Plant Pathology

Japanese: 植物病理学 - しょくぶつびょうりがく

It is a science that clarifies the symptoms and causes of plant diseases and studies the principles and methods of preventing them, and is equivalent to human medicine. Some scholars argue that plant pathology should be limited to the field that investigates the causes of diseases and the morphological and physiological changes of diseased plants, and that plant pathology or plant medicine should be used as the term for medicine as a whole. However, plant pathology or phytopathology is more common internationally, and plant pathology is widely used in response to this. Originally, plant pathology developed as a branch of agriculture to investigate how to prevent damage (diseases) caused by diseases in agricultural crops and forest trees in order to increase agricultural and forestry production. Therefore, depending on the plants studied, it is divided into crop pathology (edible crop pathology, fruit tree pathology, etc.) and forest pathology (tree pathology). Depending on the content, it can also be divided into epidemiology, which investigates the mechanisms of disease spread, pest control, which involves drugs, and plant virus pathology, bacterial pathology, fungal pathology, etc., depending on the type of pathogen.

Plant pathology differs greatly from human medicine in that while medicine is centered on individual humans, with emphasis on infectious diseases, physiological and even psychological illnesses, plant pathology has a strong population medical character that places emphasis on how to prevent damage to groups of plants rather than on damage to individual plants. Therefore, the main subject of research is infectious diseases caused by parasitism of pathogenic microorganisms, and damage caused by nutrient deficiencies is dealt with in soil science and crop physiology.

[Toshihiro Kajiwara]

history

The oldest records of plant diseases can be found in the Old Testament, where smut and rust are seen, and were thought to be caused by the wrath of God. It was only after the mid-18th century, after the invention of the microscope, that microorganisms were considered to be the cause of disease. In particular, Anton de Bary (1831-1888) of Germany laid the foundations for plant pathogenic mycology, elucidating in 1861 that potato blight was caused by fungal parasitism, and in 1865, he also demonstrated the fact that black rust, a serious disease of wheat, exhibited host shifting. After that, the field developed around the morphology and classification of pathogenic fungi, but in 1883, Alexis Millardet (1838-1902) of France discovered that Bordeaux mixture, a mixture of copper sulfate and lime, was effective against grape downy mildew, laying the foundation for the use of pesticides to control diseases.

Meanwhile, in the United States, Thomas J. Burrill (1839-1916) and Erwin Frink Smith (1854-1927) established the field of plant bacteriology. As for viruses, in 1892, DI Ivanovskiy (1846-1920) of Russia discovered that tobacco mosaic disease was transmitted by a filterable virus smaller than bacteria, while in 1895 (Meiji 28), Kanzo Takada of Japan discovered that rice dwarf disease was transmitted by leafhoppers, becoming the first in the world to report that plant viruses were transmitted by insects.

In Japan, the Meiji era was a period of preparation for research activities, with the main focus on the search for and identification of pathogens. The Taisho era was a period of expansion, with research institutions being established and the number of researchers increasing, leading to the founding of the Phytopathological Society of Japan in 1916 (Taisho 5). In the Showa era, a control system was put in place, and the results of research at test stations and universities began to be put to practical use, contributing greatly to the stable production of agricultural crops.

[Toshihiro Kajiwara]

Current status and research trends

As of January 2000, the number of members of the Phytopathological Society of Japan has reached 1,842, and the society is conducting research and testing in a wide range of plant pathology fields. Fungal diseases are by far the most prevalent in terms of number, and much of the research is related to this. In particular, research on rice blast, the most serious disease of rice, is at the forefront of the world in terms of both quantity and quality. Regarding viral diseases, which have been causing increasing damage in recent years, research is being conducted as an important research topic for the future, including the identification of pathogenic viruses, the physicochemical properties of the viruses themselves, the mechanisms of proliferation within the plant body, and the development of new treatments. In 1967, Doi Yoji and others revealed that the causes of mulberry dwarf disease and rice yellow dwarf disease, which were previously thought to be viral diseases, were not viruses but mycoplasma-like microorganisms (called phytoplasmas since 1994), which attracted worldwide attention, and research on this topic is also being actively conducted. Although the number of diseases is not very large, bacterial diseases such as bacterial wilt are difficult to control, and research on these diseases is also considered important. One fundamental question in plant pathology is why certain pathogens only attack certain plants. Research is continuing into the relationship between pathogens and host plants using biochemical techniques and electron microscopes, but a fundamental solution is still far from being found.

The most effective method of disease control is the use of resistant varieties, and new disease-resistant varieties have been developed for many crops, including rice, but cases of rice blast disease, in which the disease becomes severe several years after it has been in widespread use, have been observed. This has been revealed to be due to the emergence of special races of the pathogen, but elucidating the mechanisms of resistance and susceptibility is also an important issue for the future. Regarding control chemicals, organic mercury agents, which were highly effective against rice blast and widely used, were banned in 1968 (Showa 43) due to their residual toxicity, but antibiotics and organic synthetic agents have been developed to replace them. Especially since the 1980s, there has been remarkable development of pesticides that are not universal but are only effective against specific bacteria. However, on the other hand, the frequency with which resistant bacteria emerge during repeated use is high, and this is considered important. Recently, intensive continuous cultivation has been practiced with the formation of production areas for vegetables, etc., and this has led to problems with continuous cultivation caused by soil diseases, and research is being conducted on this issue. However, the complex ecology of the disease makes control extremely difficult, and the need for ecological control methods that incorporate crop rotation, etc. has been pointed out.

