Email this article 
Influence of Xanthomonas euvesicatoria pv. allii on germination of 12 onion varieties
- Authors: Kavhiza N.J.1, Zargar M.1, Prikhodko S.I.2, Pakina E.N.1, Diakite S.1
-
Affiliations:
- RUDN University
- All-Russian Plant Quarantine Center
- Issue: Vol 18, No 2 (2023)
- Pages: 174-185
- Section: Plant protection
- URL: https://agrojournal.rudn.ru/agronomy/article/view/19899
- DOI: https://doi.org/10.22363/2312-797X-2023-18-2-174-185
- EDN: https://elibrary.ru/MMDGWU
Cite item
Full Text
Abstract
Onion bacterial blight is a problematic disease affecting onion production in many countries. The disease is seed-transmitted, hence difficult to control. The study was based on the effects of bacteria on germination percentage and germination energy of various commercial onion varieties. Twelve commercial varieties were obtained from the market and inoculated with bacteria and then tested for germination percentage and germination energy. For most onion varieties, the level of germination inhibition increased with increasing bacterial concentration. On the 5th day of recording, the germination of onion seeds of the variety Karantansky which were inoculated with bacteria at a concentration of 108 CFU/ml differed significantly from the germination of seeds in the control variant. At the same time, seed germination was similar to the control when using bacteria at a concentration of 106 cfu/ml. On the 14th day of record, it was found that the highest concentration (108 CFU/ ml) caused the highest level of inhibition in most onion seeds, while moderate levels were observed at 106 CFU/ ml and the lowest concentration (104 CFU/ml) caused the least inhibition. In the cultivar Khaltsedon, seeds did not germinate at any of the bacterial concentrations compared to 8 % germination in the control. Regarding germination energy, the highest concentration of inoculum on the 5th day of record had the greatest effect in 3 varieties: Myachkovsky 300, Carmen MS and Khaltsedon with germination energy of 3, 2 and 0 %, respectively. In most varieties, the highest bacterial concentration of 108 CFU/ml had the least effect on germination energy, followed by 106 CFU/ml and the highest of 104 CFU/ml on the 14th day of record. However, there were no differences in the effect of concentrations for the varieties Karantansky and Khaltsedon, although all treatments differed significantly from controls (p < 0.05).
Full Text
Введение
Лук — одна из важных овощных культур, выращиваемых во всем мире [1]. Xanthomonas euvesicatoria pv. allii — бактерия, поражающая урожай лука и других представителей рода Allium [2–4]. Эта бактерия вызывает бактериальный ожог лука, болезнь, передающуюся через семена [5, 6]. Явление торможения прорастания семян бактериями широко распространено в природе. Существуют ризобактерии, которые естественным образом подавляют прорастание некоторых видов растений, например ингибирование прорастания Striga hermonthica, вызванное сапрофитными флуоресцентными видами Pseudomonas [7]. Некоторые бактерии, стимулируя рост определенных видов растений, подавляют рост паразитических или конкурирующих видов растений, например, Azospirillum brasilense, положительно влияя на семена сорго, подавляет прорастание Striga harmonthica [8].
По данным исследований [9], механизм ингибирования прорастания семян Orobanche aegyptiaca бактериями Azospirillum brasilense связан с рядом синтетических пептидов, которые могут конкурировать за место связывания стимулятора прорастания. Использование Rhizobium leguminosarum в производстве гороха подавляло рост O. crenata, паразитирующего на горохе растения. Снижение уровня всхожести у O. crenata может быть связано с повышенной активностью пероксидазы и высокой активностью фенилаланин-аммиак-лиазы в корнях, повышенных при инокуляции Rhizobium leguminosarum [10]. Бактерии, переносимые семенами, обычно подавляют прорастание, продуцируя фитогормоны, фитотоксины или цианиды. Более того, они могут конкурировать с растением за питательные вещества или косвенно за счет сокращения колонизации полезных ризобий или микоризы [11].
