Вплив збудника базального бактеріозу на проростання зерен та ріст паростків пшениці різних сортів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вплив збудника базального бактеріозу на проростання зерен та ріст паростків пшениці різних сортів

А.Ю. Пастощук

Л.М. Сківка

Л.М. Буценко

В.П. Патика

Анотації

Мета. Дослідити вплив збудника базального бактеріозу Pseudomonas syringae pv. atrofadens та його ліпополіцукриду (ЛПС) на схожість зерен і ріст паростків пшениці різних сортів. Методи. Для досліджень використовували зерна тринадцяти сортів ярої та озимої пшениці української і закордонної селекції. Для обробки зерен застосовували живі клітини та ЛПС штаму P. syringae pv. atrofaciens УКМ В-1013, який зберігається у колекції культур відділу фітопатогенних бактерій Інституту мікробіології і вірусології імені Д.К. Заболотного НАНУ. Облік схожості проводили на другу добу пророщування у вологій камері за температури 27 °С, довжину паростків вимірювали - на 4 добу. Результати. Обробка зерен пшениці більшості сортів суспензією живих клітин та ЛПС P syringae pv. atrofaciens УКМ В-1013 призводила до зниження їх схожості. Схожість зерен сортів озимої пшениці української селекції Подолянка, Столична і Золотоколоса достовірно не змінювалася за оброблення суспензією клітин збудника. ЛПС P syrmgae pv. atrofadens УКМ В-1013 спричиняв статистично вірогідну стимуляцію росту паростків пшениці сорту Столична. Висновки. Сорт озимої пшениці української селекції Столична може розглядатися як перспективний для вирощування у регіонах України з високим ризиком інфікування збудником базального бактеріозу.

Ключові слова: базальний бактеріоз, Pseudomonas syringae pv. аtrofaciens, ліпополісахарид, пшениця.

А.Ю. Пастощук 1, Л.М. Скивка 1, Л. Н.Буценко 2,

В.Ф. Патыка 2

'Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко,

ул. Владимирская, 64/13, Киев, Украина, 01601

2Институт микробиологии и вирусологии имени Д.К. Заболотного НАНУ,

ул. Заболотного 154, Киев, Украина, 03143

ВЛИЯНИЕ ВОЗБУДИТЕЛЯ БАЗАЛЬНОГО

БАКТЕРИОЗА НА ПРОРАСТАНИЕ ЗЕРЕН

И РОСТ ПОБЕГОВ ПШЕНИЦЫ РАЗНЫХ СОРТОВ

Реферат

Цель. Исследование влияния возбудителя базального бактериоза Pseudomonas syringae pv. atrofaciens и его липополисахарида (ЛПС) на всхожесть зерен и рост побегов различных сортов пшеницы. Методы. Для исследования использовали зерна тринадцати сортов яровой и озимой пшеницы украинской и зарубежной селекции. Для обработки зерен применяли живые клетки и ЛПС штамма P syringae pv. atrofaciens УКМ В-1013, который содержится в коллекции живых культур отдела фитопатогенных бактерий Института микробиологии и вирусологии имени Д.К. Заболотного НАНУ. Учет всхожести зерен проводили на вторые сутки проращивания во влажной камере при температуре 27 °С, длину побегов измеряли - на 4 сутки. Результаты. Обработка зерен пшеницы большинства сортов суспензией живых клеток и ЛПС P syringae pv. atrofaciens УКМ В-1013 приводила к снижению их всхожести. Всхожесть зерен сортов озимой пшеницы украинской селекции Подолянка, Столичная и Золотоколосая достоверно не менялась при обработке суспензией клеток возбудителя. ЛПС P syringae pv. atrofa^ens УКМ В-1013 вызывал статистически достоверную стимуляцию роста побегов пшеницы сорта Столичная. Вывод. Сорт озимой пшеницы украинской селекции Столичная может рассматриваться как перспективный для выращивания в регионах Украины с высоким риском инфицирования возбудителем бактериального бактериоза.

Ключевые слова: базальный бактериоз, Pseudomonas syringae pv.

аtrofaciens, липополисахарид, пшеница.

