植物與病原菌相互作用中產(chǎn)生的寡糖素信號。

在成長過程中，植物同動物一樣，會受到極端環(huán)境的刺激和昆蟲、病原菌等侵襲。雖然植物不能移動躲避，但在漫長的進(jìn)化中，它們已逐步形成完備的免疫防御系統(tǒng)。

那么，植物的免疫防御系統(tǒng)是怎樣工作的呢？以植物抵御病原菌入侵為例，作為對抗雙方的植物細(xì)胞和病原菌就像兩座城池，都建有堅固的城墻——細(xì)胞壁。在對抗第一階段，病原菌企圖瓦解植物細(xì)胞壁入侵，此時，植物會分泌出一系列多糖水解酶來破壞病原菌的細(xì)胞壁，以消滅病原菌。這一過程會產(chǎn)生很多寡糖類物質(zhì)，植物由此啟動第一層免疫反應(yīng)，分泌植保素、PR蛋白等殺傷力較強的物質(zhì)對抗病原菌，并產(chǎn)生木質(zhì)素等物質(zhì)加厚細(xì)胞壁。

在第二階段，病原菌受到植物抵御后會改變戰(zhàn)略，分泌病毒效應(yīng)蛋白干擾植物的第一層免疫反應(yīng)。當(dāng)然，植物不會坐以待斃，它會激活第二層免疫反應(yīng)，加速和放大免疫，增強戰(zhàn)斗力，抵御病原菌入侵。這時，病原菌會繼續(xù)改變戰(zhàn)略，釋放另一種效應(yīng)蛋白繼續(xù)入侵，而植物也會進(jìn)一步加強自身防線，這一過程會循環(huán)往復(fù)，直至一方獲勝為止。

這為科學(xué)家們帶來啟發(fā)：外源添加植病對戰(zhàn)過程的一些寡糖、蛋白等物質(zhì)，是不是可以激活植物的免疫防御系統(tǒng)，達(dá)到增強植物抗病性的目的呢？經(jīng)過長期研究，這個推測得到了肯定回答?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一系列物理、化學(xué)或生物的因子都能夠激活植物的免疫防御系統(tǒng)，從而誘導(dǎo)植物對寒冷、干旱等極端天氣進(jìn)行防御，對病原菌的侵襲產(chǎn)生抗性。這些因子被定義為誘導(dǎo)子，也被形象地稱為“植物疫苗”。

研究發(fā)現(xiàn)，“植物疫苗”的物質(zhì)來源十分廣泛，除了一些滅活的病原菌、效應(yīng)蛋白外，還包括自然界中一些天然產(chǎn)物，例如在植物與病原菌互作過程中產(chǎn)生的寡糖。通過利用自然界中富含多糖的海藻、果膠、微生物等資源，可以大規(guī)模制備得到系列寡糖類物質(zhì)，再經(jīng)過模擬自然界中植物與病原菌互作的情況，外源噴灑寡糖就可激活植物自身免疫系統(tǒng)，增強抗病性。因此，“植物疫苗”同人類疫苗一樣，都以預(yù)防為主，通過激活植物免疫系統(tǒng)來抵御病原菌入侵，減少化學(xué)農(nóng)藥的使用，是一種新型生物農(nóng)藥。

那么，“植物疫苗”與傳統(tǒng)化學(xué)農(nóng)藥相比有哪些不同呢？傳統(tǒng)化學(xué)農(nóng)藥直接作用于病原菌，雖然效果明顯，但可能導(dǎo)致病原菌產(chǎn)生耐藥性，進(jìn)而需要不斷加大劑量控制病害，造成環(huán)境污染和農(nóng)藥殘留。“植物疫苗”相當(dāng)于通過為植物注射疫苗提高其免疫抗病能力，因此具有諸多優(yōu)勢：使用濃度低、對人體無害、沒有農(nóng)藥殘留、不污染環(huán)境；誘導(dǎo)抗病效果顯著，持效期長、作用廣譜；病原菌不會產(chǎn)生抗藥性，對不具有致病性的微生物無影響，有利于生態(tài)平衡和環(huán)境保護；此外，還可以與常規(guī)殺菌劑配套使用，減少農(nóng)藥使用量。

目前，科研工作者著力開發(fā)多種“植物疫苗”，包括寡糖、蛋白、小分子化合物等一系列產(chǎn)品已被研發(fā)并投入實際應(yīng)用。近日，中科院大連化物所研究團隊基于在糖工程與植物保護領(lǐng)域多年研究基礎(chǔ)，創(chuàng)制了一系列高效多糖降解酶，建立了系列寡糖的制備技術(shù)，并率先提出“糖鏈植物疫苗”概念。他們還與企業(yè)合作，開發(fā)出系列寡糖農(nóng)用制劑，產(chǎn)品已在山東、陜西、海南等地多種作物上大面積推廣，取得了顯著經(jīng)濟效益與社會效益。

隨著人們?nèi)找嬷匾暿称钒踩粩嗪魡揪G色農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，相信在全社會共同努力下，這一新型生物農(nóng)藥會在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一顯身手，為構(gòu)建綠色低碳社會貢獻(xiàn)力量。

（作者單位：中科院大連化物所）