ZFP

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.1.07/2.2.00/15.0316

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

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)

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.1102-1156. ASPP, Maryland. Holliday P. (1998): A Dictionary of Plant Pathology. 2nd Ed. Cambridge University Press. Jones, G. (1998): The epidemiology of plant diseases. Kluwer Academic Publishers. Kůdela V. a kol. (1989): Obecná fytopatologie. Academia, Praha. Kůdela V. a kol.: Rostlinolékařská bakteriologie, Academia, 2002. 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.

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 AR

Phytoparasitica

Annual Review of Phytopathology

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…

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

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

FYTOPATOLOGIE ve vztahu k ostatním vědám

FYTOPATOLOGIE 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 SPECIÁLNÍ - jednotlivé choroby rostlin : * kulturních r. (od antiky)

* planě rostoucích rostlin

- zemědělská - lesnická - zahradnická

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

Ztráty výnosů plodin podle regionů

1988-1990 Ztráty výnosů 6 základních a tržních plodin (rýže, pšenice, ječmen, kukuřice, brambory, sója) způsobené živočišnými škůdci, patogeny a plevely

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

Paličkovice nachová (Claviceps purpurea) – produkce Ergotových alkaloidů a kyseliny lysergové

Fusarium spp. produkce Fusariové kyseliny, Trichotecenů (toxické pro herbivory, i zneužity)

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

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 růstu u rýže

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. - 200 n.l. slaven 25. duben jako svátek „Robigalia“ (Robigo – bůh plísně) Theophrastus (371-286 př.n.l.) De historia plantarum De causis plantarum Plinius starší (23-79 n.l.) vliv počasí

Historie 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 Hromadné otravy po požití mouky z napadeného obilí Ergotismus = Oheň sv. Antonína (890 n.l.) Čína - 1100 př.n.l. USA - 1690 - čarodějnice Rusko - 1722 - 20 tis. vojáků Rusko - 1926 - 10 tis. lidí Francie - 1951 - 200 lidí

Historie

Irský hladomor (Irish famine) epidemie Phytophthora infestans v r. 1845 - emigrace do USA

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

Historie Houby P.A. Micheli – 1729 – popsal reprodukci houby sporami, experiment na melounu M. Tillet – 1755 – pokusy s prašnou snětí, vliv CuSO4 - 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 (1853-1884) – práce o snětích a rzích - vývoj hub od proniknutí do hostitele po fruktifikaci - zakladatel experimentální mykologie - zavedl pojmy parazitismus, infekce, rezistence… J.O. Brefeld (1839-1925) – zavedl pěstování hub v čistých kulturách

Historie Houby C. Tulasne – 1861 Selecta fungorum Carpologia

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

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

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. 1960 DNA viruses od r. 1980 – ELISA, RFLP, RT-PCR, atd.

Historie Fytoplazmy Doi a kol. (Japonsko) - 1967 §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

Historie Viroidy T.O. Diener – 1971 pokusy s Potato spindle tuber mosaic viroid

Priony S. Prusiner – 1972 1997 Nobelova cena Prionová teorie

Historie rostlinolékařství jako vědního oboru Prof. Julius Kühn (1827-1910) - zakladatel moderního rostlinolékařství - zasloužil se o kodifikaci oboru - r. 1858 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 1921-1939 publikováno 6 dílů Prof. E. Gäumann - 1. učebnice obecné fytopatologie „Pflanzliche Infektionslehre“, 1946

Historie v českých zemích Prof. František Bubák (1866-1925) – 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 1919-1920)

Prof. Eduard Baudyš (1886-1968) - 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 (1857-1936) - 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

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 1.1.1997 Ústřední odbory Praha, Brno, Olomouc 7 oblastních odborů 72 okresních oddělení 28 fytokaranténních inspekcí na vstupních místech (tj. hraničních přechodech ČR)

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

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)

Faktory vyvolávající choroby, fyziologické poruchy a poškození

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)

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

Klasifikace chorob 1. Podle etiologie

2. Podle narušení fyziologických funkcí a/ Permeabilita napadených buněk (membrány, strukturní změny BS) b/ Metabolismus vody v napadených rostlinách - příjem a pohyb vody v rostlině - 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) h/ Fytohormony (obsah a zastoupení aktivních/neaktivních forem)

Klasifikace chorob 1. Podle etiologie 2. Podle narušených fyziologických funkcí

3. Podle typu symptomů Symptomy

Ovlivněná funkce

Příklady

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

Nekróza (buněčná smrt)

Hypertrofie

Nádorovitost brukvovitých u zelí

Hyperplazie

Kadeřavost listů broskvoní (Taphrina deformans)

Opad listů

Americké padlí angreštové (Sphaerotheca mors-uvae)

Regulace růstu Etiolizace (blednutí) Inhibice kvetení Inhibice tvorby plodů

Nadměrný růst rýže (bakanae) (Giberella fujikuroi) Rozmnožování

Plíseň dusivá (Epichloë typhina) Sněť prašná ječná (Ustilago nuda, U.tritici)

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

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.)

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

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

Etiologie bionóz Příčiny vzniku chorob Kauzalita = příčinnost příčina → účinek 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

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

AEGRIKORPUS

preformované látky enzymy,PR proteiny,fenolické l. fytoalexiny

Interakce mezi náchylnou rostlinou, patogenem a prostředím

Trojúhelník choroby

Trojúhelník choroby vyjadřuje vztahy mezi jednotlivými kritérii vzniku epidemie: - množství náchylných rostlin - početnost virulentních kmenů patogenu - dlouhodobě příznivé podmínky prostředí

Čtyřúhelník choroby