當前，疫苗已經普遍應用于提高人和動物的免疫力，那你聽說過“植物疫苗”嗎？

其實，就像人類和其他多細胞生物一樣，植物在與病原體長期斗爭過程中，也形成了復雜的免疫系統。當感知到病原體“兵臨城下”時，植物免疫系統便會被激活以防止感染。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”產生。中國農業大學生物學院鞏志忠和齊俊生教授團隊創制的“植物免疫啟動蛋白（Plant immune Priming Protein，PIPP）”，便是依據植物免疫原理創制的“植物疫苗”，目前團隊已為其產品“威普綠（VIP）”申請專利。

植物免疫啟動蛋白，特指由植物、動物或微生物產生的蛋白質分子，通過與植物細胞膜外特定受體相互識別，提前啟動植物自身的防御、免疫系統。當植物再次遇到病害或逆境時，能夠快捷、高效地激活這種防御系統，順利完成整個生命周期，結出高品質的果實與種子。

讓植物的先天免疫“動”起來

上世紀90年代初，美國康奈爾大學研究人員在研究梨及蘋果的火疫病病菌時發現并分離出超敏蛋白（Harpin），該蛋白不僅能讓植物對病害進行抵抗，還可以促進植物生長。但在1992年的《科學》雜志刊出后，世界范圍內對此類蛋白的研究一度陷入沉寂。

在中國，2004年剛留校任教的中國農業大學生物學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基因轉到植物里，試驗能否產生抗黃萎病的效果。但推廣受阻后，我們又猜想，如果把它做成蛋白溶液，噴到植物上會是什么效果？”齊俊生回憶道。但由于想法太過“離奇”，當時絕大多數人都不看好。

從2004年初步產生思路，直到2011年才看到明顯效果，齊俊生團隊反復試驗、甘苦備嘗，后來加入中國農業大學生物學院鞏志忠教授團隊、進入國家重點實驗室后，第一個植物免疫啟動蛋白產品“維大力”的創制進程進一步加速，從原本只在棉花上發揮作用，到之后功能驗證不斷跨越到糧食、蔬菜及瓜果等多種作物。

“超敏蛋白來源于細菌，‘維大力’來源于真菌，雖然兩者是分別被發現的，但都屬于基于植物先天免疫達到防治效果的免疫誘抗蛋白。”齊俊生說，“維大力”氨基酸序列與超敏蛋白完全不同，且安全、無毒，也不容易造成植物的過敏性死亡，作物使用之后，能同步實現免疫、增產及改善品質的效果。

那植物先天免疫反應是什么？為什么一個真菌源蛋白質有此奇效呢？

齊俊生介紹，當病原菌侵染時，植物有細胞外免疫和細胞內免疫兩種應對機制。植物葉子和根系表面的細胞膜外分布著無數個感受器，當植物細胞感知到病原及逆境因子后，便將信息傳遞給“司令部”細胞核，從而調動細胞內防御系統進行病害防衛，這一過程與醫學上的先天免疫類似。

“由于‘維大力’是植物病原菌的一個蛋白質分子，被植物細胞膜外受體識別后就起到了釋放信號的作用，進而激發出植物免疫反應，跟普通植保殺蟲殺菌的原理完全不一樣。”中國農業大學生物學院原院長、“973計劃”首席科學家鞏志忠告訴記者。

如果說“維大力”的研制是一個從實踐到理論的過程，那么，第二個植物免疫啟動蛋白產品——“威普綠”的研制則是由理論指導實踐。既然“維大力”的作用是釋放信號，那么植物細胞膜上應該有特異識別“維大力”的接收器。于是，研究團隊順藤摸瓜，找到了一個同時與“維大力”及其接收器有直接關系的元器件——“威普綠”。

“‘威普綠’是植物細胞產生的一個小蛋白質分子，可以把它比喻為‘偵查兵’，經常外出偵查敵情，又有協助信號接收器的功能。一旦有敵情及時上報，從而啟動植物免疫反應。”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將更為通暢。

“‘威普綠’英文名稱VIP中的‘I’，我更想解讀成阿拉伯數字里的‘1’，因為它太獨特、太稀有了，是第一個植物源免疫蛋白質單分子產品。”齊俊生說，只有極少數作物的細胞具有VIP這種蛋白，而且它還是“維大力”的互作蛋白。經過5年的探索，2022年“威普綠”的功能不僅在實驗室得以證明，而且廣譜的免疫誘導作用在田間也得以驗證，的確屬于植物免疫啟動蛋白。

