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病毒现形记:植物也得传染病?

来源:蝌蚪五线谱 作者:魏德勇 发布时间:2020-05-11 15:12:48 浏览次数: 【字体:

新型冠状病毒疫情暴发后,一个专用名词迅速火了,那就是“病毒”。病毒是一种比细菌小很多的非细胞生物,用美国教科书《现代病毒学导论》的解释就是“亚微观的寄生性的含有蛋白质衣壳的遗传物质颗粒”。

不同种类的病毒(来源:搜狐网)

不同种类的病毒(来源:搜狐网)

由于病毒的体积小得可以从细菌过滤网里漏掉,只有借助电子显微镜才能看到,所以在很长段时间里人类都把病毒当作细菌。科学家让其现形,前后花了40余年。故事得从百多年前的那场烟草病说起。

主任很不甘心

19世纪中叶,欧洲各国种植烟叶的农民遇到一个很头痛的问题:烟草叶上长出浅绿色的斑纹,导致烟叶的产量和质量都不高,严重的时候能让烟草减产一半。

问题反映到瓦格宁根农业试验站时,新上任的站主任阿道夫•麦尔眼前一亮。他是德国人,毕业于德国顶尖级的理工大学——卡尔斯鲁厄理工学院,后来到闻名欧洲的海德堡大学深造并获得博士学位。在海德堡大学任教一段时间后,被“委派”到荷兰瓦格宁根市当地区试验站。领导给的理由很简单,你学的是化学专业,在农业领域将有更大作为。

海德堡大学(来源:爱学网)

海德堡大学(来源:爱学网)

有能力哪里都是舞台,麦尔决定在家乡做出一番成绩,当下看来解决烟草患病问题正是展示自己才能的机会。从此,他从观察烟草的种植开始长达数年的研究。为了方便记录,他把这种让烟草生斑纹的病叫做“烟草花叶病”。

逐个排除可能

到底是什么原因导致烟草花叶病产生呢?具有丰富理论知识的麦尔推测,病源应该来自种子、气温、光照或土壤。他深入研究一段时间后,得出两个结论:一是由于同一批种子种植在不同的地方,有的出现烟草花叶病,有的则没有,所以此病与种子无关;二是不同地区、不同时节、不同光照的烟草都会得花叶病,所以此病与气候、光照也没有直接关系。

“按照李比希大师的物质补偿法则,烟草花叶病的病源应该在土壤里。”1884年夏季的一天,麦尔站在农业试验站实验苗圃边,面对没精打采的烟叶,喃喃自语。李比希是德国著名化学家,近代农业化学的奠基人,著有《化学在农业和生理学中的应用》。此书明确指出,土壤里缺少某种或几种元素,会导致植物营养不良并发生病变。麦尔在海德堡大学攻读化学博士学位时略读过此书。多年之后再次细读,感觉受益匪浅。根据书中所示,他分析了健康烟草和患病烟草叶子的化学成分及其周围的土壤样本,可惜并没找到烟草花叶病的病因。带着郁闷的心情,他信步来到实验苗圃。

患烟草花叶病的叶子(来源:搜狐)

患烟草花叶病的叶子(来源:搜狐)

麦尔突然发现一个现象:实验苗圃里的几个外国品种的烟草没有患病,而附近农家的本国品种烟草得了不同程度的花叶病。同一块地,有的患病,有的正常,连普通农民都知道与土壤无关,麦尔岂不明白?

细菌也可传染

“既然与土壤无关,那烟草花叶病的病因到底是什么呢?”麦尔感到有些烦躁,毕竟工作几年都没有什么实质性进展,换谁都一样。

他随手从书架上取出一本几年前出的《植物生物学通讯》杂志,翻了起来。突然,他目光停留在一篇科赫大师写的论文《炭疽热病因:基于炭疽杆菌的发展过程》上。科赫也是德国科学家,因发现细菌而被同行推崇备至。在此文中,科赫提出动物会被细菌感染而患病,这种细菌具有传染性。

德国科学家科赫(来源:搜狐)

德国科学家科赫(来源:搜狐)

“难道植物也会得传染病?”麦尔突发奇想。死马当作活马医,科学家最宝贵的品质就是敢想敢做。于是,他开始新一轮的烟草研究实验。先让助手把患病的烟草叶捣碎并提取汁液,再把汁液注进健康烟草的叶脉中。得到的结果是,健康烟草的叶子并未生病,而十天后新生的嫩叶全都患上花叶病。

“患花叶病的烟草里应该具可传染的细菌!”麦尔初步得出结论。为了证实此观点,他用最先进的光学显微镜进行观察,可惜什么也没看到。

麦尔决定用最笨的方法来找出这种未知细菌,那就是在健康烟叶里逐个接种已知细菌,看哪一种会让烟草患上花叶病。结果接种完当时所知的全部细菌也没结果。

几近抓狂的麦尔最后做了一组实验,即把患花叶病的烟草汁液用双层滤纸过滤,结果发现过滤后的汁液浓度比之前更小。他认为这是因为滤纸上沾有很小很小的细菌。

1886年,麦尔公开发表了一篇关于烟草花叶病的论文。文中他提到两点:一是烟草花叶病的病因是一种比一般细菌小很多倍的未知细菌;二是这种未知细菌具有传染性,所以患花叶病的烟叶切不可丢进烟草田里。

德国科学家麦尔(来源:搜狐)

德国科学家麦尔(来源:搜狐)

平心而论,麦尔提出的两个观点中,第二个实用性更大,因为当地农民常常把患烟叶病的叶子倒进烟草田里当肥料。第一个观点则非常接近真相。因为烟草花叶病致病因子是病毒而非细菌。由于病毒比细菌小得多,用当时的光学显微镜根本看不到,需要借助放大倍数超过万倍的电子显微镜才能揭开神秘面纱,麦尔找不到致病因子很正常。

麦尔是否再次回到马德堡大学,我们不得而知,而他对烟草花叶病的全心研究,在传染病学史上有着十分重要的意义。作为历史上第一位证明植物也会得传染病的科学家,麦尔揭开了病毒研究的序幕。他发表的论文,对正在撰写烟草花叶病理论论文的伊万诺夫斯基影响很大。这位俄国圣彼德堡大学高才生,通过长期实验得知烟草花叶病的病因不是细菌而是一种毒素,从而使人类发现病毒又迈进了一步。

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【参考资料】

1. 论文《烟草花叶病毒的发现、揭示和生物学意义》,作者任衍钢、宋玉奇等,《生物学通报》2014年12期。

2. 论文《烟草花叶病毒病的研究进展》,作者付一峰,《北京农业》2015年12期。

3. 论文《简介烟草花叶病毒》,作者黄艳,《生物学教学》2014年第11期。


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