식물병리학

식물병리학(식물성 병리학)은 병원균(감염성 유기체)과 환경조건(생리학적 요인)에 의해 발생하는 식물의 질병에 대한 과학적인 연구다.^[1] 전염병을 일으키는 유기체는 곰팡이, 오미케트, 박테리아, 바이러스, 바이로이드, 바이러스성 유기체, 식물성 플라스마스, 원생동물, 네마토드, 기생 식물 등이다. 곤충, 진드기, 척추동물 또는 식물 조직을 먹음으로써 식물 건강에 영향을 미치는 다른 해충과 같은 엑토파라사이트는 포함되지 않는다. 식물병리학에는 또한 병원체 식별, 질병 유전학, 질병 주기, 경제적 영향, 식물 질병 역학, 식물 질병 저항성, 식물 질병이 인간과 동물에 어떤 영향을 미치는지, 병체 유전학, 식물 질병 관리에 대한 연구도 포함된다.

개요

식물 질병의 통제는 믿을 수 있는 식량 생산에 결정적이며, 그것은 토지, 물, 연료 및 기타 투입물의 농업 사용에 상당한 문제를 제공한다. 자연과 재배된 개체 모두의 식물들은 고유의 질병 저항성을 지니고 있지만, 아일랜드의 대기근과 밤꽃병 같은 파괴적인 식물 질병 영향뿐만 아니라, 쌀 폭발, 콩 낭포, 감귤류 통조림과 같은 심각한 식물 질병이 재발하는 많은 예들이 있다.

그러나 대부분의 농작물에 대해서는 질병 조절이 상당히 성공적이다. 질병관리는 많은 질병에 대한 내성을 좋게 하기 위해 사육된 식물을 사용하고, 농작물 순환, 병원체 없는 종자 사용, 적절한 식재 날짜 및 식물 밀도, 밭 수분 조절, 농약 도포 등의 식물 재배 접근법에 의해 달성된다. 식물병리학의 지속적인 발전은 질병관리 개선, 식물병원균의 지속적인 진화 및 이동에 보조를 맞추고 농업관행의 변화에 보조를 맞추는데 필요하다.

식물 질병은 전 세계 농부들에게 주요한 경제적 손실을 초래한다 - §경제적 영향 참조. 넓은 지역과 많은 농작물 종에 걸쳐 질병은 일반적으로 보다 발달된 환경에서는 식물 수확량을 매년 10%씩 감소시키지만, 덜 발달된 환경에서는 질병에 대한 손실량이 20%를 넘는 경우가 많다고 추정되고 있다. 식량 농업 기구는 해충과 질병이 농작물 손실의 약 25%의 원인이 되는 것으로 추정하고 있다. 이를 해결하기 위해서는 식물의 악취를 감지하는 새로운 센서와 분광학, 식물의 건강과 신진대사를 진단할 수 있는 바이오포토닉 등 질병과 해충을 조기에 발견하는 새로운 방법이 필요하다.^[2]

식물 병원균

대부분의 병 시스템에서, 처녀성은 세포벽을 저하시키는 수화물과 단백질을 분해하는 더 넓은 종류의 세포벽에 의존한다. 대부분의 CWDP는 병원체 생산 및 펙틴 타겟팅(예: 펙틴테라제, 펙틴테라제, 펙틴아제)이다. 미생물의 경우 세포벽 다당류 자체가 식량원이지만 대부분 극복해야 할 장벽일 뿐이다.

많은 병원균들은 또한 숙주가 자신의 세포벽을 허물 때 기회적으로 성장하는데, 대부분 과일이 익는 동안이다.^[3]

