1  植物病毒和病毒病

1.1  对病毒病的认识历史

       目前已知有400种或更多的病毒攻击植物（目前已知植物、动物、细菌等的致病病毒约2,000种）。病毒通常具有特异性，对植物和动物的侵染有选择性，一般不会同时危害动植物。

       据记载第一个被病毒侵染的植物为17世纪荷兰的郁金香。Lawrence首次记录了病毒具有感染性的验证试验，他证实了一种茉莉花病毒可通过嫁接传播。Adolf Mayer（1886）描述了一种烟草病害，称为烟草花叶病毒病。该病毒病可以通过患病植物的汁液传染给健康植物。Dmitrii Iwanowski（1892）证明烟草花叶病毒可以通过过滤器。他证明了烟草花叶病的病原体可以通过一个细菌不能通过的过滤器。

       1898年，Martinus Beijerinck证明了病原体不是细菌而是有传染能力的液体。他是第一个使用“病毒（virus）”一词的人，“病毒”在拉丁语中是“毒药”的意思。他证明这种“毒药”不是一种毒素，因为接种经过反复稀释的受感染的植物汁液能使另一株植物发生同样严重的病害。如果它是一种毒素，经过稀释后浓度会降低，不会导致同样严重的病害。

       Loefler和Frosch（1898）描述了动物的第一个可过滤的病毒，即口蹄疫病毒。Walter Reed (1900)描述了第一个人类病毒，即黄热病病毒。

       1929年，Holmes FO提供了一种工具，可以通过显示在植物样本制备中存在的病毒数量与用受污染的树叶摩擦适当的寄主植物叶子产生的局部损伤的数量成正比来测量病毒数量。

       1935年，Stanley W M先生从被烟草花叶病毒（TMV）感染的烟草植物的叶子中分离并纯化得到一些微小的白色晶体。他用TMV处理健康的植物，所用TMV是在硫酸铵和他开发的技术的帮助下从受感染的烟草汁中沉淀出来的。因此健康的植物染上了烟草花叶病毒。由于纯化的病毒颗粒蛋白质含量高，由此他得出结论，该病毒是一种可以在活细胞内繁殖的自催化蛋白质。尽管他的结论后来被证明是错误的，但此工作使他于1946年获得了诺贝尔化学奖。

       1937年Bawden和Pirie证明病毒由蛋白质和核酸（RNA）组成。1939年Kausche首次用电子显微镜观察病毒颗粒。1955—1960年，许多研究人员对病毒（TMV）RNA的感染性和病毒（TMV）被膜蛋白的结构和排列进行了大量的研究。1971年Diener T O发现了只由核酸组成的类病毒，比病毒小（含有250～400个碱基的单链环状感染性RNA分子），引起马铃薯纺锤形块茎病。已经分离出十多种可引起多种植物发生病害的类病毒，在动物中从未发现过类病毒。

       1980年花椰菜花叶病毒成为第一个被确定的含有8,000个碱基对的精确序列病毒，该病毒的基因组是一个圆形的双链DNA染色体。1982年确定了单链烟草花叶病毒RNA的碱基序列、小病毒RNA的碱基序列和类病毒的碱基序列。1986年利用转基因技术获得对烟草花叶病毒（TMV）有抗性的植物。

1.2  植物病毒的概念

       植物病毒是高等植物寄生物、专性的细胞内寄生物，在没有寄主时无法复制，可显著降低作物的产量、品质和货架寿命。

       病毒遗传物质可以是双链DNA、双链RNA、单链DNA，或单链RNA。大多数植物病毒被分为单链RNA或双链RNA病毒颗粒，很少有单链DNA，也没有双链DNA粒子。

       植物病毒由一条被蛋白质鞘包围的核酸（DNA或RNA）链组成。从技术上讲，它们不是独立活体，没有细胞结构，所以不能自行移动或复制。目前还没有治愈植物病毒病的方法，必须通过栽培实践和抗病毒植物库加以管理病毒病。

