Materiály k přednáškám Základy fytopatologie. Katedra botaniky PřF UP v Olomouci. Vyučující: Verze LS 2011/12, předmět BOT/ZFP

Transkript

1 Materiály k přednáškám Základy fytopatologie Verze LS 2011/12, předmět BOT/ZFP Katedra botaniky PřF UP v Olomouci Vyučující: Prof. Ing. Aleš Lebeda, DrSc. Doc. RNDr. Michaela Sedlářová, Ph.D. RNDr. Barbora Mieslerová, Ph.D. RNDr. B. Sedláková, Ph.D. byly inovovány v rámci projektu: Zvyšování konkurenceschopnosti studentů oboru botanika a učitelství biologie CZ.1.07/2.2.00/

2 Přehled přednášek 1. Úvod 2. Původci infekčních chorob rostlin 3. Specificita vzájemných vztahů hostitel-patogen 4. Průběh infekčního procesu 5. Obranné reakce rostlin 6. Genetika ve vztahu hostitel-patogen 7. Ochrana rostlin 8. Vybrané choroby polních plodin 9. Vybrané choroby zeleniny 10.Vybrané choroby ovoce 11.Vybrané choroby technických a okrasných rostlin 12. Vybrané choroby dřevin

3 Požadavky: 60% účast Při nižší účasti seminární práce na vámi vybrané fytopatologické téma v rozsahu 4-5 stran J Zkouška zahrnuje: Znalosti získané z přednášek Poznávací část choroby rostlin (viz seznam)

4 FYTOPATOLOGIE - literatura Agrios G.N. (2005): Plant Pathology. 5th Edition. Elsevier AP, Oxford. Hammond-Kosack K., Jones J.D.G. (2000): 21-Responses to pathogens. In: Buchanan B., Gruissem W., Jones R.: Biochemistry and molecular biology of plants. p ASPP, Maryland. Holliday P. (1998): A Dictionary of Plant Pathology. 2nd Ed. Cambridge University Press. Jones, G. (1998): The epidemiology of plant diseases. KluwerAcademic Publishers. Kůdela V. a kol. (1989): Obecná fytopatologie. Academia, Praha. Kůdela V. a kol.: Rostlinolékařská bakteriologie, Academia, Lucas, J.A. (1998): Plant Pathology and Plant Pathogens. 3nd Ed. Blackwell Science. Šutić D.D., Sinclair J.B. (1991): Anatomy and physiology of diseased plants. CRC Press, Florida.

5 FYTOPATOLOGIE - časopisy Plant Protection Science Rostlinolékařství Elsevier Physiological and Molecular Plant Pathology Springer European Journal of Plant Pathology Journal of General Plant Pathology Ulmer Journal of Plant Diseases and Protection Priel Publishers Phytoparasitica AR Annual Review of Phytopathology

6 FYTOPATOLOGIE - časopisy Blackwell Publishing Journal of Phytopathology Plant Pathology Forest Pathology Molecular Plant Pathology APS Phytopathology Molecular Plant-Microbe Interactions Plant Disease Plant Health Progress IPS Journal of Plant Pathology Akadémiai Kiadó Acta Phytopathologica et Entomologica Hungarica A mnoho dalších např. Fungal Genetics and Biology

7

8 FYTOPATOLOGIE 1.PŘEDNÁŠKA ÚVOD Sylabus 1. přednášky: 1. Vymezení pojmu fytopatologie, její začlenění do systému biologických věd, praktický význam 2. Historie fytopatologie 3. Definice choroby a klasifikace chorob, příčiny vzniku chorob 2012 A. Lebeda, B. Mieslerová, M. Sedlářová

9 FYTOPATOLOGIE Je nauka o chorobách rostlin Teoretická fytopatologie se soustřeďuje na podstatu a příčiny chorob Praktická fytopatologie studuje metody ochrany proti chorobám V nejužším pojetí se fytopatologie zabývá chorobami biotického původu způsobenými viroidy, viry, bakteriemi, houbami a parazitickými rostlinami V širším pojetí jsou předmětem studia fytopatologie i choroby způsobené háďátky a prvoky, popř. poruchy vyvolané abiotickými faktory

