综述：植物免疫诱抗剂：从基础研究到应用——过去成就、当前挑战与未来展望

《Plant Communications》：Plant immune inducers from fundamental research to applications: Past achievements, current challenges and future perspectives

本综述系统梳理了植物免疫诱抗剂的发展历程、分类与应用，重点探讨了其商业化进程中的挑战及未来策略，如人工智能筛选与先进递送技术的运用。文章指出，这类诱抗剂通过激活植物自身免疫系统（如PTI、ETI），为减少化学农药依赖、推动可持续农业提供了绿色解决方案，其发展正从经验应用迈向分子设计的智能防御系统新纪元。

　　

植物免疫诱抗剂是一类能够特异性激活植物免疫系统的生物或化学制剂，为应对植物病原体造成的全球作物重大损失提供了可持续的绿色解决方案。与传统化学农药直接杀伤病原体的作用模式不同，植物免疫诱抗剂通过激活植物自身的免疫系统，增强其抗病能力，从而减少对化学农药的依赖。

植物免疫诱抗剂的发展历史与植物分子免疫学的进步紧密交织。从1901年Beauverie提出植物“接种”抗病的开创性思想，到1933年Filatov提出“生物刺激”理论，再到1961年Ross正式命名系统获得抗性（SAR），植物免疫理论逐步建立。上世纪70-80年代，水杨酸（SA）和茉莉酸（JA）被确认为核心防御信号分子。2006年，Jones和Dangl提出了植物免疫系统由模式触发免疫（PTI）和效应子触发免疫（ETI）两大分支组成的经典模型。2021年，关于ETI和PTI相互增效的发现，重塑了人们对植物免疫网络是一个整合系统的理解。

植物免疫诱抗剂可根据来源分为天然化合物和合成化合物。天然来源的诱抗剂包括微生物来源、植物来源和其他生物来源的活性物质。

微生物来源的诱抗剂种类丰富。例如，病原菌相关分子模式（PAMPs），如细菌鞭毛蛋白衍生的flg22肽段，可被植物模式识别受体（PRRs）如FLS2识别，激活PTI。同样，nlp20可被RLP23识别触发免疫。一些效应蛋白，如丁香假单胞菌的Harpin蛋白Hpa1，能诱导水稻抗性。近年来从Ciboria shiraiana中鉴定到的半胱氨酸富集效应蛋白Cs08297能诱导BAK1和SOBIR1介导的细胞死亡。链霉菌Streptomyces canadensis ZX01来源的糖蛋白GP-1及其蛋白组分GP1pro，可通过靶向烟草水通道蛋白NbPIP2;4激活免疫。真菌激发子大丽轮枝菌Asp f2-like（VDAL）能激活植物的双重免疫系统，并已成功产业化。某些微生物制剂，如枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）和假单胞菌（Pseudomonas spp.），或木霉（Trichoderma），其代谢产物如枯草芽孢杆菌产生的脂肽表面活性素（surfactin）也能触发植物免疫。智能聪（ZhiNengCong, ZNC）是从宛氏拟青霉（Paecilomyces variotii）SJ1菌株中提取的制剂，广泛应用于农业，具有促进植物生长和提高抗逆性的双重作用。从ZNC中分离出的核苷物质，如鸟嘌呤和2'-脱氧鸟苷，也能激发植物免疫反应，其中2'-脱氧鸟苷通过结合SA受体NPR1、乙烯信号、PRRs/共受体以及细胞外ATP（eATP）受体P2K1来激活免疫。一些共生微生物，如菌根真菌和根瘤菌，通过建立互惠共生关系在诱导植物系统抗性中起关键作用。

植物来源的免疫诱抗剂通常在损伤或病原体侵染后被触发，激活局部或系统性免疫反应，这些损伤后产生的诱导子可归类为损伤相关分子模式（DAMPs）。经典的例子包括拟南芥植物激发肽（AtPep1），以及番茄等石竹纲植物受伤后释放的多肽系统素（Systemin）。寡聚半乳糖醛酸（Oligogalacturonides, OGs）是植物细胞壁果胶被病原菌果胶酶降解后产生的短链多糖，喷施处理可诱导免疫。2015年后，多肽诱导子发展迅速。在拟南芥中，分泌小肽RGF7及其受体在诱导和放大植物免疫反应中起关键作用。茄科植物内源小分泌肽（SSPs），如Solanaceae Peptides（SoIP），可人工合成以触发多方面防御。水稻分泌小蛋白OsSSP1被自身膜受体OsSSR1和共受体OsBAK1识别来刺激免疫。一些植物中的小分子也是有效的免疫诱抗剂。细胞外ATP（eATP）在植物防御反应中作为信号分子，其初级受体P2K1结合ATP和ADP，触发多方面细胞变化。病原体感知时，细胞内NLR免疫受体TIR结构域的多聚化激活其NADase酶活，催化产生免疫原性核苷衍生物，如2'cADPR，它是关键信号分子pRib-AMP合成的前体。pRib-AMP被异源二聚体受体复合体EDS1-PAD4特异性识别，促进EDS1-PAD4-ADR1信号体的形成，最终激活抗性反应。用2'cADPR处理植物可诱导强烈免疫反应，且其比pRib-AMP更稳定，更适合开发为植物免疫激活剂。外源喷施铜离子（Cu²⁺）通过植物激素途径激活免疫信号。植物代谢产物，如甲醇、芦丁（rutin）、谷氨酸（Glutamate, Glu）、谷胱甘肽（glutathione）等，也发挥免疫诱抗功能。外源应用稳定的植物激素类似物，如茉莉酸甲酯（MeJA）、乙烯利（ethephon）、ABA类似物167A等，也能有效引发植物免疫。

