Патология растений - Plant pathology

Для журнала см. Патология растений (журнал).
«Фитопатология» перенаправляется сюда. Для журнала см. Фитопатология (журнал).
«Болезнь растений» перенаправляется сюда. Для журнала см. Болезни растений (журнал).
Жизненный цикл возбудителя черной гнили, Xanthomonas campestris патовар лагеря

Патология растений (также фитопатология) является научным исследованием болезни в растения вызванный патогены (инфекционные организмы) и условия окружающей среды (физиологические факторы).[1] Организмы, вызывающие инфекционные заболевания, включают: грибы, оомицеты, бактерии, вирусы, вироиды, вирус -подобные организмы, фитоплазмы, простейшие, нематоды и паразитические растения. Не включены такие эктопаразиты, как насекомые, клещи, позвоночное животное, или другой вредители, влияющие на здоровье растений поеданием тканей растений. Патология растений также включает изучение идентификации патогенов, этиологии болезни, циклов болезни, экономического воздействия, эпидемиология болезней растений, устойчивость к болезням растений, как болезни растений влияют на людей и животных, генетика патосистем и лечение болезней растений.

Обзор

Смотрите также: Морфологические симптомы болезней растений

Борьба с болезнями растений имеет решающее значение для надежного производства продуктов питания и создает серьезные проблемы при использовании земли, воды, топлива и других ресурсов в сельском хозяйстве. Растения как в естественных, так и в культурных популяциях обладают естественной устойчивостью к болезням, но есть многочисленные примеры разрушительных воздействий болезней растений, такие как Великий голод Ирландии и каштановый упадок, а также повторяющиеся тяжелые болезни растений, такие как рисовый взрыв, нематода цисты сои, и язвы цитрусовых.

Однако борьба с болезнями является достаточно успешной для большинства сельскохозяйственных культур. Борьба с болезнями достигается за счет использования растений, которые были выведены с целью обеспечения хорошей устойчивости ко многим заболеваниям, и подходов к выращиванию растений, таких как севооборот, использование семян, свободных от патогенов, подходящая дата посадки и густота растений, контроль влажности поля и пестицид использовать. Постоянный прогресс в науке о патологии растений необходим для улучшения контроля над болезнями и для того, чтобы идти в ногу с изменениями давления болезней, вызванными продолжающейся эволюцией и перемещением патогенов растений и изменениями в методах ведения сельского хозяйства.

Болезни растений наносят большой экономический ущерб фермерам во всем мире. Подсчитано, что в крупных регионах и для многих видов сельскохозяйственных культур болезни обычно снижают урожайность растений на 10% каждый год в более развитых регионах, но потери урожая от болезней часто превышают 20% в менее развитых регионах. В Продовольственная и сельскохозяйственная организация По оценкам, вредители и болезни являются причиной около 25% потерь урожая. Чтобы решить эту проблему, необходимы новые методы раннего обнаружения болезней и вредителей, такие как новые датчики, которые обнаруживают запахи растений и спектроскопия и биофотоника которые способны диагностировать здоровье растений и метаболизм.[2]

Патогены растений

Дальнейшая информация: списки болезней растений
Мучнистая роса, биотрофный гриб

Грибы

Большинство фитопатогенных грибов относятся к Аскомицеты и Базидиомицеты.Грибки воспроизводят как сексуально и бесполым путем через производство споры и другие конструкции. Споры могут распространяться на большие расстояния по воздуху или воде, или они могут передаваться через почву. Многие грибы, обитающие в почве, способны жить сапротрофически, выполняя часть своего жизненного цикла в почва. Это факультативные сапротрофы. С грибковыми заболеваниями можно бороться с помощью фунгициды и другие методы ведения сельского хозяйства. Однако новые скачки грибов часто эволюционировать биотрофные грибковые патогены колонизируют живые ткани растений и получают питательные вещества из живых клеток-хозяев. Некротрофный грибковые патогены инфицируют и убивают ткани хозяина и извлекают питательные вещества из мертвых клеток хозяина. К значительным грибковым патогенам растений относятся:[нужна цитата ]

