Бактерия erwinia carotovora вызывает болезнь картофеля
Добавил пользователь Евгений Кузнецов Обновлено: 21.09.2024
Изобретение относится к биотехнологии. Штамм получен путем многоступенчатой селекции из материала, выделенного из природных образцов, и депонирован во всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов под номером В-9790. Штамм бактерий Bacillus thuringiensis ВКПМ В-9790 обладает множественной пестицидной активностью, а именно: - инсектицидной активностью против личинок жесткокрылых насекомых (Coleoptera) - колорадского жука (Leptinotarsa decemlineata), большого мучного хрущака (Tenebrio molitor), щавелевого и калинового листоедов (Gastrophysa viridula, Galerucella viburni), - фунгицидной активностью против личинок жесткокрылых насекомых (Coleoptera) - колорадского жука (Leptinotarsa decemlineata), большого мучного хрущака (Tenebrio molitor), щавелевого и калинового листоедов (Gastrophysa viridula, Galerucella viburni), а также - способностью подавлять проявление вирулентных свойств фитопатогенных бактерий Erwinia carotovora ssp.carotovora. Использование штамма позволяет расширить спектр биопрепаратов. 3 табл.
Изобретение относится к сельскохозяйственной биотехнологии, в частности к применению пестицидов - биологических средств борьбы с вредными насекомыми и возбудителями болезней растений грибного и бактериального происхождения. Защита сельскохозяйственных растений: овощных культур, картофеля, зерновых и фруктов, от болезней и вредных насекомых является серьезной экономической проблемой. Ежегодные потери сельского хозяйства достигают нескольких миллиардов рублей. К числу экономически значимых болезней растений относятся болезни, вызываемые микроскопическими грибами [1]. Пасленовые культуры (картофель, томаты, баклажаны и т.д.) часто повреждаются колорадским жуком [2]. Заселенность кустов пасленовых культур в разные годы и в разных климатических зонах может достигать 50-70%, а потери урожая составляют 25-35%. Для борьбы с колорадским жуком, в основном, используются химические инсектициды, однако их эффективность, по мере использования, снижается в результате возникновения у насекомых устойчивости к ним. Это заставляет либо повышать дозу применения препарата, либо проводить ротацию инсектицида. Кроме того, химические инсектициды небезопасны экологически, не обладают избирательностью действия и могут накапливаться в окружающей среде. Применение альтернативных биологических инсектицидов для борьбы с колорадским жуком не получило широкого распространения в практике сельского хозяйства.
Серьезную опасность представляют химические фунгициды, применяемые для обработки готовой сельскохозяйственной продукции, поскольку известно отрицательное влияние таких химических препаратов на человека и животных. В качестве альтернативных средств защиты растений используют биологические препараты, основу которых составляют метаболиты бактериального происхождения, проявляющие антагонистическую активность по отношению к различным возбудителям.
Информации о штаммах, совмещающих инсектицидные и фунгицидные свойства (то есть обладающих множественной пестицидной активностью), не обнаружено.
Задача заявляемого изобретения:
получить штамм бактерий, совмещающий инсектицидные свойства с антагонистическим действием против возбудителей болезней растений грибного происхождения, способный также подавлять вирулентность фитопатогенных бактерий.
Задача решена путем
получения штамма бактерий Bacillus thuringiensis ВКПМ В-9790, совмещающего инсектицидные и фунгицидные свойства, а также обладающего способностью к подавлению вирулентности фитопатогенных бактерий Erwinia carotovora ssp.carotovora.
Заявляемый штамм Bacillus thuringiensis ssp.morrisoni ГосНИИгенетика 16-Т281 выделен из природных образцов и депонирован во Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов под номером ВКПМ В-9790.
1. Культивирование штамма.
В качестве питательных сред использовали NBY, ASC, SG, YM следующего состава, мас.%:
Это очень разрушительное заболевание, о котором сообщили в Соединенных Штатах, а также в Египте и Иране .