       植物病毒可以休眠并在植物不健康或受到胁迫时予以表达。它们可以与植物的其他病原体或植物病毒形成复合体，能够毁灭农作物。它们的变异速度非常快，新的毒株不断出现。

1.3  常见植物病毒及病毒病简介

       据估计，全球范围内植物病毒病每年造成的经济损失高达150亿美元以上。最常见的经济作物病毒及其造成的病毒病如表1所示。

表1  最重要的经济作物病毒和病毒病

       烟草花叶病毒（TMV）是第一个被发现的植物病毒。它是在19世纪从烟草植物中分离出来的，有350多种寄主植物，会对番茄和辣椒造成严重的经济损失。该病毒在活的植物组织中繁殖，在休眠状态下可存活于死的植物组织中，并保持感染性。它也能在植物组织外存活，即在工具和手上干燥的植物汁液中存活。

       烟草花叶病毒的最重要传播途径是机械传播（直接，而不是通过载体或种子），即通过工人的手、工具和衣服传播。它在干燥的树叶中存活，所以如果你接触了受感染的植物，然后接触了门把手，下一个接触门把手的人就会携带病毒。咀嚼口器的昆虫（如毛毛虫和蝗虫）偶尔会传播病毒，但在传播过程中并不重要。无性繁殖使TMV和其他病毒得以永存，在受感染植物的所有部位都发现了TMV。携带此病毒的砧木应该被丢弃。扦插物可被感染，但无症状。TMV可以在烟草制品中移动。

       TMV造成的植物症状包括植物发育迟缓、叶片上的镶嵌图案（花叶）、叶片和生长点的畸形、黄色条纹或斑点。与大多数病毒一样，不能仅从植物症状来诊断其是否感染TMV，需要把植物材料送到实验室去确认。

       番茄花叶病毒（ToMV）是一种与TMV密切相关的病毒，它主要侵染番茄，但也会导致辣椒、土豆、苹果和许多杂草的感染，包括苋属植物和藜。

       番茄斑点萎蔫病毒（TSWV）可导致许多重要经济作物严重减产，包括蔬菜、观赏植物和大田作物。它的寄主范围广（超过35个植物科、174个植物种类，包括单子叶植物和双子叶植物）。它通过蓟马持续地传播。许多地方的杂草会起到蓄病池的作用。

1.4  植物病毒的生活史

       植物病毒的生活史包括以下方面：（1）附着，病毒附着在植物细胞的外部；（2）穿透，蛋白质推动核酸链进入植物细胞；（3）复制，病毒的核酸利用植物细胞的DNA制造许多新的核酸链和蛋白质外壳；（4）装配，核酸和蛋白质装配成数百万个新的病毒拷贝；（5）释放，病毒离开细胞，在这个阶段，植物细胞通常是死亡的并爆裂释放病毒粒子；（6）传播，病毒通过媒介转移到新的植物细胞进行感染。

1.5  植物病毒的传播

       植物病毒的传播包括水平传播和垂直传播。

       （1）水平传播

       在这种类型的传播中，外部来源的植物病毒侵入植物。为了“入侵”植物，病毒必须穿透植物的外保护层。因天气、修剪或植物媒介（细菌、真菌、线虫和昆虫）而受损（有伤口）的植物通常更容易被病毒感染。水平传播还可通过园艺家和农民通常采用的某些人工植物营养繁殖方法而发生，植物插条和嫁接是植物病毒传播的常见方式。

       植物病毒媒介通常是携带病毒的昆虫，它们将病毒转移到口器或唾液腺，通过取食传播。病毒可以通过昆虫持续传播，昆虫获得病毒，并可以无限期地传播病毒，直到昆虫死亡；昆虫也可以非持续性地传播病毒，即病毒只传播到一株植物上；或者半持续性地传播，即病毒可以保持几个小时的传染性。

       （2）垂直传播

       在垂直传播中，病毒从母体遗传而来。这种类型的传播同时发生在无性繁殖和有性繁殖中。在无性繁殖中，后代从一代植物发育而来，并且在遗传上与一代植物相同。当新植物从母体植物的茎、根、球茎等处开始生长时，病毒就会传播给正在生长的植物。在有性繁殖中，病毒是通过种子传播的。