Рисовый взрыв, вызванный некротрофным грибком

Аскомицеты

Базидиомицеты

Грибоподобные организмы

Оомицеты

В оомицеты являются грибоподобными организмами.[3] Они включают некоторые из наиболее разрушительных патогенов растений, включая род Фитофтора, который включает возбудителей фитофтороз картофеля[3] и внезапная смерть дуба.[4][5] Определенные виды оомицетов ответственны за корневая гниль.

Несмотря на то, что они не были тесно связаны с грибами, оомицеты разработали аналогичные стратегии заражения. Оомицеты способны использовать эффекторные белки для отключения защитных сил растения в процессе заражения.[6] Патологи растений обычно группируют их с грибковыми патогенами.

К значительным патогенам оомицетов относятся:

Фитомиксея

Немного слизевые формы в Фитомиксея вызывают серьезные заболевания, в том числе клубный корень в капусте и ее родственниках и порошкообразная парша в картофеле. Они вызваны видами Плазмодиофора и Spongospora, соответственно.

Бактерии

Болезнь коронной желчи, вызванная Агробактерии

Наиболее бактерии которые связаны с растениями, на самом деле сапротрофный и не навредить самому растению. Однако небольшое количество, около 100 известных видов, способны вызывать болезни.[7] Бактериальные заболевания гораздо более распространены в субтропический и тропический регионы мира.

Большинство патогенных бактерий растений имеют палочковидную форму (бациллы ). Чтобы иметь возможность колонизировать растение, у них есть определенные факторы патогенности. Известно пять основных типов факторов бактериальной патогенности: использование ферментов, разрушающих клеточную стенку, токсины, эффекторные белки, фитогормоны и экзополисахариды.

Патогены, такие как Эрвиния виды используют ферменты, разрушающие клеточную стенку, чтобы вызвать мягкая гниль. Агробактерии виды меняют уровень ауксины вызывать опухоли с помощью фитогормонов. Экзополисахариды производятся бактериями и блокируют ксилема сосуды, часто приводящие к гибели растения.

Бактерии контролируют производство факторы патогенности через проверка кворума.

Vitis vinifera с инфекцией "Ca. Phytoplasma vitis"

Значительные бактериальные патогены растений:

Фитоплазмы и спироплазмы

Основная статья: фитоплазма

Фитоплазма и Спироплазма - это род бактерий, у которых отсутствуют клеточные стенки, и они связаны с микоплазмы, которые являются патогенами человека. Вместе они упоминаются как молликуты. У них также, как правило, меньше геномы чем большинство других бактерий. Обычно они передаются при сосании сока. насекомые, переходя в завод флоэма где он воспроизводится.

Вирус табачной мозаики

Вирусы, вироиды и вирусоподобные организмы

Основная статья: Вирус растений

Есть много видов вирус растений, а некоторые даже бессимптомный. В нормальных условиях вирусы растений вызывают только потерю урожай. Следовательно, пытаться контролировать их экономически нецелесообразно, за исключением случаев, когда они заражают многолетнее растение виды, например фруктовые деревья.

Большинство вирусов растений имеют небольшие одноцепочечные РНК геномы. Однако некоторые вирусы растений также имеют двухцепочечные РНК или одно- или двухцепочечные ДНК геномы. Эти геномы могут кодировать только три или четыре белки: а репликаза, белок оболочки, белок движения, чтобы позволить клетке двигаться через плазмодесматы, а иногда и белок, допускающий передачу через вектор. Вирусы растений могут иметь еще несколько белков и использовать множество различных методов молекулярной трансляции.

