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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
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
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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
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基礎防禦
辨識 microbe-associated molecular
(MAMP），如微生物蛋白、
非專一性防禦
patterns
微生物細胞壁、鞭毛、多醣體等，
來啟動植物防禦
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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
結構性防禦
葉毛(trichome)
針刺(spine)
皮刺(prickle)
枝條刺(thron)
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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
光合作用
克氏循環
含氮二次代謝物
酚類
萜類
萜類 (Terpenes)
薄荷 精油
毛地黃毒
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。
酚類 (Phenolics)
 紫色洋蔥鱗莖表面包含有水溶
susceptible
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
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。
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.
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R基因主導型免疫
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
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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:
1. 直接由病原體釋放出來成為elicitor
2. 或造成病原體釋放出特定的elicitor
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R基因主導型免疫
病原體
Avr 基因產物
植物
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
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The hypersensitive 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
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HR 反應
Abiotic
Biotic
DNA
lipid
protein
..
Scandalios, 2005
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Reactive Oxygen Species (ROS)
O2˙-
superoxide
H2O2
OH ˙
hydroxyl radical
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系統性抗性
生物逆境
非生物逆境
Complex
responses
局部
反應
系統性反應
SAR
ISR
Three endogenous plant signaling molecules are involved in plant defense
水楊酸 (SA)
茉莉酸 (JA)
乙
烯 (ET)
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系統性防禦
系統葉
受損局部葉
產生抑制蛋白酶物質
產生抑制蛋白酶物質
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Functions of GLIP1 in the Systemic Defense Response
Local leaf
systemic leaf
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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
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Corne M. J. TRENDS in plant science 1999
28
prosystemin
systemin
lipid-base signal cascade
linolenic acid
JA
SWRPs
Scheer, J.M. (2003) Plant physiology
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系統素（Systemin）
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細胞膜
細胞核
LeproHypSys
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prosystemin
systemin
lipid-base signal cascade
linolenic acid
JA
Trends in plant science 1999 Corne M. J.
SWRPs
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植物防禦之訊息傳遞
TRENDS in Plant Science Vol.10 No.7 July 2005
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植物面對病蟲害的防禦機制
致病菌
基礎防禦
蟲害
非致病菌
SAR
基礎防禦
(啃咬造成機
械性傷害)
ISR
ISR
HR反應
R-gene 防禦
系統素
全株性抗病
強化防禦力
全株性抗病
全株性抗病