[科普中国]-植物病毒

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内容简介

《植物病毒:病理学与分子生物学(精)》汇集了福建农林大学植物病毒研究所30年来有关病毒研究的原创性论文，其中包括水稻、甘薯、马铃薯、甘蔗、烟草、番茄、黄瓜、水仙、香蕉、柑橘等植物病毒和其他水体病毒及对虾病毒的病理学及分子生物学的科研成果。《植物病毒:病理学与分子生物学(精)》可供从事有关病毒病理学、分子生物学、检疫学及生物技术的科研人员、高校师生和农业推广人员参考。1

病毒简史1892年Д．И．伊万诺夫斯基与1898年M．W．拜耶林克证明，烟草花叶病为比细菌还小的病原体所引起，可通过病叶汁液传染,20世纪初，已经知道昆虫能传播植物病毒病，如叶蝉传播水稻矮缩病。1930年，Н.Н.麦金尼和汤清香发现病毒可以变异，产生致病力强弱不等的毒株,而且不同毒株之间有干扰作用。1935年,美国W.M.斯坦利第一次把烟草花叶病毒(TMV)提纯结晶,F.C.鲍登和N.W.皮里进一步证实结晶物为核酸与蛋白质所构成的核蛋白，从而揭露了病毒的本质。1939年首次在电子显微镜下看到 TMV烟草花叶病毒是杆状颗粒。1956年证明TMV的核糖核酸(RNA)能独立侵染烟草,第一次证明RNA也是遗传信息的载体。60年代将TMV外壳蛋白和 TMV的RNA在试管内重组成完整的、有侵染性的TMV颗粒。TMV的外壳蛋白的一级结构是第一个被完全测定的病毒蛋白。利用 TMV第一次证实病毒核酸的突变反映在外壳蛋白的氨基酸序列上。早在1576年就有关于植物病毒病的记载，举世闻名的、美丽的荷兰杂色郁金香，实际上就是现在所谓郁金香碎色花病毒造成的。

最早的使用在16世纪早期，荷兰人对一种植株上有着条斑的郁金香极为珍视，不惜重金购买来装扮自己的花园。这种郁金香的颜色不是单一的，它具有缤纷杂乱的花纹，如同喷溅在一起的各种颜色。这种自然之美的奥秘是什么呢？是一种植物病毒。

植物病毒对植物生长产生的危害作用是使植物的叶或花改变颜色。正是因为病毒的侵染，使花瓣上的原有颜色上产生了花斑或条纹，使花色更加奇异、绚丽，起到对花卉的美化作用。

早在18世纪，人们就利用病毒感染引起的植物叶和花的变色，创造新的花卉品种。感染郁金香碎色病毒的杂色花，呈白色花斑和条纹。感染香石竹斑驳病毒的杂色花，也因单色花质地颜色的不同，分为白色、黄色、浅绿色、浅红色等，有五六种杂色花类型，花斑纹都不相同。虞美人杂色花单色红色花经病毒感染后，在花瓣上出现白色的细条纹，条纹间距不均，色彩鲜艳美丽。

特点植物细胞最外层有以纤维素为材料构成的细胞壁，足以抵抗病毒的侵入，因而植物病毒的特点之一是必须通过寄主的伤口方能侵入。实验室内常用摩擦叶面造成轻微伤口来接种某些植物病毒。农田操作、人口移植、摘心、整枝、打杈时手沾染含病毒的汁液，均可造成病毒传染。病毒也可通过嫁接或植物根在土壤砂砾中伸长时所造成的伤口而传染。但在自然界中，植物病毒最重要的传播媒介是节肢动物门中的昆虫(见昆虫纲)和螨类（见蜱螨亚纲）。已知大约有 400种昆虫可传播200种以上的病毒,其中以叶蝉和蚜虫最为主要，仅桃蚜就能传播约70种病毒。某些昆虫传播植物病毒的一个重要特点是：病毒既能在植物体内、也能在昆虫体内繁殖。传播介体除昆虫外，还有真菌、线虫、兔丝子等。

