayed as described.30.5ml of a reaction mixture,consisting of L -arginine (50m M ),potass-
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ium phosphate (0.1M ,pH 7.0)and an enzyme sample,was incubated at 37°C for 3h,and the reaction was stopped by adding 0.5ml of a 1:3mixture (v/v)of concentrated H 2SO 4and H 3PO 4.The amount of citrulline formed during incu-bation was determined by the formation of a colored reaction product with diacetyl monoxime.9One unit of enzyme activity was de?ned as the amount of enzyme which con-verted 1?mol of L -arginine to L -citrulline per minute in the assay conditions,and approximately 10–20ng of arginine deiminase corresponds to 1unit.
In addition to enzymatic activity,we veri?ed the bioactivity of each batch of puri?ed arginine deiminase prior to using the cell proliferation assay.Cell proliferation assay
All cells were maintained in RPMI 1640medium containing fetal calf serum (10%),amphotericin ?(1.25?g/ml),penicillin (100U/ml)and streptomycin (100?g/ml).The test cells were inoculated in triplicate on 24-well microplates containing 0.5ml of culture medium at a density of 1.0×104cells/well.The cultures then received various concentrations of arginine deiminase previously sterilized by ?ltration.After 3to 6days in culture,cells were counted with a Coulter particle counter (Beckman Coulter,Krefeld,Germany).
Cell cycle analysis
Leukemia cells (5.0×105in 5ml culture medium)were inub-ated for 3days with arginine deiminase at a ?nal concen-tration of 50ng/ml or only in growth medium (controls).Cells were then incubated for 30min with 5-bromo-2?-deoxyuri-dine (BrdU,Sigma)(10?M ),harvested by centrifugation and ?xed in 99%ethanol.For ?ow cytometric analysis of cell cycle distribution,?xed cells were centrifuged,washed in NaCl (0.9%),and incubated in a pepsin solution (0.5%pepsin (1000U/g)in 0.055N HCl,pH 1.8)for 10min at 37°C to isolate the nuclei.Nuclei were washed again in saline and 2N HCl was added for 30min at 21°C to partially denature DNA.Afterwards nuclei were washed once in NaCl (0.9%)and once in PBS-Tween (0.05%),then incubated with anti-BrdU mouse IgG (Becton Dickinson,1:20in PBS-Tween)for 30min at 4°C in the dark,washed twice in PBS-Tween (0.05%)-BSA (1%),and incubated with FITC-conjugated goat anti-mouse IgG (DuPont,Bad Homburg,Germany,1:100in PBS-Tween-BSA)for 30min at 4°C in the dark.Finally,they were washed in PBS-Tween again,resuspended in PBS and stained with 25?M propidium iodide (PI)(in 0.1M Tris,0.1M NaCl,pH 7.5).Green (FITC)and red (PI)?uorescence after 488nm laser excitation were recorded in a FACScan ?ow cytometer (Becton Dickinson,Heidelberg,Germany)and plot-ted in two-parameter histograms.Five thousand events were recorded,the coef?cient of variation (CV)of the DNA-histo-grams being about 5%.Cell cycle fractions were determined with the help of windows on the scattergrams.10
Apoptosis assays
For the terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated dUTP-biotin nick end labeling (TUNEL)method,leukemia cells were seeded at a density of 1×104/well on to 4-well culture slides (Falcon,NJ,USA).After 12h,they received arginine deimin-ase (200ng/ml)or buffer only (controls),and were incubated for 3days.Cells were then collected by centrifugation,air-
Leukemia
dried and ?xed on slides with paraformaldehyde (4%in PBS,pH 7.0).Slides were rinsed,permeabilized for 2min at 21°C in 0.1%sodium citrate containing 0.1%Triton-X 100and washed twice with PBS.Semi-dry slides were incubated in a humidi?ed chamber for 1h at 37°C with 40?l of TUNEL mixture (Boehringer Mannheim,Germany).
For nuclear staining,cells labeled by the TUNEL assay were stained by incubation for 20min at 21°C with 4?-6-diamidino-2-phenylindole (DAPI,Sigma,Steinheim,Germany)(2?g/ml),rinsed with PBS,exposed to 20?l of anti-fade medium (DABCO (Sigma), 2.5%(w/v)in PBS containing 50%glycerol),sealed with a cover slip and evaluated under a ?u-orescence microscope.Results
Puri?cation of arginine deiminase
The cell extract of M.arginini was subjected to anion-exchange chromatography,and active fractions were pooled and applied to an arginine-Sepharose 4B af?nity column.Active enzyme adsorbed to the column was eluted at about 0.075M NaCl.The puri?ed arginine deiminase gave a single Mr 45kDa protein band when analyzed with SDS-PAGE under reducing (Figure 1)or non-reducing (data not shown)conditions.We calculated a yield of about 0.2mg of pure arginine deiminase from 1l culture of M.arginini .The enzyme was stored at 4°C until further use and was active for up to 60days of storage.
Potency as compared with L -asparaginase
Figure 2a demonstrates the effect of arginine deiminase on the growth of fresh lymphoblasts from two children with acute common or T lymphatic leukemia and on cultured
cells
Figure 1Analysis of puri?ed arginine deiminase by SDS-polyacry-lamide gel electrophoresis was done as described under Materials and https://www.wendangku.net/doc/ab11232338.html,ne 1,marker proteins;lane 2,puri?ed arginine deiminase.Molecular weights are indicated in kDa.
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Figure 2Effect of increasing concentrations of arginine deiminase on the proliferation of various leukemia cell lines and comparison with asparaginase.(a)Tanoue (?),Jurkat (b ),or HL-60(?)leukemia cell lines and fresh lymphoblasts from common (?)or T-ALL (?)were seeded as described in Materials and methods and received the indi-cated concentrations of arginine deiminase.(b)Tanoue (?, )or Jur-kat (b ,?)cells were seeded as described in Materials and methods and received the indicated concentrations of arginine deiminase (?,b )or asparaginase ( ,?).Cells in (a)and (b)were counted after 3days.Results in (a)and (b)are expressed as percentage of cells that had not received enzyme and are the averages of triplicate determi-nations which varied by less than 5%of the means.
derived from pediatric acute T-(Jurkat)or B-(Tanoue)lym-phatic leukemia and adult acute M2myeloid leukemia (HL-60).Arginine deiminase inhibited proliferation of both lym-phatic cell lines in a potent manner with half-maximal inhi-bition achieved with only 5–10ng/ml while it appeared to be somewhat weaker in the fresh lymphoblasts.Arginine deimin-ase had little effect on the proliferation of the myeloid cell line.The latter effect could not be potentiated by repeated
application of arginine deiminase or by extending culture time.When compared to L -asparaginase,which is used for leukemia therapy,arginine deiminase was about 100to 200-fold more potent in inhibiting proliferation of the lymphatic leukemia cell line (Figure 2b).
Effect on cell cycle distribution
To determine whether the arginine deiminase-induced inhi-bition of leukemia cell proliferation involved changes in cell cycle,we performed ?ow-cytometric analysis of cells exposed to arginine deiminase or not.In both lymphatic leukemia cell lines (Jurkat and Tanoue),arginine deiminase treatment decreased the fraction of active S-phase (S)cells (ie cells with an S-phase DNA content that incorporate BrdU)with a corre-sponding increase of the inactive S-phase (S 0)cells (ie cells that do not incorporate BrdU)(Table 1).In the B-leukemia cells (Tanoue),there was an additional arginine deiminase-induced increase of G 1-phase cells.Thus,arginine deiminase arrests cell cycle by a preferential shift of the cells into S 0-phase,or both S 0-and G 1-phase.
