植物疫苗课件

植物疫苗

------新型植物保护剂张王斌TelQ：147819874E-mail：zwbzky@163.com一、疫苗与人类健康1、人类第一个疫苗---天花控制（1）天花（Smallpox）是由天花病毒引起的一种烈性传染病，也是到目前为止，在世界范围被人类消灭的第一个传染病。（2）18世纪70年代，英国医生爱德华·琴纳发现了牛痘，人类终于能够抵御天花病毒。（3）牛痘（vaccinia，cowpox），是一种由牛痘病毒所引发的皮肤疾病，而该病毒是天花病毒的近亲。该病会透过与牛只的接触而传染给人类，患者会出现红疹。

18世纪后，牛痘病毒用作免疫接种以预防高传染性的天花，也是免疫接种的首度成功案例。2、现代人类需要接种的疫苗疫苗（vaccine）分为两类。第一类疫苗，是指政府免费向公民提供，公民应当依照政府的规定受种的疫苗，包括国家免疫规划确定的疫苗，省、自治区、直辖市人民政府在执行国家免疫规划时增加的疫苗，以及县级以上人民政府或者其卫生主管部门组织的应急接种或者群体性预防接种所使用的疫苗；第二类疫苗，是指由公民自费并且自愿受种的其他疫苗。

国家规定强免（强制免疫）的疫苗是必须打的，即强制免疫的，也是免费的，小孩日后入托、入学甚至出国都要凭打过的接种证办理的。以下是规定强免的疫苗（2006年3月1日执行）：

出生时：乙肝疫苗（第一次）、卡介苗

1月龄：乙肝疫苗（第二次）

2月龄：脊髓灰质炎疫苗（第一次）

3月龄：脊髓灰质炎疫苗（第二次）、百白破（第一次）

4月龄：脊髓灰质炎疫苗（第三次）、百白破（第二次）

5月龄：百白破（第三次）

6月龄：乙肝疫苗（第三次）、A群流脑疫苗（第一次）

8月龄：麻疹疫苗（第一次）、乙脑疫苗（非活第一、二次）

9月龄：A群流脑疫苗（第二次）

18月龄：百白破（第四次）、麻疹疫苗（第二次）

2岁：乙脑疫苗（非活第三次）、（减活第二次）

3岁：A群流脑疫苗（第三次）

4岁：脊髓灰质炎疫苗（第四次）

6岁：乙脑疫苗、A群流脑疫苗（第四次）、

精白破（第一次）

16岁：精白破（第二次）

还有一些疫苗不属于强免范围，如麻腮风、风疹、腮腺炎、肺炎、水痘等，都要收费的，可自愿选择打或不打。记住一点,凡是收费的疫苗都需要家长签名认可,方可接种。

2011年9月，英国研究人员移除艾滋病毒外套膜内的胆固醇后，发现病毒会失去攻击人体免疫系统的能力，人员估计可依循此方向，研究能预防病毒的疫苗。

2013年5月，香港大学研究出一种新型疫苗，成功令带有艾滋病的小老鼠产生大量及有效针对艾滋病病毒的CD8+T细胞。预计最快于5年后进行人体测试。

2014年3月，著名华裔艾滋病研究专家何大一，在最新一期《科学》杂志刊登的研究指出，其医学团队研发一种新的注射药物，预计2015年获得新药的安全数据，并计划于高危人士中展开类似临床研究。（2）近年来人类最新流行病

SARS即重症急性呼吸综合征：2003年4月16日，世界卫生组织根据包括中国内地和香港地区，加拿大、美国在内的11个国家和地区的13个实验室通力合作研究的结果，宣布重症急性呼吸综合征的病因是一种新型的冠状病毒，称为SARS冠状病毒。

禽流感，即人感染禽流感：截止到2013年3月，全球共报告了人感染高致病性H5N1禽流感622例，其中死亡了371例。病例分布于15个国家，其中，我国发现了45例，死亡30例。2013年3月，我国首次发现人感染H7N9禽流感病例。4、人类目前利用疫苗的种类二、植物免疫与植物疫苗1、植物免疫（1）植物没有因为病原菌存在而灭绝；（2）植物免疫抗性可被自然界多种诱导因子激活；（3）1933年，kuc提出“植物免疫”概念；（4）植物免疫的系统获得抗性；SAR（系统获得抗性,产生防御蛋白（PR））ISR（诱导系统抗性，过氧化酶（POD）有关）2、激发子（1）除病源物外，能够诱导植物产生植保素的生物和非生物的有抗性因子。激发子的作用是使植物能感知病原侵袭信号，并进行信号转导，作出一系列的防御反应，从而获得对病原菌的抗性。（Hahn，1996；Griffin，1996.）激发子是能诱导植物任何防卫反应的分子,在原生质膜上存在着其特异高度亲合的蛋白质受体。激发子通过信号识别、信号转导和防卫基因表达调控三个环节诱导植物产生抗病性。（2）激发子的种类非生物激发子（abioticelicitor）和生物激发子（bioticelicitor）

