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激素对高等植物性别分化的调控研究进展

来源：花匠小妙招时间：2024-11-13 04:32

激素对高等植物性别分化的调控研究进展孔冬梅(山西大学生命科学与技术学院,山西太原030006)摘要高等植物的性别表达具有多态性和可塑性,激素在植物的性别分化中发挥着重要的调控作用。一般认为,赤霉素和细胞分裂素是影响植物性别分化的主要激素,其他类型的激素通过改变这两种激素的活性而影响性别表达。激素对性别表达的调控作用在生理生化水平上与动物性激素的作用具有相似性,分子水平的研究则表明,植物激素是植物性别分化诱导信号之一,同一激素在不同植物中可能通过信号转导过程的差异而导致不同性别分化程序的表达。调节性别分化的基因的鉴定和研究工作将有助于揭示激素对性别分化的分子调控机理,这方面的研究还处于起步阶段。关键词高等植物;性别分化;激素;调控中图分类号Q945.6文献标识码A文章编号0517-6611(2009)02-05352-03ProgressinHormonalRegulationtoSexDifferentiationinHigherPlantsKONGDong-mei(CollegeofLifeScienceandTechnology,ShanxiUniversity,Taiyuan,Shanxi030006)AbstractSexexpressionofhigherplantsispolymorphicandlabile.Phytohormoneplaysanimportantroleintheregulationofthesexdifferentiationinhigherplants.ItisgenerallybelievedthatGAandcytokininarethemainplanthormonesaffectingsexdifferentiation,andotherhormonesaffectsexdiffer-entiationbychangingtheactivitiesofGAandcytokinin.Phytohormoneandanimalsexhormonesaresimilarinaffectingthesexexpressioninplantsatphysiologicalandbiochemicallevels.Molecularstudiesshowedthatphytohormoneisoneoftheinducingsignalsinsexdifferentiation.Thesamehormonemayinducedifferentsexexpressingprocessesindifferentplantsbydifferentsignaltransduction.Identificationandstudyongenesregulatingsexdifferenti-ationarehelpfulforrevealingthemolecularmechanismofphytohormoneregulatingsexdifferentiation,andtherelationalworkisstillattheearlystage.Keywords

Higherplants;Sexdifferentiation;Hormone;Regulation基金项目山西省自然科学(青年)基金项目(2008021042);山西大学青年科技基金项目(2007108)。作者简介孔冬梅(1973-),女,山西阳城人,博士,讲师,从事植物生物技术的教学与研究工作。收稿日期2009-02-05一般来说,有性生殖是植物界最高级的繁殖方式。高等植物的有性生殖只源于两种异型配子,即雌配子和雄配子,由此生殖生物学特性导致植物中出现了专门的雌性和雄性性器官的分化,即性别分化。大量研究证明,激素在植物性别分化过程中起重要作用,它积极参与植物开花和性别表达[1-4]。目前已知植物激素是植物性别分化的诱导信号之一,弄清植物激素、遗传以及性别表达之间的相互作用,是现代生物学研究的热点之一,这无论在理论上还是实践应用方面都有重要意义。1高等植物性别表达的多态性及其可塑性研究动态植物性别与动物相比,至少在3个方面存在较大差异。首先,植物性别不像动物性别那样明显,无明显的第二性征;其次,动物的性别在胚胎时期就已经决定了,而植物的性别要在生长发育过程中的某个阶段才能确定,因而植物的性别分化具有不稳定性;再次,植物性别具有多样化的特点。1.1高等植物性别的多态性高等植物的性别差异主要表现在花器官。由于雌、雄两性生殖器官在植物中的分布情况多种多样,使得高等植物的性表达形式呈现明显的多态性,这种情况在被子植物中更为突出。从个体水平来看,除了普遍存在的两性花植株(约占被子植物总数的72%)外,被子植物中还有雌雄同株、雌雄异株、雄花两性花同株、雌花两性花同株、雄花两性花异株、雌花两性花异株、三性(雌性、雄性和两性)花同株和三性花异株等[5-6]。1.2高等植物性别的可塑性高等植物性别分化的研究一直是植物生理学家广泛关注的热点之一。研究认为,植物的性别主要受性染色体、性别决定基因以及性染色体与常染色体之间比例3种性别决定机制决定。性别决定之后就是通过性别表达形成雄性或雌性的花或植株,这涉及生殖器官性原基的形成。一般来说,雌性或雄性一旦决定了,后面的分化程序就相对稳定,但在性别决定之前,还可以通过植物激素类物质来控制性别表达,从而改变原定程序的表达[7]。这表明,植物的性别具有一定的可塑性。植物性别的可塑性对农林业生产无疑是有积极意义的,比如,对于以收获果实为主的农作物,人们希望通过一定的调节措施使植物多开雌花,少开雄花;而在以收获纤维为目的的亚麻种植业上,人们希望雄株越多越好,因为雄株的纤维质量优于雌株。2激素对高等植物性别表达的调控作用高等植物大多为具有两性花的植物,在个体水平并不表现性别差异,因此高等植物的性别主要是对雌、雄异花同株植物和雌、雄单性异株植物而言。激素对性别表达调控作用的研究也主要是以雌雄异株和雌雄同株植物为材料进行的。2.1赤霉素(GA)早期研究证明,赤霉素GA对许多植物的性别分化有显著影响。例如,GA对野牛草(Buchloedacty-loides)的性别有持续而明显的影响。Yin等在野牛草雌雄同株植株上的研究发现,GA处理可使供试的3个基因型均产生更高比例的雄花序,而当用GA抑制剂多效唑(paclobutra-zol,PAC)处理时,其中2种基因型(8A和H180)产生更高比例的雌花序,另一种基因型(K2)植株的花序几乎全部是雌性的,表现出GA诱导雄性,抑制雌性的双重效应[8]。菠菜(Spinaciaoleracea)幼苗二叶期后用0100mg/L的GA3处理,可使雄花与雌花的比值比对照显著上升,并且这种促雄效应随GA3浓度的增大而增强[9]。GA在黄瓜(Cucumissativus)、节瓜(Benincasahispidavar.chiehpua)上也表现出明显的诱雄效应[10-11]。GA3还可以诱导宽叶慈菇(Sagittarialatifolia)雄株及三性花同株向雌株性别的转换[12]。大多数同型孢子蕨能分泌一种化学结构类似GA的激素,即成精子囊素,并对其发生反应[13]。例如,水蕨(Cer-atopterisrichardii)的孢子有发育成雄性或两性配子体的潜力,其精子器的发生与ACE有关[14]。ACE促使雄性化,而抑制分生组织和颈卵器的发育。水蕨对ACE的反应只有一个极短的安徽农业科学,JournalofAnhuiAgri.Sci.2009,37(12):5352-5354,5378责任编辑李菲菲责任校对

况玲玲