植物抗病反应的信号识别与传导共19页
植物免疫调控与信号传导
植物免疫调控与信号传导随着人类的不断探索和研究，我们已经知道了很多有关植物的信息，但是还存在很多未知之谜。
这些未知之谜之一就是植物免疫系统的调控和信号传导。
植物免疫调控和信号传导，不仅帮助植物保护自身免受病原体的侵袭，还可能对未来的生产和食品安全有着重大的意义。
植物的免疫调控可以分为两类，一类是极端免疫反应，另一类是对病原体的温和免疫反应。
表面上看来，极端免疫反应似乎更为有效，因为它像是一种全面的进攻。
但是，这种进攻会对植物本身造成更大的伤害，而在对抗病原体时，温和免疫反应却更为明智。
温和免疫反应能够迅速发现病原体并干扰其生长，从而对病原体的扩散产生非常有效的控制作用。
植物免疫调控的发现得益于对植物雄性生殖细胞的研究。
植物的免疫系统是通过响应识别到的微生物分子（例如细菌的flagelline和细胞壁聚糖）而释放出的信号来工作的。
识别这些分子的受体是一些膜跨越的受体激酶，这些受体激酶会在微生物分子与其结合后激活。
这些激活的受体激酶会通过一系列反应激活其下游调节分子，最终导致免疫响应。
一个重要的调节分子是免疫响应激活酶（MAPK），它们可以在不同的情况下在细胞质和细胞核中发挥作用。
植物免疫系统中的信号传导是通过复杂的信号网络实现的。
这个过程非常类似于人体免疫系统中的信号传导。
就像天然免疫反应中的细胞间通信一样，植物细胞之间也会通过气味分子、信号分子、激素和信号蛋白相互作用，从而使植物细胞更好地协调免疫响应。
在免疫响应过程中，植物会释放出钙（Ca2+），这一过程是非常显著的。
钙离子被认为是在植物免疫反应中识别到微生物分子后引起细胞中的重要信号分子。
另外，植物激素也对免疫响应产生重要影响。
比如，茉莉酸（JA）是一种激素，它与水杨酸（SA）和乙烯（ET）一起，往往被认为在植物免疫反应中起到非常关键的作用，并对免疫反应的强度调节产生作用。
然而，在研究植物免疫调控时也存在一些问题。
首先，植物的免疫响应是非常广泛和复杂的，这使得研究人员很难准确地定位和分析响应中的不同因素。
植物抗病分子机制及信号转导
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物品种资源,4:33-34 16.盛宝钦, 段霞瑜. 1991. 对记载小麦成株白粉病 “0—9 级法” 的改进. 北京农业科
对于植物来说 SA的主要作用之一就是参与植物对病原的防御反应，将病害和创
伤信号传递到植物的其他部分引起系统获得性抗性。现已发现，SA 能诱导多种植物对病毒、真菌及细菌病害产生抗性。SA是植物产生 HR（过敏性坏死反应 Hypersensitive response）和 SAR（系统获得 抗性Systemic acquired resistance）必不可少的条件。
四、小麦白粉病的抗病分 子机制及信号转导
小麦白粉病
小麦白粉病是世界性小麦主要病害，在各主要产麦国 均有发生。
在我国小麦主产区，小麦白粉病是北部冬麦区和黄淮 冬麦区的首要病害；在长江中下游和西南麦区，白粉病的 发生及危害也仅次于小麦赤霉病或小麦条锈病。近年来， 随着小麦矮秆品种的推广、水肥条件的改善，以及各大麦 区主栽品种中小麦白粉病抗源利用单一等因素，导致小麦 白粉病的发病面积和危害程度一直维持在一个较高的水平。
植物的病原物识别和抗病免疫机制
抗病基因通过编码抗菌 蛋白、酶类等物质，抑 制病原物的生长和繁殖， 从而保护植物免受侵害。
抗病基因的发现和利用对 于培育抗病作物品种、保 障农业生产具有重要意义。
抗病基因的表达模式
抗病基因的激 活：病原物识 别和信号传递