Induction of apoptotic cell death
As changes in cell cycle are often associated with cell death,11,12we examined the effect of arginine deiminase on apoptosis of the lymphatic leukemia cell lines (Jurkat and Tanoue)using the DNA-speci?c ?uorochrome DAPI staining and TUNEL assay.Arginine deiminase-treated cells appeared smaller,exhibiting cell shrinkage,nuclear and chromation condensation as compared to untreated control cells by DAPI staining.Analysis by TUNEL assay revealed nuclear DNA frag-mentation in more than 50%of the treated cells as compared to less than 5%in the untreated controls (not shown).Discussion
Arginine deiminase is known to inhibit the growth of various solid tumors in vivo .3–8,13Here,we have demonstrated for the ?rst time that arginine deiminase inhibits the proliferation of fresh or cultured lymphatic leukemia cells (Figure 2).A time course study showed that arginine deiminase inhibited cell growth as early as the 2nd day after treatment,and its inhibi-tory activity was increased by prolonged enzyme treatment,eventually leading to cell death.To characterize the cytostatic activity of arginine deiminase,a cell cycle analysis was perfor-med,which revealed that the treated cells were arrested in G 1-,and/or in an inactive S-phase (Table 1).The latter phenomenon was observed in both Jurkat and Tanoue cells where exposure to arginine deiminase obviously allowed pro-gression into S-phase,but prevented a signi?cant proportion of S-phase cells from completing replication,and thus caused them to become inactive within the S-phase.This indicates that transition into a quiescent state is not only restricted to the G 1-phase as classically assumed,12,13but is also possible in the S-phase.14The quiescent cells in the S-phase compart-ment may have developed due to a general breakdown of cellular energy metabolism,leading to a cessation of cell cycle progression.This goes with the observation that in sev-eral other human tumor cell lines,inactive S-phase cells also occur after a few days of incubation under hypoxic con-ditions,at low pH or in an glucose de?cient medium.15On exposure to 200ng/ml of arginine deiminase,we observed
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Table 1Effect of arginine deiminase on cell cycle distribution in leukemia cells
Cell line
No treatment (controls)Treatment with arginine deiminase
S (%)
G 1(%)
G 2(%)
S 0(%)
S (%)
G 1(%)
G 2(%)
S 0(%)
Jurkat 50.8529.8414.70 4.6129.07*38.3215.1317.48*Tanoue
52.47
16.35
16.70
14.47
5.56*
35.19*
22.54
36.71*
Cells of Jurkat or Tanoue were either not treated (controls)or treated with arginine deiminase (50ng/ml)for 3days and cell cycle analyses were then done as outlined under Materials and methods.Results are expressed as percentage of the total cell population in different compartments of the cell cycle and are the averages of triplicate determinations which varied by less than 5%of the means.S,active S-phase,BrdU-labeled;S 0,inactive S-phase,BrdU unlabeled.*Signi?cant difference from the control by using Chi-square test (P ?0.01).
