是什么逼著人類(lèi)鋌而走險(xiǎn)、穿越蟲(chóng)洞?在《星際穿越》中,人們當(dāng)然得面對(duì)來(lái)勢(shì)洶洶的沙塵暴,但是使得各種作物接連滅絕的“枯萎病”(blight),可能才是真正的罪魁禍?zhǔn)住?/p>
除了病毒之外,生物都是以雙名法命名的,植物病原也不例外。然而,由這些病原所導(dǎo)致的植物病害本身,卻沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一的命名方式。常見(jiàn)的植物病,名稱(chēng)通常為“寄主+癥狀+病” 的形式,例如柑橘黑斑?。╟itrus black spot);或者“寄主+病原+病”的形式,例如葡萄霜霉病(grape downy mildew)。而電影中的“枯萎病”,就是以癥狀作為植物病名稱(chēng)的典型一例,有時(shí)也譯為疫病,如馬鈴薯晚疫?。╬otato late blight)。
現(xiàn)實(shí)世界中的枯萎病并不少見(jiàn),當(dāng)植物的葉片、莖、花乃至植株整體出現(xiàn)迅速褐變、干枯、死亡的癥狀的時(shí)候,我們往往就給導(dǎo)致這些癥狀的病害冠以“枯萎病”的名字。諸如由真菌小雙胞腔菌(Didymella bryoniae)引起的黃瓜蔓枯病,由細(xì)菌地毯草黃單胞菌(Xanthomonas axonopodis)引起的洋蔥葉枯病,由真菌山茶花腐病菌(Ciborinia camelliae)引起的山茶花腐病等等,雖然名字里沒(méi)有直接出現(xiàn)“枯萎病”,但其實(shí)它們都是“blight”。
正是因?yàn)榭菸∶枋龅氖前Y狀,所以引起枯萎病的并非限定于某一種,或者一類(lèi)病原。許多細(xì)菌,真菌,或者卵菌都能導(dǎo)致枯萎病,甚至低溫、干旱等非生物因素也能造成枯萎的癥狀。各種病原體導(dǎo)致的枯萎病癥狀,可能是由于它們?cè)谥参矬w內(nèi)大量繁殖所致:這些病原堵塞維管束,阻礙水和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的輸送,最終導(dǎo)致細(xì)胞壞死。
作為生物圈的重要組成部分,植物所要經(jīng)歷的磨難可不止枯萎病這一種,各種細(xì)菌,真菌,病毒,線(xiàn)蟲(chóng),原生生物可以導(dǎo)致萎蔫,潰瘍,根腐,軟腐,炭疽,癭瘤等等惡劣的癥狀,直接導(dǎo)致作物降低、失去經(jīng)濟(jì)價(jià)值。多數(shù)的植物病害導(dǎo)致的產(chǎn)量損失發(fā)生在田間,但有些病害也會(huì)發(fā)生在收獲后,如果蔬,谷物在貯藏期間發(fā)生的腐爛等等。
據(jù)一項(xiàng)2002年的統(tǒng)計(jì)結(jié)果,因病害,蟲(chóng)害,雜草等因素造成的損失占全世界糧食總產(chǎn)量的30% - 40%,其中由病害造成的損失約為14%,價(jià)值2200億美元的糧食被白白投喂給了植物病原。以佛羅里達(dá)州的柑橘產(chǎn)業(yè)為例:2010至2011年,因?yàn)楦涕冱S龍病導(dǎo)致 柑橘減產(chǎn)4400萬(wàn)箱,占預(yù)計(jì)產(chǎn)量的24%,同時(shí)因?yàn)楦涕俟?yīng)量減少,橙汁平均價(jià)格比預(yù)計(jì)高出15%。