Вирусы растений обычно передаются от растения к растению через вектор, но возможны также механическая передача и передача семян. Векторная передача часто происходит насекомое (Например, тля ), но, некоторые грибы, нематоды, и простейшие было показано, что это вирусные векторы. Во многих случаях насекомые и вирус специфичны для передачи вируса, например, свекловичка который передает кудрявая вершина вирус, вызывающий заболевание у нескольких сельскохозяйственных культур.[10] Одним из примеров является мозаичное заболевание табака, при котором листья становятся карликовыми, а хлорофилл листьев разрушается. Другой пример - густая верхушка банана, где растение карликово, а верхние листья образуют плотную розетку.

Нематоды

Основная статья: Нематоды
Корневая нематода галлы

Нематоды маленькие, многоклеточные червеобразные животные. Многие свободно живут в почве, но есть некоторые виды, паразитирующие на растениях. корни. Они проблема в тропический и субтропический регионы мира, где они могут заразить посевы. Картофельные цистные нематоды (Globodera pallida и G. rostochiensis) широко распространены в Европе, Северной и Южной Америке и вызывают 300 миллионов долларов ущерб в Европе каждый год. У корневых узловатых нематод довольно широкий круг хозяев, они паразитируют на корневой системе растений и, таким образом, напрямую влияют на потребление воды и питательных веществ, необходимых для нормального роста и размножения растений.[11] тогда как цистовые нематоды, как правило, способны инфицировать лишь несколько видов. Нематоды способны вызывать радикальные изменения в клетках корня, чтобы облегчить свой образ жизни.

Простейшие и водоросли

Есть несколько примеров болезней растений, вызванных: простейшие (например., Фитомонады, а кинетопластид ).[12] Они передаются как долговечные зооспоры которые могут выжить в состоянии покоя в почве в течение многих лет. Далее они могут передавать растение вирусы. Когда подвижные зооспоры вступают в контакт с корни волос они производят плазмодий который вторгается в корни.

Некоторые бесцветные паразиты водоросли (например., Cephaleuros ) также вызывают болезни растений.[нужна цитата ]

Паразитические растения

Паразитические растения, такие как заразиха, омела и повилика включены в исследование по фитопатологии. Повилика, например, может быть каналом для передачи вирусов или вирусоподобных агентов от растения-хозяина к растению, которое обычно не является хозяином, или для агента, который не передается посредством прививки.

Распространенные патогенные методы заражения

  • Ферменты, разрушающие клеточную стенку: Они используются для разрушения растения. клеточная стенка чтобы высвободить питательные вещества внутри.
  • Токсины: Они могут быть неспецифичными для хозяина, которые повреждают все растения, или специфическими для хозяина, которые вызывают повреждение только растения-хозяина.
  • Эффекторные белки: Они могут секретироваться во внеклеточную среду или непосредственно в клетку-хозяин, часто через Система секреции третьего типа. Известно, что некоторые эффекторы подавляют защитные процессы хозяина. Это может включать: снижение внутренних сигнальных механизмов растений или сокращение производства фитохимических веществ.[13] Бактерии, грибки и оомицеты известны этой функцией.[3][14]

Споры: Споры фитопатогенных грибов могут быть источником инфекции для растений-хозяев. Сначала споры прилипают к кутикулярному слою на листьях и стеблях растения-хозяина. Для этого инфекционная спора должна переноситься от источника патогена, это происходит с помощью ветра, воды и переносчиков, таких как насекомые и люди. При благоприятных условиях спора образует модифицированные гифы, называемые зародышевой трубкой. Эта зародышевая трубка позже образует выпуклость, называемую аппрессорием, которая образует меланизированные клеточные стенки для создания давления толчка. Как только тургорное давление накапливается, аппрессорий оказывает давление на кутикулярный слой в виде затвердевшего штифта для проникновения. Этому процессу также способствует секреция из аппрессория ферментов, разрушающих клеточную стенку. Как только проникающий стержень попадает в ткань хозяина, он развивает специализированные гифы, называемые гаусториями. В зависимости от жизненного цикла патогенов этот гаусторий может вторгаться в соседние клетки и питать их внутриклеточно или существовать межклеточно внутри хозяина.[15]

