Біологічні системи: теорія та інновації

Фізіолого-біохімічні зміни рослин томатів за бактеріального ураження

В.А. Богославець, Н.Г. Нестерова, Юлія Коломієць, Л.М. Буценко
Завантажити статтю
Анотація

Помідор (Lycopersicon esculentum L.) є однією з найважливіших овочевих культур, що широко вирощуються в усьому світі. Проте глобальна економічна продуктивність цієї культури обмежується цілою низкою фітопатогенів. Бактеріальна крапчастість і м’яка гниль томатів, що викликається видами Pseudomonas syringаe pv. tomato і Pectobacterium carotovorum subsp. сarotovorum, є одними з найбільш поширених бактеріальних захворювань, що призводять до значних втрат і знижують як якість, так і кількість плодів та погіршують харчову цінність томатів. Рослини томатів уражуються даними збудниками впродовж усього вегетаційного періоду, ураження характеризується хлорозами, некрозами та гнилями. Метою роботи був аналіз впливу на фізіолого-біохімічні показники паростків томатів ураження збудниками P. syringаe pv. tomato та P. carotovorum subsp. сarotovorum. Встановлено, що штами P. syringаe pv. tomato IZ202014 та P. carotovorum subsp. carotovorum IZ207 спричиняють зниження енергії проростання та схожості насіння томатів сорту Чорний принц, Північна королева, Загадка та Ляна на 3040 % порівняно з контролем. За аналізом фізіолого-біохімічних показників найбільш стійкий до збудників P. syringаe pv. tomato, P. carotovorum subsp. carotovorum сорт Північна королева. Обробка рослин томатів суспензією досліджуваних штамів зумовлює зменшення вмісту хлорофілів в проростках на 58-93 %. За співвідношенням хлорофілу a/b встановлено, що вищою стійкістю до бактеріального ураження володіють сорти Північна королева та Чорний принц. За впливу клітинних суспензій P. syringаe pv. tomato IZ202014 та P. carotovorum subsp. сarotovorum IZ207 відмічено зміни активності ферментів антиоксидантної системи в проростках томатів, що свідчить про зниження окисних процесів клітин 

Ключові слова

Pseudomonas syringаe pv. tomato; Pectobacterium carotovorum subsp. сarotovorum; томати; хлорофіл; антиоксидантні ферменти

ЦИТУВАТИ
Bogoslavets, V., Nesterova, N., Kolomyets, Yu., & Butsenko, L. (2022). Physiological and biochemical changes of tomato plants under bacterial influence. Biological Systems: Theory and Innovation, 13(1), 35-49. https://doi.org/10.31548/biologiya13(1-2).2022.009
Використані джерела

[1] Akhatov, A.K., Hannibal, F.B., Meshkov, Yu.I., Dzhalilov, F.S., Chizhov, V.N., Ignatov, A.N., Polishchuk, V.P., Shevchenko, T.P., Borisov, B.A., Stroykov, Y.M. & Beloshapkina, O.O. (2013). Diseases and pests of vegetable crops and potatoes. Moscow: KMC Scientific Publishers Association.

[2] Asma, A., Musharaf, A., Azra, N., Sana, Z.K. & Zahoor, A. (2015). Characterization of the causal organism of soft rot of tomatoes and other vegetables and evaluation of its most aggressive isolates. American Journal of Plant Sciences, 6(4), 511-517. doi: 10.4236/ajps.2015.64055.

[3] Bestwick, C.S., Brown, I.R., Bennett, M.H., Mansfield, J.W. (1997). Localization of hydrogen peroxide accumulation during the hypersensitive reaction of lettuce cells to Pseudomonas syringae pv phaseolicola. The Plant Cell, 9(2), 209-221. doi: 10.1105%2Ftpc.9.2.209.

[4] Bohoslavets, V.A., Kolomiiets, Yu.V., Butsenko, L.M., & Bohdan, Yu.M. (2020). Bacterial rot of tomatoes when grown in a protected ground. Biological systems: Theory and Innovation, 11(3), 52-62. doi: 10.31548/biologiya2020.03.006.  

