Rostlinná patologie - Plant pathology

Životní cyklus patogenu černé hniloby, tábory Xanthomonas campestris pathovar

Patologie rostlin (také fytopatologie ) je vědecké studium chorob na rostlinách způsobených patogeny (infekčními organismy) a environmentálních podmínek (fyziologických faktorů). Mezi organismy, které způsobují infekční onemocnění, patří houby , oomycety , bakterie , viry , viroidy , virům podobné organismy, fytoplasmy , prvoky , hlístice a parazitické rostliny . Nejsou zahrnuty ektoparaziti, jako je hmyz , roztoči , obratlovci nebo jiní škůdci, kteří ovlivňují zdraví rostlin požíráním rostlinných tkání. Patologie rostlin také zahrnuje studium identifikace patogenu, etiologie onemocnění, cykly chorob, ekonomického dopadu, epidemiologie nemocí rostlin , odolnost proti rostlinné nemoci , jak chorob rostlin vliv na lidi a zvířata, patosystému genetiky a řízení chorob rostlin.

Přehled

Kontrola chorob rostlin je klíčová pro spolehlivou produkci potravin a přináší značné problémy při zemědělském využívání půdy, vody, paliva a dalších vstupů. Rostliny v přirozené i kultivované populaci nesou inherentní odolnost vůči chorobám, ale existuje řada příkladů ničivých dopadů na choroby rostlin, jako je Velký hladomor v Irsku a kaštan , stejně jako opakující se závažné choroby rostlin, jako je výbuch rýže , háďátka cysty sóji a citrusová rakovina .

Kontrola chorob je však u většiny plodin přiměřeně úspěšná. Kontrola chorob je dosažena použitím rostlin, které byly vyšlechtěny pro dobrou odolnost vůči mnoha chorobám, a přístupy pěstování rostlin, jako je střídání plodin , používání osiva bez patogenů, vhodné datum výsadby a hustota rostlin , kontrola vlhkosti pole a aplikace z pesticidů . Je zapotřebí neustálého pokroku ve vědě o rostlinné patologii, aby se zlepšila kontrola chorob, aby držel krok s pokračujícím vývojem a pohybem rostlinných patogenů a aby držel krok se změnami zemědělských postupů.

Nemoci rostlin způsobují zemědělcům na celém světě velké ekonomické ztráty - viz §Ekonomický dopad . Odhaduje se, že napříč velkými regiony a mnoha druhy plodin choroby ve vyspělejších podmínkách každoročně snižují výnosy rostlin o 10%, ale ztráta výnosu chorobami často přesahuje 20% v méně rozvinutých podmínkách. Organizace pro výživu a zemědělství odhaduje, že škůdci a choroby jsou zodpovědné za přibližně 25% ztrát plodin. K vyřešení tohoto problému jsou zapotřebí nové metody pro včasnou detekci chorob a škůdců, jako jsou nové senzory, které detekují pachy rostlin a spektroskopie a biofotonika, které jsou schopné diagnostikovat zdraví a metabolismus rostlin .

Rostlinné patogeny

Padlí , biotrofická houba

Ve většině patosystémů je virulence závislá na hydrolázách - a širší třídě proteinů degradujících buněčnou stěnu -, které degradují buněčnou stěnu . Drtivá většina CWDP je produkována patogeny a cílena na pektin (například pektinesteráza , pektát lyáza a pektinázy ). Pro mikroby jsou polysacharidy buněčné stěny samy zdrojem potravy, ale většinou jen bariérou, kterou je třeba překonat.

Mnoho patogenů také roste oportunisticky, když hostitel rozbije vlastní buněčné stěny, nejčastěji během dozrávání ovoce .

