Эпидемиология болезни растений

Эпидемиология заболевания растений - это изучение заболевания в популяциях растений. Подобно заболеваниям людей и других животных, заболевания растений возникают из -за патогенных микроорганизмов, таких как бактерии , вирусы , грибы , оомицеты , нематоды , фитоплазмы , простейшие и паразитические растения . ^{[ 1 ]} Эпидемиологи заболевания растений стремятся к пониманию причины и последствий заболевания и разрабатывают стратегии для вмешательства в ситуации, когда могут возникнуть потери урожая. Разрушительные и неразрушающие методы используются для обнаружения заболеваний в растениях. Кроме того, понимание ответов иммунной системы на растениях принесет пользу и ограничит потерю сельскохозяйственных культур. Обычно успешное вмешательство приведет к тому, что достаточно низкий уровень заболевания будет приемлемым, в зависимости от значения урожая.

Эпидемиология болезни растений часто рассматривается с междисциплинарного подхода, требующего биологического , статистического , агрономического и экологического перспективы. Биология необходима для понимания патогена и его жизненного цикла. Это также необходимо для понимания физиологии урожая и того, как патоген негативно влияет на него. Агрономическая практика часто влияет на заболеваемость в лучшем или худшем. Экологические влияния многочисленны. Местные виды растений могут служить резервуарами для патогенных микроорганизмов, которые вызывают заболевание в культурах. Статистические модели часто применяются, чтобы суммировать и описать сложность эпидемиологии заболевания растений, так что процессы заболевания могут быть более легко поняты. ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]} Например, сравнение между моделями прогресса заболеваний для различных заболеваний, сортов, стратегий управления или окружающей среды может помочь в определении того, как лучше всего управлять заболеваниями растений. Политика может оказать влияние на возникновение заболеваний, благодаря таким действиям, как ограничения на импорт из источников, где происходит заболевание.

В 1963 году Je van der Plank опубликовал «Болезни растений: эпидемии и контроль», обеспечивая теоретическую основу для изучения эпидемиологии заболеваний растений. ^{[ 4 ]} Эта книга содержит теоретическую основу, основанную на экспериментах во многих различных системах патогенов хозяина и быстро перенесла изучение эпидемиологии болезни растений, особенно для грибковых лидеров. Используя эту структуру, теперь мы можем моделировать и определять пороговые значения для эпидемий, которые происходят в однородной среде, такой как монокультурное поле. ^{[ 4 ]}

Элементы эпидемии

Эпидемии заболевания в растениях могут привести к огромным потерям урожая культур, а также угрожая уничтожить целый вид, такой как это было в случае с голландским заболеванием Вне , и может произойти с внезапной смертью в дуба . Эпидемия картофельного позднего гнилы, вызванная фитофторойскими инфестанами , привела к великому ирландскому голоду и потерь многих жизней. ^{[ 5 ]}

Обычно элементы эпидемии называются «треугольником заболевания»: восприимчивым хозяином, патогеном и благоприятной средой. ^{[ 1 ]}^{[ страница необходима ]} Для возникновения заболевания все три из них должны присутствовать. Ниже приведена иллюстрация этой точки. Где все три предмета встречаются, есть болезнь. Четвертый элемент, отсутствующий в этой иллюстрации для возникновения эпидемии, является временем. Пока все три из этих элементов могут инициировать болезнь, эпидемия будет происходить только в том случае, если все три будут продолжаться. Любой из трех может быть удален из уравнения. Хозяин может превзойти восприимчивость, как при высокотемпературной устойчивости к взрослым, ^{[ 6 ]} Окружающая среда изменяется и не способствует патогену, чтобы вызвать заболевание, или патоген контролируется с помощью применения фунгицида.

