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2014 11月25號
《星際穿越》中的枯萎病在現(xiàn)實中真的會造成作物大滅絕嗎?
編輯:新農(nóng)人

首先,說一下“枯萎病”—-blight, 其實在植物病理學上,blight主要描述的是染病植物的癥狀,  并非一定是由于某一類病原引起的特定病害(常見植物病原有細菌,真菌,病毒,線蟲,原生動物等等)。blight的癥狀主要表現(xiàn)為植株莖,葉,花變?yōu)樽?色,褐色,直至死亡。舉幾個圖例(資料來源:維基,forestryimages):
Apple fire blight-常譯為蘋果火疫病
著名的potato late blight-馬鈴薯晚疫病。
pine tip blight-姑且譯作松尖葉枯病吧。
亂入。右上三塊,餅干葉枯病23333
通俗地說,所謂的Blight,就是指植株的部分或者全部干枯,死亡。

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簡介一些著名的名字里帶blight的植物病害

Southern corn leaf blight-玉米小斑病,由一種真菌, 異旋腔孢菌 (Cochliobolus heterostrophus), 侵染玉米葉片后形成小的黃褐色病斑,甚至覆蓋整個葉片,被侵染的籽粒可被一層黑色霉菌所覆蓋,被侵染的幼苗可能在播種后幾周之內(nèi)就迅速死亡。1970年左 右美國廣泛種植的一種雜交玉米對這個菌的耐受特別差,那一年全美15%的玉米都被這個菌干掉了,直接經(jīng)濟損失大致在10億刀左右。

Potato late blight, 著名的馬鈴薯晚疫病,由一種卵菌,致病疫霉(Phytophthora infestans)引起。 這種卵菌直接導致了1845年的愛爾蘭土豆絕收,并直接導致了之后的愛爾蘭大饑荒。 染病植株葉片枯萎,然后整株植株死亡,馬鈴薯塊莖腐爛。
這種土豆可沒法吃。

Chestnut blight-栗疫病,符合題主問題中“可能造成某類作物滅絕的病害”的標準 。此病由一種真菌,栗疫病菌(Cryphonectria parasitica)引起, 真菌侵染并殺死樹枝或幼樹的樹皮部分,引起潰瘍,從侵染點開始形成環(huán)帶,環(huán)帶以上的葉片枯萎,死亡,最終耗盡栗樹的能量,樹根壞死。沒有任何栗樹能夠幸免。從1904年在北美初次發(fā)現(xiàn)此病到現(xiàn)在,導致的一個非常悲傷的結果是(資料來源:課堂筆記。。。。):
在此病傳至北美之前,這樣的栗樹并不少見:

而現(xiàn)在,應該是田納西州第二大的栗樹是這樣(這種照片應該是2013年之前的,不知現(xiàn)在怎樣了):
栗樹是重要的木材來源,同時為野生動物提供食物來源,研究者當然在尋求方法拯救 栗樹,已有研究團隊在進行相關轉(zhuǎn)基因方面的研究。

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關于植物的抗病機理可以看我寫的另外一個答案,但是寫的比較無趣。。。
植物自身是如何抵御外來致病菌的? – 張珂的回答
這些機理并非萬無一失,那現(xiàn)實中存在有哪些可能造成某類作物滅絕或者大幅減產(chǎn)的病害?除了上文提到的Chestnut blight-栗疫病還可以舉出幾例:

比如目前答案中提到的 柑橘黃龍病爭分奪秒,改變基因,拯救橙子。<– 這篇紐約時報原文&果殼譯文寫得非常全面非常好了。  我所在的佛羅里達大學柑橘教育研究中心以及植物病理學系可以說是世界上最大的柑橘研究機構之一(種柑橘技術哪家強,美帝佛州找CREC),  每周一次的學術報告里至少是有一半和黃龍病有關(因為研究黃龍病好拿經(jīng)費啊?。S谑俏疑晕⒄f些這篇文章里沒有提到的點 (資料來源:UF/IFAS Citrus Extension: Plant Pathology,以及不完整的學術報告筆記):
黃龍病最先于1919年在中國被發(fā)現(xiàn),葉片癥狀表現(xiàn)為葉面出現(xiàn)不規(guī)則黃綠色斑點, 葉脈變黃。

