Статья опубликована в №10 (июнь) 2014
Разделы: Биология, Биотехнологии, Сельское хозяйство, Ботаника
Размещена 24.04.2014. Последняя правка: 23.04.2014.
Просмотров - 10021

Бактерия Ralstonia solanacearum в научном и практическом растениеводстве

Захарова Виктория Григорьевна

Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия им. П.А. Столыпина

аспирант

Калдыркаев А.И. кандидат биологических наук; Золотухин С.Н. доктор биологических наук,профессор ;Васильев Д.А., доктор биологических наук, профессор, Ульяновская ГСХА им.П.А.Столыпина,e-mail:dav_ul@mail.ru

УДК 579

Ralstonia solanacearum является актуальной и распространенной фитопатогенной бактерией, которая вызывает увядание с гибелью многих экономически важных сельскохозяйственных культур и декоративных растений.

R.solanacearum не всегда было названием  этого вида. Smith E.F.(1986)  был первым, кто  выделил возбудителя из картофеля, томатов и баклажанов, опубликовал научное описание и классифицировал его в род Bacillus как Bacillus solanacearum[18]. Впоследствии она была перенесен к роду Pseudomonas с именем P.solanacearum. В 1992 году перемещена  в род Burkholderia. Позже на основании  филогенетического анализа создан род Ralstonia и бактерия стала называться R.solanacearum[5].  В настоящее классифицируется  как  вид Ralstonia solanacearum, род Ralstonia, семейство Ralstoniaceae, порядок Burkholderiales, класс Beta Proteobacteria, тип Proteobacteria, царство Bacteria[8].

Бактерия Ralstonia solanacearum-это подвижные аэробные короткие палочковидные клетки размером 0,5–0,7х1,5–2,5 мкм, с одним или несколькими полярными жгутиками, грамотрицательные. Спор и капсул не образуют[8]. Грамотрицательные, имеет окислительный тип обмен веществ(таблица 1).Оптимальная температура для развития возбудителя 35—37°С, максимум—41°, минимум—10°С[18,26].

Таблица 1-Основные фенотипические характеристики Ralstonia solanacearum [3,26]

Фермент   Ферментативные свойства	Резуль тат	Ферментативные свойства	Резуль тат
1. Наличие гранул поли-ß-гидроксибутирата 2. Тест на оксидазу 3. Тест на уреазу 4. Гидролиз эскулина 5. Гидролиз крахмала 6. Рост при 40˚С 7. Производство флуоресцирующих пигментов 9. Активность каталазы 10. Рост в 1% NaCl 11. Рост в 2% NaCl 12. Тест на активность аргинин дигидролазы 13. Редуцирование нитрата 14. Тест на липазу 15. Определение подвижности 16. Расжижение желатина 17. Тест на утилизацию натрия цитрата 18.Образование индола 19. Тест на утилизацию фенилаланинацетата 20. Гидролиз твин-80 21. Производство левана	+   + + - - -   - + + - -   + - + -   + -   - - -	22. Тесты с сахарами: Адонит Салицин Изонит Маннит Сорбит L-Арабиноза Манноза Рамноза Мелибиоза Инулин Трегалоза Мальтоза D-Ксилоза Целлобиоза Глюкоза Лактоза Галактоза Фруктоза 23. Тест на окисление        3% этанола        глицерина 24. Выявление       фенилаланиндезаниназы 25. Реакция с яичным желтком	- - - - - - + - - - + + - - + + - +   + +   - -

Исторически, штаммы Ralstonia solanacearum были разделены на пять рас в зависимости от круга хозяев[2]. Раса 1: группа имеет  широкий круг хозяев(томаты, табак, картофель, сладкий перец[12], антариум, фасоль, арахис[9], подсолнечник, эвкалипт, лилия, гибискус, маниока[15],диплоидные бананы и другие пасленовые), эндемична для Южной части Соединенных Штатов, а также Азии, Африки и Южной Америки. Раса 2: триплоидные бананы[13],подорожник[11],  распространена в Центральной Америке и юго-Восточной Азии. Раса 3: поражает картофель,стручковый перец, томаты, герань, баклажан, распространена  по всему миру. Раса 4: поражает имбирь на большей части Азии и на Гавайях. Раса 5: поражает шелковицу в Китае[2,5,19].