誘導出“強”的植物生長發育系統

“這兩個植物免疫啟動蛋白都可以促進種子萌發、根的生長，作用于種子后相當于給它一個警示信號，哪怕是外界生存境況較好的情況下，它也有趕快生長的危機感和緊迫感。”鞏志忠強調，它是帶有抗性地促進生長，能“誘導”出植物防御系統和生長發育系統的超水平表達。

隨著研究、實驗的進一步完善，團隊發現“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到山東濟寧曲阜的玉米試驗田，這里剛開展了一次“威普綠”產品大面積應用測試。時值初秋，試驗田里的玉米依然梗葉油綠、棒槌結實，形成對照的未施用地塊，很多葉子已經干枯。

經過測試，施用過“威普綠”的2300畝玉米，莖粗平均增加4.5mm，根系更為發達，畝產較其他地塊增產率高達17.83%。更令齊俊生感到欣慰的是，9月初相鄰農戶種植的玉米大面積爆發銹病，但測試田玉米受銹病病害影響較小，沒有傾倒現象出現。

在玉米上展現出來的保綠效果，在小麥示范田也同樣表現突出。去年多地小麥生產遭遇“爛場雨”，但在山東及河南等地使用“威普綠”的試驗田小麥受影響不大，展示了活稈成熟、抗倒伏、抑制穗發芽等功能。

“保綠、持綠，農業上叫活稈成熟，其實也可以稱為延續生命。”鞏志忠說，“麥子成熟后，麥粒干在穗上，籽粒跟母體脫離，一來雨很快就會發芽；但使用這款蛋白后，小麥青稈綠葉并且正常成熟，相當于麥穗和秸稈始終保持聯系，不僅不影響收獲時間，而且遇雨也不易發芽，同時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“新鮮”生命。齊俊生的助手介紹，在藍莓和圣女果的保鮮對照實驗中，用“威普綠”蛋白噴施處理后，在常溫（27℃）環境下，10天后藍莓的完好率優于保鮮劑對照組，圣女果保鮮期則延長至45天。

從實驗室走向田間有多遠

蛋白質分子極易降解，一遇高溫就變性。如何保持蛋白的持久穩定性，成為“植物疫苗”產品化應用的關鍵。

“我們將蛋白做成蛋白干粉，幾乎可以與殺蟲劑、殺菌劑等所有農藥肥料復配，因此用起來非常簡單。”齊俊生說，工程菌技術成功解決了植物免疫啟動蛋白穩定性難題，把“嬌嫩”的植物免疫啟動蛋白從實驗室帶到田間地頭。

生產問題解決之后，大面積推廣成了最大難題。“作為科學家，如果不把機理深入地講清楚，就很難有說服力，只能讓大家去現場看后發現確實有效果。”鞏志忠說，由于概念新穎、功能廣譜，在產品推廣中遭遇了意想不到的困擾。

事實上，植物對于外界刺激的應對機理遠比人類想象的更復雜。經過20多位碩博士的艱辛努力，“維大力”在植物細胞內的分子作用機理得到了國際植物學界的認可，研究論文在植物學著名雜志《植物細胞》上發表。而“威普綠”是一種未知蛋白，它的功能首次被發現，目前團隊仍在深入研究其中的機理。

讓農民從用化學農藥殺菌殺蟲的固有習慣，轉變為提前啟動植物免疫系統的觀念，也不是一件容易的事。

“植物疫苗”如何使用？科研團隊認為，就類似于注射疫苗，不是等到發病時才打疫苗，而要在種子階段或種苗階段開始使用，使植物從幼苗階段即獲得快速啟動免疫的能力，同時在植物的生長階段進行葉面噴施，再次加強免疫。

然而，植物免疫啟動蛋白不像化學農藥有立竿見影的效果，它屬于“治未病”，到中后期才能看到特別明顯的成效。

科學團隊對植物免疫啟動蛋白的前景充滿信心。齊俊生介紹，目前“維大力”已經轉讓給中捷四方生物科技股份有限公司，作為助劑在生產中獲得應用推廣。“威普綠”在山東種業集團有限公司與中國農業大學產學研合作下已經實現量產。未來，團隊將與企業在產學研方面密切合作，期待為新一輪千億斤糧食產能提升和瓜果蔬菜的安全生產作出貢獻。

來源：農民日報