[Toshihiro Kajiwara]

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

Japanese:

植物の病気についてその症状、原因を明らかにし、それを防ぐ原理や方法を研究する科学で、人間の医学に相当する。一部では植物病理学は医学の病理学と対応させ、病気の原因、病植物の形態的・生理的変化を追究する分野に限定し、医学全体に相当することばとして、植物病学または植物医学を用いるべきであると主張する学者もある。しかしながら、国際的にもplant pathologyまたはphytopathologyが一般的であり、これに対応して植物病理学が広く用いられているのが現状である。元来、植物病理学は、農林業の生産を高めるため、農作物や林木の病気による被害（病害）をどのようにすれば防ぐことができるかを追究する学問として、農学の一分野として発達してきた。したがって、対象とする植物によって作物病理学（食用作物病学、果樹病学など）、森林病理学（樹病学）に分けられる。また内容によって、病気の流行機構を追究する疫学、薬剤などを含む防除に関する防除学、あるいは病原の種類によって植物ウイルス病学、細菌病学、菌類病学などにも分けられる。

　植物病理学が人間の医学と大きく異なる点は、医学は個々の人間を主体にした個体医学が中心になっており、伝染性の病気から生理的さらには精神的な病気が重要視されている現状に対し、植物病理学では、個々の植物の被害より、集団として被害をどのように防ぐかに重点を置いた集団医学的な性格が強い点である。したがって、病原微生物の寄生による伝染性の病気が研究の主対象になっており、養分の欠乏などによる被害については土壌学や作物生理学のなかで取り扱われている。

［梶原敏宏］

歴史

植物の病気のもっとも古い記録は『旧約聖書』に黒穂(くろほ)、銹(さび)などがみられるが、神の怒りに基づくと考えられていた。病原が微生物であると考えられるようになったのは、顕微鏡が発明されたのち、18世紀中期以後である。とくに、ドイツのド・バリAnton de Bary（1831―1888）は、1861年にジャガイモ疫病が菌の寄生によること、1865年にはさらにコムギの重要な病気である黒さび病について宿主交代の事実を明らかにするなど、植物病原菌学の基礎を築いた。その後、病原菌類の形態と分類を中心に発達したが、1883年フランスのミラルデAlexis Millardet（1838―1902）は、ブドウべと病に対し硫酸銅と石灰を混合したボルドー液が有効であることを発見、農薬による病気の防除の基礎をつくった。

　一方、アメリカではビュリルThomas J. Burrill（1839―1916）、スミスErwin Frink Smith（1854―1927）が植物の細菌病学を確立した。ウイルスについては、タバコモザイク病が細菌より小さい濾過(ろか)性病毒により伝染することが、1892年ロシアのイワノフスキーД．И．Ивановский／D. I. Ivanovskiy（1846―1920）により明らかにされたが、日本の高田鑑三は1895年（明治28）イネ萎縮(いしゅく)病がヨコバイによって伝染することを発見、植物ウイルスの虫による媒介を世界で初めて報告した。

　日本においては、明治時代は研究活動の準備期であって、病原菌の探求と決定がおもなものであった。大正時代は拡充期に入るが、研究機関も整備され研究者の数も増加、1916年（大正5）に日本植物病理学会が創立された。昭和年代に入り、防除の体制も整い、試験場、大学での研究成果が実際に活用されるようになり、農作物の安定生産に大きく貢献するようになった。

［梶原敏宏］

現状と研究の動向

2000年（平成12）1月現在、日本植物病理学会員は1842名に達しており、植物病理学の多岐にわたる分野の試験研究を行っている。植物の病気は数のうえからは菌類病が圧倒的に多いため、研究もこれに関連するものが多い。とくにイネの最大の病害であるいもち病に関する研究は、量的にも質的にも世界の最先端にある。近年被害が増大しているウイルス病については、病原ウイルスの同定をはじめとし、ウイルスそのものの理化学的性質、植物体内における増殖の機構、新しい治療法の開発など、今後の重要な研究課題として研究が進められている。従来ウイルス病と考えられていたクワ萎縮病、イネ黄萎病などの病原については、ウイルスでなくマイコプラズマ様微生物（1994年以降、ファイトプラズマという）であることを土居養二らが1967年（昭和42）明らかにし世界の注目を浴びたが、これに関する研究も精力的に進められている。病害の数はあまり多くないが、防除困難な病害として青枯病などの細菌病があり、これらに関する研究も重要視されている。基礎的な問題として、特定の病原がなぜ特定の植物だけを侵すのか、植物病理学のもっとも基本となる問題について、生化学的手法、電子顕微鏡などを用いて病原と宿主植物の相互関係について解析が続けられているが、根本的な解決にはまだほど遠い。

　病害のもっとも有効な防除法としては、抵抗性品種の利用があり、イネなど多くの作物で病害抵抗性の新品種が育成されたが、普及して数年経過すると著しく発病する事例がイネいもち病などで認められている。これは病原の特別な系統（レース）の発生によることが明らかにされたが、抵抗性と罹病(りびょう)化の機構解明も今後の重要な課題といえる。防除薬剤については、イネいもち病に卓効を示し広く普及した有機水銀剤は残留毒性のため1968年（昭和43）使用が禁止されたが、これにかわるものとして抗生物質や有機合成剤が開発されている。とくに1980年代からは、万能でなく特定の菌にだけ有効な農薬の発達が目覚ましい。しかし他方では、連用するうちにこれに抵抗力のある耐性菌が出現する頻度も高く、重要視されている。また最近は野菜類などの産地形成に伴って集約的な連作が行われているが、これとともに土壌病害による連作障害が問題になっており、研究が進められている。しかし、発生生態が複雑で防除は困難を極めており、輪作などを取り入れた生態的防除の必要性が指摘されている。

［梶原敏宏］

出典　小学館　日本大百科全書(ニッポニカ)日本大百科全書(ニッポニカ)について　情報 | 凡例

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