科普 | 用科学为植物打造“防护盾”

发布时间：2026-05-19 【小中大】

棉花象征着温暖与舒适，但它的生长之路却布满荆棘。在田间，一种被称为“棉花癌症”的黄萎病严重威胁着棉花的产量，其幕后元凶是一种名为“大丽轮枝菌”（Verticillium dahliae）的土壤真菌。同时，棉蚜等害虫的持续取食，也对棉花的品质与收成构成双重挑战。

以往，棉农多依靠轮作或化学药剂来应对病虫害，但效果有限。除此之外，由于抗病种质资源的缺乏，传统育种手段的发展受到了极大的限制。因此，亟需创建不依赖于抗性种质资源的棉花育种新体系。

RNAi（RNA interference）是一种真核生物体内调控基因表达的保守机制，它是由双链RNA引起的沉默现象，双链RNA首先被加工成小RNA，这些小RNA像一把把“小剪刀”，会识别并“剪断”与它碱基互补配对的靶标mRNA或者抑制它翻译成蛋白，从而干扰靶标基因的表达。基于这一理论基础，科学家们探索出了利用RNAi进行抗病抗虫的新路径。

路径一：让棉花自带“小RNA剪刀”。研究发现，向棉花中转入抗病双链RNA后，棉花产生的小RNA剪刀，可以传递至大丽轮枝菌或棉蚜体内，精准剪断其体内的靶标mRNA。科学家通过遗传转化的手段成功培育出抗黄萎病1和抗蚜2RNAi棉花种质，在大田实验中，所创制的RNAi棉花种质对黄萎病、蚜虫有良好的抗性。

A. 黄萎病病圃中的野生型（WT）棉花与抗黄萎病RNAi棉花

B. 大田中的野生型（WT）棉花与抗蚜RNAi棉花叶片。

（来源：Zhang et al., Nature Plants, 2016; Tian et al.,

Plant Biotechnology Journal, 2024）

路径二：改造有益菌，为棉花配备“外援”。科学家将抗病双链RNA导入土壤有益真菌——哈茨木霉（Trichoderma harzianum）体内。这种经过改造的工程菌能在土壤中将小RNA递送至病原菌内部，抑制关键基因的翻译，干扰了病原菌的致病过程，有效控制病害发生。

哈茨木霉工程菌对棉花黄萎病的防控作用

Mock：未侵染任何菌株；Th：侵染野生型哈茨木霉；V592：侵染大丽轮枝菌；V592+Th：同时侵染大丽轮枝菌和野生型哈茨木霉；V592+Th-Pmt2i-1：同时侵染大丽轮枝菌和哈茨木霉工程菌

（来源：Wen et al., Nature Plants, 2023）

这些突破不仅为棉花病虫害的绿色防控提供了全新策略，也为其他作物的抗性育种带来启示。无论是赋予作物自身抵御力，还是通过有益微生物构建外部防线，都彰显了农业与科学深度融合的创新力量。

棉花抗病、抗虫的研究历程，是一场从自然中汲取智慧、以科技赋能农业的生动实践。它让我们看到，科学正为作物撑起一把强大的“生命保护伞”，也让棉花的温暖之光，持续照亮人类生活的每一个日常。

参考文献：

1. Zhang, T.; Jin, Y.; Zhao, J.-H.; Gao, F.; Zhou, B.-J.; Fang, Y.-Y.; Guo, H.-S. Host-Induced Gene Silencing of the Target Gene in Fungal Cells Confers Effective Resistance to the Cotton Wilt Disease Pathogen Verticillium Dahliae. Molecular Plant2016, 9 (6), 939–942. https://doi.org/10.1016/j.molp.2016.02.008

2. Tian, W.; Zhang, T.; Zhao, J.; Dong, Y.; Li, Y.; Zhao, Z.; Gao, F.; Wu, X.; Zhang, B.; Fang, Y.; Xie, Z.; Guo, H. HIGS ‐mediated Crop Protection against Cotton Aphids. Plant Biotechnology Journal2024, pbi.14529. https://doi.org/10.1111/pbi.14529

3. Wen, H.-G.; Zhao, J.-H.; Zhang, B.-S.; Gao, F.; Wu, X.-M.; Yan, Y.-S.; Zhang, J.; Guo, H.-S. Microbe-Induced Gene Silencing Boosts Crop Protection against Soil-Borne Fungal Pathogens. Nat. Plants2023. https://doi.org/10.1038/s41477-023-01507-9

刘清艳 | 图文

王忠勤 | 排版

郭惠珊 | 审核

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