现代研究结果表明,植物经过长期的进化,也逐步发展了类似动物的“免疫系统”以抵制自然界的侵害。
长期以来,人们在防治植物病虫害的过程中,较多地注意了病原物的浸染问题,因而大量使用化学农药,由此造成的环境污染已经直接危及人类的健康,成为全球普遍关注的问题。其实,植物在长期的演化过程中,形成了许多同病原物作斗争的特性,其中就包括植物自身的免疫性。植物同动物一样,也有免疫系统,刺激植物的免疫系统,引发免疫反应,同样能使植物对病虫害产生抗性。利用植物的免疫性防治病虫害,这是当前植物病虫害防治研究中的一个新的紧迫的课题。
在自然状态下,植物是如何防御病虫害的呢?根据观察研究得知:植物防御病虫害主要做出三步反应:发现入侵病原物;杀死入侵病原物;将入侵病原物的信息储存,以便再次遇到侵袭时做出反应。因此,传统的免疫方法是用少量诱导因子“接种”到植物体上,使植株整体对病虫害产生较强的免疫力,以抵抗各种病症的发生。诱导因子有多种,如病原体的非致病性生理种及代谢产物等,将其直接喷洒到植物叶片的表面,或浇其根,或注射到基部,都可诱导植株免疫,对同一种植物来说,诱导因子有多种,诱导产生的抗生具有一定的广谱性。
利用这种免疫方法,美国库茨等人用瓜类的刺盘孢和烟草坏死病毒诱导黄瓜免疫获得成功,使黄瓜同时对黑茎病、茎腐病、花叶病和角斑病等10余种病毒产生抗性。单一的诱导可使植株免疫4-6周,若再经过一次强化诱导,免疫效应可延续到开花坐果期。我国新疆大学生物系主持的“甜瓜抗病免疫诱导研究”获得进展,并通过了自治区科委的鉴定,该成果丰富和充实了植物免疫诱导抗病性理论,在国内外首次提出了新疆甜瓜诱导抗病可借鉴的工艺模式和技术体系,揭示了利用生物因子和非生物因子诱导植物抗病性和生理化与调控机制,开创了人工诱导新疆甜瓜抗病的新途径。目前,在寄主——病原菌单一的免疫中,已在烟草、黄瓜、甜瓜、菜豆、马铃薯、小麦和苹果等100多种作物中获得成功。
植物的免疫能力还与“防御基因”有关。最新研究结果表明,植物受害虫损伤后能产生报警信号,以此激活植物体内的“防御基因”,提高植物的自身的抗性及免疫能力,这在番茄的研究中最具有典型性,害虫损伤番茄叶之后,叶上的细胞壁释放出一种类激素因子,该物质通过细胞组织扩散到茎和其它叶片,启动蛋白酶抑制剂的基因,开始高效合成蛋白酶抑制剂,并在茎叶中迅速积累,以对付害虫的再次侵袭。蛋白酶抑制剂不仅对害虫产生的消化酶有抑制作用,而且对病菌产生的蛋白酶也有抑制作用。
日臻完善的基因工程与植物免疫相结合,赋予了植物较强的免疫能力,1987年,英国科学家将豇豆的胰蛋白酶抑制剂基因导入烟草,首战告捷。1992年,美国Ryan实验室分别将番茄蛋白酶抑制剂和马铃薯蛋白酶抑制剂基因转入烟草获得成功,害虫只要取食,就会有来无回,转蛋白酶抑制剂基因植物的研究空前活跃,为世界各大生物技术公司所瞩目。美国Biotechnica公司计划将豇豆胰蛋白酶抑制剂基因导入玉米,以对付异常猖獗的欧洲玉米螟,并将其应用于大豆、小麦等作物,该技术已于近年进入田间实验。美国的Monsanto和Cafgene等公司也正在将该抑制剂基因导入棉花,希望获得对棉铃虫有较强免疫能力的“工程棉花”。据报道,美国康奈尔大学的史蒂芬·坦克斯莱博士及其同事,在番茄里发现了一种能够抗御细菌性烂斑的基因,这一发现有助于使许多作物病虫害产生免疫能力,增产增收,提高作物的品质。
参考资料:http://www.agri.ac.cn/agri_net/02/2-05/28zhiwu.htm