10 FYTOPATOLOGIE ve vztahu k ostatním vědám

11 OBECNÁ -rozvoj především po 2. světové válce : Rozdělení z hlediska rostlin: * patologická morfologie * patologická anatomie a cytologie rostlin * genetika interakce hostitel-patogen * patologická fyziologie a biochemie rostlin * molekulární (od poloviny 80. let) * epidemiologie fytopatogenních organismů * ekologická fytopatologie (od konce 80. let) Rozdělení z hlediska původců chorob a obecných principů jejich ochrany: * fytopatologická virologie * fytopatologická bakteriologie * fytopatologická mykologie * fytofarmacie FYTOPATOLOGIE

12 FYTOPATOLOGIE SPECIÁLNÍ -jednotlivé choroby rostlin : * kulturních r. (od antiky) -zemědělská -lesnická -zahradnická * planě rostoucích rostlin

13 VÝZNAM FYTOPATOLOGIE Vyplývá hlavně z hospodářské závažnosti chorob rostlin, jejich způsobilosti překazit nebo ztížit úsilí člověka o zabezpečování dostatku kvalitních potravin 1. Využití a zhodnocení výnosového potenciálu rostlin Choroby rostlin jednak snižují fotosyntetickou efektivnost asimilujících rostlin, jednak znehodnocují rozrušují a ničí již hotové rostlinné produkty

14 Ztráty výnosů plodin podle regionů Ztráty výnosů 6 základních a tržních plodin (rýže, pšenice, ječmen, kukuřice, brambory, sója) způsobené živočišnými škůdci, patogeny a plevely

15 2. Zdravotní nezávadnost rostlinných produktů a ochrana životního prostředí Některé fytopatogenní a saprofytické houby produkují mykotoxiny schopné ohrozit zdraví člověka a zvířat (Claviceps purupurea - ergotismus, Fusarium poae trichoteceny, Aspergillus flavus- aflatoxiny) Aspergillus flavus napadá např. podzemnici olejnou produkce Aflatoxinu

16 Paličkovice nachová (Claviceps purpurea) produkce Ergotových alkaloidů a kyseliny lysergové Fusarium spp. produkce Fusariové kyseliny, Trichotecenů (toxické pro herbivory, i zneužity)

17 Rezidua pesticidů Je používání chemických látek bezpečné? Dělá se všechno potřebné, aby se chemická regulace škodlivých činitelů nahradila regulací neškodnou nebo méně riskantní? Množství spotřebovaných látek a náklady na chem. ochranu

18 3. Přínos pro jiné obory Fytopatologie čerpá z mnoha vědních oborů, na druhou stranu poznatky z fytopatologie jsou přínosem i pro jiné obory Př.objevení, že filtráty houby Giberella fujikuroi stimulují růst rostlin, stejně jako houba samotná. Vedlo to k objevu celé skupiny látek produkovaných i ve zdravých rostlinách, růstových regulátorů. Giberella fujikuroi a symptom nadměrného

19 Historie fytopatologie Lidské populace -rozvoj s vývojem produktivity zemědělství -hladomor v důsledku neúrody Epidemie rzí ve starém světě (pšenice a ječmen) 2000 př.n.l. samara nemoc: listy ječmenu za vlhka zčervenaly 1700 př.n.l. Genesis 41:23, východní vítr 700 př.n.l n.l. slaven 25. duben jako svátek Robigalia (Robigo bůh plísně) Theophrastus ( př.n.l.) De historia plantarum De causis plantarum Plinius starší (23-79 n.l.) vliv počasí

20 Námel - Claviceps purpurea - napadá traviny, z obilovin zejména žito -námel používán v souvislosti s vyvoláním porodu, resp. úpravy poporodního krvácení -námelové alkaloidy - 4 skupiny: Historie

21 Historie Hromadné otravy po požití mouky z napadeného obilí Ergotismus = Oheň sv. Antonína (890 n.l.) Čína př.n.l. USA čarodějnice Rusko tis. vojáků Rusko tis. lidí Francie lidí