Цель нашего исследования — изучение влияния X. euvesicatoria pv. allii на прорастание семян лука. В задачи исследования входило выяснить степень влияния возбудителя на параметры всхожести семян лука репчатого. Исследование проводится in vitro, что дает представление о динамике того, что может происходить в почве. Исследование раскрывает потенциальные последствия, которые могут быть вызваны при выращивании семян лука в почвах, зараженных бактериями.
Материалы и методы исследования
Штамм CFBP 6369 [12] культивировали в течение 48 ч на среде YPGA. Затем бактерии использовали для приготовления десятикратных серийных разведений. Для каждого разведения 50 мкл высевали на среду YGPA для подсчета чашек, чтобы определить количество колониеобразующих единиц (КОЕ) на разведение.
Схема опыта. Эксперимент был организован по полной рандомизированной схеме (CRD) с трехкратной повторностью. Были приготовлены три концентрации бактерий: 108, 106 и 104 КОЕ/мл. В качестве отрицательного контроля использовали дистиллированную воду. Заготовлены семена 12 товарных сортов лука репчатого (табл. 1). Для каждого сорта концентрации повторяли 3 раза. В каждую чашку Петри помещали по сто семян.
Таблица 1. Товарные сорта лука, использованные в исследовании
№ | Сорт |
1 | Пьеро |
2 | Русская зима |
3 | Карантанский |
4 | Кармен М.С. |
5 | Летний бриз |
6 | Стригуновский местный |
7 | Април |
8 | Штутгартер Ризен |
9 | Мячковский 300 |
10 | Даниловский 301 |
11 | Халцедон |
12 | Эллан |
Table 1. Commercial onion varieties used in the study
№ | Variety |
1 | Pyero |
2 | Russkaya zima |
3 | Karantansky |
4 | Karmen M.S. |
5 | Letny briz |
6 | Strigunovsky mestnyi |
7 | April |
8 | Shtutgarter Rizen |
9 | Myachkovsky 300 |
10 | Danilovsky 301 |
11 | Khaltsedon |
12 | Ellan |
Искусственное заражение. В каждую чашку Петри, содержащую 100 семян, наносили аликвоты по 5 мл бактериальной взвеси. Затем чашки Петри инкубировали при комнатной температуре в течение 2 ч. По истечении инкубационного периода с семян сливали бактериальную взвесь. Затем семена оставляли сушиться при комнатной температуре.
Инкубация. Сухие инокулированные семена затем переносили в чашки Петри, дно которых выстилали фильтровальной бумагой диаметром 9 см. В чашки Петри добавляли дистиллированную воду. Затем чашки Петри помещали в инкубатор при температуре 21 °С в темных условиях. Семена инкубировали в течение 14 дней.
Запись и анализ данных. Проводились ежедневные рутинные проверки и при необходимости добавлялась вода. Первую регистрацию с учетом энергии прорастания проводили на 5-е сутки. Вторая и последняя запись была сделана на 14-й день. Объединенные данные были проанализированы с использованием программного обеспечения Minitab версии 18. Среднее разделение было выполнено с использованием теста Tukey.
Результаты исследования и обсуждение
Влияние концентрации инокулята на прорастание семян лука. На 5-й день наблюдений все 3 концентрации бактерий значительно подавляли прорастание семян лука. Для большинства сортов лука уровень ингибирования прорастания семян увеличивался с увеличением концентрации бактерий (табл. 2). Всхожесть семян лука сорта Карантанский при их инокулировании бактериями в концентрации 108 КОЕ/мл значительно отличалась от контрольного варианта. В то же время при использовании бактерий в концентрации 106 КОЕ/мл всхожесть семян была схожей с контролем. Для таких сортов, как Кармен МС и Халцедон, не было выявлено существенных различий между концентрациями, хотя все обработки значительно отличались (p < 0,05) от контроля. Для этих двух сортов уровень ингибирования был более выраженным. У Кармена МС процент всхожесть снизилась с 17 в контроле до 2…4 % в вариантах. У Халцедона на 5-й день наблюдений не было отмечено прорастания во всех трех концентрациях.
