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。
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。
面对这些威胁,哥斯达黎加的研究者培育了新品种的可可树:CCN51,这一新品种对可可丛枝病具有抗性,并且可可果荚的产量七倍于传统的厄瓜多尔品种。遗憾的是这一新品种的可可口味却不尽如人意,如果巧克力制造商以这种可可作为原料,也许他们将很难再使用“香醇丝滑”之类的词语来形容自己的产品。
咖啡是许多人加班熬夜必不可少的燃料,但随着咖啡锈病的发生,为了获得片刻的清醒,你可能需要付出更高的代价。咖啡锈病(coffee rust)由咖啡锈菌(Hemileia vastatrix)引起,这种细菌在全世界咖啡产区都有分布,除能侵染阿拉比卡咖啡(Coffea arabica)和罗布斯塔咖啡(Coffea canephora)这两种栽培最为广泛的咖啡之外,还能侵染多达25种咖啡属植物。
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%。
面对植物病原的威胁,人类并非束手无策。对付植物病害,我们可以从源头抓起——采取严格的检疫措施,防止病原输入本国。例如美国在1912年就立法规定禁止、限制外国植物、植物制品、土壤等输入本国。世界各国也都有各自的检疫名录,如我国的《中华人民共和国进境植物检疫危险性病、虫、杂草名录》,欧洲的EPPO有害生物名录等。
如果病害已然入侵,我们依然可以采取农事操作手段减少田间的病原接种体。手段很多,包括但不限于下面这些:选用可靠的无病害种子,幼苗;选择不适宜病原或病原的昆虫载体生存的栽培地点;选择合适的栽培时间和栽培方式;种植防风带,来避免作物和病原接触;一旦在田间发现患病植物,应立即移除销毁,同时应注意保持农事工具的洁净;加强操作人员的管理,例如使用烟草产品的种植者在接触烟草花叶病毒的宿主作物前应进行消毒,等等。
化学制剂或者生物防治制剂在面对植物病原的时候,也能起到关键的作用。有的制剂可以直接杀灭病原,有的制剂可以杀灭传播病原的昆虫载体,有的制剂可以在植物表面形成保护膜避免病原菌的侵入,或者以提高植物自身的抗性,甚至可以用接种拮抗生防菌的方式来间接防治病害。
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。