毎年秋になると、「収穫」するのは植物だけではありません…

制作：中国科学普及協会

著者: 高開星 (中国科学院微生物研究所)

プロデューサー: 中国科学博覧会

秋は黄金色に輝く季節で、中国の国土は収穫の喜びに満ちています。豊かな収穫はその年の努力の成果であると同時に、来年の種まきへの希望でもあります。

「稲の花の香りは豊作を物語り、カエルの鳴き声は聞こえる」ということわざがあります。これは病原体だけでなく作物にも当てはまります。豊富な果実が収穫された後に残るのは枯れた枝と葉であり、それによって多数の生きた寄生病原菌は栄養源を奪われ、生存できなくなります。

賢い微生物は、繁殖し、繁栄できることも保証しなければなりません。このため、秋の収穫期は病原菌が増殖し、蔓延する季節となることが多いのです。

害虫と病気：作物の成長と収穫に対する大きな脅威

作物は、種子の発芽から土壌を経て緑の葉の成長、果実の生産に至るまで、そのライフサイクル全体にわたって病原微生物の脅威に直面しています。

作物の根、葉、果実はさまざまな病原体に感染し、植物にさまざまな程度の損傷を引き起こす可能性があります。それだけでなく、降雨量が豊富で気温や湿度が適度であれば、病原菌が蔓延しやすくなります。そのため、雨の多い秋は、農家にとっては常に嬉しいけれど心配な季節でもありました。

植物のすべての器官は病原体に侵される可能性がある

（画像出典：参考文献[1]）

2023年7月、台風「ドゥスルイ」の発生により、安徽省、河南省の黄淮、淮海地域などの主要な穀物生産地が直撃し、トウモロコシや大豆などの主要作物に甚大な被害をもたらし、植物の葉や果実に損傷を与えました。

農業農村部は災害後の害虫や病気の大量発生を防ぐため、農作物の収穫量を減らし経済的損失を減らすための災害後の予防政策を特別に導入した。

病気や害虫の発生は、作物の生産と収穫に大きな潜在的リスクをもたらすことがわかります。

植物はどんな病気にかかる可能性がありますか？

では、秋の収穫期に植物は病原体からどのような脅威に直面するのでしょうか?

米を例に挙げてみましょう。我が国、さらには東南アジアでも最も重要な主食作物である米の栽培面積は4億5千万ムーに達し、年間生産量は2億トン以上に達します。私の国では、人口の65%以上が米を主食としています。

稲の生育期間は全体で約4～5ヶ月です。この期間中、稲は種子から小さな苗、分げつ、穂立ち、穂出し、開花、そして最終的に成熟して結実するという一連の段階を経ます。

この期間中、イネ白葉枯病、イネ縞葉枯病、イネ紋枯病など、細菌性、真菌性、ウイルス性の病気が多数発生しました。

イネ縞葉枯病に感染した田んぼ

（画像出典：参考文献[2]）

最も深刻なイネいもち病はイネがんとしても知られ、イネの生育期間全体を通じて発生する可能性があります。果実期にイネいもち病や穀類いもち病が大規模に発生すると、農地全体が不毛になってしまいます。

イネいもち病の罹病葉：葉いもち\穀いもち

（画像出典：参考文献[3]）

イネいもち病は代表的な植物の真菌性病気です。その最も古い記録は、中国の明代の宋応星が書いた『天宮開語』の一節に遡ります。 「苗が芽を出した後（穂をつけた）、夜に鬼火が燃える。稲の葉がそれに触れると、すぐに焦げてしまう。」

古代人は稲のいもち病が何であるかを知らず、病気の植物を「幽霊火」で焼かれることに例えました。今では、実際に作用しているのはイネいもち病菌の胞子であることがわかっています。

イネいもち病菌は、産生する小さな分生子（下図の小さな写真（b）参照）を介して植物に感染します。これらの分生子は自然の風に乗って飛来したり、畑を歩く農民の体に付着したりして、その後、健康な植物の葉に落ちます。

イネいもち病菌

（画像出典：参考文献[4]）

これらの病原微生物は、環境によって引き起こされた傷を通して、または表皮から直接葉に侵入し、付着細胞を生成し、感染糸を形成し、最終的に植物の内部組織に侵入して感染を完了します。症状は通常4〜5日以内に現れます。

稲が成長し、開花し、接ぎ木をしているときに、稲穂の中の穀粒にイネいもち病菌が感染すると、稲の収穫量に壊滅的な影響を与えます。

植物の病気はどのように治療すればよいのでしょうか?

急速に進行し、深刻な被害をもたらす植物病害を予防し、制御する最も効果的な方法は何でしょうか?