22 Historie Irský hladomor (Irish famine) epidemie Phytophthora infestans v r emigrace do USA

23 Historie Počátky fytopatologie Thoullier 1670 pozoroval, že ergotismus souvisí s konzumací námele A. van Leeuwenhoek 1680 zdokonalení konstrukce mikroskopu C. Linné 1735 Systema naturae C. Darwin 1859 The Origin of species by means of natural selection

24 Historie Houby P.A. Micheli 1729 popsal reprodukci houby sporami, experiment na melounu M. Tillet 1755 pokusy s prašnou snětí, vliv CuSO 4 -interpretace jed B. Prévost 1807 zopakoval + pozoroval klíčení spor a infekci obilek M.J. Berkeley 1878 dokázal, že epidemie plísně bramborové je způsobena houbou původně Botrytis infestans the potato murrain A. De Bary ( ) práce o snětích a rzích -vývoj hub od proniknutí do hostitele po fruktifikaci -zakladatel experimentální mykologie -zavedl pojmy parazitismus, infekce, rezistence J.O. Brefeld ( ) zavedl pěstování hub v čistých kulturách

25 Historie Houby C. Tulasne 1861 Selecta fungorum Carpologia

26 Historie Protozoa M. Woronin 1878 původce boulovitosti kořenů Plasmodiophora brassicae - původně houba, dnes řazená mezi prvoky do sam. oddělení Plasmodiophoromycota

27 Historie Bakterie Erwin F. Smith 1890 studoval nádory rostlin, jako původce prokázal bakterii Agrobacterium tumefaciens až téměř za 100 let důkaz transformace hostitelského genomu, využití v biotechnologii - GMO

28 Historie Viry Adolf Mayer 1886 pokusy s TMV (Tobacco mosaic virus), navázali: D. Ivanovski 1892 (vyloučil bakterie jako původce - toxiny?) W.M. Stanley 1935 první krystalizace viru, 1946 Nobelova cena za TMV Frankel-Konrat 1956, od r DNA viruses od r ELISA, RFLP, RT-PCR, atd.

29 Historie Fytoplazmy Doi a kol. (Japonsko) v lýku rostlin vykazujících žloutenku - MLO (do té doby za původce všech žloutenek rostlin považovány viry) objev souvisí s rozvojem EM, výskyt pouze v sítkovicích později se ukázalo, že nejde o pravé mykoplazmy, i když řazeny do stejného ř. Mollicutes od 90. let označovány jako fytoplazmy (Phytoplasma) dosud popsáno více než 200 chorob, které působí fytoplazmy Aster yellows phytoplasma

30 Historie Viroidy T.O. Diener 1971 pokusy s Potato spindle tuber mosaic viroid Priony S. Prusiner Nobelova cena Prionová teorie

31 Prof. Julius Kühn ( ) Historie rostlinolékařství jako vědního oboru -zakladatel moderního rostlinolékařství -zasloužil se o kodifikaci oboru -r vydána jeho 1. příručka rostlinolékařství Choroby rostlin, jejich příčiny a uvarování se jich -etiologický přístup -působil na univerzitě v Halle (Německo), kde vedl zemědělský ústav -ročně zde studovalo také 6-10 studentů z českých zemí Prof. P. Sorauer -zpracoval první přehledné kompendium chorob rostlin Handbuch der Pflanzenkrankheiten, Ed. 1, 1874 V letech pak publikováno 6 dílů Prof. E. Gäumann -1. učebnice obecné fytopatologie Pflanzliche Infektionslehre, 1946

32 Historie v českých zemích Prof. František Bubák ( ) průkopník fytopatologie v č. zemích -založil 1. samostatné odd. pro choroby rostlin při Výzkumné stanici hospodářsko-fyziologické -1. docent (1901) a profesor (1919) fytopatologie -1. rektor VŠZ v Brně (v letech ) Prof. Eduard Baudyš ( ) -iniciátor rozvoje rostlinolékařství na Moravě -jako první vyučoval fytopatologii jako samostatný předmět na VŠZ v Brně -iniciátor a editor 4-dílné učebnice zemědělské fytopatologie Prof. Julius Stoklasa ( ) -jako jeden z prvních zkoumal vliv emisí na rostliny -zasloužil se o založení Výzkumné hospodářsko-fyziologické stanice v Praze, včetně jeho odboru pro choroby rostlin