곰팡이

대부분의 식물성 곰팡이는 아스코미세테스와 바시디오미세테스에 속한다. 이 곰팡이는 포자와 다른 구조물의 생산을 통해 성적으로나 무성하게 번식한다. 포자는 공기나 물에 의해 먼 거리에 퍼지거나 흙으로 만들어진 것일 수 있다. 곰팡이균에 서식하는 많은 토양들은 토양에서 그들의 삶의 주기의 일부를 수행하면서 사프로트로피적으로 살 수 있다. 이것들은 기능적 사프로토스 입니다. 곰팡이 질환은 살균제와 다른 농업 관행을 통해 통제될 수 있다. 그러나 새로운 종족의 곰팡이는 종종 다양한 곰팡이균에 내성이 있는 진화를 한다. 생균성 곰팡이 병원균은 살아있는 식물 조직을 식민지화하고 살아있는 숙주 세포로부터 영양분을 얻는다. 괴사성 곰팡이 병원균은 숙주 조직을 감염시켜 죽이고 죽은 숙주 세포에서 영양분을 추출한다. 주요 곰팡이 식물 병원균은 다음을 포함한다.^{[citation needed]}

아스코미케테스

• 후사륨 spp. (후사륨이 흘린 병)
• 티엘라비옵시스 spp. (캔커는 썩고, 검은 뿌리는 썩고, 티엘라비옵시스 뿌리는 썩는다.
• Verticillium spp.
• 마그나포르테 그리세아(쌀 폭발)
• Sclerotinia sclerotiorum (cottony lot)

바시디오미시스목

• 우스티라고 spp. (스무츠) 보리 뭉침
• 리조톡토니아 spp.
• 파코스포라 파치리찌 (콩 녹)
• 푸치니아 spp. (씨리얼과 풀의 녹)
• 아밀라리아 spp. (꿀 곰팡이 종, 나무의 치명적인 병원균)

곰팡이 같은 유기체

오미케테스속

oomycetes는 곰팡이 같은 유기체다.^[4] 이 중에는 피토포스라(Photophora)를 포함한 가장 파괴적인 식물 병원균이 포함되어 있는데, 여기에는 감자의 늦벼락과^[4] 갑작스런 참나무 죽음의 인과 작용제가 포함되어 있다.^[5][6] 특정 종의 oomycetes는 뿌리가 썩는 원인이 된다.

이 곰팡이와 밀접한 관련이 없음에도 불구하고, 오미케트들은 유사한 감염 전략을 개발했다. 오마이케이트는 감염 과정에서 이펙터 단백질을 사용하여 식물의 방어를 차단할 수 있다.^[7] 식물 병리학자들은 보통 그것들을 곰팡이 병원균과 함께 분류한다.

유의미한 oomycete 식물 병원균은 다음을 포함한다.

• 피늄 pp.
• 아일랜드 대 기아(1845–1849)의 감자 병충해를 포함한 식물성 허혈성 spp.

피토믹세아

피토믹세아에 있는 일부 슬라임 곰팡이는 양배추와 그 친척에 있는 클럽 뿌리, 감자에 있는 가루 딱지 등 중요한 질병을 유발한다. 이것들은 각각 플라스모디오포라 종과 스펀지오스포라 종에 의해 발생한다.

박테리아

식물과 관련된 대부분의 박테리아는 사실 사생아로 식물 자체에 해를 끼치지 않는다. 그러나 100여 종의 알려진 적은 수의 종은 질병을 일으킬 수 있다.^[8] 박테리아 질병은 세계의 아열대 지방과 열대 지방에서 훨씬 더 널리 퍼져 있다.

대부분의 식물 병원성 박테리아는 막대모양이다. 그 식물을 식민지화할 수 있도록 그들은 특정한 병원성 인자를 가지고 있다. 박테리아 병원성 인자의 5가지 주요 유형이 알려져 있다: 세포벽 분해 효소, 독소, 이펙터 단백질, 피토호르몬, 외당류.

에르위니아 종과 같은 병원균은 세포벽 분해 효소를 사용하여 부드러운 부패를 일으킨다. 아그로박테리움 종은 피토호르몬과 종양을 일으키도록 보조의 수준을 변화시킨다. 엑소폴리사당류는 박테리아에 의해 생성되며 xylem 혈관을 막아서 식물이 죽게 되는 경우가 많다.

박테리아는 정족수 감지를 통해 병원성 인자의 생성을 제어한다.

중요한 박테리아 식물 병원균:

• 버크홀데리아^[9]
• 프로테오박테리아
  • 크산토모나스 spp.
  • 녹농균 spp.
• 유사모나스 시린래 pv.토마토는 토마토 식물이 열매를 적게 생산하게 하고, "토마토 면역체계에 의한 인식을 최소화하여 토마토에 계속 적응한다"^[10]고 한다.