Симптомами болезни в основном являются увядание и черные полосы на листьях и черешках . Обычно он не убивает растение, но в случае серьезного заражения свекла становится пустотелой и становится непригодной для продажи. Бактерии являются универсальным видом, который гниет свеклу и другие виды растений, выделяя пищеварительные ферменты, разрушающие клеточные стенки и ткани паренхимы . Бактерии процветают в теплых влажных условиях, но не могут долго выжить в залежи. Однако он способен сохраняться в течение длительных периодов времени в ризосфере сорняков и культур, не являющихся хозяевами. Несмотря на то, что их трудно искоренить, некоторые культурные практики можно использовать для контроля распространения болезни, например, избегая травм растений и сокращая или исключая внесение азотных удобрений .
Резюме
Хосты
Кормовая свекла, сахарная свекла и кроссы фуража x сахара восприимчивы к инфицированию Pectobacterium carotovorum subsp. betavasculorum . Сегодня (2014 г.) большинство сортов свеклы устойчивы к этому патогену, однако изоляты различаются в зависимости от региона, а некоторые сорта свеклы устойчивы только к определенным изолятам бактерий. Например, сорт USH11 проявляет устойчивость к изолятам из Монтаны и Калифорнии, тогда как Бета 4430 очень чувствителен к изолятам из Монтаны, но устойчив к изолятам из Калифорнии. Среди других сортов, устойчивых к изолятам Pectobacterium caratovorum subsp. betavasculorum перечислены как Beta 4776R, 4430R и Beta 4035R, но HH50 признан восприимчивым.
Селекция на устойчивость к другим болезням, таким как желтизна свеклы , без селекции на устойчивость к сосудистому некрозу может дать сорта, чувствительные к патогену. Подсчитано, например, что использование культурных сортов USH9A и H9B в долине Сан-Хоакин в Калифорнии привело к (тяжелой) эпифитной болезни в начале 1970- х годов . Вероятно, это произошло из-за сокращения генофонда, используемого при селекции на устойчивость к желтизне свеклы.
Помимо свеклы, Pectobacterium carotovara subsp. Betavasculorum может также инфицировать помидоры, картофель , морковь, сладкий картофель, редис, подсолнечник, артишоки, кабачки, огурцы и хризантемы. Другие подвиды из Pectobacterium carotovora также могут быть патогенными для свеклы. Erwinia carotovara subsp. atroseptica - это бактериальный патоген мягкой гнили , вызывающий болезнь черной ножки картофеля ( Solanum tuberosum ), а разновидности этой бактерии могут вызывать корневую гниль сахарной свеклы. Этот подвид также имеет широкий круг хозяев. Erwinia carotovora var. atroseptica была обнаружена в ризосфере местной растительности и на таких видах сорняков, как Lupinus blumerii и Amaranthus palmeri (амарант). Считается, что эти инокуляты сохраняются на растениях, не являющихся хозяевами, в районах, где они являются эндемичными, а также в ризосфере других культур, таких как пшеница и кукуруза .
Симптомы
Симптомы могут проявляться как на корнях, так и на листьях свеклы, хотя симптомы со стороны листьев присутствуют не всегда. Симптомы листьев включают темные полосы на черешках и отложения вязкого мха, который является побочным продуктом метаболизма бактерий, на кроне. Черешки также могут некрозом и некрозом сосудов. При сильном поражении корней также происходит увядание. Подземные симптомы включают корневую гниль, как мягкую, так и сухую. Пораженные сосудистые пучки в корнях некроза становятся коричневыми, а ткань, прилегающая к некрозу, становится розовой при контакте с воздухом. У растений, которые не погибают полностью, могут быть гнилые или кавернозные корни.
Различные возбудители могут вызывать корневую гниль свеклы; однако черные полосы на черешках и некротические сосудистые пучки в корнях и прилегающих розовых тканях помогают отличить это заболевание от других заболеваний, таких как фузариозная желтуха (или фузариозное увядание). Кроме того, отбор образцов ризосферы инфицированных растений и серологические исследования могут подтвердить присутствие Erwinia caratovora subsp. атросептика .
