分类号：S432.41；X172文献标识码：A

文章编号：1003-5125(2000)01-0001-07

Plant Viruses and Their Ecological Effects in Water

ZHENG Yao-tong, LIN Qi-ying, XIE Lian-hui

(Institute of Plant Virology, Fujian Agricultural Universit y, Fuzhou 350002, China)

Key words：Water; Plant virus; Ecological effect▲

人和动物病毒污染水体的研究已有多年，并取得了可喜的成果，其研究已从单纯的环境监测 和卫生评价向机制和规律等纵深方向发展。分子生物学方法已深入到水病毒学领域，利用基 因 探针和扩增技术检测水体病毒已成为重要的研究方法^［1］。然而针对水体植物病毒 污染及其环境效应的研究就显得很薄弱。事实上水体中也有众多的植物病毒，并有可能导致 严重的植物病毒病流行，如1994年福建省三明地区因“5.2”大洪水，水中带有大量的烟草 病毒，导致烟草花叶病大爆发，仅宁化县就损失烟叶10多万担。本文将讨论水体植物病毒 的浓缩、检测及可能来源，存在的状态，以及介水传播植物病毒病、特别是那些缺乏介体但 高稳定性和侵染性植物病毒的重要性。

1水体环境中植物病毒的浓缩和检测

检测水体病毒，水样浓缩是关键。人与动物病毒的浓缩已有不少的方法^［2］，如微 孔滤膜吸附技术；多价金属氢氧化物或盐沉淀；玻璃粉或不溶多聚电解质吸附；透析袋浸泡 于高分子吸水剂中脱水以及超速离心、冷冻、超滤、电泳等。理想的浓缩水体病毒方法应具 有回收率高且稳定；不受水质尤其是浊度的限制；可处理大量的水样；操作过程简易、价廉 且尽可能快和适于现场应用等优点。早期的沙布包法和目前常用的膜吸附-洗脱法、正负电 荷玻璃粉吸附-洗涤法等均不能满足上述要求。浓缩水体植物病毒曾用多孔滤膜过滤^{［ 3］}、超速离心浓缩少量水样甚至低速离心浓缩植物病毒^［4～8］。我们在选择 浓缩水体病毒的方法时，如能优化病毒聚集吸附及分散条件，采用简易的化学聚凝法，显得 十分有意义。就条件而言，该法无需昂贵的不锈钢过滤装置和空气压缩机，也省去进口的阳 电滤膜，还可避免水样浊度对有过滤程序浓缩方法的制约，避免堵塞滤膜、耗时过长并造成 大量 病毒丢失，无法处理大量水样的缺陷。若能优化规范聚凝浓缩条件，化学聚凝法对一般基 层病毒学实验室研究水体病毒不失为理想的首选方法。

检测水体植物病毒，多采用指示植物法，如将浓缩水样摩擦接种于昆诺藜(Chenopodium quinoa)^{［3～5，7，9～12］}、苋色藜(C.amaranticolor)^{［4， 10，13］}、墙生藜(C.murale)、心叶烟(Nicotiana glutinosa)和克利夫兰 烟(N.clevelandii)^［4，13］。指示植物法检测可靠且能反映病毒侵染活性 ，但所需时间较长，有时还很难找到指示植物，并受环境条件限制和影响较大。如用病毒抗 体，葡萄球菌A蛋白及其酶标记物组成酶联免疫吸附试验(SPA-ELISA)检测，就兼有ELISA的 优点，同时又克服其缺点，并且其灵敏度和特异性均有提高，是目前较理想的检测植物病毒 方 法^［14］。另外采用葡萄球菌协同凝集试验(SA-test)检测植物病毒，简单省时且 灵敏度高，既不需要纯化抗体，也不需要自己制备酶标抗体及第二种动物特异抗体，就可得 到很好的结果，还可制备成可长期保存和使用的固相金葡菌抗体，易于商品化推广。如能通 过组织培养，建立病毒的离体培养体系与之配套的接种方法，并系统研究接种侵染后培养物 所 表现出来规律性的形态学、病毒学等方面的效应，可望建立一类似指示植物鉴定但却比其高 效经济的离体鉴定系统。目前应用的PCR法快速敏感，常规PCR的发展如简并引物PCR，可 根据同属植物病毒的同源序列设计引物来对病毒进行鉴定及分子生物学研究，但其技术复 杂，花费昂贵且不能确定阳性结果是否具有侵染性。若将PCR方法同植物病毒组织培养法或 指示植物检测法相结合，就能同时发挥两者的优势，是植物病毒检测的发展方向。另外由于 所取水样有限及指示植物的选择性和浓缩方法的缺陷，水体环境中植物病毒的种类和数量可 能远远高于目前我们检测到的规模，并且针对浓缩水体中植物病毒介体(如线虫、真菌及休 眠孢子)以了解水体被植物病毒污染的状况，显然还没有引起足够的重视。

