作者:陳任芳  副研究員/電話:(03)852-1108轉390

前 言

植物體是否也有免疫功能? 如同動物和人類一樣也能產生抗體來抵抗病原菌呢?植物體中是否也存在與動物類似的免疫系統,直到最近幾年才獲得了確定的答案。其實,植物在長期演化過程中,已形成了許多可抵抗病原生物侵襲的能力和特性,植物由於沒有哺乳動物的移動防衛細胞和適應性免疫反應,必須依靠每一個細胞的先天免疫力以及由感染點發送信號至植物內各處來進行免疫。

早在100多年前,科學家就已經觀察到對植物接種致病性病原菌及一些病原菌產物可以使植物產生對相關病害抗性的現象,在病原菌入侵後植物會由被入侵部分發出信號傳播到其他未被感染的部分,通過這種信號傳達的方式來誘導整個植物體產生抗性,而達到抵抗病害的目的。因此,詳細了解植物免疫系統的複雜機制對防治病蟲害是非常重要,對於農業發展具有重大意義。

植物免疫模式

植物的第一道防線為厚厚的細胞壁,其外覆蓋一層表皮層,類似人類的皮膚,如果病原菌透過傷口方式穿透這一層屏障,植物細胞表面或內部的免疫反應接受器就可以被感應到。植物本身皆具有可抵禦大至物種間、小至病毒等生物體侵害的能力,植物在與病原菌在長期的鬥爭過程中,而進化出了自己獨特的免疫系統。當植物受到病原菌的攻擊時,葉子會向根部發現求救信號,根部接收到求救信號後也會立即作出反應,分泌出一種攜帶有益菌類的酸性物質解圍。而這些求信號可能是亞磷酸、水楊酸、茉莉酸、蘋果酸等,所有植物都可以合成,但是只能是在特殊的情況下或為了某種特殊目的。

植物抗病物質

植物抵禦生物侵害的方法很多,其中之一就是產生一系列具有多種功能的抗菌蛋白、酵素及化學物質等。自20世紀50年代以來,國內外學者研究發現某些微生物(根圈螢光細菌、枯草桿菌、芽孢桿菌、木黴菌或膠狀青黴菌、無病原性病原菌)或化學物質(水楊酸、茉莉花酸、亞磷酸、蘋果酸、抗菌胜肽(蛋白)、多糖或寡糖)能刺激植物啟動防禦系統,產生抗生物質對抗入侵的病原菌。

目前國內已被應用較多的抗病物質如下:

一、功能性微生物:

  1. 促進植物生長根棲微生物 (PGPM):聚集於植物根圈部位,能激發植物的免疫力,以抵抗植物病原的侵染,降低植物病害的之發病率或罹病程度。幫助作物養分吸收、促進生長、增加產量,此類菌種如固氮細菌、菌根菌、螢光細菌、鏈黴菌、枯草桿菌、木黴菌及促進植物生長根棲細菌(PGPR)群等。
  2. 有益微生物:可寄生於病原菌、產生抗生物質抑制病原生長,誘導植物產生系統性抗性,此類菌種如螢光細菌、鏈黴菌、枯草桿菌及木黴菌等。

二、甲殼素

甲殼素(Chitin,又名幾丁質、甲殼質或殼多糖)、甲聚醣(Chitosan,又名幾丁聚醣、殼胺醣,一個更水溶性的纖維質衍生物,也稱甲殼素),是一種由蝦、蟹、昆蟲等甲殼類或魔菇類所萃取的天然高分子物質,可作為活性信號分子,迅速激發植物的防衛反應,啟動防禦系統,具有促進植物根莖葉生長,刺激乙烯之生成及抵抗病害入侵的功效,間接達成防治病蟲害的效果,亦可作為有機肥料。甲殼素是鏈黴菌所喜愛的物質,可促進鏈黴菌繁殖,而達抑制病害效果。

三、亞磷酸

亞磷酸是植物體內普遍存在的一種小分子酚類物質,可啟動植物防禦系統加速植物抗禦素、酚化合物、或其他抗病物質的產生與量的累積。田間試驗顯示,亞磷酸對酪梨根腐病、柑橘疫病、葡萄露菌病、萵苣與十字花科露菌病的防治有良好的防治效果,目前已普遍被農民用於多種作物疫病與露菌病的田間防治。

植物與病原菌相互作用啟動防禦系統中產生的活性信號物質
植物與病原菌相互作用啟動防禦系統中產生的活性信號物質

應用植物免疫性開發生物源農藥

利用此類物質開發應用預防病蟲害,就如同人與動物施打預防針一樣,在特定病原菌入侵植物時,植物本身即可辨識受侵害而立即啟動防禦系統,產生抗生物質(通稱植物防禦素)與病原菌打仗;植物抗禦素對病原菌的菌絲生長與產孢具干擾與抑制作用,有直接保護寄主的功效,抵抗病原菌的入侵,時效常可達數週至一年之久。因為它的功能類似醫用和獸用的疫苗,在中國大陸即有植物疫苗之稱。植物疫苗就是利用植物自身具備的抗病蟲防禦能力,以無致病力病原菌或化學物質為主要原料來開發生物源農藥,應用於農作物生產,進而誘導和激發作物的免疫能力,達到抗病蟲害的目的,這些物質容易被土壤微生物迅速分解,且誘導植物所產生的抗性成分是植物代謝的正常物質,對人畜安全、無殘留,誘導的抗病性強、抗病持續時間長、長期多次使用亦不會造成病原菌產生抗藥性,同時有促進植物生長和提高品質功能,相較傳統化學農藥都是直接殺滅病原菌,使病原菌的抗藥性不斷增加,而植物自身的抗病機制卻逐漸削弱、鈍化、喪失。

結 語

應用植物免疫性所開發的生物源資材則是對環境友好、無污染、發展前景廣闊的新一類生物性農藥。然而免疫系統雖可為植物提供強而有力的保護,遠離病原菌的侵害,但這種抗病激發物質必須預先施用始能有效地誘發植物系統性抗病反應,同時必須要有一段植物被激發抗病的時間,才能達防病效果,且當免疫系統的作用對病原菌反應過度時,則有可能阻礙植物生長,對植物反而有危害,且不同抗病物質在不同植物上有程度不一的抗病能力,故須選擇適當的抗病物資適度使用,才可減少病害發生。

原文同步刊載於花蓮區農業改良場農業專訊82期全文pdf檔

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