Цикл болезни
Pectobacterium carotovorum subsp. betavasculorum - грамотрицательная палочка- бактерия с перитрихозным жгутиком . Чтобы бактерии попали в свеклу и, следовательно, вызывали инфекцию, важно, чтобы были повреждены листья, черешки или кроны. Заражение часто начинается с кроны, затем распространяется к корню и может произойти в любое время в течение вегетационного периода при благоприятных условиях окружающей среды. Попав внутрь растения, бактерии проникают в сосудистую ткань и вызывают симптомы под действием ферментов, разрушающих клеточные стенки растения, таких как пектиназы , полигалактроназы и целлюлазы . Это вызывает обесцвечивание и некроз сосудистой ткани корней, а ткань, выстилающая сосудистые пучки, становится красноватой при контакте с воздухом. В результате инфицирования сосудистой ткани бактерии размножаются, пока есть пищевые ресурсы, и корень начинает гнить. Существует значительная вариативность типов гнили - от сухой гнили до мягкой влажной гнили - из-за множества дополнительных микроорганизмов, которые могут колонизировать поврежденные ткани.
После гибели свеклы или после сбора урожая с поля патоген, по-видимому, выживает в выбранных тканях живых растений, таких как корни свеклы или отрастание свеклы. Однако, похоже, он не выживает в семенах свеклы или не живет в почве после сбора урожая. Патоген также может заразить поврежденную морковь, картофель, сладкий картофель, помидоры, редис, подсолнечник , артишоки , кабачки , огурцы и хризантемы ; однако, поскольку эти растения часто выращивают примерно в то же время, что и сахарная свекла, они вряд ли станут зимующими хозяевами.
Среда
Наличие ран на листьях, черешках или кроне обязательно для попадания возбудителя в ткань хозяина. В результате нанесение града коррелирует с более высокой степенью начала заболевания. Молодые растения (возрастом менее восьми недель) также считаются более уязвимыми для заражения.
Температура и влажность являются ключевыми факторами, определяющими скорость развития болезни. Высокие температуры, 25-30 ° C, способствуют быстрому развитию болезни и могут вызвать острые симптомы. Симптомы могут появиться и при температуре ниже 18 ° C, но развитие болезни замедляется; ниже этой температуры инфекции не развиваются. Избыток воды также способствует развитию болезней, обеспечивая более благоприятную среду для патогена, и, как было показано, является ключевым фактором увеличения вспышек заболеваний на полях, орошаемых дождеванием.
Сельскохозяйственная среда
Уровень азотных удобрений сильно коррелирует с развитием болезни: было показано, что сахарная свекла, полученная с избыточным или адекватным содержанием азота, больше страдает от болезни, чем свекла с субоптимальным содержанием азота. Это парадокс для фермеров, потому что увеличение азотных удобрений увеличивает урожай сахара здоровой свеклы, но усугубляет болезнь инфицированной свеклы. Таким образом, в зависимости от серьезности инфекции урожайность может снизиться, несмотря на повышенное использование удобрений. Расстояние между растениями также влияет на степень заражения: чем больше расстояние между рядами, тем больше поражаются корни. Это может быть связано с тем, что большее расстояние способствует более быстрому росту и, следовательно, большей вероятности трещин кроны, или из-за повышенного количества азота, доступного для каждого растения. Поскольку у патогена есть несколько хозяев, фермерам важно опасаться других растений, находящихся поблизости. Патоген может выжить в сорняках и при повреждении может инфицировать другие культуры, такие как морковь, картофель, сладкий картофель, помидоры, редис, кабачки и огурцы. Следовательно, присутствие этих растений может увеличить количество посевного материала.
Лабораторная среда
Если патоген выращивается в лаборатории, он может расти на среде MS (Миллера-Шрота), может использовать сахарозу для получения восстанавливающих сахаров и может использовать лактозу , метил-альфа-глюкозид , инулин или рафинозу для получения кислот. Он также способен выжить в культуре с уровнем натрия до 7-9% и температурами до 39 ° C.
Методы борьбы
Поскольку бактерии не могут выжить в семенах , лучший способ предотвратить заболевание - обеспечить, чтобы вегетативно размножаемый растительный материал был свободен от инфекции, чтобы бактерии не попали в растение. Однако, если бактерии уже присутствуют, есть методы, которые можно использовать для уменьшения инфекции.
