園林植物病蟲害的遺傳抗性研究與可持續(xù)生態(tài)保護

李燕

摘 要：植物的遺傳抗性是自然界存在的最廣泛的、植物對外界病原微生物以及病蟲害具有的抗性，是植物的免疫系統(tǒng)。遺傳抗性對于植物的抗病來說具有持久和抗廣譜性的特點，屬于植物潛在的抗病資源，是近年來生物研究領域的熱點，也是園林植物管理的熱點。在植物與病蟲害的共同進化過程中，它們之間形成了一種復雜的抗病關系。這種抗病關系可以分為不同層次，而并非完全依賴于寄主自身的抗性。通過形成抗病關系，植物實際上建立了第一道防線，以阻止病原菌和害蟲的侵染。基于此，探討植物遺傳抗性的機理及遺傳抗性在園林植物可持續(xù)生態(tài)保護中的作用，分析植物遺傳抗性研究面臨的困境，提出利用園林植物遺傳抗性進行可持續(xù)生態(tài)保護的對策，加強對園林植物的保護，促進生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展。

關鍵詞：園林植物；遺傳抗性；生態(tài)保護；可持續(xù)發(fā)展

中圖分類號：S436.8 文獻標志碼：B文章編號：2095–3305（2024）01–00-03

自然界存在數(shù)以萬億計的病原微生物，細菌、真菌、病毒和各種蟲害植物，在應對這樣復雜的生存環(huán)境的過程中，開展了漫長的進化并形成了一系列的具有卓越效果的防御機制，使得自身也受大多數(shù)病蟲害、微生物的侵害，僅受極少數(shù)被微生物的感染[1]。這種現(xiàn)象稱為植物的抗性，也就是植物僅對個別的病原菌微生物產(chǎn)生感病反應，而對絕大多數(shù)其他的病原菌微生物具有抗性，這種抗性具有遺傳性。遺傳抗性廣泛存在于自然界，是植物自帶的強大的免疫系統(tǒng)，本文對病蟲害遺傳特征和分子機理進行了探討，這對持續(xù)進行植物生態(tài)保護和促進園林植物的良好管理具有重要意義。

1 園林植物遺傳抗性的機理

1.1 植物誘導的細胞分化和基本致病基因的表達

植物通過表面物質(zhì)的形成來預防病原菌的入侵。例如，植物表面上覆蓋著一層角質(zhì)層或保護性的表皮毛，這些結構可減少病原菌接觸植物細胞的機會。植物還會發(fā)生一系列的氣孔調(diào)控及根部分泌物釋放，這些過程有助于減少病原菌。植物在感知病原菌侵染后，會迅速啟動一系列的防御機制對抗病原菌。植物會釋放一些化學物質(zhì)，如保護性酶、抗菌肽和生長抑制物質(zhì)，這些物質(zhì)可以直接抑制病原菌的生長和擴散。植物還會產(chǎn)生信號分子，如植物激素和信號酵素，調(diào)控免疫系統(tǒng)及其他抗病機制的活性。此外，植物的基因組也在演化中發(fā)生了一系列的變化來應對病原菌的侵染。植物通過基因重組、基因擴增和基因刪除等方式，來增強自身的抗病能力。這些基因組級別的變化可以使植物在面對特定的病原菌時更具抵抗力。通過植物的物理結構、化學物質(zhì)和基因組變化來形成這些抗病關系。防御機制的建立對維持植物的健康和生存至關重要，并為進一步研究和發(fā)展植物抗性育種提供了理論依據(jù)[2]。

1.2 植物的肌動蛋白微纖絲組織病原菌侵入

植物的細胞骨架是一種復雜的網(wǎng)絡結構，由蛋白質(zhì)纖維和微管組成。這種細胞骨架在植物細胞的維持形狀和穩(wěn)定性方面起著關鍵作用。除了這些機械功能，植物的細胞骨架還在抵御病原菌入侵方面起著重要作用。肌動蛋白微纖絲是細胞骨架的重要組成部分，存在于細胞的質(zhì)膜下方，并形成一種類似網(wǎng)狀的結構。研究發(fā)現(xiàn)，這些肌動蛋白微纖絲在植物細胞與病原菌相互作用中扮演著關鍵角色。它們可以迅速聚集到病原菌侵入點，形成屏障，阻止病原菌的進一步擴散和侵襲植物細胞。當肌動蛋白微纖絲功能喪失時，植物的抗性也會隨之消失。一些突變體植物缺乏正常結構和功能的肌動蛋白微纖絲，導致它們抵御病原菌的能力顯著減弱。這些植物容易感染各種病原菌，導致病害的暴發(fā)和嚴重損失。肌動蛋白微纖絲在植物與病原菌互作中的具體作用機制尚不明確，但一些研究表明，它們可能通過改變質(zhì)膜的物理特性來阻止病原菌的入侵。此外，肌動蛋白微纖絲還可能參與信號傳導途徑，調(diào)控植物對病原菌的免疫響應[3]。例如，用細胞松弛素處理桂花樹葉鞘細胞后，發(fā)現(xiàn)桂花樹感染白粉病概率大大上升表明白粉病的病原菌可以穿透桂花樹植物的葉片細胞可見，該細胞骨架在植物遺傳抗性中起到了重要作用。進一步的研究有助于更好地理解細胞骨架在植物抗性中的作用機制，并為植物保護和病害防治提供新的思路。

