科学通报 | 吉林大学秦建春团队综述作物病害绿色防控新技术：从基因编辑到生态调控的系统性变革

在全球气候变化加剧、人口持续增长以及粮食安全压力日益严峻的背景下，作物病害防控正经历一场从传统化学依赖向绿色可持续模式的深刻转型。联合国粮农组织（FAO）数据显示，全球每年因植物病害造成的农作物产量损失高达20%–40%，严重威胁粮食供给稳定性。如何构建环境友好、高效精准的绿色防控技术体系，已成为国际农业科技战略的核心议题。

近日，吉林大学秦建春教授团队在《科学通报》生物与信息技术赋能现代农业绿色发展专辑发表了题为“作物病害绿色防控新技术研究进展”的综述文章，系统梳理了物理防控、生物干预、基因工程及纳米监控等领域的创新成果。文章重点论述了CRISPR/Cas9基因编辑在精准改造感病基因及创制无DNA残留品种方面的突破，深度解析了宿主诱导的基因沉默（host-induced gene silencing, HIGS）技术如何通过跨界RNA干扰建立分子免疫屏障，阐释了分子靶标导向的绿色农药分子创制在作物病害控制中的重要地位，并结合纳米材料智能化递送与生态调控策略，揭示了微观精准干预与宏观生态治理协同构建现代精准抗病体系的核心逻辑。

该综述系统梳理了作物病害绿色防控前沿进展的几个主要创新方向：

1. 基因编辑与免疫识别驱动的精准抗病

利用CRISPR/Cas9等工具定向改造作物内源基因，已成为创制高抗新品种的关键路径。研究指出，通过“减法”策略敲除感病基因（S-genes）可显著提升抗性。而针对传统转基因监管挑战，无DNA残留的编辑技术（DNA-free editing）应运而生。通过递送CRISPR/Cas9核糖核蛋白（RNPs），降低了脱靶率且产物更接近自然突变。此外，通过“加法”策略引入跨物种免疫受体，可打破物种生殖隔离，实现对病原菌效应子的广谱识别，构建多层次精准抗病体系。

2.靶向分子免疫的宿主诱导基因沉默（HIGS）

HIGS技术通过在植物体内表达针对病原菌关键基因的dsRNA，利用跨界RNA干扰机制精准阻断致病因子。在针对维管束枯萎病，专性活体营养型病原菌和死体型真菌防控中成效显著。此外，HIGS在阻断真菌毒素（如黄曲霉毒素）生物合成方面也展现出独特价值，通过沉默aflM等核心酶基因，可将毒素含量控制在安全标准内。

3.分子靶标导向的新型绿色化学农药创制

农药创制正从经验筛选向基于分子靶标的理性设计转型。诸如能量代谢途径关键酶和真菌特有的细胞壁成分及骨架蛋白等成为重要靶标。我国科研团队在原创靶标发现上取得突破，如解析了大豆疫霉几丁质合成酶PsChs1的冷冻电镜结构；发现水稻白叶枯病菌中的转座酶ISXoo15是先导化合物J9的作用目标。此外，人工智能（AI）正加速农药研发流程，国内首个基于AI的农药分子设计软件“Pesticide Discovery AI”已构建从蛋白结构到候选分子的完整研发闭环。

4.纳米生物技术的精准递送与智能响应

纳米材料通过精准递送与智能响应提升农药利用效率并有望解决病原菌耐药性挑战。此外，纳米材料与植物宿主的相互作用揭示了免疫诱导新机制，不仅能物理抑制病原，还能诱导植物体内防御基因表达，增强作物内生抗性。

5.农艺多样性管理与生态调控协同

宏观农艺管理通过优化生态系统多样性实现病害系统调控。作物轮作体系可重塑土壤微生物群落，降低多种病害发病率；绿肥施用与序列优化能激活土壤“天然抑病潜力”；地上部生态位优化通过调节病害-宿主之间的互作网络，减轻病原物传播危害。这种从地下微生物功能重构到地上部天敌稳固的全生境生态协同体系，为绿色防控提供了稳定的生态基质。

图1 从微观到宏观的作物病害防控新技术的研究框架示意图

当前，全球农业的绿色转型已从单一技术突破演进到多学科交叉融合的新阶段。这一进程的核心在于基础研究与应用技术之间的紧密衔接，共同构建起全面的病害防控解决方案。本综述不仅是对当前作物病害绿色防控前沿技术的系统梳理，更是对未来科研方向的战略思考。随着基因组编辑、RNA干扰、纳米技术与生态工程的深度融合，我国在构建可持续作物病害防控体系方面将取得更加卓越的进展，为保障全球粮食安全提供中国力量。

吉林大学植物科学学院秦建春教授和宋承钢老师为该论文的共同通讯作者，崔馨云和高瑞芳为文章共同第一作者。研究得到了国家自然科学基金(32271530, 32201781)和吉林省青年科技人才托举工程(QT202423)的资助。

文章信息

崔馨云,高瑞芳, 宋承钢,等. 作物病害绿色防控新技术研究进展.科学通报, 2026, 71: 4835–4848

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