Иногда четвертый фактор времени добавляется как время, в которое происходит конкретная инфекция, и продолжительность условий времени остается жизнеспособным для этой инфекции, также может играть важную роль в эпидемиях. ^{[ 1 ]}^{[ страница необходима ]} Возраст видов растений также может играть роль, так как некоторые виды изменяются в уровнях устойчивости к заболеваниям по мере их созревания; в процессе, известном как онтогенный устойчивость. ^{[ 1 ]}

Если все критерии не соответствуют, например, как восприимчивый хозяин и патоген, но окружающая среда не способствует инфицированию патогена и вызывает заболевания, болезнь не может возникнуть. Например, кукуруза сажается в поле с остатками кукурузы, в котором грибка Cercospora Zea-Maydis , причинный агент серого листа кукурузы, но если погода слишком сухая, и нет листовой влажности, споры гриба В остатках не может прорастать и инициировать инфекцию. ^{[ Цитация необходима ]}

Аналогичным образом, если хозяин восприимчив, а окружающая среда способствует развитию заболевания, но патоген нет, заболевания нет. Приведенный выше пример, кукуруза сажается в вспаханное поле, где нет остатков кукурузы с грибом Cercospora Zea-Maydis , причинным агентом серого пятна листьев кукурузы, но погода означает длительные периоды влажности листьев, есть Инфекция не инициирована.

Когда патоген требует распространения вектора, а затем для эпидемии вектор должен быть обильным и активным.

Иллюстрация треугольника растений

Типы эпидемий

Патогенные микроорганизмы вызывают моноциклические эпидемии с низким уровнем рождаемости и смертностью , что означает, что они имеют только один цикл инфекции за сезон. Они типичны для почвенных заболеваний, таких как Fusarium увязнуть льна . Полициклические эпидемии вызваны патогенами, способными к нескольким инфекционным циклам в сезон. Они чаще всего вызваны воздушными заболеваниями, такими как мучнистая роса . Бимодальные полициклические эпидемии также могут возникнуть. Например, в коричневой гниле каменных фруктов цветы фрукты и . заражены в разное время ^{[ Цитация необходима ]}

Для некоторых заболеваний возникает возникновение заболевания в течение нескольких вегетационных времен, особенно если выросли урожая в монокультурности год за годом или растущие многолетние растения . Такие условия могут означать, что инокулят, произведенный за один сезон, может быть перенесен к следующему, что приводит к наращиванию за эти годы, особенно в тропиках , где между сезонами не было четких перерывов. ^{[ Цитация необходима ]}

Эпидемии в этих условиях называются полиотичными ; Они могут быть вызваны как моноциклическими, так и полициклическими патогенами. Абпетная мучнистая роса является примером полиэтической эпидемии, вызванной полициклическим патогеном; Голландское заболевание Вяза. Полиоэтическая эпидемия, вызванная моноциклическим патогеном.

Обнаружение болезней

Существует много разных способов обнаружения болезни как деструктивно, так и неразрушающего. Чтобы понять причину, воздействие и лечение от заболевания, неразрушающий метод является более благоприятным. Это методы, в которых процессы подготовки образца и/или повторяющиеся процессы не являются необходимыми для измерения и наблюдения за состояниями здоровья растений. ^{[ 7 ]} Неразрушающие подходы могут включать обработку изображений, на основе визуализации, на основе спектроскопии и дистанционное зондирование.

Фотография, цифровая визуализация и технология анализа изображений являются полезными инструментами для настройки для обработки изображений. Ценные данные извлекаются из этих изображений, а затем анализируются на предмет заболеваний. Но до того, как пройдет какой -либо анализ, получение изображения является первым шагом. И внутри этого шага содержится три этапа. Во -первых, это энергия, которая является источником света освещения от объекта интереса. Во -вторых, это оптическая система, такая как камера, чтобы сосредоточиться на энергии. В -третьих, это энергия, измеренная датчиком. Чтобы продолжить обработку изображений, существует предварительный процесс, в котором можно убедиться, что нет таких факторов, как фон, размер, форма оставления, свет и камера. используется для разделения изображения между областями заболевания и без дизаза. На этих изображениях есть особенности цвета, текстуры и формы, которые можно извлечь и использовать для анализа. ^{[ 7 ]}

Подходы на основе визуализации для обнаружения имеют два основных метода: флуоресцентная визуализация и гиперспектральная визуализация. Флуоресцентная визуализация помогает идентифицировать метаболические условия растения. Для этого инструмент используется для представления света на комплекс хлорофилла растения. ^{[ 7 ]} Гиперспектральная визуализация используется для получения отраженных изображений. Такие методы состоят из дивергенции спектральной информации (SID), где она может оценить спектральную отражательную способность, рассматривая полосы длины волны. ^{[ 7 ]}

