식물의 감염 및 발병

식물 병원체의 감염 과정

식물 병원체는 감수성 식물(감수체)과 접촉하면서 각각 기생자와 기주로서의 관계를 형성하게 되는데, 이러한 과정을 감염이라고 한다. 감염이 이루어지기 위해서는 병원체가 기주식물에 부착한 후 내부로 침입하여 영양분을 획득하고 안정적으로 생활하는 단계를 거쳐야 한다. 감염이 성공적으로 이루어지면, 병원체는 기주 내에서 증식하고 확산되며, 결국 육안으로 확인할 수 있는 병징이 나타나는 발병 단계에 도달하게 된다.

병원체의 감염 과정은 일반적으로 다음과 같은 네 가지 주요 단계로 진행된다.

 

1. 부착 및 인식

(1) 병원체의 부착

병원체는 다양한 방법을 통해 기주식물의 표면에 도달하며, 그 후 먼저 식물체에 부착하는 과정이 이루어진다. 병원체가 식물에 도달하는 주요 경로는 다음과 같다.

• 공기 전파: 균류의 포자나 세균성 병원체는 바람을 타고 이동하여 기주식물의 표면에 도달한다.
• 물 전파: 빗방울이나 물방울이 튀면서 병원체를 기주식물로 옮길 수 있다.
• 곤충, 동물 매개 전파: 해충, 새, 포유류 등의 동물이 병원체를 몸에 묻혀 이동시키는 경우가 있다.
• 토양 전파: 일부 병원체는 토양 속에서 생활하다가 뿌리나 지하경을 통해 기주식물로 이동한다.

병원체가 기주식물의 표면에 도달한 후, 부착이 이루어지는데, 병원체의 종류에 따라 부착 방식이 다르다.

• 균류의 부착: 균류의 포자가 발아하면 발아관을 형성하며, 발아관 끝부분에 부착기가 생긴다. 부착기에서 점액성 물질(다당류, 당단백질, 섬유질 등)을 분비하여 식물 표면에 단단히 부착한다.
• 세균의 부착: 세균은 세포 외 다당류를 분비하여 점착성을 높이며, 이로 인해 식물 표면에 고착될 수 있다.
• 바이러스 및 파이토플라스마의 부착: 이들은 곤충 매개체(진딧물, 매미충 등)에 의해 식물체 내부로 직접 전달되므로 별도의 부착 과정을 거치지 않는다.

(2) 기주-병원체 간 인식 과정

병원체가 식물체와 접촉한 후에는, 식물이 병원체를 감지하고 이에 대응할지를 결정하는 인식 과정이 이루어진다. 이 과정에서 병원체와 식물 사이의 상호작용이 발생하는데, 이를 **기주-병원체 상호작용(host-pathogen interaction)**이라고 한다.

• 감수성 기주(Susceptible host): 병원체의 감염을 허용하는 식물로, 감염 후 병징이 나타난다.
• 저항성 기주(Resistant host): 병원체를 감지하고 방어 반응을 활성화하여 감염을 억제하는 식물이다.

식물과 병원체 간의 인식은 분자 수준에서 연구가 활발히 진행되고 있으며, 주로 식물의 수용체 단백질(Receptor proteins)과 병원체의 효과 단백질(Effector proteins) 간의 상호작용이 핵심 역할을 한다.

 

2. 침입

병원체가 기주식물의 표면에 부착한 후 적절한 환경이 조성되면, 병원체는 식물체 내부로 침입하게 된다. 침입 방식은 크게 세 가지로 구분된다.

(1) 직접 침입

• 주로 균류(fungi)가 사용하는 방식으로, 발아관이 식물의 표피층을 직접 뚫고 들어간다.
• 표피세포를 뚫기 위해 다양한 효소(펙틴분해효소, 셀룰라아제 등)를 분비하여 식물의 세포벽을 분해한다.
• 일부 균류는 기계적인 힘을 가하여 표피를 뚫기도 한다.

(2) 자연개구 침입

• 병원체가 식물의 기공(stomata), 수공(hydathodes), 렌티셀(lenticels) 등의 자연적인 개구부를 통해 침입하는 방식이다.
• 세균(bacteria)은 주로 기공과 수공을 통해 침입하며, 기공 주변에 정착하여 내부로 이동한다.
• 일부 균류도 자연개구부를 통해 침입할 수 있다.

(3) 상처 침입

• 식물체의 물리적 손상(바람, 해충의 공격, 농기구 사용 등)을 통해 형성된 상처 부위를 통해 침입하는 방식이다.
• 세균과 바이러스, 파이토플라스마는 주로 이 방법을 통해 감염된다.
• 곤충 매개체(진딧물, 매미충, 선충 등)가 병원체를 운반하여 상처를 통해 기주 내부로 전달하기도 한다.

 

3. 감염의 성립

병원체가 기주에 침입한 후, 식물로부터 영양분을 탈취하며 안정적으로 생활하는 단계를 감염의 성립이라고 한다.

• 균류의 경우, 침입 후 균사를 발달시키며 숙주의 조직을 파괴하거나 세포 내로 들어가 기생한다.
• 세균은 식물 조직 내에서 빠르게 증식하며, 물관(xylem)이나 체관(phloem)을 통해 퍼질 수 있다.
• 바이러스는 식물 세포 내에서 증식하며, 플라스모데스마(plasmodesmata)를 통해 세포 간 이동을 한다.

 

4. 발병

(1) 병징의 발현

병원체가 식물 내에서 증식하고 확산되면, 식물의 생리적 기능이 저해되면서 병징이 나타난다.

• 괴사(necrosis): 감염 부위의 세포가 죽어 검거나 갈색으로 변함.
• 변색(chlorosis): 엽록소 감소로 인해 잎이 노랗게 변함.
• 시들음(wilting): 병원체가 물관을 막아 식물이 물을 흡수하지 못하고 시듦.
• 왜소화(stunting): 감염으로 인해 식물의 성장이 저해됨.

(2) 잠복기와 잠재감염

병징이 나타나기까지 걸리는 시간을 **잠복기(incubation period)**라고 하며, 이는 병원체의 종류, 환경 조건, 기주의 상태에 따라 다르다.

• 짧은 경우 3~6시간, 긴 것은 2~4년에 이르는 경우도 있다.
• 작물병에서는 일반적으로 2~15일 정도이며, 나무와 같은 다년생 식물에서는 수개월에서 수년이 걸릴 수도 있다.

병원체가 기주에 존재하지만 병징이 나타나지 않는 경우를 잠재감염(latent infection)이라고 하며, 이러한 감염식물도 병원체의 전염원이 될 수 있기 때문에 관리가 필요하다.

 

식물 병원체의 감염 과정은 부착, 침입, 감염 성립, 발병의 네 단계로 이루어지며, 병원체의 종류와 환경에 따라 감염 방식이 다르게 나타난다. 효과적인 방제를 위해서는 병원체의 감염 기작을 이해하고, 각 단계에서 적절한 방제 조치를 취하는 것이 중요하다.