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目录1

第1章　绪论 瓜谷郁三1

1.1　时代及研究趋势1

1.2　甘薯病理生物化学的创始1

1.3　另一类生物化学2

1.4　地球视野上的生物化学2

1.5　植物分子遗传学的发展3

参考文献4

2.1　对象植物5

第2章　对象植物与病害及伤害因子 瓜谷郁三5

2.2　对象病原体6

2.3　伤害及病害组织材料的调制7

参考文献7

第3章　甘薯发生伤害及病害时呼吸的增加8

3.1　甘薯发生病伤害时呼吸增加的状况、机制及作用 瓜谷郁三8

3.1.1　研究动机8

3.1.2　大组织片中呼吸的增加8

3.1.3　小组织片中呼吸的增加9

3.1.5　末端氧化酶的特异性10

3.1.4　无细胞系中呼吸的增加10

3.1.6　呼吸增加与氧化磷酸化11

3.1.7　呼吸增加时碳水化合物代谢中的各种酶及底物12

3.1.8　碳水化合物的消耗和呼吸及其与次生代谢间的数量关系13

3.1.9　呼吸增加与抗性反应16

3.2　病伤害甘薯中另一条氧化途径的发现、功能及生理作用 坂野胜启16

3.2.1　抗氰呼吸与另一条氧化途径16

3.2.2　电子向AOX途径分配的调节机制18

3.2.3　抗氰呼吸与环境因子的相关——推断的功能19

3.2.5　关于病伤害甘薯中抗氰呼吸生理作用的推论20

3.2.4　抗氰呼吸的新生理功能——对细胞质pH的调节20

参考文献21

第4章　甘薯伤害时线粒体等细胞器的诱导形成及其机制 旭正25

4.1　甘薯伤害时细胞器的诱导形成25

4.1.1　伤害组织中线粒体的诱导形成25

4.1.2　伤害组织中微体的诱导形成26

4.1.3　伤害组织中内质网的诱导形成26

4.2.2　细胞色素C氧化酶27

4.2.1　细胞内细胞器酶蛋白的研究27

4.1.4　伤害组织中细胞内结构的巨大变化27

4.2　甘薯细胞内细胞器的酶蛋白结构与基因27

4.2.3　F0-F1ATP酶29

4.2.4　过氧化氢酶30

4.3　高等植物细胞中细胞器形成的分子机制31

4.3.1　细胞器形成的分子机制要点31

4.3.2　线粒体形成的分子机制32

4.3.3　微体形成的分子机制33

4.4　高等植物细胞中细胞器形成的诱导机制33

参考文献34

第5章　甘薯贮藏蛋白质的结构、液泡区域化及病伤害时的变动36

5.1　SP-蛋白的结构及液泡区域化 中村研三36

5.1.1　SP-蛋白的多型性37

5.1.2　SP-蛋白前体的加工及向液泡的选择运输38

5.2　贮藏蛋白质在病伤害时向其他蛋白质的转变 瓜谷郁三40

5.2.1　病伤害组织中SP-蛋白向低分子蛋白质的转变41

参考文献42

5.2.2　SP-蛋白的酶活性42

第6章　甘薯病伤害时多酚类的生成与氧化44

6.1　研究动机 瓜谷郁三44

6.2　多酚类的分离及特性44

6.3　多酚类的生成、分解及转变46

6.3.1　多酚类的生成、分解及转变模式46

6.3.2　与多酚类生物合成有关的酶类及其合成途径46

6.3.3　多酚类的转变与氧化49

6.4.1　病伤害时多酚类生物合成研究的意义51

6.4　多酚类的生理、病理意义及作用51

6.4.2　多酚类的生理和病理作用52

6.5　甘薯伤害时苯丙氨酸解氨酶（PAL）的表达、调节及钝化因子的功能 田中喜之52

6.5.1　PAL52

6.5.2　伤害组织中PAL活性诱导52

6.5.3 PAL的酶学性质53

6.5.4 PAL基因55

6.5.5 PAL基因表达与调控56

6.6.1 绿原酸58

6.6.2 绿原酸研究小史58

6.6 伤害甘薯中另一条绿原酸生物合成途径 小岛峰雄58

6.6.3 组织切片的示踪实验59

6.6.4 绿原酸生物合成酶类的鉴定61

