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植物病は、病原体（感染性生物）と環境条件（生理的要因）によって引き起こされる植物の病気です。 [ 1 ]感染性疾患を引き起こす生物には、真菌、卵菌、細菌、ウイルス、ウイロイド、ウイルス様生物、ファイトプラズマ、原生動物、線虫、寄生植物などがあります。[ 2 ]植物組織を食べて植物病原体が侵入する可能性のある損傷を引き起こすことで植物の健康に影響を与える昆虫、ダニ、脊椎動物、その他の害虫などの外部寄生生物は含まれません。植物病の研究は植物病理学と呼ばれます。
植物病原性真菌のほとんどは子嚢菌類または担子菌類です。これらは胞子やその他の構造物の形成によって有性生殖と無性生殖の両方で繁殖します。胞子は空気や水によって長距離に拡散することもあれば、土壌中に運ばれることもあります。土壌に生息する真菌の多くは腐生性で、土壌中で生活環の役割を果たします。これらは通性腐生菌です。
真菌性疾患は、殺菌剤の使用やその他の農業手法によって抑制できる。しかし、様々な殺菌剤に耐性を持つ新たな真菌の系統がしばしば出現する。
生物栄養性真菌病原体は生きた植物組織に定着し、生きた宿主細胞から栄養を得る。壊死栄養性真菌病原体は宿主組織に感染して死に至らしめ、死んだ宿主細胞から栄養を抽出する。[ 3 ]
重要な植物病原菌には以下が含まれる。
卵菌類はストラメノパイル類に属する真菌様の生物である。[ 10 ]ジャガイモ疫病[ 10 ] 、根腐病[ 11 ]、突然のナラ枯死病[ 12 ] [ 13 ]などの最も破壊的な植物病原体も含まれる。
卵菌類は菌類とは近縁ではないものの、エフェクタータンパク質を用いて植物の防御機構を無効化するなど、類似した感染戦略を発達させてきた。[ 14 ]
フィトミクセアに属する粘菌の中には、キャベツとその近縁種の根こぶ病やジャガイモの粉状そうか病など、重要な病気を引き起こすものがある。これらはそれぞれ、プラスモディオフォラ属とスポンゴスポラ属の種によって引き起こされる。[ 15 ]
植物に関連する細菌のほとんどは腐生性であり、植物自体に害を与えません。しかし、約100種のごく少数の細菌は、特に世界の亜熱帯および熱帯地域で病気を引き起こします。 [ 16 ]
植物病原性細菌のほとんどは桿菌である。エルウィニア属細菌は細胞壁分解酵素を用いて軟腐病を引き起こす。アグロバクテリウム属細菌は植物ホルモンを用いてオーキシンのレベルを変化させ、腫瘍を引き起こす。
細菌性植物病原体には以下が含まれる。
ファイトプラズマとスピロプラズマは偏性細胞内寄生体であり、細胞壁を持たない細菌で、ヒト病原体であるマイコプラズマと同様に、モリクテス綱に属します。細胞は非常に小さく、直径は1～2マイクロメートルです。ゲノムサイズは小さく（約0.5～2 Mb）、通常はヨコバイ（ヨコバイ科）とキジラミ（いずれも樹液を吸う昆虫）によって媒介されます。これらの昆虫は細菌を植物の師管に注入し、そこで細菌は増殖します。 [ 20 ]
多くの植物ウイルスは作物の収穫量減少のみを引き起こす。そのため、果樹などの多年生植物に感染する場合を除き、それらを防除しようとすることは経済的に採算が合わない。
ほとんどの植物ウイルスは、小型の一本鎖RNAゲノムを持っています。中には、二本鎖RNAや一本鎖または二本鎖DNAを持つものもあります。これらは、複製酵素、外被タンパク質、原形質連絡を介した細胞間移動を促進する運動タンパク質、そして場合によってはベクターによる伝播を可能にするタンパク質という、3つか4つのタンパク質のみをコードしている場合があります。
植物ウイルスは一般的に媒介生物によって伝染するが、機械的伝染や種子伝染も起こる。媒介生物はアブラムシなどの昆虫であることが多いが、真菌、線虫、原生動物などもある。多くの場合、昆虫とウイルスはウイルス伝染に特異的であり、例えば、ビートヨコバイはいくつかの作物に病気を引き起こすカーリートップウイルスを伝染する。 [ 21 ]