Houby

Většina fytopatogenních hub patří mezi Ascomycetes a Basidiomycetes . Houby se reprodukují sexuálně i asexuálně produkcí spór a jiných struktur. Spóry se mohou šířit na velké vzdálenosti vzduchem nebo vodou, nebo se mohou šířit v půdě. Mnoho hub obývajících půdu je schopno žít saprotroficky , přičemž část svého životního cyklu provádí v půdě . Jedná se o fakultativní saprotrofy. Houbové choroby mohou být kontrolovány používáním fungicidů a jinými zemědělskými postupy. Často se však vyvíjejí nové rasy hub, které jsou odolné vůči různým fungicidům. Biotrofické houbové patogeny kolonizují živou rostlinnou tkáň a získávají živiny ze živých hostitelských buněk. Nekrotrofní houbové patogeny infikují a zabíjejí hostitelskou tkáň a extrahují živiny z mrtvých hostitelských buněk. Mezi významné patogeny houbových rostlin patří:

Výbuch rýže způsobený nekrotrofní houbou

Ascomycetes

Basidiomycety

Houby podobné organismy

Oomycetes

Tyto Oomycetes jsou houbám podobné organismy. Zahrnují jedny z nejničivějších rostlinných patogenů včetně rodu Phytophthora , který zahrnuje původce pozdní plísně bramborové a náhlé smrti dubu . Jednotlivé druhy oomycet jsou zodpovědné za hnilobu kořenů .

Přestože oomycety nejsou v těsném spojení s houbami, vyvinuly podobné infekční strategie. Oomycetes jsou schopné pomocí efektorových proteinů vypnout obranyschopnost rostliny v jejím infekčním procesu. Patologové rostlin je běžně seskupují s houbovými patogeny.

Mezi významné patogeny rostlin oomycete patří:

Fytomyxea

Některé slizové formy v Phytomyxea způsobují důležitá onemocnění, včetně kořenů palice v zelí a jeho příbuzných a prašného chrastavitosti v bramborách. Jsou způsobeny druhy Plasmodiophora a Spongospora .

Bakterie

Korunní žlučové onemocnění způsobené Agrobacterium

Většina bakterií, které jsou spojeny s rostlinami, je ve skutečnosti saprotrofní a neškodí samotné rostlině. Malý počet, přibližně 100 známých druhů, je však schopen způsobit onemocnění. Bakteriální onemocnění jsou mnohem častější v subtropických a tropických oblastech světa.

Většina rostlinných patogenních bakterií má tyčinkovitý tvar ( bacily ). Aby mohly kolonizovat rostlinu, mají specifické faktory patogenity. Je známo pět hlavních typů faktorů bakteriální patogenity: použití enzymů degradujících buněčnou stěnu, toxinů , efektorových proteinů, fytohormonů a exopolysacharidů .

Patogeny, jako jsou druhy Erwinia, používají k měkké hnilobě enzymy degradující buněčnou stěnu . Druhy Agrobacterium mění hladinu auxinů a způsobují nádory pomocí fytohormonů. Exopolysacharidy jsou produkovány bakteriemi a blokují xylemové cévy, což často vede ke smrti rostliny.

Bakterie kontrolují produkci faktorů patogenity prostřednictvím snímání kvora .

Vitis vinifera s infekcí „Ca. Phytoplasma vitis“

Významné bakteriální patogeny rostlin:

Fytoplasmy a spiroplasmy

Phytoplasma a Spiroplasma jsou rody bakterií, kterým chybí buněčné stěny a souvisí s mykoplazmaty , což jsou lidské patogeny. Společně se jim říká mollicutes . Také mívají menší genomy než většina ostatních bakterií. Obvykle je přenáší hmyz sající šťávu apřenáší se do rostlinného floému, kde se množí.

Viry, viroidy a virům podobné organismy

Existuje mnoho druhů rostlinných virů a některé jsou asymptomatické nebo latentní. Za normálních okolností způsobují rostlinné viry pouze ztrátu výnosu plodin . Proto není ekonomicky životaschopné pokoušet se je ovládat, výjimkou je, když infikují vytrvalé druhy, jako jsou ovocné stromy.

