生理與分子病理實驗室

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(1)、植物防禦反應之機制探討及應用

植物與病原菌之交互作用,主要可分為親和性及不親和性反應,前者常導致植物罹病,後者則誘發植物防禦反應的進行,在此過程中,由植物與病原微生物相互接觸認知起始,植物細胞經誘發產生防禦信號傳遞至細胞核,刺激細胞核內基因對應生合成防禦物質,終而導致抗病作用。過敏性反應常被視為典型的主動防禦反應 (active defense),過敏性反應機制的闡明將可使吾人對於植物抗病反應的啟動及作用原理有較為清楚的認識;如何經由病蟲害管理措施誘引植物產生防禦反應 (induced resistance) 更是目前各先進國家盡全力開發的農業生物技術,藉由生物或非生物因子誘引植物產生防禦反應,達到病害防治效果,亦是本研究室在抗病性應用開發上之工作重點。

本研究室在抗病性研究上,主要利用煙草及蕃茄等茄科植物植株及細胞培養懸浮液與青枯病菌 (Pseudomonas solanacearum) 之交互作用,做為模式系統,探討植物防禦反應之分子生物學基礎,此外也利用茄科細菌性斑點病 (Xanthomonas campestris pv. vescatoria)、水稻白葉枯病 (X. campestris pv. oryzae)、菸草白星病 (Cercospora nicotianae) 等本省常見重要病害作為植物誘導抗病性之機制探討與應用性開發之材料。探討的層面涵蓋組織學、生理學及分子生物學等範疇;主要工作內容包括配合免疫學 (Immunology)、電子顯微鏡檢視 (Electron-microscopy)、高效液體層析 (High Performance Liquid Chromatography)、螢光光譜分析 (Spectrofluorometry)、分光光譜分析 (Spectrophotometry)、電泳 (Electrophoresis)、核酸轉漬雜合技術 (blotting and hybridization)、電子順磁共振分析 (Electron Paramagnetic Resonance)及基因選殖 (gene cloning) 等技術,以暸解寄主植物與病原微生物交互作用過程中,寄主植物離子移動現象 (ion flux)、氧自由基產生 (Production of free radicals)、氧化還原酵素之變動 (dynamic of redox enzymes)、防禦物質及酵素的產生 (prodution of defense materials)、訊號傳遞過程 (signal transduction)等生理生物改變在抗病性反應中可能扮演之角色。重要成果方面,甫近本研究室已證實在動物系統具有多項功能的一氧化氮 (Nitric oxide) 自由基在植物防禦反應中扮演重要的角色,除已完成有關生理、生化特性的釐清,目前正積極進行一氧化氮自由基生合成酵素 (Nitric Oxide Synthase; NOS) 純化及NOS基因選殖等工作。另外,有關誘導抗病性的應用發展,本研究室在水揚酸等自然產物 (natural products)誘導植物抗病性的應用性,亦有突破性的發現,溫室及田間試驗已證實煙草赤星病、白星病,蕃茄細菌性斑點病等均可經由抗病性的誘發而獲得控制,此些作用相關機制的進一步闡明是目前本研究室正積極探討的方向。

(2)、植物保護生物製劑之研發

植物保護現代化已是目前農業發展刻不緩求的課題,高密度集約式的耕作方式及本省高溫高濕的氣候環境下,植物病蟲害的有效控制是維繫農作物產量與品質的重要關鍵,然而隨著科技的進步及人類生活水平的日益提高,社會大眾對環境保育及人畜安全的要求也日益嚴苛;人們不但要吃的好也要吃的安全,對於利用化學藥劑防治之作物屢有排斥行為,因此研發安全性高的生物性植物保護製劑,為植物保護所迫切需求。

本研究室在生物製劑商品化適量產方面既有的設備包括由1公升到200公升之各型液體發酵槽、冷凍乾燥設備、乳化設備、無菌無塵操作設備等,固體發酵量產設備亦在添置中。此些設備對我國農業生技產業高科技人力的培訓均已開始發揮應有的功能。現行研發工作重點主要朝(一)開發新病、蟲害生物防治用拮抗微生物、(二)、微生物量產與配方製劑技術及(三)微生物代謝物的開發利用等。此外,並與本系研究相關課題之其他教授,以及本校昆蟲系老師、農試所、各改良場相關研究人員密切合作,結合團隊之力量進行生物產製與應用技術開發工作,為求開發成功之成果能落實於生物技術產業之應用,本研究室近年來積極與產業界人士合作,在量產技術、劑型改良等領域,進行技術改良,以使研發出之微生物製劑符合農業經營實際所需。

(3)、重要植物病原菌檢測生物技術之研發

加入世界貿易組織,是我國經貿發展的既定政策,隨著貿易的自由化,農作物的進出口必將趨於頻繁,病蟲害的夾帶傳播勢將難以避免,為確保我國農業之永續發展,必須一方面有效的制止病蟲害媒傳入我國,另方面則避免我國農產品出口時面臨之檢疫問題,而此些檢、防疫工作的落實則端賴靈敏、準確、及便捷病原偵測技術的發展與應用。就重要植物病原之快速偵測應用,本研究室近年來以研發成功的生物技術包括台灣重要黑穗病菌偵測用血清探針、核酸探針,以及核醣體DNA (rDNA) 轉錄區間內 (Internal Transcribed Spacer; ITS) 序列之PCR偵測技術等。此些已建立之病原快速檢測技術,將來則可提供檢疫單位檢、防疫工作所需。另則亦可供病菌屬間親緣關係探討之重要依據。