植物的向光性研究

第一篇：植物的向光性研究

植物向光性的研究

摘要 植物的向光性反应的机理至今仍未完全揭示和证实。植物生长发生定向弯曲的现象称为向光性(phototropism)。植物感受光的位置主要有茎尖、根尖、胚芽鞘尖端、叶片或生长中的茎。本文主要介绍与植物向光性有关的化学物质有各种光受体，生长素，钙离子等；向光性的机理还在争议之中。了解植物向光性原理对调节植物生长发育中具有重要作用。

关键词 光受体；钙离子；向光性机理

1． 光受体

光受体主要包括：

1)光敏色素(phytochrome, phy), 主要感受红光(620-700nm)和远红光(700-800nm)。

2)蓝光受体, 主要是隐花色素(cryptochrome, cry)感受蓝光和近紫外光区域的光UV-A(320-380 nm);向光素(phototropin, phot), 感受蓝光(380-500nm)。

3)吸收蓝绿光的ZTLS(Zeit lupes)家族,主要感受蓝绿光(450-520 nm)。4)未鉴定的UV-B 受体, 感受紫外光B区域的光(波长280-320 nm)

1.1光敏色素

光敏色素的生理作用从种子萌发到开花、结果影响到衰老。1959 年Butler等 用双波长分光光度计观测到对黄化玉米(Zeamays)幼芽或其蛋白提取液照射红光后, 在RL区的吸收减少, 远红光区的吸收增加;而照射远红光后RL区的吸收增加,在FR区的吸收减少。这种吸收差异的光谱变化,可以反复发生多次。次年4月Harry Borthwick和物理化学家Sterling Browm Hendricks 把这种吸收红光、远红光可逆转换的色素命名为光敏色素。

光敏色素是植物体内含量甚微的、易溶于水的、浅蓝色的色素蛋白质,是由2 个

亚基组成的二聚体, 相对分子质量为250 kD。光敏色素对生长素蛋白的磷酸化可能是光敏色素和IAA 调控植物发育的分子机制。

1.2蓝光受体

植物具备一套复杂的由两种蓝光受体和多种信号转导下游组分组成的蓝光感应系统，通过感受光照强度、光的方向和光周期，调节自身对蓝光的应答。

1.2.1隐花色素

隐花色素（拟南芥中包括CRY1和CRY2）是一种类光解酶的蓝光受体，存在于细菌、植物、动物和人体内。现己知隐花色素在植物种子萌发中的去黄化作用、光周期诱导开花和调节昼夜节律中均起作用。即隐花色素的激活可以与COPI（光形态建成型蛋白nconstitutive photomorphogenic protein）相互作用, 以调节其自身与HY5(是第一个得到鉴定的HY5 的作用靶位)类似的正向调控能力。HY5积累之后可以促进光形态建成。隐花色素的活性是受磷酸化影响的。

1.2.2向光素

向光素分子量120kD，能够结合黄素单核苷酸（FMN）进行自动磷酸化作用，它介导植物向光性运动、叶绿体移动与气孔开放等反应，在蓝光信号传导反应中它启动生长素载体的运动和诱导Ca2+ 的流动，从而调节植物细胞相关的反应。

1.2.3 UV-B受体

UV-B 受体主要吸收280-320 nm 光, 此受体吸收紫外光有利于保护植物其他代谢反应, 还可以合成花青苷和黄酮类物质, 保护细胞不受伤害.UV-B 或其他波长辐射都能提高植物细胞的响应。当光子被一些受体接收后则产生一种信号, 通过细胞信号途径转导直至细胞的响应部位作出反应。虽然红光或蓝光受体能吸收UV-B这一波长的光量子, 但一些研究指出, UV-B辐射的原初受体既不是光敏色素或隐花色素或受损(DNA受损、ROS产生)。Mackrness 等认为它们虽然不是UV-B 的光受体, 但DNA 受损、ROS的产生或膜损伤都能引起植物响应。

1.2.4 ZTLs(Zeit lupes)家族

该家族吸收蓝绿光, 该类基因在拟南芥、铁线蕨和粗糙脉胞菌中发现, 但含量较低ZTLS 家族可能是引起生物钟降解反应中的成分。每个基因的突变或是错误表达都能影响昼夜节律, 表明ZTLs家族可能是新型蓝光受体。该类受体有待进一步验证和研究。