Většina rostlinných virů má malé jednovláknové genomy RNA . Některé rostlinné viry však mají také dvouvláknové RNA nebo jedno nebo dvouvláknové genomy DNA . Tyto genomy mohou kódovat pouze tři nebo čtyři proteiny : replikázu , obalový protein, pohybový protein , aby se umožnil pohyb buňky k buňce plazmodesmatem , a někdy protein, který umožňuje přenos vektorem. Rostlinné viry mohou mít několik dalších proteinů a využívat mnoho různých metod molekulární translace.

Rostlinné viry jsou obecně přenášeny z rostliny na rostlinu vektorem , ale dochází také k mechanickému a semennému přenosu. Přenos vektoru je často způsoben hmyzem (například mšicemi ), ale některé houby , hlístice a prvoky se ukázaly jako virové vektory. V mnoha případech je hmyz a virus specifický pro přenos virů, jako je například řepný listník, který přenáší virus kudrnatého vrcholu způsobující onemocnění v několika plodinách. Jedním z příkladů je mozaiková nemoc tabáku, kde jsou listy zakrslé a chlorofyl listů je zničen. Dalším příkladem je shluk banánů, kde je rostlina zakrslá a horní listy tvoří těsnou růžici.

Hlístice

Nematody jsou malá, mnohobuněčná, červovitá zvířata. Mnozí žijí volně v půdě, ale existují některé druhy, které parazitují na kořenech rostlin . Jsou problémem v tropických a subtropických oblastech světa, kde mohou nakazit plodiny . Háďátka bramborová ( Globodera pallida a G. rostochiensis ) jsou široce distribuována v Evropě a Severní a Jižní Americe a každoročně způsobují v Evropě škody v hodnotě 300 milionů dolarů. Hlístice kořenových uzlů mají poměrně velký rozsah hostitelů, parazitují na kořenových systémech rostlin a přímo tak ovlivňují příjem vody a živin potřebných pro normální růst a reprodukci rostlin, zatímco cystotvorní hlístici bývají schopni infikovat pouze několik druhů. Nematody jsou schopny způsobit radikální změny v kořenových buňkách, aby si usnadnily svůj životní styl.

Prvoci a řasy

Existuje několik příkladů chorob rostlin způsobených prvokem (např. Phytomonas , kinetoplastid ). Přenášejí se jako trvanlivé zoospory, které mohou být schopny přežít v klidovém stavu v půdě po mnoho let. Dále mohou přenášet rostlinné viry . Když pohyblivé zoospory přijdou do kontaktu s kořenovým vlasem , vytvoří plazmodium, které napadne kořeny .

Některé bezbarvé parazitické řasy (např. Cephaleuros ) také způsobují choroby rostlin.

Parazitické rostliny

Parazitické rostliny, jako je koště , jmelí a dodder, jsou zahrnuty do studie fytopatologie. Dodder například může být kanálem pro přenos virů nebo virům podobných činidel z hostitelské rostliny do rostliny, která obvykle není hostitelem, nebo pro činidlo, které není přenosné štěpem.