所以英文可以稱為citrus greening,也可以稱為Huanglongbing/HLB (聽各種口音的Huanglongbing真的非常,非常,逗)。
染病植株結出來的果實是這樣:

小,偏心,酸,澀,沒法吃,沒法榨汁。
病原菌Candidatus Liberibacter spp.感染所有柑橘屬(Citrus spp.)的植物,包括各種橙子橘子柚子檸檬,目前沒有任何已知的柑橘屬植物對其免疫。
病 原菌的載體主要是Asian citrus psyllid亞洲柑橘木虱,體長小于2mm,  攜帶病原的木虱在健康植株上取食的時候就能傳遞病原,顯然種植者無法把整個果園都包起來。而且此病有若干年潛伏期,就算移除已經(jīng)表現(xiàn)出癥狀的植株,果園里 的其他植株也早就感染了。
目前最有效的防治手段還是噴殺蟲劑防治木虱, 及時移除染病植株,對病原菌本身,基本沒轍。而在潛伏期,未表現(xiàn)癥狀的染病植株依舊能有一定的比較穩(wěn)定的產(chǎn)量,果園也能有一定的利潤, 所以面對保持若干年的盈利,還是一把火燒了一了百了,這樣的選擇其實是很艱難的。
佛羅里達是美國柑橘的主要產(chǎn)區(qū),州花就是柑橘花。 連默認款的汽車牌照上都是橙子

但因為黃龍病而損失慘重,許多種植園已經(jīng)整個消失,果農(nóng)們只好改種別的作物,比如藍莓。。。真是非常傷感啊。。。。

比如香蕉黃葉病: 多年以后,我們還有香蕉吃嗎?

比如曾經(jīng)也是毀滅性的病害,現(xiàn)在卻已經(jīng)借助轉(zhuǎn)基因技術解決了的木瓜環(huán)斑病毒papaya ringspot virus. 染病的木瓜葉片畸形,果實上出現(xiàn)深綠色環(huán)狀斑紋并且口味怪異,甚至植株整體死亡。

轉(zhuǎn)基因木瓜中則導入了一種抗環(huán)斑病毒基因,對環(huán)斑病毒的抗性顯著提高,目前在包括中國和美國在內(nèi)的多個國家和地區(qū)都獲得了轉(zhuǎn)基因生物安全證書并廣泛種植。
圖中,中央部分為轉(zhuǎn)基因木瓜品種"Rainbow“(太可惜了,不是Rainbow Dash),周圍為非轉(zhuǎn)基因木瓜,療效顯著。

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但是這個世界上真的有一種唯一的生物能干掉所有的農(nóng)作物么?
知乎上有一個關于這個設定的討論 《星際穿越》中,枯萎病的設定是不是有欠妥當?
(我個人認為,評價科幻片的設定是否妥當本身就不甚妥當。)

