全 文 ：植物学报 Chinese Bulletin of Botany 2014, 49 (6): 704–709, www.chinbullbotany.com
doi: 10.3724/SP.J.1259.2014.00704
——————————————————
收稿日期: 2014-09-04; 接受日期: 2014-10-20
基金项目: 云南省创新团队(No.2011CI134)和973前期专项(No.2010CB134501)
† 共同第一作者。
* 通讯作者。E-mail: zhongkai99@sina.com
番茄环纹斑点病毒与马铃薯Y病毒复合侵染烟草
的细胞病理特征
方琦†, 董家红†, 郑宽瑜, 张仲凯*
云南省农业科学院生物技术与种质资源研究所, 云南省农业生物技术重点实验室,
农业部西南作物基因资源与种质创制重点实验室, 昆明 650223
摘要 在自然情况下, 番茄环纹斑点病毒(TZSV)和马铃薯Y病毒(PVY)通常复合侵染同一植株。该文首次报道了TZSV和
PVY复合侵染烟草(Nicotiana sp.)植株的细胞病理特征, 并与单独侵染进行了比较分析。复合侵染的烟草植株细胞中, TZSV
病毒颗粒明显增多, 并聚集于囊膜内形成包涵体, 与PVY的风轮状及片层状内含体和病毒颗粒聚集体交叉分布于细胞质(内
含线粒体明显增多)中, 线粒体、叶绿体和细胞核结构较完整; 两种病毒的颗粒、包涵体和内含体数量均较单一侵染增多, 且
对寄主亚细胞结构的破坏较单一侵染为轻, TZSV和PVY及其与寄主的互作可能存在协生作用。
关键词 番茄环纹斑点病毒, 马铃薯Y病毒, 烟草, 复合侵染, 细胞病理特征
方琦, 董家红, 郑宽瑜, 张仲凯 (2014). 番茄环纹斑点病毒与马铃薯Y病毒复合侵染烟草的细胞病理特征. 植物学报 49,
704–709.
番茄环纹斑点病毒(Tomato zonate spot virus,
TZSV)是在云南省发现的布尼亚病毒科(Bunyaviri-
dae)番茄斑萎病毒属(Tospovirus)新种, 侵染并危害
烟草(Nicotiana tabacum)、番茄(Lycopersicom es-
culentum)、辣椒(Capsicum annuum)和花卉等重要
经济作物, 近年来该病毒有向云南周边地区扩散蔓延
的趋势(Dong et al., 2008; Dong et al., 2010; Cai et
al., 2011)。TZSV侵染寄主植株后, 呈现出典型的To-
spovirus细胞病理特征, 病毒粒子分布于感染植物的
细胞质中, 呈球形, 由一层糖蛋白膜包裹, 直径约85
nm, 单个或多个病毒粒子聚集于囊膜内(Kikkert et
al., 1999; 张仲凯等, 2004b)。马铃薯Y病毒(Potato
virus Y, PVY)是严重危害茄科作物的病毒。其病毒粒
子呈线状, 长为680–900 nm, 宽为11–13 nm。在所
侵染的植物细胞内, 该病毒形成由蛋白组成的圆柱状
或圆锥状内含体, 横切面呈风轮状、卷筒状、环状和
片层状, 纵切面呈束状或管状等, 不同病毒的柱状内
含体有较大差异(洪健等, 2001)。
近年来, 在田间调查烟草和辣椒病害时, 发现感
病植株主要表现Tospovirus病毒引起的褪绿斑、坏死
斑和同心圆环斑症状; 但负染色后在电子显微镜下观
察, 发现感染植株的细胞中除具典型的Tospovirus被
膜的球形病毒粒子外, 还有呈线状的具马铃薯Y病毒
属(Potyvirus)形态特征的病毒粒子。为了明确TZSV
和PVY复合侵染同一寄主的细胞病理特征, 同时为进
一步研究两者在复合侵染过程中的互作机制, 我们对
含有TZSV和PVY的病毒粒子样品进行了血清检测,
并对TZSV和PVY单独及复合侵染同一寄主植株的细
胞病理特征进行了比较研究。
1 材料与方法
1.1 病毒分离物
番茄环纹斑点病毒(TZSV)和马铃薯Y病毒(PVY)由本
实验室分离并保存。
1.2 感染病毒的植物材料
选取黄花烟草(Nicotiana rustica L.)苗龄约40天的植
株, 用TZSV和PVY单独和复合摩擦对其进行接种。
接种缓冲液(磷酸缓冲液)的浓度为0.01 mol·L–1; 接
·研究报告·
方琦等: 番茄环纹斑点病毒与马铃薯 Y病毒复合侵染烟草的细胞病理特征 705