식물성마스와 스피로플라스마스

피토플라즈마와 스피로플라즈마는 세포벽이 부족한 박테리아의 총생물로 인간의 병원균인 마이코플라스마와 관련이 있다. 그들은 함께 어금니라고 불린다. 그들은 또한 대부분의 다른 박테리아들보다 작은 게놈을 가지고 있는 경향이 있다. 그것들은 보통 수액을 빨아들이는 곤충에 의해 전염되며, 그것이 번식하는 식물의 층으로 옮겨진다.

바이러스, 바이로이드, 바이러스성 유기체

식물 바이러스의 종류는 여러 가지가 있으며, 일부는 증상이 없거나 잠재되어 있다. 정상적인 상황에서 식물 바이러스는 농작물 수확량의 손실만 초래한다. 따라서, 그들을 통제하려고 하는 것은 경제적으로 실행 가능하지 않다. 예외는 그들이 과일 나무와 같은 다년생 종을 감염시킬 때 있다.

대부분의 식물 바이러스는 작은 단일 가닥의 RNA 게놈을 가지고 있다. 그러나 일부 식물 바이러스는 이중 좌초된 RNA나 단일 또는 이중 좌초된 DNA 게놈을 가지고 있다. 이러한 게놈들은 플라스모드마타를 통해 세포가 세포로 이동할 수 있도록 하기 위해 복제효소, 코팅 단백질, 운동 단백질, 그리고 때로는 벡터에 의한 전달을 허용하는 단백질 등 서너 개의 단백질만 인코딩할 수 있다. 식물 바이러스는 몇 가지 더 많은 단백질을 가질 수 있고 많은 다른 분자 번역 방법을 사용할 수 있다.

식물 바이러스는 일반적으로 벡터에 의해 식물에서 식물로 전염되지만 기계적인 것과 씨앗의 전염도 일어난다. 벡터 전달은 곤충(예: 진딧물)에 의한 경우가 많지만, 일부 곰팡이, 네마토드, 원생동물 등은 바이러스 벡터인 것으로 나타났다. 많은 경우에, 이 곤충과 바이러스는 몇몇 농작물에 질병을 일으키는 곱슬곱슬한 팽이 바이러스를 전송하는 비트 잎사귀와 같은 바이러스 전염에 특유하다.^[11] 잎이 왜소해지고 잎의 엽록소가 파괴되는 담배의 모자이크병도 한 예다. 또 다른 예는 바나나의 번치 윗부분인데, 그 식물은 왜소하고, 윗잎은 팽팽한 로제트를 형성한다.

네마토드

네마토드는 작고 다세포적이며 벌레와 같은 동물이다. 많은 사람들이 토양에서 자유롭게 살지만, 식물 뿌리를 기생시키는 종도 있다. 그들은 세계의 열대지방과 아열대지방에서 문제가 되는데, 그곳에서는 농작물을 감염시킬 수 있다. 감자낭종(Globodera pallida, G. rostochiensis)은 유럽과 북아메리카에 널리 분포하고 있으며, 유럽에서는 매년 3억 달러 상당의 피해를 입힌다. 뿌리 매듭 네마토드는 숙주 범위가 상당히 큰데, 그들은 식물 뿌리 시스템을 기생화하여 정상적인 식물 성장과 생식에 필요한 물과 영양소의 섭취에 직접적인 영향을 미치는 반면,^[12] 낭종 네마토드는 단지 몇 종만을 감염시킬 수 있는 경향이 있다. 네마토드는 그들의 생활방식을 촉진하기 위해 뿌리 세포에 급진적인 변화를 일으킬 수 있다.

원생동물과 조류

원생동물(예: 키네토플라스틱인 피토모나스)에 의해 발생하는 식물 질병의 예는 몇 가지 있다.^[13] 그것들은 토양에서 여러 해 동안 휴식한 상태에서 생존할 수 있는 내구성이 있는 동물원 습지로 전달된다. 게다가, 그들은 식물 바이러스를 전송할 수 있다. 운동성 동물원 포자가 뿌리 털과 접촉할 때 그들은 뿌리를 침범하는 플라스모디움을 생산한다.

