园林植物病虫害的遗传抗性研究与可持续生态保护

李燕

摘 要：植物的遗传抗性是自然界存在的最广泛的、植物对外界病原微生物以及病虫害具有的抗性，是植物的免疫系统。遗传抗性对于植物的抗病来说具有持久和抗广谱性的特点，属于植物潜在的抗病资源，是近年来生物研究领域的热点，也是园林植物管理的热点。在植物与病虫害的共同进化过程中，它们之间形成了一种复杂的抗病关系。这种抗病关系可以分为不同层次，而并非完全依赖于寄主自身的抗性。通过形成抗病关系，植物实际上建立了第一道防线，以阻止病原菌和害虫的侵染。基于此，探讨植物遗传抗性的机理及遗传抗性在园林植物可持续生态保护中的作用，分析植物遗传抗性研究面临的困境，提出利用园林植物遗传抗性进行可持续生态保护的对策，加强对园林植物的保护，促进生态的可持续发展。

关键词：园林植物；遗传抗性；生态保护；可持续发展

中图分类号：S436.8 文献标志码：B文章编号：2095–3305（2024）01–00-03

自然界存在数以万亿计的病原微生物，细菌、真菌、病毒和各种虫害植物，在应对这样复杂的生存环境的过程中，开展了漫长的进化并形成了一系列的具有卓越效果的防御机制，使得自身也受大多数病虫害、微生物的侵害，仅受极少数被微生物的感染[1]。这种现象称为植物的抗性，也就是植物仅对个别的病原菌微生物产生感病反应，而对绝大多数其他的病原菌微生物具有抗性，这种抗性具有遗传性。遗传抗性广泛存在于自然界，是植物自带的强大的免疫系统，本文对病虫害遗传特征和分子机理进行了探讨，这对持续进行植物生态保护和促进园林植物的良好管理具有重要意义。

1 园林植物遗传抗性的机理

1.1 植物诱导的细胞分化和基本致病基因的表达

植物通过表面物质的形成来预防病原菌的入侵。例如，植物表面上覆盖着一层角质层或保护性的表皮毛，这些结构可减少病原菌接触植物细胞的机会。植物还会发生一系列的气孔调控及根部分泌物释放，这些过程有助于减少病原菌。植物在感知病原菌侵染后，会迅速启动一系列的防御机制对抗病原菌。植物会释放一些化学物质，如保护性酶、抗菌肽和生长抑制物质，这些物质可以直接抑制病原菌的生长和扩散。植物还会产生信号分子，如植物激素和信号酵素，调控免疫系统及其他抗病机制的活性。此外，植物的基因组也在演化中发生了一系列的变化来应对病原菌的侵染。植物通过基因重组、基因扩增和基因删除等方式，来增强自身的抗病能力。这些基因组级别的变化可以使植物在面对特定的病原菌时更具抵抗力。通过植物的物理结构、化学物质和基因组变化来形成这些抗病关系。防御机制的建立对维持植物的健康和生存至关重要，并为进一步研究和发展植物抗性育种提供了理论依据[2]。

1.2 植物的肌动蛋白微纤丝组织病原菌侵入

植物的细胞骨架是一种复杂的网络结构，由蛋白质纤维和微管组成。这种细胞骨架在植物细胞的维持形状和稳定性方面起着关键作用。除了这些机械功能，植物的细胞骨架还在抵御病原菌入侵方面起着重要作用。肌动蛋白微纤丝是细胞骨架的重要组成部分，存在于細胞的质膜下方，并形成一种类似网状的结构。研究发现，这些肌动蛋白微纤丝在植物细胞与病原菌相互作用中扮演着关键角色。它们可以迅速聚集到病原菌侵入点，形成屏障，阻止病原菌的进一步扩散和侵袭植物细胞。当肌动蛋白微纤丝功能丧失时，植物的抗性也会随之消失。一些突变体植物缺乏正常结构和功能的肌动蛋白微纤丝，导致它们抵御病原菌的能力显著减弱。这些植物容易感染各种病原菌，导致病害的暴发和严重损失。肌动蛋白微纤丝在植物与病原菌互作中的具体作用机制尚不明确，但一些研究表明，它们可能通过改变质膜的物理特性来阻止病原菌的入侵。此外，肌动蛋白微纤丝还可能参与信号传导途径，调控植物对病原菌的免疫响应[3]。例如，用细胞松弛素处理桂花树叶鞘细胞后，发现桂花树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树植物的叶片细胞可见，该细胞骨架在植物遗传抗性中起到了重要作用。进一步的研究有助于更好地理解细胞骨架在植物抗性中的作用机制，并为植物保护和病害防治提供新的思路。

