La epidemiología de las enfermedades de las plantas es el estudio de las enfermedades en las poblaciones de plantas. Al igual que las enfermedades de los seres humanos y otros animales, las enfermedades de las plantas se producen debido a patógenos como bacterias , virus , hongos , oomicetos , nematodos , fitoplasmas , protozoos y plantas parásitas . [1]Los epidemiólogos de enfermedades de las plantas se esfuerzan por comprender la causa y los efectos de las enfermedades y desarrollan estrategias para intervenir en situaciones en las que pueden ocurrir pérdidas de cultivos. Se utilizan métodos destructivos y no destructivos para detectar enfermedades en las plantas. Además, comprender las respuestas del sistema inmunológico en las plantas beneficiará aún más y limitará la pérdida de cultivos. Por lo general, una intervención exitosa conducirá a un nivel de enfermedad lo suficientemente bajo como para ser aceptable, dependiendo del valor del cultivo.
La epidemiología de las enfermedades de las plantas a menudo se considera desde un enfoque multidisciplinario, que requiere perspectivas biológicas , estadísticas , agronómicas y ecológicas . La biología es necesaria para comprender el patógeno y su ciclo de vida. También es necesario para comprender la fisiología del cultivo y cómo el patógeno lo está afectando negativamente. Las prácticas agronómicas a menudo influyen en la incidencia de enfermedades para bien o para mal. Las influencias ecológicas son numerosas. Las especies nativas de plantas pueden servir como reservorios de patógenos que causan enfermedades en los cultivos. Los modelos estadísticos se aplican a menudo para resumir y describir la complejidad de la epidemiología de las enfermedades de las plantas, de modo que los procesos de las enfermedades puedan entenderse más fácilmente. [2] [3] Por ejemplo, las comparaciones entre los patrones de progreso de la enfermedad para diferentes enfermedades, cultivares, estrategias de manejo o entornos ambientales pueden ayudar a determinar la mejor manera de manejar las enfermedades de las plantas. La política puede influir en la ocurrencia de enfermedades, a través de acciones como restricciones a las importaciones de fuentes donde ocurre una enfermedad.
En 1963, JE van der Plank publicó "Enfermedades de las plantas: epidemias y control", un trabajo fundamental que creó un marco teórico para el estudio de la epidemiología de las enfermedades de las plantas. [4] Este libro proporciona un marco teórico basado en experimentos en muchos sistemas patógenos hospedadores diferentes y avanzó rápidamente el estudio de la epidemiología de las enfermedades de las plantas, especialmente para los patógenos foliares fúngicos. Usando este marco, ahora podemos modelar y determinar umbrales para las epidemias que tienen lugar en un entorno homogéneo, como un campo de cultivo monocultivo. [4]
Elementos de una epidemia
Las epidemias de enfermedades en las plantas pueden causar enormes pérdidas en el rendimiento de los cultivos y amenazar con acabar con una especie entera , como fue el caso de la enfermedad del olmo holandés y podría ocurrir con la muerte súbita del roble . Una epidemia de tizón tardío de la papa, causada por Phytophthora infestans , provocó la Gran Hambruna Irlandesa y la pérdida de muchas vidas. [5]
Por lo general, los elementos de una epidemia se conocen como el "triángulo de la enfermedad": un huésped susceptible, un patógeno y un entorno propicio. [1] Para que ocurra una enfermedad, estos tres deben estar presentes. A continuación se muestra una ilustración de este punto. Donde los tres elementos se encuentran, hay una enfermedad. El cuarto elemento que falta en esta ilustración para que ocurra una epidemia es el tiempo. Mientras los tres de estos elementos estén presentes, la enfermedad puede iniciarse, una epidemia solo se producirá si los tres continúan presentes. Sin embargo, cualquiera de los tres podría ser eliminado de la ecuación. El hospedante puede superar la susceptibilidad como con la resistencia de plantas adultas a altas temperaturas, [6] el ambiente cambia y no es propicio para que el patógeno cause enfermedad, o el patógeno se controla mediante una aplicación de fungicida, por ejemplo.
