近年的研究发现，植物具有和动物类似的先天免疫系统，该系统可对病原侵染产生快速的防卫反应。善用植物自身的免疫力，可以让我们在农业生产中大幅降低农药使用量，从源头上保障食品安全。
植物病害的危害性
植物在其一生中会受到各种各样病原微生物的侵袭。植物病害严重影响农作物的产量和品质，是危及我国粮食安全的重大祸患，也对我国的食品安全、人类健康和农产品出口等产生了重大危害。中国每年因为病害导致的作物减产损失达到几百亿元，另外长期大量使用农药而导致的作物中的农药残留，对人体有严重危害，也污染我们的环境。目前，我们的农产品生产，尤其是大宗农作物和瓜果蔬菜仍然依赖于大量农药的使用，以达到防病除虫、高产稳产的目标。我国是农药使用第一大国，年用农药170多万吨，其中高毒农药使用量占总使用量的30%左右，我国单位面积化学农药的平均用量比世界发达国家高2.5～5倍。因此，农药的残留对我们的食品安全构成了最严重的威胁。要大幅降低农药使用量，从源头上保障食品安全，必须从农业科研提升上做起，而运用植物自身的免疫力是一个重要方法。
植物也有免疫力
植物在其一生中会受到各种各样病原微生物的侵袭，包括细菌、真菌、病毒和线虫等。植物在这样的环境中与病原菌长期共同进化，其本身就获得了多种抵抗病原菌入侵和限制入侵病原菌扩散的能力，建立了一系列抵抗病原菌入侵的抗病机制。植物没有动物一样的抗体免疫系统，但存在与动物类似的、与生俱来的先天免疫反应，因此，植物主要借助于先天免疫系统来产生主动的抗病性。目前了解得比较清楚的有两个植物先天免疫系统：其一是通过植物细胞表面受体系统，从某种意义上说有点像我们人类的触觉系统，用来感受病原菌所共有的分子特征，引发基础的免疫反应；其二是植物进化出了专门对付某些病原菌变种的抗病基因，可以对这类病原菌产生免疫反应（抗病）。
以上两种免疫系统都有“信息兵”来探知侵略者的存在，从而通知植物的指挥中心产生相应的抗病反应，只不过前一路“信息兵”在细胞表面，后一路“信息兵”隐匿在细胞内部。这样，植物就如同拥有了“海陆空”的外围和内部防卫力量来对付病原菌的入侵。植物就是在这两类免疫系统的指挥下，抗御病害侵染的。植物开始时用“城墙和护城河”：植物表面有蜡质、角质、木质素、硅细胞、胼胝质等物理屏障，细胞中则预存有一些抗菌物质，它们可以直接阻挡病原菌侵染。这种防卫系统就好比是一座城市抵御外部入侵的第一道水泥与金属防线。而当病原菌侵入到细胞内后，植物就启动一个“化学武器”战斗系统：激活抗病的生理生化反应和抗病基因。这个防卫系统就好比是敌人攻进城来后遇到的城防部队的巷战，它的功能是阻止病原菌对植株组织的进一步伤害，降低发病程度，减少死亡。
为了食品安全，必须培育抗病农作物
由于目前抗病育种技术的局限、耕作制度与栽培技术的调整以及气候变化等原因，尽管人们在农业生产中做出了持续不断的努力，但病害防治的任务却越来越重，重大病害出现的频率和面积显著增加。传统作物病害（如水稻稻瘟病、纹枯病、小麦锈病、赤霉病等）的危害形势依然严峻。在我国，水稻病害的年发病面积平均在2亿亩左右，其中稻瘟病每年发病面积近8000万亩，有的田块甚至颗粒无收。每年水稻纹枯病的发病面积也超过了1亿亩。小麦病害年均发生面积超过8000万亩，导致严重的产量损失。
人在生病的时候需要吃药，植物在“生病”的时候也可以“吃药”，就是我们所熟知的农药。在20世纪中叶，少量农药就可以杀死病菌，但是长期用药的结果就是使很多病虫害慢慢产生了耐药性，农药的剂量不得不逐年增加，直至失效。随着对植物农药使用剂量的逐年加大，一系列严重的副作用产生了，包括对植物本身品质的损害、环境的污染以及作物自身农药残留对人体的戕害等。既然“吃药”有副作用，那么提高植物自身的免疫能力就变得至关重要了。利用科学技术培育抗病农作物，提高农作物的产量和品质，一直是育种家追求的目标。因此，培育持久抗病品种是现代农业生产的迫切需求，是实现作物新品种改良，减少农药的使用，从生产源头上保障农产品安全的关键。
目前用几种途径可以培育抗病农作物。一是利用传统育种的方式，通过杂交培育新品种。当前，在我国广泛种植的许多优良农作物品种都是用这种杂交育种法培育而成的。科学家们可以将具有不同特性的同种作物进行杂交，聚合对不同病原菌的抗性，从而培育出具有广谱抗性的作物新品种。但是，采用杂交法抗病存在资源有限的问题，这是它的瓶颈所在。
二是随着分子生物学的飞速发展，利用分子育种培育抗病农作物的现代生物技术，越来越受到科学家的青睐。所谓分子育种，就是利用抗病基因的“指纹”，将不同抗病基因通过传统杂交的方法聚合到一个优良品种中；或者将其他植物的抗病基因通过转基因方法转到一个作物品种中，使之获得新的抗病性。现在，科学家们已渐渐揭开了有关生命物质本质的神秘面纱。基因记录着生物体内的遗传密码，我们现在将不同生物间的基因利用转基因等技术导入需要改良的作物品种中，从而设计出满足人们需求的、安全的新型作物品种。比如，现在应用广泛的抗虫棉，就是通过基因工程技术将抗虫基因导入到普通棉花品种中，从而获得具有抗虫特性的棉花新品种，使棉花产量得到较大程度的提高，同时也大大降低农药的使用量。这种技术可以跨越种属，突破种间杂交不亲和的瓶颈，并赋予生物新的遗传性状。
经过多年的辛勤工作，我国作物育种家已经培育出一大批具有抗病新特性的农作物，在作物抗病育种与产业化方面取得了长足进步。但是，科学理论和关键技术体系的突破性与产业现状之间尚有很大差距，一是具有重要利用价值的自主知识产权抗病遗传资源少，二是育种技术集成水平低。研究人员需要迅速获得可用的抗性基因资源和优化分子育种技术，包括分子辅助选择，并且亟待在品种培育策略与技术上进行重大创新。因此，如何进一步认识植物的免疫特性，并完善现有的抗病作物培育技术，是农业科学家需要继续努力的方向。国内外成功的例子告诉我们，通过植物科学研究的重大突破，实现关键技术障碍的跨越是解决难题的最有效途径。
在我国《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中，生物技术被列为优先发展的前沿技术，其中，培育农作物抗病新品种则是农业生物技术的核心组成部分之一。近年来，随着功能基因组学和分子生物学的飞速发展，发掘关键基因并将其应用于新品种的设计与培育，已经成为现代农业生物技术的重要技术手段。通过与常规技术相结合，抗病品种的分子设计与应用能够显著提高育种效率，在增强作物抗病能力、提升农产品产量潜力方面显示出了巨大的产业优势。因此面对学科与产业发展的双重挑战，我们必须从技术创新的源头，开展作物免疫新理论与抗病育种新技术体系的建立和集成，推动我国农业新技术和生物种业的发展。
（作者简介：何祖华，中国科学院上海生科院植物生理生态所研究员、国家“973”项目首席科学家；王牧阳，中国科学院上海生科院植物逆境生物学中心博士）