일부 무색질 기생조류(예: 세팔류로스)도 식물병을 유발한다.^{[citation needed]}

기생식물

빗자루, 겨우살이, 기피제 같은 기생식물이 식물성 동물학 연구에 포함된다. 예를 들어, 도더는 바이러스나 바이러스 유사 물질을 숙주 공장에서 일반적으로 숙주가 아닌 공장으로 전송하는 통로가 될 수 있고, 또는 접목 전염성이 없는 작용제를 위한 통로가 될 수 있다.

공통병원성감염방법

• 세포 벽 분해 효소: 이것들은 안에 있는 영양분을 방출하기 위해 식물 세포 벽을 부수는데 사용된다.
• 독소: 이것들은 모든 식물을 손상시키는 비호스트 특이사항일 수도 있고, 숙주 식물에만 손상을 입히는 숙주 특이사항일 수도 있다.
• 이펙터 단백질: 이것들은 종종 Type 3 분비 시스템을 통해 세포외 환경이나 숙주 세포로 직접 분비될 수 있다. 일부 이펙터는 호스트 방어 프로세스를 억제하는 것으로 알려져 있다. 여기에는 발전소 내부 신호 메커니즘의 감소 또는 식물화학 생산의 감소가 포함될 수 있다.^[14] 박테리아, 곰팡이, oomycetes는 이 기능으로 알려져 있다.^[4][15]
• 포자: 식물성 곰팡이의 포자는 숙주식물의 감염원이 될 수 있다. 포자는 숙주 식물의 잎과 줄기에 있는 큐티컬 층을 먼저 고수한다. 이런 일이 일어나기 위해서는 전염성 포자를 병원균 소스에서 운반해야 한다. 이것은 바람, 물 또는 곤충이나 인간과 같은 벡터를 통해 발생한다. 좋은 조건들이 존재할 때, 포자는 세균관이라고 불리는 변형된 히패들을 만들어 낼 것이다. 이 세균관은 나중에 압프레소륨이라고 불리는 불덩어리를 형성하는데, 이것은 흑색화된 세포벽을 형성하여 터고르의 압력을 증가시킨다. 일단 충분한 터고 압력이 축적되면, 애프레소륨은 경화된 침투 펙의 형태로 큐티클 층에 대한 압력을 주장한다. 이 과정은 또한 세포벽의 분비에 의해 보조된다. 일단 침투 페그가 숙주 조직으로 들어가면, 그것은 후스토륨이라고 불리는 특별한 히패를 발달시킨다. 병원균의 수명주기를 바탕으로, 이 후스토리움은 인접한 세포들을 세포내적으로 침입하여 먹이거나 숙주 내에 세포간 존재하는 것으로 볼 수 있다.^[16]

생리적 식물 장애

일부 생물학적 장애는 병원체 유발 장애와 혼동될 수 있다. 아바이오틱스 원인으로는 가뭄, 서리, 눈, 우박 등의 자연적 과정, 홍수와 배수로 불량, 영양 결핍, 염화나트륨, 석고 등의 미네랄 염분 퇴적, 폭풍에 의한 풍화 및 파손, 산불 등이 있다. 유사한 장애(보통 아바이오틱으로 분류됨)는 인간의 개입에 의해 유발될 수 있으며, 그 결과 토양 응축, 공기와 토양의 오염, 관개 및 도로 염매에 의한 염화, 제초제의 과다 도포, 어설픈 취급(예: 잔디 깎는 기계 나무의 손상), 반달리즘 등이 발생할 수 있다.^{[citation needed]}

역학

역학: 전염병의 발생과 확산에 영향을 미치는 요인에 대한 연구.^[17]

4면체(질병 피라미드) 질병은 식물 질병과 관련된 원소를 가장 잘 포착한다. 이 피라미드는 질병 삼각형을 기초로 사용하며, 숙주, 병원체, 환경과 같은 요소들로 구성된다. 이 세 가지 원소 외에도 인간과 시간은 남은 원소를 더하여 4면체를 만들어낸다.

