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昆蟲病毒是指以昆蟲為宿主的病毒。既能在脊椎動物體內或高等植物體內增殖,又能在昆蟲體內增殖的病毒很多,如動物病毒中的布尼亞病毒科、披膜病毒科的甲病毒屬與黃病毒屬、呼腸孤病毒科的環狀病毒屬、彈狀病毒科的水皰性口炎病毒屬與狂犬病毒屬,以及植物呼腸孤病毒組與植物彈狀病毒組的許多成員。

1概述

viruses of insects
從生物學角度講,可以認為昆蟲是這些病毒真正的宿主,但習慣上仍把昆蟲當作這些病毒的媒介看待,理由之一是因為這些病毒與昆蟲已建立了平衡關係,雖然能在昆蟲體內增殖,但一般對昆蟲不表現病原性。所以,狹義地講,昆蟲病毒是指以昆蟲為宿主並對昆蟲有致病性的病毒。國際上已有幾種昆蟲病毒製劑在市場上出售,如棉鈴蟲核型多角體病毒殺蟲劑等。中國研究以核型多角體病毒防除棉鈴蟲、油桐尺蠖、桑毛蟲 、茶毛蟲、舞毒蛾、粘蟲、斜紋夜蛾和扁刺蛾,以顆粒體病毒防除菜粉蝶、小菜蛾、黃地老虎和茶小卷葉蛾,以質型多角體病毒防除松毛蟲等,都獲得了不同程度的效果。
昆蟲病毒的研究發端於家蠶的病害,中國陳旉所著《農書》(1149)中即有關於家蠶「高節」、「腳腫」病的記載,即中國農民俗稱的「膿病」。20世紀初才證明「膿病」病原是核型多角體。以後逐漸開展了對農林害蟲與醫學昆蟲病毒病的研究。直到40年代第一次分離提純出家蠶核型多角體病毒后,昆蟲病毒才真正進入病毒學研究的時代。所以,就發展過程講,昆蟲病毒大體經歷了3個主要階段:①證明病毒是許多昆蟲疾病的致病因子;②認識昆蟲病毒的性質;③研究病毒與宿主之間的相互關係。

2分類和特徵

痘病毒科
昆蟲痘病毒的形態,大小不一。感染鞘翅目的痘病毒呈橢圓形,大小為450×250納米,有一個側體和單側凹入的核心,表面具有直徑22納米的球狀單位。從鱗翅目和直翅目分離痘病毒也是橢圓形的,大小為350×250納米,具有袖狀側體和圓柱形核心,表面有直徑40納米的球狀單位。雙翅目的痘病毒最小,呈磚形,有兩個側體和雙凹的核心。本科病毒能形成橢圓形和紡錘形兩種包涵體,直徑12~20微米,病毒粒含有 5%的dsDNA,分子量為140~240×106。含有4種酶:核苷酸焦磷酸酶、依賴於DNA的RNA多聚酶、中性DNA酶和酸性DNA酶。
感病幼蟲外表呈白色,病毒主要在血細胞和脂肪細胞的細胞質中增殖。
昆蟲痘病毒與脊椎動物痘病毒在形態結構上十分相似,但它們之間沒有共同的抗原。用昆蟲痘病毒對乳鼠作腦內注射和腹腔注射未能感染,接種於雞胚絨毛尿囊膜上也不形成痘斑。
小DNA病毒科
濃核症病毒屬病毒粒為二十面體,無包膜,直徑18~25納米。含有37%單鏈DNA(ssDNA),分子量為 1.2~1.8×106。抗乙醚、氯仿,耐熱。病毒在細胞核中增殖。
目前,從昆蟲中分離的小DNA病毒為數不多,但在自然情況下,混合感染現象較為常見,如大蜡螟濃核症病毒常與核型多角體病毒混合感染大蜡螟幼蟲,兩種病毒可以在同一個細胞核內增殖;鹿眼蛺蝶濃核症病毒也常與顆粒體病毒同時感染鹿眼蛺蝶幼蟲。
大蜡螟濃核症病毒除了能感染家蠶卵巢原代細胞培養外,還可以感染培養的小鼠L細胞,但對新生的小鼠沒有致病性。
小RNA病毒科
病毒粒呈二十面體,直徑為22~30納米,無包膜,也不形成包涵體。含有ssRNA,分子量為2.5×106。病毒在細胞質中增殖。抗乙醚。 屬於本科的昆蟲病毒有蟋蟀麻痹病毒,果蠅C病毒與枯葉蛾病毒等,均未分屬。其中枯葉蛾病毒、蟋蟀麻痹病毒的相應抗體天然地存在於豬、牛、綿羊、馬、狗、鹿、蒼鷺和人的血清中,表明它們能感染這些動物。在利用這些昆蟲病毒防除害蟲時,應注意安全性。此外,還有蜜蜂急性麻痹病毒、蜜蜂囊雛病毒、蜜蜂 X病毒、家蠶軟化病病毒、果蠅P病毒與A病毒等小RNA病毒,其分類地位尚未明確。
野田村病毒科
病毒粒呈球形,直徑29納米,每個病毒粒含有兩個ssRNA分子,分子量分別為1.15×106和0.46×106,約佔病毒重量的20.5%。從三帶喙庫蚊分離的野田村病毒(即日本庫蚊病毒)有個引人注目的特性:不僅感染大蜡螟和蜜蜂,導致宿主死亡,而且可以感染小鼠,引起麻痹與死亡,其癥狀與柯薩奇病毒感染小鼠的癥狀極為相似。這是第 1個既能使昆蟲致病又對脊椎動物有病原性的已知病毒。但屬於本科的其他昆蟲病毒(如東方蜚蠊病毒等)不能在脊椎動物細胞內增殖。