Другим неразрушающим подходом является спектроскопия. Именно здесь становится электромагнитное спектр и материя. Существуют видимая и инфракрасная спектроскопия, флуоресцентная спектроскопия и спектроскопия электрического импеданса. Каждая спектроскопия дает информацию, включая типы энергии радиации, типы материала, природу взаимодействия и многое другое. ^{[ 7 ]}

Наконец, последним неразрушающим подходом является применение дистанционного зондирования при заболеваниях растений. Вот где данные получаются без необходимости быть с заводом во время наблюдения. Существует гиперспектральное и мультиспектральное в дистанционном зондировании. Гиперспектральный помогает обеспечить высокое спектральное и пространственное разрешение. Многоспектральное дистанционное зондирование обеспечивает тяжесть заболевания. ^{[ 7 ]}

По состоянию на 2015 год ^[update] Существует необходимость в дальнейшей разработке антител - и молекулярных маркеров для новых патогенов и появления известных патогенов у новых хозяев, а также необходимость дальнейшей глобальной интеграции карантина и наблюдения . ^{[ 8 ]}

Иммунная система

Растения могут показывать много признаков или физических доказательств грибковых, вирусных или бактериальных инфекций. Это может варьироваться от ржавчин или плесени до вообще ничего не показывать, когда патоген вторгается в растение (встречается при некоторых вирусных заболеваниях у растений). ^{[ 9 ]} Симптомы, которые являются видимым воздействием заболеваний на растение, состоят из изменений цвета, формы или функции. ^{[ 9 ]} Эти изменения в растении координируются с их ответом на патогенные микроорганизмы или иностранные организмы, которые негативно влияют на их систему. Несмотря на то, что у растений нет клеток, которые могут перемещать и бороться с иностранными организмами, и у них нет соматической адаптивной иммунной системы, они имеют и зависят от врожденного иммунитета каждой клетки и от системных сигналов. ^{[ 10 ]}

В ответах на инфекции растения имеют двухпульрованную врожденную иммунную систему. Первая ветвь должна распознавать и реагировать на молекулы, похожие на классы микробов, это включает непатогены. ^{[ 11 ]} С другой стороны, вторая ветвь реагирует на факторы вирулентности патогена, прямо или косвенно на хозяина. ^{[ 11 ]}

Рецепторы распознавания паттернов (PRR) активируются путем распознавания патогенных или микробных молекулярных паттернов, известных как PAMPS или MAMP. Они приводят к иммунитету, вызванному PAMP, или иммунитетом, инициируемого паттерном (PTI), где PRR вызывает внутриклеточную передачу сигналов, транскрипционное перепрограммирование и биосинтез сложного выходного ответа, который уменьшает колонизацию. ^{[ 11 ]}

Кроме того, гены R, также известные как иммунитет, вызванный эффектором, активируется специфическими «эффекторами» патогена, которые могут вызвать сильный антимикробный ответ. ^{[ 11 ]} Как PTI, так и ETI помогают в защите растений посредством активации DEAM, что является связанным с повреждением соединений. ^{[ 11 ]} Клеточные изменения или изменения экспрессии генов активируются посредством стробирования ионных каналов, окислительного взрыва, клеточных окислительно -восстановительных изменений или каскадов протеинкиназы через PTI и ETI -рецепторы. ^{[ 11 ]}

Влияние

В течение 2013 года инвазивные породы деревьев погибли около 100 миллионов деревьев вязов в сочетании в Соединенном Королевстве и Соединенных Штатах и 3,5 миллиарда американских каштановых деревьев. ^{[ 12 ]}

