細胞分裂素
| 細胞分裂素 |
細胞分裂素 (cytokinin，CTK)從玉米或其他植物中分離或人工合成的植物激素。一般在植物根部產生，是一類促進胞質分裂的物質，促進多種組織的分化和生長。與植物生長素有協同作用。是調節植物細胞生長和發育的植物激素。在細胞分裂中起活化作用，也包含在細胞生長和分化及其他相關的生理活動過程中，如激動素(KT)、玉米素(ZT)、6-苄基氨基嘌呤(6-BA)等。
目錄
基本信息
外文名； cytokinin
藥品名稱； 細胞分裂素
別名； CTK
藥品類型； 農業用藥
簡介
細胞分裂素是一類促進細胞分裂、誘導芽的形成並促進其生長的植物激素。曾譯為細胞激動素。cytokinin一詞源於cytokinesis(細胞分裂) 。主要分布於進行細胞分裂的部位，如莖尖、根尖、未成熟的種子、萌發的種子、生長着的果實內部。
剛發現時亦稱"細胞激動素"。是一類植物激素。1955年美國斯庫格(Skoog)等在研究植物組織培養時，發現了一種促進細胞分裂的物質，被命名為激動素。它的化學名稱為6-糠基氨基嘌呤(KT)，純品為白色固體，能溶於強酸、鹼中。激動素在植物體中並不存在。之後在植物中分離出了十幾種具有激動素生理活性的物質。現把凡具有激動素相同生理活性的物質，不管是天然的還是人工合成的，現已有人工合成的植物生長調節劑，統稱為細胞分裂素。
它們的基本結構是有一個6-氨基嘌呤環。植物體內天然的細胞分裂素有玉米素(ZT)、二氫玉米素、異戊烯腺嘌呤、玉米素核苷、異戊烯腺苷等。它們在體內合成的部位主要是根尖。人工合成的細胞分裂素除了激動素外，還有6-苄基氨基嘌呤(6-BA)等。
細胞分裂素最明顯的生理作用有兩種:一是促進細胞分裂和調控其分化。在組織培養中，細胞分裂素和生長素的比例影響着植物器官分化，通常比例高時，有利於芽的分化;比例低時，有利於根的分化。二是延緩蛋白質和葉綠素的降解，延遲衰老。
各種細胞分裂素的活性有差異，例如在促進生長的生物試驗中，天然的細胞分裂素如玉米素、異戊烯腺嘌呤，比人工合成的細胞分裂素如6-苄基氨基嘌呤和激動素高
研究歷史
1913年德國植物學家 G.Haberlandt 從馬鈴薯韌皮部滲出液中分離物質可誘導馬鈴薯細胞分裂和愈傷組織的生成。
1940年Folke Skoog從椰奶和酵母抽出液中分離出一些可促進細胞分裂的嘌呤類的化學物質。
1942年，J·van·奧弗貝克等在培養曼陀羅幼胚和未受精的卵細胞的實驗中，發現椰子乳明顯促進生長，因此設想椰子乳含有能促進細胞分裂的物質。
1948年，Folke Skoog等發現腺嘌呤及其核苷(腺核苷)不僅能誘導組織培養中煙草切段的細胞分裂，而且能促進芽的形成。後來F·Skoog和C·O·Miller發現久放的或經壓力鍋處理過的DNA中有強烈促進細胞分裂的物質。經過分離和鑑定，證明是6-糠基腺嘌呤，並命名為激動素。激動素(Kinetin)不是天然植物生長調節劑，需人工合成 。
1963~1964年，D·S·Letham等從幼嫩的玉米種子裡分離出一種細胞分裂素。並鑑定了其化學結構，命名為玉米素。後來還發現了一些在結構上與玉米素稍有不同的活性物質，其中之一是在甜玉米中存在的玉米素的核糖衍生物。
1967年Letham證明了椰子乳中主要的活性物質也是玉米素核苷。
化學結構
細胞分裂素是腺嘌呤的衍生物。當第6位氨基、第2位碳原子和第9位氨原子上的氫原子被取代時，則形成各種不同的細胞分裂素 。活性因側鏈的長度、不飽和度和其他性質不同而有很大差異。有些非嘌呤化合物，如N，N′-二苯脲和苯並咪唑，也有細胞分裂素活性。