33 Institucionalizace rostlinolékařství v ČR 1/ Rostlinolékařský výzkum Výzkumný ústav rostlinné výroby (VÚRV) Praha-Ruzyně Výzkumný ústav lesního hospodářství a myslivosti (VÚLHM) Jíloviště-Strnady Zemědělský výzkumný ústav (ZVÚ) Kroměříž Výzkumný ústav bramborářský (VÚB) Havlíčkův Brod Výzkumný ústav pícninářský (VÚP) Troubsko u Brna AGRITEC Šumperk Výzkumný ústav olejnin OSEVA PRO Opava Výzkumná stanice travinářská OSEVA PRO Zubří Výzkumný ústav ovocnářský Holovousy Chmelařský institut Žatec Řepařský institut Semčice MŽP: Výzkumný ústav okrasného zahradnictví Průhonice AVČR: ÚMBR České Budějovice, EÚ České Budějovice, ÚEB Praha 2/ Vysoké školství FAPPZ ČZU Praha ÚOLM, AF MZLU Brno ZF JČU České Budějovice PřF UK Praha PřF MU Brno PřF UP Olomouc 3/ Státní rostlinolékařská správa od Ústřední odbory Praha, Brno, Olomouc 7 oblastních odborů 72 okresních oddělení 28 fytokaranténních inspekcí na vstupních místech (tj. hraničních přechodech ČR)

34 Definice choroby škodlivá odchylka od normálního fungování fyziologických procesů, která působí dostatečně dlouhou dobu, aby způsobila narušení nebo zastavení životní aktivity termín choroba by měl být používán pouze pro malformace působené patogenními organismy (infekčními agens), ostatní by měly být označovány jako poruchy Koncepce choroby Rostlinní patologové hledají a snaží se vysvětlit příčiny a význam chorob. K tomu potřebují znát procesy probíhající během růstu a vývoje zdravé rostliny na 3 úrovních: -sled událostí v průběhu životního cyklu -fyziologické procesy -molekulární reakce podmiňující všechny živ. pochody

35 Klasifikace chorob Počet chorob popsaných u jednoho kulturního rostlinného druhu se pohybuje okolo jedné stovky. Celkem je známo několik desítek tisíc rostlinných chorob 1. Podle etiologie a/ Heredopatie = genetické anomálie (gen pro syntézu určité sloučeniny chybí) -nepatrný vliv vnějších podmínek b/ Abionózy = poruchy c/ Bionózy - viroidové choroby, virózy, bakteriózy, mykózy -specifická únava půdy (replant disease)

36 Faktory vyvolávající choroby, fyziologické poruchy a poškození

37 Příčiny neinfekčních nebo fyziologických poruch teplotní, vodní, světelné a povětrnostní extrémy nedostatek kyslíku, toxické prvky (Hg,Co), ph půdy znečištění ovzduší deficience živin nevhodná agrotechnika nevhodná ochranná opatření = iatrogenní choroby (účinek pesticidů -kurativní nebo profylaktický)

38 Původci bionóz Nebuněčné organismy Viroidy, viry Prokaryota Bakterie (Bacteria), fytoplazmy Eukaryota Prvoci (Protista) Houby vaječné (Chromista) Houby (Fungi) Živočichové (Animalia) Parazitické rostliny (Plantae)

39 h/ Fytohormony (obsah a zastoupení aktivních/neaktivních forem) 1. Podle etiologie Klasifikace chorob 2. Podle narušení fyziologických funkcí a/ Permeabilita napadených buněk (membrány, strukturní změny BS) b/ Metabolismus vody vnapadených rostlinách -příjem a pohyb vody vrostlině -transpirace c/ Minerální výživa -absorpce -transport -fyziologická deficience d/ Fotosyntéza (obsah a funkce pigmentů, transport a ukládání cukrů) e/ Respirace (zvýšená intenzita; enzymy glykolýzy) f/ Syntéza proteinů (PR-proteiny, enzymy) na úkor zásobních látek g/ Metabolismus sekundárních metabolitů -akumulace fytoncidů (flavonoidy,terpenoidy,fenolické látky,alkaloidy) -syntéza fytoalexinů (lipofilní, narušení membrán)

