Биологическое обоснование использования индукторов устойчивости на основе хитозана для повышения эффективности биофунгицидов

Биологическое обоснование использования индукторов устойчивости на основе хитозана для повышения эффективности биофунгицидов

Автор: Новикова И.И., Попова Э.В., Краснобаева И.Л., Коваленко Н.М.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Биоконтроль и биозащита

Статья в выпуске: 3 т.56, 2021 года.

Бесплатный доступ

Микробиологические препараты составляют основу современных технологий фитосанитарной оптимизации агроэкосистем, поэтому повышение их эффективности в защите сельскохозяйственных культур от широкого спектра фитопатогенов - актуальная задача растениеводства. Во Всероссийском НИИ защиты растений (ФГБНУ ВИЗР) разработан биопрепарат Витаплан на основе композиции двух штаммов - Bacillus subtilis ВКМ В-2604D и B. subtilis ВКМ В-2605D с различным составом активных комплексов и механизмом действия, обладающих высокой эффективностью по отношению к широкому кругу фитопатогенов. В настоящей работе впервые получены две новые оптимизированные препаративные формы (Витаплан, КЖ + коллоидный хитин и композиция Витаплан, КЖ + 0,1 % салицилата хитозана) с повышенной антагонистической и элиситорной активностью по сравнению с исходной формой биопрепарата. Установлено, что присутствие в новой препаративной форме Витаплана, КЖ салицилата хитозана повышает индуцирующую активность в 2,0-2,5 раза по сравнению с исходной формой. Цель наших исследований состояла в совершенствовании подходов к повышению эффективности полифункционального биопрепарата Витаплан посредством включения в препаративную форму индукторов болезнеустойчивости на основе хитозана. Схема опыта для определения антагонистической активности в отношении Alternaria solani Sorauer и Clavibacter michiganensis subsp . michiganensis (Smith) Davisetal. (штамм 101) предусматривала следующие варианты: Витаплан, КЖ (титр жизнеспособных клеток 1010 КОЕ/мл) - культуральная жидкость штаммов B. subtilis ВКМ В-2604D и B. subtilis ВКМ В-2605D при соотношении 1:1 без добавок (контроль); Витаплан, КЖ (1010 КОЕ/мл) + сухой хитин (1,0 %); Витаплан, КЖ (1010 КОЕ/мл) + коллоидный хитин (1,0 %, расчет на сухую массу хитина); Витаплан, КЖ (1010 КОЕ/мл) + коллоидный хитозан (1,0 %, расчет на сухую массу хитозана). Антагонистическую активность оценивали методом бумажных дисков по диаметру зоны лизиса тест-культур фитопатогенов на агаризованной питательной среде. Фунгистатическую активность по отношению к Cochliobolus sativus S. Ito & Kurib. оценивали по следующий схеме: контроль (вода); Витаплан, КЖ (1010 КОЕ/мл); Витаплан, КЖ (разведение 1:10, 109 КОЕ/мл); Витаплан, КЖ (без разведения, 1010 КОЕ/мл) + коллоидный хитин (1,0 %, расчет на сухую массу хитина); Витаплан, КЖ (разведение 1:10, 109 КОЕ/мл) + салицилат хитозана (0,1 %); салицилат хитозана (0,1 %). Прямое фунгистатическое действие исследуемых препаративных форм оценивали in vitro методом агаровых блоков. Для изучения индуцирующей активности в патосистеме пшеница ( Triticum aestivum L.)- C. sativus отобранные варианты (Витаплан, КЖ; Витаплан КЖ + 1 % коллоидный хитин; композиция Витаплан, КЖ + 0,1 % салицилат хитозана) разводили дистиллированной водой в 10 раз, титр рабочего раствора составлял 109 КОЕ/мл. За 24 ч до инокуляции патогеном 7-суточные проростки пшеницы восприимчивого к болезням сорта Саратовская 29 опрыскивали суспензиями образцов препаративных форм при разведении 1:10. Листья пшеницы заражали суспензией спор гемибиотрофа C. sativus (4½103 и 20½103 спор/мл) . Степень пораженности листьев оценивали на 4-е сут после заражения в процентах по площади листа. В контроле растения обрабатывали водой. Введение коллоидного хитина (1,0 %) в среду для глубинного культивирования штаммов-продуцентов B. subtilis ВКМ В-2604D и ВКМ В-2605D повышало их антагонистическую активность в отношении возбудителей бактериального рака томата и альтернариоза томата, а также обеспечивало эффективное подавление роста мицелия возбудителя темно-бурой пятнистости пшеницы C. sativus до 84,9 и 88,1 % соответственно на 5-е и 7-е сут опыта, сравнимое с эффективностью Витаплана, КЖ (80,9 и 87,5 %). Салицилат хитозана (0,1 %) обладал умеренной фунгистатической активностью, ингибируя рост мицелия гриба С. sativus только на 36,5 и 46,0 %. Предварительное опрыскивание растений пшеницы Витапланом, КЖ в разведении 1:10 с последующим заражением возбудителем темно-бурой пятнистости снижало площадь поражения листьев до 50-80 % в зависимости от инфекционной нагрузки по сравнению с 65-100 % в контроле. Включение в среду для культивирования штаммов-продуцентов коллоидного хитина (0,5 %) сокращало пораженность листьев до 40-50 %. Салицилат хитозана показал себя эффективным индуктором болезнеустойчивости, снизив пораженность растений пшеницы темно-бурой пятнистостью до 10-20 % в зависимости от инфекционной нагрузки. Добавление салицилата хитозана (0,1 %) в Витаплан, КЖ в разведении 1:10 также положительно влияло на индуцирующую активность антагониста, повышая его биологическую активность в 2,0-2,5 раза. Таким образом, обоснована и экспериментально доказана перспективность сочетания активных отселектированных штаммов микроорганизмов - антагонистов возбудителей болезней растений и хитозановых комплексов для повышения биологической эффективности и расширения спектра действия разрабатываемых препаративных форм.

