Введение
Научное изучение болезней растений
Патология растений, или фитопатология, – это научная дисциплина, изучающая болезни растений, вызываемые патогенами (инфекционными организмами) и факторами окружающей среды (физиологическими факторами). Патология растений охватывает изучение идентификации патогенов, причин возникновения болезней, циклов развития болезней, экономического ущерба, эпидемиологии болезней растений, устойчивости растений к болезням, влияния болезней растений на человека и животных, генетики патосистем и методов борьбы с болезнями растений.
Патогенность растений
Растительные патогены, организмы, вызывающие инфекционные заболевания растений, включают грибы, оомицеты, бактерии, вирусы, вироиды, вирусоподобные организмы, фитоплазмы, протозои, нематоды и паразитические растения. В большинстве растительных патосистем вирулентность зависит от гидролаз и ферментов, разрушающих клеточную стенку. Подавляющее большинство из них воздействуют на пектины (например, пектинестераза, пектат-лиаза и пектиназы). Для микробов полисахариды клеточной стенки служат как источником питания, так и барьером, который необходимо преодолеть. Многие патогены размножаются оппортунистически, когда хозяин разрушает собственные клеточные стенки, чаще всего во время созревания плодов. В отличие от патологии человека и животных, патология растений обычно фокусируется на одном причинном организме; однако, показано, что некоторые болезни растений являются результатом взаимодействия нескольких патогенов. Для колонизации растения патогены используют специфические факторы патогенности, относящиеся к пяти основным типам: ферменты, разрушающие клеточную стенку, токсины, эффекторные белки, фитогормоны и экзополисахариды. Ферменты, разрушающие клеточную стенку: они используются для разрушения клеточной стенки растения с целью высвобождения содержащихся внутри питательных веществ и включают эстеразы, гликозилгидролазы, лиазы и оксидоредуктазы. Токсины: они могут быть неспецифичными, повреждая все растения, или специфичными, наносящими вред только растению-хозяину. Эффекторные белки: они могут выделяться патогенами, такими как бактерии, грибы и оомицеты, во внеклеточную среду или непосредственно в клетку-хозяина, часто через систему секреции типа III. Известно, что некоторые эффекторы подавляют защитные механизмы хозяина, в том числе снижают внутренние сигнальные системы растения или уменьшают выработку фитохимических веществ. Фитогормоны – это химические вещества, используемые растениями для передачи сигналов; патогены могут производить их, чтобы модифицировать рост растений в своих интересах. Экзополисахариды – это преимущественно короткие цепи сахаров, которые помогают патогенам прикрепляться к поверхности растения, позволяя им начать процесс заражения.
Физиологические нарушения растений
Некоторые абиотические нарушения можно спутать с нарушениями, вызванными патогенами. Абиотические причины включают в себя природные процессы, такие как засуха, мороз, снег и град; затопление и плохой дренаж; недостаток питательных веществ; отложение минеральных солей, например хлорида натрия и гипса; повреждения от ветра и поломки, вызванные штормами; и лесные пожары.
Эпидемиология
Эпидемиология – это изучение факторов, влияющих на возникновение и распространение инфекционных заболеваний. Треугольник болезни описывает основные факторы, необходимые для развития болезней растений: растение-хозяин, патоген и окружающая среда. Изменение любого из этих факторов может помочь в борьбе с заболеванием.
Устойчивость к болезням
Устойчивость растений к болезням – это способность растения предотвращать возникновение и останавливать развитие инфекций, вызываемых растительными патогенами. Кутикулярный слой, клеточные стенки и замыкающие клетки устьиц – структуры, помогающие растениям препятствовать проникновению патогенов. После того, как патогены преодолевают эти барьеры, растительные рецепторы запускают сигнальные пути для синтеза молекул, конкурирующих с чужеродными веществами. Эти пути находятся под влиянием и активируются генами внутри растения-хозяина и могут быть изменены с помощью генетической селекции для создания устойчивых сортов.
Обнаружение
Старинные методы исследования листьев и разламывания растительного материала вручную теперь дополняются новыми технологиями. К ним относятся молекулярно-патологические анализы, такие как полимеразная цепная реакция (ПЦР), обратная транскрипция ПЦР (ОТ-ПЦР) и амплификация с обратной изотермической петлей (LAMP). Хотя ПЦР способна обнаруживать несколько молекулярных целей в одном растворе, существуют определенные ограничения.
Биологические
Ротация посевов — традиционный и иногда эффективный способ предотвращения прочного закрепления популяции паразитов. Например, защита от заражения бактерией Agrobacterium tumefaciens, вызывающей образование наростов на многих растениях, достигается путем погружения черенков в суспензии Agrobacterium radiobacter перед посадкой в грунт для укоренения.
История
Патология растений развивалась с древних времен, начиная с Теофраста в античности, но научное изучение началось в эпоху раннего Нового времени с изобретением микроскопа и получило развитие в XIX веке.