抗病基因的表 达：转录和翻 译水平上的调 控
0 3
农业可持续发 展：通过抗病 基因的应用， 提高农作物的 产量和品质， 促进农业可持 续发展。
0 4
05
抗病基因的转基因育种
抗病基因转化方法
农杆菌转化法：将目的基因插入农杆菌的Ti质粒上，通过农杆菌的感染将目 的基因导入植物细胞中
基因枪法：利用高速运动的微小金粒将带有目的基因的DNA片段带入植物 细胞中，实现基因转移
抗病基因的表达模式：研究抗病 基因在不同植物、不同环境下的 表达模式，了解其在抗病过程中 的作用。
抗病基因的克隆和鉴定：通过分 子生物学技术，克隆和鉴定抗病 基因，为抗病基因的功能分析提 供基础。
抗病基因的互作网络：分析抗病 基因与其他基因的互作关系，揭 示抗病基因在植物抗病免疫机制
中的作用。
抗病基因的进化与变异：研究抗 病基因的进化历程和变异情况，
识别受体
植物细胞表面的模式识别受体 识别病原菌的微生物相关分子 激活免疫反应和防御反应 在抗病免疫机制中发挥重要作用
识别后的反应
植物产生抗病蛋白
产生抗菌物质
激活抗病基因 诱导植物免疫反应
03
抗病免疫机制
抗病基因的作用
抗病基因是植物体内天 然存在的基因，能够识 别病原物的分子模式，
启动抗病免疫反应。
转化植株的安全性评估
植物的免疫信号和抗病抗虫策略
利用植物免疫信号提高作物的抗病抗虫性
植物免疫信号的发 现和研究进展
利用植物免疫信号 提高抗病抗虫性的 原理
实际应用案例及效 果
未来研究方向和展 望
植物免疫信号和抗病抗虫策略在农业上的应用前景
提高植物抗病抗虫能力： 通过调节植物免疫信号 和抗病抗虫策略，可以 增强植物对病虫害的抵 抗力，减少农药使用和 农产品损失。
这些应用有助于减少化学农 药的使用，降低对环境和人 体的危害，促进生态平衡。
通过合理的植物免疫信号和抗 病抗虫策略的应用，可以提高 植物的抗逆性，使其更好地适
应环境变化。
植物免疫信号和抗病抗虫策略 的应用可以保护植物免受病菌 和害虫的侵害，维持植物的健 康成长。
在农业生产中，植物免疫信号 和抗病抗虫策略的应用有助于 提高农作物的产量和质量，保
植物激素：植 物体内产生的 信号分子，通 过扩散作用传 递信息
0 1
植物细胞间的 信号传递：通 过胞间连丝或 细胞间突触传 递信号
0 2
植物与环境间 的信号传递： 植物通过感受 器接收外界刺 激，产生信号 分子传递给其 他细胞
0 3
植物体内的信 号转导：信号 分子与受体结 合后，通过一 系列的信号转 导途径，最终 引起生理反应
植物的免疫信号和抗 病抗虫策略
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目录 /目录
01
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02
植物免疫信号 的传递
03
植物的抗病抗 虫策略
04
植物免疫信号 和抗病抗虫策 略的应用
05
植物免疫信号 和抗病抗虫策 略的研究进展
01 添加章节标题
《植物的抗病性》课件
通过不同品种间的杂交，将抗病性基因组合到同 一植株上。
系统育种
根据植物生长特性、抗病性等性状，进行分类和 选择育种。
分子育种方法
01
02
03
分子标记辅助选择
利用分子标记技术，定位 和选择抗病性基因。
转录组学
研究植物在抗病过程中的 基因表达变化，筛选关键 基因。
蛋白质组学
研究植物抗病性相关的蛋 白质表达和功能。
3
转录因子调控
利用转录因子调控植物基因的表达，增强抗病性 。
05
植物抗病性的应用与 前景
抗病性在农业生产中的应用
抗病性品种的选育
