بیماری‌های گیاهی: پاتوژن‌ها و چرخه‌‌ی آنها

بیماری گیاهی را هرچیزی تعریف کرده‌اند که جلوی عملکرد حداکثری گیاه را می‌گیرد. این تعریف گسترده‌ایست و بیماری‌های ناشی از عوامل زنده و غیرزنده را در برمی‌گیرد.

بیماری‌های فیزیولوژیک و غیرعفونی:

این بیماری‌ها به دلیل شرایط محیط بیرونی گیاه و نه عوامل زنده به وجود می‌آیند. آن‌ها از گیاهی به گیاه دیگر سرایت نمی‌کنند اما بسیار رایج هستند و باید به هنگام ارزیابی سلامتی هر گیاهی مدنظر قرار گیرند. کمبود موادّ مغذی، فشردگی خاک، آسیب‌های ناشی از شوری، یخ‌زدگی و آفتاب‌سوختگی از این قبیل بیماری‌ها هستند (شکل ۱).

شکل 1: آثار یخ‌زدگی بر روی گیاهچه‌های دانه‌ی سویا

بیماری‌های ناشی از عوامل زنده یا عفونی:

این بیماری‌ها به دلیل میکروارگانیسم‌های زنده به وجود می‌آیند. هنگامی که گیاهان توسط این عوامل آلوده می‌شوند، به آن‌ها بیمارگر گیاهی گفته می‌شود. در گیاه‌پزشکی فقط درباره‌ی بیماری‌های گیاهی ناشی از عوامل زنده بحث می‌شود. پاتوژن‌ها می‌توانند از گیاهی به گیاه دیگر سرایت کنند و شاید همه‌ی بافت‌های گیاه شامل برگ، جوانه، ساقه، طوقه، ریشه، غده، میوه، دانه و بافت‌های آوندی را آلوده کنند (شکل ۲).

شکل ۲: بوته‌های سویا که در اثر پوسیدگی ناشی از قارچ Sclerotinia از بین رفته‌اند

انواع پاتوژن‌های گیاهی

پاتوژن‌های گیاهی بسیار شبیه عوامل بیماری‌زا در انسان‌ها و حیوانات هستند. قارچ، ارگانیسم قارچ‌مانند، باکتری‌‌، فیتوپلاسما، ویروس، ویروئید، کرم‌های لوله‌ای و گیاهان انگل همگی پاتوژن‌های گیاهی هستند.

قارچ‌ها و ارگانیسم‌های قارچ‌مانند (FLOها)

قارچ و ارگانیسم‌های قارچ‌مانندها (FLO) در مجموع بیش از هر گروه دیگری از پاتوژن‌ها علّت اکثر بیماری‌های گیاهی هستند. این ارگانیسم‌ها نمی‌توانند غذای خود را بسازند، فاقد کلروفیل هستند، رشد رشته‌ای دارند و برخی از آن‌ها از طریق هاگ تکثیر می‌شوند. قارچ‌ها و FLOها می‌توانند در خاک یا روی بقایای گیاهان زمستان‌گذرانی کنند. بااین‌حال، در آب‌وهوای شمالی برخی از قارچ‌ها و FLOها به دلیل دمای پایین نمی‌توانند زمستان را بگذرانند. این پاتوژن‌ها در آب‌وهوای جنوبی زمستان را می‌گذرانند و سپس توسط جریان هوا منتشر شوند و به آب‌وهوای شمالی برگردند. جابه‌جایی بیماری را از آب‌وهوای جنوبی به شمالی می‌توان طی فصل رویش دنبال کرد (شکل ۳).

شکل ۳: دانه‌ی سویا پوسیده‌شده در اثر قارچ Sclerotinia.

باکتری‌ها:

باکتری‌ها ارگانیسم‌های میکروسکوپی تک سلولی با دیوار‌ی سلولی هستند که از طریق تقسیم دوتایی (یک سلول به دو سلول می‌شکافد) تکثیر می‌شوند. ورودشان به گیاه باید از طریق شکاف‌های طبیعی یا زخم در گیاه صورت گیرد. زمستان‌گذرانی باکتری‌ها اساساً در خاک و یا روی بافت‌های گیاهی انجام می‌شود که تجزیه نمی‌شوند اما برخی از آن‌ها درون حشرات ناقل زنده می‌مانند (شکل ۴).

شکل ۴: دانه‌ی سویا که مبتلا به بلایت باکتریایی (Bacterial blight) شده‌است.

فیتوپلاسماها:

فیتوپلاسماها ارگانیسم‌های باکتری‌مانند میکروسکوپی هستند که فاقد دیواره‌ی سلولی هستند و بنابراین رشته‌ای هستند (شکل ۵).

