如何给植物“看好病”，这是一个丰收密码
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秋天，金黄又璀璨的季节，神州大地充斥着收获的喜悦，丰收的种子是当年辛劳的硕果，也是来年播种的希望。
不过，从种子萌发破土而出，到长出绿叶并结出累累果实，农作物的一生中一直面临着病原微生物的威胁。
作物根部、叶部、果实会遭受不同病原物的侵染而导致植物不同程度的损伤。不仅如此，当雨水丰盈、温湿度适宜时，病原物往往更加猖狂。
植物各器官均可能遭受病原物入侵
（图片来源：参考文献[1]）
2023年7月份，“杜苏芮”台风的爆发就冲击了我国安徽、河南等黄淮海地区的主要粮食产区，造成了玉米、大豆等主粮作物受到大量破坏，植物叶片和果实均受到创伤。
为防止灾后病虫害的大肆爆发，国家农业农村部专门出台了灾后相关预防政策，以防作物减产，减少经济损失。
可以见得，病虫害的发生对作物生产与收获有着巨大的潜在隐患。
植物都会生哪些病？看看这种“鬼火”
植物到底承受着哪些来自病原物的威胁呢？
以水稻为例，作为我国乃至东南亚地区最为主要的主粮作物，水稻在我国的种植面积达4.5亿亩，年产量达2亿吨以上，我国65%以上的人口都以大米为主食。
水稻的全生育期大约为4-5个月。在这期间，水稻经历了从种子—小秧苗—分蘖—拔节—孕穗—抽穗—扬花乃至最终完熟结实的一系列环节。
这期间有大量的细菌、真菌、病毒病害的发生，例如水稻白叶枯病、水稻条纹叶枯病、水稻纹枯病等等。
水稻条纹叶枯病发病田块
（图片来源：参考文献[2]）
而最为严重，也被称为水稻癌症的水稻稻瘟病更是在水稻全生育期均可发病，并且一旦在结实期间大规模爆发穗茎瘟和谷粒瘟，就会让整片农田颗粒无收。（点这里还可以看“小麦癌症”是怎么回事）
水稻稻瘟病发病叶片：叶瘟\谷粒瘟
（图片来源：参考文献[3]）
稻瘟病是一种典型的植物真菌病害，其最早发生可追溯至我国明代宋应星于《天工开物》中的一段记载：“凡苗吐穑（即抽穗）之后，暮夜鬼火游烧，……凡禾穑叶遇之，立刻焦炎。”
古人不明稻瘟病是何物，将感病植物形象比作被“鬼火”灼烧，而今我们知道，这其实是稻瘟菌的孢子在其中作祟。
稻瘟菌侵染植物依靠的就是其产生的一个个小分生孢子（下图中（b）小图所示），它们借助着自然界的微风降落，亦或依附于田间穿梭的农民身上，从而飘落在健康的植物叶片上。
水稻稻瘟病病原物
（图片来源：参考文献[4]）
这些病原微生物通过环境造成的伤口或者直接透过表皮侵入叶片，产生附着胞，形成侵染丝，最终进入到植物的内部组织完成侵染，通常4-5天即可展现症状。
若在水稻日益拔长，开花接穗之时，稻瘟菌侵染到穗部籽粒，会对水稻产量造成毁灭性打击。
给植物看病三部曲
植物病害发病如此迅速且危害严重，到底怎样防治才能最为有效？
其实，防治植物病害就如同医生给人类看病一般，首先医生会建议患者增强自己的免疫力。对植物来说，可以通过外源施加肥料增加植物营养吸收，从而提高自身免疫，增强对病原物的抗性。
一旦植物已经感染了病菌，便需要对其进行鉴定，判断是细菌、真菌还是病毒攻击导致植物“生病”，利用相应的药物对症下药。
通常情况下，如果是细菌性病害，我们可以对植物做一个横切，将切面至于水中，如果此时水里渗透出大量的菌脓物质，便可以判断其遭受了细菌的攻击。
而真菌性病害往往会如稻瘟菌一般产生大量的孢子，可以通过肉眼很明显地判断出真菌的存在。
病毒性病害是最难确认的一种，因为它引起的植物发病症状会和一些非侵染性的病害（植物缺素、高温胁迫等）相似，对其鉴定往往需要借助一些分子生物学的手段，在实验室条件下确认。
由于植物病毒通常是活体寄生，有80%以上都由媒介昆虫进行传播，它们聪明地利用了昆虫介体的取食过程，随着昆虫唾液一同进入健康植物体内从而完成侵染。
病毒感染植物后往往会改变其体外释放的化合物种类，降低其体内抗虫物质的产生，从而帮助昆虫取食，可谓是“双商俱佳”的表现。
