從(cong) 鼠疫、天花，到“非典”和“新冠”，人類的曆史，幾乎就是一部與(yu) 傳(chuan) 染病打交道的曆史。在人類不斷對抗病原體(ti) 的同時，植物也在另一條戰線上英勇地與(yu) 病原體(ti) 作鬥爭(zheng) 。不僅(jin) 如此，植物的健康與(yu) 人類的生命健康、生產(chan) 生活更是息息相關(guan) 。

Part.1

唇亡齒寒，植物“生病”，人類也逃不了

農(nong) 作物上的病害會(hui) 直接影響糧食產(chan) 量，進而危害人類的生存。曆史上愛爾蘭(lan) 人曾以馬鈴薯為(wei) 主食，在1845~1846年，一場由致病疫黴（Phytophthora infestans；一種病原卵菌）引發的馬鈴薯晚疫病席卷愛爾蘭(lan) 主要產(chan) 糧區。短短的數個(ge) 月內(nei) ，數十萬(wan) 人被餓死，百萬(wan) 人流離失所，逃荒至歐洲大陸和北美洲。

感染馬鈴薯晚疫病的作物（來源：必應）

不僅(jin) 如此，自然生態係統中發生的植物病害也會(hui) 對人類造成危害。

中國有60億(yi) 畝(mu) 的草地，其麵積占據了國土麵積的41%，是我國現有耕地麵積的3倍多。這些草地大多被用來發展畜牧業(ye) ，放養(yang) 著數以億(yi) 計的牛羊，為(wei) 人類直接提供著各類肉製品和奶製品。

葉片則是植物最重要的光合作用器官，然而，許多植物病原體(ti) 往往會(hui) 侵染牧草的葉片引起病害，光合作用受影響，進而導致牧草產(chan) 量降低、品質下降和有害毒素的積累等一係列後果。

草場病害直接關(guan) 係到千家萬(wan) 戶“飯盒子”和“奶罐子”，也關(guan) 乎數百萬(wan) 牧戶的“錢袋子”。而中國的牧民多數為(wei) 少數民族，分布在祖國的邊疆，牧草的健康與(yu) 否更關(guan) 乎國家的脫貧大計和社會(hui) 的穩定團結。既然關(guan) 乎國計民生，作為(wei) 科研人員就不可不察，不僅(jin) 如此，科研人員還在積極探究放牧對牧草病害的影響。

Part.2

不要小看“牛吃草”！放牧還能保護草場

傳(chuan) 統觀點認為(wei) ，放牧會(hui) 對草場造成破壞，然而新的研究發現，一定梯度的放牧可以通過病原體(ti) 減少植物病害間接保護草地。相關(guan) 成果以《Contrasting effects ofmammal grazing on foliar fungal diseases: patterns and potential mechanisms》為(wei) 題目，發表在國際植物學頂級刊物New Phytologist上。

劉向研究員在野外休息來源：作者提供

要想給牧草“把脈”，就得溯本清源，找到植物病原體(ti) 的源頭。植物病原體(ti) 包括病原菌物（又包括病原真菌和病原卵菌）、病原細菌、病原線蟲和植物病毒等類群。而根據病原體(ti) 的生活史特征，又可以被分為(wei) 活體(ti) 營養(yang) 型病原體(ti) 和死體(ti) 營養(yang) 型病原體(ti) 。如果把病原體(ti) 比喻成“吸血鬼”的話，可區分為(wei) “吸人血”的活體(ti) 營養(yang) 型病原體(ti) 和“吸鬼血”的死體(ti) 營養(yang) 型病原體(ti) 。

所謂活體(ti) 營養(yang) 型病原體(ti) ，是指僅(jin) 能從(cong) 宿主的活細胞中獲取營養(yang) ，並生活在活植物組織內(nei) 的病原體(ti) 。病毒在離開活細胞後，就會(hui) 迅速失活，因此屬於(yu) 典型的活體(ti) 營養(yang) 型病原體(ti) 。比如，植物常見的鏽病和白粉病等，其病原體(ti) 就屬於(yu) 活體(ti) 營養(yang) 型。

而死體(ti) 營養(yang) 型病原體(ti) ，則是指能夠從(cong) 宿主的死細胞中獲取營養(yang) ，並可以生活在死植物組織內(nei) 的病原體(ti) 。病原體(ti) 的上述生活史特點，直接導致活體(ti) 營養(yang) 型病原體(ti) 的繁殖體(ti) 往往隻能存在於(yu) 鮮活的植物組織內(nei) ；而死體(ti) 營養(yang) 型病原體(ti) 的繁殖體(ti) 則在枯枝落葉和土壤中無處不在。

有了對“敵情”的細致摸排，研究人員就可以針對性“用兵”了。根據植物病原體(ti) 的上述特點，蘭(lan) 州大學生態學創新研究院劉向課題組選擇青藏高原東(dong) 部的典型高寒草甸為(wei) 研究對象。

