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植物病疫学は、植物集団における病気の研究です。人間や他の動物の病気と同様に、植物の病気は、細菌、ウイルス、真菌、卵菌、線虫、ファイトプラズマ、原生動物、寄生植物などの病原体によって引き起こされます。[ 1 ]植物病疫学者は、病気の原因と影響を理解し、作物の損失が発生する可能性がある状況に介入するための戦略を開発するよう努めています。植物の病気を検出するために、破壊的および非破壊的な方法が使用されています。さらに、植物の免疫系の反応を理解することは、作物の損失をさらに軽減し、制限するのに役立ちます。通常、介入が成功すると、作物の価値に応じて、許容できるほど低いレベルの病気につながります。
植物病害疫学は、生物学、統計学、農学、生態学の観点を必要とする学際的なアプローチから検討されることが多い。病原体とそのライフサイクルを理解するには生物学が必要である。また、作物の生理機能と病原体が作物に悪影響を及ぼしている仕組みを理解するためにも生物学が必要である。農法は、病害の発生率に良くも悪くも影響を与えることが多い。生態学的影響は数多くある。在来種の植物は、作物に病気を引き起こす病原体の宿主となる可能性がある。統計モデルは、植物病害疫学の複雑さを要約して記述し、病害プロセスをより容易に理解できるようにするためにしばしば適用される。[ 2 ] [ 3 ]例えば、異なる病気、品種、管理戦略、または環境設定における病害進行パターンの比較は、植物病害をどのように管理するのが最適かを判断するのに役立つ。 政策は、病気の発生源からの輸入制限などの措置を通じて、病気の発生に影響を与える可能性がある。
1963年、JE van der Plankは「植物病害：流行と防除」を出版し、植物病害の疫学研究のための理論的枠組みを提供した。[ 4 ]この本は、さまざまな宿主病原体システムでの実験に基づいた理論的枠組みを提供し、特に葉面真菌病原体に関して、植物病害疫学の研究を急速に前進させた。この枠組みを使用することで、単一作物畑のような均質な環境で発生する流行の閾値をモデル化して決定することができるようになった。[ 4 ]
植物の病気の流行は、作物の収穫量に大きな損失をもたらすだけでなく、ニレ立枯病のように種全体を絶滅させる恐れもあり、ナラ枯れ病でも起こり得る。ジャガイモ疫病の流行は、 Phytophthora infestansによって引き起こされ、アイルランド大飢饉と多くの命の喪失につながった。 [ 5 ]
一般的に、伝染病の要素は「病気の三角形」と呼ばれます。感受性のある宿主、病原体、および好ましい環境です。[ 1 ]病気が発生するには、この 3 つすべてが存在する必要があります。以下にこの点を図で示します。3 つの要素がすべて揃うと、病気が発生します。伝染病が発生するためにこの図で欠けている 4 番目の要素は時間です。これら 3 つの要素がすべて存在する限り、病気は開始できますが、伝染病は、これら 3 つすべてが存在し続ける場合にのみ発生します。ただし、3 つの要素のいずれかが方程式から除外される可能性があります。高温成植物抵抗性のように宿主が感受性を克服したり[ 6 ]、環境が変化して病原体が病気を引き起こすのに適さなくなったり、殺菌剤の散布によって病原体が制御されたりする可能性があります。
時には、特定の感染症が発生する時間や、その感染症が生存可能な状態が続く期間の長さといった、第4の要素として時間も加わり、流行において重要な役割を果たすことがある。 [ 1 ]植物種の年齢も役割を果たすことがあり、特定の種は成熟するにつれて病気に対する抵抗力が変化する。これは発生抵抗性と呼ばれるプロセスである。[ 1 ]
感受性宿主と病原体が存在していても、環境が病原体の感染や発病に適していない場合など、すべての条件が満たされなければ、病気は発生しません。例えば、トウモロコシの灰色葉斑病の原因菌であるCercospora zea-maydis菌が付着したトウモロコシ残渣のある畑にトウモロコシを植えたとしても、天候が乾燥しすぎて葉に湿り気がないと、残渣中の菌の胞子は発芽して感染を開始することはできません。
同様に、宿主が感受性があり、環境が病気の発生に適しているにもかかわらず、病原体が存在しない場合には、病気は発生しません。上記の例で言えば、トウモロコシが耕された畑に植えられ、トウモロコシの残渣がなく、トウモロコシ灰色葉斑病の原因菌であるCercospora zea-maydisが存在するものの、天候によって葉が長時間湿った状態が続く場合、感染は開始されません。
病原体が拡散するために媒介生物を必要とする場合、流行が発生するためには、その媒介生物が豊富に存在し、かつ活発に活動していなければならない。
病原体は、出生率と死亡率が低い単周期流行を引き起こします。つまり、1シーズンに1回の感染サイクルしかありません。これは、亜麻のフザリウム萎凋病などの土壌伝染性疾患に典型的です。多周期流行は、1シーズンに複数回の感染サイクルを起こせる病原体によって引き起こされます。これは、うどんこ病などの空気伝染性疾患によって引き起こされることが最も多いです。二峰性の多周期流行も発生する可能性があります。たとえば、核果類の褐腐病では、花と果実が異なる時期に感染します。