因此，如若一些疑似发病的植物上存在着很多能够传播病毒的昆虫，也能够帮助辅助判断病毒病的存在（来看一种“虫脸识别”的方法）。
昆虫传播植物病害
（图片来源：作者）
第三，对症下药。对细菌性和真菌性的病害，往往需要佐以合适的农药以适当的剂量进行喷施，就能有效减缓病害毁灭性爆发，避免大幅减产。而对于病毒病害，目前没有有效的特效药进行清除，只能通过控制病毒的媒介昆虫传播来防治病毒病害的大规模爆发。
当然，农药的使用往往给人们带来了大量担忧，过度地依赖和使用农药对环境及人类自身健康有着较大的威胁。
因此，科学家们也在不断探索和创新防治病害的新型绿色方法。
中国科学院院微生物所叶健课题组于2023年6月30日发表了有关病害防治的成果，他们发现利用近红外光（NIR）照射植物之后就能够增强植物对于病毒病的抗性，提高植物的免疫反应，创造性地提出利用光疗法来进行病毒病害的绿色防控，为植物病毒防控的物理学工具箱增添绿色法宝。
结语
植物与微生物的“爱恨纠葛”从古一直延续至今，人类往往希望植物能在斗争中占据“上风”，但别忘了，小小的微生物也具有着极高的“智商”，随时准备迎接新的挑战。
而为了我们能够享受到那份丰收的喜悦，无数的科研工作者正在努力工作。
参考文献：
[1]Agrios, G.N., 2005. Plant pathology (Fifth Edition). Academic Press, 3-75. doi:doi.org/10.1016/B978-0-08-047378-9.50007-5. (2005).
[2]Xu, Y., Fu, S., Tao, X., Zhou, X., 2021. Rice stripe virus: Exploring Molecular Weapons in the Arsenal of a Negative-Sense RNA Virus. Annu Rev Phytopathol. doi:10.1146/annurev-phyto-020620-113020 (2021).
[3]Boddy, L., 2016. Pathogens of Autotrophs, The Fungi, pp. 245-292.
[4]Skamnioti, P., Gurr, S.J., 2009. Against the grain: safeguarding rice from rice blast disease. Trends in Biotechnology 27, 141-150. doi:10.1016/j.tibtech.2008.12.002 (2009).
[5]Ye, J., Zhang, L., Zhang, X., Wu, X., Fang, R., 2021. Plant defense networks against insect-borne pathogens. Trends Plant Sci 26, 272-287. doi:10.1016/j.tplants.2020.10.009 (2021).
[6]Zhang, X., Wang, D., Zhao, P., Sun, Y., Fang, R.X., Ye, J., 2023. Near infrared light and PIF4 promote plant antiviral defense by enhancing RNA interference. Plant Commun, 100644. doi:10.1016/j.xplc.2023.100644 (2023).
本文由科普中国出品，中国科学院微生物研究所制作，中国科普博览监制， “科普中国”是中国科协携同社会各方利用信息化手段开展科学传播的科学权威品牌。
作者：高凯星
作者单位：中国科学院微生物研究所
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