Войти
Эпидемиология болезней растений - это изучение болезней в популяциях растений. Подобно болезням человека и других животных, болезни растений возникают из-за патогенов, таких как бактерии, вирусы, грибки, оомицеты, нематоды, фитоплазмы, простейшие и растения-паразиты. Эпидемиологи болезней растений стремятся понять причины и последствия болезней и разработать стратегии вмешательства в ситуациях, когда может произойти потеря урожая. Деструктивные и неразрушающие методы используются для выявления болезней растений. Кроме того, понимание ответов иммунной системы растений принесет дополнительную пользу и ограничит потери урожая. Обычно успешное вмешательство приводит к достаточно низкому уровню заболевания, чтобы быть приемлемым, в зависимости от ценности урожая.
Эпидемиология болезней растений часто рассматривается с мультидисциплинарного подхода, требующего биологических, статистических, агрономических и экологических перспективы. Биология необходима для понимания патогена и его жизненного цикла. Это также необходимо для понимания физиологии урожая и того, как патоген отрицательно влияет на него. Агрономические методы часто влияют на заболеваемость в лучшую или в худшую сторону. Экологические влияния многочисленны. Местные виды растений могут служить резервуаром для патогенов, вызывающих заболевания сельскохозяйственных культур. Статистические модели часто применяются для обобщения и описания сложности эпидемиологии болезней растений, чтобы можно было легче понять процессы болезни. Например, сравнение моделей развития болезни для различных болезней, сортов, стратегий управления или условий окружающей среды может помочь в определении того, как лучше всего управлять болезнями растений. Политика может влиять на возникновение заболеваний посредством таких действий, как ограничение импорта из источников, где возникает болезнь.
В 1963 году Дж. Э. ван дер Планк опубликовал "Болезни растений: эпидемии и борьба", основополагающий труд, который создал теоретическую основу для изучения эпидемиологии болезней растений. Эта книга представляет собой теоретическую основу, основанную на экспериментах с множеством различных систем патогенов-хозяев, и быстро продвинула изучение эпидемиологии болезней растений, особенно грибковых патогенов на листьях. Используя эту структуру, мы можем теперь смоделировать и определить пороговые значения для эпидемий, которые происходят в однородной среде, такой как поле монокультурных культур.
Эпидемии болезней растений могут привести к огромным потерям урожая посевы также угрожают уничтожить весь вид, как, например, в случае голландской болезни вяза и может произойти с внезапной смертью дуба. Эпидемия фитофтороза картофеля, вызванная Phytophthora infestans, привела к Великому ирландскому голоду и гибели многих людей.
Обычно элементами эпидемии являются называемый «треугольником болезни»: восприимчивый хозяин, патоген и благоприятная среда. Чтобы болезнь возникла, должны присутствовать все эти три фактора. Ниже приведена иллюстрация этого момента. Там, где встречаются все три элемента, возникает болезнь. Четвертый элемент, отсутствующий в этой иллюстрации для возникновения эпидемии, - это время. Пока присутствуют все три этих элемента, болезнь может инициироваться, эпидемия возникнет только в том случае, если все три будут присутствовать. Однако любой из трех может быть исключен из уравнения. Хозяин может превзойти восприимчивость, например, в случае устойчивости взрослого растения к высоким температурам, окружающая среда меняется и не способствует тому, что патоген вызывает заболевание, или патоген контролируется, например, с помощью фунгицида.
Иногда добавляется четвертый фактор время, поскольку время, когда происходит конкретная инфекция, и продолжительность времени, в течение которого условия остаются жизнеспособными для этой инфекции, также могут играть важную роль в эпидемиях.. Возраст растений также может иметь значение, поскольку некоторые виды изменяют свой уровень устойчивости к болезням по мере созревания; в процессе, известном как онтогенная резистентность.
Если не соблюдаются все критерии, например, присутствует восприимчивый хозяин и патоген, но окружающая среда не способствует заражению патогеном и возникновению болезни, болезнь не может происходят. Например, кукурузу сажают на поле с остатками кукурузы, на котором есть гриб Cercospora zea-maydis, возбудитель серой пятнистости кукурузы, но если погода слишком сухая и нет листьев влажность споры грибка в остатке не могут прорасти и инициировать инфекцию.
Аналогично, разумно, если хозяин восприимчив и окружающая среда благоприятствует развитию болезни, но патоген отсутствует, значит, нет болезни. В приведенном выше примере кукуруза высаживается на вспаханное поле, где нет остатков кукурузы с грибком Cercospora zea-maydis, возбудителем серой пятнистости кукурузы, присутствует, но погода означает продолжительные периоды из-за влажности листьев заражение не начинается.
Когда патогену требуется переносчик для распространения, тогда для возникновения эпидемии переносчик должен быть многочисленным и активным.
Изображение треугольника болезней растений
Патогены вызывают моноциклические эпидемии с низким коэффициентом рождаемости и коэффициентом смертности, то есть у них только одна инфекция цикл за сезон. Они типичны для болезней, передаваемых через почву, таких как Fusarium wilt льна. Полициклические эпидемии вызываются патогенами, способными к нескольким циклам заражения за сезон. Чаще всего они вызываются болезнями, передающимися воздушно-капельным путем, такими как мучнистая роса. Бимодальные полициклические эпидемии также могут возникать. Например, в коричневой гнили косточковых соцветия и плоды заражены в разное время.