Таблица 2. Всхожесть семян лука репчатого на 5-й день наблюдений
Сорт | Всхожесть,%, при концентрации бактерий | |||
108 | 106 | 104 | Контроль | |
Пьеро | 62c | 71b | 77b | 91a |
Русская зима | 56b | 58b | 69a | 85a |
Карантанский | 9b | 14a | 16a | 17a |
Кармен М.С. | 2b | 3b | 4b | 17a |
Летний бриз | 17c | 23b | 26ab | 27a |
Стригуновский местный | 24c | 26bc | 30ab | 35a |
Април | 21b | 30ab | 35a | 37a |
Штутгартер Ризен | 14c | 20b | 25b | 30a |
Мячковский 300 | 3c | 14b | 16b | 29a |
Даниловский 301 | 42c | 73b | 79a | 80a |
Халцедон | 0b | 0b | 0b | 2a |
Эллан | 7c | 16b | 22a | 25a |
*Разные буквы в одной строке обозначают статистически значимые различия.
Table 2. Germination capacity of onion seeds on the 5th day of record
Variety | Germination,%, at the concentration of bacteria | |||
108 | 106 | 104 | Control | |
Pyero | 62c | 71b | 77b | 91a |
Russkaya zima | 56b | 58b | 69a | 85a |
Karantansky | 9b | 14a | 16a | 17a |
Karmen M.S. | 2b | 3b | 4b | 17a |
Letny briz | 17c | 23b | 26ab | 27a |
Strigunovsky mestnyi | 24c | 26bc | 30ab | 35a |
April | 21b | 30ab | 35a | 37a |
Shtutgarter Rizen | 14c | 20b | 25b | 30a |
Myachkovsky 300 | 3c | 14b | 16b | 29a |
Danilovsky 301 | 42c | 73b | 79a | 80a |
Khaltsedon | 0b | 0b | 0b | 2a |
Ellan | 7c | 16b | 22a | 25a |
*Different letters on the same line indicate statistically significant differences.
На 14‑й день наблюдений различные концентрации инокулята оказывали значительное ингибирование (p < 0,05) всхожести семян различных сортов лука, как показано в табл. 3. Кроме того, для большинства семян сортов лука наблюдались различия в уровне ингибирования всхожести при разных концентрациях инокулята. Таким образом, наибольшая концентрация (108 КОЕ/мл) вызывала самый высокий уровень ингибирования, в то время как при 106 КОЕ/мл наблюдались умеренные уровни, а при наименьшей концентрации (104 КОЕ/мл)— наименьшее ингибирование. У сорта Кармен МС характер ингибирования прорастания семян сместился на 14‑й день наблюдений, где была самая низкая всхожесть (4 %) при концентрации инокулята 108 КОЕ/мл, хотя всхожесть семян при концентрации 106 и 104 КОЕ/мл были статистически схожи. У семян сорта Халцедона аналогичная картина, наблюдаемая на 5‑й день наблюдений, сохранялась и на 14‑й день наблюдений: семена не прорастали ни при одной из концентраций бактерий по сравнению с показателем всхожести 8 % в контроле.
Таблица 3. Всхожесть на 14-й день наблюдений
Сорт | Всхожесть,%, при концентрации бактерий | |||
108 | 106 | 104 | Контроль | |
Пьеро | 80c | 84bc | 86b | 96a |
Русская зима | 59d | 66c | 75b | 92a |
Карантанский | 54b | 56b | 57b | 83a |
Кармен М.С. | 4c | 6bc | 8b | 45a |
Летний бриз | 55c | 61b | 68a | 73a |
Стригуновский местный | 45b | 48b | 51b | 87a |
Април | 45c | 51bc | 55b | 82a |
Штуттгаратер Ризен | 21c | 52b | 67a | 69a |
Мячковский 300 | 4d | 22c | 35b | 85a |
Даниловский 301 | 50d | 76c | 83b | 94a |
Халцедон | 0b | 0b | 0b | 8a |
Эллан | 23c | 26c | 46b | 53a |
*Разные буквы в одной строке обозначают статистически значимые различия.