种后, 将植株置于25°C光照培养箱中培养, 直至表现
出褪绿斑或褪绿环斑症状时, 取病部叶肉组织备用。
同时, 选取经电子显微镜负染色及酶联免疫吸附测定
(enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA)为
PVY单一侵染的普通烟草(N. tabacum L. cv. ‘H01’)
病叶组织备用。
1.3 超薄切片制样
将病样组织切成1 mm×1 mm×3 mm左右的小块, 浸
入2.5%戊二醛固定液中, 4°C条件下固定12小时; 用
0.2 mol·L–1PBS(pH7.2)淋洗 , 之后浸入1%OsO4固
定液中, 常温固定2小时; 经乙醇梯度脱水, 环氧树
脂Ep812包埋, AO超薄切片机切片, 5%柠檬酸铅和
1%醋酸双氧铀染色后, 置于JEM100CX-II透射电子
显微镜下观察并拍照(张仲凯和李毅, 2001; 武传兰
等, 2012)。
2 结果与讨论
2.1 番茄环纹斑点病毒单独侵染后的细胞病理特征
番茄环纹斑点病毒(TZSV)单独侵染黄花烟草时, 病
毒粒子在感染细胞中的含量较少, 且主要分布于细胞
壁附近(图1A); 病毒原质中有单外膜包被的病毒颗粒
(singly enveloped particles, SEP)和双外膜包被的病
毒颗粒(doubly enveloped particles, DEP), 且SEP
和DEP也散布于细胞质中(图1B, C)。TZSV侵染的样
品细胞中有较多大小不同的囊泡(图1D), 在其感染后
期, 能观察到质壁分离现象, 细胞质内的线粒体和叶
绿体等亚细胞结构崩解, 叶绿体内淀粉粒膨大, 基质
片层散乱分布于细胞质中 , 这一现象与已报道的



图1 TZSV单独侵染黄花烟草引起的细胞病理特征
(A) 细胞壁附近的病毒粒子(箭头所示); (B) 单外膜包被的病毒粒子分布于细胞质中; (C) 细胞核附近聚集的病毒原质及病毒粒子
(箭头所示); (D) 细胞质内囊泡增多(箭头所示)。Bar=200 nm
TZSV: 番茄环纹斑点病毒; DEP: 双外膜包被的病毒颗粒; SEP: 单外膜包被的病毒颗粒; CW: 细胞壁; Nu: 细胞核; VP: 病毒原质;
V: 囊泡

Figure 1 The cytopathology of TZSV-infected Nicotiana rustica
(A) The particles near to cell wall, singly enveloped particles, doubly enveloped particles (indicated by arrows); (B) Singly
enveloped particles in the cytoplasm; (C) Viroplasma and particles aggregated in the nucleus (indicated by arrow); (D) The
vesicles increased in the cytoplasm (indicated by arrow). Bar=200 nm
TZSV: Tomato zonate spot virus; DEP: Doubly enveloped particles; SEP: Singly enveloped particles; CW: Cell wall; Nu: Nucleus;
VP: Viroplasma; V: Vesicles
706 植物学报 49(6) 2014



图2 PVY单独侵染普通烟草引起的细胞病理特征
(A) 细胞壁附近的风轮状内含体(箭头所示); (B) 细胞质中的条带状内含体(箭头所示); (C) 叶绿体一端形成的网格状空囊泡(箭头所
示); (D) 叶绿体片层断裂, 淀粉颗粒膨大。Bar=200 nm

Figure 2 The cytopathology of PVY-infected Nicotiana tabacum cv. ‘H01’
(A) The pinwheel inclusions near to cell wall (indicated by arrow); (B) The striped inclusions in the cytoplasm (indicated by arrow);
(C) The latticed empty vesicles in chloroplast (indicated by arrow); (D) The expanded starch granule in the chloroplast. Bar=
200 nm

