當(dāng)前，疫苗已經(jīng)普遍應(yīng)用于提高人和動(dòng)物的免疫力，那你聽(tīng)說(shuō)過(guò)“植物疫苗”嗎？

其實(shí)，就像人類(lèi)和其他多細(xì)胞生物一樣，植物在與病原體長(zhǎng)期斗爭(zhēng)過(guò)程中，也形成了復(fù)雜的免疫系統(tǒng)。當(dāng)感知到病原體“兵臨城下”時(shí)，植物免疫系統(tǒng)便會(huì)被激活以防止感染。而生命體除了依靠先天的免疫力之外，后天的免疫力也能夠被疫苗“誘導(dǎo)”產(chǎn)生。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)生物學(xué)院鞏志忠和齊俊生教授團(tuán)隊(duì)創(chuàng)制的“植物免疫啟動(dòng)蛋白（Plant immune Priming Protein，PIPP）”，便是依據(jù)植物免疫原理創(chuàng)制的“植物疫苗”，目前團(tuán)隊(duì)已為其產(chǎn)品“威普綠（VIP）”申請(qǐng)專(zhuān)利。

植物免疫啟動(dòng)蛋白，特指由植物、動(dòng)物或微生物產(chǎn)生的蛋白質(zhì)分子，通過(guò)與植物細(xì)胞膜外特定受體相互識(shí)別，提前啟動(dòng)植物自身的防御、免疫系統(tǒng)。當(dāng)植物再次遇到病害或逆境時(shí)，能夠快捷、高效地激活這種防御系統(tǒng)，順利完成整個(gè)生命周期，結(jié)出高品質(zhì)的果實(shí)與種子。

讓植物的先天免疫“動(dòng)”起來(lái)

上世紀(jì)90年代初，美國(guó)康奈爾大學(xué)研究人員在研究梨及蘋(píng)果的火疫病病菌時(shí)發(fā)現(xiàn)并分離出超敏蛋白（Harpin），該蛋白不僅能讓植物對(duì)病害進(jìn)行抵抗，還可以促進(jìn)植物生長(zhǎng)。但在1992年的《科學(xué)》雜志刊出后，世界范圍內(nèi)對(duì)此類(lèi)蛋白的研究一度陷入沉寂。

在中國(guó)，2004年剛留校任教的中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)生物學(xué)院齊俊生博士也做著相似的研究。“我們從黃萎菌中分離得到了‘維大力’基因，原本是想將它作為一個(gè)基因轉(zhuǎn)到植物里，試驗(yàn)?zāi)芊癞a(chǎn)生抗黃萎病的效果。但推廣受阻后，我們又猜想，如果把它做成蛋白溶液，噴到植物上會(huì)是什么效果？”齊俊生回憶道。但由于想法太過(guò)“離奇”，當(dāng)時(shí)絕大多數(shù)人都不看好。

從2004年初步產(chǎn)生思路，直到2011年才看到明顯效果，齊俊生團(tuán)隊(duì)反復(fù)試驗(yàn)、甘苦備嘗，后來(lái)加入中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)生物學(xué)院鞏志忠教授團(tuán)隊(duì)、進(jìn)入國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室后，第一個(gè)植物免疫啟動(dòng)蛋白產(chǎn)品“維大力”的創(chuàng)制進(jìn)程進(jìn)一步加速，從原本只在棉花上發(fā)揮作用，到之后功能驗(yàn)證不斷跨越到糧食、蔬菜及瓜果等多種作物。

“超敏蛋白來(lái)源于細(xì)菌，‘維大力’來(lái)源于真菌，雖然兩者是分別被發(fā)現(xiàn)的，但都屬于基于植物先天免疫達(dá)到防治效果的免疫誘抗蛋白。”齊俊生說(shuō)，“維大力”氨基酸序列與超敏蛋白完全不同，且安全、無(wú)毒，也不容易造成植物的過(guò)敏性死亡，作物使用之后，能同步實(shí)現(xiàn)免疫、增產(chǎn)及改善品質(zhì)的效果。

那植物先天免疫反應(yīng)是什么？為什么一個(gè)真菌源蛋白質(zhì)有此奇效呢？

齊俊生介紹，當(dāng)病原菌侵染時(shí)，植物有細(xì)胞外免疫和細(xì)胞內(nèi)免疫兩種應(yīng)對(duì)機(jī)制。植物葉子和根系表面的細(xì)胞膜外分布著無(wú)數(shù)個(gè)感受器，當(dāng)植物細(xì)胞感知到病原及逆境因子后，便將信息傳遞給“司令部”細(xì)胞核，從而調(diào)動(dòng)細(xì)胞內(nèi)防御系統(tǒng)進(jìn)行病害防衛(wèi)，這一過(guò)程與醫(yī)學(xué)上的先天免疫類(lèi)似。

