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麻辣财经:农作物抗病害,中国科学家有新发现!

麻辣财经:农作物抗病害,中国科学家有新发现!

人民日报中央厨房-麻辣财经工作室 吴月辉
2019-04-06 13:27

今年中央一号文件提出,加大农业面源污染治理力度,开展农业节肥节药行动,实现化肥农药使用量负增长。

化肥农药使用量负增长,对我国农村生态环境逐步改善具有重要意义。今年春耕生产的一大亮点就是绿色发展,各地持续推进化肥农药减量增效,保持化肥农药使用量负增长。

但是,这也给农业的绿色防控提出更高要求。我国农作物病虫害近年来呈多发重发态势,如何在少打农药的同时做好防控工作,农业部门和科研机构都想了不少好办法,比如生物防治、灯光诱杀等。最近,科学家们又有一个重大发现,那就是提高和增强植物自身的免疫力,让农作物练就一副“百毒不侵”的好身板。

45日,国际权威学术期刊《科学》发表了一项突破性成果——中国科学家团队发现首个抗病小体,并成功解析其作用机理。这项成果意味着,利用这个“抗病小体”,人们可以想方设法更好地提升植物免疫力,还能“从头到脚”地去设计更为强大的抗病虫农作物。农作物自身抗病虫害能力提高了,化学农药的施用量自然就会大大减少。

那么,“抗病小体”到底有多大本事?它又会对传统抗病分子育种带来怎样的改变?除了抗病分子育种,目前还有哪些绿色抗病虫方法?麻辣财经工作室采访了相关专家。

“抗病小体”主要抗病菌,提高植物防御能力

此前,学界一直认为抗病小体应该在植物中存在,但却从来没有人发现过它,更不知道它长啥样?为了能一睹真容,20多年来各国科学家都在坚持不懈地努力探寻。

2012年—2015年期间,中科院遗传所周俭民团队研究发现了病原细菌和植物之间令人惊叹的攻防策略。这也是“抗病小体”显露蛛丝马迹的开始。

周俭民解释说:“植物细胞表面有许多受体,它们是植物免疫系统的第一道防线,一般能识别出细菌,并调动细胞内的防御系统来抵抗它。”

但可别高兴太早,以为这样就能把入侵的细菌打败。细菌可狡猾着呢,它们才不会轻易缴械投降,而是会偷偷地向植物细胞内分泌毒性蛋白,利用特殊化学反应精准破坏植物防御系统的关键蛋白。

不过,也不用太担心,“道高一尺魔高一丈”。植物在长期的斗争中变得更加高明,进化出由抗病蛋白和诱饵蛋白组成的第二道防线,用来欺骗细菌的毒性蛋白。

周俭民说:“等入侵细菌的毒性蛋白破坏诱饵蛋白时,会迅速激活抗病蛋白,启动植物防卫反应来杀死细菌。”

在发现了抗病蛋白所需的所有零件基础上,周俭民团队又联合清华大学柴继杰团队以及清华大学王宏伟团队共同合作,对蛋白结构开展了进一步的研究,更多关于植物免疫系统的奥秘被揭示出来。

在上述这个植物启动免疫系统进行防御的过程中,科研人员还惊喜地发觉,受到毒性蛋白破坏的诱饵蛋白,会引起抗病蛋白发生一系列构象改变,聚合形成一个叫“抗病小体”的蛋白机器。

就这样,传说中的“抗病小体”终于现身了。

这个抗病小体具备重新调动防御系统的能力,并在植物细胞膜上发出自杀指令,让受到感染的植物细胞与细菌同归于尽,从而保护其它健康细胞。”周俭民说,“我们接着又对抗病小体的工作机制进行了研究,发现它很可能就是植物细胞死亡和免疫执行者。”

搞清“抗病小体”工作机理,能更精准帮助作物抗病

2015年,我国在全国范围内开始开展“农药零增长”行动,目标是到2020年力争实现农药使用总量零增长。令人惊喜的是,2016年就首次实现农药零增长目标,比原计划提前了三年。

好成绩背后,是积极推广实施生物、物理防治等绿色防控措施,科学使用农药的结果。其中,抗病分子育种就是一个主要绿色防控手段。此次“抗病小体”的发现,也将会极大推动传统抗病分子育种方式的改进升级。

传统抗病分子育种,首先需要筛选抗病种质资源,然后将其中的抗病基因通过传统杂交方式导入优良品种中去。 

周俭民说:“这种方式存在的问题就是育种周期长,抗普窄,赶不上病虫变异的速度。所以,每个抗病品种经常是还在生产过程中就很快失去了抗病作用。”

现在,更为精准的抗病分子育种,能让育种周期大大缩短,也可能大幅减少农药的用量,从而减少对环境的影响。

中科院院士康乐表示,“当我们搞清楚了抗病小体的工作机理,比如,当植物感染病毒之后,这个机器是怎么作用的?感染真菌的时候又是怎么作用的?就能针对不同病毒,更精准设计出抗病蛋白,让农作物更方便地获得某种抗病性。” 

抗病分子育种,只是减少农作物病虫害的一个手段。而且这一方式的特点是“抗病不防虫”,农作物病害少了但还是会被虫子吃掉。目前,我国提倡和推广的绿色防控措施,还有性诱、食诱、天敌昆虫、生物防治等多种综合措施。

生物防治,可以利用来源于生物的有效物质甚至生防菌诱导植物免疫,来提高植物抗病虫害能力,达到防控病虫害的目的。比如菌治菌、菌治虫和虫治虫等,优点是低毒、低残留、不易产生抗药性、对环境友好。”中国农业大学教授窦道龙告诉麻辣姐,生物防治的缺点是成本比较高,而且效果会随着环境的改变而改变,但这肯定是未来发展的一个方向。


本文由 融合号 编辑发布
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