在目前的植物病理學研究中,還沒有發(fā)現(xiàn)。 打個不是特別恰當?shù)谋确?,這就好像是: ”你可以在同一時間欺騙所有的人,或在所有時間欺騙一個人,但你絕不可能在所有的時間欺騙所有的人。“
而這么科幻的問題又好難回答,所以我想換一個方式來回答這個問題:植物病原菌的寄主范圍是由什么決定的。(資料來源:Host Range Determinants in Plant Pathogens and Symbionts, 但是好像太復雜了,這里有個簡單的中文版本journals.im.ac.cn/wswxt ,好像還是很復雜,我自己都懶得看,我通俗地說一下。。。)
不同的植物病原有不同的寄主范圍:一個/若干栽培種(cultivar),一個/若干種(species),一個/若干屬,一個/若干科&hellip;&hellip;而有的植物病原菌只侵染植物的根,有的只侵染莖,有的只侵染木質(zhì)部,有的只侵染韌皮部,各有所好。
病原菌侵染植物實際上是一個非常復雜的過程,涉及很多分子的相互作用(說了跟沒說一樣)。
例 如在侵染早期,一個接種體(可能是細菌細胞,真菌孢子,菌絲碎片等等)粘附到植物表面,或者通過傷口/氣孔等自然開口進進入植物體內(nèi)時,有一個特別重要的 病原和寄主相互識別的過程,病原要”感知“到:”嗷!這是我喜歡吃的東西!“才能被激發(fā),進行孢子萌發(fā)或者細胞分裂等等擴展自己的地盤的活動。不同的病原 菌攜帶有特異的受體,能識別寄主/非寄主產(chǎn)生的特殊的產(chǎn)物(可能是糖類,氨基酸,酚類,等等)。
不僅病原能識別植物,植物也能識別病原,”艸,這特么是病原,滾粗!“,然后激活特定的基因,產(chǎn)生特殊的抵抗病原的化合物A,來阻止病原侵染。
在一定的條件下,而有的病原又能演化出抵抗這個化合物A的化合物B,來堅持不懈地試圖侵染。
同樣,在一定的條件下,而有的病原又能演化出抵抗抵抗化合物A的化合物B的化合物C,來繼續(xù)保護自己。。。。
。。。
。。。
。。。
我不是在逗悶子這是真的,植物和病原菌之間相互作用的過程就好似一場軍備競賽。就是這些許多的化合物ABCD,把植物病原的寄主限制在一個相對小的范圍內(nèi)。
我們所看到的植物病害癥狀,實際上是病原菌沖破了重重阻礙最終功夫不負有心病原的結果,只要其中有任何一個小問題出差錯,病原菌都無法侵染。在自然界中,絕大多數(shù)情況是,隨機的病原落到隨機的植物上:
病原:。。。
植物:。。。
病原:。。。
植物:。。。
病原:卒。
—-和落在石頭上沒區(qū)別。
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最后插入兩張資料圖片,我比較懶,這種東西當然不可能手打出來2333,不過不知為何沒法調(diào)方向,大家受累扭脖子啦!

(劃掉)這些例子說明植物病理學家有許多的工作機會!??!(劃掉)

這些例子說明,大家請不要認為現(xiàn)在能隨處購買到糧食果蔬,大家好像并不愁吃,人類的農(nóng)作物生產(chǎn)就沒有問題。地球上的人只會越來越多,如何減少作物生產(chǎn)中因為病蟲害引起的損失,如何從新的毀滅性的病害中保全某些作物,如何解決貧困地區(qū)比如非洲的農(nóng)業(yè)問題(
必須要有金坷垃!),在非專業(yè)人士看不到的地方,可是有一大群人在做著非常,非常多的工作的。

陳軒,植物學研究生,研究方向高爾夫球場草坪

某種作物因病害導致基本毀滅的例子有過,并且現(xiàn)在仍然有發(fā)生這種事情的風險。

最著名的例子之一就是,栗子。
不是國內(nèi)的板栗,而是北美的栗子。
在一百多年前吧,那時候栗子是美國東北部重要的經(jīng)濟作物。與中國、日本的栗子不同的地方在于,由于地里的隔離,北美的栗子樹從來沒有感染過栗疫病————Cryphonectria parasitica, 也就因此幾乎沒有抵抗這種疾病的基因。所以當栗疫病的病原隨著國際貿(mào)易來到北美大陸的時候,幾十年內(nèi),北美大陸的四百萬株栗樹被毀滅殆盡。在北美栗子毀滅 之后,其曾經(jīng)的生態(tài)位被橡樹替代。但是由于橡子從食用的角度上講無法和栗子相提并論,幾十年來美國的植物學家們一直在利用于東亞品種雜交等方式延續(xù)北美僅 存的少量栗子并嘗試恢復栗子的生產(chǎn)。
希望能在有生之年看到他們成功吧,反正美國的栗子特別貴,每次想到北京的糖炒栗子都要流口水&hellip;&hellip;

另一個例子就是1850年前后晚疫病導致愛爾蘭土豆的毀滅,引起了大饑荒。

最現(xiàn)實的一個例子就是香蕉。上世紀五十年代之前種植的香蕉品種大麥克已經(jīng)被真菌Furarium oxysporum f. sp. cubense 給毀滅了,取而代之的是對此病菌有抵抗力的華蕉,也就是我們現(xiàn)在吃的香蕉。不幸的是,近幾年能感染華蕉的真菌變種已經(jīng)出現(xiàn)了。而由于作物香蕉無法通過種子繁殖基因單一,使得全球香蕉種植再次遭到打擊的可能性仍然非常大。

總之就是不論歷史還是現(xiàn)實都告訴我們能摧毀一種作物的病菌是存在的,并且仍然有再次出現(xiàn)的風險。