TSWV感染烟草引起的质壁分离类似 (张仲凯等 ,
2005)(图1)。在TZSV感染后期, 黄花烟草感病部位会
急速坏死。
2.2 马铃薯Y病毒单独侵染后的细胞病理特征
马铃薯Y病毒(PVY)侵染普通烟草后, 在烟草叶肉细
胞中观察到线状病毒粒子聚集体及风轮状、片层状和
条带状内含体(图2A, B), 与Potyvirus病毒侵染植株
的细胞病理特征相符 (陈集双等 , 1995; 洪健等 ,
2001)。此外, 感病的细胞叶绿体片层结构解体, 淀粉
颗粒膨大, 线粒体的脊状结构较完整, 细胞内囊泡结
构增多(表现为多膜体), 有的囊泡内充满病毒粒子形
成的包涵体(图2C, D)。
2.3 TZSV和PVY复合侵染后的细胞病理特征
TZSV和PVY复合侵染的黄花烟草叶片上有坏死环
斑, 且茎维管束一侧坏死, 这些症状与TZSV单独侵
染相似。此外, 线粒体数量增多, 且空泡化(图3C); 叶
绿体结构受到不同程度的破坏, 外膜解体且基粒类囊
体受损。细胞核呈不规则形态, 感染后期核膜发生消
解, 内部染色质呈不均匀分布。细胞质中囊泡数量增
加, 这些囊泡可能来自解体的内质网。TZSV病毒颗
粒聚集体明显增多, 与PVY侵染形成的病毒颗粒聚集
体及风轮状、片层状和条带状内含体交叉分布于细胞
质中, 并与线粒体和叶绿体等交叉分布(图3A, D)。相
对于TZSV和PVY单一侵染, 复合侵染的烟草叶肉细
胞中TZSV病毒颗粒及其聚集体和PVY形成的内含体
都明显增加(图3B); 且细胞核、叶绿体和线粒体等亚
细胞结构受损较单一侵染为轻, TZSV和PVY及其与
寄主的互作呈现出协生作用。
2.4 讨论
自然条件下, 同一寄主植株受两种或多种病毒复合侵
染的现象较为普遍, 同种病毒不同株系间复合侵染
方琦等: 番茄环纹斑点病毒与马铃薯 Y病毒复合侵染烟草的细胞病理特征 707



图3 TZSV和PVY复合侵染黄花烟草引起的细胞病理特征
(A) 在细胞质中形成风轮状内含体, 片层状聚集体, TZSV病毒颗粒聚集体(箭头所示); (B) 细胞质中分布着大量TZSV的病毒颗粒聚
集体和病毒原质, PVY线状病毒粒子聚集体(箭头所示); (C) 细胞质中分布着大量TZSV的病毒颗粒聚集体和片层状聚集体, 线粒体
数量增多(箭头所示); (D) 叶绿体结构较完整, 线粒体增多, 风轮状内含体、脱落片层和TZSV病毒颗粒聚集体交叉分布(箭头所示)。
Bar=400 nm
PW: 内含体; LA: 片层状聚集体; PA: 病毒颗粒聚集体; Mit: 线粒体; Nu: 细胞核; FP: 线状病毒粒子; VP: 病毒原质; Chl: 叶绿体

Figure 3 The cytopathology of TZSV and PVY-coinfected Nicotiana rustica
(A) Pinwheel inclusions, lamella aggregates, and TZSV particle aggregates in the cytoplasm (indicated by arrows); (B) Plenty of
TZSV particle aggregates and viroplasma, and filamentous particle aggregates of PVY in the cytoplasm (indicated by arrows);
(C) Plenty of TZSV particle aggregates, lamella aggregates, and mitochondria in the cytoplasm (indicated by arrow); (D) The
relatively integral chloroplast, mitochondria increase, cross-distribution of pinwheel inclusions and lamella separated from the
inclusions, and TZSV particle aggregates in the cytoplasm (indicated by arrow). Bar=400 nm
PW: Pinwheel inclusions; LA: Lamella aggregates; PA: Particle aggregates; Mit: Mitochondrion; Nu: Nucleus; FP: Filamentous
particles; VP: Viroplasma; Chl: Chloroplast


时 , 可表现出交叉保护作用 , 即拮抗作用(antago-
nism)。不同病毒复合侵染时, 有的表现为拮抗作用,
但更多地表现为增强了彼此在寄主细胞中的复制增
殖, 且症状更为严重, 即协生作用(synergism)。目前,
研究较多的是马铃薯Y病毒属与其它病毒的协生作
用 , 例如 , 小西葫芦黄花叶病毒 (Zucchini yellow
mosaic virus)与黄瓜花叶病毒 (Cucumber mosaic
virus, CMV)共侵染小西葫芦(Cucurbita pepo)(Wang
et al., 2002); 大豆花叶病毒(Soybean mosaic virus)
与苜蓿花叶病毒(Alfalfa mosaic virus)共侵染大豆
(Glysine max)(Malapi-Nelson et al., 2009); 甘薯褪
绿矮化病毒(Sweet potato chlorotic stunt virus)与甘
薯羽状斑驳病毒(Sweet potato feathery mottle virus)
共侵染甘薯(Dioscorea esculenta)(Karyeija et al.,
2000; Untiveros et al., 2007; 谢礼等, 2013); PVY与
马铃薯X病毒(Potato virus X, PVX)共侵染烟草等
(Vance, 1991)。这些复合侵染引起的病毒病害比单个
病毒侵染造成的危害更大, 复合侵染下两者或一方比
单独侵染时复制能力增强, 且病毒含量大幅提高。
TSWV在与番茄褪绿病毒(Tomato chlorosis virus,
ToCV)复合侵染番茄时, 由于协生作用, 能够侵染携
带有抗TSWV基因Sw-5的番茄品种(García-Cano et
708 植物学报 49(6) 2014

