一、植物生長(zhǎng)物質(zhì)的概念及其種類

植物生長(zhǎng)物質(zhì)(plant growth substances)是調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)發(fā)育的微量化學(xué)物質(zhì)。它可分為兩類：植物激素和植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑。

植物激素(plant hormones，phytohormones)是指在植物體內(nèi)合成的、通常從合成部位運(yùn)往作用部位、對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生顯著調(diào)節(jié)作用的微量小分子有機(jī)質(zhì)。

植物激素這個(gè)名詞最初是從動(dòng)物激素衍用過(guò)來(lái)的。植物激素與動(dòng)物激素有某些相似之處，然而它們的作用方式和生理效應(yīng)卻差異顯著。例如，動(dòng)物激素的專一性很強(qiáng)，并有產(chǎn)生某激素的特殊腺體和確定的“靶”器官，表現(xiàn)出單一的生理效應(yīng)。而植物沒(méi)有產(chǎn)生激素的特殊腺體，也沒(méi)有明顯的“靶”器官。植物激素可在植物體的任何部位起作用，且同一激素有多種不同的生理效應(yīng)，不同種激素之間還有相互促進(jìn)或相互頡頏的作用。

到目前為止，有五大類植物激素得到大家*，它們是：生長(zhǎng)素類、赤霉素類、細(xì)胞分裂素類、脫落酸和乙-烯。

植物體內(nèi)激素的含量甚微，7 000～10 000株玉米幼苗頂端只含有1μg生長(zhǎng)素；1kg向日葵鮮葉中的玉米素(一種細(xì)胞分裂素)約為5～9μg。

由于植物體內(nèi)植物激素含量很少，難以提取，無(wú)法大規(guī)模在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用。隨著研究的深入，人們合成(或從微生物中提取)了多種與植物激素有相似生理作用的物質(zhì)，稱為植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑(plant growth regulators)。

除了五大類植物激素外，人們?cè)谥参矬w內(nèi)還陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了其它一些對(duì)生長(zhǎng)發(fā)育有調(diào)節(jié)作用的物質(zhì)。如油菜花粉中的油菜素內(nèi)酯，苜蓿中的三十烷醇，菊芋葉中的菊芋素(heliangint)，半支蓮葉中的半支蓮醛(potulai)，羅漢松中的羅漢松內(nèi)酯(podolactone)，月光花葉中的月光花素(colonyctin)，還有廣泛存在的多胺類化合物等都能調(diào)節(jié)植物的生長(zhǎng)發(fā)育。此外，還有一些天然的生長(zhǎng)抑制物質(zhì)，如植物各器官中都存在的茉莉酸、茉莉酸甲酯、酚類物質(zhì)中的酚酸和肉桂酸族以及苯-醌中的胡桃醌等。這些物質(zhì)雖然還沒(méi)被*為植物激素，但在調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)發(fā)育的過(guò)程中起著不可忽視的作用。已有人建議將油菜素甾體類和茉莉酸類也歸到植物激素中。隨著研究的深入，人們將更深刻地了解這些物質(zhì)在植物生命活動(dòng)中所起的生理作用。

九種類型的植物激素和代表結(jié)構(gòu)

二、研究植物生長(zhǎng)物質(zhì)的方法

激素在植物中的含量極低，性質(zhì)又不穩(wěn)定，加之細(xì)胞中其他化合物的干擾，故測(cè)定的方法必須十分靈敏和專一。通常首先用合適的有機(jī)溶劑來(lái)提取，既要避免許多干擾物質(zhì)，又要防止破壞激素本身。其次采用各種萃取或?qū)游霾襟E，使激素得到部分提純。然后再用生物的、物理的或化學(xué)的方法測(cè)定其含量。

(一)生物測(cè)定法

生物測(cè)定法是通過(guò)測(cè)定激素作用于植株或離體器官后所產(chǎn)生的生理生化效應(yīng)的強(qiáng)度，從而推算植物激素含量的方法。

比如生長(zhǎng)素的生物測(cè)定，可用小麥胚芽鞘切段伸長(zhǎng)法。將小麥胚芽鞘對(duì)生長(zhǎng)素敏感的部分切成一定長(zhǎng)度的小段，將其浸在含有生長(zhǎng)素的溶液中，在一定濃度范圍內(nèi)，芽鞘切段的伸長(zhǎng)與生長(zhǎng)素濃度的對(duì)數(shù)成正比，因而把芽鞘切段在樣品提取液中的伸長(zhǎng)與標(biāo)準(zhǔn)液中的切段伸長(zhǎng)相比，即可推算出樣品中的生長(zhǎng)素含量。

