Казахский Национальный Аграрный Университет
УДК 635.64: 632.4 (574) На правах рукописи
Исмаил Ибрагим Абдель-Монием Ибрагим
ИНДУЦИРОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ТОМАТНЫХ РАСТЕНИЙ (Lycopersicin esculentum Mill) К ФУЗАРИОЗНОМУ УВЯДАНИЮ
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени доктора философии (Ph.D.)
по специальности 6D081100 – защита и карантин растений
Республика Казахстан
Алматы 2011г.
Работа выполнена в Казахском Национальном Аграрном Университете.
Научные руководители: Доктор биологических наук, профессор, академик НАН РК,
Сагитов Абай Оразович
Профессор патологии растений Кафедры Ботаники Факультета Сельского Хозяйства Университета Бинха, Египет,
Эль-Хабба Гихад Мухаммид
Рецензенты: Доктор сельскохозяйственных наук, профессор,
Сарбаев Амангельды Таскалиевич
Доктор сельскохозяйственных наук, профессор,
Байракимов Сагидолла Избасарович
Защита диссертации состоится «03» августа 2011г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета при Казахском Национальном Аграрном Университете по адресу: 050010, г. Алматы, пр. Абая, 8.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казахского Национального Аграрного Университета по адресу: 050010, г. Алматы, пр. Абая, 8.
Ученый секретарь диссертационного совета,
д. с.-х. н., доцент Тлеукулов А.Т.
Введение
Актуальность темы. Томаты (Lycopersicon esculentum Mill.) – самаяраспространенная в мире овощная культура. Основными производителями томатов (более 56%) в мире являются Китай, Индия, Турция, Египет и США. Согласно итогам первой национальной сельскохозяйственной переписи 2006-2007гг. в Республике Казахстанн томаты занимают до 10.6% (23.2 тыс. га) посевных площадей.
Одним из факторов, лимитирующих урожай томатов, являются грибные, бактериальные и вирусные болезни. Наиболее распростсраненным заболеванием томатов во всем мире, более чем в 32 странах (Jones et al. 1999), является фузариозное увядание, вызывемое грибом Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici. Фузариозное увядание может быть вызвано тремя расами. Расы 1 и 2 распространены во всем мире, тогда как раса 3 имеет более ограниченное географическое распространение. Последняя форма (раса 3) Fusarium oxysporum f. sp. lycopersic может стать наиболее вредоносной болезнью, так как культурные сорта растений, стойкие к расе 3, еще не доступны (Cai et al. 2003). Патоген сохраняет жизнеспособность длительное время в почве и на раститительных остатках. Основными методами ограничения развития возбудителя болезни на томатах являются химические средства защиты растений, возделывание устойчивых сортов и биологические (в т.ч. повышение устойчивости при их культивировании).
В последние годы опубликованы работы, в которых указывают, что экстракты некоторых растений и химические соединения (салициловая кислота, рибофлавин) (Tzeng and DeVay 1984, Dong and Beer 2000, Aba AlKhail 2005, Deepak et al. 2005, Abogharsa1 2006, Taheri and Hofte 2006, Deepak et al. 2007, Mandal et al. 2009) индуцируют устойчивость растений. Важную роль в повышении неспецифической устойчивости растений играют и фитонциды. К ним относятся низкомолекулярные вещества (алифатические соединения, хиноны, гликозиды с фенолами), способные подавлять развитие микроорганизмов. Ингибиторами патогена являются также белки, гликопротеины, полисахариды, РНК (рибонуклеиновая кислота), фенольные соединения. Они блокируют патогены на различных этапах из развития (Лебедев 1988, Малиновский 1998, Тарчевский 2002, Чиркова 2002).
Однако, многие исследователи подчеркивают, что возделывание устойчивых сортов – лучшая стратегия для контроля фузариозного увядания томатов (Tzeng and DeVay 1984, Dong and Beer 2000, Aba AlKhail 2005, Abo-Elyousr 2009).
Цель и задачи иследований. Цель работы – индуцирование неспецифической устойчивости растений томата с помощью биотических и абиотических веществ и оценка их влияния на эффективность предотвращения развития фузариоза на растениях томата.
Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:
- Определение этиологии (в т.ч. изоляция и идентификация патогенна) увядания растений томата;
- Определение патогенности изолятов гриба.
- Оценка чувствительности сортов томата на устойчивость к болезни.
- Изучение влияния индукторов устойчивости (экстракты растений и химические вещества) на морфологические особенности культур Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici.
- Исследование влияния индукторов на устойчивость томатных растений и их воздействие на рост, развитие и урожайность растений.
- Определение действия индукторов устойчивости на биохимические показатели растений.
- Изучение влияния индукторов устойчивости на анатомическую структуру растений.
Научная новизна. Впервые в Республике Казахстан проведены исследования по индуцированию устойчивости растений томата к фузариозному увяданию экстрактами растений и химическими соединениями. Изучено влияние индукторов на рост, развитие, урожайность, биохимические и анатомические свойства растений.