al., 2006)。鸢尾黄斑病毒(Iris yellow spot virus)与
TSWV协作能系统侵染其枯斑寄主曼陀罗 (Datura
stramonium)且感病严重(Bag et al., 2012)。但Hoff-
mann等(1998)报道TSWV与马铃薯Y病毒属的花生
斑驳病毒(Peanut mottle virus)复合侵染花生(Ara-
chis hypogaea)时并不产生协生作用。
本研究对TZSV和PVY单独侵染及复合侵染的细
胞病理特征进行了比较, 发现在基本细胞病理特征未
改变的情况下, 复合侵染时, 二者在同一寄主细胞内
的内含体增多, 尤其是TZSV的病毒粒子及其聚集体
明显增加(图1, 图3)。另外, 在TZSV感染的烟草细胞
中观察到质壁分离现象。据郑瑛等(2010)报道, 此现
象可能为固定时使用化学试剂处理产生的缩水现象,
具体原因尚需用高压冷冻固定技术进一步证明。张仲
凯等(2004a)报道了TSWV与烟草花叶病毒(Tobacco
mosaic virus, TMV)复合侵染大花蕙兰(Cymbidium
hybridum)的细胞病理特征, 发现TSWV和TMV在各
自侵染的细胞内增殖, 交叉侵染极少, 可能存在拮抗
作用。上述研究结果说明, 不同病毒间的复合侵染可
能存在不同的互作机制。PVY与PVX复合侵染改变了
寄主植株功能基因的转录水平, 诱导了氧化压力, 并
直接影响相关症状的出现 (García-Marcos et al.,
2009)。TZSV和PVY复合侵染是否能促进彼此的复制
增殖, 以及对寄主植株会产生何种影响均需应用分子
生物学方法加以验证, 且相关研究将有助于进一步解
析自然条件下多种病毒侵染对作物的危害机制。
参考文献
陈集双, 周雪平, 洪健 (1995). 九种Potyviruses柱状内含体
结构的比较研究. 电子显微学报 14, 39–46.
洪健, 李德葆, 周雪平 (2001). 植物病毒分类图谱. 北京: 科
学出版社. pp. 98–114.
武传兰, 王长海, 梁明祥, 刘兆普, 姜超强, 郑青松 (2012).
盐胁迫对不同品系杨树幼苗生长、细胞超微结构和离子稳态
的影响. 植物学报 47, 615–624.
谢礼 , 吕明芳 , 王芳 , 季志仙 , 吴列洪 , 严成其 , 陈剑平
(2013). 甘薯羽状斑驳病毒和甘薯褪绿矮化病毒复合侵染
甘薯引起的细胞病理学研究 . 电子显微学报 32, 485–
491.
张仲凯, 方琦, 丁铭, 李停婷, 彭潞波, 张丽珍, 李展, 苏晓霞
(2004a). TSWV与TMV复合侵染大花蕙兰的细胞病理. 西
南农业学报 17, 155–159.
张仲凯, 方琦, 董家红, 丁铭, 李婷婷, 苏晓霞 (2005). 番茄
斑萎病毒侵染引起寄主细胞的质壁分离 . 电子显微学报
24, 423.
张仲凯, 李毅 (2001). 云南植物病毒. 北京: 科学出版社. pp.
17–18.
张仲凯, 杨录明, 方琦, 彭潞波, 汪继玲, 普耀芳 (2004b). 番
茄斑萎病毒侵染烟草的细胞病理. 电子显微学报 23, 349.
郑瑛, 洪健, 祝建, 陈集双 (2010). 应用高压冷冻-冷冻置换
技术研究受Potyvirus侵染的寄主细胞超微结构. 电子显微
学报 29, 146–151.
Bag S, Mitter N, Eid S, Pappu HR (2012). Complementa-
tion between two tospoviruses facilitates the systemic
movement of a plant virus silencing suppressor in an
otherwise restrictive host. PLoS One 7, e44803.
Cai J, Qin B, Wei X, Huang J, Zhou W, Lin B, Yao M, Hu
Z, Feng Z, Tao X (2011). Molecular identification and
characterization of Tomato zonate spot virus in tobacco in
Guangxi, China. Plant Dis 95, 1483.
Dong JH, Cheng XF, Yin YY, Fang Q, Ding M, Li TT,
Zhang LZ, Su XX, McBeath JH, Zhang ZK (2008).
Characterization of Tomato zonate spot virus, a new to-
spovirus in China. Arch Virol 153, 855–864.
Dong JH, Zhang ZK, Yin YY, Cheng XF, Ding M, Fang Q
(2010). Natural host ranges of Tomato zonate spot virus
in Yunnan. J Insect Sci 10, 12–13.
García-Cano E, Resende RO, Fernández-Muñoz R,
Moriones E (2006). Synergistic interaction between To-
mato chlorosis virus and Tomato spotted wilt virus results
in breakdown of resistance in tomato. Phytopathology 96,
1263–1269.
García-Marcos A, Pacheco R, Martiáñez J, González-Jara
P, Díaz-Ruíz JR, Tenllado F (2009). Transcriptional
changes and oxidative stress associated with the syner-
gistic interaction between Potato virus X and Potato virus
Y and their relationship with symptom expression. Mol
Plant-Microbe Interact 22, 1431–1444.
Hoffmann K, Geske SM, Moyer JW (1998). Pathogenesis
of Tomato spotted wilt virus in peanut plants dually in-
fected with Peanut mottle virus. Plant Dis 82, 610–614.
Karyeija RF, Kreuze JF, Gibson RW, Valkonen JPT
(2000). Synergistic interactions of a potyvirus and a
phloem-limited crinivirus in sweet potato plants. Virology
269, 26–36.
Kikkert M, Van Lent J, Storms M, Bodegom P, Kormelink
R, Goldbach R (1999). Tomato spotted wilt virus particle
morphogenesis in plant cells. J Virol 73, 2288–2297.
方琦等: 番茄环纹斑点病毒与马铃薯 Y病毒复合侵染烟草的细胞病理特征 709