A veces, se agrega un cuarto factor de tiempo como el momento en que ocurre una infección en particular, y el período de tiempo que las condiciones permanecen viables para esa infección, también pueden desempeñar un papel importante en las epidemias. [1] La edad de las especies de plantas también puede influir, ya que ciertas especies cambian en sus niveles de resistencia a las enfermedades a medida que maduran; en un proceso conocido como resistencia ontogénica. [1]
Si no se cumplen todos los criterios, como la presencia de un huésped susceptible y un patógeno, pero el entorno no es propicio para que el patógeno infecte y provoque la enfermedad, no se puede producir una enfermedad. Por ejemplo, se planta maíz en un campo con residuos de maíz que tiene el hongo Cercospora zea-maydis , el agente causal de la mancha gris de las hojas del maíz, pero si el clima es demasiado seco y no hay humedad en las hojas, las esporas del hongo. en el residuo no puede germinar e iniciar la infección.
Asimismo, es lógico que si el huésped es susceptible y el entorno favorece el desarrollo de la enfermedad, pero el patógeno no está presente, no hay enfermedad. Tomando el ejemplo anterior, el maíz se planta en un campo arado donde no hay residuos de maíz con el hongo Cercospora zea-maydis , el agente causal de la mancha gris de las hojas del maíz, presente pero el clima significa períodos prolongados de humedad de las hojas, hay no se inició ninguna infección.
Cuando un patógeno requiere la propagación de un vector, para que se produzca una epidemia, el vector debe ser abundante y activo.
Ilustración de triángulo de enfermedad vegetal
Tipos de epidemias
Los patógenos causan epidemias monocíclicos con una baja tasa de natalidad y la tasa de mortalidad , lo que significa que sólo tienen un ciclo de infección por temporada. Son típicos de enfermedades transmitidas por el suelo como el marchitamiento del lino por Fusarium . Las epidemias policíclicas son causadas por patógenos capaces de varios ciclos de infección por temporada. Con mayor frecuencia, son causadas por enfermedades transmitidas por el aire, como el mildiú polvoroso . También pueden ocurrir epidemias policíclicas bimodales . Por ejemplo, en la pudrición parda de las frutas de hueso, las flores y las frutas se infectan en diferentes momentos.
Para algunas enfermedades, es importante considerar la aparición de la enfermedad durante varias temporadas de crecimiento, especialmente si se cultivan los cultivos en monocultivo año tras año o si se cultivan plantas perennes . Tales condiciones pueden significar que el inóculo producido en una temporada se puede transferir a la siguiente, lo que conduce a una acumulación de inóculo a lo largo de los años. En los trópicos no hay cortes claros entre las temporadas de crecimiento como ocurre en las regiones templadas y esto puede conducir a la acumulación de inóculo.
Las epidemias que ocurren en estas condiciones se conocen como epidemias poliéticas y pueden ser causadas por patógenos tanto monocíclicos como policíclicos. El mildiú polvoroso de la manzana es un ejemplo de una epidemia poliética causada por un patógeno policíclico y la enfermedad del olmo holandés, una epidemia poliética causada por un patógeno monocíclico.
Detectando enfermedades
Hay muchas formas diferentes de detectar una enfermedad tanto de forma destructiva como no destructiva. Para comprender la causa, los efectos y la cura de una enfermedad, el método no destructivo es más favorable. Son técnicas donde la preparación de muestras y / o procesos repetitivos no son necesarios para medir y observar las condiciones de salud de las plantas. [7] Los enfoques no destructivos pueden incluir procesamiento de imágenes, basados en imágenes, basados en espectroscopía y sensores remotos.