非生物激发子（abioticelicitor）：生物激发子（bioticelicitor）

非生物激发子（abioticelicitor）：

化学物质：乙烯、水杨酸（SA）、茉莉酸（JA）、茉莉酸甲酯（MeJA）、合成肽和高浓度的盐；物理因子：如机械损伤、电磁处理、冷热处理、X射线和紫外线也可诱导植物产生抗病性。如黄瓜幼苗在50℃下热处理40s可获得对黄瓜芽枝霉(Cladosporiumcucumer-inum)的抗性。

生物激发子（bioticelicitor）：

根椐激发子的来源可以将激发子分为来源于植物的内源激发子（endogenouselicitor）与由病原物或者其它微生物产生外源激发子（exogenouselicitor）。外源激发子：糖蛋白类激发子、多肽类激发子、寡糖类激发子、脂类激发子、其他类型激发子（毒素）等。病毒的外壳蛋白，复制酶也起到激发子的作用，如TMV外壳蛋白与复制酶，PVX外壳蛋白都能诱导带N基因的烟草，带Rx基因的马铃薯产生抗病反应。植物与病原菌中分泌的水解酶(如果胶酶，纤维素酶类)水解植物细胞壁所产生的寡糖类物质也可以作为激发子诱导植物的反应。昆虫与植物相互作用关系中提出的昆虫类激发子,昆虫取食不同于一般的机械伤害，昆虫取食过程中会产生一类特殊的多肽类物质，这种多肽类特质会诱导植物防卫反应，所以现在把这种多肽作为一类激发子。人工合成的化学物质类也可以诱发植物的防卫，其中多聚腺苷酸，乙酰水杨酸，2-氯乙烯磷酸是较早地用于诱导烟草对ＴＭＶ的抗性反应。一些重金属离子，高浓度的盐离子也可以一定程度地诱导植物的防卫反应。机械损伤、电磁处理，冷热处理、Ｘ射线、紫外线、失重都可以诱导植物抗病性或抗性相关基因的转录。例如黄瓜幼苗在50°C下热处理40s就可以获得对黄瓜芽枝霉(Cladosporiumcucumerium)的抗性。（3）激发子诱导植物抗性物质的代谢基础木质素（Lignin）是一种广泛存在于植物体中的无定形的、分子结构中含有氧代苯丙醇或其衍生物结构单元的芳香性高聚物。植物的木质部（一种负责运水和矿物质的构造）含有大量木质素，使木质部维持极高的硬度以承拓整株植物的重量。植保素：植保素（phytoalexin，简称PA，又称为植物防御素或者植物抗毒素）是植物受病原微生物侵害时自身产生的一类起防卫作用的化合物。一般无毒病原菌能诱导植保素合成，并且多数情况下是以植物的次生代谢产物为前体经过甲基化、两种不同化合物的耦联等一步或几步反应产生。现在研究鉴定的的植保素有二百多种，在十七种植物中都发现有植保素的存在。主要的植保素有以下两类：类萜类植保素和类黄酮类植保素活性氧：环境胁迫使植物细胞中积累大量的活性氧。从而导致蛋白质、膜脂、DNA及其它细胞组分的严重损伤。植物体内有效清除活性氧的保护机制分为酶促和非酶促两类酶促脱毒系统包括超氧化物歧化酶(SOD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、

过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)

等。非酶类抗氧化剂包括抗坏血酸

、谷胱甘肽、甘露醇和类黄酮。利用基因工程策略增加这些物质在植物体内的含量，从而获得耐逆转基因植物。病程相关蛋白：（PRs）在植物抗病反应过程中起着重要的作用，是植物抗病领域研究的热点之一。PR蛋白相对分子质量一般为10~40kD，为单体，稳定性较强，大部分PR蛋白能抵抗糖苷酶、蛋白酶、尿素、重金属、高温（60℃）和低pH值；同类型PR蛋白在不同植物中不但在物理和化学性质上相似，而且在氨基酸组成、分子结构和血清反应等方面也相似。2、植物疫苗（1）能够诱导植物产生抗性的物质--植物疫苗；（2）田波（1985）提出植物疫苗的概念；田波等根据卫星RNA是CMV的分子寄生物的原理，首先利用卫星RNA组建了CMV的生防制剂CMV-S52，经多年田间试验，证明对烟草、番茄、甜椒、瓜类等作物CMV病害有明显防治效果。3、植物疫苗的分类（1）弱毒、无毒株系疫苗；（2）活菌疫苗：如枯草芽孢杆菌、木霉菌疫苗等（3）蛋白类疫苗：如激活蛋白、病毒衣壳蛋白、多肽疫苗；（4）寡糖疫苗：如壳寡糖和寡糖疫苗；（5）小分子及其代谢物疫苗：如脱落酸、病毒卫星RNA疫苗；（6）转基因植物疫苗：抗病虫害、逆境转基因植物。