除了直接減少產(chǎn)量,降低產(chǎn)品價(jià)值之外,植物病害還能導(dǎo)致其他經(jīng)濟(jì)損失,例如2006至2011年間,因?yàn)檎麄€(gè)柑橘產(chǎn)業(yè)鏈的衰退,佛羅里達(dá)有8000多人失去了工作,133,947英畝果園被廢棄。植物病害還能直接或間接地危害人類(lèi)健康。例如各種真菌毒素。歷史上著名的“圣安東尼之火”,便是因?yàn)槭秤昧吮畸溄蔷?em>Claviceps purpurea)感染的小麥而引起,其中的麥角酰二乙胺可以導(dǎo)致幻覺(jué),關(guān)節(jié)損壞,甚至死亡。在國(guó)內(nèi)也偶有食用變色甘蔗中毒的新聞,這是因?yàn)楣?jié)孢霉屬(Arthrinium)真菌感染甘蔗后產(chǎn)生真菌毒素3-硝基丙酸, 影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)。 除此之外,因防治植物病而施用的各類(lèi)殺蟲(chóng)劑(殺滅傳播病原的昆蟲(chóng)載體)、殺菌劑,不僅危害種植者的健康,也提高了農(nóng)作物的種植成本。
除了近年來(lái)引起廣泛關(guān)注的柑橘黃龍病和香蕉黃葉病,許多你在意的美味,可能也在植物病原的晚餐菜單里。
藍(lán)莓是一種經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的作物,顏色艷麗,口味酸甜,但有一種真菌卻能把這種惹人喜愛(ài)的水果變成令人喪膽的僵尸。
藍(lán)莓僵果?。╞lueberry mummy berry)病原菌Monilinia vaccinii-corymbosa侵染藍(lán)莓后,首先表現(xiàn)的癥狀為葉片萎蔫褐變,隨后病菌開(kāi)始侵染花,未成熟的漿果起初無(wú)癥狀,但隨著病害的發(fā)展則開(kāi)始變色,綠色漿果變成不健康的粉紫色,最后干癟,從植株上脫離落在地面上。在夏末,未清理的落果中的病原菌會(huì)形假菌核(pseudosclerotia),俗稱(chēng)“mummies”,度過(guò)冬天,在春天長(zhǎng)出蘑菇狀的子實(shí)體來(lái)散布孢子。
在藍(lán)莓生產(chǎn)中,僵果病是危害最為嚴(yán)重的一種病害。在1974年,新罕布什爾州的農(nóng)場(chǎng)主們因?yàn)榻┕∈チ?0%-85%的藍(lán)莓。 之后人們開(kāi)始使用殺菌劑來(lái)防治僵果病,但在2001年的俄勒岡和北卡羅萊納的有機(jī)農(nóng)場(chǎng),因?yàn)椴豢墒褂梅乐谓┕〉臍⒕鷦{(lán)莓減產(chǎn)80%。
據(jù)瑪氏公司的估計(jì),目前全球可可產(chǎn)量與需求量之間的差值已達(dá)100萬(wàn)噸,且這一數(shù)字還將繼續(xù)擴(kuò)大。導(dǎo)致可可產(chǎn)量下降的原因,除了干旱和可可產(chǎn)地農(nóng)作物結(jié)構(gòu)的調(diào)整之外,一個(gè)重要的原因是植物病害:由疫霉Phytophtora spp.引起的可可黑果?。╞lack pod disease),由Moniliophthora perniciosa引起的可可叢枝?。╳itches broom)和由病毒(Cocoa swollen-shoot virus)引起的可可腫枝?。╯wollen shoot disease)等,都威脅著可可的生產(chǎn)。根據(jù)國(guó)際可可組織的資料,僅棕櫚疫霉(Phytophthora palmivora)這一種病原,就可使全球可可產(chǎn)量遭受20%-30%的損失,并造成10%的可可樹(shù)死亡。在巴西的Bahia地區(qū),可可叢枝病的傳入使得可可產(chǎn)量在10年間下降了70%。