       病毒可以通过直接的机械传播方式在植物的汁液中传播。如果人手或工具沾上植物汁液，然后接触干净的植物，就可以帮助病毒转移。有些病毒在植物外存活时间不长（半稳定），而有些病毒如烟草花叶病毒（TMV）和番茄花叶病毒（ToMV）则非常强健和稳定，干燥后可保持2年的传染性。绝大多数病毒依赖昆虫媒介生存、传送和传播。

       植物病毒一般不能独立生存，往往在寄主植物中存活和延续。寄主植物可以是邻近的植物、商业作物、自生植物或杂草，它们繁殖病毒并充当新病毒的储存库，而通常不表现出任何症状。所以，要确定潜在的病毒储存植物并移除这些植物，是阻止病毒传播继续循环的重要措施。

1.6  植物病毒病症状

       植物病毒对植物造成的症状对病毒识别很重要，常被用来命名病毒。根据植物病毒株/混合病毒感染、宿主植物种类、植物营养状况、植物年龄、感染阶段和生理生长条件的不同，症状也会发生变化。植物病毒病症状可与细菌和真菌病害、线虫感染、植物营养缺乏、非生物胁迫和除草剂药害症状相混淆。

       通常很难仅从症状来识别植物病毒病。病毒是亚显微结构，需把受侵染植物样本送到实验室进行鉴定。病毒可以存在，但不能在健康的植物、杂草、插枝和幼苗中表达；当植物受到胁迫和天气变热时，症状就会出现。多种病毒可能存在于一株植物中，并且/或者与细菌或真菌感染共同存在，这些细菌或真菌感染可以与病毒一起形成病害复合体，这可能是灾难性的，会使植物死亡。

       植物病毒病的症状包括但不限于以下方面：⑴形成花叶，斑驳的叶子；⑵ 叶片变黄；⑶ 萎黄（黄化）；⑷ 脉明症（vein clearing）；⑸ 绿色脉带（green vein banding）；⑹ 黄脉带；⑺ 叶卷曲（leaf rolling）；⑻ 卷叶（leaf curling）；⑼ 叶鞋带（leaf shoe-stringing）；⑽ 叶水泡（leaf blistering）；⑾ 巫婆的扫帚（witches’ brooms）；⑿ 成串的顶端（bunchy tops）；⒀ 叶尖端坏死（leaf top necrosis）；⒁ 叶脉坏死（veinal necrosis）；⒂ 环斑（ringspots）；⒃ 植物矮缩（plant stunting）；⒄ 萎蔫，肿块/瘿（wilting, tumours/galls）；⒅ 花、叶或果实表面形成彩色条纹（color streaking in flowers, leaves, or fruits）；⒆ 植物死亡。

1.7  植物类病毒和卫星病毒

       此外，植物类病毒也是重要的植物病原体。类病毒是一种非常小的植物病原体，由微小的单链RNA分子组成，通常只有几百个核苷酸长。与病毒不同，它们缺少蛋白质外壳来保护其遗传物质免受损害。类病毒不编码蛋白质，通常呈圆形。类病毒被认为会干扰植物的新陈代谢，导致植物发育不全。它们通过阻断宿主植物细胞的转录来扰乱蛋白的产生。

       转录是一个将遗传信息从DNA转录成RNA的过程。转录的DNA信息被用来产生蛋白质。类病毒引起许多严重影响作物生产的植物病害。一些常见的植物类病毒包括马铃薯纺锤形块茎类病毒、桃潜花叶类病毒、鳄梨日斑类病毒和梨疱状溃疡类病毒。

       卫星病毒是具有传染性的粒子，能够感染细菌、植物、真菌和动物。它们为自己的蛋白质衣壳编码，但它们依靠辅助病毒进行复制。卫星病毒通过干扰特定的植物基因活动而引起植物疾病。在某些情况下，植物病害的发展取决于辅助病毒及其卫星病毒的存在。虽然卫星病毒可以改变由辅助病毒引起的感染症状，但它们不会影响或中断辅助病毒的复制。

