Комплексна оцінка бактеріальних збудників картоплі та розробка методів підвищення її стійкості

Севіндж Магеррамова, Мар'ям Мамедалієва, Мехрібан Юсіфова, Гюнаш Насруллаєва, Юлія Коломієць
Отримано: 24.12.2024 Доопрацьовано: 13.05.2025 Прийнято: 25.06.2025
Взято з Том 28, № 7, 2025 Сторінки: 34-47
Завантажити статтю Читати статтю

Анотація

Це дослідження зосереджувалося на вивченні складу бактеріальних збудників картоплі та ефективності різних стратегій формування резистентності культури в агроекосистемах. В роботі було поєднано теоретичний аналіз літературних джерел щодо властивостей збудників і механізмів резистентності з експериментальною апробацією власних агробіологічних методів у вегетаційних умовах для порівняльної оцінки ефективності контролю бактеріальних хвороб картоплі. У результаті встановлено, що найвищу патогенну активність в умовах досліду виявляла Ralstonia solanacearum, яка спричиняла системне в’янення рослин. Pectobacterium carotovorum переважно уражала бульби, формуючи осередки мокрої гнилі, тоді як Clavibacter sepedonicus проявляв повільний інфекційний процес, що частіше діагностувався на стадії зберігання. Розвиток бактеріальних хвороб картоплі інтенсифікувався за умов надмірної вологості ґрунту, температури вище 27°C, механічних ушкоджень та накопичення органічних решток. Формування стабільної ризосферної мікробіоти, зокрема за участі представників родів Pseudomonas і Bacillus, сприяло зниженню індексу хворобливості на 47- 62 % та підвищенню вегетативної маси на 25-31 % порівняно з контролем. У досліджуваних сортів домінували різні механізми толерантності: у Солохи – судинна резистентність, що забезпечила 62 % зниження ураження, 31 % приріст маси та 2,2 додаткові бульби на рослину. У Дніпрянки – біохімічна відповідь, з підвищенням активності пероксидази у 3,1 раз та фенілаланінамоніак-ліази у 1,6 раз, а у Луговської – мікробіологічний контроль, з щільністю колонізації ризосфери до 1×105 колонієутворювальних одиниць на грам ґрунту та приростом кількості бульб на 24 штуки. Отримані результати мають практичне значення для розробки інтегрованих схем захисту картоплі, що передбачають використання біоагентів і індукторів резистентності як ефективну альтернативу хімічним засобам, а також для впровадження системи раннього діагностичного моніторингу на основі біоіндикаторів у селекційних та агровиробничих технологіях