“由于‘維大力’是植物病原菌的一個(gè)蛋白質(zhì)分子，被植物細(xì)胞膜外受體識(shí)別后就起到了釋放信號(hào)的作用，進(jìn)而激發(fā)出植物免疫反應(yīng)，跟普通植保殺蟲(chóng)殺菌的原理完全不一樣。”中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)生物學(xué)院原院長(zhǎng)、“973計(jì)劃”首席科學(xué)家鞏志忠告訴記者。

如果說(shuō)“維大力”的研制是一個(gè)從實(shí)踐到理論的過(guò)程，那么，第二個(gè)植物免疫啟動(dòng)蛋白產(chǎn)品——“威普綠”的研制則是由理論指導(dǎo)實(shí)踐。既然“維大力”的作用是釋放信號(hào)，那么植物細(xì)胞膜上應(yīng)該有特異識(shí)別“維大力”的接收器。于是，研究團(tuán)隊(duì)順藤摸瓜，找到了一個(gè)同時(shí)與“維大力”及其接收器有直接關(guān)系的元器件——“威普綠”。

“‘威普綠’是植物細(xì)胞產(chǎn)生的一個(gè)小蛋白質(zhì)分子，可以把它比喻為‘偵查兵’，經(jīng)常外出偵查敵情，又有協(xié)助信號(hào)接收器的功能。一旦有敵情及時(shí)上報(bào)，從而啟動(dòng)植物免疫反應(yīng)。”齊俊生解釋道，如果把“威普綠”與“維大力”混合使用，接收器接收與傳遞信號(hào)將更為通暢。

“‘威普綠’英文名稱(chēng)VIP中的‘I’，我更想解讀成阿拉伯?dāng)?shù)字里的‘1’，因?yàn)樗?dú)特、太稀有了，是第一個(gè)植物源免疫蛋白質(zhì)單分子產(chǎn)品。”齊俊生說(shuō)，只有極少數(shù)作物的細(xì)胞具有VIP這種蛋白，而且它還是“維大力”的互作蛋白。經(jīng)過(guò)5年的探索，2022年“威普綠”的功能不僅在實(shí)驗(yàn)室得以證明，而且廣譜的免疫誘導(dǎo)作用在田間也得以驗(yàn)證，的確屬于植物免疫啟動(dòng)蛋白。

誘導(dǎo)出“強(qiáng)”的植物生長(zhǎng)發(fā)育系統(tǒng)

“這兩個(gè)植物免疫啟動(dòng)蛋白都可以促進(jìn)種子萌發(fā)、根的生長(zhǎng)，作用于種子后相當(dāng)于給它一個(gè)警示信號(hào)，哪怕是外界生存境況較好的情況下，它也有趕快生長(zhǎng)的危機(jī)感和緊迫感。”鞏志忠強(qiáng)調(diào)，它是帶有抗性地促進(jìn)生長(zhǎng)，能“誘導(dǎo)”出植物防御系統(tǒng)和生長(zhǎng)發(fā)育系統(tǒng)的超水平表達(dá)。

隨著研究、實(shí)驗(yàn)的進(jìn)一步完善，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)“威普綠”與“維大力”二者以不同的比例配合使用，在促壯苗、提高免疫力方面表現(xiàn)更為顯著。而“威普綠”除了具備“維大力”的基本功能外，在植物遇到干旱、鹽堿時(shí)以及水果保鮮方面都有明顯改善作用。

2023年9月，記者曾跟隨齊俊生教授來(lái)到山東濟(jì)寧曲阜的玉米試驗(yàn)田，這里剛開(kāi)展了一次“威普綠”產(chǎn)品大面積應(yīng)用測(cè)試。時(shí)值初秋，試驗(yàn)田里的玉米依然梗葉油綠、棒槌結(jié)實(shí)，形成對(duì)照的未施用地塊，很多葉子已經(jīng)干枯。

經(jīng)過(guò)測(cè)試，施用過(guò)“威普綠”的2300畝玉米，莖粗平均增加4.5mm，根系更為發(fā)達(dá)，畝產(chǎn)較其他地塊增產(chǎn)率高達(dá)17.83%。更令齊俊生感到欣慰的是，9月初相鄰農(nóng)戶種植的玉米大面積爆發(fā)銹病，但測(cè)試田玉米受銹病病害影響較小，沒(méi)有傾倒現(xiàn)象出現(xiàn)。

在玉米上展現(xiàn)出來(lái)的保綠效果，在小麥?zhǔn)痉短镆餐瑯颖憩F(xiàn)突出。去年多地小麥生產(chǎn)遭遇“爛場(chǎng)雨”，但在山東及河南等地使用“威普綠”的試驗(yàn)田小麥?zhǔn)苡绊懖淮螅故玖嘶疃挸墒臁⒖沟狗⒁种扑氚l(fā)芽等功能。