10

شکل ۵: گیاه ستاره‌ای آلوده‌شده به گروه فیتوپلاسمایی زردی ستاره‌ای Aster yellow phytoplasm

 

ویروس‌ها و ویروئیدها:

ویروس‌ها قطعات نوکلئیک اسیدی درون یاخته‌ای( درون سلول زندگی می‌کنند) با پوشش پروتئینی هستند که دیگر ارگانیسم‌های زنده را آلوده می‌کنند و درون میزبان آلوده همانندسازی می‌کنند. ویروئیدها قطعات ویروس‌مانندِ فاقد پوشش پروتئینی هستند. ویروس‌ها و ویروئیدها عمدتاً توسط ناقل‌هایی مانند حشرات، کرم‌های لوله‌ای و قارچ‌ها انتقال می‌یابند که ویروس یا ویروئید را از طریق تغذیه‌ی خود وارد بدن میزبان می‌کنند. ویروس‌ها و ویروئیدها همچنین می‌توانند به‌وسیله‌ی تکثیر از طریق تخم، تکثیر غیرجنسی و هرس انتقال یابند (شکل ۶).

شکل ۶: گیاه سویا که به ویروس پیسه‌ای غلاف لوبیا (Bean Pod Mottle Virus) آلوده شده‌است.

کرم‌های لوله‌ای (نماتد):

کرم‌های لوله‌ای جانوران کرم‌مانند میکروسکوپی هستند. اکثر آن‌ها در خاک مسکن دارند و درون آن حرکت می‌کنند. بااین‌حال، برخی از این کرم‌ها از طریق حشرات انتقال می‌یابند و بخش‌های بیرون از زمین گیاه را درگیر می‌کنند. (شکل ۷)

شکل ۷: نماتد ماده‌ی بالغ سیستی سویا که در ریشه‌های گیاه سویا پدید آمده است.

گیاهان انگل:

گیاهان انگل گیاهانی هستند که کلروفیل دارند اما نمی‌توانند غذای خود را تولید کنند. آن‌ها برای دستیابی به آب و مواد مغذی انگل دیگر گیاهان می‌شوند. دارواش و کتان صحرایی نمونه‌هایی از این دست هستند.

مثلث بیماری

برای پیدایش یک بیماری در هر سیستم گیاهی وجود سه مؤلفه ضروریست:

1. گیاه میزبان حسّاس
2. عامل بیماری‌زا
3. محیط مطلوب

زمانی‌که این سه مؤلفه در یک زمان وجود داشته باشند، بیماری (بخش هاشورخورده) پدید می‌آید. یعنی هنگامی‌که یک گیاه میزبان حساس در ارتباطی تنگاتنگ با یک عامل بیماری‌زای گیاهی تحت شرایط محیطی مطلوب قرار گیرد، بیماری به وجود می‌آید. این مفهوم توسط قسمت هاشورزده در نمودار بالا نشان داده شده‌است.

وقتی‌که هم‌پوشانی زیادی وجود داشته باشد( یعنی قسمت هاشورخورده بزرگتر شود)، بیماری متوسط تا شدید می‌شود (شکل ۸).

شکل ۸: نمودار ون مثلث بیماری

مهم است به یاد داشته باشیم که هر کدام از این سه مؤلفه شامل خود متغیرهای متعدّدی دارند که شیوع و شدّت بیماری را تحت تأثیر قرار می‌دهد. این متغیرها شامل عواملی چون تنوع ژنتیکی، چرخه‌ی حیات و شرایط زیست‌شناختی گیاه میزبان و بیمارگر و شرایط محیطی می‌شوند.

• تنوع ژنتیکی: در یک گونه گیاه میزبان ممکن است تنوع ژنتیکی زیادی وجود داشته باشد که تأثیر زیادی بر حساسیّت گیاه در برابر نوع خاصی از پاتوژن‌ها دارد. اگر میزبان در برابر یک بیمارگر مقاوم باشد، حتی زمانی‌که بیمارگر در شرایط مطلوب محیطی وجود داشته باشد، بیماری پدید نمی‌آید( شکل ۹). تنوّع ژنتیکی همچنین در بیماری‌زایی بیمارگر یا توانایی آن برای آلوده کردن میزبان و تولید بیماری نقش دارد و همینطور بر میزان و شدت بیماری تأثیر دارد.
• شرایط زیست‌شناختی و چرخه‌ی حیات گیاه میزبان و بیمارگر: گیاهان میزبان ممکن است در برابر پاتوژن‌ها در یک مرحله‌ از رشد مقاوم باشند اما در مرحله‌ای دیگر نباشد. به‌طور مشابه، برخی پاتوژن‌ها باید در یک مرحله‌ی بحرانی از حیات خود قرار داشته باشند تا بتوانند موجب مریضی شوند.
• شرایط محیطی: متغیرهای متعدّدی در محیط هستند که بر شیوع و شدّت بیماری تأثیر می‌گذارند از جمله دما، نور خورشید، نمناکی، رطوبت نسبی و موقع سال. پاتوژن‌ها نوعاً براساس شرایط کلان اقلیم آب‌وهوایی محدود به یک منطقه هستند. کلان اقلیم شرایط آب‌وهوایی غالب اوقات در یک منطقه‌ی جغرافیایی مشخص است. در یک کلان اقلیم، مناطق کوچکی ممکن است وجود داشته باشند که آب‌وهوای آن‌ها متفاوت از نواحی اطراف باشد. این را خرداقلیم می‌نامند. هر سرزمینی پر از خرداقلیم‌هاییست که به دلیل تفاوت در نوع خاک، میزان در معرض خورشید و باد بودن و بسیاری ار عوامل دیگر وجود دارند.