細胞分裂素來源於嘌呤與在N6位置上取代物的結合。N6上取代物異戊間二烯的生物合成前體，與赤黴素和脫落酸的一樣，都是甲羥戊酸。
合成
一般認為，細胞分裂素在根尖、萌發着的種子和發育着的果實、種子處合成，但隨着研究的深入，發現莖端也能合成細胞分裂素。細胞分裂素生物合成是在細胞的微粒體中進行的。
1、前體:甲羥戊酸和AMP
2、途徑:異戊烯轉移酶(isopentenyl transferase,IPT酶)催化下，把二甲烯丙基二磷酸(dimethylallyl diphosphate,DMAPP)的異戊烯基轉移到腺苷部分，與植物的ATP、ADP或細菌的AMP分別合成iPTP(異戊烯腺苷-5'-三磷酸)、iPDP(異戊烯腺苷-5'-二磷酸)或iPMP(異戊烯腺苷-5'-一磷酸)，它們經過水解酶轉變為反式玉米素。
代謝
植物中的細胞分裂素主要在根尖合成 ，通過木質部運轉到地上部。因而傷流液中細胞分裂素較多。細胞分裂素在植物體內的代謝反應主要有5個方面:
①互相轉化;
②從鹼基形成核苷和核苷酸;
③葡萄糖基化;
④甲硫基化;
⑤嘌呤環側鏈分裂和嘌呤環分解。
生理作用
細胞分裂素的作用方式還不完全清楚。已知在tRNA中與反密碼子相鄰的地方有細胞分裂素，在蛋白質合成過程中，它們參與到tRNA與核糖體mRNA複合體的連接物上。但這可能不是外源細胞分裂素的作用方式。因為在tRNA中，細胞分裂素的合成是由原來在tRNA中的嘌呤的改變產生的。而外源細胞分裂素並不參入tRNA中，但可促進硝酸還原酶、蛋白質和核酸的合成。
細胞分裂素的生理作用主要是引起細胞分裂，誘導芽的形成和促進芽的生長。對組織培養的煙草髓或莖切段，細胞分裂素可使已停止分裂的髓細胞重新分裂。這種現象曾被用於細胞分裂素的生物測定。莖切段的分化常受細胞分裂素及生長素比例的調節。當細胞分裂素對生長素的濃度比值高時，可誘導芽的形成;反之則有促進生根的趨勢。如對抑制的腋芽局部施用細胞分裂素，可以解除頂端對腋芽的抑制(即頂端優勢)。天然的簇生植物(蓮座狀植物)或由於病害發生"叢枝病"的植物里，常含有較多的細胞分裂素。細胞分裂素還有防止離體葉片衰老、保綠的作用，這主要是由於細胞分裂素能夠延緩葉綠素和蛋白質的降解速度，穩定多聚核糖體(蛋白質高速合成的場所)，抑制DNA酶、RNA酶及蛋白酶的活性，保持膜的完整性等。在葉片上局部施用細胞分裂素，能吸聚其他部分的物質向施用處運轉和積累，除此之外，細胞分裂素還具有抑制不定根形成和側根形成，延緩葉片衰老的作用 。
除了天然的促進細胞分裂的物質外，還用化學方法人工合成了一些類似激動素的物質。通常也統稱細胞分裂素。其中活性較強，也最常用的是6-苄氨基嘌呤。
合成部位:根尖、葉、芽
作用
1.細胞質分裂、細胞橫向伸長
2.解除頂端優勢
3.芽分化
4.抑制莖伸長
5.抑制葉綠素分解
6.氣孔開放
7.解除休眠
8.葉綠體發育
9.葉片擴大
10.抗寒
應用
細胞分裂素可用於蔬菜保鮮，在組織培養工作中細胞分裂素是分化培養基中不可缺少的附加激素。細胞分裂素還可用於果樹和蔬菜上，主要作用用於促進細胞擴大，提高坐果率，延緩葉片衰老。技術指導:四川省蘭月科技開發公司，四川國光農化有限公司，鄭州中聯化工產品有限公司
應用原理
植物細胞分裂素在植物的生長過程中起着極其重要的作用現將其結構和生理特點介紹如下:
一、細胞分裂素的結構、分布與傳導