Смотрите также

Ссылки

^ Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} Агриос, Джордж (2005). Патология растений . Академическая пресса. ISBN 978-0-12-044565-3 .
^ Арнесон, Пенсильвания (2001). «Эпидемиология болезни растений: временные аспекты» . Инструктор по здоровью растений . Американское фитопатологическое общество. doi : 10.1094/phi-a-2001-0524-01 (неактивный 2024-04-08). Архивировано из оригинала 2008-02-23. {{cite journal}}: CS1 Maint: doi неактивен с апреля 2024 года ( ссылка )
^ Мэдден, Лоуренс; Гарет Хьюз; Фрэнк Ван Ден Босч (2007). Изучение эпидемий болезни растений . Американское фитопатологическое общество. ISBN 978-0-89054-354-2 .
^ Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} Дрент, А. (2004). "Грибковые эпидемии - имеет ли значение пространственная структура?" Полем Новый фитолог . 163 (1). Blackwells: 4–7. doi : 10.1111/j.1469-8137.2004.01116.x . PMID 33873785 .
^ - Града, Кормак (2006) Великий голод Ирландии , Университетский колледж Дублин, 978-1-9045-5858-3 . , p 7
^ Шульц, Тр; Line, RF (1992). «Высокотемпературная, устойчивость к взрослым устойчивости к ржавчине пшеницы и воздействие на компоненты урожая». Агрономия Журнал . 84 (2). Американское общество агрономии : 170–175. Bibcode : 1992agrj ... 84..170s . doi : 10.2134/agronj1992.00021962008400020009x . S2CID 84879649 .
^ Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон Али, Маймуна Мохд; Батик, Нур Азиза; Мухади, Нур Атира; Мистер Юсуф, мистер Норизан; Гомес, Чандима (декабрь 2019 г.). «Неразрушающие методы обнаружения заболеваний растений: обзор». Физиологическая и молекулярная патология растений . 108 : 101426. DOI : 10.1016/j.pmpp.2019.101426 . S2CID 199635227 .
^ Bebber, Daniel P.; Гурр, Сара Дж. (2015). «Грибковые и патогенные микроорганизмы с разрубами по урожаю бросают вызов продовольственной безопасности». Грибная генетика и биология . 74 Академическая пресса : 62–64. doi : 10.1016/j.fgb.2014.10.012 . ISSN 1087-1845 . PMID 25459533 .
^ Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} «Признаки и симптомы заболевания растений: это грибковые, вирусные или бактериальные?» Полем Расширение МГУ . 19 декабря 2012 года . Получено 2020-06-10 .
^ «Болезнь растений: патогены и циклы» . Урожай . 2016-12-19 . Получено 2020-06-10 .
^ Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон Джонс, Джонатан Д.Г.; Дангл, Джеффри Л. (2006-11-16). «Иммунная система растений» . Природа . 444 (7117): 323–329. Bibcode : 2006natur.444..323J . doi : 10.1038/nature05286 . PMID 17108957 .
^ Фишер, Мэтью С.; Хенк, Даниэль. А.; Бриггс, Шерил Дж.; Браунштейн, Джон С.; Мэдофф, Лоуренс С.; МакКроу, Сара Л.; Гурр, Сара Дж. (2012). «Новые грибковые угрозы для здоровья животных, растений и экосистемы» . Природа . 484 (7393). Природная портфель : 186–194. Bibcode : 2012natur.484..186f . doi : 10.1038/nature10947 . ISSN 0028-0836 . PMC 3821985 . PMID 22498624 . S2CID 4379694 . (MCF Orcid 0000-0002-1862-6402 RID B-9094-2011 ). (Dah GS Abpv6myaaaaaj orcid 0000-0002-1142-3143 Publons 4361029 ). (CJB Rid F-7456-2013 ). (SJG Orcid 0000-0002-4821-0635 ) . Nihmsid 514851.

Дальнейшее чтение

Эпидемиология болезни сельскохозяйственных культур

Carvajal-Yepes, M.; Cardwell, K.; Нельсон, А.; Гаррет, Ка; Джовани, Б.; Сондерс, DGO; Kamoun, S.; Легг, JP; Вердье, v.; Лессель, Дж.; Нехер, Ра; День, Р.; Pardey, P.; Гуллино, ML; Записи, AR; Bextine, B.; Leach, Je; Стайгер, с.; Tohme, J. (2019-06-27). «Глобальная система наблюдения за заболеваниями сельскохозяйственных культур» . Наука . 364 (6447). Американская ассоциация по развитию науки (AAAS): 1237–1239. Bibcode : 2019sci ... 364.1237c . doi : 10.1126/science.aaw1572 . ISSN 0036-8075 . PMID 31249049 . S2CID 195750384 .

«Глобальная система наблюдения за сельскохозяйственными культурами, оплот против болезни» . Появляющийся институт патогенов . Университет Флориды . 2019-07-11 . Получено 2021-02-12 .

«Активность наблюдения за сельскохозяйственными заболеваниями» . Сельское хозяйство и еда . Западной Австралии Департамент первичной промышленности и регионального развития . Сельское хозяйство и продовольствие . 2020-05-07 . Получено 2021-02-12 .
Флетчер, Жаклин; Stack, James P. «Стратегии наблюдения §gustult Biosecurity: угрозы и воздействие для патогенов растений» . Книжная полка NCBI ( Национальный центр информации о биотехнологии ) . Национальная академическая пресса ( Национальная академия наук ) . Получено 2021-02-12 .