通过选育具有抗病性强的植物品种，减少农药使用，降低生产成本，提高农作物产量。
生物农药的开发
利用具有抗病性的微生物或其代谢产物，开发新型生物农药，替代化学农药，保护生态 环境。
信号转导
植物在受到病菌侵害时，会产生信号分子，如水杨酸、乙烯等，传递信息，启动 防御反应。
防御基因表达
植物在受到病菌侵害时，会表达某些防御基因，合成抗病蛋白、酶等，增强自身 的抗病能力。
03
植物抗病性的遗传基 础
基因型与抗病性的关系
抗病基因型
植物中存在抗病基因型，这些基因型能够抵抗病原菌的侵染 ，保护植物不受病害影响。
VS
抗菌物质的提取
从具有抗病性的植物中提取抗菌物质，用 于防治植物病害，提高植物的抗病能力。
植物抗病性的未来发展前景
基因编辑技术的应用
利用基因编辑技术，定向改造植物的抗病性状，培育出具有更强抗病性的新品种。
跨学科合作研究
加强植物学、生物学、化学等学科之间的合作研究，深入挖掘植物抗病的分子机制和遗传基础，为抗病性育种提 供理论支持。
植物的抗病性ppt
③角质层中某些成分对真菌孢子有抑制作 用
④对于直接侵入的病原菌来说，角质层、 腊质层越厚，抗侵入能力越强。
（2）植物表皮层细胞壁发生 钙化作用或硅化作用。
对病原菌果胶水解作用有较强 的抵抗力，能减少侵入。 如叶表皮硅化程度高的水稻品种 能抵抗稻瘟病和胡麻叶斑病。
关于抗病性重点有以下几点：
2、抗病性是植物普遍存在的、相对的 性状，所有植物都具有不同程度的抗 病性,植物对病原物侵染的反应：
(1)免疫（immune）： (2)抗病（resistance）： (3)感病（susceptible）：。 (4)耐病（disease tolerance）：寄主植物发病
植物受病原物侵染后，
要发生一系列具有共同特点的 生理变化，植物细胞的细胞膜 透性改变和电解质渗漏是侵染 初期重要的生理病变，继而出 现的是下列一些生理变化。
一、呼吸作用：
植物受病原物侵染后一个重要的早 期反应是：呼吸强度提高。各类病 原物都可以引起病植物呼吸作用的 明显增强。
病植物呼吸作用的增强主要发生在 病原物定植的组织及其邻近部位。 （实例见教材）
2、植物根部和叶部可分泌出多种 物质，如酚类物质、氰化物、有 机酸、氨基酸等。 这些物质起两方面的作用： ①抑制病原菌孢子萌发（或延迟 萌发） ②刺激拮抗微生物活动或作为拮 抗微生物的营养源，使拮抗微生 物与病原物竞争。
3、植物体内的某些酸类、丹宁 和蛋白质是病原菌产生的水解 酶的抑制剂，与抗病性有关， 这些物质使病原菌产生的对植 物有害的水解酶受抑制，从而 减缓或阻止病程发展。
四、酚类物质和相关酶：
（1）酚类物质及其氧化物-醌 的积累是植物对病原菌侵染和 损伤的非专化性反应。
植物的抗病性ppt课件
病原微生物对作物的伤害
• 一：水分平衡失调 • 作物染病后，首先表现为水平衡失调，许多作物
的病害常常以萎蔫或猝倒为特征，水分平衡失调 的原因有1：有些病原微生物破坏根部，使植物吸 水能力下降 2：维管束被堵塞，水分向上运输中 断，有些是细菌或真菌本身堵塞茎部，有些是微 生物或作物产生胶质或黏液沉积在导管，有些是 导管形成胼胝体而使导管不通 3：蒸腾加强，因 为病原微生物破坏作物的结构，透性加大，散失 水分就快。
二：促进组织坏死
有些病原真菌只能寄生在活的细胞里，在死细 胞里不能生存。抗病品种细胞与这类病原菌接触 后，会形成广谱的防御以抵抗病原体侵入。一个 普通的防御是过敏响应（hypersensitive response），夺去受侵染附近细胞的养料，使病 原体得不到合适的环境而死亡。病害就被局限于 某个范围而不能发展。因此，组织坏死是一个保 护性反应。除此之外，在过敏响应之前，在受侵 染细胞附近，时常产生活性氧，包括O-2•，H2O2 和·OH。质膜上的依赖NADPH氧化酶会产生O-2•， 然后转变为·OH和 H2O2，·OH基是最强的氧化剂， 能启动一些有机分子自由基链反应，导致脂类过 氧作用，酶钝化和核酸降解。因此，活性氧作为 过敏反应一部分使细胞死亡或直接杀死病原体。