Table 3. Germination capacity of onion seeds on the 14th day of record
Variety | Germination,%, at the concentration of bacteria | |||
108 | 106 | 104 | Control | |
Pyero | 80c | 84bc | 86b | 96a |
Russkaya zima | 59d | 66c | 75b | 92a |
Karantansky | 54b | 56b | 57b | 83a |
Karmen M.S. | 4c | 6bc | 8b | 45a |
Letny briz | 55c | 61b | 68a | 73a |
Strigunovsky mestnyi | 45b | 48b | 51b | 87a |
April | 45c | 51bc | 55b | 82a |
Shtutgarter Rizen | 21c | 52b | 67a | 69a |
Myachkovsky 300 | 4d | 22c | 35b | 85a |
Danilovsky 301 | 50d | 76c | 83b | 94a |
Khaltsedon | 0b | 0b | 0b | 8a |
Ellan | 23c | 26c | 46b | 53a |
*Different letters on the same line indicate statistically significant differences.
Влияние концентрации бактерий на энергию прорастания. Как показано на рис. 1, на 5-й день наблюдений различные концентрации инокулята влияли (p < 0,05) на энергию прорастания 12 сортов лука. Концентрация инокулята и энергия прорастания были обратно пропорциональны, т. е. увеличение концентрации бактерий соответствовало низкой всхожести семян лука. Самая высокая концентрация инокулята оказала наибольшее влияние на 3 сорта, а именно Мячковский 300, Кармен МС и Халцедон с энергией прорастания 3, 2 и 0 % соответственно.
На 14-й день наблюдений все концентрации инокулята значительно снижали энергию прорастания семян у сортов лука (рис. 2). У большинства сортов самая высокая концентрация бактерий 108 КОЕ/мл оказала наименьшее влияние на энергию прорастания, за ней следуют 106 КОЕ/мл, а наибольшее — 104 КОЕ/мл. Однако для сортов Карантанский и Халцедон не было различий во влиянии концентраций, хотя все обработки значительно отличались от контроля (р < 0,05). Энергия прорастания была выше в контроле на 2…8 % на сорте Халцедон по сравнению с обработанными бактериями.
Результаты исследований показали, что три концентрации бактерий значительно подавляли прорастание семян 12 сортов лука. Автор [13] инокулировал семена перца и томата Xanthomonas campestris vesicatoria и отметил, что ингибирование прорастания увеличивалось с увеличением концентрации бактерий. Этот аспект наблюдался для большинства протестированных нами сортов, и результаты совпадали с [13].
Некоторые сортовые различия можно отнести к разным обработкам [14]. Есть сорта, которые одинаково реагировали на каждую концентрацию бактерий. На 5-й день учета у сортов Кармен МС и Халцедон подавление всхожести было равномерным при разных концентрациях. Однако на 14-й день самая высокая концентрация, по-видимому, оказала влияние на Кармен МС, поскольку она значительно отличалась от двух других концентраций 106 и 104 КОЕ/мл. Однако у Халцедона характер прорастания не изменился, поскольку он оставался однородным при 3 концентрациях на 14-й день. Можно сделать вывод, то сорт Халцедон является наиболее восприимчивым к X. euvesicatoria pv. allii.