“保綠、持綠，農(nóng)業(yè)上叫活稈成熟，其實(shí)也可以稱(chēng)為延續(xù)生命。”鞏志忠說(shuō)，“麥子成熟后，麥粒干在穗上，籽粒跟母體脫離，一來(lái)雨很快就會(huì)發(fā)芽；但使用這款蛋白后，小麥青稈綠葉并且正常成熟，相當(dāng)于麥穗和秸稈始終保持聯(lián)系，不僅不影響收獲時(shí)間，而且遇雨也不易發(fā)芽，同時(shí)能減少嘔吐毒素的含量。”

“威普綠”還能幫助采摘后的果蔬延長(zhǎng)“新鮮”生命。齊俊生的助手介紹，在藍(lán)莓和圣女果的保鮮對(duì)照實(shí)驗(yàn)中，用“威普綠”蛋白噴施處理后，在常溫（27℃）環(huán)境下，10天后藍(lán)莓的完好率優(yōu)于保鮮劑對(duì)照組，圣女果保鮮期則延長(zhǎng)至45天。

從實(shí)驗(yàn)室走向田間有多遠(yuǎn)

蛋白質(zhì)分子極易降解，一遇高溫就變性。如何保持蛋白的持久穩(wěn)定性，成為“植物疫苗”產(chǎn)品化應(yīng)用的關(guān)鍵。

“我們將蛋白做成蛋白干粉，幾乎可以與殺蟲(chóng)劑、殺菌劑等所有農(nóng)藥肥料復(fù)配，因此用起來(lái)非常簡(jiǎn)單。”齊俊生說(shuō)，工程菌技術(shù)成功解決了植物免疫啟動(dòng)蛋白穩(wěn)定性難題，把“嬌嫩”的植物免疫啟動(dòng)蛋白從實(shí)驗(yàn)室?guī)У教镩g地頭。

生產(chǎn)問(wèn)題解決之后，大面積推廣成了最大難題。“作為科學(xué)家，如果不把機(jī)理深入地講清楚，就很難有說(shuō)服力，只能讓大家去現(xiàn)場(chǎng)看后發(fā)現(xiàn)確實(shí)有效果。”鞏志忠說(shuō)，由于概念新穎、功能廣譜，在產(chǎn)品推廣中遭遇了意想不到的困擾。

事實(shí)上，植物對(duì)于外界刺激的應(yīng)對(duì)機(jī)理遠(yuǎn)比人類(lèi)想象的更復(fù)雜。經(jīng)過(guò)20多位碩博士的艱辛努力，“維大力”在植物細(xì)胞內(nèi)的分子作用機(jī)理得到了國(guó)際植物學(xué)界的認(rèn)可，研究論文在植物學(xué)著名雜志《植物細(xì)胞》上發(fā)表。而“威普綠”是一種未知蛋白，它的功能首次被發(fā)現(xiàn)，目前團(tuán)隊(duì)仍在深入研究其中的機(jī)理。

讓農(nóng)民從用化學(xué)農(nóng)藥殺菌殺蟲(chóng)的固有習(xí)慣，轉(zhuǎn)變?yōu)樘崆皢?dòng)植物免疫系統(tǒng)的觀念，也不是一件容易的事。

“植物疫苗”如何使用？科研團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，就類(lèi)似于注射疫苗，不是等到發(fā)病時(shí)才打疫苗，而要在種子階段或種苗階段開(kāi)始使用，使植物從幼苗階段即獲得快速啟動(dòng)免疫的能力，同時(shí)在植物的生長(zhǎng)階段進(jìn)行葉面噴施，再次加強(qiáng)免疫。

然而，植物免疫啟動(dòng)蛋白不像化學(xué)農(nóng)藥有立竿見(jiàn)影的效果，它屬于“治未病”，到中后期才能看到特別明顯的成效。

科學(xué)團(tuán)隊(duì)對(duì)植物免疫啟動(dòng)蛋白的前景充滿信心。齊俊生介紹，目前“維大力”已經(jīng)轉(zhuǎn)讓給中捷四方生物科技股份有限公司，作為助劑在生產(chǎn)中獲得應(yīng)用推廣。“威普綠”在山東種業(yè)集團(tuán)有限公司與中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)產(chǎn)學(xué)研合作下已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。未來(lái)，團(tuán)隊(duì)將與企業(yè)在產(chǎn)學(xué)研方面密切合作，期待為新一輪千億斤糧食產(chǎn)能提升和瓜果蔬菜的安全生產(chǎn)作出貢獻(xiàn)。

來(lái)源：農(nóng)民日?qǐng)?bào)