• 部分小麦出现萎蔫 部分油菜出现萎蔫
四：生长的改变
• 某些病害症状（如形成肿瘤、偏上生长、生长速 率猛增等）与植物激素含量增多有关。组织在染 病过程中，同时大量形成各种植物激素，其中以 吲哚乙酸是最突出。试验证明，锈病能提高小麦 植株吲哚乙酸含量，而小麦的抗锈特性与组织中 较高的吲哚乙酸氧化酶活性有关，这种酶能氧化 分解吲哚乙酸，所以，这种酶活性高，就能使染 病组织的吲哚乙酸水平下降。有些病害的病征是 赤霉素代谢异常所致，例如，小麦丛矮病是由于 病毒侵染使小麦植株赤霉素含量下降，植株矮化， 喷施赤霉素即可得到改善。水稻恶苗病就是由于 感染赤霉菌，使植株徒长。
植物信号转导路径及其在抗病中的应用
植物信号转导路径及其在抗病中的应用植物作为一类无法逃避外界环境变化的生物，需要对于环境变化作出相应的反应。
植物的生长和发育、光合作用和免疫反应等过程都离不开信号传导。
在这些过程中，植物通过一系列的信号转导路径，将外界信息转导成细胞内信号，进而调节基因表达和细胞代谢。
其中，植物免疫反应的信号转导路径，是保护植物不受病原体入侵的重要方式。
一、植物免疫反应的信号转导路径植物免疫反应分为两个阶段：PAMPs-PRRs（pathogen-associated molecular patterns - pattern recognition receptors）和ETI （effector-triggered immunity）。
PAMPs-PRRs是一种非特异性抗病反应，是植物通过识别病原体特征群体（PAMPs），例如细菌脂多糖、真菌低分子量物质、病毒外壳蛋白等，来启动免疫反应。
PRRs就是一类能够识别PAMPs的受体蛋白，激活后通过一系列的STKs（serine/threonine kinases）和MAPKs（mitogen-activated protein kinases）信号转导，促使细胞出现各种抗病反应，如生成激素、产生氧化物、调节基因表达等。
其中，一个重要的PRR是LPS2（lipopolysaccharide-induced protein2），它主要识别棉铃虫毒素（Spodoptera littoralis oral secretion2，简称SOLt），能启动融合蛋白的积累，使其合成NADPH氧化酶，并产生大量ROS（reactive oxygen species），这些信号分子可导致植物迅速响应抗病。
ETI是一种针对抗原特异性的保护机制，是植物通过识别病原体引起的特异蛋白，如外分泌蛋白、类型Ⅲ分泌系统的效应蛋白等，启动的一种强烈的免疫反应。
这种免疫反应的特点是：与PAMPs-PRRs不同，它特异性激活蛋白酶C（protein kinase C）、十字花科甙（cruciferin）和PERK多激酶（protein kinase PERK），并通过特定的信号通路来表达，触发不同的转录和翻译修饰等事件，引发细胞凋亡。
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28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林斯 潘。
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