A. Yu. Pastoshchuk1, L. M. Skivka1, L.M. Butsenko2,

V. P. Patyka2

'Taras Shevchenko National University of Kyiv,

64/13, Volodymyrska Str., Kyiv, Ukraine, 01601

2 Zabolotny Institute of Microbiology and Virology of NASU

154, Acad. Zabolotny St., Kyiv, Ukraine, o3l43

EFFECT OF CAUSAL AGENT OF BASAL

BACTERIOSIS ON SEED GERMINATION AND ROOT

GROWTH OF DIFFERENT WHEAT VARIETIES

Summary бактеріоз збудник базальний

Aim. To investigate the effect of causal agent of basal bacteriosis Pseudomonas syringae pv. atrofaciens and its lipopolysacharide (LPS) on seed germination and growth of seedlings of various wheat varieties. Materials and methods. Seeds of thirteen varieties of spring and winter wheat of Ukrainian and foreign selection were used for the study. For the treatment of seeds, live cells and LPS of P syringae pv. atrofaciens UKM V-1013 from the collection of live cultures of the Department of Phytopathogenic Bacteria of the Zabolotny Institute of Microbiology and Virology of NASU were used. The seed germination was registered on the second day after the treatment, the length of sprouts - on the fourth day. Results. Treatment of wheat seeds of the most varieties with a suspension of living cells and LPS of P. syringae pv. atrofaciens UKMB-1013 led to the decrease in their germination. The germination of seeds ofwinter wheat varieties of Ukrainian selection Podolyanka, Stolichnaya and Zolotokolosaya did not change reliably when was treated with living cell suspension. LPS of P syrynae pv. atrofaciens UKM B-1013 caused statistically significant stimulation of growth of wheat sprouts of the Stolichnaya variety. Conclusion. Winter wheat of Ukrainian selection Stolichnaya can be considered as promising variety for growing in the regions of Ukraine with a high risk of infection with the causal agent of basal bacteriosis.

Key words: wheat, basal bacteriosis, Pseudomonas syringae pv. Atrofaciens, lipopolysacharide.

Пшениця є основною сільськогосподарською культурою в Україні. Наша країна входить до десятки країн, які вирощують найбільшу кількість цієї зернової культури. Отриманню високих урожаїв пшениці в Україні сприяють ґрунтово-кліматичні умови, які є сприятливими для її росту в більшості областей [7]. Найбільші посівні площі пшениці зосереджено в Запорізькій, Одеській, Дніпропетровській, Харківській і Херсонській областях. Не зважаючи на доволі сприятливі умови для пшениці в Україні, значних економічних збитків при вирощуванні цієї культури завдають шкідники і бактеріальні хвороби [2, 7]. В останні роки відзначається тенденція до зростання ураженості пшениці збудниками бактеріозів [6, 10 - 12]. Серед збудників бактеріальних хвороб пшениці найпоширенішим в Україні є Pseudomonas syringae pv. atrofaciens [2, 6] - збудник базального бактеріозу. Базальний бактеріоз характеризується широкою розповсюдженню і спричиняє значне зниження врожаю пшениці.

Основним методом запобігання ураження рослин збудниками бактеріозів є вирощування в районах з високою вірогідністю розвитку цих хвороб сортів рослин, які є стійкими до фітопатогенних бактерій. Для визначення стійкості сортів до збудників бактеріальних хвороб застосовують методи штучної інокуляції насіння та вегетуючих рослин, методи клітинної селекції та ін. [2, 8]. Як чинники селекції можуть бути використані живі клітини збудників, а також токсичні речовини, що продукуються збудниками, зокрема, ліпопоцукриди (ЛПС) фітопатогенних бактерій. ЛПС відіграють важливу роль в патогенезі бактеріозів пшениці. Вони характеризуються фітотоксичною активністю і здатні індукувати захисні реакції у рослин [3, 9].

З огляду на вищезазначене метою роботи було дослідження впливу збудника базального бактеріозу на схожість зерен і ріст паростків пшениці різних сортів та визначення більш стійких до P syringae pv. atrofaciens сортів, які можуть бути рекомендовані до вирощування у районах із високою загрозою даного збудника.

Матеріали і методи досліджень

У роботі використовували зерна пшениці врожаю 2017 року сортів Хуторянка, Печерянка, Подолянка, Столична, Смуглянка, Золотоколоса, Фаворитка, Трипільська, Діскус, Хукулус, Гренні, Тацітус, Патрас, характеристика яких наведена в табл. 1.