三、新型植物疫苗研发与应用

1、国内外研究概况（1）1968年,Cruickshank和Perrin从丛梗孢菌(Moniliniafructicola)菌丝体中分离到的一种多肽,能诱导菜豆内果皮形成和积累菜豆素,这是第一个已报道的真菌激发子。（一）蛋白激发子抗病疫苗

（2）1992年，美国康奈尔大学Beer实验室研究最新成果---过敏蛋白及其基因在《scince》发表，标志着蛋白激发子及过敏蛋白杀菌剂开发受到关注。

（3）邱德文于2000年从植物病原真菌中提取获得一类新类型蛋白,它能通过与植物表面受体蛋白的互作,诱导植物的信号传导,启动植物体内一系列代谢反应,激活植物自身生长系统、防卫系统,从而使植物产生对病虫害的抗性,促进生长。（4）迄今为止，在植物一病原菌互作系统中已发现了许多蛋白和多肽类激发子，目前发现的蛋白类激发子根据来源与特性主要有：Harpin蛋白、隐地蛋白（Elicitin）和激活蛋白（Activator）。（5）激活蛋白：是从葡萄孢菌（Botrytis）、交链孢菌（Alternaria）、黄曲霉菌（Asporgillus）、稻瘟菌（Pyrcularia）、青霉菌（Penicillium）、纹枯病菌（Rhizoctoniasolani）、木霉菌（Trichoderma）、镰刀菌（Fusarium）等多种真菌中筛选、分离、纯化出的一类新型蛋白。其氨基酸和核酸序列不同于过敏蛋白和隐地蛋白，将此蛋白命名为真菌激活蛋白。这类蛋白不激发烟草植株的过敏反应这一点与过敏蛋白和隐地蛋白不同。（5）激活蛋白：是从葡萄孢菌（Botrytis）、交链孢菌（Alternaria）、黄曲霉菌（Asporgillus）、稻瘟菌（Pyrcularia）、青霉菌（Penicillium）、纹枯病菌（Rhizoctoniasolani）、木霉菌（Trichoderma）、镰刀菌（Fusarium）等多种真菌中筛选、分离、纯化出的一类新型蛋白。其氨基酸和核酸序列不同于过敏蛋白和隐地蛋白，将此蛋白命名为真菌激活蛋白。这类蛋白不激发烟草植株的过敏反应这一点与过敏蛋白和隐地蛋白不同。（6）激活蛋白作用机理

促进植物根系生长，提高土壤肥料利用率；

促进细胞伸长和分裂、增加产量、改善果实发育、提高品质；

促进花粉受精，提高座果率和结实率；

提高叶绿素含量，增强光合作用；

改善植物生理代谢作用，增强抗病防虫等抗逆性能。

（二）寡糖植物疫苗（1）发现自然界中，当植物受到外界生物或非生物胁迫时，细胞壁起到第一层防御的作用，而植物细胞壁中富含纤维素、半纤维素和果胶类等多糖，构成这些多糖的单糖单元主要有β-D-葡萄糖、半乳糖醛酸、甘露糖、阿拉伯糖等；与此同时，某些病原菌的细胞壁上也含有几丁质、壳聚糖等多糖，在病原菌与植物互作过程中，一系列糖基水解酶活力被激发，将病原菌与植物细胞壁上的多糖降解为寡糖片段，而极微量的寡糖就可以激发植物产生有效的抗病反应。（2）应用历史

在实际农业生产中，糖类物质的应用也具有悠久历史，如法国沿海地区的农民将虾蟹壳粉末(含几丁聚糖、壳聚糖)、海带粉末(含葡聚糖)直接施用于田间防治病害已有千余年的传统。但直到20世纪70年代，尤其是1985年寡糖素(Oligosaccharins)概念提出后，糖类物质在植物保护方面的研究才为人们所重视。（3）糖链植物疫苗

(carbohydrate-basedplantdiseasevaccines,CPDVs)将这类可以增敏激活植物免疫系统，具有预防植物病害功能的糖类物质定义为CPDVs糖链植物疫苗。虽然针对CPDVs的研究从20世纪80年代以来大量增多，但如上所述，目前仍以应用研究为主，对CPDVs在植物中的作用机制仍不明了。结合实验与文献报道，分析认为其作用机制大致由以下几步组成：信号识别；信号转导与放大；调控防卫相关基因、激活相关蛋白活性；抗性次生代谢产物积累从而诱导抗性反应产生。（3）寡糖疫苗种类