 Ralstonia solanacearum поражает более 200 видов растений, принадлежащих к 53 различным  ботаническим семействам, но наиболее чувствительны к патогену представители семейства пасленовых[5,9,19].

Первоначально, Ralstonia solanacearum обнаруживали только в тропических, субтропических и умеренно теплых климатических условиях, но выявилась  способность расы 3 биовара 2 (R3b2) выживать при низких температурах, в том числе  в Великобритании и Нидерландах[2,17,20]. В Европе R3b2 вызвала  несколько вспышек заболевания в течение последних десятилетий. R.solanacearum R3b2 широко распространена в Азии, Африке, Южной и Центральной Америке. R3b2 была завезен в США с черенками герани в 1999, 2000 гг. В феврале 2003 года, бактерия была снова выявленные в герани, импортируемой  из Кении[10,19]. Ralstonia solanacearum входит в список А2 карантинных организмов ЕОКЗР (Европейской организации карантина и защиты растений)[7].

В России Ralstonia solanacearum низкотемпературная R2b3  входит в список 1 Перечня вредителей, болезней и сорняков, имеющих карантинное значение (ограничено распространенных карантинных объектов)[22]. Зарегистрированные очаги поражения картофеля . R.solanacearum в Ленинградской и Магаданской областях в 2000—2001 гг. в настоящее время ликвидированы. Бактерия встречалась в Московской, Калининградской областях, Краснодарском крае, Урале, в Сибири и на Дальнем Востоке (рис.1)[23].

 

По данным Россельхознадзора, в  2013 году  в картофеле, поставляемом из Египта, Индии и Китая, обнаружен  опасный карантинный для Российской Федерации объект - Ralstonia solanacearum (Smith) Yabuuchi et al (бурая бактериальная гниль)[28].

Проникнув через корни растения- хозяина в сосуды, бактерии накапливаются и заполняют их слизистой массой, что затрудняет передвижение воды.  Происходит увядание из-за деградации закупоренных сосудов ксилемы и разрушения окружающих тканей. Из пораженных стеблей Ralstonia проникает в столоны и  сосудистую часть клубня, где под действием экзоферментов происходит ее размягчение и побурение.

R solanacearum вызывает более быстрое развитие  болезни и с более низкое качество посевного материала, когда она вводится непосредственно в стебель растения-хозяина через разрез черешка , чем когда инфицирование  идет через корни в  почвы[4].

В патогенезе   вызываемого заболевания  важное значение имеет латентная форма. Поскольку при хранении клубней, скрыто инфицированных, симптомы болезни могут проявиться только через некоторое время[15].

Основными источниками болезни являются растения и клубни с явными и скрытыми формами болезни, зараженная почва, поливные воды, растительные остатки, сорняки, ризосфера культурных и диких растений.

В почве возбудитель способен накапливаться и  сохраняться долгое время. Значительное количество в почве  появляется при бессменном выращивании картофеля. Развитию и распространению бурой гнили картофеля способствуют высокая влажность почвы (не менее 75% от ППВ) и среднесуточная температура в диапазоне от 13 до 27°С [29].

Отмечено, что  на Филиппинах в условиях высокой влажности,с увеличение глубины посадки картофеля повышался уровень заболеваемости бурой гнилью[15]. После вспышек на картофеле бурой гнили в трех различных областях в Нидерландах Ralstonia solanacearum сохранялась в почве примерно от 10 до 12 месяцев[20].

Заболеваемость почвенным патогенном может сильно изменяться в зависимости от типа почвы[14]. В песчаной, глинистой и песчано-глинистые почве  выживаемость составила 6, 52 и 86 недель соответственно. Снижение количества R.solanacearum было пропорционально испарению воды, будучи больше в песчаный почва, чем в глинистых почвах[12].Есть данные выживания Ralstonia solanacearum в зараженной субпесчаной почве, которая находилась под непрерывным потоком воды для орошения риса  в течение трех месяцев[16].