역사: 막대한 손실을 바탕으로 역사적으로 알려진 식물 질병 전염병:

- 아일랜드 감자 늦깎이^[18]

- 네덜란드 느릅나무병

- 북미의^[20] 밤꽃병

전염병에 영향을 미치는 요인:

숙주: 저항성 또는 민감성 수준, 나이 및 유전학.

병원체: 접종량, 유전학, 생식 유형

질병 저항성

식물 질병 저항성은 식물 병원균으로부터의 감염을 예방하고 종식시키는 식물의 능력이다.

식물이 질병을 예방하는 데 도움을 주는 구조는 큐티컬 층, 세포벽, 기공 보호 세포 등이다. 이것들은 병원균이 공장 숙주로 들어가는 것을 막는 장벽 역할을 한다.

일단 질병이 이러한 장벽을 극복하면, 식물 수용체는 외부 분자와 경쟁하기 위한 분자를 생성하기 위한 신호 경로를 시작한다. 이러한 경로는 숙주식물 내의 유전자에 의해 영향을 받고 촉발되며, 파괴적인 병원균에 내성이 있는 다양한 식물을 만들기 위해 유전적 번식에 의해 조작되기 쉽다.^[21]

방어기제 중에서는 방어성 화합물의 유도처럼 해충 정착과 먹이의 화학적 억제가 초식동물 피해를 줄이기 위한 핵심 전략이 될 수 있다.^[22]

관리

국내검역

병든 식물이나 개별 식물의 조각은 다른 건강한 성장과 분리될 수 있다. 시료를 폐기하거나 온실로 옮겨 치료나 연구를 할 수 있다.

항만 및 국경 검사 및 검역

또 다른 옵션은 지속적인 효과를 보장하기 위해 입법과 시행이 중요하지만, 모든 인간의 교통과 활동을 통제함으로써 해로운 비원생 생물의 유입을 피하는 것이다(예: 오스트레일리아 검역검사청). 오늘날의 세계 무역량은 식물 해충의 도입에 전례 없는 기회를 제공하고 있으며 앞으로도 계속 제공할 것이다.^{[McC 1]} 미국에서는 그러한 도입의 수를 더 잘 추정하기 위해서, 그리고 따라서 항만과 국경 검역을 부과할 필요가 있기 때문에, 검사의 상당한 증가를 필요로 할 것이다.^{[McC 2]} 호주에서 유사한 이해의 단점은 다른 기원을 가지고 있다. 검사자들이 분류법에 대해 너무 잘 모르기 때문에 항만 검사는 그다지 유용하지 않다. 호주 정부가 자국 밖으로 나가기 위해 유해하다고 우선시했던 해충들이 종종 있지만, 이 문제를 혼란스럽게 하는 분류학적으로 가까운 친척들을 가지고 있다. 그리고 조사관들은 또한 그 반대인 무해한 원주민, 또는 발견되지 않은 원주민, 또는 그들이 귀찮게 할 필요는 없지만 불법 체류 외국인 가족과 혼동하기 쉬운 원주민들과 마주친다.^{[BH 1]}

식품에 대한 X선 및 전자빔/E빔 조사 실험은 하와이에서 유래한 과일 상품에 대한 검역 치료로 시행되었다. 미국 식품의약국(FDA), USDA AFIS(동물 및 식물 건강 검진국), 생산자, 소비자 모두 열처리보다 철저한 해충 퇴치와 미각 저하 등 그 결과를 받아들이고 있었다.^[23]

문화

어떤 사회에서는 농업이 소규모로 유지되고 있으며, 그 문화는 고대로 거슬러 올라가는 농경 전통을 포함하는 사람들에 의해 길러진다. (그런 전통의 예로는 테라스팅, 날씨 기대와 반응, 수정, 접목, 종자 관리, 전용 정원 가꾸기 기술에서의 평생 훈련이 있을 것이다.) 집중 모니터링을 받는 식물은 능동적인 외부 보호뿐만 아니라 전체적인 활력 또한 향상되는 경우가 많다. 지금까지 가장 노동집약적인 해결책이라는 의미에서 원시적이지만, 실용적이거나 필요한 곳에서는 그 이상이 적당하다.