青藏高原不僅(jin) 是世界的屋脊，還是我國重要的草原，是5000萬(wan) 隻綿羊，1400萬(wan) 頭犛牛的樂(le) 土。而牧草的興(xing) 盛關(guan) 乎畜牧的生存，畜牧的生存又直接關(guan) 乎到青藏高原500萬(wan) 當地牧民的生產(chan) 和生活。劉向課題組利用犛牛放牧梯度實驗平台，針對不同放牧梯度（在一定麵積的草地上放養(yang) 不同數量的牛羊，放的牛羊越多則放牧強度越大）下植物病害的發生情況開展了大量的調查。初步發現放牧會(hui) 直接降低活體(ti) 營養(yang) 型病原體(ti) 所導致的植物病害，如鏽病。也就是說，一定強度的放牧可以通過病原體(ti) 減少植物病害間接保護草地。需要注意的是，放牧對病原體(ti) 的抑製僅(jin) 限於(yu) 活體(ti) 營養(yang) 型，對死體(ti) 營養(yang) 型病原體(ti) 所導致的植物病害，如葉斑病，則無顯著影響。

小花草玉梅黑斑病來源：作者提供

上述的發現是僅(jin) 僅(jin) 在青藏高原成立，還是放之四海而皆準？為(wei) 了證實上述發現是否具有普遍性，劉向課題組基於(yu) Web of Science和中國知網數據庫，在全球範圍內(nei) 共計獲取了63項有關(guan) 放牧影響植物病害的案例研究，而後對數據進行整合分析。分析結果證實了劉向課題組之前根據高寒草甸放牧實驗所得出結論的準確性：放牧在降低活體(ti) 營養(yang) 型病原體(ti) 引起病害的同時，並不會(hui) 顯著影響死體(ti) 營養(yang) 型病原體(ti) 所引起的病害。

那麽(me) ，究竟是何種原因導致了放牧對不同類型植物病害的差異化影響呢？劉向等人進一步設計了控製性實驗，以探究這種差異化影響的潛在機製。他選擇了兩(liang) 種高寒草甸常見植物，其中一種攜帶由活體(ti) 營養(yang) 型病原體(ti) 引起的鏽病（Phragmidium potentillae）；而另一種則攜帶由死體(ti) 營養(yang) 型病原體(ti) 引起的葉斑病（Ascochyta sp.）。

華西委陵菜鏽病菌(Phragmidium potentillae)的孢子堆和孢子形態，拍攝於(yu) 甘南草原生態係統國家野外科學觀測研究站(阿孜站) 來源：作者提供

顯微鏡下的華西委陵菜鏽病菌(Phragmidium potentillae) 來源：作者提供

研究人員使用剪刀人工去除掉部分植物葉片以模擬放牧可能給植物葉片帶來的影響，而後對病害的發生情況進行調查。控製實驗證實：活體(ti) 營養(yang) 型病原體(ti) 主要分布在新鮮牧草上，放牧過程中，牲畜啃食牧草，移除了活體(ti) 營養(yang) 型病原體(ti) 的繁殖體(ti) ，從(cong) 而達到控製傳(chuan) 播源的目的。

顯微鏡下的鏽菌冬孢子和夏孢子來源：作者提供

雖是收之東(dong) 隅，但也失之桑榆。牲畜在啃食過程中，植物產(chan) 生的傷(shang) 口可能會(hui) 促進死體(ti) 營養(yang) 型病原菌的傳(chuan) 播，進而引發病害。因為(wei) 死體(ti) 營養(yang) 型病原菌的繁殖體(ti) 往往能夠大量存在於(yu) 枯枝落葉、土壤甚至空氣中。

該研究回答了放牧究竟會(hui) 如何影響不同生活史類型病原體(ti) 引起的植物病害，極大地提高了我們(men) 對放牧情景下植物病害發生情況的預測能力，為(wei) 製定草原利用和管理措施，開發草原生物災害預警係統提供了重要的理論支撐。下一步劉向課題組會(hui) 繼續關(guan) 注植物物種豐(feng) 富度、係統發育關(guan) 係等生物學因子，溫度、濕度等環境因子，和施肥、放牧等人為(wei) 活動幹擾因子對病原真菌的影響。

注：該研究由我國本土科研工作者獨立完成，蘭(lan) 州大學草地農(nong) 業(ye) 生態係統國家重點實驗室/生態學創新研究院劉向青年研究員為(wei) 論文通訊作者，劉木博士和西南民族大學澤讓東(dong) 科博士為(wei) 論文的共同第一作者。研究中使用的放牧梯度實驗平台由西南民族大學四川若爾蓋高寒濕地生態係統國家級野外科學觀測研究站在四川省紅原縣設置。該研究得到了國家自然科學基金、蘭(lan) 州大學引進人才科研啟動經費和蘭(lan) 州大學中央高校基本科研業(ye) 務費等項目的資助。

出品：科普中國

製作：趙序茅（蘭(lan) 州大學青年研究員）

監製：中國科學院計算機網絡信息中心

（本文中標明來源的圖片已獲得授權）


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