2  植物病毒病防治方法

       到目前为止，防治植物病毒病的特效药很少。因此，需要采用各种措施综合防治。常用的防治措施有：⑴通过检疫法规认证和检验，避免向无病地区出口或者进口受病毒感染的植物材料。⑵从无病区选育无病毒病种子。⑶选择无病毒病的种植材料，如插条、根茎和块茎等。农用牲畜如耕牛也可能成为病毒传染源。⑷种植诱虫作物避免传病昆虫传病，如种植万寿菊控制白粉虱。⑸利用土壤熏蒸法防治线虫以避免其传播病毒病。⑹消灭作物田中引起病毒病的病毒宿主杂草，例如香蕉地中的阔叶杂草。⑺栽培抗病品种可避免病毒病的发生。⑻进行冷热处理，如甘蔗花叶病毒在52℃的热水中处理30 min而被破坏或减少。⑼使用杀虫剂控制传播病毒的昆虫媒介。⑽作物轮作也是防治病毒病的有效措施。⑾利用生物防治技术，如利用拮抗生物（竞争、寄生和捕食）、食线虫生物、食真菌生物等。⑿使用某些天然物质或化学物质直接防治病毒病。

3  防治植物病毒病的抗病毒剂

       尽管到目前为止发现的能够有效防治植物病毒的天然物质或化学品仍然极少，但是人们在这方面的探索始终没有中断。

       辉胜农药登记代理公司于2019年底统计了我国获得登记的抗病毒剂产品及其有效成分数量，其中登记最多的是盐酸吗啉胍、乙酸铜、氨基寡糖素和香菇多糖，其他产品登记数量很少（表2）。登记作物主要是番茄、辣椒和烟草，产品主要剂型为可溶粉剂、悬浮剂、可湿性粉剂和水剂。需要指出的是，这个统计尚不能全面反映中国植物抗病毒剂的实际登记情况，因为很多抗病毒剂被登记为“杀菌剂”出现在农业农村部农药检定所的农药登记数据库中。比如，陕西上格之路生物科技有限公司的甾烯醇就未在这个统计结果中。该公司的0.06%甾烯醇微乳剂被登记为“杀菌剂”，用于防治番茄、辣椒、小麦和烟草的花叶病毒病和水稻黑条矮缩病，制剂用量为450～900 mL/hm²。还有大黄素甲醚，除了作为杀菌剂登记之外，还登记作为番茄病毒病防治药剂。国内抗植物病毒药剂研究进展可参考吴剑和宋宝安2016年发表的综述文章。

表2  在我国登记的防治病毒病药剂统计情况

       下文主要介绍Alan Wood网站目前记录的几种抗病毒剂，其中有些已在国内获得登记。

3.1  毒氟磷

       毒氟磷是广西田园有限公司与贵州大学联合开发的一种新型病毒抑制剂，属于广西田园专利产品。发明人称毒氟磷是全球首个免疫诱抗型农作物病毒病调控剂。据介绍该产品具有主动防御、内吸治疗、促进生长、无抗性、安全环保等优秀特性。在2001年该产品被发现，在2007年获得农业部临时登记，目前已取得正式登记。登记厂家和产品有广西田园生化股份有限公司的98%毒氟磷原药（PD20160339）、30%毒氟磷可湿性粉剂（PD20160338）、30%毒氟磷·吗啉胍可湿性粉剂（PD20181886），以及广西威牛农化有限公司的30%毒氟磷可湿性粉剂（PD20183384）。这些产品都登记为杀菌剂，登记用于防治番茄病毒病和水稻黑条矮缩病。

图1  毒氟磷的化学结构式

3.2  宁南霉素（ningnanmycin）

       宁南霉素是中国科学院成都生物研究所历经七五、八五、九五国家科技攻关研制成功的创新生物农药，为首次发现的胞嘧啶核苷肽型新抗生素。其产生菌是在四川省宁南县土壤分离而得，故将其命名为宁南霉素。