식물 저항성

이제 정교한 농업 개발로 인해 재배자들은 조직적으로 이종 교배종 중에서 선택하여 특정 지역의 병리학적 프로파일에 적합한 농작물에서 최대의 경직성을 보장할 수 있게 되었다. 번식 관행은 수세기에 걸쳐 완벽해졌지만 유전자 조작의 등장으로 농작물의 면역 형질을 더욱 미세하게 조절할 수 있다. 그러나 자연과의 '침묵'에 대한 대중의 의심과 부정적인 의견으로 높은 생산량을 상쇄하는 경우가 많기 때문에 식품 식물의 공학은 덜 보람될 수 있다.

케미컬

위의 위협에 대처하기 위해 많은 자연 화합물과 합성 화합물을 사용할 수 있다. 이 방법은 질병을 유발하는 유기체를 직접 제거하거나 그 확산을 억제함으로써 효과가 있지만, 일반적으로는 지역 생태계에 이롭기엔 너무 광범위한 효과가 있는 것으로 나타났다. 경제적인 관점에서, 가장 단순한 천연 첨가물을 제외한 모든 천연 첨가물은 생산량의 가치를 잠재적으로 감소시키면서 "유기농" 상태에서 제품의 자격을 박탈할 수 있다.

생물학적

농작물 순환은 기생충의 개체수가 잘 형성되는 것을 막는 효과적인 수단일 수 있다. 예를 들어, 많은 식물에서 갈병을 일으키는 아그로박테리움 투메파시엔스에 의한 감염에 대한 보호는 아그로박테리움 라디오박터균을 땅속에 삽입하기 전에 중단하는 것에 찍어 뿌리는 것이다. 기생충을 직접 공격하지 않고 훼손하는 다른 수단이 존재할 수도 있다.^{[citation needed]}

통합된

이러한 두 가지 이상의 방법을 조합하여 사용하면 효과성이 더 높다.

경제적 영향

2018년^[update] 현재 전 세계에서 가장 많이 생산되는 농작물 중 가장 비용이 많이 드는 질병은 다음과 같다.^[24]

역사

식물의 병리학은 테오프라스토스를 시작으로 고대로부터 발전해 왔지만, 과학 연구는 현미경의 발명으로 초기 근대기부터 시작되어 19세기에 발전하였다.^[25]

참고 항목

참조

• McCullough, Deborah G.; Work, Timothy T.; Cavey, Joseph F.; Liebhold, Andrew M.; Marshall, David (2006-01-20). "Interceptions of Nonindigenous Plant Pests at US Ports of Entry and Border Crossings Over a 17-year Period". Biological Invasions. Springer Science and Business Media LLC. 8 (4): 611–630. doi:10.1007/s10530-005-1798-4. ISSN 1387-3547.

• Bishop, M.J.; Hutchings, P.A. (2011). "How useful are port surveys focused on target pest identification for exotic species management?". Marine Pollution Bulletin. Elsevier BV. 62 (1): 36–42. doi:10.1016/j.marpolbul.2010.09.014. ISSN 0025-326X.

외부 링크

• 국제식물병리학회
• 오스트레일리아 식물 병리학 협회
• 미국 식물학 협회
• 영국 식물병리학회
• 복숭아 황색 참고 문헌에 대한 기여, 1887–1888^{[permanent dead link]} 과학자 Erwin Frink Smith의 복숭아 황색 질병 원고를 디지털 카피.
• '세균 식물 병리학의 아버지'로 여겨져 미국 농무부에서 40년 이상 근무한 스미스(1854–1927)의 논문에 대한 어윈 프링크 스미스 논문 색인.
• 식물 건강진행, 응용식물 병리학 온라인 저널
• Pacific Northwest Formus, 곰팡이 식물 병원균에 대한 논문과 함께 온라인 균학 저널
• 로탐스테드 식물 병리학과 미생물학부
• 뉴멕시코 주립대학 곤충학 및 잡초과학부
• PHI 기반(병원성 호스트 상호 작용 데이터베이스)
• 포도 비뇨기과
• 식물병리학의 기회
• 아시아 식물병리학회 페이스북 페이지
• 해충 및 병원균 용어집