Běžné metody patogenní infekce

  • Enzymy degradující buněčnou stěnu : Používají se k rozbití buněčné stěny rostlin za účelem uvolnění živin uvnitř.
  • Toxiny : Mohou být nespecifické pro hostitele, které poškozují všechny rostliny, nebo specifické pro hostitele, které způsobují poškození pouze na hostitelské rostlině.
  • Efektorové proteiny : Mohou být sekretovány do extracelulárního prostředí nebo přímo do hostitelské buňky, často prostřednictvím sekrečního systému typu tři . O některých efektorech je známo, že potlačují obranné procesy hostitele. To může zahrnovat: snížení vnitřních signalizačních mechanismů rostlin nebo snížení produkce fytochemikálií. Bakterie, houby a oomycety jsou pro tuto funkci známé.
  • Spóry : Spory fytopatogenních hub mohou být zdrojem infekce na hostitelských rostlinách. Spory nejprve přilnou k kutikulární vrstvě na listech a stoncích hostitelské rostliny. Aby se to stalo, musí být infekční spór transportován ze zdroje patogenu. K tomu dochází prostřednictvím větru, vody nebo vektorů, jako je hmyz a lidé. Jsou -li příznivé podmínky, bude spór produkovat modifikované hyfy nazývané zárodečná trubice. Tato zárodečná trubice později vytvoří bouli nazývanou appressorium, která vytváří melanizované buněčné stěny k vytvoření turgorového tlaku. Jakmile je akumulován dostatečný tlak turgoru, appressorium vyvíjí tlak na kutikulární vrstvu ve formě tvrzeného penetračního kolíku. Tomuto procesu také napomáhá sekrece enzymů degradujících buněčnou stěnu z appressoria. Jakmile penetrační kolík vstoupí do hostitelské tkáně, vyvine specializované hyfy nazývané haustorium. Na základě životního cyklu patogenů může toto haustorium napadnout a nakrmit sousední buňky intracelulárně nebo existovat intercelulárně v hostiteli.

Psychologické poruchy rostlin

Některé abiotické poruchy mohou být zaměněny s poruchami vyvolanými patogeny. Abiotické příčiny zahrnují přirozené procesy, jako je sucho , mráz , sníh a krupobití ; záplavy a špatná drenáž; nedostatek živin ; nanášení minerálních solí, jako je chlorid sodný a sádra ; spálení větrem a zlomení bouřkami; a požáry . Podobné poruchy (obvykle klasifikované jako abiotické) mohou být způsobeny lidským zásahem, což má za následek zhutnění půdy , znečištění ovzduší a půdy, zasolení způsobené zavlažováním a solením vozovek, nadměrné používání herbicidů , nemotorné zacházení (např. Poškození stromů sekačkou), a vandalismu .

Listy orchidejí s virovými infekcemi

Epidemiologie

Epidemiologie: Studium faktorů ovlivňujících vypuknutí a šíření infekčních chorob.

Trojúhelník chorob rostlin

Tetrahedron (pyramida) nejlépe vystihuje prvky související s chorobami rostlin. Tato pyramida používá trojúhelník nemoci jako základ, který se skládá z prvků, jako jsou: hostitel, patogen a prostředí. Kromě těchto tří prvků lidé a čas přidávají zbývající prvky k vytvoření chorobného čtyřstěnu.

Historie: Epidemie chorob rostlin, které jsou historicky známé na základě obrovských ztrát:

- pozdní plíseň irských brambor

- Nemoc holandského jilmu

- Kaštanová plíseň v Severní Americe

Faktory ovlivňující epidemie:

Host: Úroveň odolnosti nebo citlivosti, věk a genetika.

Patogen: Množství inokula, genetika a typ reprodukce

Odolnost vůči chorobám

Odolnost vůči chorobám rostlin je schopnost rostliny předcházet infekcím způsobeným rostlinnými patogeny a ukončit je.

Struktury, které pomáhají rostlinám předcházet chorobám, jsou: kutikulární vrstva, buněčné stěny a buňky chránící průduchy. Ty působí jako bariéra, která brání vstupu patogenů do rostlinného hostitele.

Jakmile nemoci překonají tyto bariéry, rostlinné receptory zahájí signální cesty k vytvoření molekul, které budou soutěžit s cizími molekulami. Tyto cesty jsou ovlivněny a spuštěny geny v hostitelské rostlině a jsou náchylné k manipulaci genetickým šlechtěním za vzniku odrůd rostlin, které jsou odolné vůči destruktivním patogenům.

Mezi obrannými mechanismy může být klíčovou strategií pro snížení poškození býložravců chemické odstrašování usazování a krmení škůdců, jako je indukce obranných sloučenin.

