植物如何应对病菌入侵？

　病菌都是坏蛋，它们只会寄生在其他生物体内，缩短寄主的寿命，事实真是如此吗?对植物来说，恰恰相反，它们没有病菌不行。

　　细菌勾心斗角，植物渔翁得利

　　生物间的竞争无处不在，在微生物的世界里，也无时无刻不在进行着没有硝烟的战争，让我们跟随科学家的镜头，观赏一场激烈的细菌攻防战吧。

　　南京农业大学的环境学家沈其荣正在观察根际微生物与病原菌青枯菌间的战争，此次细菌战争的战利品是三价铁离子。依托一株寄主植物，根际微生物与青枯菌都会大量增殖，而数量的激增必然要求大量生存资源。常规的碳、氮等重要资源，土壤和植物都能提供，稀缺资源的占有量才是最终决定细菌生存的关键，其中三价铁就是两者争夺的稀缺资源之一。

　　为了获得更多的三价铁，许多微生物进化出了特定的功能，那就是制造铁载体，铁载体能高效结合三价铁，将其运输到细菌体内。研究发现，大约95%的细菌都能生产铁载体，而且不同细菌生产的铁载体有着专属识别码，其他种类的细菌必须破解其密码才能使用。

　　但是，在这场争夺战中，青枯菌处于下风——它无法自主产生铁载体。而因为它没有铁载体，争夺不到更多的三价铁，这样它就无法大量繁殖，进而危害植物。不过，青枯菌没有轻易放弃，它不断试图破解根际微生物的铁载体密码，将它们的铁载体纳为己有，还真有一些铁载体被“策反”了。

　　为了遏制青枯菌的渗透，科学家想出了一个好方法：在植物育苗阶段，提前加入能高产且不会被病原菌“窃取”铁载体的有益微生物，这样就可以帮助有益菌获得更多的三价铁，扩大种群，抑制有害菌的滋生和繁衍，最终保卫植物的健康。

　　细菌间的战争不仅包括争夺资源，让对手饿死，有时也会直接攻击对手。有一些微生物能分泌使对手溶解的毒液，比如假单孢菌能分泌孢外溶菌酶、葡聚糖酶，使引起棉花黄萎病的大丽轮枝孢菌、引起小麦根腐病的长蠕孢菌溶解死亡。有相同能力的还有芽孢杆菌和放线菌等菌种，这些菌在对植物病菌的控制中起着重要作用。

　　让细菌自我消耗，是植物成功生存的第一秘诀。

　　病菌群起攻击，植物反向利用

　　如果益生菌最终没能成功阻挡病原菌的入侵，那也没关系，经历了病原菌的攻击，植物说不定能浴火重生。

　　在成长过程中，植物同动物一样，会受到极端环境的刺激和昆虫、病原菌等侵袭。虽然植物不能移动躲避，但在漫长的进化中，它们已逐步形成完备的免疫防御系统。

　　病原菌在入侵植物时，两者会爆发多轮攻防战。在对抗第一阶段，病原菌企图瓦解植物细胞壁入侵，此时，植物会分泌出一系列多糖水解酶来破坏病原菌的细胞壁，以消灭病原菌，并产生木质素等物质加厚细胞壁，这是植物的第一层免疫反应。

　　如果这一策略失效，战斗就会进入第二阶段，也就是拉锯战。病原菌分泌病毒效应蛋白干扰植物的第一层免疫反应，植物则随机应变，激活第二层免疫反应，加速和放大免疫，增强战斗力，抵御病原菌入侵。接下来就是重复这个过程，病原菌反复改变战略进攻，而植物也会进一步加强自身防线，直至最后分出胜负为止。打败病原菌后，下次再遇到相同病原菌时，植物的防线就会变得更牢固。

　　这为科学家们带来启发：能不能像人类用疫苗模拟病毒入侵，产生抗体抵御病毒那样，给植物也注射“疫苗”，从而激活植物的免疫防御系统，达到增强植物抗病性的目的呢?经过长期研究，这个预想得到了实现。科学家们发现了一系列物理、化学或生物的因子都能够激活植物的免疫防御系统，从而诱导植物对寒冷、干旱等极端天气进行防御，对病原菌的侵袭产生抗性。

　　与人类疫苗相似，除了一些灭活的病原菌、效应蛋白外，自然界中的一些天然产物，例如在植物与病原菌“攻防战”过程中产生的寡糖类物质，也可以作为“植物疫苗”。科学家可以利用海藻、果胶等多糖，大规模制备寡糖类物质，再通过模拟病原菌入侵植物的情况，将寡糖喷洒或注入植物体内，以此激活植物的免疫系统，增强抗病性。

　　在病菌的攻击中变得更强大，是植物生存的第二法宝。

　　病毒良心发现，植物绝地求生

　　万一植物没能扛过病菌的攻击或环境的变化，即将走到生命的尽头，那又该怎么办?事实上，病菌并不想要植物死亡，只有寄主长期生存，病菌才能继续活下去，因此这时候，病毒会转而变成有益病毒，帮助宿主生存下去。

　　病毒帮助植物存活并不是个例。早在2008年，研究人员就发现有几种芜菁花叶病毒可以提高植物对环境威胁的耐受性，增强其抗氧化性和保水能力。2013年，另一项研究表明，干旱和高温会使芜菁花叶病毒发生改变，帮助植物保水。这种变种病毒对拟南芥的作用更大，它能使拟南芥在极度缺水的条件下的存活可能性提高25%。

　　为了弄清楚里面的机制，西班牙整合系统生物学研究中心的研究人员用变种病毒感染了大量的健康植物，然后为它们设置多组对照条件：不浇水一组，正常浇水一组，还有的放置在高温日晒的环境中，最后一组种植在阴凉潮湿的地方。

　　结果发现，在正常的培育条件下，变种病毒仍然会使植物患病;而在干旱条件下，病毒却像不存在一般，植物能保持正常的生长。由此可见，干旱条件确实使病毒的某种功能发生了改变，不再感染寄主，从而帮助植物在干旱环境里求生。换句话说，病毒“学会”了不要在极端条件下雪上加霜。

　　为什么会这样?进一步研究发现，病毒改变的是和植物昼夜生理节律相关的遗传因子，这让病毒能知道植物什么时候可以被“打扰”，什么时候经不起更多的打击。这样一来，变种病毒可以改变拟南芥的干旱耐受性，提高宿主的生存几率，进而确保自身存活。最终，经过环境压力的筛选，这种变异特性被遗传下来。

　　全球正在迅速变暖，干旱将成为很多地区的常态，照这样下去，未来会有更多的病毒变成有益病毒。