1.3 针对病原菌的分子防御反应

植物的遗传抗性在分子层面也有所体现，植物与病原菌的相互作用中会激发一系列的生物因子，这些因子在遗传抗性的体现上具有重要的价值抗性机制，受不同病原菌诱导产生不同的作用链路。例如，鞭毛蛋白是在细菌鞭毛形成过程中产生的一种蛋白质。它在特定条件下可以被激活，作为一种激发因子，参与带有植物防御机制的联合反应诱导。鞭毛蛋白通过与其他关键的蛋白质相互作用，产生联合诱导反应，从而触发植物的防御反应。这个过程涉及鞭毛蛋白不敏感因子、富含亮氨酸重复受体激酶和分裂素激活蛋白激酶3个主要因素。具体来说，鞭毛蛋白与鞭毛蛋白不敏感因子相结合以后，会改变其构象，使其成为一种激活态。这种激活态的鞭毛蛋白不敏感因子可以与富含亮氨酸重复受体激酶相互作用并被激活[4]。富含亮氨酸重复受体激酶会进一步激活分裂素激活蛋白激酶。最后，这个联合反应诱导的过程将导致植物启动自身防御机制。还有激发因子在病原菌的细胞壁酶解释被释放，这一类激发因子包括寡聚几丁质和葡萄糖等，这些激发因子释放以后，植物组织的抗微生物能力也会显著增强。植物的防御机制包括一系列反应，如产生抗菌物质、积极反应病原菌入侵等，以增强植物对环境的压力和病原菌的抵抗力。例如，较为典型的例子就是乳突的形成，这个防御壁垒广泛分布于植物细胞壁内部，在桂花叶片感染白粉病之后，植物叶片的乳突防御机制非常显著，乳突形成在抗性形成过程中至关重要，野生类型的拟南芥对非济主白粉病，在抗性反应中，80%以上的分生孢子在乳突形成处受到抑制，因此停止生长，植物完成了对微生物的抵抗。这个过程植物能够更好地抵抗外部压力和病原菌入侵，保持健康生长。

1.4 营养吸收抑制

遗传抗性体现在植物的营养吸收被抑制，从而限制了病菌的生长发育。在拟南芥病菌的相互作用中，病菌进入植物的表皮细胞并形成吸收器，但由于园林植物内部的其他机制抑制其营养吸收，病菌无法获得充足的养分而停止生长和繁殖。这种抗性机制使得园林植物在抵抗病菌感染方面具有优势。通过限制病菌的营养摄取，植物可以有效减缓病菌的生长速度，从而阻止其进一步侵入和伤害植物组织。这种抑制机制可能包括产生抗菌物质，改变植物细胞壁的结构以阻止病菌的侵入，以及调节相关基因的表达来启动防御反应等。通过遗传变异和选择，植物可以逐渐积累具有抑制病原菌生长的基因或特性，从而提高对病害的抵抗力[5]。

1.5 基于基因对基因反抗的抗性

园林植物的遗传抗性体现在植物的基因与病原菌基因之间存在基因反应抗性，这种抗性主要对应病原菌基因中的无毒基因，植物细胞壁对部分基因具有特异筛选机制，这种机制的存在形成了遗传抗性的最后一道防线。同时，即使病原菌突破最后一道防线，与园林植物之间形成寄生关系，但此时植物细胞基因仍然通过这种基因抗性，调节病原菌，无论是病菌种类还是基因抑制，都受到这种遗传抗性的影响，从而使得寄主植物与病原菌处于动态平衡的关系，保持植物生存和繁衍的稳定。

