[科普中國(guó)]-植物病毒

圖書

內(nèi)容簡(jiǎn)介

《植物病毒:病理學(xué)與分子生物學(xué)(精)》匯集了福建農(nóng)林大學(xué)植物病毒研究所30年來(lái)有關(guān)病毒研究的原創(chuàng)性論文，其中包括水稻、甘薯、馬鈴薯、甘蔗、煙草、番茄、黃瓜、水仙、香蕉、柑橘等植物病毒和其他水體病毒及對(duì)蝦病毒的病理學(xué)及分子生物學(xué)的科研成果。《植物病毒:病理學(xué)與分子生物學(xué)(精)》可供從事有關(guān)病毒病理學(xué)、分子生物學(xué)、檢疫學(xué)及生物技術(shù)的科研人員、高校師生和農(nóng)業(yè)推廣人員參考。1

病毒簡(jiǎn)史1892年Д．И．伊萬(wàn)諾夫斯基與1898年M．W．拜耶林克證明，煙草花葉病為比細(xì)菌還小的病原體所引起，可通過(guò)病葉汁液傳染,20世紀(jì)初，已經(jīng)知道昆蟲能傳播植物病毒病，如葉蟬傳播水稻矮縮病。1930年，Н.Н.麥金尼和湯清香發(fā)現(xiàn)病毒可以變異，產(chǎn)生致病力強(qiáng)弱不等的毒株,而且不同毒株之間有干擾作用。1935年,美國(guó)W.M.斯坦利第一次把煙草花葉病毒(TMV)提純結(jié)晶,F.C.鮑登和N.W.皮里進(jìn)一步證實(shí)結(jié)晶物為核酸與蛋白質(zhì)所構(gòu)成的核蛋白，從而揭露了病毒的本質(zhì)。1939年首次在電子顯微鏡下看到 TMV煙草花葉病毒是桿狀顆粒。1956年證明TMV的核糖核酸(RNA)能獨(dú)立侵染煙草,第一次證明RNA也是遺傳信息的載體。60年代將TMV外殼蛋白和 TMV的RNA在試管內(nèi)重組成完整的、有侵染性的TMV顆粒。TMV的外殼蛋白的一級(jí)結(jié)構(gòu)是第一個(gè)被完全測(cè)定的病毒蛋白。利用 TMV第一次證實(shí)病毒核酸的突變反映在外殼蛋白的氨基酸序列上。早在1576年就有關(guān)于植物病毒病的記載，舉世聞名的、美麗的荷蘭雜色郁金香，實(shí)際上就是現(xiàn)在所謂郁金香碎色花病毒造成的。

最早的使用在16世紀(jì)早期，荷蘭人對(duì)一種植株上有著條斑的郁金香極為珍視，不惜重金購(gòu)買來(lái)裝扮自己的花園。這種郁金香的顏色不是單一的，它具有繽紛雜亂的花紋，如同噴濺在一起的各種顏色。這種自然之美的奧秘是什么呢？是一種植物病毒。

植物病毒對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生的危害作用是使植物的葉或花改變顏色。正是因?yàn)椴《镜那秩?，使花瓣上的原有顏色上產(chǎn)生了花斑或條紋，使花色更加奇異、絢麗，起到對(duì)花卉的美化作用。

早在18世紀(jì)，人們就利用病毒感染引起的植物葉和花的變色，創(chuàng)造新的花卉品種。感染郁金香碎色病毒的雜色花，呈白色花斑和條紋。感染香石竹斑駁病毒的雜色花，也因單色花質(zhì)地顏色的不同，分為白色、黃色、淺綠色、淺紅色等，有五六種雜色花類型，花斑紋都不相同。虞美人雜色花單色紅色花經(jīng)病毒感染后，在花瓣上出現(xiàn)白色的細(xì)條紋，條紋間距不均，色彩鮮艷美麗。

特點(diǎn)植物細(xì)胞最外層有以纖維素為材料構(gòu)成的細(xì)胞壁，足以抵抗病毒的侵入，因而植物病毒的特點(diǎn)之一是必須通過(guò)寄主的傷口方能侵入。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)常用摩擦葉面造成輕微傷口來(lái)接種某些植物病毒。農(nóng)田操作、人口移植、摘心、整枝、打杈時(shí)手沾染含病毒的汁液，均可造成病毒傳染。病毒也可通過(guò)嫁接或植物根在土壤砂礫中伸長(zhǎng)時(shí)所造成的傷口而傳染。但在自然界中，植物病毒最重要的傳播媒介是節(jié)肢動(dòng)物門中的昆蟲(見昆蟲綱)和螨類（見蜱螨亞綱）。已知大約有 400種昆蟲可傳播200種以上的病毒,其中以葉蟬和蚜蟲最為主要，僅桃蚜就能傳播約70種病毒。某些昆蟲傳播植物病毒的一個(gè)重要特點(diǎn)是：病毒既能在植物體內(nèi)、也能在昆蟲體內(nèi)繁殖。傳播介體除昆蟲外，還有真菌、線蟲、兔絲子等。

植物沒有免疫系統(tǒng)？錯(cuò)！研究發(fā)現(xiàn)，植物不僅具有免疫系統(tǒng)，而且和動(dòng)物的免疫系統(tǒng)非常類似，同時(shí)具有內(nèi)源性免疫和系統(tǒng)獲得性免疫。既可以產(chǎn)生對(duì)植物病毒或其他致病源的本底抗性，也可以根據(jù)入侵者的形態(tài)添加新的免疫物質(zhì)來(lái)應(yīng)對(duì)未知的刺激。2