面對(duì)這些威脅,哥斯達(dá)黎加的研究者培育了新品種的可可樹(shù):CCN51,這一新品種對(duì)可可叢枝病具有抗性,并且可可果莢的產(chǎn)量七倍于傳統(tǒng)的厄瓜多爾品種。遺憾的是這一新品種的可可口味卻不盡如人意,如果巧克力制造商以這種可可作為原料,也許他們將很難再使用“香醇絲滑”之類(lèi)的詞語(yǔ)來(lái)形容自己的產(chǎn)品。
咖啡是許多人加班熬夜必不可少的燃料,但隨著咖啡銹病的發(fā)生,為了獲得片刻的清醒,你可能需要付出更高的代價(jià)。
咖啡銹?。╟offee rust)由咖啡銹菌(Hemileia vastatrix)引起,這種細(xì)菌在全世界咖啡產(chǎn)區(qū)都有分布,除能侵染阿拉比卡咖啡(Coffea arabica)和羅布斯塔咖啡(Coffea canephora)這兩種栽培最為廣泛的咖啡之外,還能侵染多達(dá)25種咖啡屬植物。
被咖啡銹菌寄生的植物葉面出現(xiàn)黃色斑點(diǎn),由植株底部向上逐漸擴(kuò)散,最終導(dǎo)致出現(xiàn)癥狀的葉片落葉,降低光合作用效率,使枝條死亡,從而降低咖啡漿果的數(shù)量。
2012年,咖啡銹病在中美洲造成了25%的咖啡產(chǎn)量損失。目前在全世界,咖啡銹病的發(fā)生率已達(dá)53%, 這是自這一病害于1976在美洲中部年被發(fā)現(xiàn)以來(lái)最糟糕的局面。許多國(guó)家都加強(qiáng)了檢疫措施,同時(shí)科學(xué)家們正努力尋找合適的咖啡屬物種進(jìn)行雜交,希望獲得具有抗性的雜交種。
即使在電影中支撐到最后的玉米,在現(xiàn)實(shí)中也并沒(méi)有那么堅(jiān)強(qiáng)。1970年,玉米小斑病的流行使美國(guó)玉米的產(chǎn)量下降了15%,造成了10億美元的直接經(jīng)濟(jì)損失;還有一種由病原菌Exserohilum turcicum侵染導(dǎo)致的玉米大斑病(Northern corn leaf blight),一旦感染便可使產(chǎn)量減少30%。
就玉米這么一種常見(jiàn)的農(nóng)作物,能有多少種對(duì)應(yīng)的植物病害呢?最新版的《玉米病害綱要》中,記載了七十多種由各類(lèi)病原引起的玉米病害。比起其他植物,玉米并沒(méi)有特權(quán)。
對(duì)付植物病害,我們可以從源頭抓起——采取嚴(yán)格的檢疫措施,防止病原輸入本國(guó)。例如美國(guó)在1912年就立法規(guī)定禁止、限制外國(guó)植物、植物制品、土壤等輸入本國(guó)。世界各國(guó)也都有各自的檢疫名錄,如我國(guó)的《中華人民共和國(guó)進(jìn)境植物檢疫危險(xiǎn)性病、蟲(chóng)、雜草名錄》,歐洲的EPPO有害生物名錄等。
如果病害已然入侵,我們依然可以采取農(nóng)事操作手段減少田間的病原接種體。手段很多,包括但不限于下面這些:選用可靠的無(wú)病害種子,幼苗;選擇不適宜病原或病原的昆蟲(chóng)載體生存的栽培地點(diǎn);選擇合適的栽培時(shí)間和栽培方式;種植防風(fēng)帶,來(lái)避免作物和病原接觸;一旦在田間發(fā)現(xiàn)患病植物,應(yīng)立即移除銷(xiāo)毀,同時(shí)應(yīng)注意保持農(nóng)事工具的潔凈;加強(qiáng)操作人員的管理,例如使用煙草產(chǎn)品的種植者在接觸煙草花葉病毒的宿主作物前應(yīng)進(jìn)行消毒,等等。