• Упадок

• Цитрусовый канкер

• Ржавчина

• Головня

• Табачная мозаика

• Мозаика желтых прожилок

Физиологические расстройства растений

Основная статья: Физиологические расстройства растений

Абиотические нарушения могут быть вызваны такими естественными процессами, как: засуха, мороз, снег и град; наводнение и плохой дренаж; дефицит питательных веществ; отложение минеральных солей, таких как хлорид натрия и гипс; ветряная жара и поломка от штормов; и пожары. Подобные нарушения (обычно классифицируемые как абиотические) могут быть вызваны вмешательством человека, что приводит к почва уплотнение, загрязнение воздуха и почвы, засоление, вызванное орошением и засолка дорог, чрезмерное внесение гербициды, неуклюжее обращение (например, повреждение деревьев газонокосилкой) и вандализм.[нужна цитата ]

Листья орхидеи при вирусных инфекциях

Эпидемиология

Основная статья: Эпидемиология болезней растений

Эпидемиология: Изучение факторов, влияющих на возникновение и распространение инфекционных заболеваний.[16]

Треугольник болезней растений

Тетраэдр болезней (пирамида болезней) лучше всего улавливает элементы, связанные с болезнями растений. В основе этой пирамиды лежит треугольник болезней, состоящий из таких элементов, как хозяин, патоген и среда. В дополнение к этим трем элементам люди и время добавляют остальные элементы, чтобы создать тетраэдр болезней.

История: Исторически известные эпидемии болезней растений, основанные на огромных потерях:

- Фитофтороз картофеля ирландский[17]

- Болезнь голландского вяза [18]

- Фитофтороз в Северной Америке[19]

Факторы, влияющие на эпидемии:

Хозяин: уровень устойчивости или восприимчивости, возраст и генетика.

Возбудитель: количество инокулята, генетика и тип воспроизводства.

Устойчивость к болезням

Основная статья: Устойчивость к болезням растений

Устойчивость растений к болезням - это способность растения предотвращать и устранять инфекции, вызываемые патогенами растений.

Структуры, которые помогают растениям предотвращать заболевание: кутикулярный слой, клеточные стенки и замыкающие клетки устьиц. Они действуют как барьер для предотвращения проникновения патогенов в растение-хозяин.

Как только болезни преодолевают эти барьеры, рецепторы растений инициируют сигнальные пути для создания молекул, которые конкурируют с чужеродными молекулами. На эти пути влияют и запускают гены в растении-хозяине, и они чувствительны к манипуляциям с помощью генетической селекции для создания разновидностей растений, устойчивых к деструктивным патогенам.[20]