3研究意義

從實際應用角度來看,研究昆蟲病毒有兩個目的:一是保護益蟲,如家蠶和蜜蜂,避免或者減少病毒的侵襲,從而保證蠶絲業和養蜂業的發展。目前已知危害蠶業生產的病毒有4種,即核型多角體病毒、質型多角體病毒、空頭性軟化病病毒和濃核症病毒。前 3種病毒造成的危害約佔全部蠶病損失的 70~80%。已知有7種蜜蜂的病毒,其中如蜜蜂急性麻痹病病毒、蜜蜂慢性麻痹病病毒、蜜蜂囊雛病病毒等。另一個目的是利用昆蟲病毒防除害蟲進行生物防治,特別是桿狀病毒作為殺蟲劑有下列優點:
②昆蟲病毒經卵內傳遞尚無定論
但卵面帶毒確已證實,這一現象對長期控制害蟲種群的消長起著重要作用
④大量試驗證明
桿狀病毒對人、家畜、家禽和農作物等都安全無害。因此,1973年,聯合國世界衛生組織和糧農組織曾推薦以桿狀病毒作為現階段大田應用的生物殺蟲劑(見殺蟲微生物)。
目前,國外已有幾種病毒製劑在市場上出售,如棉鈴蟲核型多角體病毒殺蟲劑等。中國研究以核型多角體病毒防除棉鈴蟲、油桐尺蠖、桑毛蟲、茶毛蟲、舞毒蛾、粘蟲、斜紋夜蛾和扁刺蛾,以顆粒體病毒防除菜粉蝶、小菜蛾、黃地老虎和茶小卷葉蛾,以質型多角體病毒防除松毛蟲等,都獲得不同程度的效果。
研究昆蟲病毒也有一定的理論意義。在上面提到的10個病毒科、組中,痘病毒科、虹彩病毒科、小DNA病毒科、呼腸孤病毒科、小RNA病毒科、彈狀病毒科與脊椎動物病毒及植物病毒中的相應的同科病毒,在形態學和生物化學上有許多相似的地方。極少數昆蟲病毒與脊椎動物病毒在生物學性質上還表現出某些相同之處,如果蠅Σ病毒與牛水皰牲口炎病毒。研究這些科的昆蟲病毒與脊椎動物病毒或植物病毒之間的親緣關係,將促進比較病毒學的發展,為探討病毒的分類與演化提供依據。桿狀病毒科,特別是核型多角體病毒,其形態結構是十分特殊的,能形成大的多角體,多角體外被有多角體膜,包裹著具有晶格排列的蛋白基質,在蛋白基質中隨機地包埋著許多單個的病毒粒或由包膜包裹著多個核殼,這樣的形態結構是其他病毒所沒有的。深入研究桿狀病毒,將會從另一個角度豐富病毒學的內容。
害蟲的無形殺手——核型多角體病毒
自然界中存在一類非常獨特的微生物,它們可能匿藏於田野、森林、河流、空氣,甚至混在我們的食物中,對於我們人類以及大多數生物,可能無法感受到它們的存在,但是對於昆蟲或者害蟲來說,卻是無形的致命殺手,它們就是受到科學家密切關注的核型多角病毒。
