秋天,金黄又璀璨的季节,神州大地充斥着收获的喜悦,丰收的种质是当年辛劳的硕果,也是来年播种的希望。
正所谓“稻花香里说丰年,听取蛙声一片”。对作物来说如此,对病原菌来说亦是如此。丰硕的果实采摘过后,余下的都是枯枝败叶,这让大量的活体寄生病原物失去了营养供给,无法生存。
聪明的微生物也要保证自己能够传宗接代,繁衍生息。为此,作物秋收的季节往往也是病原物大量繁殖肆虐的季节。
病虫害:作物生长与收获的巨大威胁
作物生育的一生从种子萌发破土而出,到长出绿叶并结出累累果实,这过程中无不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。因此,阴雨连绵的秋天一直是农民伯伯们高兴但又担忧的季节。
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?
那么秋收时节,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。
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。
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伯伯们身上,从而飘落在健康的植物叶片上。
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,我们该怎么做?
针对发病如此迅速且危害严重的植物病害,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通过体育锻炼增强自己的免疫力。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。
第二,一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。
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,二者都为了彼此的生存而做着源源不断的努力和进化。
作为人类,我们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。
我们在享受丰收喜悦的同时,也不能掉以轻心,谨防病害在秋收中蔓延。
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出品:科普中国
作者:高凯星(中国科学院微生物研究所)
监制:中国科普博览
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