cell shrinkage and nuclear condensation by DAPI staining,and DNA fragmentation by in situ end labeling of DNA breaks with terminal transferase (TUNEL),indicating that arginine deiminase eventually induces apoptosis.More apoptotic cells were observed by prolonging the exposure of Jurkat and Tanoue cells to arginine deiminase,whereas decreasing argi-nine deiminase concentrations below 200ng/ml resulted in lower numbers of apoptotic cells.Thus,the induction of apoptosis by arginine deiminase is dose-and time-dependent.It is usually assumed that apoptosis and G 1arrest are related.12We demonstrate here that arginine deminase induces apoptosis in Jurkat cells,where only S-phase arrest was observed (Table 1),indicating apoptotic mechanism by arginine deiminase in Jurkat cells is obviously independent of the G 1arrest,which points to a lack of correlation between two endpoints.
It is possible that one of the mechanisms by which arginine deiminase induces its inhibitory effects is related to its ability to deplete cells from arginine.In fact,human serum incubated with excess of arginine deiminase puri?ed from Mycoplasma arginini was completely depleted of arginine,as determined by amino acid analysis (data not shown).Our results are supported by the ?ndings of others demonstrating that arginine in the plasma of mice was completely cleared for at least 3days upon injection of Mycoplama arginini -derived arginine deiminase.8
Our results show that arginine deiminase inhibits the growth of cultured leukemia cells (Jurkat and Tanoue)at very low concentrations (5–10ng/ml)while it inhibited that of fresh lymphoblasts at concentrations between 20and 100ng/ml.These effective concentrations were about 10–200times lower than those of asparaginase (Figure 2),which is the only amino-acid-degrading enzyme currently used for clinical chemotherapy on leukemia.Fugure studies in leukemia-bearing studies may demonstrate that arginine deiminase is feasible for in vivo studies.Work of others has suggested that arginine deiminase has few,if any,side-effects in vivo .8There-fore,the present study raises the possibility of the future use of arginine deiminase as an anti-leukemic substance.
Acknowledgements
This study was supported by Deutsche Forschungsgemeinsch-aft and Wilhelm-Sander Stifung.The authors thank Dr Haruo Takaku for technical advice,and Mrs Tamara Muedt and Anke Spies for excellent technical assistance.
Leukemia
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植物生长素的作用机理
植物生长素的作用机理 陶喜斌 2014310218 种子科学与工程
摘要；经过多位科学家的研究，发现了与植物生长有关的重要激素——生长素。生长素在植物芽的生长，根的生长，果实的生长，种子休眠等方面有重要作用。那么，生长素是如何发挥这这些作用? 1;什么是生长素 生长素(auxin)是一类含有一个不饱和芳香族环和一个乙酸侧链的内源激素，英文简称IAA，国际通用，是吲哚乙酸(IAA；。4-氯-IAA、5-羟-IAA、萘乙酸(NAA)、吲哚丁酸等为类生长素。1872年波兰园艺学家谢连斯基对根尖控制根伸长区生长作了研究~后来达尔文父子对草的胚芽鞘向光性进行了研究。1928年温特证实了胚芽的尖端确实产生了某种物质，能够控制胚芽生长。1934年， 凯格等人从一些植物中分离出了这种物质并命名它为吲哚乙酸，因而习惯上常把吲哚乙酸作为生长素的同义词。 2;植物生长素的生理作用 生长素有多方面的生理效应，这与其浓度有关。低浓度时可以促进生长，高浓度时则会抑制生长，甚至使植物死亡，这种抑制作用与其能否诱导乙烯的形成有关。生长素的生理效应表现在两个层次上。 在细胞水平上，生长素可刺激形成层细胞分裂~刺激枝的细胞伸长、抑制根细胞生长~促进木质部、韧皮部细胞分化，促进插条发根、调节愈伤组织的形态建成。 在器官和整株水平上，生长素从幼苗到果实成熟都起作用。生长素控制幼苗中胚轴伸长的可逆性红光抑制~当吲哚乙酸转移至枝条下侧即产生枝条的向地性~当吲哚乙酸转移至枝条的背光侧即产生枝条的向光性~吲哚乙酸造成顶端 优势~延缓叶片衰老~施于叶片的生长素抑制脱落，而施于离层近轴端的生长素促进脱落~生长素促进开花，诱导单性果实的发育，延迟果实成熟。 生长素对生长的促进作用主要是促进细胞的生长，特别是细胞的伸长。植物感受光刺激的部位是在茎的尖端，但弯曲的部位是在尖端的下面一段，这是因为尖端的下面一段细胞正在生长伸长，是对生长素最敏感的时期，所以生长素对其生长的影响最大。趋于衰老的组织生长素是不起作用的。生长素能够促进果实的发育和扦插的枝条生根的原因是；生长素能够改变植物体内的营养物质分配，在生长素分布较丰富的部分，得到的营养物质就多，形成分配中心。生长素能够诱 导无籽番茄的形成就是因为用生长素处理没有受粉的番茄花蕾后，番茄花蕾的子房就成了营养物质的分配中心，叶片进行光合作用制造的养料就源源不断地运到子房中，子房就发育了。 生长素在植物体作用很多，具体有；1.顶端优势 2.细胞核分裂、细胞纵向伸长、细胞横向伸长3.叶片扩大4.插枝发根5.愈伤组织6.抑制块根7.气孔开放8.延长休眠9.抗寒 3;生长素的作用机理 3.1生长素作用机理的解释 激素作用的机理有各种解释，可以归纳为二； 一、是认为激素作用于核酸代谢，可能是在DNA转录水平上。它使某些基因活化，形成一些新的mRNA、新的蛋白质(主要是酶；，进而影响细胞内的新陈代谢，引起生长发育的变化。 二、则认为激素作用于细胞膜，即质膜首先受激素的影响，发生一系列膜结构与功能的变化，使许多依附在一定的细胞器或质膜上的酶或酶原发生相应