       1997年，宁南霉素获得国家发明专利（证书号ZL93104287.9），由德强生物股份有限公司工业化成功生产。目前登记的宁南霉素单剂和混剂产品共有12个。单剂有水剂、可溶粉剂等剂型，登记用于防治番茄病毒病、烟草花叶病毒病、辣椒病毒病、水稻条纹叶枯病和黑条矮缩病、黄瓜白粉病、苹果斑点落叶病、大豆根腐病等。另外宁南霉素分别与嘧菌酯、氟菌唑和戊唑醇的混剂也获得登记，防治对象依次是黄瓜霜霉病、白粉病和香蕉叶斑病。

       此外在防治油菜菌核病、荔枝霜疫霉病，其他作物病毒病、茎腐病、蔓枯病、白粉病等多种病害方面也有进行推广和应用。

图2  宁南霉素的化学结构式

3.3  利巴韦林（病毒唑）

       利巴韦林（病毒唑或三氮唑核苷）是1-β-D-呋喃核糖基-1H-1,2,4-三氮唑-3-羧酰胺，分子式C₈H₁₂N₄O₅，分子量244.21，为抗非逆转录病毒药。目前无农药通用英文名称。WHO批准的药物名称为Ribavirin（三氮唑核苷）。英国植保协会2010年版的农药电子手册尚无该化合物的记录。国内医药名称叫病毒唑，具抑制呼吸道合胞病毒、流感病毒、甲肝病毒、腺病毒等多种病毒生长的作用。也曾在国内外用于植物病毒防治，但其存在致命缺点，即容易产生药害，容易产生抗药性和持效期短，因此实际应用受到诸多限制。目前病毒唑没有在中国登记作为农药使用。

图3  利巴韦林的化学结构式

       Burkhard Lerch研究利巴韦林和吡唑呋喃菌素对马铃薯X病毒（PVX）、颠茄斑驳病毒、烟草花叶病毒、马铃薯Y病毒（PVY）和烟草坏死病毒复制的抑制作用。利巴韦林能抑制PVX复制的早期过程。该化合物也许可作为植物抗病毒剂开发。

3.4  辛菌胺

       30年前，山东胜邦绿野化学有限公司从日本引入了辛菌胺醋酸盐的前体化合物菌毒清，并将其应用于农业病害防治中。

       首家企业于1991年登记并上市5%菌毒清水剂，防治苹果树腐烂病，棉花枯萎病，水稻细菌性角斑病，辣椒、番茄病毒病。至2005年，山东、陕西、河南、山西、广东、广西、河北、江苏、云南、浙江10个省的35家企业登记产品40多个厂次。后来毒菌清被列入农业部第一批农药清理名单，目前已经没有以毒菌清为名登记的产品，可能是被辛菌胺所取代的缘故，二者含有相同有效成分。

       辛菌胺的杀菌机制是其在水溶液中电离，其亲水基部分含有强烈的正电性，吸附通常呈负电的各类细菌、病毒，从而抑制了细菌、病毒的繁殖，凝固病菌蛋白质，使病菌酶系统变性，加上聚合物形成的薄膜堵塞了这部分微生物的离子通道，使其立即窒息死亡，从而达到最佳的杀菌效果。

