植物是如何对抗微生物的?

李雷什么都研究 2024-03-02 14:16:16

这几年可能是免疫学在大众认知中最普及的一段时光了,上到九十九下到刚会走的估计都知道疫苗,稍微关注下可能还会知道抗体、免疫细胞、抗生素之类的,人们也熟知了对于病菌可以用消毒液杀死,也可以用戴口罩来防护,当然了,如果实在惹不起,还可以躲啊,避开这些风险地方。

于是,一个有意思的问题来了:植物可不能像我们人类能够四处走动,也没有医院,那面对自然界无处不在的微生物,它们怎么办?所以,植物有免疫吗?

答案是肯定的。能够在自然界生存,植物自然是拥有免疫的,不过,和脊椎动物的免疫不大一样。那植物的免疫是什么呢?下面来和大家聊聊。

01,植物的免疫是什么样的?

植物是没有适应性免疫系统的,而这个也是我们常说的免疫。但是植物还是拥有特定的免疫并且建立免疫记忆,而这些免疫可以总结为植物的避病性、抗病性以及耐病性三方面。

怎么?是不是有点难理解?咱就举个典型的案例,我国的植物王国——西双版纳,这个地方可是堪称我国生物多样性之最的地方。作为我国大陆上热区面积最大的地区,当地更是拥有面积最大的热带雨林,生物多样性也是冠绝全国,全国四分之一的动物和六分之一的植物都生长在这里,当地光是热带植物就有5000多种,可以说是研究植物的最佳区域之一。

西双版纳能够形成这样独特的生物多样性,也和当地的独特的气候地理环境有关。一方面和许多热带地区一样,西双版纳呈现了典型的热带雨季旱季的两季气候风格,在雨季的时候,当地有着丰沛的降水量,而在旱季的时候,西双版纳由于地形以及所受的气候影响,拥有较多的旱季雾。比如下图是西双版纳雾日的统计【1】:

我们可以看到,在旱季的10月到次年4月之间,西双版纳的雾日比例是相当高的,尤其是勐腊,哪怕在4月份也有三分之一雾天。这种高雾的环境,也为西双版纳提供了额外的水分和化学组分输入,使得西双版纳在旱季依然能够维持较高的湿度,因此使得当地的植物能够更好的生长。

当然,湿度高,既有利于植物的生长,也同时意味着,植物的天敌——微生物同样也是非常适宜。毕竟对于微生物来说,湿度可是非常关键的因素。

比如同样是热带地区,研究人员对海南和西双版纳的土壤微生物多样性进行了比较,结果发现西双版纳地区的土壤微生物多样性要明显高【2】。

由此可见,西双版纳的植物多样性高,同时也会面临着更加复杂多样的微生物,所以当地的植物在应对微生物方面,一定有更强的能力。

02,那植物如何应对微生物呢?

那植物如何应对微生物呢?

首先,植物会拥有天然的物理抗病性,这一点和我们人类的先天免疫类似,我们人类拥有皮肤等先天的屏障,植物自然也是如此,拥有树皮等天然防护。当然,不止如此,不少植物还发展出了一系列天然防护层,比如角质层、蜡质层、木栓层等结构,这些都是可以很好的抵抗微生物的入侵,做到第一道防护线。

其次,植物还拥有天然抑菌成分,这些成分是植物抗菌的关键。

虽然植物表皮可以抵抗不少微生物入侵,但是一旦微生物入侵到植物体内,那么就需要其他的抗菌方式了,而对于植物来说,主要是依靠各种抗菌素,这是植物自身分泌的抗菌成分,种类有很多,比如很多植物是有独特气味的,常见的就是芳香味植物,这类植物可以提取出芳香油性液体,就是植物的广谱抗菌成分,就是这样在一种植物提取单萜类成分,广泛分布在多种植物种,而这种成分的抑菌特性已经被充分的研究【3】。

如上图所示,是不同剂量的松油烯-4-醇对于荧光假单胞菌的抑制效果,在微量的情况下即可以发挥抑菌效果,其2uL/mL的剂量抑菌效果相当于50ug/mL常见抑菌抗生素卡那霉素的抑菌效果(阳性对照)。换句话说,松油烯在更低浓度下就有更为卓越的抗菌效果。

而对于松油烯-4-醇的抑菌机制也有不少的研究,松油烯-4-醇能够有效破坏菌体的细胞壁,让细胞膜暴露出来,同时进一步改变细胞膜的通透性,使得胞内离子外协,从而实现杀菌效果。

再比如,还有一类植物分泌的蛋白类成分:溶菌酶。这是一类糖苷水解酶,和抑菌素不一样,是一种生物活性蛋白酶,能够专门作用于微生物的细胞壁,从而可以广泛的发挥对病菌的抵抗作用,起到杀菌效果。

事实上,植物抗菌的能力非常强大,这是它们能够在自然界赖以生存的基本保障。

03,这些天然抑菌成分对人类有用吗?

