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2007年3月8日 作者:zlx [返回]
植物自有疗伤术 何须农药毁自然

   

    美国科学家最近发现了植物免疫系统的安全哨SABP2蛋白的基因,这一研究成果为不用农药控制农作物病虫害带来新的希望。

  自鸿蒙初辟的远古,为在物竞天择的大自然中留得一线血脉,地球上所有的动植物都进化出一整套行之有效、进退自如的御敌机制———预防感染,紧急防范外敌入侵的天然免疫系统。植物的免疫系统虽然没有脊椎动物和昆虫那么复杂,但同样奥妙无穷。

  依赖大自然生存的人类,为了遏制病虫害、提高农作物产量,满足日益膨胀的庞大人口对食物的需求,越来越急功近利,大量使用杀虫剂、除草剂,结果是后患无穷,被农药和化学污染搞得焦头烂额,反而自食恶果。

  于是人们不得不回过头来,重新以大自然为师,研究植物如何依靠自己的能耐打退外敌,以便借助各种先进手段,设法让植物将这种天然本能发扬光大,来它个田自为战、株自为战,撵走疾病,和农药说拜拜,与环境污染道再见。

  SABP2———植物的预警雷达

  美国康乃尔大学BoyceThompson植物研究所(BTI)最近在植物免疫系统研究领域获得重大进展,发现了水杨酸结合蛋白2(SABP2)基因。这一发现向实现让植物天然抵御病虫害、减少农药需求的新战略迈进了重要一步。

  他们发现,这个基因能及早发现敌情,及时通风报信,向植物免疫系统转导抵御外敌的信号。它在遇敌时会发出如下信息:来两片阿斯匹林!我们遭到袭击了!

  该所科学家丹尼尔·克莱希格与D·库马在今年12月上旬召开的美国科学院年会上报告说,SABP2蛋白可及时察觉植物分泌的荷尔蒙-水杨酸,并通过一种脂质信号立即向植物免疫系统发出战斗警报,激活植物的防御军械库。许多植物体内都存在水杨酸,这是一种植物荷尔蒙,当植物遇到微生物病原体侵袭时,它便会在刺激下应急而生。水杨酸还是已应用百年以上的神奇解热镇痛药———阿斯匹林的主要活性物质。

  可以说,SABP2是植物安放在田头的安全哨和消息树,也是奋战在最前方的马前卒,对限制病菌感染起着至关重要的作用。

  SABP2对激活植物尚未遇袭部分的免疫系统,防范下一轮袭击,以及阻止入侵病原体向纵深地带扩散蔓延也起着关键作用,它甚至可以由此及彼,将防御范围尽可能扩大,彻底激活植物自身的天然免疫系统,以对付包括尚未来犯的病原体的所有可能的危险。在植物出现感染时,它会向其他未遭攻击部分发送遇袭信号,导致整株植物不仅对最初攻入的病原体,也对其他病毒、细菌和真菌的病原体表现出旷日持久的广谱抵抗力。对于一年生农作物,其免疫系统一次激活所获得的抗病能力至少能持续大半年。

  “丢车保帅”———植物也会这一招

  克莱希格他们于1997年在植物体内发现SABP2蛋白,随后又花了5年时间进行提纯,然后着手克隆SABP2蛋白的基因、破译其遗传密码,并在基因水平上对SABP2蛋白抵御病虫害的机制和作用进行评定。

  他们以番茄为主要研究对象,进行了水杨酸信号转导实验。结果发现,当番茄花叶病毒攻击番茄时,SABP2蛋白会立即出现极其敏感的阻抗反应。他们还观察到,SABP2蛋白可通过诱导被攻击地点的植物宿主细胞发生细胞程序性死亡,让植物以局部献身换取整株幸存。科学家相信,细胞程序性死亡有助于将病毒感染限制在局部区域,以免扩散到全身。动物免疫系统也有类似的防御机制———当细胞感染病毒,或者当细胞生长失控可能变为癌细胞时,细胞就会经历程序性死亡,牺牲个体以保全整体。

  科学家知道这种为植物免疫系统转导信号的关键蛋白的基因后,可以着手研究利用植物自身的防范机制来抵御病虫害的新技术,增强植物发送御敌信号的能力,帮助植物无需靠杀虫剂,而是主要靠自己来打退来犯之敌。

  未来攻略———提高天然防御能力

  今年5月16日,克莱希格研究小组还在细胞学杂志上公布了他们发现植物一氧化氮合成酶基因的消息,这种酶可以使植物在遭受感染后迅速产生一氧化氮,这也是植物在遭到病原体侵袭时做出的最初反应之一。

  克莱希格小组现在正在借助植物一氧化氮合成酶、SABP2蛋白和其他已被发现的植物防御信号转导物质,寻找行之有效、经济上可行的杀虫剂替代品,并提出两种可能的生物防病战略:其一,从基因改造入手,提高农作物产生植物荷尔蒙以及转导防御信号的化合物的能力;其二,开发制造能够模拟这些功能的类似化合物,帮助植物预防病虫害。

  克莱希格说,无论采用哪种方法,他们都是在利用和提高植物自身的天然防御能力。这种防御手段能避免污染环境,从而使病原体微生物防不胜防,无从产生“抗药性”。

  他指出,病原体的入侵标志着一场持久战的开始,如果植物能够马上发现来犯之敌,并及时激活自身免疫系统来加以对抗,植物通常都是赢家。人类对植物免疫系统知道得越多,就越能够在不使用农药的情况下,更好更有效地帮助农作物打赢这场战争。

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