Växtsjukdomsepidemiologi

Växtsjukdomsepidemiologi är studiet av sjukdomar i växtpopulationer. Ungefär som sjukdomar hos människor och andra djur, uppstår växtsjukdomar på grund av patogener som bakterier , virus , svampar , oomyceter , nematoder , fytoplasmer , protozoer och parasitiska växter . Växtsjukdomsepidemiologer strävar efter en förståelse för orsaken och effekterna av sjukdomar och utvecklar strategier för att ingripa i situationer där skördeförluster kan inträffa. Destruktiva och icke-förstörande metoder används för att upptäcka sjukdomar hos växter. Dessutom kommer förståelsen av immunsystemets svar i växter att ytterligare gynna och begränsa förlusten av grödor. Ett typiskt framgångsrikt ingripande leder till en tillräckligt låg sjukdomsnivå för att vara acceptabel, beroende på grödans värde.

Växtsjukdomsepidemiologi betraktas ofta från ett multidisciplinärt tillvägagångssätt som kräver biologiska , statistiska , agronomiska och ekologiska perspektiv. Biologi är nödvändigt för att förstå patogenen och dess livscykel. Det är också nödvändigt för att förstå grödans fysiologi och hur patogenen påverkar den negativt. Agronomiska metoder påverkar ofta sjukdomsincidensen på gott och ont. De ekologiska influenserna är många. Inhemska växtarter kan fungera som reservoarer för patogener som orsakar sjukdomar i grödor. Statistiska modeller används ofta för att sammanfatta och beskriva komplexiteten i växtsjukdomsepidemiologi, så att sjukdomsprocesser lättare kan förstås. Till exempel kan jämförelser mellan mönster av sjukdomsframsteg för olika sjukdomar, sorter, hanteringsstrategier eller miljömiljöer hjälpa till att avgöra hur växtsjukdomar bäst kan hanteras. Politik kan vara inflytelserik när det gäller uppkomsten av sjukdomar, genom åtgärder som begränsningar av import från källor där en sjukdom uppstår.

1963 publicerade JE van der Plank "Plant Diseases: Epidemics and Control", ett verk som skapade en teoretisk ram för studiet av växtsjukdomarnas epidemiologi. Den här boken tillhandahåller ett teoretiskt ramverk baserat på experiment i många olika värdpatogensystem och förde snabbt studiet av växtsjukdomsepidemiologi framåt, särskilt för svampbladspatogener. Med hjälp av detta ramverk kan vi nu modellera och bestämma trösklar för epidemier som äger rum i en homogen miljö som ett monokulturellt odlingsfält.

Inslag av en epidemi

Sjukdomsepidemier i växter kan orsaka enorma förluster i skörden och hotar att utplåna en hel art som var fallet med holländsk almsjuka och kan inträffa vid plötslig ekdöd . En epidemi av potatisblommor, orsakad av Phytophthora infestans , ledde till den stora irländska svälten och förlorade många liv.

Vanligtvis kallas elementen för en epidemi som "sjukdomstriangeln": en mottaglig värd, patogen och befrämjande miljö. För att en sjukdom ska uppstå måste alla dessa tre vara närvarande. Nedan är en illustration av denna punkt. Där alla tre saker möts finns det en sjukdom. Det fjärde elementet som saknas i denna illustration för att en epidemi ska inträffa är tid. Så länge som alla tre av dessa element är närvarande sjukdom kan initiera, kommer en epidemi bara att uppstå om alla tre fortsätter att vara närvarande. Vem som helst av de tre kan dock tas bort från ekvationen. Värden kan växa ur mottagligheten, eftersom med hög temperatur resistens hos vuxna växter, miljön förändras och inte bidrar till att patogenen orsakar sjukdom, eller så kontrolleras patogenen till exempel genom en svampdödande applikation.