6.6.5 有机羧酸葡萄糖酯中间产物在植物次生代谢中的普遍性63

6.6.6 尚未解决的课题63

参考文献63

第7章 甘薯病伤害时香豆素类的生成 瓜谷郁三67

7.1 香豆素类的分离与特性67

7.2 香豆素类的生成与转变模式67

7.3 香豆素类生物合成的酶类与合成途径68

7.4 香豆素类的生理与病理作用69

参考文献69

第8章 甘薯病伤害时木质素的形成 瓜谷郁三70

8.1　病伤害时木质素形成的特性70

8.2　病态及伤害木质素的化学特性71

8.3　病态及伤害木质素的形成机理72

8.4　病态及伤害木质素的生理与病理作用73

参考文献73

9.1　研究动机 瓜谷郁三75

第9章　甘薯病伤害时植保素的生成及转化75

9.2　植保素的生成、转变及分布76

9.3　植保素的分离及特性77

9.3.1　有关甘薯酮的研究77

9.3.2　甘薯酮以外的成分研究78

9.4　植保素生物合成有关的酶类及合成途径79

9.4.1　从碳水化合物到细胞溶胶中乙酰CoA81

9.4.2　从乙酰CoA到法呢醇81

9.4.3　从法尼醇到类倍半萜类（植保素）82

9.5.1　植保素合成与激发子83

9.5　与植保素合成有关的激发子83

9.5.2　褐变细胞死亡和植保素合成84

9.6　植保素对病原菌和一般微生物的抑制作用85

9.6.1　对黑斑病菌及其他病原菌的抑制作用85

9.6.2　对酒精发酵的抑制作用85

9.7　植保素对动植物的作用85

9.7.1　对甘薯自身的抑制作用85

9.8.2　HMGR基因的转录调控86

9.8.1　HMGR在异戊二烯类化合物合成中的作用86

9.7.3　对哺乳动物的作用86

9.7.2　对昆虫的作用86

9.8　植保素合成的前阶段中HMG-CoA还原酶的活性调节 大羽和子86

9.8.3　HMGR基因的转录后调控87

9.8.4　利用HMGR的特异抗体研究HMGR活性诱导机制87

9.9　植保素合成的后阶段中P-450的代谢调控 藤田政之90

9.9.1　后阶段主要合成途径及相关酶类90

9.9.2　病伤害甘薯中P-450的生成及其性质92

9.9.3　高等植物中的P-45095

9.9.4　高等植物中P-450基因97

9.9.5　病伤害甘薯中P-450基因的研究方向99

参考文献101

第10章　甘薯病伤害时乙烯的生成106

10.1　甘薯病伤害时乙烯的生成 瓜谷郁三106

10.1.1　研究动机106

10.1.2　病伤害时乙烯生成的方式106

10.2　甘薯病伤害时的生理活性及防御反应与乙烯的关系107

10.2.1　生理活性与乙烯107

10.1.3　病菌的乙烯生成107

10.2.2　防御反应与乙烯109

10.3　植物中乙烯的生物合成 兵藤宏110

10.3.1　乙烯生物合成途径110

10.3.2　参与乙烯生物合成的酶类及其基因112

10.3.3　乙烯生物合成的调节113

10.3.4　乙烯的信息传递及代谢表达调控114

10.4　甘薯病害组织中乙烯生成的特异途径114

10.4.1　与细菌中ACC-ACC氧化酶途径不同的乙烯生成途径114

参考文献115

10.4.2　甘薯病害组织乙烯生成中不能用ACC-ACC氧化酶途径说明的诸性质115

第11章　甘薯对虫害的反应118

11.1　甘薯的害虫 瓜谷郁三118

11.1.1　甘薯小象甲118

11.1.2　甘薯象甲118

11.1.3　其他害虫119

11.2 自然条件下虫害甘薯中异常代谢成分的生成119

11.2.1　研究经历119

11.3.2　两种害虫幼虫为害甘薯的状况120

11.3.1　象甲的获得及饲育120

11.3.3　幼虫及成虫的抽提成分对异常代谢成分的诱导120

11.2.2　苦味成分的鉴定120

11.3　人工条件下虫害甘薯中异常代谢成分的诱导120