真菌细胞壁多糖及甲壳动物几丁质和壳聚糖是甲壳动物壳的主要成分，也是许多真菌细胞壁的组成成分。

植物细胞壁多糖

细菌产生胞外多糖激发子---脂多糖

④植物及真菌糖蛋白--肽寡糖

壳聚糖(Chitosan,简写CTS)是一种高分子阳离子多聚物，是甲壳素脱去部分乙酰基的氨基多糖。甲壳素(chitin)又称几丁质、甲壳质、壳多糖，在自然界中广泛分布于海洋节肢动物(如虾、蟹等)的外壳及一些低等动植物(如真菌、昆虫、藻类等)的细胞壁中，是自然界中仅次于纤维素的第二大天然聚合物，亦是地球上除蛋白质外数量最大的含氮天然有机化合物。估计每年自然界生物合成的甲壳素达100×108t（蒋挺大,1995），是人类取之不尽用之不竭的巨大再生资源宝库。

壳寡糖（Oligochitosan或Chitooligosaccharides）是壳聚糖降解得到的聚合度为2-20的水溶性低聚糖，分子量一般低于5000Da，具有抑菌、诱导植物抗性、抗肿瘤和免疫调节等多种生物学活性，是目前壳聚糖开发利用的热点之一壳寡糖具有良好的水溶性，且可生物降解，对人畜无毒，其抑菌活性在植物病害防治、食品防腐以及医疗等方面具有广阔的应用前景。

（二）逆境抗灾疫苗--ABA（脱落酸）脱落酸（AbscisicAcid,缩写为ABA)是植物五大天然生长调节剂之一。单纯的天然活性脱落酸（+)-ABA的生产成本极高，售价高达230.9美元/毫克（Sigma)。由于昂贵的价格和活性上的差异，脱落酸一直未被广泛应用于农业生产，各国科学家都在寻找天然型脱落酸廉价生产的方法。脱落酸与干旱胁迫干旱胁迫是农业生产中最常见的自然灾害之一，在众多的自然灾害中占首位，其对农业生产的危害极其严重。早期关于脱落酸与植物抗旱性研究表明，渗透胁迫可诱导细胞合成脱落酸，脱落酸的积累与植物品种间抗旱性强弱有关，因此，把脱落酸的含量作为抗旱性鉴定的指标之一。脱落酸与低温胁迫温度是限制植物生长的主要因素之一，对植物的生长发育具有重要的作用。温度过低，会影响植物的生长，低于生物学温度甚至会造成植物的死亡。许多研究表明，在低温胁迫时，脱落酸可以通过促进水分从根系向叶片的输送提高细胞膜的通透性，并且能迅速关闭气孔以减少水分的损失；脱落酸可诱导植物渗透调剂物质脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量增高以增加细胞膜的稳定性；脱落酸能够提高植物体内保护酶的活性，降低膜脂过氧化程度，保护膜结构的完整性，增强植物抗低温能力。

脱落酸与高温胁迫

高温胁迫引起细胞内活性氧的大量积累，引起蛋白质变性与凝聚酶活力下降和膜脂的过氧化，最终导致细胞膜结构的破坏光合速率的下降以及农作物减产。

脱落酸对植物胚胎发育种子休眠果实成熟逆境胁迫适应气孔运动以及基因表达等许多方面具有重要的调节作用外源ABA可以明显减少高温胁迫下芦苇相对电导率和MDA含量的升高，减轻高温胁迫造成的氧化损伤。

脱落酸与盐胁迫

许多研究显示，ABA能够提高植物对盐胁迫的抗性，缓解盐分过多造成的渗透胁迫和离子胁迫，维持水分平衡，保持细胞膜结构的完整性，从而减轻植物的盐害。盐胁迫下，脱落酸可诱导植物渗透调剂物质脯氨酸大量积累，维持细胞膜结构的稳定性，提高保护性酶的活性。

脱落酸在农业上的应用还存在以下的问题：

脱落酸是强光分解化合物，田间施用时，遇强光分解降低药性，这可能是制约脱落酸在农业上应用的瓶颈；

脱落酸作为植物激素，参与植物的多种生理活动，因此，使用脱落酸为主成分的化学制剂开发时应注意与其他物质的合理配制，以防止制剂互作对作物产生伤害；

各种作物体内的发育各时期的脱落酸含量不同，不同作物对脱落酸的需求也不相同，如何解决这个问题也是今后研究的方向。

（四）聚γ-谷氨酸疫苗（1）γ-聚谷氨酸的由来纳豆是一种日本人经常食