Теоретическая и практическая значимость результатов исследования. Результаты могут быть использованы для теоретического и практического обоснования исследований по повышению неспецифической устойчивости растений томата к болезням грибной этиологии. Практическая ценность исследования – предложены простые в использовании и экологически безопасные подходы для предотвращения развития болезни томата в условиях закрытого грунта. Выявлены устойчивые к фузариозному увяданию линии томата.
Основные положения, выносимые на защиту:
- Возбудителем фузариозного увядания томатов является гриб Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici.
- Изоляты гриба различаются по морфологическим признакам в культуре и патогенности на сортах томата.
- Использование индукторов (экстракты растений и химические вещества) способствуют ограничению развития гриба на растениях томатов.
- Обоснование влияния индукторов на развитие растений, биохимические показатели и на анатомическое строение тканей растения.
Личный вклад соискателя и реализация результатов исследований. Соискателем самостоятельно проведены лабораторные и вегетационные исследования, проведен их анализ, осуществлена статистическая обработка полученных экспериментальных данных, сделаны заключение и предложения производству. Диссертация является самостоятельным и завершенным научным трудом. Соискателем лично проведены опыты, предусмотренные программой НИР. На основании полученных результатов, соискателем обобщены результаты исследований (2008-2011 гг.) и опубликованы 11 статей и тезисов.
Работа выполнена в рамках научно-технической программы КазНАУ: «Разработать инновационные технологии на основе рационального использования ресурсного потенциала, обеспечивающие модернизацию, диверсификацию, конкурентоспособность, продовольственную и экологическую безопасность агропромышленного комплекса».
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены на заседаниях II Международной научно-практической конференции, 26 – 28 октября 2010 г. Москва; Международной научно-практической конференции «Индустриально-инновационное развитие агропромышленного комплекса: состояние и перспективы», Алматы, 2010.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 статей и 3 тезиса, из них 6 - опубликованы на международных конференциях и в зарубежных журналах.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа изложена на 142 страницах компьютерного текста, состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследований, результатов исследований, обсуждения результатов, заключения, резюме на английском, казахском, русском и арабском языках. В диссертации 57 таблиц, 65 рисунков, 2 фотографии, список использованных источников включает 220 наименований.
Автор выражает признательность научным руководителям академику НАН РК А. О. Сагитову и профессору доктору фитопатологии Г. М. Эль-Хабба за научную и методическую помощь, оказанную в ходе выполнения и оформления работы, а также сотрудникам Казахского научно-исследовательского института защиты и карантина растений, оказавшим содействие в проведении исследований.
Обзор литературы
Проведен анализ хозяйственного значения фузариозного увядания в посевах томатов в Республике Казахстан. Приведены сведения о биологии и вредоносности грибов-возбудителей болезни. Показана необходимость контроля инфицированности рассад томатных растений грибам Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici и представлен обзор мировой литературы по теме диссертации.
Материалы, методы и условия проведения исследований
Лабораторные исследования проведены в Казахском научно-исследовательском институте защиты и карантина растений и на аграрном факультете университета Бинха (АРЕ). Вегетационные опыты выполнены в теплице «Санаторий Алатау» г. Алматы.
Изоляция и идентификация гриба Fusarium oxysporum f.sp. lycopersici (FOL), выделенных из растений томатов с типичными признаками поражения, собранных из теплиц города Алматы проводилась по общепринятым методам (Amini 2009, Leslie and Sumerell 2006, Nelson et al. 1983). Для культивирования гриба использовали картофельно-декстрозную среду (КДА).
Испытание патогенной способности (тест патогенности) изолированных грибов, проводилась на 4-недельных рассадах томата (сорт Золото Каролины), в теплице. Инокуляция растений проводилась 20 мл конидиальной суспензией (106 конидий/мл) Fusarium oxysporumi (Amini 2009, Beshir 1991, Vakalounakis and Fragkiadakis 1991), контроль - стерильная дистиллированная вода. Определены влияние изолятов гриба на патогенности % (Song et al., 2004) и параметры растения - высота (см), количество листьев (шт.), свежую массу листьев, стеблей, корня (г), длину корня (см), объем корня (см3) и урожайность (г). Процент (%) уменьшения изученных параметров рассчитана по формуле:
(Elhenawy, et al. 2007)
Оценка чувствительности сортов томата на Fusarium oxysporum проведена в теплице и определены степень поражения % и вышеуказанные параметры растения. Контроль - сорт Золото Каролины
Влияние индукторов (экстракты растений и безопасные химические соединения) при различных их концентрациях, на морфологические особенности культур изучена в лабораторных условиях. Использованы экстракты чеснока (Ч) (Allium sativum) и черного перца (ЧП) (Piper nigrum) при различных концентрациях (0.5%, 1.0%, 2.0%, 3.0%, 4.0%), а также салициловая кислота (СК) и рибофлавин (Р) при различных концентрациях (0.1мМ, 0.5мМ, 1.5мМ, 5.0мМ или 10.0мМ) (Aba AlKhail 2005, Senaratna et al. 2000, Sarwar et al. 2005, Arora 2006).
Влияние отобранных концентраций веществ (индукторов) на устойчивость растений к патогену и их действие на критерии роста, урожайность и биохимические показатели изучены в теплице. Биохимические анализы проведены в лаборатории аграрного факультета университета Бинха (АРЕ). Определены следующие биохимические показатели растения:
Хлорофилл (хлорофилл а, б и общий) (Arnon 1949, AOAC 1990), содержание фенолов (свободные, связанные и общие) (Simons and Ross 1971, Bray and Thorpe 1954), растворимый общий белок (Bradford 1976), ферменты (полифенолоксидаза (Taneja and Sachar 1974) и пероксидаза (Chance and Maehly 1955). Расчет процента увеличения изученных параметров проведено по формуле:
( Elhenawy, et al. 2007)
Влияния индукторов на анатомическую структуру растений сорта Золото Каролины проведена по общепринятой методике (Willey 1971).
Результаты исследований
- Определение этиологии увядания растений томата
Из растений с классическими признаками болезни, выделены изоляты гриба, с морфологическими особенностями колоний, типичными для F. oxysporum. Изоляты гриба были выращены на картофельно-декстрозной агаровой (КДА) среде при температуре 28C в течение 5 дней. Различия между изолятами гриба наблюдались по размеру диаметра колонии и спорулирующей способности. Из 9 выделенных в чистую культуру изолятов, высокую спорулирующую способность на среде КДА проявил изолят Ж (рисунок 1).
Рисунок 1 - Споруляция (106 спор/мл) изолятов Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici
на среде КДА
- Тест патогенности
Все выделенные 9 изолятов Fusarium oxysporum при инокуляции растений томата (сорт Золото Каролины) проявили признаки фузариозного увядания -сосудистое обесцвечивание с различной степени (фотография 1А) и, особенно в стебле растения (фотография 1Б). Обесцвечивание сосудов наблюдалось на стебле и корнях больных растений.
Среди проверенных изолятов Fusarium oxysporum были самыми вирулентными изоляты A и Ё, вызывая полное увядание (рисунок 2) и вызвали уменьшение параметров роста растения (рисунок 3). Однако, самыми разрушительными в отношении урожайности были изоляты A, В, и Ё (рисунок 4). Все анализы (учеты) проводили через 2 месяца после инокуляции. Эти результаты показывают, что изоляты гриба Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici не однородны по патогенности, возможно, подразделяются на расы.
Фотография 1А - Здоровый (H) и увядшие (1-5) растения томата (сорт Золото Каролины), зараженные вирулентным изолятом
Fusarium oxysporum f. sp. lycopercici (FOL)
Фотография 1Б - Продольные секции в стебле (верхние) и корнях (нижние) здоровых и сильно пораженных (увядшие) растениях томата (сорт Золото Каролины), зараженные изолятом Fusarium oxysporum f. sp. lycopercici (FOL)
 |  |
| Рисунок 2 – Патогенность (% ) изолятов Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici на растениях томата (сорт Золото Каролины ) | Рисунок 3 - Влияние изолятов Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici на уменьшение (%) высоты растения (сорт Золото Каролины) |
 | |
| Рисунок 4 - Влияние изолятов Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici на уменьшение (% ) урожайности томата (сорт Золото Каролины) | |
- Оценка чувствительности коммерческих сортов и экспериментальных линий томата на фузариозную инфекцию
Семь оцененных на устойчивость сортов и линий растений томата, как показано в таблице 1, классифицированы по их реакции на инфицирование изолятом Fusarium инфекция на:
1) Восприимчивые (Золото Каролины и Дона),
2) Высокоустойчивые (Линия 1 и Линия 2),
3) Относительноустойчивые (Линия3, Линия 5 и Линия 4).
Инокуляция растений изолятами патогена значительно уменьшили их параметры роста и урожайность по сравнению с контролем (не зараженные). Например, сорта Золото Каролины и Дона показали значительное уменьшение большинства параметров роста и урожайности (таблица 2). В отношении урожайности, относительно устойчивая Линия 4 была значительно лучше по урожайности, чем высокоустойчивые Линия 1 или Линия 2. Следовательно, относительно устойчивая Линия 4 можно подвергнуть дальнейшим тестам и исследованиям, чтобы ввести его, как коммерческий культурный сорт растения в Казахстане.
Таблица 1 - Реакция различных сортов и линий томата на инфекцирование изолятом A Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici
| Сорта и линии | Пораженные (погибшие и увядшие) растения, (%) | Патогенность, (%) |
| Золото Каролины | 77.8 | 52.8 |
| Дона | 77.8 | 44.4 |
| Линия 1 | 0.0 | 0.0 |
| Линия 2 | 0.0 | 0.0 |
| Линия 3 | 22.2 | 5.6 |
| Линия 4 | 55.6 | 25.0 |
| Линия 5 | 33.3 | 16.7 |
| *Н.С.Р на 5% | 10.07 | 7.71 |
Таблица 2 - Влияние Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici на урожайность сортов и линий томата
| Сорта и линии | Урожайность (грамм) растения | % уменьшения урожайности | ||
| Поражённый | Контрольный образец | Средняя величина | ||
| Золото Каролины | 24.6 | 71.9 | 48.2 | 65.9 |
| Дона | 30.4 | 69.2 | 49.8 | 56.1 |
| Линия 1 | 149.0 | 153.8 | 151.4 | 3.1 |
| Линия 2 | 75.7 | 78.2 | 76.9 | 3.2 |
| Линия 3 | 133.3 | 143.3 | 138.3 | 7.0 |
| Линия 4 | 205.7 | 236.3 | 221.0 | 13.0 |
| Линия 5 | 90.3 | 116.7 | 103.5 | 22.6 |
| Средняя величина | 101.3 | 124.2 | ||
| * Н.С.Р на 5% | ||||
| Инокуляция с FOL | 0.8 | |||
| Сорта | 2.9 | |||
| Инокуляция Х Сорт | 5.9 | |||
| * Наименьшая существенная разница ( вероятность 5%) | ||||
- Влияние некоторых естественных и химических индукторов устойчивости на изоляты гриба Fusarium oxysporum f. Sp lycopersici
Рост и споруляция колонии изолята А Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici в чистой культуре были значительно уменьшены в различной степени испытанными индукторами устойчивости (экстракты растений и химические соединения). Рост диаметра колонии гриба на КДА был полностью ингибирован при добавлении в нее 2.0 % - 5% экстракта чеснока (Ч) (рисунок 5А), 5 mM – 10 mM рибофлавина и 10.0mM. салициловой кислоты (СК). Однако, применение рибофлавина в концентрациях 0.1 и 0.5mM вызвало заметное увеличение в росте колонии (рисунок 5Б). Подобные тенденции сохранились относительно споруляции гриба.
 |  |
| Рисунок 5А – Влияние экстрактов чеснока и черного перца при различных концентрациях на % уменьшения роста диаметра колонии Fusarium oxysporum f.sp. lycopersici | Рисунок 5Б - Влияние салициловой кислоты и рибофлавина при различных концентрациях на % уменьшения роста диаметра колонии Fusarium oxysporum f.sp. lycopersici |
- Влияние некоторых естественных и химических индукторов на поражаемость растений томата в условиях теплицы
- Поражаемость
Экстракты чеснока (Ч) и черного перца (ЧП), различной концентрации, снизили процент пораженных растений и, соответственно, увеличили высоту и другие параметры роста растения томата, в сравнении с контролем. Обработка корней (ПК) 4-недельной рассады путем их погружения в 4.0%-ый экстракт чеснока и опрыскивание (РР) им ростков, а также опрыскивание –экстрактом (4.0%-ый) черного перца, уменьшили поражаемость томата на 100 % (рисунок 6А). Подобная тенденция сохранилась и при обработке растений томата химическими индукторами устойчивости - салициловая кислота (СК), рибофлавин (Р). Погружение корней растений в 0.1mM раствор салициловой кислоты показало значительное уменьшение поражаемости (94.1 %). Результаты влияния индукторов на поражаемость томата представлены в порядке убывания и составили: ПК/СК-10.0mM, РР/СК-10.0mM и ПК+РР/Р-10.0mM (88.2%) (рисунок 6Б).
 |  |
| Рисунок 6А – Влияние экстрактов чеснока и черного перца при различных концентрациях на % уменьшения поражаемости инфицированных растений (сорт Золото Каролины) | Рисунок 6Б - Влияние салициловой кислоты и рибофлавина при различных концентрациях на % уменьшения поражаемости инфицированных растений (сорт Золото Каролины) |
- Параметры роста
- Высота растения
Все испытанные экстракты растения, увеличили рост и развитие растений в различной степени, в сравнении с контролем. Инфицированные грибом растения обрабатывали индукторами устойчивости двумя способами: путем погружения корней (ПК), распыления ростков (РР) и их сочетаниями. Обработка корней и ростков томата 4.0% экстрактом черного перца и 0.5% - чеснока оказало максимально положительное влияние на рост растения (рисунок 7А). Подобная тенденция наблюдалась и при обработке растений салициловой кислотой и рибофлавином. Обработка корней растений путем их погружения в 0.1mM раствор салициловой кислоты показало максимальное увеличение высоты растения, в сравнении с контролем. Использование раствора рибофлавина (0.1mM и 10mM) для опрыскивания рассады не оказали несущественного влияния на высоту растения (рисунок 7Б).
 |  |
| Рисунок 7А – Влияние экстрактов чеснока и черного перца при различных концентрациях на % увеличения высоты инфицированных растений (сорт Золото Каролины) | Рисунок 7Б - Влияние салициловой кислоты и рибофлавина при различных концентрациях на % увеличения высоты инфицированных растений (сорт Золото Каролины) |
- Количество листьев растения
Экстракты растений, все проверенные виды обработки, кроме погружения корней рассады в экстракт черного перца (0.5%), достоверно увеличили количество листьев. Максимальный эффект наблюдался при использовании обработки корней и ростков (ПК+РР) томата 4.0 % раствором черного перца (77.8%), корней (ПК) и распыления ростков (РР) - 0.5% раствором чеснока (74.1%) в сравнении с контролем (рисунок 8А). Максимальный эффект на увеличение количества листьев оказала обработка корней и ростков (ПК+РР) 10.0mM раствором рибофлавина. (90.7%) (рисунок 8Б). Следует отметить, все использованные индукторы устойчивости значительно повысили количество листьев на растениях томата.
 |  |
| Рисунок 8А – Влияние экстрактов чеснока и черного перца при различных концентрациях на % увеличения количества листьев инфицированных растений (сорт Золото Каролины) | Рисунок 8Б - Влияние салициловой кислоты и рибофлавина при различных концентрациях на % увеличения количества листьев инфицированных растений (сорт Золото Каролины) |
- Масса свежих листьев растений
Среди всех проверенных экстрактов, только варианты ПК+РР/Ч-4.0%, ПК/ЧП-0.5% и РР/ЧП-0.5% не показывали существенных влияний на массу свежих вес листьев растения в сравнении с контрольным образцом. Максимальное увеличение (87.1%) массы свежих листьев было вызвано при использовании обработки корней и растений 0.5% экстрактом черного перца и при погружении корней в 4.0% этого экстракта (85.1%) (рисунок 9А). Значительное увеличение (84.1%) массы свежих листьев было отмечено и при использовании для обработки корней 10.0 mM раствора рибофлавина. Эффективность обработки растений растворами салициловой кислоты и рибофлавина на увеличение массы свежих листьев составила: ПК/СК-0.1mM (83.0%), РР/СК-0.1mM (77.6%) и РР/Р-0.1mM (75.6%), соответственно. Применение рибофлавина (ПК/Р-0.1mM, ПК+РР/Р-0.1mM и РР/Р-10mM) не оказали существенного влияния на массу свежих листьев в сравнении с контрольным образцом (рисунок 9Б).
- Сухой вес листьев растений
Использование для обработки корней и растений 0.5% экстракта черного перца показало увеличение (93.5%) сухого веса листьев, остальные результаты в порядке убывания составили: РР/Ч-0.5% (62%), ПК/ЧП-4.0% (53.2%), ПК/Ч-4.0% (44.1%) и ПК/Ч-0.5% (37.5%), тогда как остальные виды обработок не оказали существенного влияния на сухой вес листьев по сравнению с контрольным образцом (рисунок 10А). Подобная тенденция была соблюдена относительно других химических соединений. Использование салициловой кислоты (0.1mM) для опрыскивания ростков оказало максимальный эффект на увеличение (99.5%) сухого веса листьев в сравнении с контрольным образцом (рисунок 10Б).
 |  |
| Рисунок 9А – Влияние экстрактов чеснока и черного перца при различных концентрациях на % увеличения массы свежих листьев инфицированных растений (сорт Золото Каролины) | Рисунок 9Б - Влияние салициловой кислоты и рибофлавина при различных концентрациях на % увеличения массы свежих вес листьев инфицированных растений (сорт Золото Каролины) |
 |  |
| Рисунок 10А – Влияние экстрактов чеснока и черного перца при различных концентрациях на % увеличения сухого веса листьев инфицированных растений (сорт Золото Каролины) | Рисунок 10Б - Влияние салициловой кислоты и рибофлавина при различных концентрациях на % увеличения сухого веса листьев инфицированных растений (сорт Золото Каролины) |
- Масса стеблей растений
Обработка корней и опрыскивание рассады растений томата 0,5% экстрактом черного перца способствовали увеличению (57.7%) массы стебля. Результаты остальных вариантов опыта, в порядке убывания, составили: ПК+РР/Ч-0.5% (29.3%), ПК/Ч-0.5 % (25.7%), РР/Ч-0.5% (24.4%), ПК/Ч-4.0% (19.9%), ПК/ЧП-4.0% (12%), ПК+РР/ЧП-4.0% (11.1%) и РР/ЧП-0.5% (9.0%). (рисунок 11А). Опрыскивание растений раствором (0.1мM) салициловой кислоты вызвали увеличение (72.3%), массы свежих листьев. Существенное влияние на увеличение данного показателя оказали варианты: ПК/СК-0.1mM (62.6%) и ПК/Р-10.0mM (61.1%), соответственно (рисунок 11Б).
 |  |
| Рисунок 11А – Влияние экстрактов чеснока и черного перца при различных концентрациях на % увеличения массы стеблей инфицированных растений (сорт Золото Каролины) | Рисунок 11Б - Влияние салициловой кислоты и рибофлавина при различных концентрациях на % увеличения массы стеблей инфицированных растений (сорт Золото Каролины) |
- Масса свежих корней
Все обработки экстрактов показывали существенное увеличение массы корня по сравнению с контрольным образцом. Использование ПК+РР/Ч-0.5% вызвало наивысшее существенное увеличение (50.2%) (рисунок 12А). Использование рибофлавина (10.0mM) для обработки корня инфицированного растения, вызвало значительное увеличение их массы (74.3%). В порядке убывания представлены результаты вариантов: ПК/СК-0.1mM (69.9%), ПК/СК-10mM (33.4%), РР/СК-0.1mM (20.3%), РР/Р-0.1mM (18.7%) и ПК+РР/SA-0.1mM (15.1%), соответственно. Остальные обработки не оказали существенного влияния на массу корня при сравнении с контрольным образцом (рисунок 12Б).
 |  |
| Рисунок 12А – Влияние эктрактов чеснока и черного перца при различных концентрациях на % увеличения массы корней инфицированных растений (сорт Золото Каролины) | Рисунок 12Б - Влияние салициловой кислоты и рибофлавина при различных концентрациях на % увеличения массы корней инфицированных растений (сорт Золото Каролины) |
- Сухой вес корней
Использование метода погружения корней и опрыскивание 0.5% (ПК+РР/ЧП) экстрактом черного перца для обработки инфицированных растений оказало положительное влияние на увеличение сухого веса корня (88.9%). Результаты влияния способов обработки растений экстрактами черного перца и чеснока составили, в порядке убывания, ПК/ЧП-4.0% (86.4%) и ПК+РР/Ч-0.5% (55.0%). Самый низкий существенный показатель – опрыскивание растений экстрактом (0.5%) черного перца (23.8%). Напротив, между обработками ПК/Ч-0.5%, ПК+РР/Ч-4.0%, ПК/ЧП-0.5%, РР/ЧП-0.5% и ПК+РР/ЧП-4.0%, соответственно, не было значительных изменений при сравнении с контрольным образцом (рисунок 13А). Относительно безопасных химических соединений, большинство обработок значительно увеличили сухой вес корня в сравнении с контрольным образцом. Наивысшее существенное увеличение (95.3% и 92,9) сухого веса корня было вызвано при использовании (ПК) 0,1 mM салициловой кислоты и 10.0mM рибофлавина, соответственно. Остальные варианты (РР/Р-0.1mM и ПК+РР/Р-10.0mM) не оказывали существенного влияния на вес сухих корней (рисунок 13Б).
 |  |
| Рисунок 13А – Влияние экстрактов чеснока и черного перца при различных концентрациях на % увеличения сухого веса корня инфицированных растений (сорт Золото Каролины) | Рисунок 13Б - Влияние салициловой кислоты (СК) и рибофлавина при различных концентрациях на % увеличения сухого веса корня инфицированных растений (сорт Золото Каролины) |
- Длина корней растений
Использование 0.5% экстракта чеснока для обработки корней инфицированных растений вызвало существенное увеличение длины корня (64.5%), остальные данные представлены в порядке убывания и составили: ПК/ЧП-0.5% (57.0%), РР/ЧП-4.0% (53.8%) и ПК/ЧП-4.0% (48.4%), соответственно. Варианты РР/Ч-0.5% и ПК+РР/G-0.5% не показывали существенных влияний, в сравнении с контролем (рисунок 14A). Аналогичные данные получены при использовании для индуцирования устойчивости химических соединений. Высокие показатели в увеличении длины корня было отмечено при использовании РР/СК-10.0mM (67.7%) и РР/Р-0.1mM (65.6%). Только ПК/Р-0.1mM и РР/Р-10.0mM не показывали никаких существенных влияний по сравнению с контрольным образцом (рисунок 14Б).
 |  |
| Рисунок 14А – Влияние экстрактов чеснока и черного перца при различных концентрациях на % увеличения длины корня инфицированных растений (сорт Золото Каролины) | Рисунок 14Б - Влияние салициловой кислоты и рибофлавина при различных концентрациях на % увеличения длину корня инфицированных растений (сорт Золото Каролины) |
- Объем корней растений
Большинство экстрактов растений значительно увеличили объем корня в сравнении с контрольным образцом. Использование черного перца (4.0% ) для обработки корней способствовали увеличению объема корней на 92.5% Результаты других вариантов представлены в порядке убывания и составили ПК/Ч-4.0% (72.5%) и ПК+РР/G-0.5% (68.8%). Варианты - ПК/Ч-0.5%, ПК/ЧП-0.5%, РР/Ч-0.5% - не оказывали существенного влияния на объем корней (рисунок 15A). Все проверенные химические вещества значительно увеличили объем корня. Использование рибофлавина (10.0mM) для обработки корней оказалось наиболее эффективной (92.5%) по данному показателю. Показатели полученных данных по другим вариантам представлены в порядке их убывания и составили: ПК/СК-0.1mM (75.0%) и РР/Р-10.0mM (55.5%). Все результаты приводятся в сравнении с контролем (рисунок 15Б).
 |  |
| Рисунок 15А – Влияние экстрактов чеснока и черного перца при различных концентрациях на % увеличения объема корней инфицированных растений (сорт Золото Каролины) | Рисунок 15Б - Влияние салициловой кислоты и рибофлавина при различных концентрациях на % увеличения объема корня инфицированных растений (сорт Золото Каролины) |
- Урожайность растения
Все использованные для обработки томатов экстракты растений значительно увеличили их урожай. Например, максимальное увеличение урожая (304.3%) было отмечено при использовании 0.5 % черного перца (ПК +РР). Результаты исследований по другим вариантам (в порядке убывания) составили: РР/ЧП-4.0 % (215.3%), ПК/Ч-4.0% (203.7%), РР/Ч-4.0% (162.9%). Использование 0.5% черного перца для обработки корня и 0.5% чеснока, обработка ростков, не оказали достоверного увеличения урожая (29.1% и 26.1%) соответственно (рисунок 16A). Салициловая кислота и рибофлавин также оказали влияние на урожай томата. Вариант опыта обработки корней и растений рибофлавином 10.0mM показал максимальное увеличение урожайности (208.3%), а остальные – представлены в порядке убывания: ПК+РР/Р-0.1mM (184.3%), ПК+РР/СК-10.0mM (155.3%), ПК/СК-0.1mM (121.1%), РР/СК-10.0mM (115.4%), соответственно. Тогда как, урожайность в вариантах ПК/СК-10.0mM, ПК/Р-0.1 и ПК/Р-10.0mM, РР/СК-0.1mM и РР/Р-0.1mM не значительно изменилась между ними, в сравнении с контрольным образцом (рисунок 16Б).
 |  |
| Рисунок 16А - Влияние экстрактов чеснока и черного перца при различных концентрациях на % увеличения урожайности инфицированных растений (сорт Золото Каролины) | Рисунок 16Б - Влияние салициловой кислоты и рибофлавина при различных концентрациях на % увеличения урожайности инфицированных растений (сорт Золото Каролины) |
- Биохимические показатели
- Общий хлорофилл
Все проверенные экстракты растений увеличили общий хлорофилл в томатных листьях в сравнении с контрольным образцом. Использование ПК/Ч-0.5% показало увеличение общего хлорофилла на 150.2%. Обработка корней и ростков (ПК+РР) 0.5% экстрактом чеснока увеличили этот показатель на 107.3%. Самое низкое увеличение было отмечено при использовании РР/ЧП-4.0% (25.2%) (рисунок 17А). Использование салициловой кислоты (РР/СК-0.1мМ, РР/СК-10mM) или рибофлавина (РР/Р-10.0mM) уменьшили общий хлорофилл в томатных листьях на 10.2-19.3%, тогда как все другие проверенные обработки увеличили это в сравнении с контрольным образцом. Наивысшее увеличение было отмечено при использовании ПК+РР/Р-0.1mM (130.5%), ПК+РР/СК-0.1mM (112.2%), тогда как самый низкий показатель был отмечен при использовании РР/Р-0.1mM (2.4%) (рисунок 17Б).
 |  |
| Рисунок 17А – Влияние экстрактов чеснока и черного перца при различных концентрациях на % увеличения общего хлорофилла инфицированных растений (сорт Золото Каролины) | Рисунок 17Б - Влияние салициловой кислоты и рибофлавина при различных концентрациях на % увеличения общего хлорофилла инфицированных растений (сорт Золото Каролины) |
- Содержание фенолов
Все проверенные экстракты растений увеличили свободные, связанные и общие фенолы в листьях томатных растений, в сравнении с контрольным образцом. По поводу свободных фенолов, использование ПК+РР/Ч-0.5% повторно отметило наивысшее увеличение (328.4%), в порядке убывания составило РР/Ч-4.0% (208.8%), в то время как, самый низкий показатель было отмечен при использовании ПК/Ч-0.5% (21.4%). Относительно связанных фенолов, наивысшее увеличение было зарегистрировано при использовании РР/ЧП-4.0% (210.9%), ПК+РР/ЧП-4.0% (187.3%), ПК+РР/Ч-4.0% (148.8%), в то время ПК/ЧП-0.5%, РР/ЧП-0.5% и ПК+РР/ЧП-0.5% показали самое низкое увеличение (1.8-2.9%). Что касается общих содержания фенолов, наивысшее увеличение было зарегистрировано при использовании РР/ЧП-4.0% (201.8%), ПК+РР/ЧП-4.0% (183.3%), ПК+РР/Ч-4.0% (134.4%), в то время как самое низкое увеличение было зарегистрировано при использовании ПК/ЧП-0.5% (14.5%) (таблица 6А). Подобная тенденция была замечена при вариантах обработки ( ПК, РР и ПК+РР) 10mM рибофлавином, где показали значительное увеличение свободных фенолов (196.4, 189.2 и 292.7 %), связанных фенолов (294.7, 262.8 и 322.2 %) и общих фенолов (274.7, 247.8 и 316.2 %) (таблица 6Б).