植物没有免疫系统？错！研究发现，植物不仅具有免疫系统，而且和动物的免疫系统非常类似，同时具有内源性免疫和系统获得性免疫。既可以产生对植物病毒或其他致病源的本底抗性，也可以根据入侵者的形态添加新的免疫物质来应对未知的刺激。2

绝大多数植物病毒是由核酸构成的核心与蛋白质构成的外壳组成的，极少数还含有脂肪和非核酸的碳水化合物。植物病毒核酸类型有 ssRNA（单链RNA）、dsRNA（双链RNA）、ssDNA （单链DNA）和dsDNA（双链DNA）。但绝大多数含ssRNA，无包膜，其外壳蛋白亚基或呈二十面体对称，或呈螺旋式对称排列，形成球状或棒状颗粒（图1）。大多数植物病毒是由单一种外壳蛋白组成形态大小相同的亚基，多个亚基组成外壳。外壳内含有携带其全部基因的病毒核酸。有的植物病毒的核酸分成1～4段，分别装在外壳相同的颗粒中，如烟草脆裂病毒的RNA分成两段，分别装在两种颗粒中，分子量大的一段装在长棒状颗粒中，小的一段装在短棒中，故称二分体基因病毒；又如雀麦花叶病毒的RNA分成4段,RNA1、RNA2、RNA3和RNA4分别装在外形大小相同的3种球形颗粒中,故称三分体基因组病毒。二分或三分总称为多分体基因组病毒。

检测方法生物学检测法

生物学检测法又叫指示植物检测法。JamesJohnson 早在1925 年就开始用指示植物鉴定植物病毒。指示植物检测法是借助于对某些病毒敏感的植物而进行的病毒鉴定方法。指示植物是指对某一种或某几种病毒及类病毒具有的敏感反应, 一旦被感染能很快表现出明显症状的植物。3指示植物可以分为草本指示植物和木本指示植物两类。常用的接种方法包括汁液摩擦接种和嫁接传染。生物学鉴定是病毒鉴定的传统方法, 由于其结果观察的直观性、鉴定结果的可靠性和能准确地反映病毒的生物学特性, 目前仍有广泛应用。

电镜技术

从20 世纪40 年代建立电子显微镜技术以来, 经过不断的改进和提高, 采用电子显微镜技术检测植物病毒已成为比较重要的病毒鉴定和检测手段。电子显微镜以电磁波为光源, 将感病植物组织制成检测样本, 利用短波电子流, 在电子显微镜下观察, 可根据病毒的形态、大小、内含体以及染病组织超微结构等诊断病毒的种类。分辨率可达到0.1 nm, 而病毒粒体大小为10~100 nm。因此, 应用电镜方法鉴定和检测病毒, 应该先对不同病毒组的形态和典型病毒的特点有所了解。电镜技术的先进性主要表现在取样比较简便, 需要时间短, 大多数病毒能通过制备样品和进行负染来鉴定。4但是对初学者来说, 掌握这种方法的难度比较大, 而且往往容易受到破碎细胞器的干扰而影响判断结果。用电镜观察时, 需要样品含有的病毒浓度较高, 因此被检病毒需要经过提纯, 即用超速离心机反复低温离心, 把病毒粒子提纯分离出来。提纯液可用于电镜制片, 观察病毒形态结构。

血清学方法

血清学方法是检测植物病毒最为常用和有效的手段之一。植物病毒是由蛋白质和核酸组成的核蛋白,是一种很好的抗原, 特异性的抗体与相应的抗原结合, 使抗原失去活力, 这种结合的过程叫做免疫反应, 也叫血清反应。由于不同病毒产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来鉴定病毒种类。目前应用最广泛的血清学检测方法是酶联免疫吸附法( ELISA) 。5

分子生物学方法

分子生物学检测法是通过检测病毒核酸( DNA,RNA) 来证实病毒的存在。由于是从核酸的水平来检测病毒, 所以比血清学方法的灵敏度更高, 可检测到皮克(pg)级甚至飞克(fg)级, 并且特异性更强; 检测病毒的范围更广, 对各种病毒、类病毒都可以检测, 并且可以进行大批量的样本检测。由于分子生物学检测方法有其他检测方法无可替代的优点而使此种方法在植物病毒检测中迅速地得以广泛应用。5