Ekologi dan Epidemiologi - Kecerunan Penyakit Bawaan Bakteria Utama Padi

Memahami bagaimana tahap penyakit meningkat atau berkurangan melawan masa merupakan satu elemen asas dalam ekologi dan epidemiologi penyakit tanaman. Model statistik biasanya digunakan bagi membuat rumusan dan menerangkan secara kompleks, supaya perkembangan penyakit lebih mudah untuk difahami. Sebagai contoh, perbandingan diantara corak perkembangan penyakit bagi pelbagai jenis penyakit, kultivar, strategi pengurusan atau perubahan alam sekitar boleh membantu mengenalpasti pengurusan terbaik untuk penyakit tanaman. Memahami bagaimana populasi pelbagai jenis patogen tumbuhan meningkat di dalam patosistem merupakan proses kritikal dalam pembentukan kaedah pengurusan yang sepatutnya. Bakteria dan virus mampu membina populasi yang besar dalam tempoh masa yang singkat, beberapa hari malah beberapa jam di bawah keadaan yang sesuai. Kulat juga membiak secara pantas, dalam tempoh beberapa hari atau minggu, yang penting bagi patogen fungal untuk menyebabkan penyakit polycyclic i.e. kulat membiak beberapa kali semusim. Nematod, walaubagaimanapun mengambil masa setahun atau lebih untuk menyempurnakan kitaran reproduktifnya. Perbezaan karakteristik ini memberi pengaruh yang besar kepada perkembangan penyakit melawan masa.

Perkembangan penyakit melawan masa

Pengukuran yang paling berguna di dalam perkembangan penyakit bergantung kepada hos dan patogen. Insiden penyakit, atau jumlah bilangan tumbuhan berpenyakit dibahagikan kepada jumlah tanaman yang dikira, merupakan satu pengukuran yang sering dibuat. Insiden penyakit merupakan pengukuran yang berguna untuk mengira penyakit bagi tanaman tahunan seperti limau, atau menganggar kehilangan tanaman akibat penyakit seperti penyakit batang reput pada jagung dimana keseluruhan tanaman boleh mati daripada hanya jangkitan tunggal. Sementara itu, nematod, biasanya mengambil masa setahun atau lebih untuk melengkapkan kitaran pembiakan mereka. Ciri-ciri yang berbeza ini akan mempengaruhi kemajuan penyakit dari masa ke masa.

Keterukan penyakit (disease severity), biasanya didefinasikan sebagai peratus (kawasan) tisu berpenyakit yang terdapat di atas tumbuhan yang dijangkiti, merupakan satu lagi pengukuran yang biasa dibuat, kebiasaanya untuk menilai penyakit foliar (daun) dimana jumlah penyakit yang hadir pada tanaman mungkin boleh dikaitkan dengan anggaran kehilangan hasil. Walaupun terdapat perbezaan bagaimana penyakit diukur, kaedah yang sama digunakan bagi menerangkan dan membuat kesimpulan keluk perkembangan penyakit yang boleh diaplikasi untuk pelbagai patosistem tumbuhan yang luas.

Ukuran bagi insiden penyakit atau keterukan jangkitan biasanya diplotkan pada paksi-Y manakala fungsi untuk masa diplotkan pada paksi-X. Keluk kemajuan penyakit dapat menyediakan cara membandingkan penyakit merentasi tahun atau lokasi.

Penyebaran penyakit

Penyebaran (atau pergerakan) patogen tumbuhan merupakan komponen penting untuk penyebaran penyakit tumbuhan dan mungkin berlaku dalam ladang atau merentasi benua. Penyuraian boleh ditakrifkan sebagai pergerakan unit patogen dari sumber asal, atau tumpuan (Campbell dan Madden 1990). Mekanisma penyebaran berbeza secara meluas di kalangan patogen tumbuhan, termasuk mekanisma berikut (Campbell dan Madden 1990).