Культурные обычаи
Поскольку бактерии легко проникают в растения через раны, методы культивирования, которые сводят к минимуму повреждение растений, важны для контроля распространения болезней. Выращивание не рекомендуется, так как техника может быть заражена и физически размножить бактерии в почве. Случайный разрыв листьев или рубцевание корня также может произойти в зависимости от размера выращиваемого растения, что приведет к дальнейшему проникновению бактерий в растения. В случае окучивания свеклы следует проявлять максимальную осторожность, чтобы избежать загрязнения кроны почвой, поскольку патоген передается через почву, что может усугубить воздействие бактерий на растение, увеличивая риск заражения.
Большинство бактерий подвижны и могут плавать, но они не могут перемещаться очень далеко из-за своего небольшого размера. Однако они могут быть смыты, а значительные перемещения Pectobacterium могут возникнуть в результате стока после периода орошения или дождя. Ограничение орошения - еще одна стратегия борьбы с распространением болезни. Бактерии также процветают во влажных условиях, поэтому ограничение избытка воды может помочь контролировать как чрезмерный рост, так и тяжесть заболевания.
Больший межстрочный интервал также вызывает обострение болезни. На зараженном поле урожайность линейно снижается, когда междурядье превышает 15 см. Также рекомендуется расстояние 15 см или меньше.
Бактерии также могут использовать азотные удобрения для ускорения своего роста, поэтому ограничение или исключение азотных удобрений помогает снизить тяжесть заболевания. Например, при внесении удобрений на зараженное поле уровень заражения корней снижается с 11% (без внесения азота ) до 36% (с 336 кг азота / га), а урожайность сахара снижается.
| Сорт | Сопротивление | Источник |
|---|---|---|
| H9 | нет | |
| H10 | нет | |
| C17 | нет | |
| 546 H3 | умеренный | |
| C13 | нет | . |
| E540 | нет | |
| E538 | нет | |
| E534 | умеренный | |
| E502 | умеренный | |
| E506 | да | |
| E536 | да | |
| C930-35 | умеренный | . |
| C927-4 | умеренный | |
| C930-19 | да | |
| C929-62 | да |
Устойчивые сорта
Бактерии могут выжить в ризосфере других культур, таких как помидоры, морковь, сладкий картофель, редис и кабачки, а также в таких сорняках, как люпин и амарант, поэтому полностью избавиться от них очень сложно. Когда известно, что почва заражена, посадка устойчивых сортов может быть лучшей защитой от болезни. Многие доступные сорта свеклы устойчивы к Pectobacterium carotovorum subsp. betavasculorum , а некоторые примеры приведены в таблице напротив. Полный список поддерживается Министерством сельского хозяйства США в Информационной сети по ресурсам зародышевой плазмы . Хотя были идентифицированы некоторые гены, связанные с защитной реакцией корней, конкретный механизм устойчивости неизвестен и является предметом исследования.
Биологический контроль
Вирусы бактериофагов , поражающие бактерии, использовались как эффективное средство борьбы с бактериальными заболеваниями в лабораторных экспериментах. Этот относительно новый метод является многообещающим методом контроля, который в настоящее время (2014 г.) исследуется. Бактериофаги очень специфичны для хозяина, что делает их экологически безопасными, поскольку они не влияют на другие полезные почвенные микроорганизмы . Среди бактериофагов, идентифицированных как средства эффективной борьбы с Pectobacterium carotovorum subsp. betavasculorum - это штаммы ΦEcc2, ΦEcc3, ΦEcc9, ΦEcc14. Смешанные с удобрением и внесенные в луковицы каллы, инокулированные в теплице, они уменьшили количество пораженных тканей на 40-70%. Штамм ΦEcc3 оказался наиболее эффективным, снизив процент больных растений на 30-5% в первом испытании и на 50-15% во втором испытании. Они также успешно использовались для уменьшения гниения салата, вызываемой Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum , еще один вид бактерий, тесно связанных с бактериями, вызывающими некроз сосудов свеклы.