線虫の中には植物の根に寄生するものもいる。これらは熱帯および亜熱帯地域で問題となっている。ジャガイモシスト線虫（ Globodera pallidaおよびG. rostochiensis）はヨーロッパとアメリカ大陸に広く分布しており、ヨーロッパでは年間3 億ドルの被害をもたらしている。ネコブセンチュウは宿主範囲が非常に広く、植物の根系に寄生するため、植物の正常な成長と繁殖に必要な水と栄養素の吸収に直接影響を与える[ 22 ]のに対し、シスト線虫はごく少数の種にしか感染できない傾向がある。線虫は生活様式を容易にするために根の細胞に根本的な変化を引き起こすことができる[ 23 ] 。
植物病害の中には、キネトプラスト類であるフィトモナスなどの原生動物によって引き起こされるものがある。[ 24 ]これらは、土壌中で休眠状態で何年も生存できる耐久性のある遊走子として伝染する。さらに、植物ウイルスを伝染させることもある。運動性のある遊走子が根毛に接触すると、根に侵入する変形体を産生する。
非生物的障害の中には、病原体によって引き起こされる障害と混同されるものがある。非生物的原因には、干ばつ、霜、雪、雹などの自然現象、洪水や排水不良、栄養不足、塩化ナトリウムや石膏などのミネラル塩の沈着、風焼けや嵐による破損、山火事などがある。[ 25 ]
植物病害は世界中の農家に大きな経済的損失をもたらします。広範囲にわたる多くの作物種において、先進国では病害によって毎年作物の収穫量が平均10%減少すると推定されていますが、発展途上国では病害による収穫量の損失が20%を超えることも珍しくありません。国連食糧農業機関（FAO）は、害虫や病害が作物の損失の約25%を占めていると推定しています。これを解決するには、植物の匂いを感知する新しいセンサーや、植物の健康状態や代謝を診断できる分光法やバイオフォトニクスなど、病害虫を早期に検出するための新しい方法が必要です。[ 26 ]
2018年現在世界で最も生産量の多い作物の最もコストのかかる病気は次のとおりです。[ 27 ]
植物病害が引き起こす経済的損害を考慮すると、各国は国境管理やその他の措置によって損害を軽減しようとする可能性がある。[ 30 ]
有害な外来生物の国内への侵入は、人の往来を管理することによって減らすことができます（例：オーストラリア検疫検査局）。グローバル貿易は、植物害虫の侵入に前例のない機会をもたらします。[ a ]米国では、そのような侵入の数をより正確に推定するためにも、検査を大幅に増やす必要があります。[ b ]オーストラリアでは、同様の理解不足は別の原因から生じています。港湾検査は、検査官が分類学についてあまり知識がないため、あまり役に立ちません。オーストラリア政府が国外への侵入を防ぐために有害であると優先的に指定している害虫の中には、分類学的に近縁な種が存在し、問題を複雑にしているものも少なくありません。[ c ]
ハワイ産の果物商品の検疫処理として、食品へのX線および電子ビーム/Eビーム照射が試験的に実施された。米国食品医薬品局（FDA）、米国農務省動植物衛生検査局（APHIS ）、生産者、消費者は皆、加熱処理よりも徹底した害虫駆除と味の劣化が少ないという結果を受け入れた。[ 31 ]
国際植物防疫条約（IPPC）は、検査のための分子診断技術が今後も向上していくと予測している。 [ 32 ] 2020年から2030年の間に、IPPCは、資金調達方法に変更がない限り、発展途上国では実現しないものの、技術革新が継続することでコストが削減され、パフォーマンスが向上すると予測している。[ 32 ]
植物病害対策には、多くの天然化合物や合成化合物が利用できます。この方法は、病原体を直接除去したり、その蔓延を抑制したりすることで効果を発揮しますが、その影響範囲が広すぎるため、一般的に地域の生態系にとって好ましいとは言えません。経済的な観点から見ると、ごく単純な天然添加物以外は、製品が「有機」認証を取得できなくなる可能性があり、収穫物の価値を低下させる恐れがあります。
輪作は、害虫や病気が蔓延するのを防ぐための伝統的で効果的な手段であり、他にも利点がある。[ 33 ]
その他の生物学的方法としては接種がある。多くの植物に虫こぶ病を引き起こすアグロバクテリウム・ツメファシエンスによる感染を防ぐには、挿し穂をアグロバクテリウム・ラジオバクターの懸濁液に浸してから土に挿して発根させる方法がある。[ 34 ]