2.钙离子在向光性应信号转导中的作用

Ca2+ 作为细胞内、外信号的重要的第二信使, 在向性运动的信号转导中起了重要的调节作用。用表达钙结合荧光蛋白的转基因拟南芥和烟草观察到, 蓝光可诱导胞质钙瞬时快速升高, 蓝光诱导野生型拟南芥幼苗的胞质钙离子浓度瞬时升高, 而缺失向光素突变phototropin 1 的胞质钙离子浓度无明显变化, phototropin 1 有可能通过胞质钙离子浓度的变化引起进一步的生理反应.由此看来, Ca2+ 通道介导的胞质Ca2+浓度的波动可能是向光性信号转导的途径之一。

3.向光性运动机理

目前,植物向光性运动机理有两种假说:生长素分布不均匀假说和抑制物质分布不均匀假说。

3.1生长素分布不均匀假说

Cholodny(1927)&Went(1928)以燕麦胚芽鞘为材料研究发现在单侧蓝光作用下,背光侧胚芽鞘顶端扩散到琼脂中的生长刺激物质活性高于向光侧,并认为该物质是生长素,据此提出向光性运动是由于在单侧光作用下生长素分布不均匀引起的Thimann 等(1937)称之为Cholodny2Went 学说,并应用该学说解释植物向光性运动现象,沿用至今,成为解释向光性运动的经典理论。Iino(1991)以玉米为材料,对玉米胚芽鞘向光侧和背光侧内源生长素含量的测定表明,单侧蓝光引起生长素分布不均匀,从而引起胚芽鞘向光弯曲,此结果支持了Cholodny2Went 学说。

3.2抑制物质分布不均匀假(Bruinsum2HasagawaTheory)

Hasagawa 等(1980～1986)以萝卜等为材料,对向光性运动机理进行了详细的研究时发现单侧光引起向光侧积累生长抑制物质,从而提出Bruinsum2Hasagawa

学说(1990),认为植物向光性运动是由于单侧光引起生长抑制物质分布不均匀所致。一些研究表明,在不同植物中引起向光性运动的抑制物质有所不同。目前，两种说法还在互相争议之中，传统的经典理论面临严峻考验，然而科学也正是在不断的质疑中发展了。

展望

植物的生长发育被许多环境因子所刺激, 其中包括光，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也可能通过影响光敏素、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, 调节植物生长发育的各个方面，如引起植物的向光运动。研究植物的向光运动的相关化学物质及其机理可以帮助人们更好的了解植物的生长过程及影响因素。向性反应是植物生长发育中的重要生理过程。近十几年来，模式植物拟南芥的蛋白互作分析和基因组的研究极大推动了向光信号转导领域的发展，今后这些技术仍将是这一领域研究中的有力工具。相信随着研究的深入，将有越来越多的向光反应受体功能及调控相关基因会被鉴定出来，从而全面了解植物的生长发育机制，在世界的粮食局势、自然环境变动的严峻挑战中，用光给未来以富足之光，希望之光。

参考文献：

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10．朱庆生，雷鹏飞植物生长中向光性的模拟[J]中国科技论文在线 SCIENCEPAPER ONLINE 2008 年2月 第3卷 第2期151-156

第二篇：植物向光性原因的探究教案

第四章生命活动的调节 植物向光性原因的探究

一、教学思路

（一）教材介绍

《植物的激素调节》是高中生物必修第一册第四章第一节的内容。生命活动的调节是继生命活动的物质基础、结构基础和新陈代谢之后的教学内容。生物体作为一个独立的个体，各种新陈代谢活动及生殖发育能够严格有序地进行，需要各系统、器官及基本单位的协调统一；生物体作为某一环境中的成员，能够生存下来，需要自身对外界环境的变化做出相适应的反应。那么生物体内的协调统一，生物与环境的协调统一，内在因素就是生物体本身具有调节能力。可见，生命活动的调节对生物体的生存与发展是至关重要，由此也决定了本章在全书中的重要地位。第一章的细胞分裂、第五章的植物个体发育、第八章的生物因素对生物的影响和生物对环境适应等内容都渗透了本节植物激素调节的内容。