• Spora
• Angin
• Vektor Artropod serangga dan lain-lain
• Vektor nematod
• Hujan
• Air larian permukaan
• Pergerakan bahan tumbuhan yang dijangkiti (benih, keratan tanaman dan lain-lain)
• Pengaruh manusia seperti pergerakan jentera ladang

Penyebaran dan kecerunan penyakit yang sepadan dengan mekanisma-mekanisma yang disenaraikan sering dijadikan asas untuk membuat anggaran. Kecerunan penyuraian mewakili taburan frekuensi jarak yang dilalui oleh semua individu dalam populasi dan aplikasi kecerunan penyebaran amat berguna untuk mencirikan penyebaran satu arah (Nathan et al 2003). Konsep utama untuk meningkatkan pemahaman kita tentang penyebaran ialah perbezaan antara penyebaran cerun (inokulum) dan kecerunan penyakit. Kecerunan inokulum menerangkan pergerakan unit propagatif, di mana ketersediaan perumah tidak semestinya diperlukan. Kecerunan penyakit mengambil kira semua peristiwa yang membawa kepada penyebaran penyakit, termasuk penyebaran inokulum, pengangkutan, dan pemendapan, serta kehadiran perumah yang mudah terdedah dalam persekitaran yang kondusif kepada penyakit.

Untuk patogen tumbuhan, sumber utama inokulum biasanya merupakan salah satu daripada tiga jenis am: titik, garisan, atau kawasan. Satu titik punca biasanya mempunyai diameter lebih kecil daripada 1% daripada panjang kecerunan (Campbell dan Madden 1990; Zadoks dan Schein 1979), manakala sumber talian atau kawasan tidak semestinya mempunyai saiz yang tetap. Sebagai contoh, sumber talian boleh jadi deretan tumbuhan berpenyakit, dan pengukuran patogen / penyakit dibuat pada jarak yang jauh dari sumber. 

Tambahan pula, terdapat dua jenis kecerunan penyebaran propagatif yang memerlukan pertimbangan: rendah dan menengah (Campbell dan Madden 1990; Gregory 1968). Kecerunan penyakit rendah menunjukkan potensi penyebaran organisma patogen (inokulum) dalam satu kitaran penyakit (sumber tunggal). Kecerunan penyakit menengah berlaku apabila inokulum dipindahkan dari luka (tumbuhan) yang telah dijangkiti semasa penyebaran utama berlaku. Dalam kajian kes yang berikut, kedua-dua kecerunan rendah dan menengah akan digambarkan.

Di samping itu ukuran penyebaran dalam ladang, penyebaran jarak jauh (long distance dispersal, LDD) adalah penting untuk banyak patogen tumbuhan (misalnya, penyakit karat kacang soya Asia dan kulat biru tembakau). Penyebaran berjaya penyakit tumbuhan pada jarak yang jauh sering bergantung kepada perkara-perkara berikut:

• kadar pembiakan organisma patogen; 
• kapasiti dibawa oleh sumber setempat; 
• peranan pergolakan atmosfera, kestabilan dan kelajuan angin; 
• survival spora semasa pendedahan kepada suhu dan kelembapan dan sinaran UV dari matahari yang melampau.

Sementara spora banyak boleh dibunuh semasa pengangkutan atmosfera, bilangan yang mencukupi selalunya kekal berdaya maju untuk menyebabkan jangkitan baru dan wabak (Campbell dan Madden 1990).

Kajian kes ini akan menekankan konsep berikut: kecerunan penyakit utama, kecerunan penyakit menengah, kesan saiz titisan dan nombor pada penyebaran dan penyebaran dalam kajian lapangan yang besar.

