综述：水分如何影响害虫入侵和疾病爆发：水的作用机制

本综述系统阐释水分动态（water dynamics）通过影响植物生理（如光合作用、代谢、蒸腾）及结构完整性，介导害虫（herbivory）与病原体（pathogens）互作的核心机制，强调水分胁迫（drought/salinity）与生物胁迫（biotic stresses）的协同效应，并提出通过基因编辑（CRISPR-Cas9）、转录组学（transcriptomics）及精准灌溉等跨学科策略提升作物抗逆性（resilience），为农业可持续管理提供新视角。

　　

摘要

水分可利用性及其在植物组织内的分布显著影响光合作用（photosynthesis）、代谢（metabolism）、蒸腾作用（transpiration）以及作物对害虫（pests）和疾病（diseases）的敏感性。非生物胁迫（如干旱、盐碱、高温）和生物胁迫（如害虫、病原体）均会破坏植物水分状态，从而在生理、代谢和行为层面塑造植物响应。这些响应具有高度变异性，取决于胁迫强度、植物适应能力、害虫或病原体特性以及与天敌的相互作用。本综述聚焦水分动态在害虫侵袭与疾病发展中的复杂互作机制，尤其关注其对作物抗逆性（resilience）的联合效应。

水分胁迫与植物易感性的关系

水分胁迫（如干旱或盐碱）可直接损害植物结构与功能。例如，水分亏缺导致气孔关闭，减少CO₂吸收并抑制光合作用，同时削弱细胞壁完整性及化学防御物质（如酚类、萜类）的合成。这种生理恶化进一步增加植物对草食性昆虫（herbivores）和病原菌（pathogens）的易感性。研究表明，干旱胁迫下植物叶片含水量降低，促使刺吸式口器害虫（如蚜虫）更频繁取食；同时，木质部导管空化现象加剧，利于维管束病原菌（如镰刀菌）侵染与扩散。

生物胁迫与水分状态的互作

生物胁迫同样反向干扰植物水分平衡。害虫取食（herbivory）或病原体感染可破坏植物维管系统，阻碍水分运输，加剧局部或整体水分胁迫。例如，蚜虫唾液成分可能诱导筛管堵塞，而细菌性病原体（如Xanthomonas）则通过产生胞外多糖加剧导管栓塞。这种双向干扰形成“胁迫-感染”循环，显著降低作物生产力。

多重胁迫的整合效应

当前研究多聚焦单一胁迫因子，但自然环境中水分与生物胁迫常同时发生。复合胁迫（如干旱+虫害）可能引发非线性植物响应：某些物种通过快速积累渗透调节物质（如脯氨酸、甜菜碱）或激活水通道蛋白（aquaporins）增强耐受性，而另一些物种则因资源分配冲突而崩溃。土壤性质（如持水能力、离子浓度）亦深度参与水分介导的响应过程，但相关机制仍属关键研究空白。

先进技术与管理策略

基因组编辑工具（如CRISPR-Cas9）可通过靶向修饰抗旱基因（如DREB、NCED）或抗病基因（如NLRs）协同提升抗逆性。转录组学分析揭示了水分胁迫下JA/SA信号通路（茉莉酸/水杨酸途径）的交叉对话，为设计多抗作物提供分子靶点。精准灌溉技术（如基于土壤传感器的变量灌溉）可优化水分输入，减少逆境暴露窗口。此外，生物防治（如捕食性天敌、昆虫病原真菌）能有效降低害虫压力，间接缓解水分胁迫，促进生态可持续性。

结论与展望

整合水分与害虫管理策略对维持作物生产力和气候变化下的抗逆性至关重要。未来需加强多重胁迫互作研究，尤其关注土壤-植物-大气连续体（SPAC）中的水分子动态，并推动跨学科技术（分子育种、智能农业）在田间应用。通过协同生物防治与水分优化管理，可减少农业化学依赖，构建更具韧性的粮食生产系统。