شکل ۹: متغیرهای متعلق به هرکدام از مؤلفه‌های مثلث بیماری ممکن است بر پیدایش بیماری تأثیر بگذارند. این نمودار سیستمی را نشان می‌دهد که میزبان در آن با وجود تماس با پاتوژن از خود مقاومت نشان می‌دهد.

چرخه‌ی بیماری‌ها

برای گسترش یک بیماری، یک بیمارگر باید حضور داشته‌ باشد و به‌طور موفقیّت‌آمیزی به بافت‌ها و سلول‌های گیاه حمله کرده باشد. سلسله رویدادهایی که در گسترش بیماری اتفاق می‌افتند شامل تلقیح، رخنه، عفونت، دوره‌ی کمون، تکثیر و بقا (شکل ۱۰).

شکل ۱۰: پاتوژن تک‌چرخه‌ای برای تکمیل چرخه‌ی خود طبق فلش‌های سیاه عمل می‌کند. پاتوژن‌های چندچرخه‌ای بیشتر فصل طبق فلش‌های قرمز و در پایان فصل طبق فلش‌های سیاه عمل می‌کند.

تلقیح:

این مرحله تماس بیمارگر گیاهی با میزبان را توضیح می‌دهد. گروه‌های مختلف عوامل بیماری‌زا روش‌های گوناگونی برای مایه‌زنی به‌کار می‌گیرند و به مکانیسم‌های تخصصی مختلفی مجهز شده‌اند که به آن‌ها طی فرآیند تلقیح کمک می‌کند. به‌طورمثال، برخی پاتوژن‌های قارچی هاگ‌ در هوا آزاد می‌کنند و به کمک جریان هوا پخش می‌شوند.

رخنه:

محل زخم‌ها و شکاف‌های طبیعی گیاه، مانند روزنه‌ی هوایی و آبی، ورود برخی پاتوژن‌های گیاهی را تسهیل می‌کند؛ برخی از پاتوژن‌ها مکانیسم‌های منحصربه‌فردی برای رخنه‌ی مستقیم شکل داده‌اند. قارچ‌ها و کرم‌های لوله‌ای قادرند به‌طور فعال به بافت‌ها و سلول‌های میزبان اگر شرایط محیطی ،مانند رطوبت و دما، مساعدِ فرآیند نفوذ باشند، رخنه کنند.

عفونت:

این مرحله وقتی ظاهر می‌شود که بیمارگر به بافت گیاه حمله می‌کند و رابطه‌ی انگلی بین خودش و گیاه برقرار می‌کند. ویروس‌ها، باکتری‌ها و فیتوپلاسماها نمی‌توانند فعالانه نفوذ کنند یا به بافت‌های گیاه میزبان وارد شوند. بنابراین باید برای آلوده کردن بافت‌ها و سلول‌های گیاه بر دیگر روش‌ها تکیه کنند. برقراری پیوند با حشرات ناقل به این پاتوژن‌ها در تلقیح و پراکنده‌شدن کمک می‌کند.

دوره‌ی کمون:

پاتوژن‌ها به محض ورود به گیاه ممکن است وارد دوره‌ی کمون شوند و قبل از شروع بیماری برای مدتی نهفته باقی بمانند.

تکثیر:

پاتوژن‌های گیاهی به شکل جنسی و غیرجنسی تولیدمثل می‌کنند. این مسئله به بیمارگر بستگی دارد.

بقا:

پاتوژن‌های گیاهی تکامل می‌یابند ازاین‌رو می‌توانند مدّت‌های مدیدی در شرایط آب‌وهوایی نامساعد دوام بیاورند. برای مثال، لکه‌ی قهوه‌ای یک بیمارگر قارچیست که هاگی تیره‌رنگ تولید می‌کند. رنگ تیره‌ی هاگ موجب کاهش میزان نفوذ اشعه‌ی فرابنفش می‌شود و از مرگ سلول جلوگیری می‌کند. علاوه‌براین، نماتد سیستی سویا در پوشش شاخی تخمگذاری می‌کند. پوشش شاخی بسیار سخت است و جلوی نفوذ دیگر میکروب‌ها و عوامل شیمیایی کشنده‌ی تخم‌های جایگذاری شده را می‌‌گیرد.

در این چرخه اگر هر کدام از مراحل مختل شود، بیماری با شدت کمتر بروز می‌یابد یا گسترش نمی‌یابد. شناسایی و فهم چرخه‌ی بیماری یک مرض مشخص در مدیریت آن بسیار مفید است. دو نوع چرخه‌ی بیماری وجود دارد، تک چرخه‌ای و چند چرخه‌ای.