2水体环境中植物病毒的来源

了解水体植物病毒的来源，是明确植物病毒污染水体的途径及切断污染源的基础，也是控制 水体不受或少受植物病毒污染的前提。水体植物病毒可能来自感病植物根的释放、受损或腐 烂植物残体及污水废物。植物病毒从侵染植物根释放，最初发现烟草坏死病毒 、烟草花叶病毒可由植物根释放到环境水体中^［15］。黄瓜坏死病毒、碧冬茄星状 花叶病毒(petunia asteroid mosaic virus)、番茄丛矮病毒、烟草花叶病毒、南方菜豆花 叶病毒均可从种植感染植物的农田退水中分离到^［16］。黄瓜坏死病毒、南方菜豆 花叶病毒、番茄丛矮病毒即使在浓度很低的情况下也能释放到无土壤的营养液中，由此说明 这些病毒能够从未受损、非坏死的植物根释放到环境中^［16］。后来研究表明番茄 丛矮病毒^{［17，18］}、香石竹环斑病毒^［19］、番茄花叶病毒和黄瓜绿 斑驳花叶病毒^［20］、建兰环斑病毒、烟草脆裂病毒^［21］等均有类似现 象。从植物病残体中释放病毒已在实验室和自然条件下得到证实，感染番茄花叶病毒的番茄 ^{［22，23］}和感染有黄瓜绿斑驳花叶病毒的葫芦^［24］残体，很久以来 就已知道是下季作物的重要毒源。水体植物病毒的另一个重要来源是污水废物，Tomlinson( 1984)最先认识到污水废物是植物病毒的重要毒源。Kegler (1984)还指出通过污水废物、人 粪尿传播植物病毒的可能性。

3水体环境中植物病毒的生态

水体病毒是环境病毒学的核心，其基础是病毒生态学，它研究病毒离开宿主后在水环境中的 生存、传播及消长现象和规律；探讨病毒与环境相互作用机理以及病毒传播对人类和社会的 影响。水体病毒作为水环境生态系统中的一个组成部分，其生存与水质因子密切相关。条件 适宜时，病毒存活时间长；反之，病毒发生变异，以适应新环境或者因环境条件变化过于剧 烈，病毒被灭活。影响水体中病毒存活的因素很多，也很复杂。归纳起来主要有：(1)水温 。这是自然条件下影响病毒存活诸多因素中最重要的因素。大多数动植物病毒不耐热，但 对低温不敏感。不同病毒对温度的敏感性不一样，这同病毒本身结构和特性有关。值得注意 的是地下水水温低且不见阳光，其中的病毒存活时间较其它水体长，这对大量病毒通过土壤 远距离传播并导致地下水污染显得十分重要。(2)病毒对固体悬浮物质的吸附以及病毒粒体 本身彼此间的聚集。吸附和聚集是病毒在水体中长期存活而不被灭活的一个十分重要的因素 ，这方面研究最多，其中限制病毒传播的一个重要因素就是病毒对土壤颗粒的吸附^{［2 5，26］}。影响病毒对土壤颗粒的吸附因素已进行了广泛的研究^{［27～30］} 。病毒的吸附明显决定于病毒本身的特性，如病毒粒体蛋白质结构、等电点和粒径。Dowd S 等 ^［31］研究表明，病毒的等电点可作为确定病毒吸附性能的首选因素，而当病毒粒 体粒径大于60nm时，病毒粒径特性对吸附效果影响不大。病毒的吸附也取决于吸附物质如 有机颗粒、金属阳离子氢氧化物沉淀物的物理化学特性^［25］。Sobsey等研究发现 ，不同pH的粘土及有机化合物可有效地吸附病毒，特别是在低pH环境下更为明显。吸附和聚 集保护了水体病毒的灭活作用，同时给水消毒学带来了困难，也给水体中病毒的监测造成误 差。(3)水质化学因素的影响。水体中含有的某些可溶性化学物质也明显影响病毒的活性， 如洗涤剂、氨、微生物代谢产物及其它能影响病毒生存的物质，它们在水环境中的存在都能 影 响病毒的存活。(4)生物因素。某些微生物群落及高等水生生物可产生影响病毒活性的物质 ， 阻止病毒的生存或直接吞食病毒。迄今为止，水环境中病毒生态及灭活机理研究多以动物病 毒为研究对象，针对植物病毒的研究不多，但植物病毒具有相似的结构与核蛋白组成，其 生存规律也应该类似于动物病毒。

Piazolla(1986)发现水体中的植物病毒可由低速离心浓缩，如果水样经预过滤，以去除病毒 赖以吸附的载体颗粒物质，单位体积水样形成的枯斑数将大大减少。这表明植物病毒也能吸 附到某些颗粒物质表面。现已明确水体中的病毒多数情况是聚集或吸附到固体颗粒，如陶 土、硅酸盐或有机物碎片、细菌和藻类等物体上。聚集或吸附作用大大减少了植物病毒的灭 活机率，这是植物病毒离开寄主后在水环境中存活的重要原因。植物病毒在水环境中的聚 集或吸附到颗粒物质而被保护也已被证实^［32］。另外植物残体的存在也具有保护 植物病毒的作用^［22］。反映烟草花叶病毒属(Tobamovirus)成员在土壤中的 稳 定性和持留性，主要是由于这类病毒存在于植物残体中而使其侵染率大大增加，如黄瓜绿斑 驳花叶病毒^［24］、番茄花叶病毒^［23］；而栽培措施和耕作等人为干预 ，加速了植物残体的腐烂，可减少下季作物的病毒病发病率^［23］。聚集和吸附作 用保护植物病毒免受物理及化学因子的灭活作用不仅仅存在于土壤环境中，也同样存在于水 体环境中。不少学者能从水体中分离到在外界环境中相当不稳定的黄瓜花叶病毒，主要是由