1.3 針對病原菌的分子防御反應

植物的遺傳抗性在分子層面也有所體現(xiàn)，植物與病原菌的相互作用中會激發(fā)一系列的生物因子，這些因子在遺傳抗性的體現(xiàn)上具有重要的價值抗性機制，受不同病原菌誘導產(chǎn)生不同的作用鏈路。例如，鞭毛蛋白是在細菌鞭毛形成過程中產(chǎn)生的一種蛋白質(zhì)。它在特定條件下可以被激活，作為一種激發(fā)因子，參與帶有植物防御機制的聯(lián)合反應誘導。鞭毛蛋白通過與其他關鍵的蛋白質(zhì)相互作用，產(chǎn)生聯(lián)合誘導反應，從而觸發(fā)植物的防御反應。這個過程涉及鞭毛蛋白不敏感因子、富含亮氨酸重復受體激酶和分裂素激活蛋白激酶3個主要因素。具體來說，鞭毛蛋白與鞭毛蛋白不敏感因子相結合以后，會改變其構象，使其成為一種激活態(tài)。這種激活態(tài)的鞭毛蛋白不敏感因子可以與富含亮氨酸重復受體激酶相互作用并被激活[4]。富含亮氨酸重復受體激酶會進一步激活分裂素激活蛋白激酶。最后，這個聯(lián)合反應誘導的過程將導致植物啟動自身防御機制。還有激發(fā)因子在病原菌的細胞壁酶解釋被釋放，這一類激發(fā)因子包括寡聚幾丁質(zhì)和葡萄糖等，這些激發(fā)因子釋放以后，植物組織的抗微生物能力也會顯著增強。植物的防御機制包括一系列反應，如產(chǎn)生抗菌物質(zhì)、積極反應病原菌入侵等，以增強植物對環(huán)境的壓力和病原菌的抵抗力。例如，較為典型的例子就是乳突的形成，這個防御壁壘廣泛分布于植物細胞壁內(nèi)部，在桂花葉片感染白粉病之后，植物葉片的乳突防御機制非常顯著，乳突形成在抗性形成過程中至關重要，野生類型的擬南芥對非濟主白粉病，在抗性反應中，80%以上的分生孢子在乳突形成處受到抑制，因此停止生長，植物完成了對微生物的抵抗。這個過程植物能夠更好地抵抗外部壓力和病原菌入侵，保持健康生長。

1.4 營養(yǎng)吸收抑制

遺傳抗性體現(xiàn)在植物的營養(yǎng)吸收被抑制，從而限制了病菌的生長發(fā)育。在擬南芥病菌的相互作用中，病菌進入植物的表皮細胞并形成吸收器，但由于園林植物內(nèi)部的其他機制抑制其營養(yǎng)吸收，病菌無法獲得充足的養(yǎng)分而停止生長和繁殖。這種抗性機制使得園林植物在抵抗病菌感染方面具有優(yōu)勢。通過限制病菌的營養(yǎng)攝取，植物可以有效減緩病菌的生長速度，從而阻止其進一步侵入和傷害植物組織。這種抑制機制可能包括產(chǎn)生抗菌物質(zhì)，改變植物細胞壁的結構以阻止病菌的侵入，以及調(diào)節(jié)相關基因的表達來啟動防御反應等。通過遺傳變異和選擇，植物可以逐漸積累具有抑制病原菌生長的基因或特性，從而提高對病害的抵抗力[5]。

1.5 基于基因?qū)蚍纯沟目剐?/p>

園林植物的遺傳抗性體現(xiàn)在植物的基因與病原菌基因之間存在基因反應抗性，這種抗性主要對應病原菌基因中的無毒基因，植物細胞壁對部分基因具有特異篩選機制，這種機制的存在形成了遺傳抗性的最后一道防線。同時，即使病原菌突破最后一道防線，與園林植物之間形成寄生關系，但此時植物細胞基因仍然通過這種基因抗性，調(diào)節(jié)病原菌，無論是病菌種類還是基因抑制，都受到這種遺傳抗性的影響，從而使得寄主植物與病原菌處于動態(tài)平衡的關系，保持植物生存和繁衍的穩(wěn)定。