絕大多數(shù)植物病毒是由核酸構(gòu)成的核心與蛋白質(zhì)構(gòu)成的外殼組成的，極少數(shù)還含有脂肪和非核酸的碳水化合物。植物病毒核酸類型有 ssRNA（單鏈RNA）、dsRNA（雙鏈RNA）、ssDNA （單鏈DNA）和dsDNA（雙鏈DNA）。但絕大多數(shù)含ssRNA，無(wú)包膜，其外殼蛋白亞基或呈二十面體對(duì)稱，或呈螺旋式對(duì)稱排列，形成球狀或棒狀顆粒（圖1）。大多數(shù)植物病毒是由單一種外殼蛋白組成形態(tài)大小相同的亞基，多個(gè)亞基組成外殼。外殼內(nèi)含有攜帶其全部基因的病毒核酸。有的植物病毒的核酸分成1～4段，分別裝在外殼相同的顆粒中，如煙草脆裂病毒的RNA分成兩段，分別裝在兩種顆粒中，分子量大的一段裝在長(zhǎng)棒狀顆粒中，小的一段裝在短棒中，故稱二分體基因病毒；又如雀麥花葉病毒的RNA分成4段,RNA1、RNA2、RNA3和RNA4分別裝在外形大小相同的3種球形顆粒中,故稱三分體基因組病毒。二分或三分總稱為多分體基因組病毒。

檢測(cè)方法生物學(xué)檢測(cè)法

生物學(xué)檢測(cè)法又叫指示植物檢測(cè)法。JamesJohnson 早在1925 年就開始用指示植物鑒定植物病毒。指示植物檢測(cè)法是借助于對(duì)某些病毒敏感的植物而進(jìn)行的病毒鑒定方法。指示植物是指對(duì)某一種或某幾種病毒及類病毒具有的敏感反應(yīng), 一旦被感染能很快表現(xiàn)出明顯癥狀的植物。3指示植物可以分為草本指示植物和木本指示植物兩類。常用的接種方法包括汁液摩擦接種和嫁接傳染。生物學(xué)鑒定是病毒鑒定的傳統(tǒng)方法, 由于其結(jié)果觀察的直觀性、鑒定結(jié)果的可靠性和能準(zhǔn)確地反映病毒的生物學(xué)特性, 目前仍有廣泛應(yīng)用。

電鏡技術(shù)

從20 世紀(jì)40 年代建立電子顯微鏡技術(shù)以來(lái), 經(jīng)過(guò)不斷的改進(jìn)和提高, 采用電子顯微鏡技術(shù)檢測(cè)植物病毒已成為比較重要的病毒鑒定和檢測(cè)手段。電子顯微鏡以電磁波為光源, 將感病植物組織制成檢測(cè)樣本, 利用短波電子流, 在電子顯微鏡下觀察, 可根據(jù)病毒的形態(tài)、大小、內(nèi)含體以及染病組織超微結(jié)構(gòu)等診斷病毒的種類。分辨率可達(dá)到0.1 nm, 而病毒粒體大小為10~100 nm。因此, 應(yīng)用電鏡方法鑒定和檢測(cè)病毒, 應(yīng)該先對(duì)不同病毒組的形態(tài)和典型病毒的特點(diǎn)有所了解。電鏡技術(shù)的先進(jìn)性主要表現(xiàn)在取樣比較簡(jiǎn)便, 需要時(shí)間短, 大多數(shù)病毒能通過(guò)制備樣品和進(jìn)行負(fù)染來(lái)鑒定。4但是對(duì)初學(xué)者來(lái)說(shuō), 掌握這種方法的難度比較大, 而且往往容易受到破碎細(xì)胞器的干擾而影響判斷結(jié)果。用電鏡觀察時(shí), 需要樣品含有的病毒濃度較高, 因此被檢病毒需要經(jīng)過(guò)提純, 即用超速離心機(jī)反復(fù)低溫離心, 把病毒粒子提純分離出來(lái)。提純液可用于電鏡制片, 觀察病毒形態(tài)結(jié)構(gòu)。

血清學(xué)方法

血清學(xué)方法是檢測(cè)植物病毒最為常用和有效的手段之一。植物病毒是由蛋白質(zhì)和核酸組成的核蛋白,是一種很好的抗原, 特異性的抗體與相應(yīng)的抗原結(jié)合, 使抗原失去活力, 這種結(jié)合的過(guò)程叫做免疫反應(yīng), 也叫血清反應(yīng)。由于不同病毒產(chǎn)生的抗血清都有各自的特性, 因此可以用已知病毒的抗血清來(lái)鑒定病毒種類。目前應(yīng)用最廣泛的血清學(xué)檢測(cè)方法是酶聯(lián)免疫吸附法( ELISA) 。5

分子生物學(xué)方法

分子生物學(xué)檢測(cè)法是通過(guò)檢測(cè)病毒核酸( DNA,RNA) 來(lái)證實(shí)病毒的存在。由于是從核酸的水平來(lái)檢測(cè)病毒, 所以比血清學(xué)方法的靈敏度更高, 可檢測(cè)到皮克(pg)級(jí)甚至飛克(fg)級(jí), 并且特異性更強(qiáng); 檢測(cè)病毒的范圍更廣, 對(duì)各種病毒、類病毒都可以檢測(cè), 并且可以進(jìn)行大批量的樣本檢測(cè)。由于分子生物學(xué)檢測(cè)方法有其他檢測(cè)方法無(wú)可替代的優(yōu)點(diǎn)而使此種方法在植物病毒檢測(cè)中迅速地得以廣泛應(yīng)用。5