Malapi-Nelson M, Wen RH, Ownley BH, Hajimorad MR
(2009). Co-infection of soybean with Soybean mosaic
virus and Alfalfa mosaic virus results in disease syner-
gism and alteration in accumulation level of both viruses.
Plant Dis 93, 1259–1264.
Untiveros M, Fuentes S, Salazar LF (2007). Synergistic
interaction of Sweet potato chlorotic stunt virus (Crinivi-
rus) with carla-, cucumo-, ipomo-, and potyviruses infect-
ing sweet potato. Plant Dis 91, 669–676.
Vance VB (1991). Replication of Potato virus X RNA is al-
tered in coinfections with Potato virus Y. Virology 182,
486–494.
Wang YZ, Gaba V, Yang J, Palukaitis P, Gal-On A (2002).
Characterization of synergy between Cucumber mosaic
virus and potyviruses in cucurbit hosts. Phytopathology
92, 51–58.

Cytopathological Characterization of Tobacco on Co-infection
with Tomato zonate spot virus and Potato virus Y
Qi Fang†, Jiahong Dong†, Kuanyu Zheng, Zhongkai Zhang*
Ministry of Agriculture, Key Laboratory of Southwestern Crop Gene Resources and Germplasm Innovation, Yunnan Provin-
cial Key Laboratory of Agricultural Biotechnology, Biotechnology and Germplasm Resources Institute, Yunnan Academy of
Agricultural Sciences, Kunming 650223
Abstract Tomato zonate spot virus (TZSV) and Potato virus Y (PVY) commonly co-infect the same plant under natural
conditions. We compared the pathological characterization resulting from mixed and single infection of tobacco. Cells with
mixed infection showed increased number of TZSV particles, and the particles clustered into the vesicles to form inclusion
bodies, which cross-distributed in the cytoplasm with pinwheel and laminated inclusions and particles. The number of
mitochondria was increased. The structure of mitochondria, chloroplasts, and the nucleus maintained relative integrity.
The number of particles, inclusion bodies, and inclusions was increased but did not cause more severe damage on the
subcellular structure when TZSV or PVY co-infected the same tobacco plant. A synergism may exist among TZSV, PVY
and the plant host during co-infection.
Key words Tomato zonate spot virus, Potato virus Y, tobacco, co-infection, cytopathological characterization
Fang Q, Dong JH, Zheng KY, Zhang ZK (2014). Cytopathological characterization of tobacco on co-infection with To-
mato zonate spot virus and Potato virus Y. Chin Bull Bot 49, 704–709.
———————————————
† These authors contributed equally to this paper.
* Author for correspondence. E-mail: zhongkai99@sina.com
(责任编辑: 孙冬花)