Ключові слова

мікробіота; ґрунт; вологість; резистентність; агроекосистема; ендофіти; в’янення

  1. Aksoy, E., Demirel, U., Bakhsh, A., Zia, M.A., Naeem, M., Saeed, F., Çalışkan, S., & Çalışkan, M.E. (2021). Recent advances in potato (Solanum tuberosum L.) breeding. In J.M. Al-Khayri, S.M. Jain & D.V. Johnson (Eds.), Advances in plant breeding strategies: Vegetable crops (pp. 409-487). Cham: Springer. doi: 10.1007/978-3-03066965-2_10.
  2. Ashmawy, N.A., Behiry, S.I., Al-Huqail, A.A., Ali, H.M., & Salem, M.Z. (2020). Bioactivity of selected phenolic acids and hexane extracts from Bougainvilla spectabilis and Citharexylum spinosum on the growth of Pectobacterium carotovorum and Dickeya solani bacteria: An opportunity to save the environment. Processes, 8(4), article number 482. doi: 10.3390/pr8040482.
  3. Balan, H.O. (2020). Integrated crop protection systems against diseases: Methodical recommendations. Odesa: Odesa State Agrarian University.
  4. Charkowski, A., Sharma, K., Parker, M.L., Secor, G.A., & Elphinstone, J. (2020). Bacterial diseases of potato. In H. Campos & O. Ortiz (Eds.), The potato crop: Its agricultural, nutritional and social contribution to humankind (pp. 351-388). Cham: Springer. doi: 10.1007/978-3-030-28683-5_10.
  5. Convention on Biological Diversity. (1992, May). Retrieved from https://www.cbd.int/convention.
  6. Devaux, A., Goffart, J.P., Kromann, P., Andrade-Piedra, J., Polar, V., & Hareau, G. (2021). The potato of the future: Opportunities and challenges in sustainable agri-food systems. Potato Research, 64(4), 681-720. doi: 10.1007/ s11540-021-09501-4.
  7. European Food Safety Authority. (2019). Pest survey card on potato brown rot, Ralstonia solanacearum. Retrieved from https://www.efsa.europa.eu/en/supporting/pub/en-1567.
  8. Farvardin, A., González-Hernández, A.I., Llorens, E., Camañes, G., Scalschi, L., & Vicedo, B. (2024). The dual role of antimicrobial proteins and peptides: Exploring their direct impact and plant defense-enhancing abilities. Plants, 13(15), article number 2059. doi: 10.3390/plants13152059.
  9. Hao, J., & Ashley, K. (2021). Irreplaceable role of amendment-based strategies to enhance soil health and disease suppression in potato production. Microorganisms, 9(8), article number 1660. doi: 10.3390/ microorganisms9081660.
  10. Hossain, M.M., et al. (2024). Plant disease dynamics in a changing climate: Impacts, molecular mechanisms, and climate-informed strategies for sustainable management. Discover Agriculture, 2, article number 132. doi: 10.1007/s44279-024-00144-w.
  11. Huang, X., Ren, J., Li, P., Feng, S., Dong, P., & Ren, M. (2021). Potential of microbial endophytes to enhance the resistance to postharvest diseases of fruit and vegetables. Journal of the Science of Food and Agriculture, 101(5), 1744-1757. doi: 10.1002/jsfa.10829.
  12. Ismail, S., Jiang, B., Nasimi, Z., Inam-ul-Haq, M., Yamamoto, N., Danso Ofori, A., Khan, N., Arshad, M., Abbas, K., & Zheng, A. (2020). Investigation of Streptomyces scabies causing potato scab by various detection techniques, its pathogenicity and determination of host-disease resistance in potato germplasm. Pathogens, 9(9), article number 760. doi: 10.3390/pathogens9090760.
  13. Kaur, S., Samota, M.K., Choudhary, M., Choudhary, M., Pandey, A.K., Sharma, A., & Thakur, J. (2022). How do plants defend themselves against pathogens – biochemical mechanisms and genetic interventions. Physiology and Molecular Biology of Plants, 28(2), 485-504. doi: 10.1007/s12298-022-01146-y.
  14. Khairy, A.M., Tohamy, M.R., Zayed, M.A., & Ali, M.A. (2021). Detecting pathogenic bacterial wilt disease of potato using biochemical markers and evaluate resistant in some cultivars. Saudi Journal of Biological Sciences, 28(9), 5193-5203. doi: 10.1016/j.sjbs.2021.05.045.
  15. Khomenko, T., Tonkha, O., Puzniаk, O., & Havryliuk, O. (2023). Assessment of the complex influence of biopreparations on the process of chlorophyll fluorescence induction in potato leaves by organic cultivation technology. Scientific Reports of the National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine, 19(6). doi: 10.31548/dopovidi6(106).2023.006.
  16. Kieu, N.P., Lenman, M., Wang, E.S., Petersen, B.L., & Andreasson, E. (2021). Mutations introduced in susceptibility genes through CRISPR/Cas9 genome editing confer increased late blight resistance in potatoes. Scientific Reports, 11(1), article number 4487. doi: 10.1038/s41598-021-83972-w.
  17. Leitão, J.H. (2020). Microbial virulence factors. International Journal of Molecular Sciences, 21(15), article number 5320. doi: 10.3390/ijms21155320.