Внешние ссылки

Экология и эпидемиология в среде программирования R - модули открытого доступа, опубликованные в инструкторе по здоровью растений

[Agrios-1] Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} Агриос, Джордж (2005). Патология растений . Академическая пресса. ISBN 978-0-12-044565-3 .

[Arneson-2] Арнесон, Пенсильвания (2001). «Эпидемиология болезни растений: временные аспекты» . Инструктор по здоровью растений . Американское фитопатологическое общество. doi : 10.1094/phi-a-2001-0524-01 (неактивный 2024-04-08). Архивировано из оригинала 2008-02-23. {{cite journal}}: CS1 Maint: doi неактивен с апреля 2024 года ( ссылка )

[Madden-3] Мэдден, Лоуренс; Гарет Хьюз; Фрэнк Ван Ден Босч (2007). Изучение эпидемий болезни растений . Американское фитопатологическое общество. ISBN 978-0-89054-354-2 .

[Drenth-4] Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} Дрент, А. (2004). "Грибковые эпидемии - имеет ли значение пространственная структура?" Полем Новый фитолог . 163 (1). Blackwells: 4–7. doi : 10.1111/j.1469-8137.2004.01116.x . PMID 33873785 .

[5] ^ - Града, Кормак (2006) Великий голод Ирландии , Университетский колледж Дублин, 978-1-9045-5858-3 . , p 7

[6] Шульц, Тр; Line, RF (1992). «Высокотемпературная, устойчивость к взрослым устойчивости к ржавчине пшеницы и воздействие на компоненты урожая». Агрономия Журнал . 84 (2). Американское общество агрономии : 170–175. Bibcode : 1992agrj ... 84..170s . doi : 10.2134/agronj1992.00021962008400020009x . S2CID 84879649 .

[:0-7] Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон Али, Маймуна Мохд; Батик, Нур Азиза; Мухади, Нур Атира; Мистер Юсуф, мистер Норизан; Гомес, Чандима (декабрь 2019 г.). «Неразрушающие методы обнаружения заболеваний растений: обзор». Физиологическая и молекулярная патология растений . 108 : 101426. DOI : 10.1016/j.pmpp.2019.101426 . S2CID 199635227 .

[Bebber-Gurr-2015-8] Bebber, Daniel P.; Гурр, Сара Дж. (2015). «Грибковые и патогенные микроорганизмы с разрубами по урожаю бросают вызов продовольственной безопасности». Грибная генетика и биология . 74 Академическая пресса : 62–64. doi : 10.1016/j.fgb.2014.10.012 . ISSN 1087-1845 . PMID 25459533 .

[:1-9] Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} «Признаки и симптомы заболевания растений: это грибковые, вирусные или бактериальные?» Полем Расширение МГУ . 19 декабря 2012 года . Получено 2020-06-10 .

[10] «Болезнь растений: патогены и циклы» . Урожай . 2016-12-19 . Получено 2020-06-10 .

[:2-11] Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон Джонс, Джонатан Д.Г.; Дангл, Джеффри Л. (2006-11-16). «Иммунная система растений» . Природа . 444 (7117): 323–329. Bibcode : 2006natur.444..323J . doi : 10.1038/nature05286 . PMID 17108957 .

[Fisher-et-al-2012-12] Фишер, Мэтью С.; Хенк, Даниэль. А.; Бриггс, Шерил Дж.; Браунштейн, Джон С.; Мэдофф, Лоуренс С.; МакКроу, Сара Л.; Гурр, Сара Дж. (2012). «Новые грибковые угрозы для здоровья животных, растений и экосистемы» . Природа . 484 (7393). Природная портфель : 186–194. Bibcode : 2012natur.484..186f . doi : 10.1038/nature10947 . ISSN 0028-0836 . PMC 3821985 . PMID 22498624 . S2CID 4379694 . (MCF Orcid 0000-0002-1862-6402 RID B-9094-2011 ). (Dah GS Abpv6myaaaaaj orcid 0000-0002-1142-3143 Publons 4361029 ). (CJB Rid F-7456-2013 ). (SJG Orcid 0000-0002-4821-0635 ) . Nihmsid 514851.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]