观察生长素及生长素类似物对植物生长发育的影响
观察生长素及生长素类似物对植物生长发育的影响 【学习目标】 1．初步学会设计一个观察生长素或生长素类似物对植物生长发育影响的实验方法。2．学会观察实验中产生的现象，分析观察到的现象，得出自己的结论。 【学习障碍】 1．理解障碍 如何进行研究性实验？ 2．解题障碍 该研究课题的具体实验方案。 【学习策略】 1．理解障碍的突破 研究性实验是以布鲁纳的发现学习为理论指导，由老师提出研究性课题(或我们自己感兴趣的课题)，由我们自己去探索、研究、寻求解决问题的方法、途径并获取新知识的一种新的实验形式。这种研究性实验，不仅有助于我们掌握科学实验的基本原理、基本方法，而且有助于发展我们对待学习和科学研究的探索态度，有助于我们掌握科学的研究方法。可更好地唤起我们学习的主动性与积极性，培养我们的创造性思维品质和创造力。 (1)研究性实验的选择原则 ①依据教学大纲和教学内容，突出能力培养。 ②主客观结合，课题有意义能实现。 ③选题具体，有趣味性。 (2)研究性实验的组织形式 (3)研究性实验的程序 ①由指导教师提出研究性实验课题和要求，或自己选题，明确要探索什么，明确研究的目的和知识范围。 ②学生在教师的组织指导下，查阅有关资料，设计出实验方案(详见学习一：实验设计的基本原则和基本内容)。 ③依据实验设计方案，亲自完成整个实验过程，准确记录实验现象，分析实验结果，得出自己的实验结论。 ④完成实验报告，进行相互学习与交流。 ⑤教师评定：肯定优点，指出不足，鼓励有独创性的实验设计，培养实事求是、严谨的科学态度和团结合作的思想品质。 2．解题障碍的突破 课题：生长素对种子萌发和幼苗生长的影响。 (1)实验原理：生长素对种子的萌发和幼苗的生长有促进作用。 (2)实验目的：①初步学会设计观察生长素对种子萌发和幼苗生长影响的方法。②观察分析实验中的现象，得出适当结论。 (3)材料用具：萝卜种子(或其他种子)、试管、移液管、培养皿、滤纸、生长素溶液。 (4)实验假设：一定浓度的生长素溶液对种子的萌发和幼苗的生长有促进作用。 (5)预期目标：经不同浓度的生长素溶液处理过的种子，1周后种子的萌发和幼苗的生长点有所区别。 (6)方法步骤： ①配制浓度分别为100 mg/L、10 mg/L、0.1 mg/L、1mg/L、0.01 mg/L的生长素溶液(编号1~5号)。 ②取6支试管，编号。在1~5号(序号与生长素溶液编号一致)试管中，分别加入5 mL 不同浓度的生长素溶液，6号试管中加入5 mL蒸馏水。 ③在6支试管中各放入20粒种子。 ④24 h后取出种子。取6个培养皿编号(1~6号)，每个培养皿内事先垫上滤纸，1~5号分别用不同浓度的生长素溶液浸湿(序号应与试管号对应)，6号培养皿内的滤纸用蒸馏水浸湿。将从1~6号试管中取出的种子，分别放入与之对应的1~6号培养皿中，均匀摆
关于高中生物植物生长素的认识
生长素类 一、生长素的发现和种类 生长素(auxin)是最早被发现的植物激素，它的发现史可追溯到1872年波兰园艺学家西斯勒克(Ciesielski)对根尖的伸长与向地弯曲的研究。他发现，置于水平方向的根因重力影响而弯曲生长，根对重力的感应部分在根尖，而弯曲主要发生在伸长区。他认为可能有一种从根尖向基部传导的剌激性物质使根的伸长区在上下两侧发生不均匀的生长。同时代的英国科学家达尔文(Darwin)父子利用金丝雀艹鬲鸟草胚芽鞘进行向光性实验，发现在单方向光照射下，胚芽鞘向光弯曲；如果切去胚芽鞘的尖端或在尖端套以锡箔小帽，单侧光照便不会使胚芽鞘向光弯曲；如果单侧光线只照射胚芽鞘尖端而不照射胚芽鞘下部，胚芽鞘还是会向光弯曲(图7-2A)。他们在1880年出版的《植物运动的本领》一书中指出：胚芽鞘产生向光弯曲是由于幼苗在单侧光照下产生某种影响，并将这种影响从上部传到下部，造成背光面和向光面生长速度不同。博伊森詹森(Boyse-Jensen,1913)在向光或背光的胚芽鞘一面插入不透物质的云母片，他们发现只有当云母片放入背光面时，向光性才受到阻碍。如在切下的胚芽鞘尖和胚芽鞘切口间放上一明胶薄片，其向光性仍能发生(图7-2B)。帕尔(Paál,1919)发现，将燕麦胚芽鞘尖切下，把它放在切口的一边，即使不照光，胚芽鞘也会向一边弯曲(图7-2C)。荷兰的温特(F.W.Went，1926)把燕麦胚芽鞘尖端切下，放在琼胶薄片上，约1 h后，移去芽鞘尖端，将琼胶切成小块，然后把这些琼胶小块放在去顶胚芽鞘一侧，置于暗中，胚芽鞘就会向放琼胶的对侧弯曲(图7-2D)。如果放纯琼胶块，则不弯曲，这证明促进生长的影响可从鞘尖传到琼胶，再传到去顶胚芽鞘，这种影响与某种促进生长的化学物质有关，温特将这种物质称为生长素。根据这个原理，他创立了植物激素的一种生物测定法——燕麦试法(avena test)，即用低浓度的生长素处理燕麦芽鞘的一侧，引起这一侧的生长速度加快，而向另一侧弯曲，其弯曲度与所用的生长素浓度在一定范围内成正比，以此定量测定生长素含量，推动了植物激素的研究。 图7-2导致生长素发现的向光性实验 1934年，荷兰的科戈(F.Kogl)等人从人尿、根霉、麦芽中分离和纯化了一种刺激生长的物质，经鉴定为吲哚乙酸(indole-3-acetic acid,IAA)，C10H9O2N，分子量为175.19。从此，IAA就成了生长素的代号。
有关生长素与植物向光性的定点分析
有关生长素与植物向光性的定点分析 高中生物“植物的激素调节”中有这样一段话：……植物之所以能够显示出向光性，是因为在单侧光的照射下，生长素在背光一侧比向光一侧分布多。这样，背光一侧的细胞纵向伸长生长得快，结果使得茎朝向生长慢的一侧弯曲，也就是朝向光源的一侧弯曲。”由于上述内容只是一些概念性的描述，所以学生在解答有关植物向性问题时全凭感觉去理解，没有统一的标准，解题时出错率就相当高。对此，笔者在教学实践中，根据自己的教学体会，摸索出一种简便易懂的解题方法——生长素与植物向性的定点分析。 一、生长素定点分析的理论基础 课文中提到：植物茎的向光生长是由于单侧光引起了生长素分布不均，单侧光使生长素在背光一侧比向光一侧分布多，从而使背光一侧的细胞纵向伸长比向光一侧的快，结果使茎向向光一侧弯曲生长，表现出向光性。在这里有3个问题要引起注意：（1）产生生长素的部位是尖端，单侧光只能使该部位生长素分布不均（可能是单侧光引起器官尖端不同部位产生电位差，向光一侧带负电荷，背光一侧带正电荷。由于弱酸性的吲哚乙酸阴离子向带正电荷的背光一侧移动，故背光一侧生长素分布的比较多）。（2）发生生长弯曲的部位在尖端下面的一段。（3）生长素分布较多的一侧细胞纵向伸长较快，生长素分布较少的一侧细胞纵向伸长较慢。在这3个问题中，单侧光引起生长素分布不均，暗示生长素在茎尖端有横向运输的能力；发生弯曲部位在尖端的下部，表明生长素有极性运输的能力（只能从植物形态学的上端向下端运输）；生长素分布较多的一侧细胞纵向伸长较快，反之较慢，表明生长素促进生长与其浓度有关。 二、定点分析的基本模式 根据有无光刺激和光刺激的方式不同，笔者总结了图1～图3的3个基本模式（平面图）。 图1 图2 图3 图中Ⅰ表示茎的尖端（感光部位），Ⅱ表示尖端下面的一段（生长弯曲的部位）。A、B表示尖端的两侧：C、D表示尖端下面一段的两侧。（A、B、C、D同时也可表示生长素量的多少） 模式说明：
试析生长素的运输与茎的向光性