[5] Bolwell, G.P., Bindschedler, L.V. & Blee, K.A. (2002) Apoplastic oxidative burst in response to biotic stress in plants: A tree-component system. Journal of Experimental Botany, 53(372), 1367-376. doi: 10.1093/jexbot/53.372.1367.  

[6] Butsenko, L., Pasichnyk, L., Buletsa, N., & Patyka, V. (2017). Effect of insecticide Alpha Super on phytopathogenic bacteria Pseudomonas syringae of agrophytocenosis of wheat. Bull. Agric. Sci., 3: 18–22.

[7] Cannella, D., Möllers, K. B., Frigaard, N.-U., Jensen, P. E., Bjerrum, M. J., Johansen, K. S., & Felby, C. (2016). Light-driven oxidation of polysaccharides by photosynthetic pigments and a metalloenzyme. Nature Communications, 7(1), article number 11134. doi: 10.1038/ncomms11134.

[8] Cantu, D., Vicente, A., Labavitch, J., Bennett, A., & Powell, A. (2008). Strangers in the matrix: Plant cell walls and pathogen susceptibility. Trends in Plants Science, 13(11), 610-617. doi: 10.1016/j. tplants.2008.09.002.

[9] Debona, D., Rodrigues, F.A., Rios, J.A., & Nascimento, K.J.T. (2012). Biochemical changes in the leaves of wheat plants infected by Pyricularia oryzae. Biochemistry and Cell Biology, 102(12), 1121-1129. doi: 10.1094/PHYTO-06-12-0125-R.  

[10] Drenova, N.V., Isin, M.M., & Dzhaymurzina, A.A. (2013). Bacterial fire of fruit crops in the Republic of Kazakhstan. Plant Quarantine, 3, 39-48.

[11] Dumanović, J., Nepovimova, E., Natić, M., Kuča, K., & Jaćević, V. (2021) The significance of reactive oxygen species and antioxidant defense system in plants: A concise overview. Frontiers in Plant Science, 11, article number 552969. doi: 10.3389/fpls.2020.552969.

[12] Ermakov, A.I. (Ed.). (1982). Methods of biochemical research of plants. Moscow: Agropromizdat.

[13] Filimon, R.V., Rotaru, L., & Filimon, R.M. (2016). Quantitative investigation of leaf photosynthetic pigments during annual biological cycle of Vitis vinifera L. table grape cultivars. South African Journal of Enology and Viticulture, 37(1), 1–14.
doi: 10.21548/37-1-753.

[14] Garg, A., & Singh, S. (2016). Alternaria species in aerospora of vegetable and fruit market at Agra and their mycotoxigenic potential. Asian Journal of Agriculture & Life Sciences, 1(1), 4-7.
Retrieved from https://crsdindia.com/AJALS/Vo.%201(1).Jan.%202016/2.Ajay%20Garg.4-7..pdf.

[15] Kholova, J., Sairam, R.K., Meena, R.C., & Srivastava, G.C. (2009). Reponse of maize genotypes to salinity stress in relation to osmolytes and metal-ions contents, oxidative stress and antioxidant enzymes activity. Biologia Plantarum, 53, 249-256. doi: 10.1007/s10535-009-0047-6.

[16] Köhl, J., Kolnaar, R., & Ravensberg, W. J. (2019). Mode of action of microbial biological control agents against plant diseases: Relevance beyond efficacy. Frontiers in Plant Science, 10, article number 845. doi: 10.3389/fpls.2019.00845.  

[17] Kolomiiets, J., Grygoryuk, I., & Butsenko, L. (2016). Pre-sowing treatment of seeds with biofertilizers as a means of stimulating growth and physiological and biochemical processes in tomato varieties. Scientific reports of National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine, 62(5). doi: 10.31548/dopovidi2016.05.010.  

[18] Kolomiiets, J.V., Grygoryuk, I.P. & Butsenko, L.M. (2017) Bacterial diseases of tomatoes plant in terms of open and covered growing of Ukraine. Annals of Agrarian Science, 15(2), 213-216. doi: 10.1016/j.aasci.2017.05.010.

[19] Kornienko, S.I., & Rud, V.P. (2015) The main provisions of the sectoral comprehensive program “Vegetables of Ukraine – 2020”. Vegetable and Melon Growing, 61,17-33. Retrieved from http://nbuv.gov.ua/UJRN/Oib_2015_61_3.