Řízení

Domácí karanténa

Nemocnou část vegetace nebo jednotlivých rostlin lze izolovat z jiného zdravého růstu. Vzorky mohou být zničeny nebo přemístěny do skleníku za účelem léčby nebo studia.

Přístavní a hraniční inspekce a karanténa

Další možností je vyhnout se zavádění škodlivých nepůvodních organismů kontrolou veškerého lidského provozu a činnosti (např. Australská karanténní a inspekční služba ), ačkoli legislativa a vymáhání jsou zásadní pro zajištění trvalé účinnosti. Dnešní objem globálního obchodu poskytuje - a bude nadále poskytovat - nebývalé příležitosti pro zavádění rostlinných škůdců. Ve Spojených státech by i získání lepšího odhadu počtu takovýchto zavádění, a tedy potřeba zavést karanténu a inspekci v přístavech a na hranicích, vyžadovalo podstatný nárůst inspekcí. V Austrálii má podobný nedostatek porozumění jiný původ: inspekce přístavů nejsou příliš užitečné, protože inspektoři vědí příliš málo o taxonomii. Často se vyskytují škůdci, které australská vláda považovala za škodlivé, aby byly drženy mimo zemi, ale které mají blízké taxonomické příbuzné, kteří tento problém pletou. A inspektoři také narážejí na opak - neškodní domorodci, nebo neobjevení domorodci nebo právě objevení domorodci, se kterými si nemusí lámat hlavu, ale které si snadno spletou s jejich zakázanými cizími členy rodiny.

Ozařování potravin rentgenovým a elektronovým paprskem /E-paprskem bylo vyzkoušeno jako karanténní ošetření ovocných komodit pocházejících z Havaje . USA FDA ( Food and Drug Administration ), USDA APHIS ( Animal and Plant Health Inspection Service ), producenti a spotřebitelé souhlasili s výsledky - důkladnější eradikací škůdců a menší degradací chuti než tepelným ošetřením.

Kulturní

Zemědělství v některých společnostech je udržováno v malém měřítku, o které se starají lidé, jejichž kultura zahrnuje zemědělské tradice sahající až do starověku. (Příkladem takových tradic může být celoživotní školení v technikách terasování pozemků, předvídání a reakce na počasí, hnojení, roubování, péče o osivo a specializované zahradničení.) Rostliny, které jsou pečlivě sledovány, často využívají nejen aktivní vnější ochranu, ale také lepší celková elán. Zatímco primitivní ve smyslu bytí zdaleka nejnáročnějšího řešení, kde je to praktické nebo nutné, je to více než dostatečné.

Odolnost rostlin

Propracovaný zemědělský vývoj nyní umožňuje pěstitelům vybírat si ze systematicky křížených druhů, aby byla zajištěna nejvyšší odolnost jejich plodin, jak se hodí pro patologický profil konkrétního regionu. Chovatelské postupy se zdokonalují po staletí, ale s příchodem genetické manipulace je možné ještě jemnější ovládání vlastností imunity plodiny. Inženýrství potravinářských závodů však může být méně přínosné, protože vyšší výkon je často kompenzován populárním podezíráním a negativním názorem na toto „zasahování“ do přírody.

Chemikálie

K boji proti výše uvedeným hrozbám lze použít mnoho přírodních a syntetických sloučenin. Tato metoda funguje tak, že přímo eliminuje choroboplodné organismy nebo omezuje jejich šíření; Ukázalo se však, že má příliš široký účinek, než aby byl dobrý pro místní ekosystém. Z ekonomického hlediska mohou všechny nejjednodušší přírodní přísady diskvalifikovat produkt ze stavu „organického“, což potenciálně snižuje hodnotu výtěžku.