试析生长素的运输与茎的向光性 南海实验学校高中部游云霞 关键词：生长素、横向、向光性。 摘要：本文综述了植物向光性与生长素运输方式的关系。横向运输和极性运输的作用机理和影响横向运输的因素，以及生长素如何引起细胞伸长。 正文： 植物的一生离不开激素，各种激素相互协调共同对植物的生命活动起着重要的调节作用，植物之所以表现出生长现象，那是因为生长素在促进其生长方面占主导地位。在教学中我们常要分析这样一些问题，即对燕麦胚芽鞘作各种处理，培养一段时间后，判断胚芽鞘生长情况（如图所示） 锡箔片琼脂（说明：⑵在胚芽鞘尖端下用锡箔片遮 光⑶切去胚芽鞘的尖端但在切口上放一含有一定浓度的生长素琼脂小块。⑷如⑶处理后放在暗盒里。以上都给予单侧光）结果：⑴⑵弯向光源生长，⑶⑷直立生长。? 那么横向运输为什么会引起生长素分布不均？下面就从生长素的运输方面来探讨一下这个问题。 一、横向运输 １. 作用机理:所谓横向运输就是指生长素由茎(光源)的一侧横向移动到另一侧(背光)的运输方式.由此造成的生长素分布不均实际上应与电荷分布有关.我们知道,生长素即吲哚乙酸(IAA)是带弱酸性的,在细胞中常以阴离子( IAA-)形式存在,而对植物来说,单方向的光照会引起器官尖端不同部位产生电势差,向光一侧带负电荷,背光一侧带正电荷,这样一来,生长素带弱酸性的阴离子则向带正电荷的背光一边移动,再向下运输,从而引起尖端下背光一侧生长素分布多,细胞纵向伸长快,向光一侧分布少,细胞纵向伸长慢,使植物弯向光源生长. 那么植物在怎样的条件下会发生横向运输? ２.影响横向运输的因素. ①单侧光:生长素发生横向运输引起向光性与单侧光密切相关. 为什么单侧光会引起横向运输?主要是由于植物的受光不均.假如将照射植物的单侧光改成直射光使之受光均匀或不照光,则植物不出现向光性生长.这是因为在这种情况下,电荷分布均匀,此时生长素只进行极性运输.而不表现横向运输,说明单侧光是引起生长素横向运输的原因之一。 ②尖端:横向运输不可缺少的部位. 文章开头提到的图中;实验证明(1)(2)(3)都具有生长素.且都有单侧光照射.但(1)(2)弯向光源生长而(3)却直立生长.是什么造成(3)与(1)(2)的不同呢？是尖端即(3)没有尖端部位，也就是说横向运输只发生在尖端部位．是否如此？通过下面一组实验就知道了，即将胚芽鞘作如图处理： (锡箔片) (1) (2) (3) (4)
生长素类似物对植物生长发育影响的实验设计
生长素类似物对植物生长发育影响的实验设计 生长素类似物是指人工合成的与生长素有类似生理效应的植物生长调节剂。由于生长素在植物体内易受吲哚乙酸氧化酶破坏，在体外又容易被强光分解。因此，生产上常用生长素类似物来代替生长素。生长素类似物的作用特性与生长素相同，也具有双重性，即：在一定浓度范围内有促进 ．．作用。 ．．作用，超过这一范围则表现为抑制 (一)实验设计前的准备 1、选择生长素类似物 常用的生长素类似物有：吲哚丙酸（IPA）、吲哚丁酸（IBA）、萘乙酸（NAA）、2，4—二氯苯氧乙酸（2，4—D）。下面介绍几种生长素类似物的生理作用及特点： （1）IBA 诱发的根多而长，作用强烈，作用时间长，但价格较贵。 （2）NAA 效果与IBA相似，诱发的根少而粗，价格便宜，使用安全。 （3）2，4—D 可促进插枝生根，形成无籽果实。化学性质稳定，使用安全。 2、确定设计课题 （1）不同浓度的生长素类似物对植物生根的作用 （2）同一浓度的生长素类似物对不同植物生根的作用 （3）同一浓度的生长素类似物对植物不同器官（芽、根、茎）生长的影响 （4）不同浓度的生长素类似物对植物开花结果的影响 …… 3、生长素类似物的配制 （1）水溶液：如果是粉剂的生长素类似物，先将其溶于酒精（因有机物不溶于水），再用蒸馏水稀释到一定的浓度。如果是溶液，只需用蒸馏水稀释就行了。 （2）粉剂：将药剂溶解在体积分数为95%的酒精中，然后缓慢倒入滑石粉中，均匀地搅拌，并适当加热，待酒精全部挥发，就得到了粉剂。 （3）羊毛脂软膏：参照（1）中的方法，将药剂配置成一定浓度的水溶液，再与熔化的羊毛脂混匀。 3、生长素类似物的使用方法 （1）喷洒：将水溶液均匀地喷洒到处理部位（如花、果实） （2）浸泡：将需处理的部位（如枝条基部）浸泡于水溶液中 （3）醮取：将需处理的部位（如枝条基部）醮上粉剂 （4）涂抹：将羊毛脂软膏均匀地涂在处理部位 4、选择实验材料 选取一年生的小灌木（如月季、腊梅等）的枝条，其形成层细胞分裂能力强、 发育快、易成活。将枝条下端削成斜面，扦插后可增加吸水和生根面积，促进成活。 选取刚发芽的玉米种子。 选取果类蔬菜（如番茄）。
生长素与植物的向光性讲义
气候和影响气候的因素 一、气候 （1）气候的含义： 气候是指某一地区长时间内的天气特征，包括天气的平均状况和极端状况。 （2）天气与气候： 区别：短时间与长时间； 联系：天气的平均状况和极端状况就是气候 如：长夏无冬、秋高气爽等。我国大部分地区秋天均为秋高气爽，但不代表没有下雨天。例：下列选项中属于气候范畴的是 ( ) A.小雨夹雪 B.晴空万里 C. 四季如春. D.台风 二、影响气候的因素： （1）纬度位置对气候的影响 我国各地的气候差异很大，是由于不同地区影响气候的因素不同而造成的，其中纬度是影响气候的基本因素，但主要是对气温造成影响 纬度位置不同的大地区，接受太阳辐射的量不同，在地球上所处的温度带位置也不同。 我国的纬度位置：主要在北温带，南部少部分地区在热带 例：我国最南的海南纬度低，气温高、长夏无冬；我国最北的漠河纬度高，夏季短，冬季长而寒冷。---------就是纬度位置对气候的影响 （2）海洋和陆地的性质对气温和降水的影响 ①比热：我们把1单位质量的某种物质，在升高1℃时所吸收的热量，叫做这种物质的比热容，简称为比热。 比热单位：焦/（千克.?℃）读作：焦每千克摄氏度符号：J/(kg·?℃) 水的比热:4.2×103焦／(千克·℃)，砂石的比热:0.92×103焦／(千克·℃)； 水的比热4.2×103焦／(千克·℃)表示:1千克的水温度升高1℃时，需要吸收的热量为4.2×103焦。 1千克的某种物质，温度降低1℃所放出的热量和温度升高所吸收的热量相同。 【注意】： ⑴水的比热最大。（由此说明水作冷却剂、保温剂的作用） ⑵不同物质的比热是不同的。所以比热是物质的一种特性。与物质的质量、升高的温度、吸放热的多少无关
图中A表示生长素浓度与植物不同器官的生长关系
图中A表示生长素浓度与植物不同器官的生长关系。将已长出幼根和幼芽的豌豆种子置于水平状态（图B中所示）。请回答下面的问题。 (1)B中生长素大部分分布在幼芽和幼根的近地侧是由于_______作用的结果。 (2)豌豆幼芽和幼根继续生长的方向分别是：幼芽_________；幼根__________。 (3)由A可知，10-7M的生长素对根有______生长的作用，对芽有_______生长的作用。 (4)由图示可知，同一浓度的生长素对不同器官的影响______；不同浓度的生长素对同一器官的影响__________。 （1）图B中的生长素大部分分布在靠地侧是由于_________作用的结果。（2）豌豆幼芽继续生长的方向是_______，而幼根则________。 （3）由图A可知，幼芽与幼根对生长素的反映的灵敏度不同。根对生长素反应的灵敏度_______。10-10mol?L-1的生长素_______根的生长；________mol?L-1的生长素________根的生长，却强烈地__________芽的生长。 （4）由分析可知，同浓度的生长素对不同器官的影响_________；不同浓度的生长素对同一器官的影响_________；生长素具有_________性，在一定________内能促进生长，当浓度___________时，可由促进生长转变为__________生长，甚至导致死亡。 3．（10分）赤霉素能促进豌豆茎节间的伸长，生长素也可以促进茎的伸长。某同学设计了如下的实验来验证：赤霉素与生长素具有协同作用。 实验步骤： ①取生长状况相同的豌豆幼苗，从豌豆幼苗的同一部位切取等长的茎段若干段，平均分两组。 ②将两组豌豆茎切段分别放入两个标号为A、B的培养皿中（培养液的成分见下图），在相同且适宜的条件下培养。 ③每隔12小时，测量茎切段长度一次，48小时后计算茎切段伸长的平均值。实验结果见下图曲线。
生长素和酶
