植物界上演“万万没想到”,牛羊靠吃还能减少草地病害!

来源: 科普中国-科普融合创作与传播 日期:2021-04-15

  从鼠疫、天花,到“非典”和“新冠”,人类的历史,几乎就是一部与传染病打交道的历史。在人类不断对抗病原体的同时,植物也在另一条战线上英勇地与病原体作斗争。不仅如此,植物的健康与人类的生命健康、生产生活更是息息相关。

  唇亡齿寒,植物“生病”,人类也逃不了

  农作物上的病害会直接影响粮食产量,进而危害人类的生存。历史上爱尔兰人曾以马铃薯为主食,在1845~1846年,一场由致病疫霉(Phytophthora infestans;一种病原卵菌)引发的马铃薯晚疫病席卷爱尔兰主要产粮区。短短的数个月内,数十万人被饿死,百万人流离失所,逃荒至欧洲大陆和北美洲。

  

  感染马铃薯晚疫病的作物(来源:必应)

  不仅如此,自然生态系统中发生的植物病害也会对人类造成危害。

  中国有60亿亩的草地,其面积占据了国土面积的41%,是我国现有耕地面积的3倍多。这些草地大多被用来发展畜牧业,放养着数以亿计的牛羊,为人类直接提供着各类肉制品和奶制品。

  叶片则是植物最重要的光合作用器官,然而,许多植物病原体往往会侵染牧草的叶片引起病害,光合作用受影响,进而导致牧草产量降低、品质下降和有害毒素的积累等一系列后果。

  草场病害直接关系到千家万户“饭盒子”和“奶罐子”,也关乎数百万牧户的“钱袋子”。而中国的牧民多数为少数民族,分布在祖国的边疆,牧草的健康与否更关乎国家的脱贫大计和社会的稳定团结。既然关乎国计民生,作为科研人员就不可不察,不仅如此,科研人员还在积极探究放牧对牧草病害的影响。

  不要小看“牛吃草”!放牧还能保护草场

  传统观点认为,放牧会对草场造成破坏,然而新的研究发现,一定梯度的放牧可以通过病原体减少植物病害间接保护草地。相关成果以《Contrasting effects of mammal grazing on foliar fungal diseases: patterns and potential mechanisms》为题目,发表在国际植物学顶级刊物New Phytologist上。

  

  刘向研究员在野外休息 来源:作者提供

  要想给牧草“把脉”,就得溯本清源,找到植物病原体的源头。植物病原体包括病原菌物(又包括病原真菌和病原卵菌)、病原细菌、病原线虫和植物病毒等类群。而根据病原体的生活史特征,又可以被分为活体营养型病原体死体营养型病原体。如果把病原体比喻成“吸血鬼”的话,可区分为“吸人血”的活体营养型病原体和“吸鬼血”的死体营养型病原体。

  所谓活体营养型病原体,是指仅能从宿主的活细胞中获取营养,并生活在活植物组织内的病原体。病毒在离开活细胞后,就会迅速失活,因此属于典型的活体营养型病原体。比如,植物常见的锈病和白粉病等,其病原体就属于活体营养型。

  而死体营养型病原体,则是指能够从宿主的死细胞中获取营养,并可以生活在死植物组织内的病原体。病原体的上述生活史特点,直接导致活体营养型病原体的繁殖体往往只能存在于鲜活的植物组织内;而死体营养型病原体的繁殖体则在枯枝落叶和土壤中无处不在。

  有了对“敌情”的细致摸排,研究人员就可以针对性“用兵”了。根据植物病原体的上述特点,兰州大学生态学创新研究院刘向课题组选择青藏高原东部的典型高寒草甸为研究对象。

  青藏高原不仅是世界的屋脊,还是我国重要的草原,是5000万只绵羊,1400万头牦牛的乐土。而牧草的兴盛关乎畜牧的生存,畜牧的生存又直接关乎到青藏高原500万当地牧民的生产和生活。刘向课题组利用牦牛放牧梯度实验平台,针对不同放牧梯度(在一定面积的草地上放养不同数量的牛羊,放的牛羊越多则放牧强度越大)下植物病害的发生情况开展了大量的调查。

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