Управление

Дальнейшая информация: Борьба с вредителями и Антагонизм (фитопатология)
Карантин
Больной участок растительности или отдельные растения можно изолировать от других здоровых растений. Образцы могут быть уничтожены или перемещены в теплицу для обработки или изучения. Другой вариант - избежать интродукции вредных неместных организмов, контролируя весь трафик и деятельность людей (например, AQIS ), хотя законодательство и правоприменение имеют решающее значение для обеспечения долговременной эффективности.
Культурный
В некоторых обществах земледелие ведется в небольших масштабах, за ними ухаживают народы, культура которых включает в себя традиции земледелия, уходящие корнями в древние времена. (Примером таких традиций может быть обучение на протяжении всей жизни технике террасирования участка, прогнозирования погоды и реагирования на нее, внесения удобрений, прививки, ухода за семенами и специального садоводства.) Растения, за которыми пристально следят, часто получают выгоду не только от активной внешней защиты, но и от большей общая бодрость. Хотя это примитивно в смысле того, что это наиболее трудоемкое решение, там, где это практично или необходимо, его более чем достаточно.
Устойчивость растений
Сложные сельскохозяйственные разработки теперь позволяют производителям выбирать среди систематически скрещиваемых видов, чтобы обеспечить максимальную выносливость своих культур в соответствии с патологическим профилем конкретного региона. Селекционные методы совершенствовались на протяжении веков, но с появлением генетических манипуляций стал возможен даже более тонкий контроль свойств иммунитета сельскохозяйственных культур. Однако создание пищевых растений может быть менее выгодным, поскольку более высокая производительность часто компенсируется распространенным подозрением и негативным мнением об этом «вмешательстве» в природу.
Химическая
(Видеть: применение пестицидов ) Многие природные и синтетические соединения могут использоваться для борьбы с вышеуказанными угрозами. Этот метод работает путем прямого уничтожения болезнетворных организмов или ограничения их распространения; однако было показано, что это имеет слишком широкий эффект, как правило, чтобы быть полезным для местной экосистемы. С экономической точки зрения все природные добавки, кроме простейших, могут лишить продукт статуса «органического», потенциально снижая ценность урожая.
Биологические
Севооборот может быть эффективным средством предотвращения укоренения паразитической популяции, поскольку организм, поражающий листья, будет голоден, когда листовая культура будет заменена клубневой и т. д. Могут существовать другие средства подрыва паразитов без непосредственного нападения на них.
Интегрированный
Использование двух или более из этих методов в комбинации дает более высокие шансы на эффективность.

