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植物防禦

植物防禦. 台北市立成淵高級中學 生物教師 張鈴蘭. 植物病蟲害類型. 病源菌 對植物有危害，會造成植物染病發生病徵 → 感病 非病源菌 對植物沒危害，在植物體內無適當繁殖途徑 → 抗病 蟲害 →啃食→機械性傷害. 植物面對病蟲害的防禦. 1. 基礎防禦 ( PAMP perception ) 2. R 基因主導的免疫 3. 系統性抗病. 基礎防禦. 非專一性防禦. 辨識 microbe-associated molecular patterns (MAMP ），如微生物蛋白、微生物細胞壁、鞭毛、多醣體等，來啟動植物防禦. 基礎防禦.

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Presentation Transcript

  1. 植物防禦 台北市立成淵高級中學 生物教師 張鈴蘭

  2. 植物病蟲害類型 • 病源菌 對植物有危害，會造成植物染病發生病徵→ 感病 • 非病源菌 對植物沒危害，在植物體內無適當繁殖途徑→ 抗病 • 蟲害→啃食→機械性傷害

  3. 植物面對病蟲害的防禦 1. 基礎防禦 ( PAMP perception ) 2. R基因主導的免疫 3. 系統性抗病

  4. 基礎防禦 非專一性防禦 辨識 microbe-associated molecular patterns (MAMP），如微生物蛋白、微生物細胞壁、鞭毛、多醣體等，來啟動植物防禦

  5. 基礎防禦 • 結構性防禦 • 化學性防禦 The epidermis is a protective layer of cells that is usually covered with a thin, water-resistant cuticle

  6. 結構性防禦 針刺(spine) 葉毛(trichome) 皮刺(prickle) 枝條刺(thron)

  7. 化學性防禦 老師，這個可不可以吃？

  8. 化學性防禦 有些植物在生長過程中會產生具有抗微生物或驅蟲功能的二次代謝物。 這些代謝物大致上分為： 萜類、 酚類、含氮物質、蛋白質酵素等。

  9. 光合作用 克氏循環 含氮二次代謝物 酚類 萜類 先天化學性的抵抗機制

  10. 萜類 (Terpenes) 薄荷 精油 毛地黃毒

  11. 酚類 • 包括類黃酮、 花青素、單寧、木質素、抗菌素及呋喃糖香豆素等。 • 抗菌素可清除自由基、抗氧化、破壞病原體的代謝及細胞結構等功能。 例如苜宿製造的medicarpin、茄科產生的rishitin、阿拉伯芥的 camalexin皆為植物抵禦病蟲害的酚類。 • 呋喃糖香豆素會插入到DNA，造成入侵者的細胞死亡。

  12. 酚類 (Phenolics) susceptible • 紫色洋蔥鱗莖表面包含有水溶性兒茶酚(catechol) • 兒茶酚可抑制洋蔥污斑病菌孢子發芽，但白色品種洋蔥則不含兒茶酚有。 resistant

  13. 含氮物質（生物鹼） • 生物鹼：具有苦味的含氮化合物 • 例如：咖啡因、古柯鹼、尼古丁、嗎啡、唐辛子 • 咖啡因對昆蟲及真菌有毒，高濃度的咖啡因會影響鄰近植物的種子萌發。 • 唐辛子具有抗菌功能。

  14. 誘導化學性的抵抗機制

  15. 蛋白質與酵素 • 防禦素抑制細胞膜上的離子通道，或使細胞膜產生破洞 • 凝集素 與醣蛋白上的醣類結合，阻礙昆蟲的消化作用及造成脊椎動物血球細胞凝集。 • 蛋白水解酶抑制子抑制動物的消化酵素 • 水解酵素如幾丁質水解酶、 Glucanases、Lysozymes等，以分解真菌或細菌的細胞壁。

  16. PR protein 真菌孢子以GLIP1 蛋白(5 mg)處理後之掃瞄前式電顯圖 Bars =500 mm.

  17. R基因主導型免疫

  18. Resistance gene • 植物演化出的病原體抗性基因 • 基因產物:R蛋白，可用來辨識病原菌釋放出來的特定elicitor (與Avr gene相關) • 當elictor 被R蛋白所辨識結合後便會啟動一連串植物抗病基因的活動 • 這些抗病活動包括：HR、平行抗病、系統獲得性抗病

  19. avirulence gene • 病原體的基因組中,因應植物的R gene所演化出的基因 • 基因產物 ： Avr 蛋白 • Avr蛋白的功能: • 直接由病原體釋放出來成為elicitor • 或造成病原體釋放出特定的elicitor

  20. R基因主導型免疫 病原體 植物 Avr 基因產物 R gene 蛋白產物 結合 啟動植物抗病基因 植物對該病原體具抗病性

  21. Thehypersensitive response (HR) • 植物遇到病源進入時，所啟動的細胞凋亡 • 可抑止病源體的生長及擴散 • HR 反應後續可透過植物體內 訊息傳遞，引發後續的防禦

  22. Abiotic Biotic DNA lipid protein .. HR 反應 Scandalios, 2005

  23. Reactive Oxygen Species (ROS) O2˙- superoxide H2O2 OH ˙ hydroxyl radical

  24. 系統性抗性 生物逆境 非生物逆境 局部反應 Complex responses SAR ISR 系統性反應 • Three endogenous plant signaling molecules are involved in plant defense • 水楊酸 (SA) 茉莉酸 (JA) 乙 烯 (ET)

  25. 系統性防禦 系統葉 產生抑制蛋白酶物質 受損局部葉 產生抑制蛋白酶物質

  26. Functions of GLIP1 in the Systemic Defense Response Local leaf systemic leaf

  27. 系統獲得抗病性(SAR) pathogen infection necorsis SA SA inducible PR 誘導系統抗性 (ISR) Non-pathogenic rhizobacteria JA ethylene defense compound

  28. Corne M. J. TRENDS in plant science 1999

  29. prosystemin systemin lipid-base signal cascade linolenic acid JA SWRPs Scheer, J.M. (2003) Plant physiology

  30. 系統素（Systemin）

  31. 細胞膜 細胞核 LeproHypSys

  32. prosystemin systemin lipid-base signal cascade linolenic acid JA SWRPs Trends in plant science 1999 Corne M. J.

  33. 植物防禦之訊息傳遞 TRENDS in Plant Science Vol.10 No.7 July 2005

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