1.6 园林植物的抗虫性

植物抗虫性是植物為了抵御害虫的侵袭而形成一种防御机制。根据植物的生理功能角度，可以将植物抗虫性的机制分为趋避性、抗生性和耐受性3种。

第一，趋避性机制。植物通过某些方式避免和减少害虫的侵害。相关机制包括植物产生特定味道或气味，例如某些植物会释放出气味吸引捕食性昆虫来捕食害虫。此外，一些植物还会通过形态特征来阻止害虫的侵害，例如具有多毛的植物表面可以阻挡害虫的进入[6]。

第二，抗生性机制。植物通过自身的抗菌作用来抵御害虫的侵害。这包括植物通过合成具有杀虫活性的物质来杀死或抑制害虫的生长和繁殖，一些植物会合成具有杀虫活性的化合物，如生物碱、挥发性物质以及抗菌肽等，抵御害虫的攻击。

第三，耐受性机制。植物通过一些适应措施减轻害虫对其造成的损害。耐受性机制包括通过调节植物的生理过程来减轻害虫的损害，例如一些植物在受到害虫攻击后会加速自身的修复过程，或者调节自身的营养代谢，从而减轻害虫对其造成的伤害。不同植物通过这些机制来保护自身免受害虫的侵害，这些机制的存在为植物提供了多层次的防御策略，增强了植物的生存能力，进而维持了生态系统的平衡。

2 利用园林植物遗传抗性进行可持续生态保护的对策

研究遗传抗性机制对培育抗病品种和制定病害防控策略具有重要意义，有助于提高农作物的产量和质量，并减少对化学农药的依赖。

2.1 利用植物遗传抗性进行良种培育

园林植物是城市绿化和景观设计中不可或缺的部分，但是也容易受到病虫害的攻击。为了提高园林植物的抗病能力，可以利用遗传抗性进行品种改良。需要收集大量不同品种的园林植物，并筛选出在同一病害侵袭下表现出抗性的植物。这些植物可能具有特定的抗病基因，可以使它们免疫或减轻病害的侵害。这一过程需要进行大规模的实地观察和记录，确定特定基因在抗性表现中的作用。通过分子生物学技术，如PCR、DNA测序等，对筛选出的具有抗性的园林植物进行基因分析。通过比对不同品种的基因序列，可以确定抗病基因在不同园林植物中的分布情况和多态性。同时，还可以研究基因的功能和调控机制，以更好地理解抵御病虫害的机理。可以应用遗传工程技术，如基因编辑或转基因技术，将具有抗性的基因引入其他脆弱品种的园林植物。这样可以增强这些植物的抗病能力，使其能够更好地抵御多种病虫害。

在品种改良过程中，除了筛选出抗病性最强的抗病基因，还需要考虑抗谱的广度。抗谱指的是抗病基因对多种病害的抵抗力。通过深入研究植物品种的抗性基因，利用遗传学原理进行育种，培育出更具抗病虫害性的新品种。通过遗传标记辅助选择和基因编辑等技术手段，可以快速、精确地引入或改造抗性基因，提高优良品种的抗性。若一个基因只对特定病害有效，它的应用范围将受到限制。因此，筛选抗性最强且抗谱最广的抗病基因可以在不同环境和不同病虫害侵袭下提供全面的保护。通过筛选抗病性最强、抗谱最广的抗病基因，提高园林植物的抗病能力，增强它们在城市绿化和景观设计中的适应性与可持续性。

2.2 利用植物抗性开展精细化园林植物种植管理

通过在园林景观中种植不同抗性的植物品种，可以减少特定病虫害在种植面积上的扩散，降低病虫害的风险。在园林设计中，选择具有遗传抗性的植物品种是关键。通过研究和评估各种植物的抗病虫害能力，选取具有较高遗传抗性的植物品种进行种植。这样不仅能减少对化学农药的依赖，也能减轻病虫害对植物生长的影响。在选择园林植物的过程中，应引入多样化的植物种类。不同的植物具有不同的遗传抗性，通过增加植物的种类和数量，可以提高整个园林的整体抗病虫害能力，减少疫病和虫害的传播。一些园林植物可以产生抗生物质，对病原菌具有抑制作用。在园林设计中，可以选择具有疫病源抑制剂作用的植物种类，并与其他植物相互配植，从而达到降低整体病虫害发生率的效果。