植物生命活动调节、新陈代谢与酶 考点一：生长素的发现 例1：为了验证植物向光性与植物生长素的关系，有人设计了如下实验方案： （一）方法步骤：取6个小花盆，各栽入一株品种、粗细和大小都相同的玉米幼苗（要求幼苗的真叶未突破胚芽鞘）。按下图所示方法进行实验处理。接通台灯电源24 h后，打开纸盒，观察并记录6株玉米幼苗的生长情况。 （二）实验结果预测 在以上装置中，玉米幼苗保持直立生长的是；而玉米幼苗基本停止生长的是。 （三）部分实验结果的分析与推论 （1）根据号和号装置之间实验记录的对照分析，可以说明玉米幼苗产生向光性是由单侧光照射引起的。 （2）根据号和号装置之间实验记录的对照分析，可以说明玉米幼苗的向光性生长与玉米幼苗尖端的存在与否有关。 （3）根据号和号装置之间实验记录的对照分析，可以说明玉米幼苗感光部位在尖端。 （4）根据5号和6号装置之间实验记录的对照分析，只能说明 。 答案：（二）3、4、5，2 （三）（1）1，3；（2）1，2；（3）1，4；（4）玉米幼苗发生弯曲生长与生长素在玉米幼苗胚芽鞘两侧分布不均匀有关。 考点二：生长素的运输 1.水平运输（横向运输，且仅限于尖端部位） 由单向刺激引起，通过韧皮部进行，与植物形态学方向无明显关系的运输方式。如在单侧光下，生长素从胚芽鞘的向光侧移向背光侧。 2.纵向运输（极性运输） 生长素只能由植物形态学上端运输到下端。生长素的极性运输不受重力影响。 3.主动运输 生长素的运输在缺氧条件下会受到影响，同时，顶芽产生的生长素能逆浓度梯度向下运输并大量积累在侧芽部位，说明生长素的运输方式是主动运输。
考点三：生长素的生理作用 1. 促进生长 2. 促进果实发育 3. 促进扦插的枝条生根（☆要注意生长素对根生长的影响和对扦插的枝条生根的影响的区别） 考点四：影响生长素作用的因素 1.浓度 生长素对植物生长的作用具有两重性：低浓度促进生长，高浓度抑制生长。因此说明生长素的生理作用时必须注明“一定浓度”，思考问题时也要注意其两重性。 2.不同的器官和不同的植物 同一植物的不同器官对同一浓度生长素的反应不同，根最为敏感，芽次之，茎最弱。不同的植物（单、双子叶植物）对同一浓度的生长素敏感性也不同。 考点五：生长素的应用 根据以下三条来理解生长素对植物生命活动的影响及生产实践中的作用：①外界的单向刺激引起生长素分布不均；②生长素对植物的生长具有两重性；③不同的器官、不同植物对同一浓度的生长素敏感性不同 1.生长素与植物的向性运动 植物的向性运动与外界单向刺激引起生长素分布不均有关。常见几种向性运动产生的机理如图2所示： 图2 理解向性运动的原因，需要注意：（1）生长素的合成部位在尖端。（2）尖端感受单侧光的刺激部位，使生长素分布不均匀（向光侧少，背光侧多）。（3）生长和弯曲的部位在尖端下面的一段。因此，植物的生长、弯曲情况就依尖端下面一段的生长素分布来判断（对于茎，生长素多的一侧生长快，生长素少的一侧生长慢，结果生长并弯向慢的一侧；对于根，正好相反）。（4）根的向水性是由于向水侧细胞中所含自由水较多，代谢旺盛，生长素由背水侧更多的移到向水侧，而根对生长素敏感，较高浓度的生长素抑制其生长，故使向水侧生长慢，
植物生长素难点突破
植物生长素难点突破 植物生长素这部分内容是生物学中的一个难点，再加上这部分题目形式多变、结构新颖又和其他学科联系紧密，因此也是高考的一个热点。现就这部分题目类型归纳总结如下： 一、难点突破 1.胚芽鞘顶端分析 两个重要部位： ⑴尖端：尖端是指顶端1mm范围内。它既是感受单侧光的部位，也是产生生长素的部位。有光、无光都能产生生长素。生长素在此既能进行极性运输又能进行横向运输，其他部位主要进行极性运输。 ⑵尖端下部：尖端以下数毫米是胚芽的生长部位，即向光弯曲部位。 ①长不长：看此处有无生长素； ②弯不弯：看此处生长素分布是否均匀。 2．三点含义 （1）生长素在茎尖有横向运输的能力。如果没有生长素的横向运输，就没有向背光侧的运输。 （2）生长素有极性运输的能力。如果没有极性运输，发生弯曲的部位就不可能在茎尖下部，向光弯曲也无法解释。 （3）生长素作用机理以促进细胞的纵向伸长较快。 3．极性运输的原因 各细胞底部细胞膜上有携带生长素的载体蛋白，顶端细胞膜上没有这种蛋白质分子，生长素只能从细胞底部由载体蛋白带出再进入下面的细胞。故生长素只能从形态学的上端运输到形态学的下端，而不能从形态学的下端运输到形态学的上端。 4．形态学上下端 对茎来说：茎尖为形态学上端； 对根来说：根尖为形态学上端。
二、几种常见题型归类 1.云母片、玻片、琼脂片类 生长素不能透过云母片、玻片，一定程度上影响生长素的分布。但是能透过琼脂片运输。应注意区分此点。 例1．下列（均左侧照光）能向光弯曲生长的是（） 解析：A的右侧切去了一部分，生长素不能运输到下部，因此向右弯曲生长。B中的生长素不能透过载玻片运输，尖端下部得不到生长素，所以既不生长也不弯曲。C的尖端产生的生长素能通过琼脂片发生横向运输到背光处，因此向光弯曲。D中由于云母片的阻挡，右侧的生长素不能向下运输，所以向右弯曲。 答案：C 【变式练习1】 1．下图是表示关于生长素的研究实验，以下哪一项关于实验结果的叙述是正确的（） A．M长得比N长 B． N长得比M长 C． M弯向一侧而N不弯曲 D． N弯向一侧而M不弯曲 2．下图的4个实验中燕麦胚芽鞘能继续伸长生长的是（） A．①② B．①③ C．①④ D．②③3．下图是用不透水的云母片以不同方式分别插入三株燕麦幼苗的胚芽鞘尖端部分,并分别从不同方向给以光照的示意图,培养一段时间后,胚芽鞘的生长情况将是（）
生长素的作用机理
生长素的作用机理 生长素是发现最早的一类植物激素也是植物五大类激素中的一种．它参与着植物体内很多的生理作用如细胞的伸长生长、形成层的细胞分裂、维管组织的分化、叶片和花的脱落、顶端优势、向性、生根和同化物的运输等。所以研究生长素的作用机理对认识植物生长发育的许多生理过程有着不可估量的意义。 目前对激素作用的机理有各种解释，可以归纳为二：一是认为激素作用于核酸代谢，可能是在DNA转录水平上。它使某些基因活化，形成一些新的mRNA、新的蛋白质（主要是酶），进而影响细胞内的新陈代谢，引起生长发育的变化。另一则认为激素作用于细胞膜，即质膜首先受激素的影响，发生一系列膜结构与功能的变化，使许多依附在一定的细胞器或质膜上的酶或酶原发生相应的变化，或者失活或者活化。酶系统的变化使新陈代谢和整个细胞的生长发育也随之发生变化。此外，还有人认为激素对核和质膜都有影响；或认为激素的效应先从质膜再经过细胞质，最后传到核中。 虽然对激素作用机理有不同的解释，但是，无论哪一种解释都认为，激素必须首先与细胞内某种物质特异地结合，才能产生有效的调节作用。这种物质就是激素的受体。生长素作用于细胞时，首先与受体结合。经过一系列过程，引起细胞壁介质酸化和影响蛋白质合成，最终导致细胞的变化。 1.生长素受体结合蛋白（ABP1） ABP包括位于内质网膜上的ABP-I、可能位于液泡膜上的ABP-∏、位于质膜上ABP -III 以及生长素运输抑制剂 N1-naphthylp- hthalamic acid(NPA)和2，3，5一三碘苯甲酸(TIBA)的结合蛋白4类。 内质网上的ABP1合成后运输到细胞质膜上发挥生长素受体作用。生长素与细胞质膜上的ABP1结合后，钝化的坞蛋白转变为活性状态，并进一步激活质子泵将膜内H+泵到膜外，引起质膜的超极化，胞壁松弛，于是引起细胞的生长反应。内质网上的ABP1可能只是起贮藏库的作用。由于发育或其他信号引起的质膜上ABP1量的改变是通过内质网上的ABP1输出增加或减少调节的。由此可见，ABP1的分布和数量可以调节IAA功能的行使。 研究还发现，各种植物的ABP基因结构相似，编码的前体蛋白都具有主要的功能性结构序列。在氨基末端有一疏水信号序列，利于ABP在内质网膜间的穿透和转移，起信号转导作用；在羧基末端的KDEL四肽结构则使得ABP定位于内质网中的特定区域。研究认为，ABP1是一个同型二聚体糖蛋白，其亚基由163个氨基酸残基组成。如玉米的ABP1由3个组氨酸残基和1个谷氨酸残基组成1个结合部位，内含1个金属阳离子，这个部位极其疏水。在第2和第5位的半胱氨酸残基间还有1个二硫键，当生长素结合到这个部位时，羧酸酯与金属离子结合，而芳香环则与第151位的色氨酸残基等疏水性氨基酸残基结合。对ABP1羧基末端高度保守的氨基酸残基作定点突变时，发现第177位的半胱氨酸残基、第175位的天冬氨酸残基和第176位的谷氨酸残基是ABP1折叠和在质膜上起作用的重要残基，ABP1构象变化引发质膜信号传递。 2.信号转导 生长素信号传导分为两条主要途径：(1)质膜上的生长素结合蛋白(ASP)可能起接收细胞外生长素信号的作用，并将细胞外信号向细胞内传导．从而诱导细胞伸长。2)细胞中存在的细胞液／细胞核可溶性结合蛋白(SABP)与生长素结合，在转录和翻译水平上影响基因表达。生长素要引发细胞内的生化反应和特定基因表