Возбудитель показал плохую выживаемость при 4°С в воде или почве в Нидерландах, но лучше R3b2 перезимовывает в резервуарных хозяевах[17]. Выживаемость  R. solanacearum в крапиве (Urtíca dióica) и горьком паслене (Solanum Dulcamara) была продемонстрирована в  экспериментах[7,21].

Механическому распространению R. solanacearum в поле способствуют насекомые и нематоды. Имеются данные о том, что даже простой контакт человека с больными клубнями в овощехранилище может оказаться причиной заноса инфекции в теплицу на одежде, обуви или руках[27].

Миграции вредного организма в новые регионы может произойти с семенным и продовольственным картофелем, пораженным R. Solanacearum и используемым для посадки, с декоративными растениями. К значительным экономические потерям в Соединенных Штатах  привел импорт черенков   герани,латентно инфицированных R. Solanacearum[10]. R. solanacearum R3bv2 выжил и в зараженной герани ткани при постоянных отрицательных температурах[17].

Ralstonia solanacearum могут выживать в течение длительного времени в воде (до 40 лет при 20-25оС в чистой воде). Вспышки заболевания могут происходить в результате распространения возбудителя с водоемов, где возбудитель находится в среде с длительным ограничением питательных веществ[1].В водных микрокосмах с температурой 14 °С  среда  была более благоприятной для выживания этого патогена , чем при 24°С, так как биотические взаимодействия становятся медленнее при более низкой температуре. В большинстве европейских стран количество  Ralstonia solanacearum в поверхностных водах увеличивается, особенно при произрастании рядом с водой горького паслена Solanum Dulcamara.  Появление симптомов  заболевания на восприимчивых растениях  в этих странах наблюдали после орошения зараженной водой. Водный путь может стать  основным для  распространения патогена, который способен выжить в течение длительного времени в стерилизованной водe и ограничением в питательных веществах [1,3].

На картофеле первичным видимым симптомом является лишь увядание листьев на конце побегов во время дневной жары с восстановлением  ночью, когда температура снижается.  Но вскоре поражения становятся необратимыми и вызывают гибель растения. Увядшие листья приобретают желтовато-бронзовый оттенок[5]. На стеблях появляются темные узкие полосы и буреют, искривляются, а нижняя прикорневая их часть загнивает. В некоторых случаях наблюдается расщепление стебля.  На поперечном срезе пораженных стеблей сосудисто-проводящие пучки имеют бурую окраску, при погружении среза стебля в стакан с водой из него самопроизвольно выделяется грязно-белая и буроватая слизь (экссудат бактерий)[24].  На клубнях внешние симптомы могут быть незаметны, это зависит от стадии развития болезни. Часто можно заметить выделение бактериальной слизи из глазков и около остатка стебля. На разрезе пораженного клубня видно потемнение и некротизирование сосудистого кольца, и самопроизвольное появление текучего кремообразного бело-серого экссудата на поверхности среза[19,26].

Увядание томатов  может быть стремительным при наличии благоприятных условий для развития возбудителя. Самые молодые листья поражаются первыми и имеют дряблый вид, особенно днем. При менее благоприятных условиях для патогенна растения отстают в росте, образуют большое количество придаточных корней. Сосудистая ткань стебля  становится пигментированной, на разрезе  вытекают капли желтовато-белой слизи[5]. Болезнь может принести серьезные убытки при возделывании томатов и в защищенном грунте[29].

Герань подвергаются общему увяданию и восстановливается при более низкой температуре или в ночное время. Нижние листья имеют тенденцию слабеть первым. Некротические участки могут развиваться на листьях.  Коричневая пигментация  сосудистой системы иногда видна. В конце концов растениt гибнет. На листях пятна редко присутствуют[6].