（二）教学目标

知识目标：使学生了解植物的向性运动；使学生了解生长素的发现过程及向光性的原因。能力目标：让学生观察自己设计的植物向性运动的实验现象，通过引导、启发学生提出问题，做出假设，设计植物生长素发现的系列实验并预期、观察、分析实验结果，从而得出结论，使学生初步掌握科学研究的方法和过程，发展学生的科学思维，培养学生自主探索问题的方法和实践能力。

德育目标：通过学生的研究性学习，培养学生执着探索的精神、科学的认知理念和新颖的独特的创新思维品质，提高学生的科学素质。

（三）教学总体安排

两课时，第一课时讲述实验设计，学生分组做关于植物向性运动的有关实验。通过观察实验现象，让学生在教师的引导下主动地完成第二课时植物向光性原因的研究。

二、教学设计 教学目标

1、知识目标：使学生了解生长素的发现过程及植物向光性的原因。

2、能力目标：使学生初步掌握科学实验的设计程序、研究方法和过程。

3、德育目标：培养学生科学研究的执著精神和严谨态度，同时发挥并培养学生在思维新颖性和独特性等方面的创新思维品质。

（二）教学重点和难点 教学重点：

生长素的发现：使学生初步掌握科学研究的方法和过程。教学难点：生长素发现的实验设计 课前准备

用三周的时间来准备：第一周学生做实验设计的报告；第二、三周学生开始做实验，并纪录分析实验结果。教学过程

整个教学过程的设计目的：课前开展实验使学生成为主动学习的研究者，教师成为教学活动的组织者、参与者和指导者。本课在植物向光性原因的研究过程中，引导学生设计一系列实验展示对生长素发现过程的探究，使学生亲自去经历一个“发现的过程”。在实践活动中，对于实验过程的设计教师要鼓励引导学生有新的发现，新的创新，而不是简单的去重复科学家的工作，从而对经典实验进行补充和完善。这样学生是通过亲自实践获取的直接经验，从中初步学会了科学方法，培养了科学精神和科学态度及思维的新颖性与独特性等创新思维品质。在本课的设计中教师的引导很关键，引导完全是从学生的认知角度出发。引言：

我们在绪论中学习了生物体具有应激性，应激性是生物体对外界的刺激做出的一定的反应，以适应环境的变化的过程，而生命活动的调节也是为了适应环境的变化。那么就植物来说是如何进行生命活动调节的呢？ 在课前，同学们分组作了几个相关的实验，下面我们就请这几组同学来介绍一下他们所做的实验：向水性、向光性、向重力性、茎的背地性。（学生介绍实验）目的：培养学生的试验操作能力和语言的表达能力。几组同学都介绍的很详细，实验结果也很清楚，我们通过观察几组实验的结果会发现植物的向性运动其实就是对环境的一种适应，而这种适应性都是为了使植物体自身获得更好的生存条件。

那么植物体为什么会表现出这种适应性？现在我们就以植物向光性为例来研究一下：

同学们作了向光性这个实验，幼苗一个放在黑暗中，一个放在单侧光下。(图一)同学们看到的实验结果是已经长出幼叶的植物的向光性，其实植物一出芽就具有向光性，所以我们今天利用胚芽鞘来研究向光性，幼芽外包有胚芽鞘（看图解释），我们现在看到的这个图就是被胚芽鞘包着的幼芽。

结果：黑暗中直立生长、单侧光下弯向光源生长。这个实验说明：植物具有向光性，其弯曲生长与单侧光有关。

目的：培养学生观察总结的能力。

问：弯曲与生长有关，那么胚芽鞘究竟哪个部位明显生长了？采用什么方法去研究？提示：生长一定有变化，如何看到这个变化这就需要做标记。（讨论）（让学生做出预期）（图二）目的：培养学生创新思维和预期实验结果的能力。可能情况：

①切去尖端：不可以，尖端切下来，下部长或不长都不能证明尖端是否生长了，也不能证明尖端存在是否会影响下部的生长，只能在整体情况下才能研究。②染色：可以，生长部可能会变浅，但很难设计对照，实验结论不严密。（让学生做出预期）③画等距离的横线：可以，精确的测量，并且每一段都要测量，操作复杂。（学生作预期结果）