高中生物必修3植物的激素调节知识点总结
植物的激素调节 第一节植物生长素的发现 生长素的发现过程——达尔文实验 第一步结论：植物具有向光性。 第二步结论：向光性可能与尖端有关。 第三步结论：感受光刺激的部位在尖端，弯曲部在尖端下面。 结论：单侧光照射的胚芽鞘的尖端产生某种影响，当这种影响传递到下部的伸长区时，会造成背光面比向光面生长快，因此出现向光性弯曲。 生长素的发现过程——其他实验 詹森实验（1910）：胚芽鞘尖端产生的影响可以透过琼脂片传递给尖端下部。 【注意】缺少对照试验：设置尖端与下部用云母片阻断（化学物质不能通过）。 拜尔实验（1914）：尖端产生的影响在其下部分布不均匀，造成胚芽鞘弯曲生长。 【注意】黑暗条件下完成，排除光照不均匀对实验结果的干扰。 温特实验（1928）：胚芽鞘的弯曲生长由化学物质引起，称为生长素。 郭葛实验（1946）：从高等植物中分理出生长素，确认它就是吲哚乙酸（IAA）。 植物激素： 概念：由植物体内产生，能从产生部位运送到作用部位，对植物的生长发育产生显著影响的微量有机物。 种类：生长素、赤霉素、细胞分裂素、脱落酸、乙烯 主要特征： 1.内生性：植物在生活过程中细胞内部产生的代谢产物。 2.能够移动：自产生部位移动到作用部位。 【移动的方式和速度影响因素】1.植物激素种类2.植物种类3.器官特征 3.低浓度高效性：在植物体内含量极少，调节作用显著。 植物生长素： 化学成分：吲哚乙酸、苯乙酸、吲哚丁酸。 产生部位：1.幼嫩的芽、叶2.发育中的种子 产生原料：色氨酸 分布：在各器官中都有分布，相对集中地分布在生长旺盛的部位（胚芽鞘、芽、根顶端的分生组织、形成层、发育中的果实和种子）在成熟或趋于衰老或休眠的器官中分布很少。 形态学位置： 形态学上端：正常生长状况下向上的一端。 形态学下端：正常生长状况下向上的一端。 【地上部分】1.以茎与根相连处为基点，距基点远处为形态学上端，距基点远处为形态学下端2.以树冠中轴为基点，同一枝条距中轴远处为形态学上端吗，近处为形态学下端。 【地下部分】1.以茎与根相连处为基点，距基点远处为形态学上端，距基点远处为形态学下端2.以树冠中轴为基点，同一枝条距中轴远处为形态学上端吗，近处为形态学下端。 运输方式： 1.横向运输： （1）胚芽鞘的尖端感受外界单侧光的刺激，将生长素由向光侧运输到背光侧：背光侧生长素分布的多。 （2）在重力的作用下：远地侧运输到近地侧：近地侧生长素浓度高。 2.极性运输： 在胚芽鞘、芽、幼叶等幼嫩组织中，生长素只能从形态学上端向形态学下端单方向运输。 方式：主动运输（逆浓度梯度、需要载体协助、消耗ATP） 实验证据： 1.顶端优势的产生是由于顶芽产生的生长素积累在侧芽。使侧芽生长素浓度过高，尽管如此，顶芽产生的生长素仍然会不断地运输到侧芽——生长素是逆浓度运输的。 2.缺氧时，生长素的运输受到影响——生长素的运输需要A TP。
探究生长素类似物最适宜浓度
课题：探究生长素类似物促进植物生长的最适浓度 一．实验目的： 1．了解植物生长调节剂的作用 2．进一步培养进行实验设计的能力 二．实验原理： 不同的生长素类似物对植物生长有的影响。同种生长素类似物的浓度不同，对植物生长的影响也。同一植株的不同器官对不同浓度的生长素类似物 的。 植物插条经植物生长调节剂处理后，对植物插条的生根情况有很大的影响，而且用不同、不同处理其影响程度亦。其影响存在一个，在此浓度下植物插条的生根数量最，生长最快。 三．方法步骤： 1．选择生长素类似物：或α-萘乙酸（NAA）等。 2．配制生长素类似物母液：以萘乙酸为例。萘乙酸难溶于冷水而易溶于等，应先用少量乙醇溶解后再加水稀释到需要的浓度；也可直接用沸水溶解。 3．设置生长素类似物的浓度梯度：配制萘乙酸浓度为100 mg/L、、500 mg/L、700 mg/的溶液，分别放入小磨口瓶，及时贴上相应标签。NAA有毒，配制时最好戴手套和口罩。 4．选择插条：选取生长良好的半木质化枝条作插条。（过嫩或过老的枝条的细胞生活力不够旺盛，扦插后较差，而1年或2年生枝条形成层细胞分裂能力强、发育快、易成活）。 实验表明，插条部位以种条中部剪取的插穗为最好，基部较差，梢部插穗仍可利用。实验室用插穗长 cm，直径1～1．5 cm为宜。 5．处理插条：枝条的形态学上端为平面，下端要削成，这样在扦插后可增加吸收水分的面积，促进成活。每一枝条至少应有一芽一叶，所选枝条的芽数尽量一样多。 处理方法： （1）浸泡法：把插条的基部浸泡在配制好的溶液中，深约3cm，处理几小时至一天。（要求的溶液浓度较低，并且最好是在遮阴和空气湿度较高的地方进行处理） （2）沾蘸法：把插条基部在浓度较高的药液中蘸一下（约5s），深约1．5cm即可。6．探究活动：提出问题→作出假设→设计实验→（包括选择实验材料、选择实验器具、确定实验步骤、设计实验记录表格）→实施实验→分析与结论→表达与交流。 备注： （1）可先设计一组梯度比较大的预实验进行摸索，再在预实验的基础上设计细致的实验。（2）实验材料：可以用当地常见植物（如杨、加拿大杨、月季、山茶花等）的枝条。（3）实验用具：烧杯、花盆（或木箱、塑料筐（下方带流水孔））、细沙、一次性手套、天平、量筒、容量瓶、滴管、试剂瓶、玻璃棒等。 四．实例： 1．提出问题 不同浓度的生长素类似物，如2，4-D或NAA，促进插条生根的是多少呢？2．作出假设 适宜浓度的2，4-D或NAA可以使杨或月季插条基部的薄壁细胞恢复分裂能力，产生愈伤组织，长出大量不定根。促进插条生根的萘乙酸最适浓度是。
植物生长发育的五大激素
节植物生长发育的五大激素 一、教学目标：理解五大类激素的生理作用，存在和产生部位；初步掌握五大激素在农业上的应用。 二、教学过程： （一）、植物激素 植物激素是指一些在植物体内合成的，从产生部位运输到作用部位，并且对植物体的生命活动产生显著的调节作用的微量有机物。植物激素共有五类：生长素类、赤霉素类、细胞分裂素类、脱落酸和乙烯。 1．生长素类 （1）生长素的产生。分布和运输生长素在植物体内的合成部位主要是叶原基、嫩叶和发育中的种子。生长素的分布大多集中在生长旺盛的部位。生长素具有极性运输的特性，只能从植物体的形态学上端向下端运输，而不能倒转。 （2）生长素的生理作用生长素是吲哚乙酸，它具有促进植物生长的作用。生长素能引起细胞壁松弛软化，促进RNA和蛋白质的合成。生长素对植物生长的作用具有两重性。一般地，低浓度的生长素可以促进植物生长，而高浓度的生长素则抑制植物生长。植物的不同器官对不同浓度生长素的敏感程度不同，根最敏感，茎最不敏感，芽居中。 （3）生长素在农业生产上的应用人工合成的生长素类似物有萘乙酸、2，4–D等。它们在生产上的应用主要有：（1）促进扦插的枝条生根；（2）促进果实发育；（3）防止落花落果。 2．赤霉素类 赤霉素是在水稻恶苗病的研究中发现的，引起该病的病菌叫赤霉菌，它能分泌促进稻苗徒长的物质，取名叫赤霉素。植物体合成赤霉素的部位一般在幼芽、幼根、未成熟的种子等幼嫩的组织和器官里。赤霉素的生理作用是促进细胞伸长，从而引起茎秆伸长和植物增高。此外，它还有促进麦芽糖化，促进营养生长，防止器官脱落和解除种子、块茎休眠促进萌发等作用。 3．细胞分裂素类 细胞分裂素在根尖合成，在进行细胞分裂的器官中含量较高，细胞分裂素的主要作用是促进细胞分裂和扩大，此外还有诱导芽的分化，延缓叶片衰老的作用。 4．脱落酸 脱落酸在根冠和萎蔫的叶片中合成较多，在将要脱落和进入休眠期的器官和组织中含量较多。脱落酸是植物生长抑制剂，它能够抑制细胞的分裂和种子的萌发，还有促进叶和果实的衰老和脱落，促进休眠和提高抗逆能力等作用。 5．乙烯 乙烯是一种气体激素，它广泛存在于植物各种组织和器官中，在正在成熟的果实中含量更多，乙烯的主要作用是促进果实成熟，此外，还有促进老叶等器官脱落的作用。