11.4　甘薯对虫害反应的机制 佐藤研二122

11.4.1　甘薯对害虫的引诱、产卵及摄食刺激122

11.4.2　甘薯对虫害的信号传递及异常代谢成分生成的分子机理124

11.4.3　甘薯异常代谢成分对害虫生理的影响124

11.5.2　害虫防治的现状125

11.5.3　害虫防治的展望125

11.5.1　害虫综合防治125

11.5　甘薯害虫防治的现状及展望125

参考文献127

第12章　植物对病伤害的应答及信息传递131

12.1　植物对病原菌侵入时的初期抵抗反应 川北一人131

12.1.1　植物的抗病性及感病性131

12.1.2　植物与病原菌的相互作用131

12.1.3　激发子与抑制子133

12.1.4　在甘薯黑斑病菌系中发芽孢子凝集素及其阻碍因子的作用133

12.1.5　活性氧的生成135

12.1.7　抗性相关基因的探索139

12.1.6　其他的初期抵抗反应139

12.2　植物中的Ca2+及信息传递 武藤尚志141

12.2.1　作为第二信使的Ca2+141

12.2.2　刺激应答中Ca2+瞬间变化144

12.2.3　水杨酸信号传递中的钙信号放大145

12.3　植物中病原菌感染及伤害逆境的信息传递 大桥祐子149

12.3.1　病原菌感染时过敏性细胞死亡及获得性抗病性149

12.3.2　伤害胁迫153

12.3.3　病伤害信号传递途径154

12.3.4　培育抗病虫害植物157

12.3.5　根部对病伤害应答及信息传递158

12.4　植物清除活性氧的机制 大羽和子159

12.4.1　植物细胞内的抗氧化系统160

12.4.2　直接作用于活性氧类的酶160

12.4.3　活性氧清除系统对逆境的应答162

参考文献162

第13章　甘薯在各种逆境下的基因表达 中村研三168

13.1　SP-蛋白和β-淀粉酶基因在逆境下的表达168

13.1.1　与糖应答有关的基因表达168

13.1.2　伤害诱导基因表达170

13.1.3　干燥逆境和ABA诱导的基因表达171

13.2 IPL-蛋白（ipomoelin）基因的逆境应答表达172

13.2.1　茉莉酸诱导的IPL-蛋白基因表达172

13.2.2　伤害诱导172

13.3　其他酶基因的逆境应答表达173

参考文献173

第14章　植物细胞内和细胞间物质转运的机制 前岛正义175

14.1　膜转运系统概述175

14.2.1　钾和磷酸176

14.2　营养成分和无机离子的跨膜转运及吸收176

14.2.2　钙和镁177

14.2.3　铁和铜177

14.3　细胞间转运和组织间长距离转运178

14.3.1　胞间连丝和细胞间转移178

14.3.2　组织间通过筛管的长距离转运178

14.3.3　源、库器官间糖的转运179

14.3.4　蔗糖和己糖的膜转运体180

14.4.1　贮藏蛋白质分解酶的区域化181

14.4　贮藏蛋白质分解酶向细胞内的转运181

14.3.5　氨基酸的长距离转运181

14.4.2　蛋白质贮藏液泡的转变182

14.5　病伤害时次生代谢产物向细胞间及细胞内的转移183

14.5.1　次生代谢产物在细胞内特异性累积183

14.5.2　次生代谢产物在细胞内的区域化184

14.5.3　次生代谢产物在细胞间的转运和分泌185

参考文献186

15.1.2　组织及线粒体中呼吸及氧化磷酸化的降低188

15.1.1　研究动机188

15.1　热带性薯类的低温伤害 瓜谷郁三188

第15章　热带性薯类的低温伤害188

15.1.3　线粒体膜的质的变化189

15.1.4　亚细胞结构的变化190

15.1.5　线粒体膜蛋白质的脂质结合能力的变化190

15.1.6　线粒体酶活性与阿伦尼乌斯曲线图190

15.2　热带性植物低温伤害的机制 前岛正义191