       辛菌胺对半知菌、担子菌、鞭毛菌、子囊菌4个亚门类真菌、细菌、病毒的杀灭率均在98%以上，具有极好的预防、治疗、铲除效果，长期使用不产生抗性。

       目前登记的辛菌胺产品包括母药共有32个。其主要制剂产品都是水剂。

图4  辛菌胺的化学结构式

3.5  病氰硝（GU188）

       病氰硝是贵州省精细化工试验研究中心研制的新型抗烟草花叶病毒的绿色新农药。据称它具有高效、广谱、低毒等特点。

       目前国内尚在登记评审中。病氰硝的化学名称：3-硫甲基-3-(2-硝基苯氨基)-2-氰基丙烯酸乙酯。

图5  病氰硝的化学结构式

3.6  植物免疫激活蛋白类杀病毒剂

       根据登记信息知，美国伊甸生物技术公司登记的超敏蛋白具有抗病、调节植物生长和增产等作用，实际应用中发现它能减少某些病毒病发生。

       河北中保绿农作物科技有限公司登记的氨基寡糖素（3%）与极细链格孢激活蛋白（3%）混剂（阿泰灵）也属于此类产品，登记用于抗病毒和杀菌。

       湖北微生元生物科技有限公司开发的植物疫苗（Harpin蛋白）经试验证明也具有良好的抗病毒性能，目前尚未申请农药登记。

       四川海博氏生物科技有限公司在2014年引进以色列著名农业生物科研机构Galilee-Green（嘉利利-绿色）的新科研成果植物诱抗蛋白（信号施康乐）。该物质是一种新型、安全、稳定的新概念生物制剂，在过去近6年以色列Galilee-Green（嘉利利-绿色）进行的田间试验证明，植物诱抗蛋白（信号施康乐）可使植物主动抵抗由病毒、细菌、真菌等病原物所引起的茎腐病、霜霉病、花叶病、枣疯病、黄化病、斑驳病、全蚀病、纹枯病、锈病、赤霉病、叶斑病、黑粉病、粗缩病、条斑病、叶枯病、溃疡病、黑腐病、靶斑病、白粉病、白绢病、猝倒病、红粉病、灰霉病、蔓枯病、炭腐病和疫病等70余种病害，还可以诱导90多种作物对70余种病害及20多种虫害具有抗性，可减少50%农药施用量。该产品目前在中国仅作为肥料使用，没有申请农药登记。

4  总结与展望

       目前没有特效药用以防治植物病毒病，更没有广谱的抗病毒剂。而且似乎也没有把抗病毒剂作为开发新化合物的重点。目前农业生产上广泛采用非药剂措施防治病毒病，包括检疫措施、抗性育种、轮作、防治传染媒介（昆虫、真菌和线虫等）等措施。这些措施的综合利用非常有效。

       笔者认为，未来继续开发抗病毒剂的重点应该放在天然源抗病毒物质的探索上，比如植物源物质和微生物代谢产物等。可能具有抗病毒活性的天然生物化学物质包括⑴多酚类和原花青苷；⑵皂角苷；⑶多聚糖；⑷有机酸；⑸蛋白和多肽；⑹精油。陕西上格之路生物科学有限公司的0.66%甾烯醇母药及0.06%甾烯醇微乳剂就是成功的范例。南京农业大学植物保护学院的张晓艳等进行的田间小区试验证明丁香酚微胶囊制剂防治番茄黄化曲叶病毒病具有优良的效果。

       天然产物作为抗植物病毒剂的研究情况可参考金林红等人2003年发表的综述。微生物次生代谢产物作为医用抗病毒剂的研究很多，但是对其抗植物病毒的研究不多。刘翠君、石丽桥和王开梅最近综述了这方面的研究进展，可供读者参考。

       日本微生物化学研究所（IMC）在微生物次生代谢产物研究方面做了大量工作。其中医用抗病毒剂的筛选尤为突出。他们认为，随着科学界对病毒的认识的逐步加深，抗病毒化学药物的开发会有更大发展，但是新发和再发传染的各种无专性病毒病是人类面临的巨大威胁。为防止这类病害的大流行，必须开发广谱的抗病毒药物。而天然产物是寻找针对宿主蛋白的抗病毒药物的先导化合物的丰富来源和有希望的起点。研究病毒和寄主之间的相互作用，以及受病毒感染的细胞的生物组学数据，都将有助于加快筛选系统的开发和潜在药物的发现。IMC预测，从微生物产物中提取的新型抗病毒药物将有助于在未来消除特定病毒感染和新出现的病毒感染。

       医用抗病毒剂也可能被用于植物病毒病防治。噻唑呋林是一种医用抗肿瘤化合物，有研究表明它对大麦和小麦条纹花叶病毒以及番茄斑点萎蔫病毒有一定的防治效果。目前医用核苷类似物（伪核苷）的研究进展迅速，已有大量此类抗病毒药物获得临床应用。前文提到的病毒唑也是核苷类的医用抗病毒剂。这类物质的抗植物病毒作用研究鲜有报道。未来它们也许会成为抗植物病毒病的药剂来源之一。

       总之，天然产物可能是未来最有前景的抗病毒剂来源。