Ibland läggs en fjärde faktor till eftersom tidpunkten då en viss infektion inträffar , och hur länge förhållanden förblir livskraftiga för den infektionen, kan också spela en viktig roll vid epidemier. Växtarternas ålder kan också spela en roll, eftersom vissa arter ändrar sin nivå av sjukdomsresistens när de mognar; i en process som kallas ontogen resistens.

Om alla kriterier inte är uppfyllda, såsom en mottaglig värd och patogen är närvarande, men miljön inte bidrar till att patogenen infekterar och orsakar sjukdom, kan en sjukdom inte uppstå. Till exempel planteras majs på ett fält med majsrester som har svampen Cercospora zea-maydis , orsaksmedlet för gråbladsfläckar på majs, men om vädret är för torrt och det inte finns någon bladväta, svampens sporer i resterna kan inte gro och initiera infektion.

Likaså är det självklart om värden är mottaglig och miljön gynnar utvecklingen av sjukdom men patogenen inte är närvarande, det finns ingen sjukdom. Med exemplet ovan planteras majsen på ett plöjt fält där det inte finns några majsrester med svampen Cercospora zea-maydis , orsaksmedlet för Grå bladfläckar av majs, närvarande men vädret innebär långa perioder av bladväta, det finns ingen infektion påbörjad.

När en patogen kräver att en vektor sprids måste vektorn vara riklig och aktiv för att en epidemi ska inträffa.

  • Plant disease triangle illustration

    Växtsjukdom triangel illustration

Typer av epidemier

Patogener orsakar monocykliska epidemier med låg födelse- och dödsfrekvens , vilket innebär att de bara har en infektionscykel per säsong. De är typiska för jordburna sjukdomar som Fusarium visnesjuka av lin . Polycykliska epidemier orsakas av patogener som klarar av flera infektionscykler per säsong. De orsakas oftast av luftburna sjukdomar som mjöldagg . Bimodala polycykliska epidemier kan också förekomma. Till exempel, i brunröta av stenfrukter blommorna och frukterna infekteras vid olika tidpunkter .

För vissa sjukdomar är det viktigt att ta hänsyn till sjukdomens förekomst under flera växtsäsonger, speciellt om man odlar grödorna i monokultur år efter år eller odlar fleråriga växter . Sådana förhållanden kan innebära att inokulatet som produceras under en säsong kan föras över till nästa vilket leder till en uppbyggnad av inokulum under åren. I tropikerna finns det inga tydliga avbrott mellan växtsäsongerna som det är i tempererade områden och detta kan leda till ansamling av inokulum.

Epidemier som uppstår under dessa förhållanden kallas polyetiska epidemier och kan orsakas av både monocykliska och polycykliska patogener. Äppelmjöldagg är ett exempel på en polyetisk epidemi orsakad av en polycyklisk patogen och holländsk almsjuka en polyetisk epidemi som orsakas av en monocyklisk patogen.

Upptäcka sjukdomar

Det finns många olika sätt att upptäcka en sjukdom både destruktivt och icke-destruktivt. För att förstå orsaken, effekterna och bota en sjukdom är den oförstörande metoden mer gynnsam. Det är tekniker där provberedning och/eller repetitiva processer inte är nödvändiga för att mäta och observera växternas hälsa. Icke-förstörande tillvägagångssätt kan inkludera bildbehandling, avbildningsbaserad, spektroskopibaserad och fjärranalys.

Fotografering, digital bildbehandling och bildanalysteknik är användbara verktyg för bildbehandling. Värdefull data extraheras från dessa bilder och analyseras sedan för sjukdomar. Men innan någon analys sker är bildinsamling det första steget. Och inom detta steg innehåller tre steg. För det första är energi som är ljuskällan för belysning från föremålet av intresse. För det andra är det optiska systemet som en kamera för att fokusera på energin. För det tredje är energin som mäts av sensorn. För att fortsätta med bildbehandlingen finns det en förprocess där man kan försäkra sig om att det inte finns några faktorer som bakgrund, storlek, bladform, ljus och kameran påverkar analysen. Efter förprocessen används bildsegmentering för att dela bilden mellan regioner av sjukdom och icke-sjukdom. I dessa bilder finns drag av färg, textur och form som kan extraheras och användas för analysen. Sammantaget kan denna information hjälpa till att klassificera sjukdomarna.

