是什么逼着人类铤而走险、穿越虫洞?在《星际穿越》中,人们当然得面对来势汹汹的沙尘暴,但是使得各种作物接连灭绝的“枯萎病”(blight),可能才是真正的罪魁祸首。
影片中的枯萎病,在真实世界中存在吗
除了病毒之外,生物都是以双名法命名的,植物病原也不例外。然而,由这些病原所导致的植物病害本身,却没有标准的统一的命名方式。常见的植物病,名称通常为“寄主+症状+病” 的形式,例如柑橘黑斑病(citrus black spot);或者“寄主+病原+病”的形式,例如葡萄霜霉病(grape downy mildew)。而电影中的“枯萎病”,就是以症状作为植物病名称的典型一例,有时也译为疫病,如马铃薯晚疫病(potato late blight)。
现实世界中的枯萎病并不少见,当植物的叶片、茎、花乃至植株整体出现迅速褐变、干枯、死亡的症状的时候,我们往往就给导致这些症状的病害冠以“枯萎病”的名字。诸如由真菌小双胞腔菌(Didymella bryoniae)引起的黄瓜蔓枯病,由细菌地毯草黄单胞菌(Xanthomonas axonopodis)引起的洋葱叶枯病,由真菌山茶花腐病菌(Ciborinia camelliae)引起的山茶花腐病等等,虽然名字里没有直接出现“枯萎病”,但其实它们都是“blight”。
正是因为枯萎病描述的是症状,所以引起枯萎病的并非限定于某一种,或者一类病原。许多细菌,真菌,或者卵菌都能导致枯萎病,甚至低温、干旱等非生物因素也能造成枯萎的症状。各种病原体导致的枯萎病症状,可能是由于它们在植物体内大量繁殖所致:这些病原堵塞维管束,阻碍水和营养物质的输送,最终导致细胞坏死。
黄瓜蔓枯病(左)、洋葱叶枯病(中)与山茶花腐病(右)
现实中的植物病害,不比电影中的更温柔
作为生物圈的重要组成部分,植物所要经历的磨难可不止枯萎病这一种,各种细菌,真菌,病毒,线虫,原生生物可以导致萎蔫,溃疡,根腐,软腐,炭疽,瘿瘤等等恶劣的症状,直接导致作物降低、失去经济价值。多数的植物病害导致的产量损失发生在田间,但有些病害也会发生在收获后,如果蔬,谷物在贮藏期间发生的腐烂等等。
据一项2002年的统计结果,因病害,虫害,杂草等因素造成的损失占全世界粮食总产量的30% - 40%,其中由病害造成的损失约为14%,价值2200亿美元的粮食被白白投喂给了植物病原。以佛罗里达州的柑橘产业为例:2010至2011年,因为柑橘黄龙病导致 柑橘减产4400万箱,占预计产量的24%,同时因为柑橘供应量减少,橙汁平均价格比预计高出15%。
除了直接减少产量,降低产品价值之外,植物病害还能导致其他经济损失,例如2006至2011年间,因为整个柑橘产业链的衰退,佛罗里达有8000多人失去了工作,133,947英亩果园被废弃。植物病害还能直接或间接地危害人类健康。例如各种真菌毒素。历史上著名的“圣安东尼之火”,便是因为食用了被麦角菌(Claviceps purpurea)感染的小麦而引起,其中的麦角酰二乙胺可以导致幻觉,关节损坏,甚至死亡。在国内也偶有食用变色甘蔗中毒的新闻,这是因为节孢霉属(Arthrinium)真菌感染甘蔗后产生真菌毒素3-硝基丙酸, 影响中枢神经系统。 除此之外,因防治植物病而施用的各类杀虫剂(杀灭传播病原的昆虫载体)、杀菌剂,不仅危害种植者的健康,也提高了农作物的种植成本。
哪些美味正面临着植物病害的影响?
除了近年来引起广泛关注的柑橘黄龙病和香蕉黄叶病,许多你在意的美味,可能也在植物病原的晚餐菜单里。
1、蓝莓
蓝莓是一种经济价值较高的作物,颜色艳丽,口味酸甜,但有一种真菌却能把这种惹人喜爱的水果变成令人丧胆的僵尸。
蓝莓僵果病(blueberry mummy berry)病原菌Monilinia vaccinii-corymbosa侵染蓝莓后,首先表现的症状为叶片萎蔫褐变,随后病菌开始侵染花,未成熟的浆果起初无症状,但随着病害的发展则开始变色,绿色浆果变成不健康的粉紫色,最后干瘪,从植株上脱离落在地面上。在夏末,未清理的落果中的病原菌会形假菌核(pseudosclerotia),俗称“mummies”,度过冬天,在春天长出蘑菇状的子实体来散布孢子。
在蓝莓生产中,僵果病是危害最为严重的一种病害。在1974年,新罕布什尔州的农场主们因为僵果病失去了70%-85%的蓝莓。 之后人们开始使用杀菌剂来防治僵果病,但在2001年的俄勒冈和北卡罗莱纳的有机农场,因为不可使用防治僵果病的杀菌剂,蓝莓减产80%。
2、玉米
即使在电影中支撑到最后的玉米,在现实中也并没有那么坚强。1970年,玉米小斑病的流行使美国玉米的产量下降了15%,造成了10亿美元的直接经济损失;还有一种由病原菌Exserohilum turcicum侵染导致的玉米大斑病(Northern corn leaf blight),一旦感染便可使产量减少30%。
就玉米这么一种常见的农作物,能有多少种对应的植物病害呢?最新版的《玉米病害纲要》中,记载了七十多种由各类病原引起的玉米病害。比起其他植物,玉米并没有特权。
在现代社会里,跨国、跨大陆的交流旅行越来越频繁、便捷,各类病原也越来越容易随之传播,海关检疫这一道关卡显然不能完全阻断植物病原的引入。采用农事操作措施来进行防治并不能完全杜绝病原接触作物,且这些措施一般对操作人员有较高的要求。过度使用化学制剂则可能导致病原产生抗药性。各种偶然因素也能使已经得到控制植物病害重新流行,例如2004年的飓风卡特里娜使此前已不再流行的柑橘溃疡病(Citrus canker)又重新散布到整个佛罗里达州。
为了解决一些难以控制的植物病害,植物病理学家和育种专家一向乐意采用培育新抗病品种的方法,例如选用带有抗性基因的物种与目标进行杂交,等等。随着生物技术的发展,基因改良技术使得抗病品种的培育过程更加高效,例如:将抗水稻白叶枯病菌的水稻Xa21基因导入杂交水稻,使杂交水稻获得抗白叶枯病的性状;将木瓜环斑病毒基因导入番木瓜,使其获得抗环斑病的性状等等。
对于科幻电影中所描绘的末世情景,我们虽不需杞人忧天,但仍应提高警惕。这是一颗饥饿的星球,毫无疑问——全球人口保持高速增长的态势,危害农业的植物病原也绝不会消失。如何在有限的土地上产出足够的农产品,减少因病害导致的损失,满足人类对食物以及工业原料的需求,这是一个永远值得研究的问题。
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