植物界は予想外の現象を経験している。牛や羊が草を食べることで草原の病気を減らすことができるのだ。

制作：中国科学普及協会

制作者：趙旭茂（蘭州大学若手研究員）

制作者: 中国科学院コンピュータネットワーク情報センター

ペストや天然痘からSARSやCOVID-19まで、人類の歴史はほぼ感染症との闘いの歴史です。人間が病原体と戦い続ける一方で、植物もまた別の戦線で病原体と勇敢に戦っています。それだけでなく、植物の健康は人間の生活、健康、生産、生命と密接に関係しています。

植物が病気になると、人間も逃れることはできません。

作物の病気は食糧生産に直接影響を及ぼし、人類の生存を危険にさらします。歴史的に、アイルランド人はジャガイモを主食としていました。 1845年から1846年にかけて、Phytophthora infestans（病原性卵菌）によって引き起こされたジャガイモ疫病がアイルランドの主要穀物生産地域を襲いました。わずか数か月の間に、何十万人もの人々が飢え死にし、何百万人もの人々が避難してヨーロッパや北米に逃げました。

それだけでなく、自然生態系で発生する植物病害も人間に害を及ぼす可能性があります。

中国には60億ムーの草原があり、これは国土面積の41％を占め、わが国の現在の耕作可能地面積の3倍以上です。これらの草原のほとんどは畜産業の発展に利用されており、何億頭もの牛や羊が放牧され、さまざまな肉や乳製品が人間に直接供給されています。

葉は植物にとって最も重要な光合成器官です。しかし、多くの植物病原菌が牧草の葉に感染して病気を引き起こし、光合成に影響を与え、牧草の収穫量の減少、品質の低下、有害毒素の蓄積などの一連の結果をもたらします。

草原の病気は、何千もの家庭の「弁当箱」や「ミルク缶」、そして何百万もの遊牧民の「財布」に直接関係しています。中国の遊牧民のほとんどは少数民族であり、祖国との国境地域に分布している。飼料の健全性は、国の貧困緩和計画や社会の安定と統一に大きく関係しています。これは国家経済と国民生活に関わる問題なので、科学研究者はこれを無視することはできない。それだけでなく、科学研究者たちは放牧が飼料病に与える影響についても積極的に調査しています。

「草を食べる牛」を侮るなかれ！放牧は草原を保護することもできる

従来、放牧は草原にダメージを与える可能性があると考えられてきましたが、新たな研究では、一定の放牧勾配により病原体による植物病害が減少し、間接的に草原を保護できることがわかっています。関連する結果は、「哺乳類の放牧が葉の真菌性疾患に及ぼす対照的な影響：パターンと潜在的なメカニズム」というタイトルで、世界トップクラスの植物学雑誌「New Phytologist」に掲載されました。

野生の中で休憩する研究者の劉翔氏 出典：著者提供

飼料の「脈を診断する」ためには、その発生源をたどり、植物病原菌の発生源を見つけなければなりません。植物病原体には、病原菌（病原菌および病原卵菌を含む）、病原細菌、病原線虫、植物ウイルスが含まれます。病原体の生活史特性に応じて、生物栄養性病原体と壊死栄養性病原体に分類できます。病原体を「吸血鬼」に例えると、「人間の血を吸う」生体栄養性病原体と、「吸血鬼の血を吸う」壊死性病原体に分けられます。

いわゆる生体栄養性病原体とは、宿主の生きた細胞からのみ栄養を得て、生きた植物組織内でのみ生息できる病原体です。ウイルスは生きた細胞から出るとすぐに不活性化されるため、典型的な生物栄養性病原体となります。たとえば、さび病やうどんこ病などの一般的な植物病の病原体は生物栄養性です。

壊死性病原体は、宿主の死んだ細胞から栄養分を得て、死んだ植物組織内で生息できる病原体です。病原体の上記生活史特性は、生物栄養性病原体の生殖体が生きた植物組織内にのみ存在できることが多いという事実に直接つながります。一方、壊死性病原体の生殖体は枯れ枝や葉、土壌に広く存在します。

「敵の状況」を詳細に把握することで、研究者は的を絞った方法で軍隊を配備することができます。蘭州大学生態イノベーション研究所の劉翔氏の研究チームは、植物病原体の上記特徴に基づいて、青海チベット高原東部の典型的な高山草原を研究対象として選びました。