Для обробки зерен пшениці застосовували живі клітини та ЛПС штаму Pseudomonas syringae pv. atrofaciens УКМ В-1013, який був виділений з уражених бактеріозом рослин і зберігається у колекції живих культур відділу фітопатогенних бактерій Інституту мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАНУ

P syringae pv. atrofaciens УКМ В-1013 вирощували на картопляному агарі за 28 °С впродовж 24-48 год. Клітини бактерій змивали фізіологічним розчином та готували суспензію титром 109 КУО/мл за стандартом мутності. ЛПС екстрагували з сирої бактеріальної маси 0,85% розчином хлориду натрію при температурі 4 °С протягом 4-5 год, як описано раніше [1]. Екстракти центрифугували (6000 g, 15 хв), очищували діалізом в дистильованій воді протягом доби і висушували ліофільно. Для постановки дослідів використовували розчин ЛПС з концентрацією 5 мг/мл.

Зерна пшениці промивали водогінною, а потім стерильною дистильованною водою та розкладали у чашки Петрі на стерильний фільтрувальний папір по 20 зерен. В кожному варіанті досліду використовували не менше 60 зерен пшениці. У чашки Петрі вносили відповідно до варіанту досліду 5 мл води (контроль), 5 мл суспензії клітин або 5 мл розчину ЛПС P syringae pv. atrofaciens УКМ В-1013. Облік схожості зерен проводили на другу добу пророщування у вологій камері за температури 27 °С, довжину паростків вимірювали на 4 добу.

Характеристика досліджуваних сортів пшениці

Characteristics of investigated varieties of wheat

Таблиця 1 Table 1

Дослідження проведені не менше, ніж у трьох повторах. Статистичне опрацювання результатів проводили загальноприйнятими методами варіаційної статистики з розрахунком середнього значення (М) та середньої квадратичної похибки (т). Для визначення вірогідності відмінності показників між дослідом та контролем використовували ^критерій Стьюдента. Статистично достовірними вважали відмінності між показниками при р<0,05.

Результати досліджень та їх обговорення

Для вивчення впливу Р syringae р^ аіт/асіет УКМ В-1013 на схожість зерен і ріст паростків пшениці нами було використано зерна озимої (11 сортів) та ярої (2 сорти) пшениці української (9 сортів) та закордонної селекції табл. 1. Усі зазначені сорти внесено до Державного реєстру сортів рослин, придатних для поширення в Україні [4].

ЛПС P syringae р^ atrofaciens УКМ В-1013, який було отримано нами для дослідження, мав хімічний склад подібний до раніше досліджених ЛПС цього виду бактерій і містив 30% вуглеводів, 28% білків, 5% нуклеїнових кислот та 2-кето-3-дезоксиоктонову кислоту [1, 9].

Більшість досліджених сортів пшениці виявилися чутливими як до самого збудника базального бактеріозу, так і до його ЛПС.

Обробка зерен пшениці 9 сортів суспензією живих клітин P syringae р^ atrofaciens УКМ В-1013 призводила до зниження його схожості. Лише схожість зерен сортів пшениці Подолянка, Столична і Золотоколоса достовірно не змінювалася (рис. 1). Незначно (на 10%) знижувалася схожість зерен сортів пшениці Діскус та Тацитус, на 20% - сортів Печерянка, Хуторянка, Патрас.

Рис. 1. Вплив оброблення суспензією живих клітин і ЛПС P syringae pv. atrofaciens УКМ В-1013 на схожість зерен пшениці вітчизняної (А) та зарубіжної (В) селекції

Fig. 1. The effect of treatment with a suspension of living cells and LPS of P. syringae pv. atrofaciens UKM В-1013 on the germination of seeds of wheat varieties of domestic (A) and foreign (B) breeding

Приблизно на 30% зменшувалася схожість насіння у сортів Хукулус, Гренні, Фаворитка. Найбільш істотно оброблення живими клітинами збудника базального бактеріозу вплинуло на зерна сортів Смуглянка та Трипільська. Схожість насіння цих сортів зменшилася на 40% порівняно із контролем (рис. 1).

Оброблення зерен пшениці розчином ЛПС збудника базального бактеріозу також призводило до зниження його схожості. Лише для зерен сорту пшениці Столична, схожість якого не зменшувалася за оброблення живими клітинами Р. syringae р^ atrofaciens УКМ В-1013, не відмічали зменшення схожості після експозиції розчином ЛПС. Для зерен 7 досліджених сортів пшениці (Печерянка, Хуторянка, Хукулус, Тацітус, Подолянка, Золотоколоса, Трипільська) відмічено більш істотне зниження схожості за експозиції розчином ЛПС Р. syringae р^ аїт/асіет УКМ В-1013 у порівнянні з обробленням суспензією живих клітин збудника.

