Epidemiologie rostlinných patogenů

Diagnostika je základem studia epidemiologie nejen rostlinných patogenů, tím je míněna diagnostika na různých úrovních a rovněž pak opakovatelná, nezávislá na diagnostikovi. Lze hovořit o vědním oboru, který vychází z humánní medicíny, zabývá se studiem výskytu patologických stavů a jejich determinant a aplikací získaných poznatků při jejich řešení.

Měření množství choroby a výnosové ztráty

Bez přesné kvantifikace choroby v prostoru a čase nelze aplikovat žádnou epidemiologickou studii. Lze zde hovořit o incidenci tedy o počtu napadených rostlin na ploše, či o množství napadeného pletiva v porostu tedy o intenzitě choroby, či o jejich kombinaci. Měření množství choroby či patogena může vycházet ze tradičních postupů stejně tak jako z postupů založených na úrovni imunologie, molekulární biologie či analýzy obrazu. Lze uplatnit technologie leteckého snímkování a evaluace změny fluorescence chlorofylu na úrovni interakcí s patogeny.

Množství

choroby

Ztráta na

výnose

James 1983Chiarappa 1981

Je to tak jednoduché ?

Výnosová ztráta

Zdravé pletivoNapadené pletivo

Čas napadení pletiva

Odběr vzorků chorob? – je možné odebrat reprezentativní vzorek?Jakákoli metoda odběru vzorků musí být založena na principech náhodnosti, reprezentativnosti a objektivnosti. V závislosti na chorobě může být destruktivní nebo ne. Standardně byly používány metody odběru vzorků za pomoci diagonálního náhodného modelu. Je ovšem otázkou kolik vzorků odebrat z konkrétní výměry pozemku k dosažení reprezentativnosti. Pro celou řadu chorob, například rez cibulová není vhodné odebírat vzorky náhodně. (Jong and Bree 1995). Delp et. al 1986 vyvinuli systém nazvaný Field Runner , který vykazuje mnohem vyšší přesnost odběru vzorků než klasický diagonální model (X,W). Malý počítač je používán pro přímé stanovení místa odběru v závislosti na pozemku jsou místa odběru klusterována čímž se snižuje množství odebraných vzorků, ale zároveň je splněna podmínka reprezentativnosti na statistické hladině významnosti 0,95-0,99.

Parker and Royle 1993 vyvinuli metodu otypování optimálních míst odběru, založené na principu autokorelace. Chyba v odběrech vzorků je tedy přesně spočítána a je s ní kalkulována pro další analýzu vzorků.

Čas a frekvence sledování vývoje choroby

Sledování vývoje choroby musí být vztaženo vždy k vývojové fázi rostliny stejně tak jako k času, neboť epidemiologie každého patogena je v závislosti vývojovou fází rostliny, lze tedy usuzovat na význam vývojové fáze v procesu vzniku epidemie konkrétní choroby. Je tedy nezbytné znát vývojové fáze rostlin a být schopen je bezezbytku stanovit. Dále pak nelze opominout cykličnost vývoje choroby (jak bude řečeno dále), a v neposlední řadě také vnější faktory které mohou modifikovat vývoj choroby ve větším měřítku než iniciální inokulum. Vývojová fáze rostliny je tedy faktorem, který ovlivňuje vývoj choroby zejména ve vztahu k patogenu. Vhodná vývojová fáze rostliny je pak klíčem pro navázání kompatibilního vztahu s patogenem.

Zadoks et Al. 1974 vytvořili desítkový klíč pro charakterizaci vývojové fáze obilnin, nic méně v současné době směřuje vývoj k univerzálnímu klíči, který by pokryl většinu plodin podobného rázu.

Lze také stanovit obecný klíč pro stanovení množství choroby na ploše pozemku:1. Odebrat 20 vzorků z 20 m2 pozemku2. Přiřadit ke každému vzorku kategorii výskytu choroby3. Určit počet jednotlivých kategorií respektive vzorků v kategorii4. Index výskytu choroby bude stanoven dle následujícího vztahu

((0*a)+(1*b)+(2*c)+(3*d)/ (a+b+c+d))* 100/3Kde a.b.c.d. jsou počty vzorků v kategoriích 0,1,2,3

Přímé kvalitativní metody

Nepřímé metody

Snímání a vyhodnocení

Vývoj chorobyObvykle sledujeme ve fytopatologii situaci v níž dochází k postupnému zvyšování incidence a intenzity choroby v čase od, zprvu velmi nízkého prahu. Pochopitelně je pro každého patogena vlastí konkrétní průběh intenzity a incidence v čase.

Lineární

Exponeniální

Pochopitelně nemohou choroby rostlin kolonizovat rostliny do nekonečna, 100% listové plochy je limitní. Po dosažení maxima již nemůže incidence ani intenzita dále růst.

Typické pro celou řadu chorob kombinace exponenciálního růstu na počátku vývoje choroby, a po přechodu do lineární fáze navazuje degresivní průběh až po dosažení maxima.

Není důležité snížit intenzitu či incidenci na minimální úroveň, stačí pokud ji udržíme na přijatelné úrovni. V tomto případě je nutné disponovat informacemi o vývoji choroby v čase a hledat příčiny exponenciálního růstu populace. V případě znalosti této determinanty lze zasáhnout včas a eliminovat tak vznik epidemie.

Periodicita vývoje rostlinných patogenů

Inokulum

Šíření a infekce

Patogen

Produkce inokula

Epidemie rostlinných onemocnění je cyklický fenomén. Vývoj patogena se opakuje v cyklech v závislosti na prostředí a hostitelské rostlině. Proces infekce je zahájen navázáním kompatibilního vztahu hostitel patogen. Patogen vyvíjející se v hostiteli, může za jistých okolností začít produkovat nové inokulum, které může být rozšířeno do okolí a případně navázat nový kompatibilní vztah.