核型多角體病毒就象人類的艾滋病毒一樣可以讓感染的害蟲罹患不治之症。這種病毒主要由兩部分組成,大量的多角體蛋白聚在一起構成實心的幾微米大小的多面體,叫做多角體,多角體的裡面包藏著許多可以致病的病毒粒子。多角體蛋白在自然界中非常穩定,可以保護脆弱的病毒粒子免受陽光中紫外線的殺傷,這樣,病毒粒子在多角體這層防護殼的保護下,在自然界可以存活許多年。然而多角體蛋白還有另外一個特點,一旦遇到鹼性的環境,非常容易溶解,而害蟲的消化液恰恰鹼性非常強,這正是核型多角體病毒殺蟲的關鍵所在。當害蟲將多角體連同食物吃進腹中,多角體蛋白遇到強鹼性的消化液立即溶解,將病毒粒子釋放出來,病毒粒子很快侵入害蟲的中腸細胞,在細胞核中大量複製。當第1 輪複製完成後,呈數量級擴增的新一代病毒從中腸細胞中釋放到害蟲的血液中,隨血液循環對害蟲進行全身性感染,幾乎在害蟲所有細胞的細胞核中大量複製,這個過程將要進行3~ 4d。開始人們並不能從罹病害蟲看出明顯的變化,但是到了感染的後期,害蟲的取食減少,體色變淡,不大愛動,這是病入膏肓的前兆。正是在這一時期,病毒繁衍後代的任務基本完成,下一步將是形成防護「外套」,以便進入嚴酷的外界環境,等待感染另外的害蟲個體。於是大量的多角體蛋白被迅速合成,就象包包子一樣,由多角體蛋白做成的「 皮」將病毒粒子做成的「餡」包成多角體「包子」。這時用顯微鏡觀察,幾乎害蟲身體的每一個細胞中都有成百個這樣的「包子」,此時可以看到害蟲還是活的。下面是「包子」出籠的時刻,是一個突然爆髮式的事件,病毒的DNA 使仍有功能的害蟲細胞開始合成能夠溶解細胞的蛋白質酶和能夠溶解害蟲堅硬表皮的幾丁質酶,這些酶的合成將導致整個害蟲的徹底崩潰。一個輕微的震動會使看似完好的蟲子在瞬間變為含有無數多角體病毒的液體。這是一種害蟲致命的液體,但是對於人類和人類生活的環境,包括牲畜、野生動物、鳥類和魚類等等都非常安全、友好。
億萬年來,自然界一直重複著上述這樣的循環過程,核型多角體病毒成為制約昆蟲種群的一個重要因子,但是在農田或森林中,大多數情況下並沒有足夠數量的核型多角體病毒控制害蟲的危害,人們不得不藉助於化學農藥,在殺傷害蟲的同時,人類也成了直接和間接的受害者。長久以來科學家一直在致力於研製各種環境友好的控制害蟲的措施和方法,利用核型多角體病毒製成生物農藥在農田和森林噴洒,就是一種非常有效的途徑。

4幾點說明

已經研究或發現的核型多角體病毒有500 多種,每種核型多角體病毒只對一種或幾種昆蟲有效。不是所有核型多角體病毒對人類都有益,如家蠶核型多角體病毒可以對蠶桑業造成毀滅性的打擊,大規模流行的對蝦病毒病也是由一種核型多角體病毒引起。
中國勞動人民最早描述了昆蟲核型多角體病毒病的發病特徵,雖然當時並不知道其發病的病原。早在12 世紀中葉,中國就有家蠶膿病發病特徵的記載,此病由家蠶核型多角體病毒引起。可以殺滅害蟲的昆蟲病毒類群有許多,核型多角體病毒只是其中研究較多,應用技術比較成熟或較有應用前景的一類。
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