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steam平台下载最新版_新知问答|植物有没有抵抗病菌的“免疫系统”?
很多动物都有免疫系统,大到鲸鱼小到苍蝇,那么植物是如何抵抗病毒的呢?和动物类似,植物也基本上可以分为非特异性免疫和特异性免疫,也叫做初级免疫和次级免疫。当感知到病原信号时,会把病原信号传递给细胞的司令部(细胞核),之后植物会作出一系列反应,例如将气孔关闭,将细胞壁加厚,合成溶菌物质等,正因为这种抗病方式能针对大部分病原菌以及非致病性菌类,因此将这种广谱的抗病方式叫非特异性免疫。
2020-01-11 11:55:51
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steam平台下载最新版_新知问答|植物有没有抵抗病菌的“免疫系统”?

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很多动物都有免疫系统,大到鲸鱼小到苍蝇,那么植物是如何抵抗病毒的呢?

我们都知道地球上的生命可以分为动物、植物、细菌、病毒等几大类,以界门纲目科属种以及亚种和小种的方式分类,这样最后的数目多到几乎无法统计,尤其是细菌或病毒类的可以说无法穷尽。事实上这些微生物大多都是无害甚至有些对于动物或植物是有益的,例如动物或人肠道内的菌群微生物就帮助宿主维持了一个稳定的消化系统,肠道菌群失衡能够引起多种疾病,而为患病个体接种来自正常宿主体内的菌群能够治疗菌群失衡所引起的疾病。同样的,虽然植物没有肠道或消化系统,但微生物与植物的关系同样非常紧密,例如豆科植物的根瘤菌能够帮助寄主固定来自空气中植物原本无法利用的n源,事实上,微生物不仅能够在植物表面与植物互作,它也能寄生在植物内部影响植物的生长发育。

那么我们上面提到的这些无害的菌从一开始就是无害的吗?并不是,所有生命的本质驱动都是利己的,即使我们能看到利他行为,那也是通过利他的方式来利己。微生物和寄主之间经过长期的斗争之后签下了停战协议,也就是说建立了一个相互妥协(菌不致病,对单方有益)或相互有益的过程,而没签下协议的就两败俱伤,最终在进化的生态位中丧失自己的位置。例如天花病毒曾经对于我们来说是病原微生物,但当我们整个群体都有了抗性之后,它就不再是病原菌了。

这些都是题外话,下面言归正传,我们知道动物或人具有非特异性免疫和特异性免疫,非特异性免疫能够应对大部分病原菌的侵入(例如一些溶菌之类的物质),而特异性免疫只能对某种或某类病原菌起作用,我们所熟知的打疫苗建立抗体就是指特异性免疫过程。

和动物类似,植物也基本上可以分为非特异性免疫和特异性免疫,也叫做初级免疫和次级免疫。当病原微生物侵染植物时,植物能通过细胞膜表面的受体识别病原的侵入,生物在进化史上有些东西是保守的(通俗来讲就是某个结构很重要,大家在进化中都会保留),例如在微观上病原的鞭毛蛋白的某些氨基酸(蛋白的组分)就是如此,植物能通过识别这种病原的保守结构来应对大部分的病原微生物。当感知到病原信号时,会把病原信号传递给细胞的司令部(细胞核),之后植物会作出一系列反应,例如将气孔关闭,将细胞壁加厚,合成溶菌物质等,正因为这种抗病方式能针对大部分病原菌以及非致病性菌类,因此将这种广谱的抗病方式叫非特异性免疫。

道高一尺魔高一丈,不是所有的病原菌都容易被这样简单的消灭,有些病原菌会把特异性的效应蛋白注入到细胞内来阻断植物细胞的信号传递以打掉植物细胞内的传令兵,让细胞核成为光杆司令,成为睁眼瞎。当然植物也不会坐以待毙,它能够合成针对性的抗性蛋白将病原注入的效应蛋白失活从而达到防卫自身的目的,由于这种抗性蛋白(植物)—效应蛋白(细菌)间的攻防具有特异性,因此我们将这种防卫反应称之为特异性免疫,也叫次级免疫。在农业育种过程中我们好不容易筛选出一种抗病植物,没种几年发现植物的抗性消失了,实际上不是植物抗性消失,而是病原小种发生了变异产生了新的效应蛋白,植物的抗性蛋白对这种病原新的效应蛋白不起作用了。

我们知道动物或人体内的抗体能够通过淋巴液和血液循环系统遍布全身,而植物没有血液循环系统,那么它的抗病能力是怎么遍布所有组织的呢?

在植物体内的抗病蛋白是不能够在植物体内自由流动的,能动态分布的是植物的传令兵——植物激素。有一种激素叫水杨酸,它能够将病原信号从染病位点传递给植物远端的健康组织,当病原侵染其他健康组织时,植物能够大量迅速的调动植物资源快速合成抗病蛋白从而保护植物免受伤害。并且当病原菌再次侵染时植物也能够发挥这样的作用,也就是说植物像动物一样具有后天的抗病学习能力。我们将这种植物后天学习的抗病方式叫做系统获得抗性。由于这种抗病方式具有获得性,因此它能够赋予植物广谱抗性。

这么重要的抗病方式我们如果能够利用的话将会很大程度上减轻粮食危机,幸运的是,我们发现了控制这一抗性的关键基因,大量研究表明提高这个基因的表达量就能够大幅度增强植物的抗病性,而且还不损伤作物的产量。需要做专门说明,植物个体能够调动的资源是有限的,当大量资源用来抗病时,用来提高产量的资源就少了。大多数抗病品种的作物产量在没有病原菌时相对感病品种要低一些,最好的方式是亦农亦兵,哪里需要去哪里。

作者:李版社(知乎用户)

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