  18. Liu, J.-M., Wang, S.-S., Zheng, X., Jin, N., Lu, J., Huang, Y.-T., Fan, B., & Wang, F.Z. (2020). Antimicrobial activity against phytopathogens and inhibitory activity on solanine in potatoes of the endophytic bacteria isolated from potato tubers. Frontiers in Microbiology, 11, article number 570926. doi: 10.3389/fmicb.2020.570926.
  19. Manda, R.R., Addanki, V.A., & Srivastava, S. (2020). Bacterial wilt of solanaceous crops. International Journal of Chemical Studies, 8(6), 1048-1057. doi: 10.22271/chemi.2020.v8.i6o.10903.
  20. Mohamed, B.F., Sallam, N.M., Alamri, S.A., Abo-Elyousr, K.A., Mostafa, Y.S., & Hashem, M. (2020). Approving the biocontrol method of potato wilt caused by Ralstonia solanacearum (Smith) using Enterobacter cloacae PS14 and Trichoderma asperellum T34. Egyptian Journal of Biological Pest Control, 30, article number 61. doi: 10.1186/ s41938-020-00262-9.
  21. Muthoni, J., Shimelis, H., & Melis, R. (2020). Conventional breeding of potatoes for resistance to bacterial wilt (Ralstonia solanacearum): Any light in the horizon? Australian Journal of Crop Science, 14(3), 485-494. doi: 10.21475/ajcs.20.14.03.p2144.
  22. Nolte, P., Miller, J., Duellman, K.M., Gevens, A.J., & Banks, E. (2020). Disease management. In J.C. Stark, M. Thornton & P. Nolte (Eds.), Potato production systems (pp. 203-257). Cham: Springer. doi: 10.1007/978-3030-39157-7_9.
  23. Osdaghi, E., van der Wolf, J.M., Abachi, H., Li, X., De Boer, S.H., & Ishimaru, C.A. (2022). Bacterial ring rot of potato caused by Clavibacter sepedonicus: A successful example of defeating the enemy under international regulations. Molecular Plant Pathology, 23(7), 911-932. doi: 10.1111/mpp.13191.
  24. Paluchowska, P., Śliwka, J., & Yin, Z. (2022). Late blight resistance genes in potato breeding. Planta, 255(6), article number 127. doi: 10.1007/s00425-022-03910-6.
  25. Rolot, J.-L. (2012). The potato diseases: An overview. Yerevan: Food and Agriculture Organization.
  26. Sharma, A., Abrahamian, P., Carvalho, R., Choudhary, M., Paret, M.L., Vallad, G.E., & Jones, J.B. (2022). Future of bacterial disease management in crop production. Annual Review of Phytopathology, 60(1), 259-282. doi: 10.1146/annurev-phyto-021621-121806.
  27. Singh, C., Pandey, S., Rahmani, U., Chaudhary, M., Chauhan, A., Semwal, A., & Singh, A.K. (2025). Molecular basis of the evolution of pathogens under changing climate conditions. In A. Singh, S. Pandey & A. Kumar (Eds.), Climate change and biotic factors: A molecular approach (pp. 143-180). New York: Apple Academic Press. doi: 10.1201/9781003568704-6.
  28. Stark, J.C., Thornton, M., & Nolte, P. (2020). Potato production systems. Cham: Springer. doi: 10.1007/978-3-03039157-7.
  29. Tripathi, A.N., Tiwari, S.K., Sharma, S.K., Sharma, P.K., & Behera, T.K. (2024). Current status of bacterial diseases of vegetable crops. Vegetable Science, 51, 106-117. doi: 10.61180/vegsci.2024.v51.spl.10.
  30. Vega, D., Ibarra, S., Varela Pardo, R.A., & Poggio, S.L. (2023). Agroecological management of crop diseases: A review. Agroecology and Sustainable Food Systems, 47(7), 919-949. doi: 10.1080/21683565.2023.2216149.
  31. Vidhyasekaran, P. (2024). Bacterial disease resistance in plants: Molecular biology and biotechnological applications. London: CRC Press.
  32. Vilvert, E., Stridh, L., Andersson, B., Olson, Å., Aldén, L., & Berlin, A. (2022). Evidence based disease control methods in potato production: A systematic map protocol. Environmental Evidence, 11(1), article number 6. doi: 10.1186/s13750-022-00259-x.
  33. Wang, Z., Luo, W., Cheng, S., Zhang, H., Zong, J., & Zhang, Z. (2023). Ralstonia solanacearum – a soil borne hidden enemy of plants: research development in management strategies, their action mechanism and challenges. Frontiers in Plant Science, 14, article number 1141902. doi: 10.3389/fpls.2023.1141902.
  34. Yarema, N.M. (2023). Comparative study of nematode-resistant potato varieties as a means of protecting against harmful phytohelminths under the conditions of the Educational and Scientific Center of Lviv National Environmental University. Dubliany: Lviv National Environmental University.
  35. Yuan, J., Bizimungu, B., De Koeyer, D., Rosyara, U., Wen, Z., & Lagüe, M. (2020). Genome-wide association study of resistance to potato common scab. Potato Research, 63, 253-266. doi: 10.1007/s11540-019-09437-w.
Maharramova, S., Mammadaliyeva, M., Yusifova, M., Nasrullayeva, G., & Kolomiiets, Yu. (2025). Comprehensive assessment of potato bacterial pathogens and development of resistance improvement methods. Scientific Horizons, 28(7), 34-47. https://doi.org/10.48077/scihor7.2025.34