細胞分裂素是一類具有促進細胞分裂及其他生理功能的物質的總稱。最早發現的細胞分裂素類的物質，是從酵母細胞提取液中分離出來的DNA降解物，由於它能促進細胞分裂，因此命名為激動素(簡稱KT)，化學名稱為N6-呋喃甲基腺嘌呤，它不是植物內源的生長物質。
二、細胞分裂素的生理作用及其應用
1、細胞分裂素的主要作用是促進細胞分裂。細胞分裂素不僅能促進細胞分裂，也可以使細胞體積擴大。但和生長素不同的是，細胞分裂素是通過細胞橫向擴大增粗，而不是促進細胞縱向伸長來增大細胞體積的，它對細胞的伸長有一定的抑制效應。
2、延緩植物衰老延緩衰老是細胞分裂素特有的效應。
3、誘導組織和器官的分化生長素和細胞分裂素共同調控着植物器官的分化。試驗證明，細胞分裂素有利於芽的分化，而生長素則促進根的分化，當CTK/IAA的比值較大時，主要誘導芽的形成;當CTK/IAA的比值較小時，則有利於根的形成。
4、消除頂端優勢:生長素是導致植物頂端優勢的主要原因，而細胞分裂素則能消除頂端優勢，促進側芽的迅速生長。在這方面，生長素同細胞分裂素間表現出明顯的對抗作用(兩者的產生部位與運轉方式決定根系與幼芽的生長、分化)。
常用的細胞分裂素
常用的細胞分裂素主要有6-苄氨基嘌呤、激動素、玉米素等。
6-苄氨基嘌呤
6-BA具有高效、穩定、廉價和易於使用等特點,因而被廣泛採用,並且是組織培養者最喜愛的細胞分裂素。BA的主要作用是促進芽的形成,也可以誘導愈傷組織發生。可用於提高茶葉、煙草的質量及產量;蔬菜、水果的保鮮和無根豆芽的培育，明顯提高果品及葉片的品質。
分 子 式:C12H11N5
熔點:230-233℃
6-Benzylaminopurine 簡稱:6-BA、BA
有效成份:苄氨基嘌呤
相對分子量:225.26
熔點:230-233℃物化性質:白色結晶粉末，難溶於水，微溶於乙醇，在酸、鹼溶液中穩定
理化性質:純品為白色結晶，工業品為白色或淺黃色，無臭。純品熔點235℃，在酸、鹼中穩定，光、熱不易分解。水中溶解度小，為60毫克/升，在乙醇、酸中溶解度較大。
毒 性:是對人、畜安全的植物生長調節劑，大鼠急性口服LD50為(雄)2125毫克/千克，(雌)2130毫克/千克，小鼠急性經口LD50為(雄)1300毫克/千克，(雌)1300毫克/千克。對鯉魚48小時TLM值為12-24毫克/升。
規 格:一等品 6-BA含量不少於98%，水份不大於0.5%
二等品 6-BA含量不少於95%，水份不大於1%
含 量:進口分裝 ≥99%，水份<0.5%
玉米素
玉米素是一種天然的細胞分裂素。它是從甜玉米灌漿期的籽粒中提取並結晶出的第1個天然細胞分裂素。已能人工合成。
英文別名:Zeatin
純度:99%
分子式:C10H13N5O
白色結晶或粉末，難溶於水，溶於醇和DMF。
密度:1.388g/cm3[1]
熔點:210℃
沸點:583.9°C at 760 mmHg
閃點:306.9°C
蒸汽壓:1.78E-14mmHg at 25°C
激動素
激動素是一種非天然的細胞分裂素，化學名稱為6-糖基氨基嘌呤(或N6-呋喃甲基腺嘌呤)，分子式C10H9N5O。不溶於水，溶於強酸、鹼及冰醋酸中;除具有促進細胞分裂的作用外，還具有延緩離體葉片和切花衰老，誘導芽分化和發育及增加氣孔開度的作用。
基本信息
英文別名: 6-Furfurylaminopurine,N6-Furfuryladenine
純度: 98%
CAS號: 525-79-1
分子式: C10H9N5O
分子量: 215.21
白色結晶或白色結晶性粉未。[1]