④画一条竖线：可以，实线都断开说明都长；只有上部断开说明尖端长；只有下部断开说明尖端下部明显生长。

证明：尖端下部明显生长了，而尖端不长。

问：尖端不长，那么尖端对向光性生长有什么作用，如何设计实验来研究尖端对向光性的作用？提示：尖端没有行不行（讨论）（图三）

目的：培养学生发现问题、提出问题、剖析问题的能力。①切去尖端：可能会出现什么结果，说明什么问题？ ②直立生长：生长与尖端无关 ③弯曲生长：弯曲与尖端无关

④不长也不弯曲：尖端对生长和向光性都有明显的作用 所以：尖端存在植物才表现出向光弯曲生长。说明：尖端对生长和向光性都有明显的作用 问：那么尖端是如何对尖端以下部位造成影响的？提示：是尖端本身还是尖端产生某种物质引起的下部的生长？假设：尖端产生的物质运输到下部，对下部产生的影响。目的：进一步培养学生利用假设来研究问题，设计实验并完善实验的能力，着重培养学生严谨的科学思维。

怎样设计实验去验证假设是否成立？提示：如果产生了某种物质，物质与尖端不分开，就无法研究是那个因素在起作用，分开用什么方法？(讨论)学生：提取。

如何提取？把尖端切下来（演示：用琼脂块来提取。）把尖端放在琼脂块上一段时间后会怎样？接下来如何通过实验来判断提取物的作用？（讨论）（图四）

切下放过尖端的琼脂块，放在正上方去尖端的胚芽鞘上，预期可能现象： ①直立生长：有物质产生

②没有生长：没有产生任何物质 结果：直立生长证明产生了物质，那么是尖端产生了物质还是琼脂的作用使下部生长了？怎么证明？

学生：对照。没有放过尖端的琼脂也放在没有尖端的胚芽鞘上看有没有生长：长：没有产生物质；不长：确实产生了某种促进生长的物质。

结论：有物质产生运输到下面促进下部生长——是生长素。

问：如果放置在一侧会怎样？预测：向有琼脂块的一方弯曲，可能是压的；向放琼脂块的对侧弯曲，应该是物质向下运输有琼脂块的一侧生长造成的。结论：生长素分布不均引起弯曲。目的：培养学生知识迁移的能力。问：向光性中的弯曲也应该是生长素的分布不均造成的，那么单侧光照在胚芽鞘哪个部位才会引起向光性？设计实验

提示：是照在尖端还是照在尖端下部？（讨论，设计实验并作预期）（图五）

目的：思考时，简化问题，学会从简单入手来剖析科学真理的能力。

①如果照尖端，尖端下部遮上：直立生长，弯曲与尖端无关；弯曲生长，弯曲与尖端有关 ②如果照尖端下部，尖端遮上：直立生长，弯曲与尖端下部无关；弯曲生长，弯曲与尖端下部有关。

结论：感光部位是尖端。

我们从观察现象，看到向光弯曲生长，生长部位是尖端下部，弯曲部位是由于两侧生长素分布不均，生长素是由尖端产生的，分布不均是由于尖端出现了横向运输，横向运输的出现又是由于尖端是感光部位。最后总结： 结论：

①向光性与植物的生长素有关

②生长素有植物胚芽鞘的尖端产生向下运输引起尖端以下部位的生长 ③尖端是感光部位 通过这节课的研究，同学们感觉向光性原因的研究过程难吗？但科学家为了弄清向光性的原因却研究了50年，可见同学们都是很聪明，很有潜质的，只要勤于观察积极思考，成为科学家也不难。

练习：都在单侧光下的生长情况： 图一图二 图三图四 图五 练习

教学后记：

该课例对于教师：课前准备要十分充分，把课上“发现的过程”每个环节所遇到的问题，学生将可能出现的想法要尽可能的考虑周到，这样能够对课堂出现的问题做好灵活的处理。还要注意教师的引导要正确到位，并对学生的新想法给予及时鼓励和评价。对于学生在课前开展实验活动，让学生亲历实践获取直接经验，可以培养学生的实验能力和独立设计、思考解决问题的能力；在课堂不仅能够调动学生的积极性，使学生成为主动学习的研究者，还培养了学生的科学精神和科学态度及思维的新颖性与独特性等创新思维品质。通过本节课的学习研究，学生能够清楚的掌握实验设计的方法和原则。