在不同季节轮作不同植物品种，可以减少病虫害持续存在的机会，有利于主要作物的健康生长和生产。目前，从很多园林植物的生长周期和繁殖发育情况统计数据来看，基于植物抗性的轮作方法对预防某些季节的特定病虫害具有良好的作用。鼓励连续选择和繁殖具有抗性的后代，增强植物种群的整体抗病虫害能力。间杂种植不同种类的乔木、灌木和地表草皮等，可以有效解决单一种植引发的大规模病虫害传播的问题，形成种植园林整体抗病性，减少病虫害集中发生而造成的严重危害，也进一步降低了病虫害防治难度。除了对病虫害的遗传抗性外，还可以通过提高植物的抗逆性，使其适应更多的环境变化。通过定期施肥、增强植物的养分吸收能力、抗旱、抗寒等能力，提高植物的整体抵抗能力，减少病虫害的发生。

2.3 建立病虫害监测与预警体系

建立全面、及时的病虫害监测网络，通过监测病虫害的分布和流行情况，早期预警，及时采取防治措施，减少病虫害对农作物的危害。利用遥感技术和传感器等现代科技手段，可以实时监测植物健康状态和病虫害发展趋势，提供科学决策依据。

2.4 推广健康种植理念

加强对农民的培训和科普，提高其对健康种植理念的认识。通过推广有机农业、绿色农业和生态农业等可持续发展的种植方式，减少对化学农药的依赖，提高农产品的安全性和环境友好性。同时，加强农业科技推广，培养农民的种植管理技能，提高种植效益和抗病虫害能力。

3 园林植物遗传抗性研究与可持续生态保护的发展方向

基因芯片技术是一种高通量的基因分析方法，它可以同时检测和测量数以千计的基因表达情况。应用基因芯片技术进行植物的遗传抗性分析可以提供关于基因表达的全面信息，有助于理解植物抗性的分子机制，并为植物育种提供重要的参考。帮助识别与植物抗性相关的基因，在不同条件下对比抗性和感染植物的基因表达情况，可以筛选出与抗性相关的基因集合。可以进一步研究和验证这些基因集合，以揭示植物抗性的遗传机制，揭示抗病基因网络和信号传递路径。分析抗性基因的表达模式和互作关系，可以构建植物抗病基因网络，并揭示其中的信号传递途径。这对深入理解植物抗病机制，并预测和设计植物抗性相关基因和途径具有重要意义。鉴定和评估植物抗性相关的候选基因，比较不同品种或亲本的基因表达情况，可以发现抗性相关基因的候选组。这可以为植物育种提供重要的信息，如筛选抗性品种、改良现有品种等以提高其抗性。因此，应用基因芯片技术进行植物的遗传抗性分析具有广泛的应用前景。借助该项技术，可以深入理解植物抗性的基因表达调控网络，为植物育种和抗病筛选提供科学依据，促进植物抗性的研究和应用。

4 结束语

园林植物对于病虫害的遗传抗性，具有极高的研究价值和广泛的适用特征，利用植物的遗传抗性，可以更好地推动可持续生态保护。这不仅可以减少化学农药的使用，减少环境污染，还可以提高园林植物的生长质量，确保园林的长期可持续发展。

参考文献

[1] 郭艳红，晏慧君，张婷，等.蔷薇属植物抗性与叶片和花瓣超微结构相关性分析[J].云南大学学报（自然科学版），2022，44（4）：852-858.

[2] 张莉娟，林垠孚，吴凤，等.马铃薯Y病毒属病毒的致病机理及植物抗性机制研究进展[J].农业研究与应用，2021，34 （1）：33-41.

[3] 李建，黃琳丽.乙烯在植物抗性反应中的作用[J].生物化工，2020，6（6）：140-142.

[4] 颜瑾，刘晓敏，何可佳，等.硅肥对于提高植物抗性的作用机理研究进展[J].安徽农业科学，2020，48（12）：9-12.

[5] 徐倩玉，兰玉，刘嘉欣，等.乙酰羟酸合酶抑制剂类除草剂的植物抗性机制[J].作物学报，2019，45（9）：1295-1302.

[6] 张峰源，曾钰洁.植物抗性的研究进展[J].林业科技情报，2019，51（1）：1-3.