Рис. 1. Энергия прорастания при различных концентрациях на 5‑й день наблюдений, %
Источник: сделано авторами
Fig. 1. Germination rate at various bacteria concentrations on the 5th day of record, %
Source: made by the authors
Рис. 2. Уровень прорастания при различных концентрациях бактерий на 14‑й день наблюдений,%
Источник: сделано авторами
Fig. 2. Germination rate at various bacteria concentrations on the 14th day of record,%
Source: made by the authors
На энергию прорастания семян 12 сортов влияла концентрация бактерий. В [9] упомянули о факторе A. brasilense, который существенно влияет на энергию прорастания O. aegyptiaca. Некоторые низкомолекулярные пептиды вырабатываются бактериями, которые связываются с местом прорастания семян, влияя на прорастание в течение определенного периода времени и снижая энергию прорастания. Чем выше концентрация инокулята, тем ниже энергия прорастания сортов. Высокая концентрация инокулята совпадает с длительным ингибированием прорастания, следовательно, с низкой энергией прорастания.
Хотя энергия прорастания в целом увеличилась у большинства сортов, она не изменилась у халцедона, который оставался постоянным на нуле. Более того, тот факт, что разные концентрации оказывали однородное влияние на энергию прорастания Карантанского и Халцедона, может свидетельствовать о восприимчивости двух сортов даже при низких концентрациях. Это согласуется с выводами [7], в результате чего было доказано, что S. hermonthica очень чувствительна к флуоресцентным Pseudomonas spp. используется в исследовании. Кроме того, у Халцедона самая низкая энергия прорастания (0), что свидетельствует о высокой восприимчивости этого сорта к бактериям X. euvesicatoria pv. allii.
Заключение
Исследование показало, что бактериальная инокуляция 12 товарных сортов лука оказала значительное влияние на всхожесть и энергию прорастания. У большинства сортов лука самая высокая концентрация 108 КОЕ/мл бактерий вызывала самый высокий уровень ингибирования прорастания, тогда как при самой низкой концентрации 104 было достигнуто наименьшее ингибирование. Более того, самая высокая концентрация значительно снижала силу прорастания сортов. Показано, что самая низкая концентрация 104 оказывает наименьшее влияние на энергию прорастания сортов. Таким образом, результаты показывают, что присутствие бактерий в почве или питательной среде может привести к снижению всхожести и энергии прорастания семян.
About the authors
Nyasha J. Kavhiza
RUDN University
Author for correspondence.
Email: njkavhiza@rocketmail.com
ORCID iD: 0000-0002-8505-3253
PhD scholar, Department of Agrobiotechnology, Agrarian and Technological Institute
6 Miklukho-Maklaya st., Moscow, 117198, Russian FederationMeisam Zargar
RUDN University
Email: zargar_m@rudn.ru
ORCID iD: 0000-0002-5208-0861
Scopus Author ID: 57203177348
Doctor of Agricultural Sciences, Associate Professor, Department of Agrobiotechnology, Agrarian and Technological Institute
6 Miklukho-Maklaya st., Moscow, 117198, Russian FederationSvetlana I. Prikhodko
All-Russian Plant Quarantine Center
Email: svetlana.prik@yandex.ru
Head of the Laboratory of Bacteriology 32 Pogranichnaya st., Bykovo, Moscow Region, 140150, Russian Federation
Elena N. Pakina
RUDN University
Email: e-pakina@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-6493-6121
Scopus Author ID: 56805238100
Doctor of Biological Sciences, Professor, Department of Agrobiotechnology, Agrarian and Technological Institute
6 Miklukho-Maklaya st., Moscow, 117198, Russian FederationSimbo Diakite
RUDN University
Email: 1042215234@pfur.ru
ORCID iD: 0000-0003-1462-1329
Scopus Author ID: 57605101300
Doctoral Student of plant protection, Department of Agrobiotechnology, Agrarian and Technological Institute
6 Miklukho-Maklaya st., Moscow, 117198, Russian FederationReferences
- Nikus O, Mulugeta F. Onion seed production techniques. A Manual for Extension Agents and Seed Producers. Asella, Ethiopia; 2010.