1.6 園林植物的抗蟲性

植物抗蟲性是植物為了抵御害蟲的侵襲而形成一種防御機制。根據(jù)植物的生理功能角度，可以將植物抗蟲性的機制分為趨避性、抗生性和耐受性3種。

第一，趨避性機制。植物通過某些方式避免和減少害蟲的侵害。相關機制包括植物產(chǎn)生特定味道或氣味，例如某些植物會釋放出氣味吸引捕食性昆蟲來捕食害蟲。此外，一些植物還會通過形態(tài)特征來阻止害蟲的侵害，例如具有多毛的植物表面可以阻擋害蟲的進入[6]。

第二，抗生性機制。植物通過自身的抗菌作用來抵御害蟲的侵害。這包括植物通過合成具有殺蟲活性的物質(zhì)來殺死或抑制害蟲的生長和繁殖，一些植物會合成具有殺蟲活性的化合物，如生物堿、揮發(fā)性物質(zhì)以及抗菌肽等，抵御害蟲的攻擊。

第三，耐受性機制。植物通過一些適應措施減輕害蟲對其造成的損害。耐受性機制包括通過調(diào)節(jié)植物的生理過程來減輕害蟲的損害，例如一些植物在受到害蟲攻擊后會加速自身的修復過程，或者調(diào)節(jié)自身的營養(yǎng)代謝，從而減輕害蟲對其造成的傷害。不同植物通過這些機制來保護自身免受害蟲的侵害，這些機制的存在為植物提供了多層次的防御策略，增強了植物的生存能力，進而維持了生態(tài)系統(tǒng)的平衡。

2 利用園林植物遺傳抗性進行可持續(xù)生態(tài)保護的對策

研究遺傳抗性機制對培育抗病品種和制定病害防控策略具有重要意義，有助于提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，并減少對化學農(nóng)藥的依賴。

2.1 利用植物遺傳抗性進行良種培育

園林植物是城市綠化和景觀設計中不可或缺的部分，但是也容易受到病蟲害的攻擊。為了提高園林植物的抗病能力，可以利用遺傳抗性進行品種改良。需要收集大量不同品種的園林植物，并篩選出在同一病害侵襲下表現(xiàn)出抗性的植物。這些植物可能具有特定的抗病基因，可以使它們免疫或減輕病害的侵害。這一過程需要進行大規(guī)模的實地觀察和記錄，確定特定基因在抗性表現(xiàn)中的作用。通過分子生物學技術，如PCR、DNA測序等，對篩選出的具有抗性的園林植物進行基因分析。通過比對不同品種的基因序列，可以確定抗病基因在不同園林植物中的分布情況和多態(tài)性。同時，還可以研究基因的功能和調(diào)控機制，以更好地理解抵御病蟲害的機理。可以應用遺傳工程技術，如基因編輯或轉(zhuǎn)基因技術，將具有抗性的基因引入其他脆弱品種的園林植物。這樣可以增強這些植物的抗病能力，使其能夠更好地抵御多種病蟲害。

在品種改良過程中，除了篩選出抗病性最強的抗病基因，還需要考慮抗譜的廣度。抗譜指的是抗病基因?qū)Χ喾N病害的抵抗力。通過深入研究植物品種的抗性基因，利用遺傳學原理進行育種，培育出更具抗病蟲害性的新品種。通過遺傳標記輔助選擇和基因編輯等技術手段，可以快速、精確地引入或改造抗性基因，提高優(yōu)良品種的抗性。若一個基因只對特定病害有效，它的應用范圍將受到限制。因此，篩選抗性最強且抗譜最廣的抗病基因可以在不同環(huán)境和不同病蟲害侵襲下提供全面的保護。通過篩選抗病性最強、抗譜最廣的抗病基因，提高園林植物的抗病能力，增強它們在城市綠化和景觀設計中的適應性與可持續(xù)性。