化學(xué)制劑或者生物防治制劑在面對(duì)植物病原的時(shí)候,也能起到關(guān)鍵的作用。有的制劑可以直接殺滅病原,有的制劑可以殺滅傳播病原的昆蟲(chóng)載體,有的制劑可以在植物表面形成保護(hù)膜避免病原菌的侵入,或者以提高植物自身的抗性,甚至可以用接種拮抗生防菌的方式來(lái)間接防治病害。
但理想和現(xiàn)實(shí)之間仍有差距。從近年來(lái)新聞中常出現(xiàn)的對(duì)某種作物滅絕的擔(dān)憂(yōu),也可以看出,傳統(tǒng)的植物病害防治技術(shù)并不一定每次都有效。
在現(xiàn)代社會(huì)里,跨國(guó)、跨大陸的交流旅行越來(lái)越頻繁、便捷,各類(lèi)病原也越來(lái)越容易隨之傳播,海關(guān)檢疫這一道關(guān)卡顯然不能完全阻斷植物病原的引入。采用農(nóng)事操作措施來(lái)進(jìn)行防治并不能完全杜絕病原接觸作物,且這些措施一般對(duì)操作人員有較高的要求。過(guò)度使用化學(xué)制劑則可能導(dǎo)致病原產(chǎn)生抗藥性。各種偶然因素也能使已經(jīng)得到控制植物病害重新流行,例如2004年的颶風(fēng)卡特里娜使此前已不再流行的柑橘潰瘍病(Citrus canker)又重新散布到整個(gè)佛羅里達(dá)州。
為了解決一些難以控制的植物病害,植物病理學(xué)家和育種專(zhuān)家一向樂(lè)意采用培育新抗病品種的方法,例如選用帶有抗性基因的物種與目標(biāo)進(jìn)行雜交,等等。隨著生物技術(shù)的發(fā)展,基因改良技術(shù)使得抗病品種的培育過(guò)程更加高效,例如:將抗水稻白葉枯病菌的水稻Xa21基因?qū)腚s交水稻,使雜交水稻獲得抗白葉枯病的性狀;將木瓜環(huán)斑病毒基因?qū)敕竟?,使其獲得抗環(huán)斑病的性狀等等。
早在1975年,用于馬鈴薯晚疫病的計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)系統(tǒng)BLITECAST就已經(jīng)出現(xiàn)。除了農(nóng)業(yè)生物技術(shù)的發(fā)展,建立在計(jì)算機(jī)技術(shù),種植者、專(zhuān)家和政府的溝通合作的基礎(chǔ)上的各種預(yù)警系統(tǒng)與程序也可能能讓我們有可能在與植物病害的爭(zhēng)斗中占得上風(fēng)。例如為了防治柑橘黃龍病,佛羅里達(dá)柑橘研究教育中心(CREC)建立了Citrus Health Management Areas (CHMAs)預(yù)警項(xiàng)目,用于黃龍病病原載體亞洲柑橘木虱活動(dòng)信息的收集及預(yù)警。種植者可接收目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的木虱密度警報(bào)。從而采取相應(yīng)措施防止木虱危害柑橘植株。
對(duì)于科幻電影中所描繪的末世情景,我們雖不需杞人憂(yōu)天,但仍應(yīng)提高警惕。這是一顆饑餓的星球,毫無(wú)疑問(wèn)——全球人口保持高速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì),危害農(nóng)業(yè)的植物病原也絕不會(huì)消失。如何在有限的土地上產(chǎn)出足夠的農(nóng)產(chǎn)品,減少因病害導(dǎo)致的損失,滿(mǎn)足人類(lèi)對(duì)食物以及工業(yè)原料的需求,這是一個(gè)永遠(yuǎn)值得研究的問(wèn)題。(編輯:老貓)
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