Хотя применять бактериофаги в полевых условиях сложнее, это возможно, и лабораторные и тепличные тесты показывают, что бактериофаги потенциально являются очень эффективным методом борьбы. Однако перед полевыми испытаниями необходимо преодолеть несколько препятствий. Большая проблема в том, что они страдают от ультрафиолетовых лучей, поэтому нанесение смеси бактериофагов вечером повысит их шансы на успех. Кроме того, снабжение бактериофагов чувствительными непатогенными бактериями для размножения с ними может обеспечить адекватную устойчивость до тех пор, пока бактериофаги не распространятся на бактерии-мишени. Бактериофаги не могут убить все бактерии, потому что им нужна плотная популяция бактерий для эффективного заражения и распространения, и хотя фаги смогли снизить количество больных растений до 35%, около 2000 колониеобразующих единиц (КОЕ) на миллилитр (по оценкам, живые бактериальные клетки) смогли пережить лечение. Наконец, использование этих бактериофагов приводит к сильному отбору бактерий-хозяев, что вызывает высокую вероятность появления устойчивости к агрессивному бактериофагу. Поэтому рекомендуется размножать штаммы бактериофага, используемые при каждом применении, чтобы у бактерий не было шансов развить устойчивость к какому-либо штамму.
Экономическое значение
Заболевание было впервые выявлено в 1970-х годах на западе США: в Калифорнии , Вашингтоне , Техасе , Аризоне и Айдахо , и первоначально вызвало значительные потери урожая в этих регионах. Erwinia caratovara subsp betavascularum не был обнаружен в Монтане до 1998 года. Когда он появился, сосудистый некроз свеклы вызвал снижение урожайности на 5–70% на фермах в долине Бигхорн (Монтана). Сегодня (2014 г.) потери урожая из-за этого заболевания относительно редки и единичны, поскольку большинство производителей выращивают устойчивые сорта. Уровень заражения обычно низкий, если выбраны устойчивые сорта; однако более теплые и более влажные условия могут привести к более высокой, чем обычно, заболеваемости.
В случае заражения бактериальная корневая гниль может привести не только к экономическим потерям в поле, но и при хранении и переработке. На перерабатывающих предприятиях гнилые корни затрудняют разрезание, а ил, производимый бактериями, может забивать фильтры. Это особенно проблематично для свеклы с поздним заражением, которую обычно собирают и обрабатывают вместе со здоровой свеклой. Заболевание также может снижать содержание сахара, что резко снижает качество.
Черная ножка картофеля поражает надземные и подземные части растения в период вегетации, а также в период хранения урожая проявляется в виде гниения клубней. У растений (чаще в период всходов) прикорневая часть стеблей загнивает и приобретает различную окраску (от желто-коричневой до черной). Такие стебли отстают в росте. Их листья желтеют, становятся хлоротическими. Верхние листья мелкие, жесткие, скручиваются вдоль центральной жилки. Здоровые клубни могут заражаться при механическом соприкосновении с больными клубнями (во время вегетации и в момент уборки урожая). Источниками бактериальной инфекции служат пораженные растительные остатки и клубни. Оптимальные условия для развития температура для роста бактерий 24-28 .С, максимальная . 37 .С, влажность выше 50 %.
Меры борьбы включают комплекс различных агротехнических мероприятий, которые направлены на выращивание здоровых растений: соблюдение севооборота, подбор устойчивых сортов, правильное внесение минеральных удобрений. Помимо этого рекомендуется обработка растений пестицидами во время вегетации и тщательное уничтожение растительных остатков. Важна борьба с вредителями - переносчиками бактерий и сорными растениями как резерваторами бактериальной инфекции. . Внесение в почву микроэлементов — медного купороса и бора — уменьшает поражение клубней мокрыми гнилями. Не рекомендуется посадка картофеля после капусты, моркови, томатов. Повышенной устойчивостью к черной ножке обладают сорта Белорусский ранний, Лошицкий.
Clavibacter michiganensis subsp.Sepedonicus (Spieckermann & Kothoff) Davis et al. - Кольцевая гниль картофеля. Факультативный паразит, палочковидные бактерии.
Кольцевая гниль картофеля проявляется на клубнях и взрослых растениях. У клубней обычно поражается сосудистое кольцо. На первой стадии заболевания оно имеет светло-кремовую окраску, затем желтеет и становится коричневым. Бактериоз поражает сосудистую систему растения и протекает медленно, поэтому первые симптомы часто проявляются в период цветения, особенно во влажные холодные годы (тогда болезнь может протекать в скрытой форме). Пораженные растения увядают, их листья желтеют, покрываются пятнами, скручиваются и засыхают. Больные растения часто отстают в росте, становятся карликовыми, с укороченными междоузлиями и сближенным расположением листьев.