Встановлено також пригнічення росту паростків пшениці дванадцяти досліджених сортів за оброблення зерен суспензією живих клітин та розчином ЛПС Р syrіngae р^ atrofacіens УКМ В-1013 (табл. 2). Лише для пшениці сорту Столична було виявлено достовірну стимулювальну активність ЛПС Р syrіngae р^ аїт/асіет УКМ В-1013: довжина кореня паростка оброблених зерен була на 36% більша ніж в контролі (табл. 2).

Таблиця 2

Вплив живих клітин та ліпополіцукриду P. syringae pv. atrofaciens УКМ В -1013 на ріст кореня паростків пшениці

Примітка* - р < 0,05, порівняно з контролем.

За даними Грицай та співавторів обробка насіння томатів, огірків, капусти і пшениці розчинами ЛПС різних штамів P. syringae стимулювала проростання насіння [3]. Крім того, томати і огірки, які розвивалися з насіння, обробленого розчинами ЛПС P. syringae pv. syringae та P. syringae pv. tomato, росли швидше та утворювали більше квіткових бруньок. Отже, ЛПС різних штамів P syringae у невеликих концентраціях можуть стимулювати ріст рослин.

Живі клітини та ЛПС P syringae pv. atrofaciens УКМ В-1013 найбільшою мірою знижували енергію проростання пшениці сортів Смуглянка і Фаворитка. Довжина корінця паростків за оброблення зерен цих сортів живими клітинами P syringae pv. atrofaciens УКМ В-1013 становила 11 і 25% від контролю, відповідно (табл. 2). Оброблення зерен цих сортів ЛПС P syringae pv. atrofaciens УКМ В-1013 пригнічувало ріст коренів паростків на 74 і 67% відповідно.

Проростання зерен решти сортів характеризувалося помірною чутливістю до збудника базального бактеріозу. Довжина кореня зменшувалася на 30-40% порівняно із контролем. При цьому для всіх сортів оброблення ЛПС мало менший вплив на ріст паростків ніж оброблення живими клітинами збудника.

Результати проведеного дослідження не виявили суттєвої різниці в чутливості до збудника базального бактеріозу сортів озимої і ярої пшениці. За результатами вивчення впливу P syringae pv. atrofaciens УКМ В-1013 на схожість зерен та ріст паростків пшениці досліджені сорти можна розділити на три групи. Найбільш чутливими до збудника є сорти Смуглянка, Фаворитка і Трипільська. Найбільш стійким є сорт озимої пшениці української селекції Столична. Решта сортів характеризуються помірною чутливістю до P syringae pv. atrofaciens. Цікаво відзначити, що сорт пшениці Столична характеризується середньою стійкістю до збудників грибних хвороб, а сорти Смуглянка, Фаворитка і Трипільська - високою толерантністю [5]. Це свідчить про те, що стійкість до бактеріальних і грибних патогенів, ймовірно, зумовлена різними детермінантами.

ЛПС P syringae pv. atrofaciens УКМ В-1013 характеризується фітотоксичною активністю до зерен чутливих до збудника базального бактеріозу сортів пшениці. Експозиція ЛПС зерен стійкого сорту Столична спричиняла стимуляцію росту паростків.

Найбільш чутливими до збудника базального бактеріозу є сорти пшениці Смуглянка та Фаворитка: проростання насіння за впливу живих клітин та ЛПС знижується, в середньому, на 30%, а ріст кореня - на 82 та 72% відповідно. Сорти Трипільська, Печерянка, Хуторянка, Діскус, Хукулус, Грен- ні, Тацітус, Патрас, Подолянка та Золотоколоса характеризуються помірною чутливістю до P syringae pv. atrofaciens. Найбільш стійким є сорт Столична. Обробка живими клітинами збудника та його ЛПС не чинила негативного впливу на проростання зерна цього сорту пшениці і помірно (на 13 та 36% відповідно) посилювала проростання кореню. Отримані результати дають підставу вважати сорт Столична перспективним для використання у регіонах України з високим ризиком інфікування збудником базального бактеріозу.

Список використаної літератури