La fotografía, la imagen digital y la tecnología de análisis de imágenes son herramientas útiles para configurar el procesamiento de imágenes. Se extraen datos valiosos de estas imágenes y luego se analizan en busca de enfermedades. Pero antes de que ocurra cualquier análisis, la adquisición de imágenes es el primer paso. Y dentro de este paso contiene tres etapas. Primero, está la energía que es la fuente de luz de la iluminación del objeto de interés. [7] En segundo lugar, está el sistema óptico, como una cámara, para enfocar la energía. [7] En tercer lugar, es la energía medida por el sensor. [7] Para continuar con el procesamiento de la imagen, existe un preproceso en el que uno puede asegurarse de que no haya factores como el fondo, el tamaño, la forma de la hoja, la luz y los efectos de la cámara en el análisis. [7] Después del preproceso, la segmentación de imágenes se utiliza para dividir la imagen entre regiones con enfermedad y sin enfermedad. En estas imágenes, hay características de color, textura y forma que se pueden extraer y utilizar para el análisis. [7] En conjunto, esta información puede ayudar a clasificar las enfermedades.
Los enfoques basados en imágenes para la detección tienen dos métodos principales, imágenes de fluorescencia e imágenes hiperespectrales. Las imágenes de fluorescencia ayudan a identificar las condiciones metabólicas de la planta. Para ello, se utiliza una herramienta para presentar luz sobre el complejo de clorofila de la planta. [7] Se utilizan imágenes hiperespectrales para obtener imágenes reflejadas. Dichos métodos consisten en la divergencia de información espectral (SID) donde se puede evaluar la reflectancia espectral observando bandas de longitud de onda. [7]
Otro enfoque no destructivo es la espectroscopia. Aquí es donde se involucra el espectro electromagnético y la materia. Hay espectroscopía visible e infrarroja, espectroscopía de fluorescencia y espectroscopía de impedancia eléctrica. Cada espectroscopia proporciona información que incluye los tipos de energía de radiación, los tipos de material, la naturaleza de la interacción y más. [7]
Finalmente, el último enfoque no destructivo es la aplicación de la teledetección en las enfermedades de las plantas. Aquí es donde se obtienen los datos sin tener que estar con la planta mientras se observa. Hay hiperespectral y multiespectral en la teledetección. El hiperespectral ayuda a proporcionar una alta resolución espacial y espectral. [7] La teledetección multiespectral proporciona la gravedad de la enfermedad. [7]
Sistema inmune
Las plantas pueden mostrar muchos signos o evidencia física de infecciones fúngicas, virales o bacterianas. Esto puede variar desde royas o mohos hasta no mostrar nada en absoluto cuando un patógeno invade la planta (ocurre en algunas enfermedades virales en las plantas). [8] Los síntomas que son efectos visibles de enfermedades en la planta consisten en cambios de color, forma o función. [8] Estos cambios en la planta se coordinan con su respuesta a patógenos u organismos extraños que están afectando negativamente su sistema. Aunque las plantas no tienen células que puedan moverse y luchar contra organismos extraños y no tienen un sistema inmunológico adaptativo somático, tienen y dependen de la inmunidad innata de cada célula y de señales sistémicas. [9]
En respuesta a las infecciones, las plantas tienen un sistema inmunológico innato de dos ramas. La primera rama tiene que reconocer y responder a moléculas que son similares a clases de microbios, esto incluye no patógenos. [10] Por otro lado, la segunda rama responde a factores de virulencia de patógenos, ya sea directa o indirectamente al huésped. [10]
Los receptores de reconocimiento de patrones (PRR) se activan mediante el reconocimiento de patrones moleculares asociados a patógenos o microbios conocidos como PAMP o MAMP. Esto conduce a la inmunidad activada por PAMP o la inmunidad activada por patrón (PTI) donde los PRR causan señalización intracelular, reprogramación transcripcional y biosíntesis de una respuesta de salida compleja que disminuye la colonización. [10]
Además, los genes R, también conocidos como inmunidad activada por efectores, son activados por "efectores" de patógenos específicos que pueden desencadenar una fuerte respuesta antimicrobiana. [10] Tanto el PTI como el ETI ayudan en la defensa de las plantas mediante la activación de DAMP, que son compuestos asociados al daño. [10] Los cambios celulares o los cambios en la expresión génica se activan a través de la compuerta del canal iónico, el estallido oxidativo, los cambios redox celulares o las cascadas de proteína quinasa a través de los receptores PTI y ETI. [10]
Ver también
- Diagnóstico a distancia mediante imágenes digitales (DDDI)
- Epidemiología del paisaje
- Previsión de enfermedades de las plantas
- Robert Hartig
- Patología forestal
- Fitopatología con hitos históricos en fitopatología
Referencias
- ↑ a b c d Agrios, George (2005). Fitopatología . Prensa académica. ISBN 978-0-12-044565-3.
