为什么年轻的植物更容易受到疾病的伤害

马里兰大学的一项研究揭示了一种进化权衡，即年轻植物面临着发展抗病能力的问题。

　　

从日托所的幼童到森林里的幼苗，幼小的有机体往往比成人更容易生病——这一现象长期以来一直困扰着父母和科学家。

马里兰大学的生物学家在2025年4月4日发表在《美国国家科学院院刊》上的一项研究中，对这种神秘的普遍模式提供了新的见解。这项关于植物幼芽的新研究表明，在幼小的时候对抗疾病往往会给生长和未来的进化适应性（或繁殖能力）带来巨大的代价。

“这是一个谜，为什么年轻的生物体没有进化出更强的抗病能力，因为在生命早期生病可能是致命的，”该研究的合著者、马里兰大学生物学助理教授艾米丽·布伦斯说。“我们的研究结果表明，其中涉及一种隐藏的权衡，阻止他们完全抵抗疾病。

研究人员研究了一种名为Silene latifolia（俗称白色campion）的野生植物，以及它与感染它的一种名为花药黑穗病的真菌疾病的关系。这种疾病不会杀死植物，但会阻止它们产生花粉，使它们无法繁殖——很像布伦斯所说的“植物性病”。

通过在受控环境下测试45种不同的Silene植物遗传变异，研究小组发现，在无病的土地上生长时，幼苗抗病能力较强的植物一生中产生的花朵和种子明显较少。而成虫抗性较强的植株则没有这种惩罚。

布伦斯说：“我们发现，与成年植物相比，年轻植物为对抗这种疾病付出了更高的‘成本’。”“对这些幼小的植物来说，试图抵抗真菌更加困难，也更消耗资源。他们只有这么多精力可以花。如果幼苗把它花在疾病防御上，它们就不能把它用于未来的生长。”

利用他们的发现，研究人员创建了一个数学模型，表明这些对抗病原体的成本足够高，足以阻止年轻植物进化出更强的抗病能力。如果没有这些成本，具有更强幼体抗性的植物家族理论上可以完全消除这种疾病。但是由于产生抗性对幼苗的影响很大，它们仍然容易受到感染。

布伦斯解释说：“一些年轻的植物‘付出代价’并存活到成年，但它们开出的花更少，这意味着它们繁殖的能力更弱。”“但大多数人在婴儿时期仍然易感，这让这种疾病有了立足之地。”

团队对这些成本没有立即显现感到惊讶。在幼苗阶段进行抗病投资的植物一开始看起来很好，但在繁殖通常达到高峰的第二年，它们开出的花却急剧减少。

有趣的是，研究人员还发现，雄性植物的抗病成本要比雌性植物高得多。布伦斯指出，这可能是因为雄性植物比雌性植物开出更多的花，以便尽可能广泛地传播花粉，这使得雄性植物将资源转移到抗病能力上的成本特别高。

布伦斯认为，研究小组的发现不仅对野生植物有影响。由于青少年易感性驱动了许多物种的疾病流行，了解这种模式背后的进化机制可以为农业、保护和公共卫生的疾病管理策略提供信息。

接下来，布伦斯和他的团队希望调查，当植物长出第一片真正的叶子，不再依赖储存的能量时，是否可以通过将病原体引入植物体内来降低抗病性成本。他们还计划探索具有更高抗病性的成体植物是否可以通过减少特定区域的整体疾病存在来保护附近的幼苗。

布伦斯说：“大自然充满了传染病。“了解宿主和病原体之间不同的制衡有助于我们理解数百万年来进化是如何塑造这些关系的。”