一部の病気については、特に作物を毎年単作栽培する場合や多年生植物を栽培する場合は、複数の栽培シーズンにわたって病気の発生状況を評価する必要があります。このような状況では、あるシーズンに発生した病原菌が次のシーズンに持ち越され、長年にわたって蓄積される可能性があります。特に、栽培シーズンの間に明確な区切りがない熱帯地域では、この傾向が顕著です。
このような状況下で発生する流行病は多環性流行病と呼ばれ、単環性病原体と多環性病原体の両方によって引き起こされる可能性があります。リンゴうどんこ病は多環性病原体によって引き起こされる多環性流行病の一例であり、ニレ立枯病は単環性病原体によって引き起こされる多環性流行病の一例です。
病気を発見する方法は、破壊的方法と非破壊的方法の両方で数多くあります。病気の原因、影響、治療法を理解するためには、非破壊的方法の方が好ましいです。非破壊的方法は、植物の健康状態を測定および観察するために、サンプルの準備や繰り返しプロセスを必要としない技術です。[ 7 ]非破壊的アプローチには、画像処理、画像ベース、分光ベース、リモートセンシングなどがあります。
写真、デジタル画像処理、画像解析技術は、画像処理を行うための便利なツールです。これらの画像から貴重なデータが抽出され、病気の分析に使用されます。しかし、分析を行う前に、まず画像取得が最初のステップです。このステップには3つの段階があります。1つ目は、対象物から発せられる光源であるエネルギーです。2つ目は、カメラなどの光学システムでエネルギーに焦点を合わせます。3つ目は、センサーでエネルギーを測定します。画像処理を続けるには、背景、葉のサイズや形状、光、カメラの影響などの要因が分析に影響しないことを確認できる前処理があります。前処理の後、画像セグメンテーションを使用して、画像を病気の領域と病気でない領域に分割します。これらの画像には、色、テクスチャ、形状の特徴があり、これらを抽出して分析に使用できます。[ 7 ]
検出のための画像ベースのアプローチには、蛍光イメージングとハイパースペクトルイメージングの 2 つの主要な方法があります。蛍光イメージングは、植物の代謝状態を特定するのに役立ちます。そのためには、植物のクロロフィル複合体に光を照射するツールが使用されます。[ 7 ]ハイパースペクトルイメージングは、反射画像を取得するために使用されます。このような方法は、波長帯を調べることでスペクトル反射率を評価できるスペクトル情報発散 (SID) で構成されています。[ 7 ]
もう一つの非破壊的なアプローチは分光法です。これは電磁スペクトルと物質が関係するものです。可視光分光法、赤外線分光法、蛍光分光法、電気インピーダンス分光法などがあります。それぞれの分光法は、放射エネルギーの種類、物質の種類、相互作用の性質などに関する情報を提供します。[ 7 ]
最後に、非破壊的なアプローチとして、植物病害におけるリモートセンシングの応用があります。これは、観察時に植物のそばにいなくてもデータを取得する方法です。リモートセンシングには、ハイパースペクトルとマルチスペクトルがあります。ハイパースペクトルは、高いスペクトル解像度と空間解像度を提供します。マルチスペクトルリモートセンシングは、病気の深刻度を提供します。[ 7 ]
2015年現在新たな病原体や新たな宿主における既知の病原体の発生に対する抗体検査や分子マーカー検査のさらなる開発、そして検疫と監視のさらなる世界的な統合が必要である。[ 8 ]
植物は、真菌、ウイルス、または細菌感染の多くの兆候や物理的証拠を示すことがあります。これは、さびやカビから、病原体が植物に侵入しても何も示さないことまで多岐にわたります（植物のウイルス性疾患の一部で発生します）。[ 9 ]植物に対する病気の目に見える影響である症状は、色、形、または機能の変化です。[ 9 ]植物のこれらの変化は、植物のシステムに悪影響を与える病原体または異物に対する植物の反応と連動しています。植物には、移動して異物と戦うことができる細胞がなく、体細胞適応免疫システムもありませんが、各細胞の自然免疫と全身シグナルを持っており、それに依存しています。[ 10 ]
植物は感染に対して、2つの分岐からなる自然免疫システムを持っています。最初の分岐は、微生物のクラスに類似した分子を認識して反応する必要があります。これには非病原体も含まれます。[ 11 ]一方、2番目の分岐は、宿主に対して直接的または間接的に病原体の毒性因子に反応します。[ 11 ]
パターン認識受容体（PRR）は、 PAMPまたはMAMPとして知られる病原体または微生物関連分子パターンの認識によって活性化されます。これにより、PAMP誘発性免疫またはパターン誘発性免疫（PTI）が引き起こされ、PRRは細胞内シグナル伝達、転写再プログラミング、およびコロニー形成を減少させる複雑な出力応答の生合成を引き起こします。[ 11 ]
さらに、エフェクター誘発免疫としても知られるR遺伝子は、強力な抗菌反応を引き起こす可能性のある特定の病原体の「エフェクター」によって活性化されます。[ 11 ] PTIとETIの両方は、損傷関連化合物であるDAMPの活性化を介して植物の防御を助けます。[ 11 ]細胞の変化または遺伝子発現の変化は、PTIおよびETI受容体を介してイオンチャネルのゲーティング、酸化バースト、細胞の酸化還元変化、またはプロテインキナーゼカスケードによって活性化されます。[ 11 ]
2013年までに、侵入性の樹木病害により、英国と米国を合わせて約1億本のニレの木と35億本のアメリカグリの木が枯死した。[ 12 ]
{{cite journal}}: CS1メンテナンス: DOIは2025年7月現在非アクティブです（リンク）