第三篇：《科学植物向光性的实验》实验报告

《科学植物向光性的实验》实验报告

（一）1、所需材料用具主要有：

豌豆种子、玉米种子、若干锡纸、不透光的纸盒二个，培养皿、剪刀、胶带等。

2、实验原理简述 ：在单侧光刺激下，植物表现出向光性

3、实验设计及观察

（二）植物的向光性实验：准备好八个装满泥土的花盆，把预先泡好的豌豆和玉米种子均匀地播种在土壤中，浇水。放在温暖、光线充足之处，等待发芽。五天后，小苗从土壤中钻出来。再三天后长到近5厘米时分别装入两个纸盒中，用锡纸封存好，在向光处挖一个直径3厘米的小洞。再后三天每天打开两盒子观察，玉米和豌豆都向小洞方向弯曲生长，现象显著地表现出来，而玉米更加明显，如图（一.二.三）。

上述现象是单侧光能引起生长素分布不均造成的，向光一侧生长素分布得少，背光一侧生长素分布得多，生长得快，所以弯向光源生长。

本实验应注意及存在的问题。选择透水好的花盆，便于排水透气，有利于植物萌发、生长。豌豆入土深度为豌豆本身和两倍，太浅小苗不稳，太深萌发过晚。纸盒不能太大，否则离小洞远的那两盒向光性就不明显。低温植物生长较缓慢，高度不够也影响向光性现象。

（三）结论：植物在光线影响下，会保持向一定方向生长的特性。

初二（11）班

熊天46号

第四篇：达尔文向光性实验讲课稿

讲课稿

达尔文向光性实验

导入（现象）：植物向光性（向日葵等）问题：向光性的原因

作出假设：光对植物的某个部位产生了某种刺激

预期：植物向光生长，幼苗经一定时间培养后，将弯曲向着光源生长。(植物向光面和背光面生长不一样)

3、设计实验验证。怎样来设计实验的具体方法步骤。

设计实验：（思路）{ 目的：研究光照对一种植物的胚芽鞘生长的影响

找自变量和因变量： 两个变量：①单侧光、无光②有尖端、无尖端 因变量：幼苗生长状况

{ 选材： a：选幼苗b：分四组c：幼苗品种、大小、长势相同

选取几株品种、大小、长势相同的真叶未突破胚芽鞘的金丝雀虉草的幼苗；分别栽种在四个同样的花盆里，并编成1、2、3、4号。

3.3设计对照组：1.不作处理（其余3组实验组，分别为：2，去除尖端；3，尖端遮光；4，尖端以下遮光）

3.4无关变量适宜性。各组实验的其他条件该怎样？ 3.5检测。怎样检测此实验的结果 3.6实验结果。

观察法

1号，4号向光弯曲生长；2号不生长，不弯曲；3号直立生长。

结论：单侧光照射使胚芽鞘的尖端产生某种刺激，当这种刺激传递到下部的伸长区时，会造成背光面比向光面生长快，因而出现向光性弯曲

第五篇：云南植物研究论文

1.研究论文及简报的基本格式参照本刊1993年（15卷）第1一2期。

2.植物材料应附正确的拉丁学名、产地、数量和制备方法。

3.化学结构图须另页绘制，基团标注无误，在文稿内注明插图位置。常见化合物的结构不必给出。表插人文中适当位置，图表应附相应的英文。

4.参考文献按出现的先后顺序在文中注明，著录格式见本刊“征稿简则”，其中，英文期刊名的缩写参照CA,但不加点，不可随意缩写，如：Phytochem(正确为Phytochemistry)，Tetra(正确为Tetrahedron)。

5.实验部分必须简明扼要，但要使实验化学家能够据此重复出该实验，可以省略的一些实验细节:（1>常规衍生物(如乙酰化物)的制备方法；(2)化合物分离的细节，如装柱，TLC板，柱子及分馏的大小等；(3)仪器（不包括型号）及化学试剂的商业来源。

6.新化合物采用IUPAC命名规则给出一个完整的系统名，若有必要可再取一个得体的俗名。文中化合物第一次出现时若注有编号，下文均以编号代表。

7.每个化合物尽可能标出得率，如：化合物3(510mg；0.0031%)。结晶须指明所用溶剂，如：白色针晶（MeOH),熔点的表示法，如：mp259—261°C。液体化合物的折射率表示法，如ngl.653?