其他生物来源的诱导子包括海藻提取物（如藻酸盐寡糖、海带多糖、卡拉胶）、壳聚糖（chitosan）及其衍生物（如壳寡糖）等，它们能系统激活植物免疫系统。

化学合成的植物免疫诱抗剂是通过人工设计或结构修饰合成的化合物，旨在模拟天然免疫信号分子或开发新分子，具有高可控性、稳定性、较低成本等优势。最熟知的合成诱导子是苯并噻二唑（BTH），它能增强收获果实的抗病性。种子用BTH处理可诱导对枯萎病和腐霉病的抗性。杜芬林（Dufulin）是中国合成的植物抗病毒剂，广泛用于防治水稻、烟草、番茄等作物的病毒病。异噻菌胺（isotianil）是一种单羧酸酰胺，用于防治稻瘟病，可能诱导植物SAR。某些人工合成多肽，如源自内源蛋白C端的20肽NbPPI1，也能激活免疫。一些现有化学药剂也被重新用作免疫诱抗剂，如降糖药二甲双胍（metformin, MET）通过激活MAPK、上调防御基因表达和加剧ROS爆发来增强植物抗病性，其靶点是钙依赖蛋白激酶CPK28。近期研究发现碳点（Carbon Dot, CD）纳米颗粒可提高植物抗病性。纳米颗粒如二氧化硅（SiO₂）纳米颗粒、氧化锌（ZnO）纳米颗粒、氧化铜（CuO）纳米颗粒、银纳米颗粒（AgNPs）等，也能通过其独特理化特性模拟病原信号或增强植物防御来激活抗性。此外，脂质体包裹的Harpin蛋白、壳聚糖纳米颗粒等递送技术也用于提高诱导子的效率和稳定性。

植物免疫诱抗剂的应用已催生多种商业化产品。例如，含有Harpin蛋白的Messenger?可增强作物抗性、改善品质和提高产量。BTH的类似物Actigard?（Bion?）在欧美上市。微生物制剂如Bayer CropScience的Serenade?（基于枯草芽孢杆菌QST713）能有效防治真菌和细菌病害。目前产品开发趋势是免疫诱抗剂与低剂量杀菌剂或生物农药结合使用，以达到速效与持效的平衡。

递送技术对于免疫诱抗剂的高效、精准、稳定输送至关重要。纳米载体等新兴方法能保护活性成分免于环境降解。例如，聚多巴胺表面修饰的SiO₂纳米颗粒可将叶片滞留时间延长3倍。壳聚糖纳米颗粒可保护SA免于光解，提高生物利用度3倍。未来递送技术将向智能化、精准化、环境友好型发展，合成生物学工程微生物载体有望突破当前技术瓶颈。

植物免疫诱抗剂面临的核心挑战是效果的稳定性和可预测性。环境因素如光照、温度、湿度、土壤条件显著影响诱导效果。当多种胁迫共存时，可能干扰植物资源分配。作用机制不清也是发展障碍。未来发展方向包括基于植物免疫受体结构的合理设计、利用纳米递送技术提升药效、以及人工智能驱动的方法。

近期，利用植物PRR激活筛选免疫激活活性分子成为一个重要方向。通过高通量筛选FRK1表达激活剂发现了天然香豆素产物明参素（decursin）。通过化学筛选FLS2相互作用小分子，发现了可弱激活受体并驱动功能性抗菌反应的小分子。另一项研究通过监测FER激酶体外自磷酸化，发现了高效的FER激酶结构域抑制剂。筛选PRR的激活剂或抑制剂为病害防治提供了有效农用化学品。

NLR受体是植物免疫的关键组成部分。一种有前景的策略是工程化整合结构域（ID）以扩展NLR识别谱或创造新特异性。植物NLR可作为支架与结合荧光蛋白的纳米抗体融合，在对应FP存在时触发免疫反应并对表达该FP的植物病毒产生抗性。通过替换NLR自身的ID，可赋予NLR对不同效应子的识别特异性。创新的NLR工程可增强植物抗病性，为可持续作物生产提供新机遇。

植物激活免疫响应通常会抑制自身生长发育。在无病原体时应用免疫诱抗剂可能对作物生长和产量产生负面影响。为解决此难题，研究人员正在开发多种新兴技术，旨在实现病原触发精准免疫激活，最大限度减少对生长的负面影响。研究表明，设计载体包裹免疫诱抗剂，在病原分泌酶降解时或响应pH变化时释放内容物，可触发局部免疫。另一方面，纳米载体有望进一步发展为通用农药佐剂，以实现植物生长与免疫的平衡。

植物免疫诱抗剂的商业化还受到产业化和成本的限制。挑战包括天然产物提取纯度低、成本高，微生物制剂保质期短，激素产品缺乏统一标准等。有效手段是建立国际统一的生物活性测试标准评价体系和田间效果分级认证体系。核心突破将有赖于合成生物学、纳米机器人和农业AI模型的交叉创新。

总之，植物免疫诱抗剂作为绿色农业的核心技术之一，通过跨学科创新克服当前在设计、递送、机理理解和应用方面的挑战，对于释放其增强全球粮食安全、减少环境影响的全部潜力至关重要。