植原体:残害植物的黑手
2022-07-11
长着白色小花的延龄草,在花丛中实在不算起眼,却是植物界中少有的“变形者”——它的花瓣能变成叶子。这究竟是怎么一回事?
延龄草仅有三片花瓣,在某些情况下,它的花瓣会变得像叶子一般,不仅是颜色,连质地都和叶片完全一样。花变叶并非魔法,而是因为延龄草受到了一种名为“植原体”的致病微生物的攻击。植原体入侵延龄草后,通过分泌相关蛋白改变花瓣细胞的基因表达,从而使花瓣出现绿色的条纹,变得越来越像叶子。
当然,植原体还会对其他植物展开“变叶”攻击。万寿菊和月季花感染植原体后,它们的花瓣不再是鲜艳可人的黄色或是粉色,而是变成像叶子一样的绿色。植原体对植物的影响可不只是把花瓣变成叶子这么简单。花器的改变通常会破坏植物正常的生命进程,导致植物无法繁殖。
植原体侵袭植物的例子在世界各地都能找到,而且受感染的植物种类也十分广泛,其中还包括我们常吃的草莓。众所周知,草莓被我们食用的部分其实是草莓的花托,上面的“小麻点”才是它的果实(瘦果)。感染植原体的草莓果实会开始发芽,逐渐长出叶子,原本光洁的草莓会变得“毛刺刺”的,被感染的草莓也就不能食用了。但目前来看,似乎只有特定地区、特定品种的草莓才会被植原体感染,我国本土的草莓就没有发生过这样的情况,这可能与遗传和环境因素有关。
白色的延龄草上出现绿色条纹
蓝色的绣球花变绿
被植原体侵染的草莓长出叶子
欧洲传说中的女巫,出场总带着神秘诡异的色彩,在昏暗的夜晚骑着扫帚在空中飞行,因而她们的“扫帚”也被视为不祥之物。当现实中的你在树林里散步时,或许真能因为看见树上的“女巫的扫帚”,而冷不防地被吓一跳——在有些树的树枝末端处杂枝丛生,和正常枝叶明显不同,就像一团扫帚。你不禁怀疑是否真的是女巫將扫帚遗留在树上
然而事实上,并不是女巫的驻留让树变得如此不同。除了槲寄生等寄生植物会在树枝上形成团状物,植原体的入侵也可能使树木的树枝末端变得异常浓密——从一个点长出许多枝条密集成簇,好像“女巫的扫帚”一样。在日本,这种树枝末梢杂枝丛生的现象被称为“天狗巢”。天狗是日本志怪传说中流传最广的妖怪之一,与西方的女巫一样,飞行自如。这么看来,不论是女巫还是天狗,都带有古怪奇异的传说色彩,而且可以随意飞行。这正好与植原体的特征相同——不易被观察到,并且通常以风或飞行的昆虫为媒。
“女巫的扫帚”
植物感染植原体后长出的叶子通常是幼态叶,枝叶不会长高或变粗。顶芽的生长受到抑制,侧芽的生长便失去控制,长出许多小枝和小叶;小枝的顶芽同样受到抑制,于是也长出许许多多的侧枝和小叶……如此反复无序的生长,使枝条间的距离缩短,叶片变小,长成巨大的“扫帚”。树木的正常生长结构被破坏,因此也无法结果和向上生长,生命进程因而中断,停留在年轻的状态。
虽然“女巫的扫帚”对树木本身没有生命威胁,但这一症状会严重影响树木正常的生长繁殖,使其无法结果。然而,正是这种酷似巢穴的结构为鸟类和哺乳动物提供了庇护,例如在其中筑巢的北方飞鼠。阿拉斯加内陆地区的飞鼠时常以树洞和“女巫的扫帚”作为冬季的庇护所,每当冬季气温开始骤降时,它们便会跑出原本的洞穴,爬上树,在“扫帚”里抱团冬眠。
你或许听说过,有些寄生物种能把宿主变成“僵尸”,并对宿主任意操控。有一种名为偏侧蛇虫草菌的真菌,可以寄生在木匠蚁体内。被感染的木匠蚁会离开位于树冠的蚁巢,爬到附近的植物上,死死咬住一片叶子的叶脉。而它停留的高度,正好是温度和湿度都适合真菌生长的高度。
植原体则会把植物变成“僵尸”。植原体的传播主要依赖其他细菌、真菌或昆虫的活动,它们一般会以吸食汁液的昆虫为媒介,比如叶蝉。携带植原体的叶蝉用针状的口器刺穿韧皮部进食时,不可避免地会将其唾液中的一些植原体转移到新的宿主植物身上,从而帮助植原体完成一次入侵。进入植物体内后,植原体便开始分泌一种特殊的蛋白,这种蛋白可以改变宿主的基因表达,使其不断长出更多的幼态叶,而这个时候其他未被感染的正常同类正在慢慢成熟、衰老……
“僵尸”木匠蚁
植原体以叶蝉为“交通工具”,前往植物体内实现寄生
对植原体来说,如此操控植物有什么好处?原来,受植原体感染的植物基因表达被改变,生长发育节奏被打破,寿命变长,从而能接纳更多的昆虫前来用餐。植原体也可乘着这些“交通工具”,前往更多的植物体内寄生,实现更广泛的传播。这么看来,使花瓣变得更像叶子,很有可能是为了诱惑叶蝉集中在受感染的组织上进食。有时,植原体也可通过嫁接或菟丝子等寄生植物传播。
植原体没有细胞壁,因此对一些可以抑制细胞壁合成的抗生素并不敏感。从目前的农业研究来看,植原体、病毒、细菌及螺原体的复合侵染已成为一些作物共同面临的严重问题,并造成了更多的协同损失。但在农业以外领域的数据仍然比较缺乏,需要进一步探索植原体侵染植物的目的和具体机制。