- Kadota I, Uehara K, Shinohara H, Nishiyama K. Bacterial Blight of Welsh Onion: A New Disease Caused by Xanthomonas campestris pv. allii pv. nov. J Gen Plant Pathol. 2000;66:310-315. doi: 10.1007/PL00012970
- Pruvost O, Robène I, Escalon A, Leduc A, Gagnevin L, Vernière C, et al. The Dynamic World of the Genus Xanthomonas. In: Schwartz HF, Gent DH, Alvarez AM, Leduc A, Royer M, Vowell TS, et al. (eds.) Virulence Mechanisms of PlantPathogenic Bacteria. The American Phytopathological Society; 2016. p.381-418. doi: 10.1094/9780890544495.021
- Robène-S oustrade I, Legrand D, Gagnevin L, Chiroleu F, Laurent A, Pruvost O. Multiplex Nested PCR for Detection of Xanthomonas axonopodis pv. allii from Onion Seeds. Appl Environ Microbiol. 2010;76(9):2697-2703. doi: 10.1128/AEM.02697-09
- Gent DH, Schwartz HF, Ishimaru CA, Louws FJ, Cramer RA, Lawrence CB. Polyphasic Characterization of Xanthomonas Strains from Onion. Phytopathology. 2004;94(2):184-195. doi: 10.1094/PHYTO.2004.94.2.184
- Humeau L, Roumagnac P, Picard Y, RobèneSoustrade I, Chiroleu F, Gagnevin L, et al. Quantitative and molecular epidemiology of bacterial blight of onion in seed production fields. Phytopathology. 2006;96(12):1345 doi: 10.1094/PHYTO-96-1345
- Ahonsi MO, Berner DK, Emechebe AM, Lagoke ST. Selection of rhizobacterial strains for suppression of germination of Striga hermonthica (Del.) Benth. seeds. Biological Control. 2002;24(2):143-152. doi: 10.1016/ S1049-9644(02)00019-1
- Miché L, Bouillant ML, Rohr R, Salle G, Bally R. Physiological and Cytological Studies on the Inhibition of Striga Seed Germination by the Plant Growth-promoting Bacterium Azospirillum brasilense. European Journal of Plant Pathology. 2000;106:347-351. doi: 10.1023/A:1008734609069
- Dadon T, Nun NB, Mayer AM. A factor from Azospirillum brasilense inhibits germination and radicle growth of Orobanche aegyptiaca. Israel Journal of Plant Sciences. 2004;52(2):83-86. doi: 10.1560/Q3BA-8BJW- W7GH-XHPX
- Mabrouk Y, Zourgui L, Sifi B, Delavault P, Simier P, Belhadj O. Some compatible Rhizobium leguminosarum strains in peas decrease infections when parasitised by Orobanche crenata. Weed Research. 2007;47(1):44-53. doi: 10.1111/j.1365-3180.2007.00548.x
- Patil VS. Isolation, characterization and identification of rhizospheric bacteria with the potential for biological control of Sida acuta. J Environ Res Develop. 2014;8(3):411-417.
- Roumagnac P, Gagnevin L, Pruvost O. Detection of Xanthomonas sp., the Causal Agent of Onion Bacterial Blight, in Onion Seeds Using a Newly Developed Semi-selective Isolation Medium. European Journal of Plant Pathology. 2000;106:867-877. doi: 10.1023/A:1008743120242
- Bashan Y. Inhibition of seed germination and root development caused by Xanthomonas campestris pv. vesicatoria in pepper and tomato. Journal of phytopathology. 1986;116(3):228-237. doi: 10.1111/j.1439-0434.1986.tb00915.x
- Bashan Y, Okon Y. Inhibition of seed germination and development of tomato plants in soil infested with Pseudomonas tomato. Ann Applied Biology. 1981;98(3):413-417. doi: 10.1111/j.1744-7348.1981.tb00773.x
Supplementary files
There are no supplementary files to display.