Оптимальному развитию бактериоза на растениях благоприятствует теплая влажная погода в первой половине их вегетации.
Меры борьбы включают оптимальную агротехнику, соблюдение севооборота, подбор относительно устойчивых сортов, тщательное уничтожение растительных остатков, обработку семян пестицидами перед посевной, обработку растений пестицидами в течение вегетационного периода.
Pseudomonas solanacearum Smith. - Бурый бактериоз (бактериальное увядание) картофеля. Факультативный паразит. Патоген вызывает сосудистое заболевание картофеля. Первые признаки болезни наблюдают в период цветения и формирования клубней. Растения неожиданно увядают, листья сморщиваются и повисают, а нижняя прикорневая часть стебля размягчается и загнивает. Типичным признаком этого бактериоза является расщепление стеблей. Из поперечного их разреза вытекают капли бактериального экссудата бурого цвета. Позднее бактерии проникают в столоны и молодые клубни, вызывая появление бурой окраски сосудистого кольца. Из глазков клубней и мест прикрепления стеблей выделяется экссудат. Источниками бактериальной инфекции являются зараженная почва, растительные остатки, сорняки из сем. пасленовых и клубни, несущие скрытую инфекцию.
Активное развитие бактериоза отмечают в вегетационные сезоны с высокой температурой 20-25. С и значительным количеством осадков. Меры борьбы включают соблюдение севооборота, применение фунгицидов, выращивание устойчивых сортов, посадка высококачественным семенным материалом, тщательный сбор и уничтожение растительных остатков, борьба с сорняками. При диагностике патогена важны высокоточные серологические тесты.
Образцы семенного картофеля, поступившего из стран ЕС (Германия, Голландия), были, практически, свободны от бактериального заражения. В единичных образцах голландского материала материала был выявлен незначительный уровень P. carotovorum subsp. brasiliensis и P. wasabiae.
В целом, ситуация ни чем не отличалась от ситуации предыдущих лет.
Летом в лабораторию на анализ поступали побеги растений картофеля, поражённые как D. solani, так и P. carotovorum subsp. brasiliensis.
Симптомы поражения побегов картофеля пектолитическими бактериями
Возбудитель Pectobacterium atrosepticum. Поражается нижняя часть растения, на срезе видна довольно чёткая граница между поражённой и здоровой тканью.
Стеблевая гниль (на рисунку в центре и справа)
Возбудитель Dickeya solani (в центре). Растение сгнивает целиком, включая верхние листья, патоген поражает проводящую систему (на срезе).
Возбудитель Pectobacterium carotovorum subsp. brasiliensis (справа). Поражение проявляется в отслоении и мацерации коры.
В сентябре 2017 г. лаборатория протестировала 174 образца семенного картофеля на наличие бактериальных патогенов.
Результаты оказались неожиданными:
Поражение клубней
Бактерия P. carotovorum subsp. brasiliensis поражает не только клубни и побеги картофеля, но и массу прочих сельскохозяйственных культур по всему миру:
2010 ЮАР картофель, черная ножка
2014 Голландия картофель, чёрная ножка
2016 Австрия тыква, мокрая гниль
2016 США (Флорида) томаты, стеблевая гниль
2017 Бразилия тыква, мокрая гниль
2017 США (Миннесота, Северная Дакота) картофель, чёрная ножка/стеблевая гниль
Заключение
P. carotovorum subsp. brasiliensis является универсальной патогенной бактерией, способной поражать любые органы широкого спектра сельскохозяйственных растений, культивируемых в самых разнообразных климатических условиях.
Что явилось причиной замещения целого ряда пектолитических патогенных бактерий одной P. carotovorum subsp. brasiliensis ещё предстоит установить. Были ли причиной этого феномена крайне неблагоприятные погодные погодные условия весны - лета 2017 г.?
Важно отметить, что информация и выводы основаны на анализе нескольких сотен образцов семенного картофеля, полученных из разных регионов Российской Федерации. Тем не менее, для получения более достоверной информации о распространении бактериальных патогенов необходимо продолжать анализ образцов семенного картофеля на наличие бактериальных патогенов.
Читайте также: