Портал AgroXXI.ru ознакомился со статьей группы исследователей Иорданского университета науки и технологий и Иорданского университета о том, что твердая пшеница вскоре получит новые биопрепараты.
Какой штамм фузариозной гнили пшеницы самый вредоносный
Твердая пшеница – важнейшая культура для обеспечения глобальной продовольственной безопасности, ее годовой объем производства оценивается в 36 миллионов тонн.
Твердая пшеница занимает около 10% мировых площадей возделывания пшеницы, в основном в Средиземноморском регионе, Западной Азии, Северной и Восточной Африке, на Великих равнинах Северной Америки, в Индии и Восточной Европе.
В Иордании твердая пшеница является исторически значимой культурой и важным местным источником продовольствия. Последние статистические данные показывают объем производства приблизительно в 20 858 тонн, причем 85% зависит от неорошаемого земледелия.
Однако урожайность твердой пшеницы ограничивается абиотическими и биотическими стрессами, в частности засухой и болезнью гнили корневой шейки и корней, вызываемой видами Fusarium (например, F. culmorum, F. graminearum, F. avenaceum и F. oxysporum), обе проблемы широко распространены в регионах выращивания зерновых.
Потери урожая из-за фузариозной корневой гнили в размере 24–52% были зарегистрированы в Австралии и до 35% на Тихоокеанском северо-западе США, причем F. culmorum является наиболее вредоносным патогеном.
Патоген заражает пшеницу через зерно, растительные остатки или почву, распространяясь через корни, стебли и ксилему, что приводит к отмиранию проростков, снижению биомассы и щуплому зерну.
Исследование, опубликованное в 2024 году, сообщило о присутствии Fusarium culmorum, в Иордании. Авторы этой работы отслеживали симптомы с 2016 по 2022 год в различных регионах, отмечая повышенную тяжесть заболевания в засушливые сезоны, такие как в 2017 и 2021 годах. Исследование подчеркнуло необходимость постоянных исследований для изучения видов Fusarium, связанных с корневой гнилью пшеницы, в Иордании, их генетического разнообразия и картирования локусов количественных признаков (QTL) для генов устойчивости у местных сортов пшеницы.
Влияние засухи на тяжесть заболевания
Засуха усугубляет фузариозную корневую гниль, нарушая рост растений и усвоение питательных веществ, увеличивая восприимчивость к патогенам, передающимся через почву.
С одной стороны, засуха задерживает начальные инфекции, но способствует распространению патогенов в условиях стресса, при этом растения, пострадавшие от засухи, демонстрируют более обширную грибную инвазию.
Ожидается, что к 2050 году более половины мировых сельскохозяйственных земель пострадают от засухи, и ожидаются дальнейшие потери из-за изменения климата. Исследование 2022 года изучало влияние засухи на продовольственную безопасность и устойчивость в Иордании.
Исследование показало, что засушливые явления, такие как в 1986 и 1997 годах, привели к значительному сокращению производства пшеницы, при этом засуха 1986 года привела к снижению на 83% по сравнению со следующим годом.
Эндофиты в биоконтроле почвенных заболеваний и последствий засухи
Сегодня методы биоконтроля вызывают все больший интерес. Эндофиты - микроорганизмы, живущие в тканях растений, не причиняя вреда, - привлекают внимание из-за их потенциала контролировать заболевания, передающиеся через почву, и улучшать рост растений.
Эндофиты улучшают транспорт питательных веществ, модулируют развитие растений, повышают устойчивость к стрессу, подавляют вирулентность патогенов и вызывают устойчивость к болезням. Кроме того, эндофитные бактерии защищают растения, вырабатывая антимикробные соединения, вызывая устойчивость и улучшая рост и физиологию в условиях стресса. Они особенно полезны для повышения устойчивости к засухе и засолению.
Например, комплекс Bacillus subtilis является перспективным биологическим агентом из-за его экологической безопасности и эффективности в повышении производительности. Эти бактерии вырабатывают биоактивные соединения, регулируют гормоны растений, повышают доступность питательных веществ и вызывают системную устойчивость. Несмотря на многообещающие результаты, механизмы, лежащие в основе их действия в условиях комбинированного стресса, вызванного засухой и патогенами фузариозной корневой гнили, остаются плохо изученными.
Целями данного исследования, проведенного учеными Кафедры растениеводства Факультета сельского хозяйства Иорданского университета науки и технологий и их коллегами с Кафедры защиты растений, Кафедры садоводства и растениеводства Иорданского университета, были:
(1) оценка противогрибной активности эндофитных бактерий против патогенов корневой фузариозной гнили и их засухоустойчивости in vitro;
(2) оценка влияния обработки семян эндофитными бактериями на морфофизиологические признаки твердой пшеницы при нормальном орошении, комбинированной засухе и корневой гнили, вызванной F. culmorum, in vitro и in planta в тепличных экспериментах.
Новизна данного исследования заключается в его двойном фокусе на понимании вклада бактериальных эндофитов в управление данным патогеном и стрессом от засухи, двумя критическими проблемами для производства твердой пшеницы. Кроме того, данное исследование согласуется с устойчивыми методами ведения сельского хозяйства.
Эндофитные бактерии дали бой опасному патогену
Бактерии были выделены из 60 образцов твердой пшеницы, собранных в разных местах Иордании в период с 2018 по 2020 год.
Антагонистический потенциал эндофитных бактериальных изолятов, выделенных из растений ( n = 60), против F. culmorum оценивали с помощью метода перекрестного штрихования: 5-миллиметровая мицелиальная пробка, вырезанная из активно растущих краев 7-дневной культуры F. culmorum, была помещена около края чашки PDA (это чашка Петри с агаровой питательной средой).
Напротив грибной пробки была инокулирована одна полоска каждого бактериального изолята. Каждая обработка проводилась в четырех повторностях, с контрольными чашками, содержащими только F. culmorum. Чашки инкубировали при 25 °C, и радиальный рост грибного мицелия измеряли от края грибной пробки.
В целом, 60 бактериальных изолятов были протестированы на антагонизм против F. culmorum и засухоустойчивость. Десять изолятов отобрали на основе их антагонистической активности и засухоустойчивости для дальнейшей молекулярной идентификации и опытов.
Эксперименты в теплице показали, что несколько эндофитов, включая Bacillus amyloliquefaciens (изолят 52), Bacillus licheniformis (изоляты 37 и 38) и Paenibacillus ehimensis (изолят 60), продемонстрировали значительную стимуляцию роста как в нормальных условиях, так и в условиях засухи.
«Изолят 52 продемонстрировал высокую антагонистическую активность против F. culmorum и очень высокую засухоустойчивость, что делает его перспективным кандидатом для биоконтроля и разработки биоудобрений. Кроме того, бактериальная обработка значительно снизила тяжесть фузариозной корневой гнили, со снижением до 82% в нормальных условиях и до 61% в условиях засухи. Эти результаты свидетельствуют о том, что эндофитные бактерии способны повышать устойчивость твердой пшеницы как к засухе, так и к инфекциям Fusarium, предлагая устойчивое решение для повышения производительности пшеницы в подверженных стрессу средах», - подчеркнули авторы работы.
По статье группы авторов (Фирас М. Абу Эль Самен, Имран Альсавалха, Холуд М. Алананбех, Нехая Аль-Караблиех, Айед М. Аль-Абдаллат), опубликованной в журнале Agronomy 2024 на портале www.mdpi.com.
Заглавное фото: Лукьянов Дмитрий, AgroXXI.ru.