既然植物抗菌能力非常强大,那么是否可以从植物中获取对抗微生物的成分来服务人类?事实上,人类已经广泛从植物中获取多种抗菌成分,比如当今世界上广泛栽培种植的互叶白千层就是这样一个经典案例。

互叶白千层是桃金娘科白千层属乔木,原产于澳洲,当地的土著居民在受伤后会用浸泡后的互叶白千层叶子来敷伤口,从而达到促进痊愈的效果。在二战期间,澳洲的士兵急救箱里也会装上一份提取自互叶白千层的茶树油来应对外伤。

由于互叶白千层茶树精油的抗菌效果广为流传,于是学者们就开始对其进行科学性的研究。比如早在1923年,澳大利亚科学家C.R.Penfold博士首次研究了茶树精油的杀菌效果,发现茶树精油的确能够明显杀死细菌,其杀菌能力似苯酚的13倍,这一点佐证了当地传统的认知【4】。

进一步的研究发现其核心成分正是松油烯-4-醇,而这也是我们前文提到的具有明显抗菌效果的植物抑菌成分。

由于茶树精油较好的抗菌效果,随后富含松油烯-4-醇的高产品种被广泛种植并进一步引种到全球各地,从美国、东南亚到我国都开始种植这种优秀的抗菌植物。

如今,互叶白千层提取的精油已经在多个领域广泛使用。比如在生物医药方面,互叶白千层精油拥有优秀的抗菌能力,其核心成分松油烯-4-醇已经被多项研究证实了抗菌效果并且揭示了其抗菌机制,因此在2001年成功列入了欧洲药典,并且被美国FDA批准其为非处方药。

目前,对于松油烯-4-醇的研究已经不只是在抗菌领域,甚至拓展到其他疾病领域,为不少疾病的治疗提供了新的选择。

当然,作为一种优秀的抗菌成分,不仅仅是药物,在日常中也有这广泛的用途,典型的就是生活除菌,比如我们的衣物清洁。

估计你也留意到过,阴雨天晾晒衣服总容易出现各种味道,其背后就在于无处不在的微生物以我们的衣服作为食物,借着潮湿的天气大量繁殖从而分泌出各种气味物质。

既然我们提到植物拥有非常多样化的抗菌物质,那么,从植物中获取这些抗菌成分,岂不是就可以帮助我们除菌了呢?答案是肯定的。目前已经应用于实践中了。

而植物抑菌成分还有一重优势,那就是:没有刺激,敏感肌也可以使用。生物体系的一个典型风格就是平衡,它们会自我调节自身的各种功能,比如不可能为了抗菌而过度的分泌这些免疫物质而影响自身的其他功能,结果就是在抗菌和生长、繁殖等诸多功能之间平衡,于是我们可以看到植物能够在抑菌的同时维持正常的功能,而这对于我们来说可就有大用途了,我们的衣物不少是来自植物纤维,因此能够更好的适应植物的抑菌优势:抑菌的同时不过度伤害植物纤维,这就是植物除菌的天然优势。

这些年来,我们一直在保护生物多样性的路上努力着,其实本质上,保护生物多样性也是保护我们自己。就像互叶白千层这种植物,我们从中发现了植物除菌的神奇力量,能够帮助我们抵御疾病、改善生活,实现更健康、安心的生活方式。

[1]彭海英,史正涛,童绍玉.西双版纳地区雾的气候学特征及其影响因素[J].地理研究,2020,39(08):1907-1919.

[2]杜昊楠,魏亚情,全飞等.西双版纳与海南橡胶林根际细菌群落组成与多样性研究[J].西部林业科学,2022,51(01):77-83.DOI:10.16473/j.cnki.xblykx1972.2022.01.012.

[3]耿一鸣,李婷婷,励建荣等.松油烯-4-醇对荧光假单胞菌抑菌能力及作用机理[J].食品科学,2022,43(01):30-36.

[4]吴克刚.精油植物互叶白千层[J].生命世界,2021(09):28-29.

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