Еще

Биопрепарат витаплан, препаративные формы, фунгистатическая активность, антагонистический эффект, хитозан, хитин, индуцированная устойчивость, пшеница, темно-бурая пятнистость

Короткий адрес: https://sciup.org/142231367

IDR: 142231367   |   DOI: 10.15389/agrobiology.2021.3.511rus

Список литературы Биологическое обоснование использования индукторов устойчивости на основе хитозана для повышения эффективности биофунгицидов

  • Павлюшин В.А., Тютерев С.Л., Попова Э.В., Новикова И.И., Быкова Г.А., Домнина Н.С. Новые комплексные биопрепараты для защиты овощных культур от грибных и бактериальных болезней. Биотехнология, 2010, 4: 69-80.
  • Beneduzi A., Ambrosini A., Passaglia L.M.P. Plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR): their potential as antagonists and biocontrol agents. Genetics and Molecular Biology, 2012, 35(4): 1044-1051 (doi: 10.1590/s1415-47572012000600020).
  • Kumar P., Dubey R.C., Maheshwari D.K. Bacillus strains isolated from rhizosphere showed plant growth promoting and antagonistic activity against phytopathogens. Microbiological Re-search, 2012, 167(1): 493-499 (doi: 10.1016/j.micres.2012.05.002).
  • Новикова И.И. Полифункциональные биопрепараты для фитосанитарной оптимизации агроэкосистем в биологическом земледелии. Мат. науч.-практ. конф. «Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства». СПб, 2019, вып. 2(99): 183-194 (doi: 10.24411/0131-5226-2019-10162).
  • Ye Y.F., Li Q.Q., Fu G., Yuan G.Q., Miao J.H., Lin W. Identification of antifungal substance (Iturin A2) produced by Bacillus subtilis B47 and its effect on southern corn leaf blight. Journal of Integrative Agriculture, 2012, 11(9): 90-99 (doi: 10.1016/S1671-2927(12)60786-X).
  • Dunlap C.A., Schisler D.A., Bowman M.J., Rooney A.P. Genomic analysis of Bacillus subtilis OH 131.1 and co-culturing with Cryptococcus lavescens for control of Fusarium head blight. Plant Gene, 2015, 2: 1-9 (doi: 10.1016/j.plgene.2015.03.002).
  • Zalila-Kolsi I., Mahmoud A.B., Ali H., Sellami S., Nasfi Z., Tounsi S., Jamoussi K. Antagonist effects of Bacillus spp. strains against Fusarium graminearum for protection of durum wheat (Triticum turgidum L. subsp. durum). Microbiological Research, 2016, 192(6): 148-158 (doi: 10.1016/j.micres.2016.06.012).
  • Yang L., Quan X., Xue B., Goodwin P.H., Lu S., Wang J., Du W., Wu C. Isolation and iden-tiication of Bacillus subtilis strain YB-05 and its antifungal substances showing antagonism against Gaeumannomyces graminis var. tritici. Biological Control, 2015, 85: 52-58 (doi: 10.1016/j.biocontrol.2014.12.010).
  • Gao X., Gong Y., Huo Y., Han Q., Kang Z., Huang L. Endophytic Bacillus subtilis strain E1R-J is a promising biocontrol agent for wheat powdery mildew. Journal of Biomedicine and Bio-technology, 2015(6): 462645 (doi: 10.1155/2015/462645).
  • Li H., Zhao J., Feng H., Huang L., Kang Z. Biological control of wheat stripe rust by an endophytic Bacillus subtilis strain E1R-j in greenhouse and field trials. Crop Protection, 2013, 43: 201-206 (doi: 10.1016/j.cropro.2012.09.008).
  • Kalappanavar I.K., Patidar R.K., Kulkarni S. Management strategies of leaf rust of wheat caused by Puccinia reconditа f. sp. tritici Rob. ex. Desm. Karnataka Journal of Agricultural Sci-ences, 2008, 21(1): 61-64.
  • Reiss A., Jørgensen L.N. Biological control of yellow rust of wheat (Puccinia striiformis) with Serenade®ASO (Bacillus subtilis strain QST713). Crop Protection, 2017, 93: 1-8 (doi: 10.1016/j.cropro.2016.11.009).