Avbildningsbaserade metoder för detektion har två huvudmetoder, fluorescensavbildning och hyperspektral avbildning. Fluorescensavbildning hjälper till att identifiera växtens metaboliska tillstånd. För att göra det används ett verktyg för att presentera ljus på växtens klorofyllkomplex. Hyperspektral avbildning används för att få reflekterade bilder. Sådana metoder består av spektral informationsdivergens (SID) där den kan bedöma den spektrala reflektansen genom att titta på våglängdsband.

En annan oförstörande metod är spektroskopi. Det är här det elektromagnetiska spektrumet och materia blir inblandade. Det finns synlig och infraröd spektroskopi, fluorescensspektroskopi och elektrisk impedansspektroskopi. Varje spektroskopi ger information inklusive typer av strålningsenergi, typer av material, typ av interaktion och mer.

Slutligen är det sista icke-förstörande tillvägagångssättet tillämpningen av fjärranalys vid växtsjukdomar. Det är här data erhålls utan att behöva vara med anläggningen medan du observerar. Det finns hyperspektral och multispektral inom fjärranalys. Hyperspektral hjälper till att ge hög spektral och rumslig upplösning. Multispektral fjärranalys visar hur allvarlig sjukdomen är.

Från och med 2015 finns ett behov av ytterligare utveckling av antikropps- och molekylmarkörtester för nya patogener och förekomst av kända patogener i nya värdar, och även ett behov av ytterligare global integrering av karantän och övervakning .

Immunförsvar

Växter kan visa många tecken eller fysiska tecken på svamp-, virus- eller bakterieinfektioner. Detta kan sträcka sig från rost eller mögel till att inte visa något alls när en patogen invaderar växten (förekommer i vissa virussjukdomar hos växter). Symtom som är synliga effekter av sjukdomar på växten består av förändringar i färg, form eller funktion. Dessa förändringar i växten koordinerar med deras svar på patogener eller främmande organismer som påverkar deras system negativt. Även om växter inte har celler som kan röra sig och bekämpa främmande organismer och de inte har ett somatiskt adaptivt immunsystem, har de och är beroende av medfödd immunitet hos varje cell och på systemiska signaler.

Som svar på infektioner har växter ett tvågrenat medfött immunsystem. Den första grenen måste känna igen och svara på molekyler som liknar klasser av mikrober, detta inkluderar icke-patogener. Å andra sidan svarar den andra grenen på patogena virulensfaktorer, antingen direkt eller indirekt på värden.

Mönsterigenkänningsreceptorer (PRR) aktiveras genom igenkänning av patogener eller mikrobiella associerade molekylära mönster som kallas PAMPs eller MAMPs. Dessa leder till PAMP-utlöst immunitet eller mönsterutlöst immunitet (PTI) där PRR orsakar intracellulär signalering, transkriptionell omprogrammering och biosyntes av ett komplext outputsvar som minskar koloniseringen.

Dessutom aktiveras R-gener, även känd som Effector-Triggered Immunity, av specifika patogena "effektorer" som kan utlösa ett starkt antimikrobiellt svar. Både PTI och ETI hjälper till med växtförsvar genom aktivering av DAMP som är Damage-associated Compounds. Cellulära förändringar eller förändringar i genuttryck aktiveras genom jonkanalsstyrning, oxidativ burst, cellulära redoxförändringar eller proteinkinaskaskader genom PTI- och ETI-receptorer.

Påverkan

Till och med 2013 hade invasiva trädsjukdomar dödat cirka 100 miljoner almar tillsammans i Storbritannien och USA och 3,5 miljarder amerikanska kastanjeträd .

Se även

Vidare läsning

Gröda sjukdomsepidemiologi

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Plant_disease_epidemiology&oldid=1142347089 "