Ralstonia solanacearum причиняет значительный экономический ущерб. Потери урожая могут достигать  30-50% в зависимости от устойчивости сортов картофеля[29]. При хранении потери могут превышать 40 процентов[19,24].Бурая гниль картофеля, вызванная Ralstonia solanacearum R3b2,  является одной из самых серьезных болезней картофеля в мире, который оценивается в $950 млн ежегодно. Потери складываются из-за фактического снижения доходности, а также из-за мер, принятых для ликвидации заболевания[19].Экономический ущерб в России от  бурой гнили картофеля Ralstonia solanacearum(Smith) Yabuuchi et al.составляет 25,9 млрд. рублей[25].

Глобальное потепление в мире, способность Ralstonia solanacearum выживать в условиях низких температур и условиях ограничения питательных веществ, вызывание заболевание у крупной   сельскохозяйственной  культуры-картофеля, причиняемые большие экономические убытки обуславливают необходимость  изучения этого патогена и мер борьбы с ним. С этой целью мы предлагаем провести выделение и изучение биологических свойств Ralstonia solanacearum из зараженных овощей и почвы,  выделить бактериофагов бактерии вида Ralstonia solanacearum и  сконструировать на их основе экспериментальный биопрепарат.

1. Álvarez B., Lopez M.M., Biosca E.G.- Survival of Ralstonia solanacearum phylotype II in river water microcosms//Appl. and MICROBIOL.2007.73.№ 22:p.7210-7217
2. Buddenhagen I.W., Kelman A. Biological and physiological aspects of bacterial wilt caused by Pseudomonas solanacearum// Annu Rev Phytopathol.1964.2:p.203¬-230
3. Caruso P., Bertolini E., Álvarez B., Lopez M., Biosca E.G., Palomo J.- Seasonal variation of Ralstonia solanacearum biovar 2 population in a Spanish river: recovery of stressed cells at low temperatures//Appl. and Enviromental Microbiology .2005.71.№1:р.140-148
4. Colburn-Clifford J.M., Scherf J.M., Allen C.- Ralstonia solanacearum DPS Contributes to oxidative stress tolerance and to colonization of of and virulence on tomato plants // Appl. and Enviromental Microbiology.2010.76.№22:р.7392-7399
5. European Plant Protection Organization (EPPO). Ralstonia solanacearum. OEPP/EPPO Bulletin. 1999;29:325-347
6. European Plant Protection Organization (EPPO). Ralstonia solanacearum. OEPP/EPPO Bulletin. 2004;34:173-178
7. European Plant Protection Organization (EPPO). Ralstonia solanacearum. Bull. OEPP.2011.41.№3,p. 389-393
8. George M. Garrity A.- Bergey's Manual of Systematic Bacteriology//Second edition,Vol.2 Part C.2005:P.609-620
9. Hayward AC.- Biology and epidemiology of bacterial wilt caused by Pseudomonas solanacearum//Annu Rev Phytopathol. 1991.29:p.65-87
10. Jill K. Swanson, Jian Yao, Julie Tans-Kersten, and Caitilyn Allen- Behavior of Ralstonia solanacearum Race 3 Biovar 2 During Latent and Active Infection of Geranium// The American Phytopathological Society .2005.95.№2:р.136-143
11. Jorge Prieto Romo, Juan Gonzalo Morales Osorio, Mauricio Salazar Yepes- Identification of new hosts for Ralstonia solanacearum (Smith) race 2 from Colombia// Rev. Protección Veg. vol.27 no.3 La Habana 2012
12. Kátia Cilene S. Felix, Elineide B. Souza, Sami J. Michereff, Rosa L. R. Mariano- Survival of Ralstonia solanacearum in infected tissues of Capsicum annuum and in soils of the state of Pernambuco, Brazil// Phytoparasitica.2011:р.53-62
13. Kusumoto Satoko, Aeny Titik N.,Mulimu Subli, Ginting Cipto,tsuge Takashi, Tsuyumu Shinji, Takikawa Yuichi-Occurrence of blood disease of banana in Sumatra, Indonesia// Journal of general plant pathology .2004.70.№1:p.45-49