Monocyklické

Polycyklické

V mírném klimatickém pásmu se jsou plodiny pěstovány pouze s jednou sklizní do roka, zde je tedy cyklita populací vztažené na jeden rok. V tropech a subtropech je populační dynamika vztažena vždy na jednu sklizeň.V případě trvalých porostů lze také hovořit o polyetické epidemiologii, kdy dochází k produkci inokula rok po roce a zdroje zůstávají zachovány.

Duch elm diseases houbové odumírání větví jilmu (Ophiostoma novo-ulmi) je příkladem monocyklické choroby s polyetickým vývojem. Vývoj choroby je zaznamenán rok po roce a množství choroby sílí.

Padlí na jabloni je příkladem polyetické epidemie způsobené polycyklicým patogenem, Každoročně dochází k vývoji několika populací a výskyt choroby a její incidence stoupá exponenciálně.

Sigatoka leaf spot (Mycosphaerella fijiensis) je houbovou chorobou, která je příkladem vývoje závislém na suché či vlhké periodě. Dochází k vývoji více či méně populací v jednom roce v závislosti na mikroklimatu. Hostitelská rostlina je napadána v různých fázích vývoje a přírůstkem listové plochy je schopna více či méně čelit napadení.

Monocyklické epidemieLze definovat tři základní skupiny chorob rostlin, které vytvářejí pouze jednu populaci do roka. Posklizňové choroby : jedná se o nejrůznější posklizňové hniloby, které se neprojevili v průběhu vegetace a jsou zpravidla zapříčiněny posklizňovou manipulací s ,komoditami. Je nutné zdůraznit, že v běžném prostředí mohou stejní patogeni způsobit polycyklickoui epidemii.

Choroby způsobené půdními patogeny : celá řada patogenů způsobujících hniloby kořenů či vaskulární chřadnutí produkuje pouze jednu populaci do roka. Jedná se zejména o patogeny vytvářející klidová stadia v půdě jako sklerocia, chlamidospory či oospory v půdě, nebo mycelium na posklizňových zbytcích. Nově pěstované rostliny jsou infikovány, ovšem již nedochází k rozšíření dalšího inokula v tomtéž roce.

Rzi bez uredosporální fáze : Rzi, které neprodukují uredospory na jednom a tomtéž hostiteli, vytvářejí jeden infekční cyklus v jednom roce příkladem může být rez hrušňová.

Polycyklické epidemie Jedná se o patogeny, kteří dokončí kompletní vývojový cyklus n a jednom hostiteli , vyvinou inokulum pro další rostliny téhož hostitele a ty jsou v jedné vegetační periodě distribuovány na další rostliny, kde se cyklus opakuje. Příkladem je plíseň bramborová a dále pak mnoho virových a bakteriálních onemocnění, které v jednom roce produkují inokulum několikrát po sobě a v cyklech jsou pak distribuovány v rámci jednoho roku na další rostliny.

Kombinace polycyklického a monocyklického vývoje chorob Ne každou chorobu rostlin lze popsat jako ideální mono či polycyklickou, často lze sledovat kombinace obou a to i v jedné vegetační periodě. Příkladem může být strupovitost jabloně. Produkci askospor na odumírajících listech, které se stávají zdrojem infekce pro příští rok lze označit jako monocyklickou, neboť nedochází k opakování tohoto cyklu v jednom roce. Ovšem produkce konidií na každém z napadených listů v průběhu vegetace, lze označit jako polycyklickou , neboť každá konidie může způsobit infekci nového zdravého listu v průběhu jedné vegetace.

Pyrenophora tritici-repentis způsobující helmintosporiovou světle hnědou skvrnitost je rovněž příkladem této kombinace. Iniciální inokulum je v osivu a projeví se po vyklíčení jako skvrny na listech. Produkované konidie se šíří v porostu pomocí větru a mohou způsobit další infekce. Tuto fázi označujeme jako polycyklickou. V průběhu kvetení dochází k infekci klasů a ty již nejsou dále zdrojem inokula pro tuto vegetační periodu. Lze tedy tuto část vývojového cyklu označit jako monocyklickou .

Matematické modelyV případě, že máme udržet chorobu pod úrovní ekonomické škodlivosti a máme – li pochopit vývoj choroby v kvantitativních znacích, je více než vhodné najít nějaký matematický model k popsání epidemie rostlinného patogena. V případě uplatnitelnosti výzkumu v trvale udržitelném rozvoji, lze aplikovat pouze kvalitativní a kvantitativní znaky populací patogena, které lze poměrně snadno stanovit, což v praktickém zemědělství nebývá věcí samozřejmou a schůdnou. V případě monocyklického vývoje nás zajímá zejména INICIÁlNÍ inokulum na začátku vegetace (Q1), které je rovno iniciálnímu inokulu v předchozí vegetaci (Q0) a přírůstku inokula za tuto vegetaci.Q1= Q0+ přírůstekPřírůstek inokula je funkcí množství inokula na začátku vegetace a konstanty přírůstku (K)Q1=Q0+K*Q0K je vyjádřeno všemi změnami, které mají vliv na přežívání a růst patogena, dále pak na jeho množení , produkci inokula, jeho rozšíření, či odumření patogena. Konstanta K ,je závislá jak na vnitřním tak na vnějším prostředí. Samozřejmě může nabývat jak záporných tak kladných hodnot.V případě polyetického vývoje choroby musíme zevšeobecnit tuto rovnici použitím popisu vegetační periody (T). Pro zjednodušení ovšem lze uvádět pouze K jako průměr za několik vegetačních period. QT+1=QT+K*QT