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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(PAMPperception)2.R基因主導的免疫3.系統性抗病4基礎防禦辨識microbe-associatedmolecularpatterns(MAMP），如微生物蛋白、微生物細胞壁、鞭毛、多醣體等，來啟動植物防禦非專一性防禦•結構性防禦•化學性防禦Theepidermisisaprotectivelayerofcellsthatisusuallycoveredwithathin,water-resistantcuticle基礎防禦6葉毛(trichome)針刺(spine)皮刺(prickle)枝條刺(thron)結構性防禦化學性防禦老師，這個可不可以吃？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。先天化學性的抵抗機制克氏循環含氮二次代謝物酚類萜類光合作用萜類(Terpenes)毛地黃毒薄荷精油酚類•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。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。susceptibleresistant酚類(Phenolics)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。誘導化學性的抵抗機制蛋白質與酵素•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。16PRprotein真菌孢子以GLIP1蛋白(5mg)處理後之掃瞄前式電顯圖Bars=500mm.R基因主導型免疫18Resistancegene•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Avrgene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19avirulencegene•病原體的基因組中,因應植物的Rgene所演化出的基因•基因產物：Avr蛋白•Avr蛋白的功能:1.直接由病原體釋放出來成為elicitor2.或造成病原體釋放出特定的elicitor20病原體植物Avr基因產物Rgene蛋白產物啟動植物抗病基因植物對該病原體具抗病性R基因主導型免疫結合21Thehypersensitiveresponse(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22HR反應Scandalios,2005AbioticBioticDNAlipidprotein..23ReactiveOxygenSpecies(ROS)O2˙-H2O2OH˙superoxidehydroxylradical24生物逆境非生物逆境Complexresponses局部反應Threeendogenousplantsignalingmoleculesareinvolvedinplantdefense水楊酸(SA)茉莉酸(JA)乙烯(ET)系統性反應SARISR系統性抗性25系統性防禦受損局部葉系統葉產生抑制蛋白酶物質產生抑制蛋白酶物質26FunctionsofGLIP1intheSystemicDefenseResponsesystemicleafLocalleaf27系統獲得抗病性(SAR)pathogeninfectionnecorsisSASAinduciblePR誘導系統抗性(ISR)Non-pathogenicrhizobacteriaJAethylenedefensecompound28CorneM.J.TRENDSinplantscience199929Scheer,J.M.(2003)Plantphysiologyprosysteminsysteminlipid-basesignalcascadelinolenicacidJASWRPs30系統素（Systemin）31LeproHypSys細胞核細胞膜32Trendsinplantscience1999CorneM.J.prosysteminsysteminlipid-basesignalcascadelinolenicacidJASWRPs33TRENDSinPlantScienceVol.10No.7July2005植物防禦之訊息傳遞植物面對病蟲害的防禦機制致病菌非致病菌蟲害(啃咬造成機械性傷害)系統素基礎防禦基礎防禦SARISR全株性抗病HR反應全株性抗病全株性抗病強化防禦力R-gene防禦ISR