2.2 利用植物抗性開展精細化園林植物種植管理

通過在園林景觀中種植不同抗性的植物品種，可以減少特定病蟲害在種植面積上的擴散，降低病蟲害的風險。在園林設計中，選擇具有遺傳抗性的植物品種是關鍵。通過研究和評估各種植物的抗病蟲害能力，選取具有較高遺傳抗性的植物品種進行種植。這樣不僅能減少對化學農(nóng)藥的依賴，也能減輕病蟲害對植物生長的影響。在選擇園林植物的過程中，應引入多樣化的植物種類。不同的植物具有不同的遺傳抗性，通過增加植物的種類和數(shù)量，可以提高整個園林的整體抗病蟲害能力，減少疫病和蟲害的傳播。一些園林植物可以產(chǎn)生抗生物質(zhì)，對病原菌具有抑制作用。在園林設計中，可以選擇具有疫病源抑制劑作用的植物種類，并與其他植物相互配植，從而達到降低整體病蟲害發(fā)生率的效果。

在不同季節(jié)輪作不同植物品種，可以減少病蟲害持續(xù)存在的機會，有利于主要作物的健康生長和生產(chǎn)。目前，從很多園林植物的生長周期和繁殖發(fā)育情況統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，基于植物抗性的輪作方法對預防某些季節(jié)的特定病蟲害具有良好的作用。鼓勵連續(xù)選擇和繁殖具有抗性的后代，增強植物種群的整體抗病蟲害能力。間雜種植不同種類的喬木、灌木和地表草皮等，可以有效解決單一種植引發(fā)的大規(guī)模病蟲害傳播的問題，形成種植園林整體抗病性，減少病蟲害集中發(fā)生而造成的嚴重危害，也進一步降低了病蟲害防治難度。除了對病蟲害的遺傳抗性外，還可以通過提高植物的抗逆性，使其適應更多的環(huán)境變化。通過定期施肥、增強植物的養(yǎng)分吸收能力、抗旱、抗寒等能力，提高植物的整體抵抗能力，減少病蟲害的發(fā)生。

2.3 建立病蟲害監(jiān)測與預警體系

建立全面、及時的病蟲害監(jiān)測網(wǎng)絡，通過監(jiān)測病蟲害的分布和流行情況，早期預警，及時采取防治措施，減少病蟲害對農(nóng)作物的危害。利用遙感技術和傳感器等現(xiàn)代科技手段，可以實時監(jiān)測植物健康狀態(tài)和病蟲害發(fā)展趨勢，提供科學決策依據(jù)。

2.4 推廣健康種植理念

加強對農(nóng)民的培訓和科普，提高其對健康種植理念的認識。通過推廣有機農(nóng)業(yè)、綠色農(nóng)業(yè)和生態(tài)農(nóng)業(yè)等可持續(xù)發(fā)展的種植方式，減少對化學農(nóng)藥的依賴，提高農(nóng)產(chǎn)品的安全性和環(huán)境友好性。同時，加強農(nóng)業(yè)科技推廣，培養(yǎng)農(nóng)民的種植管理技能，提高種植效益和抗病蟲害能力。

3 園林植物遺傳抗性研究與可持續(xù)生態(tài)保護的發(fā)展方向

基因芯片技術是一種高通量的基因分析方法，它可以同時檢測和測量數(shù)以千計的基因表達情況。應用基因芯片技術進行植物的遺傳抗性分析可以提供關于基因表達的全面信息，有助于理解植物抗性的分子機制，并為植物育種提供重要的參考。幫助識別與植物抗性相關的基因，在不同條件下對比抗性和感染植物的基因表達情況，可以篩選出與抗性相關的基因集合。可以進一步研究和驗證這些基因集合，以揭示植物抗性的遺傳機制，揭示抗病基因網(wǎng)絡和信號傳遞路徑。分析抗性基因的表達模式和互作關系，可以構建植物抗病基因網(wǎng)絡，并揭示其中的信號傳遞途徑。這對深入理解植物抗病機制，并預測和設計植物抗性相關基因和途徑具有重要意義。鑒定和評估植物抗性相關的候選基因，比較不同品種或親本的基因表達情況，可以發(fā)現(xiàn)抗性相關基因的候選組。這可以為植物育種提供重要的信息，如篩選抗性品種、改良現(xiàn)有品種等以提高其抗性。因此，應用基因芯片技術進行植物的遺傳抗性分析具有廣泛的應用前景。借助該項技術，可以深入理解植物抗性的基因表達調(diào)控網(wǎng)絡，為植物育種和抗病篩選提供科學依據(jù)，促進植物抗性的研究和應用。

4 結束語

園林植物對于病蟲害的遺傳抗性，具有極高的研究價值和廣泛的適用特征，利用植物的遺傳抗性，可以更好地推動可持續(xù)生態(tài)保護。這不僅可以減少化學農(nóng)藥的使用，減少環(huán)境污染，還可以提高園林植物的生長質(zhì)量，確保園林的長期可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻

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