  • Junior I., Schafer J.T., Corrêa B.O., Funck G.D., Moura A.B. Expansion of the biocontrol spectrum of foliar diseases in rice with combinations of rhizobacteria. Revista Ciência Agronômi-ca, 2017, 48(3): 513-522 (doi: 10.5935/1806-6690.20170060).
  • Akram W., Anjum T., Ali B. Searching ISR determinant/s from Bacillus subtilis IAGS174 against Fusarium wilt of tomato. BioControl, 2015, 60: 271-280 (doi: 10.1007/s10526-014-9636-1).
  • Tan S.Y., Jiang Y., Song S., Huang J.F., Ling N., Xu Y.C., Shen Q.R. Two Bacillus amyloliq-uefaciens strains isolated using the competitive tomato root enrichment method and their effects on suppressing Ralstonia solanacearum and promoting tomato plant growth. Crop Protection, 2013, 43: 134-140 (doi: 10.1016/j.cropro.2012.08.003).
  • Cao Y., Xu Z., Ling N., Yuan Y., Yang X., Chen L., Shen B., Shen Q. Isolation and identifi-cation of lipopeptides produced by B. subtilis SQR 9 for suppressing Fusarium wilt of cucumber. Scientia Horticulturae, 2012, 135: 32-39 (doi: 10.1016/j.scienta.2011.12.002).
  • Lee K.J., Kamala-Kannan S., Han S.S., Seong C.K., Lee G.W. Biological control of Phy-tophthora blight in red pepper (Capsicum annuum L.) using Bacillus subtilis. World Journal of Microbiology and Biotechnology, 2008, 24(7): 1139-1145 (doi: 10.1007/s11274-007-9585-2).
  • Cortez F.M., Chan-Cupul W., Buenrostro Nava M., Hernández-Ortega H. A., Manzo-Sánchez G., Galindo-Velasco E. Biological control of late leaf rust disease (Puccini astrum americanum (Farl.) Arthur) in raspberry (Rubus idaeus L.) using two biological products: Bacillus subtilis (Fungizard®) and Larrea tridentata botanic extract (CleanCrop®) under screenhouse conditions. Idesia (Arica), 2019, 37(1): 125-133 (doi: 10.4067/s0718-34292019005000504).
  • Wang X.Q, Zhao D.L., Shen L. L., Jing C L., Zhang C.S Application and mechanisms of Bacillus subtilis in biological control of plant disease. In: Role of rhizospheric microbes in soil /V.S. Meena (ed.). Springer, Singapore, 2018: 225-250 (doi: 10.1007/978-981-10-8402-7_9).
  • Wang L.-Y., Xie Y.-S., Cui Y.-Y., Xu J., He W., Chen H.-G., Guo J.-H. Conjunctively screening of biocontrol agents (BCAs) against fusarium root rot and fusarium head blight caused by Fusarium graminearum. Microbiological Research, 2015, 177: 34-42 (doi: 10.1016/j.micres.2015.05.005).
  • Новикова И.И., Бойкова И.В., Павлюшин В.А., Зейрук В.Н., Васильева С.В., Азизбекян Р.Р., Кузнецова Н.И. Перспективы использования биопрепаратов на основе микробов-антагонистов для защиты картофеля от болезней при хранении. Вестник защиты растений, 2013, 4: 12-21.
  • Li S., Zhang N., Zhang Z., Luo J., Shen B., Zhang R., Shen Q. Antagonist Bacillus subtilis HJ5 controls Verticillium wilt of cotton by root colonization and biofilm formation. Biology and Fertility of Soils, 2013, 49(3): 295-303 (doi: 10.1007/s00374-012-0718-x).
  • Yu X., Ai C., Xin L., Zhou G. The siderophore-producing bacterium, Bacillus subtilis CAS15, has a biocontrol effect on Fusarium wilt and promotes the growth of pepper. European Journal of Soil Biology, 2011, 47(2): 138-145 (doi: 10.1016/j.ejsobi.2010.11.001).
  • Wang T., Liang Y., Wu M., Chen Z., Lin J., Yang L. Natural products from Bacillus subtilis with antimicrobial properties. Chinese Journal of Chemical Engineering, 2015, 23(4): 744-754 (doi: 10.1016/j.cjche.2014.05.020).