8.元素分析表示法，如：已知化合物(Found:C,62.9;H,5.4.Calc,forC13H)3ON4：C,62.9;H,5.3%)。新化合物(Found:C,62.9；H,5.4.C13H13ON4requires：C,62.9；H,5.3%)。

9.比旋度的表示法：[a]??测定值°(所用溶剂；c指100ml溶剂里化合物的克数)，如[a]2D3+32.2°(EtOHiC0.32-10).旋光每散谱(ORD)可用一系列不同波长下的[a]值或分子比旋[0]值表示。

园二色散谱（CD)可用分子椭率值如[0]256+21780，[0]307-16113或微分子色散吸收值如Ae253-1.02(MeOH；c0.164)表示。

10.NMR表示为4NMR或13CNMR,须注明仪器的频率，溶剂及内标物。化学位移以<5值(对TMS)表示，注明峰形，如:单峰(s),宽单峰(brs)，双峰(d),双二重峰(dd)，复峰(m)等。l3CNMR及1HNMR数所须注明所对应的碳和氢的位置，采用IUPAC定位，标为C-l，C-2;H-l，H-2。例如：I3CNMR(21.15Mz,CDC13)：<530.l(t,C-5),74.1(d,C-6),121.3(d,C-3),144.2(s,C-4).'HNMR(100MHz,CDC13)：<50.681(3H,S,H-18),0.884(6H,d,J=6.0Hz,H-26andH-27),0.901(3H,d,J=5.0Hz,H-21),4.342(1H,q,J6a,7a=4.5Hz,J6a,7^=2.0Hz,H-6),4.211(1H，m,Wl/2=18.0Hz,H-3a)?所用仪器频率及溶剂若在实验部分的总论中已注明，则以下皆可省略。

11.质谱须注明所用的方法，如(EIMS,CIMS,GC-MS,FABMS等)及离解能，只须给出分子离f-峰及重要的特征碎片峰（相对强度），如：EIMS(70eVm/z(%)：386[M+](36)，368[M-H20]+(100),275[M-111]+(35)等。髙分辩质谱(HRMS)若有必要可多给一些信息。

12.紫外光谱表示法，如UV/CGxHnm(lge):203(4.17)。

13.红外光谱表示法，如IRC=0)?若要标明吸收带的强度,则采用以下缩写符号:w(弱)，m(中等)，v(可变)，s(强)，vs(很强)。

14.有机化合物和无机化合物及有关的缩写符号须规范化(参考CA)，如氘代溶剂CDC13,DMSO-d5,D20,pyridine-d5等。常见化学试剂在文中均以化学符号表示，如：MeOH,EtOH,n-BuOH,PrOH,iso-PrOH,PhOH(苯酚)，petrol(石油醚)，CHC13,CC14,C6C6,Et20,Me2CO,HOAc,EtOAc,THF,Ac20.NaOMe,CH2N2,HC02H(甲酸)，TCA(三氣乙酸)，TFA(三氟乙酸)，NaOAc,NaOH,HC1,H,S04,CO，H,B03.nh3,N2等。

15.制备薄层析须注明(1)薄层厚度;⑵样品的量;(3)确定带的方法;⑷从吸附剂上洗脱下化合物所用的溶剂。特殊TLC的吸附剂须注明，如:AgN03-硅胶(1:9)。

16.气相色谱(GC)须注明检测器(FID，EC等)，载气及流速，操作温度，柱子情况等。

17.高压液相(HPLC)须注明(1)柱子情况，如大小、型号；(2)压力及溶剂；(3)检测方法，如UV或折射率。

18.X-衍射只须给出立体结构图(最好有键长)及必要的数据，详细记录可指明在什么地方储存。