15.2.1　植物的低温伤害191

15.2.2　植物低温伤害的机制192

15.2.3　植物对低温适应性的生物化学及分子生物学193

参考文献196

第16章　木薯收获后的特性197

16.1　生理性变质与微生物性变质的表现 瓜谷郁三197

16.1.1　生理性变质198

16.1.2　微生物性变质199

16.2　变质与异常代谢200

16.2.1　香豆素类的生成200

16.2.2　多酚类的生成200

16.2.3　蛋白质及酶类的变化201

16.2.4　变质发生的推测机制202

16.3　植保素逆境成分的生成 酒井勉203

16.3.1　预备调查203

16.3.2　新鲜组织成分204

16.3.3　变质组织成分205

16.4　氰糖苷的存在与变化 瓜谷郁三208

16.4.1　氰糖苷的特性208

16.4.2　组织区域化、生物合成、生物降解途径及其酶类209

16.4.3　贮藏中的含量的变化与组织区域化211

16.4.5　氰糖苷合成的抑制及分子育种212

16.4.4　用作食品时氰糖苷的消除法212

参考文献213

第17章　芋头收获后的特性 瓜谷郁三216

17.1　病伤害与异常代谢216

17.1.1　多酚类的生成216

17.1.2　植保素的生成216

17.1.3　蛋白质的变化217

17.2.4　多酚类的生成218

17.2.3　对病害的反应218

17.2.2　对伤害的反应218

17.2.1　分类学及形态学特征218

17.2　逆境下与其他薯类生物化学特性的比较218

17.2.5　香豆素类的生成219

17.2.6　植保素逆境成分的生成219

17.2.7　蛋白质的变化220

17.2.8　对温度的反应220

参考文献220

18.1.1　甘薯的起源及野生种222

18.1.2　向日本的传播222

第18章　甘薯杂交育种 山川理222

18.1　甘薯的起源及遗传资源222

18.1.3　遗传资源的种类及育种上的利用223

18.1.4　遗传资源的保存及生物技术224

18.2　甘薯育种和杂交技术224

18.2.1　单交育种和多系杂交育种224

18.2.2　嫁接与开花诱导、自然开花性株系225

18.2.3　杂交不亲和性和嫁接不亲和性225

18.3.1　品质育种进展及各种用途品种的选育226

18.3　甘薯育种的新进展226

18.3.2　遗传资源在观赏品种开发中的利用229

18.3.3　抗病虫害品种的选育229

参考文献231

第19章　甘薯分子育种234

19.1　根癌农杆菌介导的甘薯分子育种的原理及方法 小岛峰雄234

19.1.1　分子育种原理及方法234

19.1.2　利用根癌农杆菌双元载体系统的植物转化法238

19.1.3　甘薯的转化240

19.2.1　基因分离242

19.2　甘薯基因的分离及其利用 中村研三242

19.2.2　基因分离及利用诸课题243

19.3　薯类高抗病伤害等胁迫基因的分子育种 大桥祐子243

19.4　抗活性氧植物的创建 大羽和子245

参考文献245

第20章　国际学术合作——薯类研究的现状及课题 友松笃信249

20.1　世界粮食供应与薯类249

20.1.1　世界上主要食用作物的生产249

20.1.2　薯类在热带地区的生产及利用250

20.2.1　薯类研究的整体趋势252

20.2　薯类的国际学术研究252

20.2.2　薯类的国际研究机构253

20.2.3　薯类研究的国际网络（network）254

20.3　世界的粮食问题及研究工作者的任务256

20.3.1　21世纪粮食问题及薯类的意义257

20.3.2　日本国际学术交流现状257

20.3.3　研究上的限制258

参考文献258

致谢260

编者及执笔者简介262

名词和名称的英汉或拉汉对照索引266