  • Сидорова Т.М., Асатурова А.М., Хомяк А.И. Биологически активные метаболиты Bacillus subtilis и их роль в контроле фитопатогенных микроорганизмов. Сельскохозяйственная биология, 2018, 53(1): 29-37 (doi: 10.15389/agrobiology.2018.1.29rus).
  • Актуганов Г.Э., Галимзянова Н.Ф., Мелентьев А.И., Кузьмина Л.Ю. Внеклеточные гидролазы штамма Basillus sp. 739 и их участие в лизисе клеточных стенок микромицетов. Микробиология, 2007, 76(4): 471-479.
  • Van der Ent S., van Wees S.C.M., Pieterse C.M.J. Jasmonate signaling in plant interactions with resistance-inducing beneficial microbes. Phytochemistry, 2009, 70(13-14): 1581-1588 (doi: 10.1016/j.phytochem.2009.06.009).
  • Van Loon L.C. Plant responses to plant growth-promoting rhizobacteria. European Journal of Plant Pathology, 2007, 119(3): 243-254 (doi: 10.1007/s10658-007-9165-1).
  • De Vleesschauwer D., Höfte M. Rhizobacteria-induced systemic resistance. Advances in Botanical Research, 2009, 51: 223-281 (doi: 10.1016/S0065-2296(09)51006-3).
  • Ryu C.M., Farag M.A., Hu C.H., Reddé M.S., Kloepper J.W., Paré P.W. Bacterial volatiles induce systemic resistance in Arabidopsis. Plant Physiology, 2004, 134(3): 1017-1026 (doi: 10.1104/pp.103.026583).
  • Novikova I.I., Shenin Y.D. Isolation, identification, and antifungal activity of a Gamair complex formed by Bacillus subtilis M-22, a producer of a biopreparation for plant protection from mycoses and bacterioses. Applied Biochemistry and Microbiology, 2011, 47(9): 817-826 (doi: 10.1134/S0003683811090031).
  • Badawy M.E.I., Rabea E.I. A biopolymer chitosan and its derivatives as promising antimicrobial agents against plant pathogens and their applications in crop protection. International Journal of Carbohydrate Chemistry, 2011, 2011: 460381 (doi: 10.1155/2011/460381).
  • Тютерев C.Л. Экологически безопасные индукторы устойчивости растений к болезням и физиологическим стрессам. Вестник защиты растений, 2015, 1: 3-13.
  • Варламов В.П., Немцев С.В., Тихонов В.Е. Хитин и хитозан: природа, получение и применение. М., 2010.
  • Васюкова Н.И., Озерецковская О.Л. Индуцированная устойчивость растений и салициловая кислота. Прикладная биохимия и микробиология, 2007, 43(4): 405-411.
  • Попова Э.В., Коваленко Н.М., Сокорнова С.В., Тютерев С.Л., Домнина Н.С. Влияние гибридных производных хитозана на устойчивость пшеницы к патогенам с разной стратегией питания. Прикладная биохимия и микробиология, 2018, 54(5): 540-545 (doi: 10.1134/S055510991805015X).
  • Muzzarelli R.A.A. Chitin. Pergamon Press, Oxford, 1977.
  • Roberts W.K., Selitrennikoff C.P. Plant and bacterial chitinases differin antifungal activity. Journal of General Microbiology, 1988, 134(1): 169-176 (doi: 10.1099/00221287-134-1-169).
  • Михайлова Л.А., Мироненко Н.В., Коваленко Н.М. Желтая пятнистость пшеницы. Методические указания по изучению популяций возбудителя желтой пятнистости Pyrenophora tritici-repentis и устойчивости сортов. СПб, 2012.
  • Максимов И.В., Абизгильдина Р.Р., Сорокань А.В., Бурханова Г.Ф. Регуляция пероксидазной активности под влиянием сигнальных молекул и Bacillus subtilis 26Д инфицированных Phytophthora infestans растениях картофеля. Прикладная биохимия и микробиология, 2014, 50(2): 197-202 (doi: 10.7868/S0555109914020135).