Biologický

Střídání plodin může být účinným prostředkem, jak zabránit tomu, aby se parazitická populace stala dobře zavedenou. Například ochrana před infekcí Agrobacterium tumefaciens , která u mnoha rostlin způsobuje onemocnění žluči, ponořením řízků do suspenzí Agrobacterium radiobacter před jejich vložením do země, aby zakořenily. Mohou existovat jiné způsoby, jak podkopat parazity, aniž by na ně přímo útočili.

Integrovaný

Použití dvou nebo více těchto metod v kombinaci nabízí vyšší šanci na účinnost.

Ekonomický dopad

V roce 2018 jsou nejnákladnějšími chorobami nejproduktivnějších plodin na světě:

Oříznutí Latinský název nemoci Obecný název nemoci
Banán a planina banana bunchy top virus (BBTV) banánový bunchy top
Mycosphaerella fijiensis černá sigatoka
Fusarium oxysporum f.sp. cubense Panamská nemoc
Ječmen Fusarium graminearum Plíseň hlavy Fusarium
Blumeria graminis f. sp. hordei padlí
Puccinia graminis f. sp. hordei ječmenová stopka rez
Cassava Virus mozaiky africké kasavy (ACMVD) Nemoc mozaiky africké kasavy
Xanthomonas axonopodis pv. manihotis bakteriální plíseň
cassava brown streak virus (CBSV) kasava hnědý pruh nemoc
Bavlna Xanthomonas citri pv. malvacearum bakteriální plíseň
Fusarium oxysporum f. sp. vasinfectum Fusarium vadne
Verticillium dahliae Verticillium vadne
Kukuřice/kukuřice Aspergillus flavus Ušní hniloba Aspergillus
Fusarium graminearum Stonka a hniloba ucha Giberella
Cercospora zeae-maydis šedá listová skvrna
Palmové ovoce Ganoderma orbiforme/Ganoderma boninense Bazální kmenová hniloba
Phytophthora palmivora pupen hniloby
Arašíd virus růžice podzemnice olejné (GNV) Arašídová růžice
GNV satelitní RNA
arašídový růžičkový pomocný virus (GRAV)
Brambor Ralstonia solanacearum Bramborově hnědá hniloba
Phytophthora infestans pozdní plíseň
Řepka a hořčice Leptosphaeria maculans Phoma kmenová rakovina
Sclerotinia sclerotiorum Hniloba stonku sklerotinie
Rýže Magnaporthe oryzae výbuch rýže
Xanthomonas oryzae pv. oryzae rýžová bakteriální plíseň
Rhizoctonia solani pochva z pochvy
Čirok a proso Colletotrichum sublineolum Anthracnose
Exserohilum turcicum Plíseň listů Turcicum
Sója Heterodera glyciny nemoc hlístice cysty sóji
Phakopsora pachyrhizi Asijská rez sója
Cukrovka Cercospora beticola Skvrna listů Cercospora
řepový nekrotický virus žluté žíly (BNYVV) rhizomania
Cukrová třtina Leifsonia xyli subsp. xyli Ratoon zakrněl
Colletotrichum falcatum červená hniloba
Sladká brambora virus sladké bramborové pernaté skvrnitosti (SPFMV) virus sladkých brambor (SPVD)
virus sladkých brambor chlorotických kaskadérů (SPCSV)
Rajče Phytophthora infestans pozdní plíseň
rajče žlutý list zvlnění virus (TYLCV) rajče žlutý list zvlnění
Pšenice Fusarium graminearum Plíseň hlavy Fusarium
Puccinia graminis rez z pšeničných stonků
Puccinia striiformis pšeničná žlutá rez
Jam Colletotrichum gloeosporioides antracnóza
virus mozaiky jamu (YMV) nemoc mozaiky jamu

Dějiny

Rostlinná patologie se vyvinula od starověku, počínaje Theophrastem , ale vědecká studie začala v raném novověku vynálezem mikroskopu a vyvinula se v 19. století.

Viz také

Reference

externí odkazy