- ^ Arneson, PA (2001). "Epidemiología de las enfermedades de las plantas: aspectos temporales" . Instructor de Sanidad Vegetal . Sociedad Americana de Fitopatología. doi : 10.1094 / PHI-A-2001-0524-01 . Archivado desde el original el 23 de febrero de 2008.
- ^ Madden, Laurence; Gareth Hughes; Frank Van Den Bosch (2007). Estudio de las epidemias de enfermedades de las plantas . Sociedad Americana de Fitopatología. ISBN 978-0-89054-354-2.
- ^ a b Drenth, A (2004). "Epidemias de hongos: ¿importa la estructura espacial?" . Nuevo fitólogo . Blackwells. 163 (1): 4–7. doi : 10.1111 / j.1469-8137.2004.01116.x .
- ^ Cormac Ó Gráda, Gran hambruna de Irlanda, University College Dublin, 2006, ISBN 978-1-9045-5858-3 , pág. 7
- ^ Shultz, TR; Línea, RF (1992). "Resistencia de plantas adultas a altas temperaturas a la roya de la raya del trigo y efectos sobre los componentes del rendimiento" . Revista de agronomía . Sociedad Estadounidense de Agronomía. 84 (2): 170-175. doi : 10.2134 / agronj1992.00021962008400020009x .[ enlace muerto permanente ]
- ^ a b c d e f g h yo j k Ali, Maimunah Mohd; Bachik, Nur Azizah; Muhadi, Nur 'Atirah; Tuan Yusof, Tuan Norizan; Gomes, Chandima (diciembre de 2019). "Técnicas no destructivas de detección de enfermedades de las plantas: una revisión". Fitopatología fisiológica y molecular . 108 : 101426. doi : 10.1016 / j.pmpp.2019.101426 . ISSN 0885-5765 .
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- ^ "Enfermedad de las plantas: patógenos y ciclos" . CropWatch . 2016-12-19 . Consultado el 10 de junio de 2020 .
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Otras lecturas
Epidemiología de las enfermedades de los cultivos
- Carvajal-Yepes, M .; Cardwell, K .; Nelson, A .; Garrett, KA; Giovani, B .; Saunders, DGO; Kamoun, S .; Legg, JP; Verdier, V .; Lessel, J .; Neher, RA; Día, R .; Pardey, P .; Gullino, ML; Registros, AR; Bextine, B .; Leach, JE; Staiger, S .; Tohme, J. (27 de junio de 2019). "Un sistema de vigilancia global para las enfermedades de los cultivos" (PDF) . Ciencia . Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia (AAAS). 364 (6447): 1237–1239. doi : 10.1126 / science.aaw1572 . ISSN 0036-8075 . PMID 31249049 . S2CID 195750384 .
- "Sistema mundial de vigilancia de cultivos, baluarte contra las enfermedades" . Instituto de Patógenos Emergentes . Universidad de Florida . 2019-07-11 . Consultado el 12 de febrero de 2021 .
- "Actividades de vigilancia de las enfermedades de los cultivos" . Agricultura y Alimentación . Departamento de Industrias Primarias y Desarrollo Regional de Australia Occidental Agricultura y Alimentos . 2020-05-07 . Consultado el 12 de febrero de 2021 .
- Fletcher, Jacqueline; Stack, James P. "Estrategias de vigilancia§ BIOSEGURIDAD AGRÍCOLA: AMENAZAS E IMPACTOS PARA PATÓGENOS VEGETALES" . Estantería NCBI ( Centro Nacional de Información Biotecnológica ) . Prensa de Academias Nacionales ( Academia Nacional de Ciencias ) . Consultado el 12 de febrero de 2021 .
enlaces externos
- Ecología y epidemiología en el entorno de programación R : módulos de acceso abierto publicados en The Plant Health Instructor