14. Messina N.A., Bruggen A.H.C. van, Diepeneningen A.D.van, Vos O.J. De, Termorshuizen A.J., Tjou-Tam-Sin N.N.A., Janse J.D. - Potato brown rot incidence and severity under different management and amendment regimes in different soil type// European Journal of plant pathology.2007.119.№4:р.367-381
15. Persley G. J.,Batugal P., Gapasin D., Vander Zaag P.-Summary of Discussion and Recommendations//Bacterial Wilt Disease in Asia nd the South Pacific/Proceedings of an international workshop held at PCARRD, Los Bafios, Philippines 13.1985:р. 6-10
16. Pradhanang P.M., Momol M.T.-Survival of Ralstonia solanacearum in soil under irrigated rice culture and aquatic weeds //Journal of Phytopathology .2007.149.№11-12:р.707-711
17. Scherf J.M., Milling A., Allen C.- Moderate temperature fluctuation rapidly reduce the viability of Ralstonia solanacearum race 3, biovar 2, in infected geranium,tomato and potato plants // Appl. and Enviromental Microbiology.2010.76,№21:p.7061-7067
18. Smith E.F. A bacterial disease of the tomato, eggplant and Irish potato (Bacillus solanacearum nov. sp.). Div. Veg. Phys. and Path. Bul. 12. U. S. Dept. Agr., 1896:1
19. Usda.Causing Brown Rot of Potato, Bacterial Wilt of Tomato, and Southern Wilt of Geranium/ Recovery Plan or Ralstonia solanacearum Race 3 Biovar 2. National Plant Disease Recovery System.Homeland Security Presidential Directive Number 9.2010:22
20. van Elsas J.D., Kastelein P., van Bekkum P., van der Wolf J.M., de Vries P.M., van Overbeek L.S.- Survival of Ralstonia solanacearum Biovar 2, the Causative Agent of Potato Brown Rot, in Field and Microcosm Soils inTemperate Climates//Phytopathology.2000.90(12):1358-1366
21. Wenneker M., Verdel M.S.W., Groeneveld R.M.W., Kempenaar C., van Beuningen A.R., Janse J.D. –Ralstonia solanacearum race 3 (biovar 2) in surface water and natural weed hosts: first report on stinging nettle(Urtica dioica) // European Journal of plant pathology.1999.105.№3:p.307-315
22. Каримова Е.В., Шнейдер Ю.А., Заец В.Г., Смирнова И.П.- Микроорганизмы, вызывающие карантинные для Российской Федерации бактериальные болезни растений//Вестник Российского университета дружбы народов/Агрономия и животноводство, 2013, № 2, с.31-33
23. Карта России/Зоны распространения бурой гнили[Электронный ресурс],2007.-Режим доступа http://www.agroatlas.ru/ru/content/diseases/Solani/Solani_Ralstonia_solanacearum/map/
24. Левченко В. И. - Бурая гниль картофеля / В. И. Левченко, Н. А. Квашнина // Защита и карантин растений. - 2006. - N 2. - С. . 40-41
25. Магомедов У.Ш., Мазурин Е.С., Миронова М.К. -Экономический ущерб от карантинных вредных организмов в России// Карантин растений,наука и практика ИЮНЬ 2 |4| 2013,С.8-12
26. Меры по контролю бактерии Ralstonia solanacearum (Smith) Yabuuchi et al. в Республике Молдова//Приложение № 14 к Постановлению Правительства №558 от 22 июля 2011г.:150c.
27. Носова О. Бактериозы томата, Вызывающие увядание растений// Гавриш.2004.№1,с.16-18
28.bОфициальный сайт Россельхознадзора[Электронный ресурс]- Режим доступа: http://www.fsvps.ru/fsvps/news/7034.html
29. Сударикова, С. В.- Бурая гниль картофеля / С. В. Сударикова, Е. Ю. Шнейдер // Защита и карантин растений. - 2000. - № 12. - С. 28-29

Рецензии:

16.07.2014, 22:54 Остапенко Ольга Валериевна
Рецензия: Статья очень интересна, однако носит описательный характер. Как обзорная статья может быть представлена к печати.



Комментарии пользователей:

24.07.2019, 1:09 Мирмович Эдуард Григорьевич Отзыв: Хороший и добротный обзор. Достоин публикации. С уважением к.ф.-м.н., доц. Эдуард Григорьевич Мирмович

Оставить комментарий