実際、植物の病気を予防し、制御することは、医者が人間を治療することと同じです。まず、医師は患者に運動を通じて免疫力を高めるようアドバイスします。植物の場合、外因性肥料を施すことで植物の栄養吸収を高め、植物自身の免疫力を高め、病原体に対する抵抗力を高めることができます。

植物が病原体に感染すると、その植物を「病気」にさせる原因が細菌、真菌、ウイルスのいずれであるかを特定し、適切な薬剤を使用して病気を治療する必要があります。

通常、細菌性疾患であれば、植物の断面を作り、切断面を水に浸けておくことができます。大量の細菌の膿が水に染み出ている場合は、植物が細菌に侵されていると判断できます。

イネいもち病のような真菌性疾患は、多くの場合、多数の胞子を生成し、肉眼で真菌の存在をはっきりと見ることができます。

ウイルス性疾患は、それが引き起こす植物の症状が、一部の非感染性疾患（植物の栄養不足、高温ストレスなど）の症状と類似しているため、特定するのが最も困難です。それらの同定には、分子生物学的手法の使用と実験室条件下での確認が必要になることがよくあります。

植物ウイルスは通常生きた寄生生物であるため、その80％以上は媒介昆虫によって伝染します。彼らは昆虫媒介生物の摂食過程を巧みに利用し、昆虫の唾液とともに健康な植物に侵入して感染を完了させます。

ウイルスが植物に感染すると、体外に放出する化合物の種類が変化することが多く、体内での昆虫耐性物質の生成が減少し、昆虫が植物を餌として食べられるようになります。これは**優れた二重知能**の現れと言えるでしょう。

そのため、病気の疑いのある植物にウイルスを拡散させる昆虫が多数いる場合、ウイルス性疾患の存在を判断するのにも役立ちます。

昆虫は植物の病気を広める

（画像出典：著者）

3番目に、病気に適した薬を処方します。細菌性および真菌性の病気の場合、適切な農薬を適切な量で散布する必要があり、これにより病気の壊滅的な発生を効果的に遅らせ、重大な生産損失を回避することができます。ウイルス性疾患に関しては、現在、これを根絶する有効な特効薬はなく、ウイルス性疾患の大規模流行を予防・抑制する唯一の方法は、ウイルス媒介生物の拡散を抑制することである。

もちろん、農薬の使用は人々に多くの不安をもたらすことがよくあります。農薬への過度の依存と使用は、環境と人間の健康に大きな脅威をもたらします。

そのため、科学者たちは病気を予防し制御するための新しい環境に優しい方法を絶えず模索し、革新しています。

2023年6月30日、中国科学院微生物研究所の葉建氏の研究グループは、疾病の予防と制御に関する研究結果を発表しました。研究者らは、植物に近赤外線（NIR）を照射すると、ウイルス性疾患に対する抵抗力が高まり、免疫反応が改善されることを発見した。彼らは、ウイルス性疾患のグリーン予防と制御に光線療法を使用するという独創的な提案をし、植物ウイルスの予防と制御のための物理的なツールボックスにグリーン魔法の武器を追加しました。

結論

植物と微生物の「愛憎関係」は太古の昔から現代まで続いており、両者は互いの生存のために絶え間ない努力と進化を続けてきました。

人間は、植物が闘争で優位に立つことをしばしば望みますが、小さな微生物も非常に高い「IQ」を持ち、常に新たな挑戦に挑む準備ができていることを忘れないでください。

収穫の喜びを味わいながらも、秋の収穫期には油断せず、病気が蔓延しないように注意しなければなりません。

参考文献:

【1】Agrios, GN, 2005.植物病理学（第5版）。アカデミックプレス、3-75。 doi:doi.org/10.1016/B978-0-08-047378-9.50007-5。 （2005年）。

【2】Xu, Y., Fu, S., Tao, X., Zhou, X., 2021. イネ縞葉枯れウイルス：マ​​イナスセンスRNAウイルスの分子兵器の探究。 Annu Rev 植物病理学。 doi:10.1146/annurev-phyto-020620-113020 (2021).

【3】Boddy, L., 2016. 独立栄養生物の病原体、The Fungi、pp. 245-292。

【4】Skamnioti, P., Gurr, SJ, 2009. 「穀物に対抗して：イネいもち病から米を守る」バイオテクノロジーの動向27、141-150。 doi:10.1016/j.tibtech.2008.12.002 (2009)。

【5】Ye, J., Zhang, L., Zhang, X., Wu, X., Fang, R., 2021.昆虫媒介病原体に対する植物防御ネットワーク。トレンド植物科学26、272-287。 doi:10.1016/j.tplants.2020.10.009 (2021)。

【6】張、