植物防御系统如何运作

文摘   2024-11-19 07:27   河南  

无论我们多么精心地照料农作物,它们并不会始终处于最佳状态。许多因素会影响作物生长,导致其处于压力状态。像所有生物一样,植物也受到气候条件和其他生物的影响。这些影响因素会导致植物发生应激反应,从物理改变到生理和/或生化水平的变化,唯一的目的是生存(Larcher, 1995)。


我们可以将植物的压力定义为任何在生理和生化层面上影响植物的不利情况,即外部因素对植物的最佳发育产生负面影响。虽然“压力”是一个相对的概念,因为某种环境情况可能对一种物种有压力,而对另一种则没有。


然而,令人惊讶的是,植物能够适应变化以求生存。但在农业中,这种适应能力往往会导致产量和质量的下降。因为压力在作物的生长周期中或多或少都会发生,因此我们的主要目标是将压力最小化。


植物压力的分类


生物因素


由生物活动引起,包括:


●大型和小型动物


●其他植物


●昆虫


●细菌、真菌和病毒


●线虫


非生物因素


物理和化学因素,包括:


●干旱(水分压力)


●土壤盐分过多(盐分压力)


●高温、低温、霜冻(极端温度压力)


●光照


●霜害和洪涝(厌氧压力)


●环境污染物(如CFC、臭氧、除草剂、金属等)


●矿物元素缺乏(营养压力)


●风、土壤压实(机械压力)


●损伤或创伤


面对这些压力,植物会发展出抗性机制以缓解这些影响。我们可以将抗压性定义为植物抵抗、避免或逃避负面环境刺激,或者在一定压力下维持状态而不显著改变其表型的能力。植物压力的表型表现包括变黄、斑点、坏死等明显症状,而其他不明显的变化则需要特殊技术检测,例如低酶同化、基因传递的诱导、化学成分变化等。


生物压力对植物的影响


生物因素(如食草昆虫的攻击、病原真菌、细菌和病毒的侵染)会对植物造成压力,导致死亡或减产。全球范围内,这些因病原体引起的损害导致农业作物产量和质量显著下降,每年造成巨大经济损失(Zamudio-Moreno et al., 2015)。病原体侵染植物组织始于病原体进入宿主,依据其性质可分为:


专性生物型:通过自然孔隙侵入植物,但不引起宿主细胞死亡,短期内没有明显感染症状。


腐生型:通过伤口或死亡组织侵入植物,杀死细胞并以其残骸为食,短时间内产生明显的坏死症状。


兼性生物型:结合了上述两种侵染方式。


为了减少病原体对作物的损害,全球开展了育种计划以开发抗性品种。这些计划使用三种来源的基因:


1. 天然抗性基因。


2. 来自病原体的抗性基因。


3. 通过交叉保护、抗体、基因沉默或生物刺激剂介导的抗性等手段获得的抗性。


植物抗病机制


研究表明,植物经过适当刺激可提高和增强其对病原体的防御能力,这种抗性机制受激素信号传导网络调控,其中包括水杨酸(SA)、茉莉酸(JA)和乙烯(ET)诱导不同基因的表达(Gurunani, 2012)。这些信号通路之间的相互作用通过两种形式的系统性抗性(ARS和ISR)介导:


获得性系统抗性(ARS):由生物(如专性和兼性生物型)或非生物刺激诱导,引起PR蛋白的产生,涉及SA的信号通路。


诱导性系统抗性(ISR):由生物因素(如食草昆虫和腐生型病原体)激活,通过植物与根际促生菌(PGPR)相互作用增强,不涉及PR蛋白的合成,通过JA和ET的信号通路传递(Wang et al., 2009)。

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