Для некоторых болезней важно учитывать возникновение болезни в течение нескольких вегетационных сезонов, особенно при выращивании культур в монокультуре год за годом или выращивании многолетних растений. Такие условия могут означать, что инокулят, произведенный в один сезон, может быть перенесен в следующий, что приведет к накоплению инокулята с годами. В тропиках нет четких перерывов между вегетационными сезонами, как в регионах с умеренным климатом , и это может привести к накоплению инокулята.
Эпидемии, возникающие в этих условиях, называются полиетическими эпидемиями и могут быть вызваны как моноциклическими, так и полициклическими патогенами. Мучнистая роса яблони является примером полиэтиологической эпидемии, вызванной полициклическим патогеном, а болезнь голландского вяза - полиэтиологической эпидемией, вызванной моноциклическим патогеном.
Есть много разных способов определить болезнь как деструктивно, так и недеструктивно. Чтобы понять причину, последствия и вылечить болезнь, более предпочтителен неразрушающий метод. Это методы, при которых подготовка образцов и / или повторяющиеся процессы не являются необходимыми для измерения и наблюдения за состоянием здоровья растений. Неразрушающие методы могут включать обработку изображений, визуализацию, спектроскопию и дистанционное зондирование.
Фотография, цифровые изображения и технологии анализа изображений - полезные инструменты для настройки обработки изображений. Ценные данные извлекаются из этих изображений, а затем анализируются на предмет заболеваний. Но до того, как произойдет какой-либо анализ, получение изображения - это первый шаг. И в рамках этого шага есть три этапа. Во-первых, это энергия, которая является источником света от интересующего объекта. Во-вторых, это оптическая система, такая как камера, для фокусировки энергии. В-третьих, это энергия, измеряемая датчиком. Чтобы продолжить обработку изображения, есть предварительный процесс, в котором можно убедиться, что в анализе отсутствуют такие факторы, как фон, размер, форма листа, свет и эффекты камеры. После предварительной обработки используется сегментация изображения, чтобы разделить изображение между областями с заболеванием и без него. В этих изображениях есть особенности цвета, текстуры и формы, которые можно извлечь и использовать для анализа. В совокупности эта информация может помочь классифицировать заболевания.
Основанные на визуализации подходы к обнаружению включают два основных метода: флуоресцентную визуализацию и гиперспектральную визуализацию. Флуоресцентная визуализация помогает определить метаболические условия растения. Для этого используется инструмент, который освещает хлорофилловый комплекс растения. Для получения отраженных изображений используется гиперспектральная визуализация. Такие методы заключаются в расхождении спектральной информации (SID), где можно оценить спектральную отражательную способность, глядя на диапазоны длин волн.
Еще одним неразрушающим подходом является спектроскопия. Здесь задействованы электромагнитный спектр и материя. Различают видимую и инфракрасную спектроскопию, флуоресцентную спектроскопию и электроимпедансную спектроскопию. Каждая спектроскопия дает информацию, включая типы энергии излучения, типы материалов, характер взаимодействия и т. Д.
Наконец, последний неразрушающий подход - это применение дистанционного зондирования для лечения болезней растений. Здесь данные получают без необходимости находиться рядом с растением во время наблюдения. Дистанционное зондирование бывает гиперспектральным и мультиспектральным. Гиперспектральный помогает обеспечить высокое спектральное и пространственное разрешение. Мультиспектральное дистанционное зондирование позволяет определить серьезность заболевания.
Растения могут проявлять множество признаков или физических признаков грибковых, вирусных или бактериальных инфекций. Это может быть как ржавчина или плесень, так и отсутствие каких-либо проявлений, когда патоген вторгается в растение (встречается при некоторых вирусных заболеваниях растений). Симптомы, которые являются видимым воздействием болезней на растение, состоят в изменении цвета, формы или функции. Эти изменения растений согласуются с их реакцией на патогены или чужеродные организмы, которые негативно влияют на их систему. Хотя у растений нет клеток, которые могут двигаться и бороться с чужеродными организмами, и у них нет соматической адаптивной иммунной системы, они имеют врожденный иммунитет каждой клетки и системные сигналы и зависят от него.
В ответах на При инфекциях растения имеют врожденную иммунную систему с двумя ветвями. Первая ветвь должна распознавать молекулы, которые похожи на классы микробов, включая непатогены, и реагировать на них. С другой стороны, вторая ветвь отвечает на факторы вирулентности патогенов, прямо или косвенно, по отношению к хозяину.
Рецепторы распознавания образов (PRR) активируются распознаванием патогенов или молекулярных паттернов, связанных с микробами, известных как PAMPs или MAMPs. Это приводит к иммунитету, запускаемому PAMP или иммунитету, запускаемому паттерном (PTI), где PRR вызывают внутриклеточную передачу сигналов, транскрипционное репрограммирование и биосинтез сложного выходного ответа, который снижает колонизацию.
Кроме того, гены R также известны как Иммунитет, запускаемый эффектором, активируется специфическими «эффекторами» патогенов, которые могут вызвать сильный антимикробный ответ. И PTI, и ETI способствуют защите растений за счет активации DAMP, который представляет собой соединения, связанные с повреждением. Клеточные изменения или изменения в экспрессии генов активируются посредством стробирования ионных каналов, окислительного взрыва, клеточных окислительно-восстановительных изменений или каскадов протеинкиназы через рецепторы PTI и ETI.