40 1. Podle etiologie 2. Podle narušených fyziologických funkcí 3. Podle typu symptomů Klasifikace chorob Symptomy Ovlivněná funkce Příklady Nekróza (buněčná smrt) Celkově metabolismus Padání klíčních rostlin -celé rostliny Erwinia -měkká hniloba bramboru Chloróza Fotosyntéza BMYV -beet mild yellowing virus Zakrslost Celkový vývoj BYDV - barley yellow dwarf virus Trvalé vadnutí Vodní provoz Verticiliové vadnutí rajčat Hypertrofie Hyperplazie Opad listů Etiolizace (blednutí) Regulace růstu Nádorovitost brukvovitých u zelí Kadeřavost listů broskvoní (Taphrina deformans) Americké padlí angreštové (Sphaerotheca mors-uvae) Nadměrný růst rýže (bakanae) (Giberella fujikuroi) Inhibice kvetení Rozmnožování Plíseň dusivá (Epichloë typhina) Inhibice tvorby plodů Sněť prašná ječná (Ustilago nuda, U.tritici)

41 Klasifikace chorob 1. Podle etiologie 2. Podle narušených fyziologických funkcí 3. Podle typu symptomů 4. Podle lokalizace symptomů a/ choroby klíčních rostlin kořenů stonků listů květů plodů semen b/ choroby pletiv krycích základních vodivých

42 Klasifikace chorob 1. Podle etiologie 2. Podle narušených fyziologických funkcí 3. Podle typu symptomů 4. Podle lokalizace symptomů 5. Podle druhů rostlin, na kterých se vyskytují a/ choroby jednotlivých druhů (pšenice, brambor, řepy) b/ choroby skupin plodin (zeleniny, polních plodin, ovoce, technických plodin, okrasných a lesních dřevin, atd.)

43 1. Podle etiologie 2. Podle narušených fyziologických funkcí 3. Podle typu symptomů 4. Podle lokalizace symptomů 5. Podle druhů rostlin, na kterých se vyskytují Klasifikace chorob 6. Podle ekonomického a ekologického významu a/ zhoubné pro rostliny, ale užitečné pro uchování koloběhu látek v přirozených ekosystémech -v přirozených ES patogeny neohrožují přežití rostlin b/ zhoubné pro rostliny, ale využitelné pro člověka -choroby plevelů -zvyšující kvalitu rostlin. produktů - Botrytis cinerea -indukující rezistenci k jiným chorobám -s vedlejším produktem - Claviceps purpurea -původci využívaní pro vědecké účely - Agrobacterium tumefaciens c/ prospěšné pro rostlinu i člověka zvyšují za určitých podmínek produkci Agrobacterium rhizogenes d/ zhoubné pro rostlinu i člověka většina chorob

44 Příčiny vzniku chorob Kauzalita = příčinnost příčina účinek Etiologie bionóz Příčina choroby: 1/ choroba bez škodlivého faktoru nemůže vzniknout a rozvíjet se 2/ určuje specifičnost choroby, její kvalitativní zvláštnosti Etiologie -(sensu stricto) studium příčin, původců chorob -(sensu lato) studium i podmínek a událostí, vedoucích až k projevu choroby

45 Interakce hostitel-patogen Prostředí Hostitel Patogen Komplex hostitel-patogen Fyzikální interakce Chemické interakce 1. Látky přítomné před kontaktem 2. Látky uvolněné po kontaktu 3. Látky syntetizované po kontaktu preformované látky enzymy,pr proteiny,fenolické l. fytoalexiny AEGRIKORPUS

46 Trojúhelník choroby Interakce mezi náchylnou rostlinou, patogenem a prostředím Trojúhelník choroby vyjadřuje vztahy mezi jednotlivými kritérii vzniku epidemie: - množství náchylných rostlin -početnost virulentních kmenů patogenu -dlouhodobě příznivé podmínky prostředí

47 Čtyřúhelník choroby