植物生长素除草剂作用机理和模式的现状
生长素除草剂作用机制的研究现状和作用方式 克劳斯·格罗斯曼 摘要：人工合成的化合物如植物激素“超级植物生长素”是最成功的除草剂，已在农业中使用超过六十年。这些所谓的植物生长素除草剂在植物学上比天然植物生长素吲哚乙酸（IAA）稳定，并表现出系统机动性和选择性作用，有倾向性的防治禾谷类作物中的双子叶杂草。它们属于不同的化学类别，其中包括：苯氧基羧酸类、苯甲酸类、嘧啶羧酸类、芳香羧甲基衍生物和喹啉羧酸类。最近植物生长素感受器的识别和作用于植物生长素、乙烯和脱落酸生物合成的上流调节信号传输的新激素的发现解释了植物生长素—除草剂调节反应的大部分机理，其中植物生长素—除草剂调节反应包括敏感性双子叶植物的生长抑制、衰老和组织腐烂。也能防止杂草的喹啉羧酸类二氯喹啉酸引起了不常见现象。目前，我们从二氯喹啉酸刺激乙烯生物合成中最终推断出组织氰化物的累积水平，组织氰化物在诱发敏感性杂草的除草剂症状起到关键作用。 关键词：脱落酸；植物生长素除草剂；植物生长素信号传输；氰化物；乙烯 1 前言 在高等植物中，新陈代谢、生长、形态建成以及对生物和非生物因素的反应的协调受称作植物激素的信号传输分子的调节，而植物激素是通过作用于称作受体的特殊受体蛋白产生影响的。植物生长素是植物激素中一个重要类别，包括高等植物中的最重要天然植物生长素吲哚乙酸（IAA）以及和吲哚乙酸一样能引起相同反应的内生性分子[1-2]。由于IAA几乎影响植物生长发育的各个方面，因此IAA被认为是与其他植物激素相互作用的复杂网络中的“主激素”[3]。植物生长激素一般调节细胞分裂和伸长以及发育过程，包括维管组织和花分生组织分化、叶起始、叶序、衰老、顶端优势和根形成。植物生长激素也是热带反应的基本要素。 早在20世纪40年代，大学和工业的实验室都能合成一系列IAA的衍生物，包括1-萘醋酸（1-NAA）和苯氧基羧酸类2-甲基-4-氯苯氧乙酸（MCPA）和2，4-二氯苯酚乙酸（2，4-D），这些都是那时从大多数植物生长素活性分子中测定出来的[4-7]。这些衍生物和IAA一样能引起相同类型的植物反应，但是有长效性和较高的作用强度，具体地说，这是由于它们在植物中的高稳定性。天然植物激素如IAA在植物中可通过结合和降解多重路径使其快速失活。当在细胞作用位点有较低浓度时，它们刺激生长发育过程。当浓度提高和植物生长素在组织中活跃，植物生长就会受到干扰以及植物受到致命损伤。因此，植物生长素系统通过这些合成的类似物进行的化学调控对探索植物生长素功能的基础研究[8]以及应用方面有相当重要的作用。合成激素不仅作为生长调节剂来提高园艺和农业上的产量以及作为组织培养和植物微细增殖的媒介组分[10]，也作为除草剂来控制杂草[5-7]。随着二战后世界市场的推广，这些所谓的生长调节剂或者植物生长素除草剂2，4-D和MCPA开启了现代农业中杂草控制的新纪元。它们发挥选择作用，有倾向性的防治禾谷类作物中的双子叶杂草，而且在植物中能被系统的传输。多年以来，不同化学种类的拥有不同杂草防治范围和选择性类型的植物生长素除草剂已被合成并进行商业推广。目前，这些种类包括苯氧基羧酸类、苯甲酸、嘧啶羧酸类、芳香羧甲基衍生物、喹啉羧酸类（图1）。非植物性毒素分子的新陈代谢和靶标对化合物的敏感性在单子叶植物和双子叶植物间以及双子叶中的植物生长素除草剂的选择性差异中起主要作用[4-6]。作为植物生长素活动的
探究生长素类似物最适宜浓度
探究生长素类似物最适宜浓度 课题：探究生长素类似物促进植物生长的最适浓度 一．实验目的： 1．了解植物生长调节剂的作用 2．进一步培养进行实验设计的能力 二．实验原理： 不同的生长素类似物对植物生长有的影响。同种生长素类似物的浓度不同，对植物 生长的影响也。同一植株的不同器官对不同浓度的生长素类似物的。 植物插条经植物生长调节剂处理后，对植物插条的生根情况有很大的影响，而且用不同、不同处理其影响程度亦。其影响存在一个，在此浓度下植物插条的生根数量最，生长最快。 三．方法步骤： 1．选择生长素类似物：或α-萘乙酸（NAA）等。 2．配制生长素类似物母液：以萘乙酸为例。萘乙酸难溶于冷水而易溶于等，应先用 少量乙醇溶解后再加水稀释到需要的浓度；也可直接用沸水溶解。 3．设置生长素类似物的浓度梯度：配制萘乙酸浓度为100 mg/L、、500 mg/L、700 mg/的溶液，分别放入小磨口瓶，及时贴上相应标签。NAA有毒，配制时最好戴手套和口罩。 4．选择插条：选取生长良好的半木质化枝条作插条。（过嫩或过老的枝条的细胞生 活力不够旺盛，扦插后较差，而1年或2年生枝条形成层细胞分裂能力强、发育快、易 成活）。 实验表明，插条部位以种条中部剪取的插穗为最好，基部较差，梢部插穗仍可利用。 实验室用插穗长 cm，直径1～1．5 cm为宜。 5．处理插条：枝条的形态学上端为平面，下端要削成，这样在扦插后可增加吸收水 分的面积，促进成活。每一枝条至少应有一芽一叶，所选枝条的芽数尽量一样多。处理 方法： （1）浸泡法：把插条的基部浸泡在配制好的溶液中，深约3cm，处理几小时至一天。（要求的溶液浓度较低，并且最好是在遮阴和空气湿度较高的地方进行处理） （2）沾蘸法：把插条基部在浓度较高的药液中蘸一下（约5s），深约1．5cm即可。
生长素的作用机理
植物生长素的作用机理 烟草杨艳生 2010313331 植物生长素是一类含有一个不饱和芳香族环和一个乙酸侧链的内源激素，英文简称IAA，国际通用，是吲哚乙酸（IAA）。4-氯-IAA、5-羟-IAA、萘乙酸(NAA)、吲哚丁酸等为类生长素。 1872年波兰园艺学家谢连斯基对根尖控制根伸长区生长作了研究；后来达尔文父子对草的胚芽鞘向光性进行了研究。1928年温特证实了胚芽的尖端确实产生了某种物质，能够控制胚芽生长。1934年，凯格等人从一些植物中分离出了这种物质并命名它为吲哚乙酸，因而习惯上常把吲哚乙酸作为生长素的同义词。主要作用是使植物细胞壁松弛，从而使细胞增长，在许多植物中还能增加RNA和蛋白质的合成。能调节植物生长，尤其能刺激茎内细胞纵向生长并抑制根内细胞纵向生长的一类激素。它可影响茎的向光性和背地性生长。在细胞分裂和分化、果实发育、插条时根的形成和落叶过程中也发挥了作用。最重要的天然存在的植物生长素为β－吲哚乙酸。 生长素最明显的作用是促进生长,但对茎、芽、根生长的促进作用因浓度而异。三者的最适浓度是茎＞芽＞根,大约分别为每升10-5摩尔、10-8摩尔、10-10摩尔。植物体内吲哚乙酸的运转方向表现明显的极性，主要是由上而下。植物生长中抑制腋芽生长的顶端优势，与吲哚乙酸的极性运输及分布有密切关系。生长素还有促进愈伤组织形成和诱导生根的作用。 生长素的作用是多部位的，主要参与细胞壁的形成和核酸代谢。用放射性氨基酸饲喂离体组织的实验，证明生长素促进生长的同时也促进蛋白质的生物合成。生长素促进RNA的生物合成尤为显著，因此增加了RNA/DNA及RNA/蛋白质的比率。在各种 RNA中合成受促进最多的是rRNA。在对细胞壁的作用上,生长素活化氢离子泵,降低质膜外的pH值,还大大提高细胞壁的弹性和可塑性,从而使 细胞壁变松，并提高吸水力。鉴于生长素影响原生质流动的时间阈值是2分钟, 引起胚芽鞘伸长的是15分钟，时间极短，故认为其作用不会是通过影响基因调控，可能是通过影响蛋白质(特别是细胞壁或质膜中的蛋白质)合成中的翻译过程而发生的。 因为生长素在体内很容易经代谢而被破坏，所以外施时效果短暂。其类似物生理效果相近而且不易被破坏，故被广泛应用于农业生产。生长素在扩展的幼嫩叶片和顶端分生组织中合成，通过韧皮部的长距离运输，自上而下地向基部积累。根部也能生产生长素，自下而上运输。植物体内的生长素是由色氨酸通过一系列中间产物而形成的。其主要途径是通过吲哚乙醛。吲哚乙醛可以由色氨酸先氧化脱氨成为吲哚丙酮酸后脱羧而成，也可以由色氨酸先脱羧成为色胺后氧化脱氨而形成。然后吲哚乙醛再氧化成吲哚乙酸。另一条可能的合成途径是色氨酸通过吲哚乙腈转变为吲哚乙酸，发现于十字花科植物。