Kajian kes : Penyakit hawar daun bakteria di Sawah Sempadan, Tanjong Karang

Penulisan ini akan menunjuk dan membincangkan ilustrasi asas matematikal dan bilogikal perkembangan penyakit melawan masa. Untuk itu, perkembangan penyakit bawaan bakteria yang berlaku di Sawah Sempadan, Tanjong Karang pada Musim 2/2011 akan dijadikan kajian kes bagi menunjukkan perkembangan penyakit dan penggunaan pengaturcaraan R bagi menunjukkan perkembangan penyakit melawan masa. Kita bermula dengan melihat beberapa contoh hubungan model diantara pembolehubah dan melihat kepada alatan matematik yang berguna untuk model perkembangan penyakit.

Seperti yang ditulis sebelum ini, penyakit hawar daun bakteria boleh mengakibatkan kehilangan hasil padi sehingga 60%. Hujan dan kelembapan menyebabkan penyakit ini merebak dengan pantas - menyebabkan kesan penyakit ini sangat ketara pada musim 2/2011 di Sawah Sempadan memandangkan taburan hujan yang tinggi di Tanjong Karang sekitar Oktober hingga Disember. Kesan serangan merebak hawar daun bakteria yang dilihat di Sawah Sempadan dapat dijadikan model dalam menilai penyebaran penyakit dan mengesyorkan langkah bagi mengatasi masalah ini di masa akan datang.

Kesan serangan penyakit hawar daun bakteria di Blok D Sawah Sempadan

Keterangan lokasi : Sawah Sempadan mempunyai keluasan kira-kira 2,340 hektar terletak di kawasan Tanjong Karang, Selangor. Dalam kajian kes ini, blok D, K, P dan V dipilih yang merangkumi 189 lot sawah dengan keluasan 203 hektar bertanam. Tanah agak berasid dengan nilai pH 4.1 hingga 4.5 dan air dari sistem pengairan mempunyai pH 4.5.

Blok D,K,P,V Sawah Sempadan, Tanjong Karang

Siri tanah di Sawah Sempadan, Tanjong Karang

Taburan hujan di Sawah Sempadan

Objektif kajian kes ini adalah untuk mengkaji potensi perebakan bakteria Xanthomonas oryzae pv. oryzae pada musim 2/2011 (musim lembab) untuk dijadikan titik asas data epidemiologi cerun penyakit utama. Pemantauan kawasan yang berpenyakit dibuat beberapa kali semusim bagi menganggar jumlah kawasan yang terjejas. Jumlah daun yang dijangkiti dikira dalam tempoh 30 hingga 35 hari selepas inokulum dibuat. Data yang diperolehi dianalisis menggunakan dua model yang berbeza - Model Ubahsuaian Gregory (peraturan kuasa diubahsuai, y = a (s + c)-b) dan Model Kiyosawa & Shiyomi (model eksponential).

Model Ubahsuaian Gregory dan model Kiyosawa & Shiyomi menyifatkan gaya dan corak yang sama, dengan penyebaran cerun curam bagi kajian ini. Dalam satu kajian yang pernah dibuat oleh Mundt et al. (1999) menyimpulkan bahawa penyebaran percikan X. oryzae pv. oryzae adalah mekanisme utama untuk kecerunan curam. Tambahan pula, Mundt et al. (1999) menyimpulkan bahawa model Kiyosawa dan Shiyomi lebih sesuai untuk data yang diperhatikan.

Bagi memeriksa penyebaran penyakit mengikut model Mundt et al. (1999), graf di bawah dijana menggunakan pengaturcaraan R.

#y contains the number of new lesions
y <-c (3.083,0.521,0.083,0.021)
#y2 contains the distances studied (meters)
y2 <-c (0.0,0.22,0.44,0.66)
#Plot the observed points
points(y2,y,pch=19,col='black')

Daripada graf yang telah dijana, kita dapat mengukur jarak penyebaran penyakit di dalam ladang berserta jumlah lesion baru (tisu yang rosak akibat jangkitan) yang muncul akibat serangan penyakit ini. Kesimpulan mudah yang dapat dibuat ialah jarak penyakit akan bertambah dengan pertambahan lesion.