青海・チベット高原は世界の屋根であるだけでなく、わが国の重要な草原であり、5,000万頭の羊と1,400万頭のヤクの楽園でもあります。飼料の豊かさは家畜の生存に関係しており、家畜の生存は青海チベット高原の500万人の地元遊牧民の生産と生活に直接関係しています。劉翔の研究グループは、ヤクの放牧勾配実験プラットフォームを使用して、異なる放牧勾配（一定面積の草原で異なる数の牛や羊を放牧し、牛や羊の数が多いほど放牧強度が大きくなる）下での植物病害の発生について、多数の調査を実施しました。予備調査の結果、放牧はさび病などの生物栄養病原体によって引き起こされる植物の病気を直接的に軽減することが示唆されている。つまり、一定の強度の放牧は、病原体による植物病害を減らすことで、間接的に草原を保護することができます。放牧による病原体の抑制は生物栄養性病原体に限定されており、斑点病などの壊死栄養性病原体によって引き起こされる植物病害には大きな効果がないことに注意してください。

上記の調査結果は青海チベット高原にのみ当てはまるのでしょうか、それともどこにでも当てはまるのでしょうか?上記の研究結果が普遍的であるかどうかを確認するために、劉翔氏の研究チームは、Web of Scienceと中国国家知識基盤データベースに基づいて、世界中で放牧が植物病害に与える影響に関する合計63件の事例研究を入手し、データを統合して分析しました。分析結果は、高山草原の放牧実験に基づいて劉翔の研究グループが導き出した結論の正確さを裏付けた。放牧は生物栄養性病原体による病気を減らす一方で、壊死栄養性病原体による病気には大きな影響を与えないということだ。

では、放牧がさまざまな種類の植物病害に異なる影響を及ぼす原因は何でしょうか? Liu Xiang 他さらに、この差別化効果の潜在的なメカニズムを探るために、制御された実験を設計しました。彼は、高山草原によく見られる植物 2 種類を選びました。そのうちの 1 つは生物栄養性病原体によって引き起こされるさび病 (Phragmidium potentillae) を運び、もう 1 つは壊死栄養性病原体によって引き起こされる斑点病 (Ascochyta sp.) を運びました。

甘南草原生態系国家野外科学観察研究ステーション（阿子ステーション）で撮影されたPhragmidium potentillaeの胞子塊と胞子の形態。出典：著者提供

顕微鏡で見たPhragmidium potentillae 出典: 著者提供

研究者たちは、放牧が植物の葉に与える影響をシミュレートするために、はさみを使って植物の葉の一部を手作業で取り除き、その後病気の発生を調査した。対照実験により、生物栄養性病原体は主に新鮮な草に分布していることが確認されました。放牧中、家畜は草をかじり、生物栄養性病原体の生殖体を除去し、それによって感染源を制御する目的を達成します。

顕微鏡で見たさび菌の冬胞子と夏胞子 出典: 著者提供

東では何かを得たが、西では何かを失った。放牧中に家畜によって植物に与えられた傷は、壊死性病原体の拡散を促進し、病気を引き起こす可能性があります。なぜなら、壊死性病原体の生殖体は、枯れ枝や枯れ葉、土壌、さらには空気中にも大量に存在していることが多いからです。

この研究は、放牧がさまざまな生活史タイプの病原体によって引き起こされる植物病害にどのように影響するかを明らかにします。これにより、放牧シナリオ下での植物病害の発生を予測する能力が大幅に向上し、草地の利用と管理対策の策定、および草地の生物災害早期警報システムの開発に重要な理論的サポートが提供されます。今後、劉翔氏の研究チームは、植物種の豊富さや系統関係などの生​​物学的要因、温度や湿度などの環境要因、施肥や放牧などの人為的干渉要因が病原菌に与える影響に引き続き焦点を当てていく予定だ。

注: この研究は、私の国の地元の科学研究者によって独自に完了しました。蘭州大学草原農業生態系国家重点実験室/生態イノベーション研究所の若手研究者劉翔氏が本論文の責任著者であり、西南民族大学の劉牧博士と澤朗東科博士が本論文の共同筆頭著者である。この研究で使用された放牧勾配実験プラットフォームは、四川省洪原県にある西南民族大学の四川若爾蓋高山湿地生態系国家野外科学観察研究ステーションによって設置された。この研究は、中国国家自然科学基金、蘭州大学人材研究スタートアップ基金、蘭州大学中央大学基礎研究運営費によって資金提供を受けた。