又如根據(jù)赤霉素誘導(dǎo)α-淀粉酶活性的原理，將去胚大麥種子與赤霉素一起保溫，在一定范圍內(nèi)赤霉素誘導(dǎo)的α-淀粉酶活性的強(qiáng)弱與赤霉素濃度成正相關(guān)，據(jù)此來(lái)估計(jì)樣品中赤霉素的含量。

早期激素的鑒定幾乎全靠生物測(cè)定法，但因其靈敏度及專一性均不夠高，近已漸漸少用。但對(duì)于從大量人工合成的化合物中篩選植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，生物鑒定法仍不失為行之有效的手段。

此外，采用缺乏某種激素的基因型突變品系作測(cè)試材料，可顯著提高生物鑒定法的靈敏度，這已受到許多研究者的關(guān)注和利用。

(二)物理和化學(xué)方法

隨著物理和化學(xué)方法的發(fā)展，植物激素的測(cè)定分析采用薄層層析(thin layer chromatography,TLC)、氣相色譜(gas chromatography,GC)、高效液相層析(high performance liquid chromatography,HPLC)和質(zhì)譜分析(mass spectrography,MS)等，其原理大都是基于不同物質(zhì)在不同介質(zhì)中有不同的分配系數(shù)。用這些方法測(cè)定生長(zhǎng)素可達(dá)到10-12g的水平，相當(dāng)于一個(gè)豌豆莖切段或一個(gè)玉米谷粒中的生長(zhǎng)素含量。并可正確分析生長(zhǎng)素的前體、生長(zhǎng)素的代謝以及生長(zhǎng)素在植物體中的分布等。

色質(zhì)聯(lián)譜(GC-MS)可以更為精確地檢測(cè)多種激素，比如赤霉素的測(cè)定，先用氣相色譜分離提取出混合物中的幾十個(gè)組分，然后將赤霉素組分再進(jìn)入質(zhì)譜儀進(jìn)行定性定量分析，由于質(zhì)譜專一性很強(qiáng)，不致造成對(duì)非赤霉素物質(zhì)的錯(cuò)誤判斷。

一般檢測(cè)之初，需先用有機(jī)溶劑從植物組織提取游離態(tài)激素。但因激素常以各種結(jié)合態(tài)存在，在操作過(guò)程中必須防止結(jié)合態(tài)激素的水解。為了避免內(nèi)源激素在提取與純化過(guò)程中的損失，常以放射性同位素3 H或14 C、或以穩(wěn)定性同位素2 H或13 C標(biāo)記的激素作為內(nèi)在標(biāo)準(zhǔn)物。

乙-烯是一種氣態(tài)激素，用氣相色譜儀測(cè)定是目前普遍應(yīng)用的一種靈敏、準(zhǔn)確的方法，測(cè)定一個(gè)樣品只要幾分鐘的時(shí)間。通常將植物組織產(chǎn)生的乙-烯累積在一個(gè)密閉容器中，用注射器抽取氣體，在氣相色譜儀上分離測(cè)定。

(三)免疫分析法

近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的免疫分析法被用來(lái)定性、定量測(cè)定各種植物激素，它是基于動(dòng)物體對(duì)進(jìn)入其血液的外來(lái)物質(zhì)的免疫性。當(dāng)一種抗原導(dǎo)入兔子、老鼠等動(dòng)物血液中后，動(dòng)物的保衛(wèi)機(jī)制便產(chǎn)生出專一的抗體蛋白質(zhì)?？乖ǔＪ堑鞍踪|(zhì)，植物激素如生長(zhǎng)素不是抗原，但只要把它們化學(xué)結(jié)合到蛋白質(zhì)分子上(如人血清蛋白)，就可轉(zhuǎn)化成抗原分子，當(dāng)將此抗原注射到兔子中，幾十天后便會(huì)形成對(duì)生長(zhǎng)素的專一抗體(圖7-1)。把血液進(jìn)行離心，即可得到抗體部分。在血清部分含有許多球蛋白(抗體)，但只有一種對(duì)注射的抗原起反應(yīng)。當(dāng)抗體和抗原相互接觸就會(huì)產(chǎn)生沉淀反應(yīng)，根據(jù)不同的已知濃度的抗原與抗原抗體沉淀量的關(guān)系式，便可計(jì)算樣品中的激素含量，如用放射性抗原，則可通過(guò)測(cè)定放射性強(qiáng)度來(lái)定量，常用的放射性元素有3 H，125 I。