  • Veselova S.V., Nuzhnaya T.V., Maksimov I.V. Role of jasmonic acid in interaction of plants with plant growth promoting rhizobacteria during fungal pathogenesis. In: Jasmonic acid: biosynthesis, functions and role in plant development. Morrison L. (еd.). Nova Sciense, New York, 2015.
  • Aloni R., Aloni E., Langhans M., Ullrich C.I. Role of cytokinin and auxin in shaping root architecture: regulating vascular differentiation, lateral root initiation, root apical dominance and root gravitropism. Annals of Botany, 2006, 97(5): 883-893 (doi: 10.1093/aob/mcl027).
  • Yarullina L.G., Kasimova R.I., Ibragimov R.I., Akhatova A.R., Umarov I.A., Maksimov I.V. Qualitative and quantitative changes of potato tuber proteome under the influence of signal molecules and infection with Phytophthora infestans. Applied Biochemistry and Microbiology, 2016, 52(1): 71-78 (doi: 10.1134/S0003683816010154).
  • Vandeputte O., Öden S., Mol A., Vereecke D., Goethals K., El Jaziri M., Prinsen E. Biosyn-thesis of auxin by the Gram-positive phytopathogen Rhodococcus faseians is controlled by com-pounds specific to infected plant tissues. Applied and Environmental Microbiology, 2005, 71(3): 1169-1177 (doi: 10.1128/AEM.71.3.1169-1177.2005).
  • Iriti M., Faoro F. Chitosan as a MAMP, searching for a PRR. Plant Signaling & Behavior, 2009, 4(1): 66-68 (doi: 10.4161/psb.4.1.7408).
  • Deepmala K., Hemantaranjan A., Bharti S., Nishant Bhanu A. A future perspective in crop protection: chitosan and its oligosaccharides. Advances in Plants & Agriculture Research, 2014, 1(1): 23-30 (doi: 10.15406/apar.2014.01.00006).
  • El Hadrami A., Adam L.R., El Hadrami I., Daayf F. Chitosan in plant protection. Marine Drugs, 2010, 8(4): 968-987 (doi: 10.3390/md8040968).
  • Zhang S., Moyne A.-L., Reddy M.S, Joseph W., Kloepper J.W. The role of salicylic acid in induced systemic resistance elicited by plant growth-promoting rhizobacteria against blue mold of tobacco. Biological Control, 2002, 25(3): 288-296 (doi: 10.1016/S1049-9644(02)00108-1).
  • Saikia R., Singh T., Kumar R., Srivastava J., Srivastava A.K., Singh K., Arora D.K. Role of salicyl-ic acid in systemic resistance induced by Pseudomonas fluorescens against Fusarium oxysporum f. sp. ciceri in chickpea. Microbiological Research, 2003, 158(3): 203-213 (doi: 10.1078/0944-5013-00202).
  • Rajkumar M., Lee K.J., Freitas H. Effects of chitin and salicylic acid on biological control activity of Pseudomonas spp. against damping off of pepper. South African Journal of Botany, 2008, 74(2): 268-273 (doi: 10.1016/j.sajb.2007.11.014).
  • Abdel-Kader M.M., El-Mougy N.S., Aly M.D.E., Lashin S.M. Integration of biological and fun-gicidal alternatives for controlling foliar diseases of vegetables under greenhouse conditions. Inter-national Journal of Agriculture and Forestry, 2012, 2(2): 38-48 (doi: 10.5923/j.ijaf.20120202.07).
  • Rajendran L., Samiyappan R. Endophytic Bacillus species confer increased resistance in cotton аgainst damping off disease caused by Rhizoctonia solani. Plant Pathology Journal, 2008, 7(1): 1-12 (doi: 10.3923/ppj.2008.1.12).
  • Колесников Л.Е., Попова Э.В., Новикова И.И., Прияткин Н.С., Архипов М.В., Колесникова Ю.Р., Потрахов Н.Н., Van Duijn B., Гусаренко А.С. Совместное использование штаммов микроорганизмов и хитозановых комплексов для повышения урожайности пшеницы (Triticum aestivum L.). Сельскохозяйственная биология, 2019, 54(5): 1024-1040 (doi: 10.15389/agrobiology.2019.5.1024rus).
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp