揭秘植物识别好歹的方法

植物在长期进化过程中形成了辨别“自己”和“非己”的能力，即所谓识别“好歹”的能力。例如，植物在生殖过程中能够接受合适花粉并排斥其他外来花粉，在生长过程中能够免受所接触的绝大多数微生物（包括病原微生物）的不断侵扰，豆科植物能跟特定的根瘤菌建立专一性很强的共生关系，从而能够固氮。植物的这些识别本领依赖什么机理呢？植物体内是否存在各种识别系统来完成不同的识别功能呢？而植物的识别系统究竟是怎样识别“好歹”的呢？这些都是十分有趣又有意义的问题。

一朵花的柱头上常落有许多不同的花粉，但只有一定的花粉能够萌发（分自花授粉、异花授粉两种情况），进入柱头并到达子房进行受精，最后形成种子。近几年的研究发现：花粉壁和柱头表面都含有与识别有关的蛋白—识别蛋白（在菊科和十字花科中为糖蛋白）。花粉的识别蛋白存在于外壁中，柱头的识别蛋白是柱头表面的蛋白质膜。当花粉落在柱头上，柱头通过其表面的蛋白质膜来识别花粉外壁中识别蛋白，并以此来鉴别这种花粉是否该接受。如花粉外壁中识别蛋白能与柱头蛋白质膜结合，即表明这种花粉是“好”的（即可被接受的），如不能结合，则表明是“歹”的。所以不同花粉的好歹在于其外壁中识别蛋白的不同，只有通过识别蛋白之间的相互识别花粉萌发形成的花粉管才能穿越柱头障碍实现受精。否则导致相互排斥，花粉管生长受阻。花粉与柱头的相互识别，是植物在长期进化过程中所形成的一种维持物种稳定与繁荣的适应现象，它可以防止遗传差异过大或过小个体间进行交配，保证选择最佳配偶。

在豆科植物根中也存在类似的系统。根瘤苗与共生的豆科植物之间表现出很强的专一性——能感染一种寄主并形成根瘤的根瘤菌对其他豆科植物通常不感染。为什么豆科植物与根瘤菌之间会出现这么高的专一性，人们一直在努力解开这个谜。近年来研究表明，豆科植物产生的凝集素（一类具有识别作用能与糖结合的蛋白，多数为糖蛋白）能识别根瘤菌细胞壁中的糖蛋白，并由此决定豆科植物与根瘤菌之间能否建立共生关系。有一个很好的例子：美国科学家戴泽在研究三叶草和根瘤苗相互关系时发现，三叶草根部的凝集素（即三叶草蛋白A）既能与根毛壁中受体结合，也能从三叶草根中分泌出来与根瘤菌结合。三叶草先分泌三叶草蛋白A，三叶草蛋白A根据土壤中所存在的成千上万的菌（包括很多种根瘤菌）的表面糖类的不同识别出可发生共生关系的根瘤菌，与之结合，由于三叶草蛋白A的这种中介作用，使根瘤菌聚集在根毛顶端，进一步建立共生关系，从而能够固氮。三叶草就是这样识别根瘤菌的。但对于上述观点，还有不少争议，这个问题还是一个没有完全解开的谜。

植物与病原菌相互关系中的识别现象也越来越多地受人们的关注和重视。植物在生长过程中势必遭到大量微生物的侵害，植物是怎样将它们拒之门外而得以健康生长的呢？对这个问题，虽然众说纷纭，但至今尚无满意的解释，因而它仍然是个谜。有人提出了下面一个设想：病原菌携带作为鉴别标记的表面分子，如宿主植物具有识别这些表面分子的受体，通过植物与表面分子的结合，植物“辨认”出它所遇到的“敌人”，把这—个情报传递到它的防御系统，植物的防御系统即处于“戒备状态”来抵抗病原菌的入侵，这样的植物是抗病性的。如果宿主缺乏受体，无法识别出病原菌，防御系统也不能起作用，宿主植物表现出感病。简言之，植物能否抗病在于有没有识别病原菌表面分子的受体。有人认为病原菌携带的表面分子是糖蛋白，专一性在于糖蛋白分子中的糖基部分，病原菌的致病和不致病在于糖基的不同。宿主植物中识别受体是与表面分子互补的蛋白，存在于细胞膜或细胞壁中（或表面）。当病原菌发生突变时，其中可能包括体内糖基转移酶专一性的变化，产生新的表面多糖，宿主植物识别不出它，即表现感病。如果宿主编码受体的基因也随之发生相应的突变，使之能够识别新的表面多糖，宿主则恢复抗性。(www.xing528.com)

上述设想很多还是假设性的，但现在有不少证据可支持这一假设。最近几年在很多病原菌特别是真菌中分离到能诱导植物发生一定的保护反应如植保素合成的物质，称之为诱导物。这些诱导物大部分是糖类或糖蛋白，真菌在培养过程中能够释放，也能从真菌细胞壁中提取到。这一发现提供了病原菌与致病有关的表面分子的一个证据。那么诱导物受体是什么呢？

植物凝集素能与特定结构的多糖结合，它可能作为病原菌产生诱导物的受体。美国科学家塞奎拉等指出，由假单胞菌非致病株诱导烟草的过敏反应，包含有细菌细胞壁脂多糖部分与植物细胞壁中凝集素的相互作用，而致病株则避开这种相互作用，因为它能分泌一种易溶解的胞外多糖，胞外多糖能与植物细胞中凝集素结合，这样结合使所有可结合的部位都被覆盖上，从而阻止致病菌与凝集素的结合，因此致病菌能在细胞间隙中保留下来而引起感染。由此，可以看出植物凝集素可能具有识别分子的作用。

对植物中识别系统的研究不但在理论上非常重要，而且能给农业带来光辉的前景。如克服植物花粉与柱头的不亲和性；培育新的植物品种；扩大根瘤菌的寄主范围；有朝一日，非豆科植物如水稻、小麦也能固氮，对这一问题的研究还有助于提高植物对病原菌的抗性，减少农药施用所带来的不良后果。目前对识别系统的研究还不成熟。识别分子究竟是什么？它是怎样识别“好歹”的？它又是怎样在识别以后去启动一系列生理生化反应的？这些还是很难解的谜。关于识别系统的解释很多都是处在假设阶段，存在不少矛盾之处，不过总有一天，人们将会把植物的这一识别本领了解得一清二楚，并使之为人类服务。