История

Дальнейшая информация: Хронология патологии растений

Патология растений возникла с древних времен, начиная с Теофраст, но научные исследования начались в Ранний модерн период с изобретением микроскоп, и разработан в 19 веке.[21]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Агриос Г. Н. (1972). Патология растений (3-е изд.). Академическая пресса.
  2. ^ Martinelli F, Scalenghe R, Davino S, Panno S, Scuderi G, Ruisi P, Villa P, Stroppiana D, Boschetti M, Goulart LR, Davis CE (январь 2015 г.). «Современные методы выявления болезней растений. Обзор» (PDF). Агрономия в интересах устойчивого развития. 35 (1): 1–25. Дои:10.1007 / s13593-014-0246-1. S2CID  18000844.
  3. ^ а б c Дэвис Н. (9 сентября 2009 г.). «Расшифрован геном ирландского возбудителя картофельного голода». Хаас и др.. Широкий институт Массачусетского технологического института и Гарварда. Получено 24 июля 2012.
  4. ^ Камун С., Фурзер О, Джонс Дж. Д., Джудельсон Х. С., Али Г. С., Далио Р. Дж., Рой С. Г., Шена Л., Замбунис А., Панабьер Ф, Кэхилл Д., Руокко М., Фигейредо А., Чен XR, Халви Дж., Стэм Р., Ламур К. , Gijzen M, Tyler BM, Grünwald NJ, Mukhtar MS, Tomé DF, Tör M, Van Den Ackerveken G, McDowell J, Daayf F, Fry WE, Lindqvist-Kreuze H, Meijer HJ, Petre B, Ristaino J, Yoshida K, Birch PR, Govers F (май 2015). «Топ-10 патогенов оомицетов в молекулярной патологии растений» (PDF). Молекулярная патология растений. 16 (4): 413–34. Дои:10.1111 / mpp.12190. ЧВК  6638381. PMID  25178392.
  5. ^ Грюнвальд, Нью-Джерси, Госс Э.М., Press CM (ноябрь 2008 г.). «Phytophthora ramorum: патоген с чрезвычайно широким кругом хозяев, вызывающий внезапную гибель дуба на дубах и ожог ramorum на древесных декоративных растениях». Молекулярная патология растений. 9 (6): 729–40. Дои:10.1111 / J.1364-3703.2008.00500.X. ЧВК  6640315. PMID  19019002.
  6. ^ «Ученые обнаруживают, как смертельные грибковые микробы проникают в клетки-хозяева». (VBI) в филиалах Virginia Tech. Physorg. 22 июля 2010 г.. Получено 31 июля, 2012.
  7. ^ Джексон Р.В. (редактор). (2009). Патогенные бактерии растений: геномика и молекулярная биология. Caister Academic Press. ISBN  978-1-904455-37-0.
  8. ^ Burkholder WH (октябрь 1948 г.). «Бактерии как возбудители болезней растений». Ежегодный обзор микробиологии. 2 (1 т.): 389–412. Дои:10.1146 / annurev.mi.02.100148.002133. PMID  18104350.
  9. ^ «Исследовательская группа раскрывает уловки торговли томатными патогенами». Virginia Tech. 2011 г.
  10. ^ Кример Р., Хаббл Х, Льюис А. (май 2005 г.). «Куртовирусная инфекция перца чили в Нью-Мексико». Болезнь растений. 89 (5): 480–486. Дои:10.1094 / ПД-89-0480. PMID  30795425.
  11. ^ Huynh BL, Matthews WC, Ehlers JD, Lucas MR, Santos JR, Ndeve A, Close TJ, Roberts PA (январь 2016 г.). «Главный QTL, соответствующий локусу Rk устойчивости к узловатым нематодам у вигны (Vigna unguiculata L. Walp.)». ТЕГ. Теоретическая и прикладная генетика. Theoretische und Angewandte Genetik. 129 (1): 87–95. Дои:10.1007 / s00122-015-2611-0. ЧВК  4703619. PMID  26450274.
  12. ^ Янкявичюс Дж. В., Итов-Янкявичюс С., Маеда Л. А., Кампанер М., Кончон И., Кармо Дж. Б., Дутра-Менезес М. С., Менезес Дж. Р., Камарго Е. П., Ройтман И., Трауб-Чекё Ю. М. (1988). "Ciclo biológico de Фитомонады" [Биологический цикл Фитомонады]. Memórias do Instituto Oswaldo Cruz (на португальском). 83: 601–10. Дои:10.1590 / S0074-02761988000500073. PMID  3253512.
  13. ^ Ма, Винбо (28 марта 2011 г.). «Как растения борются с болезнями? Новое исследование патологов из Калифорнийского университета в Риверсайде предлагает ключ к разгадке».. Калифорнийский университет в Риверсайд.
  14. ^ «1-я крупномасштабная карта белковой сети растений, посвященная эволюции, процессу болезни». Институт рака Дана-Фарбер. 29 июля 2011 г. Архивировано с оригинал 12 мая 2012 г.. Получено 24 июля 2012.
  15. ^ Mendgen K, Hahn M, Deising H (сентябрь 1996 г.). «Морфогенез и механизмы проникновения патогенных грибов растений». Ежегодный обзор фитопатологии. 34 (1): 367–86. Дои:10.1146 / annurev.phyto.34.1.367. PMID  15012548.
  16. ^ «Американское фитопатологическое общество». Американское фитопатологическое общество. Получено 2019-03-26.
  17. ^ «Великий голод (Ирландия)», Википедия, 2019-03-25, получено 2019-03-26
  18. ^ «Болезнь голландского вяза», Википедия, 2019-02-17, получено 2019-03-26
  19. ^ «Каштановый упадок», Википедия, 2019-02-12, получено 2019-03-26
  20. ^ Андерсен Э.Дж., Али С., Бьямукама Э., Йен Й., депутат Непала (июль 2018 г.). «Механизмы устойчивости растений к болезням». Гены. 9 (7): 339. Дои:10.3390 / гены9070339. ЧВК  6071103. PMID  29973557.
  21. ^ Aisnworth GC (1981). Введение в историю патологии растений. Издательство Кембриджского университета. ISBN  978-0-521-23032-2.

внешняя ссылка