【智·农】植物激素在营养生长中的作用

植物激素定义及分类

激素是协调多细胞生物细胞功能的化学信使。在1937年，Frits Went和Kenneth Thimann将激素定义为：在生物体的任何一部分产生，转移到另一部分并在那里影响特定生理过程的物质。

我们通常提到五种经典的植物激素，是在20世纪早期到中期被识别的。分别是生长素（1926年由F. Went分离）、细胞分裂素（1950年代，F. Skoog）、乙烯（1901年，D. Neijubow）、赤霉素（1926年，E. Kurosawa）和脱落酸（ABA；1950年代，T. Bennett-Clark和N. Kefford）；在过去的几十年中，其他几种激素被发现，分别是：油菜素内酯（BRs）、茉莉酸酯、水杨酸酯和独脚金内酯。

激素在营养生长中的作用

营养生长主要由生长素、细胞分裂素、独脚金内酯、赤霉素和油菜素内酯的联合作用调节。

• 促进细胞伸长：生长素能够促进细胞壁的松弛和伸长，这是其最重要的功能之一。生长素通过激活细胞壁中的质子泵（H⁺-ATPase），使细胞壁酸化，增加细胞壁的可塑性，从而促进细胞的伸长。

• 调控细胞分化和器官形成：生长素在植物的细胞分化和器官形成中起关键作用。它通过调控基因表达，影响维管组织的分化、侧根的形成以及不定根的发生。
  

• 促进根的发育：生长素在根的发育过程中具有双重作用。低浓度的生长素促进根的生长，而高浓度的生长素则抑制根的生长。此外，生长素通过极性运输在根尖形成浓度梯度，调控根的向地性生长。
  

• 调节植物的营养分配：生长素通过调控植物的光合作用和营养物质的运输，影响植物的营养分配。例如，生长素能够促进光合产物向生长素浓度高的部位运输，从而支持植物的快速生长。
  

• 促进细胞分裂和扩大：细胞分裂素的主要功能是促进细胞分裂和细胞体积的扩大。它通过细胞横向扩大增粗，而不是纵向伸长，从而增加细胞体积。

• 延缓衰老：细胞分裂素能够延缓叶片衰老，维持蛋白质和叶绿素的合成，从而延长叶片的寿命。

• 诱导芽的分化：在植物组织培养中，细胞分裂素与生长素的比例影响植物器官的分化。当细胞分裂素的浓度高于生长素时，有利于芽的分化；反之则促进根的分化。

• 促进维管组织分化：细胞分裂素在维持分生组织和促进维管组织分化中起重要作用。

  

• 抑制分枝和侧芽生长：独脚金内酯能够抑制植物的分枝和侧芽的生长，这是其最重要的生物学功能之一。

• 调控根系生长：独脚金内酯可以调控植物根系的生长，包括促进侧根的形成、根毛的伸长以及抑制不定根的生长。例如，在低磷或低氮条件下，独脚金内酯通过改变根毛密度和长度来调控根系构型，使根在土壤中的分布更有利于有效养分的利用。

• 促进根瘤菌的形成：独脚金内酯在豆科植物根瘤菌的形成中发挥重要作用。研究表明，独脚金内酯可以促进苜蓿、豌豆和大豆等豆科植物的根瘤形成，从而提高植物的固氮能力。

• 调节植物对营养胁迫的响应：独脚金内酯在植物应对营养胁迫（如低磷、低氮）时发挥重要作用。低磷胁迫可显著促进独脚金内酯的合成和分泌，独脚金内酯通过优化植物生长和触发资源分配来应对营养缺乏。

• 促进细胞伸长和茎叶生长：赤霉素最突出的作用是加速细胞的伸长，从而显著促进茎和叶的生长。它通过提高植物体内生长素的含量，间接调节细胞的伸长。

• 促进种子萌发：赤霉素在种子萌发中起关键作用，能够诱导α-淀粉酶的形成，促进种子中淀粉的水解，从而为种子萌发提供能量。此外，赤霉素还能打破种子的休眠状态。

• 促进开花：赤霉素能够诱导长日植物在短日条件下抽薹开花。它通过调控开花相关基因的表达，促进花的发育。

• 调节营养分配和器官脱落：赤霉素可以防止器官脱落，通过调节植物体内的营养分配，促进营养物质向生长活跃的部位运输。

• 促进细胞伸长和分裂：油菜素内酯能够促进细胞的伸长和分裂，从而加速植物的生长。它通过调节细胞壁的松弛和细胞周期的进程，促进细胞的快速生长。

• 调控植物形态建成： 油菜素内酯在植物的形态建成中发挥重要作用，包括叶片衰老、微管分化、开花和光形态建成等过程。

• 促进种子萌发和幼苗生长：油菜素内酯能够促进种子的萌发和幼苗的早期生长，提高种子的活力和幼苗的抗逆性。

• 调节营养分配：油菜素内酯通过调控植物体内的营养分配，促进营养物质向生长活跃的部位运输，从而支持植物的快速生长。

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