[20] Kuzmenko, V.I. (2015). Influence of presowing treatment of tomato seeds on their sowing qualities and disease susceptibility. Vegetables, 1(26), 60-63. doi: 10.18619/2072-9146-2015-1-60-63.

[21] Meena, M., Zehra, A., Dubey, M.K., Aamir, M., Gupta, V.K., & Upadhyay, R.S. (2016). Comparative evaluation of biochemical changes in tomato (Lycopersicon esculentum Mill.) infected by Alternaria alternata and its toxic metabolites (TeA, AOH, and AME). Frontiers in Plant Science, 7, article number 1408. doi: 10.3389/fpls.2016.01408.

[22] Mittler, R. (2002). Oxidative stress, antioxidants and stress tolerance. Trends in Plant Science, 7(9), 405-410. doi: 10.1016/S1360-1385(02)02312-9.

[23] Naas, H., Sebaihia, M., Orfei, B., Rezzonico, F., Buonaurio, R. & Moretti, C. (2018) Pectobacterium carotovorum subsp. brasiliense and Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum as causal agents of potato soft rot in Algeria. European Journal of Plant Pathology, 151, 1027-1034. doi: 10.1007/s10658-018-1438-3.

[24] Nikoo, F.S., Sahebani, N., Aminian, H., Mokhtarnejad, L., Ghaderi, R. (2014). Induction of systemic resistance and defense-related enzymes in tomato plants using Pseudomonas fluorescens CHAO and salicylic acid against root-knot nematode Meloidogyne javanica. Journal of Plant Protection Research, 54(4), 383-389. doi: 10.2478/jppr-2014-0057.  

[25] Nowogórska, A., & Patykowski, J. (2014) Selected reactive oxygen species and antioxidant enzymes in common bean after Pseudomonas syringae pv. phaseolicola and Botrytis cinerea infection. Acta Physiologiae Plantarum, 37(1), article number 1725. doi: 10.1007/s11738-014-1725-3.

[26] Palma, J.M., Sandalio, L.M., Corpas, F.J., Romero-Puertas, M.C., McCarthy, I., & del Río, L.A. (2002). Plant proteases, protein degradation, and oxidartive stress: Role of peroxisomes. Plant Physiology and Biochemistry, 40, 521-530.
doi: 10.1016/S0981-9428(02)01404-3.

[27] Panstruga, R., Parker, J.E., & Schulze-Lefert, P. (2009). SnapShot: Plant immune response pathways. Cell, 136, 976-978. doi: 10.1016/j.cell.2009.02.020.

[28] Patyka, V., Pasichnyk, L., Butsenko, L., Petrychenko, V., Zubachev, S., Dankevych, L., Gnatuk, T., Huliaieva, H., Tokovenko, I., Kalinichenko, A., Suszanowich, D., Kurash, P., Patyka, T., Karpenko, V., Kirilenko, L., & Demchenko, A. (2019). Express diagnos’cs of phytopathogenic bacteria and phytoplasmas in agrophytocenosis. Opole: Instytut Nauk Technicznych.

[29] Pochinok, H.N. (1976). Methods of biochemical analysis of plants. Kyiv: Scientific Thought.

[30] Song, G., & Wang, Q. (2022). Developing hyperspectral indices for assessing seasonal variations in the ratio of chlorophyll to carotenoid in deciduous forests. Remote Sens, 14(6), article number 1324. doi: 10.3390/rs14061324.

[31] Treutter, D. (2006). Significance of flavonoids in plant resistance. Environmental Chemistry Letters, 4, 147-157. doi: 10.1007/s10311-0060068-8.

[32] Wang, Y., Zhang, Y., Gao, Z., & Yang, W. (2018). Breeding for resistance to tomato bacterial diseases in China: Challenges and prospects. Horticultural Plant Journal, 4, 193-207. doi: 10.1016/j.hpj.2018.08.004.

[33] Yang, W., & Francis, D.M. (2006). Genetics and breeding for resistance to bacterial diseases in tomato: Prospects for marker-assisted selection. In Genetic Improvement of Solanaceous Crops Volume 2 (p. 41). Boca Raton: CRC Press.