- Общий растворимый белок
Содержание общего растворимого белка увеличивалось при всех видах обработки растений, в сравнении с контролем. Максимальное увеличение содержания белка наблюдалось при опрыскивании 4.0% экстрактом черного перца (248.8%). Результаты влияния других обработок на образование белка представлены в порядке их убывания и составили: ПК+РР/ЧП-0.5% (129.4%), РР/ЧП-0.5% (127.8%) и ПК+РР/ЧП-4.0% (120.6%). Незначительное увеличение общего растворимого белка наблюдалось при использовании ПК/Ч-4.0% (57.9%), в сравнении с контролем (рисунок 18A). Значительное увеличение общего растворимого белка было зарегистрировано при использовании ПК/СК-10.0mM (352.4%). Результаты других вариантов представлены в порядке убывания и составили: ПК+РР/Р-10.0mM (338.9%) и ПК/Р-10.0mM (311.1%). Увеличение белка на 50.8% в сравнении с контролем, было отмечено при использовании ПК+РР/СК-0.1mM (рис. 18-B).
Таблица 6А - Влияние экстрактов чеснока и черного перца при различных концентрациях на % увеличения свободных, связанных и общих фенолов (в сравнении с контрольным образцом) в листьях инфицированных растений (сорт Золото Каролины)
| Обработки | Свободные фенолы | Связанные фенолы | Общие фенолы | ||||||
| ПК | РР | ПК+РР | ПК | РР | ПК+РР | ПК | РР | ПК+РР | |
| Ч экстракт на 0.5% | 21.4 | 98.2 | 328.4 | 68.1 | 78.9 | 13.4 | 58.5 | 82.8 | 77.6 |
| Ч экстракт на 4.0% | 69.5 | 208.8 | 78.5 | 94.0 | 70.3 | 148.8 | 89.0 | 98.6 | 134.4 |
| ЧП экстракт на 0.5% | 64.3 | 160.6 | 95.7 | 1.8 | 2.9 | 2.2 | 14.5 | 35.0 | 21.3 |
| ЧП экстракт на 4% | 48.2 | 166.0 | 167.8 | 44.3 | 210.9 | 187.3 | 45.1 | 201.8 | 183.3 |
| Контрольный образец | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
Таблица 6Б - Влияние салициловой кислоты и рибофлавина при различных концентрациях на % увеличения свободных, связанных и общих фенолов (в сравнении с контрольным образцом) в листьях инфицированных растений (сорт Золото Каролины)
| Обработки | Свободные фенолы | Связанные фенолы | Общие фенолы | ||||||
| ПК | РР | ПК+РР | ПК | РР | ПК+РР | ПК | РР | ПК+РР | |
| СК на 0.1mM | 26.7 | 158.8 | 71.4 | 110.7 | 2.3 | 109.0 | 93.5 | 34.2 | 101.4 |
| СК на 10mM | 112.4 | 94.5 | 169.5 | 49.9 | 67.9 | 132.5 | 62.7 | 73.3 | 140.1 |
| Р на 0.1mM | 55.3 | 26.7 | 97.6 | 154.1 | 45.1 | 2.9 | 134.0 | 41.4 | 22.2 |
| Р на 10mM | 196.4 | 189.2 | 292.7 | 294.7 | 262.8 | 322.2 | 274.7 | 247.8 | 316.2 |
| Контрольный образец | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
 |  |
| Рисунок 18А – Влияние эктрактов чеснока и черного перца при различных концентрациях на % увеличения общего разрешимого белка инфицированных растений (сорт Золото Каролины) | Рисунок 18Б - Влияние салициловой кислоты и рибофлавина при различных концентрациях на % увеличения общего разрешимого белка инфицированных растений (сорт Золото Каролины) |
- Активность полифенолоксидазы
Относительно экстрактов растений, активность полифенолоксидазы была уменьшена только при использовании ПК+РР/Ч-4.0% (27.3%) и РР/ЧП-0.5% (44.8%), тогда как при других обработках было отмечено увеличение их активности (12.7 к 46.7%) в сравнении с контролем (рисунок 19A). Подобная тенденция наблюдалась при обработках салициловой кислотой и рибофлавином. Активность фермента была более низкой только в вариантах: ПК+РР/СК-10mM (3.0%) и ПК+РР/Р-0.1mM (11.9%), а в других - увеличена.. Высокая активность данного фермента было зарегистрировано в варианте РР/Р-0.1мМ (94.2%), а в вариантах составили: ПК/СК-10.0мМ (87.0%) и РР/Р-10.0мМ (82.3%). Все данные представлены в сравнении с контролем (инфицированные растения) (рисунок 19Б).
 |  |
| Рисунок 19А – Влияние экстрактов чеснока и черного перца при различных концентрациях на % увеличения активности полифенолоксидазы инфицированных растений (сорт Золото Каролины) | Рисунок 19Б - Влияние салициловой кислоты и рибофлавина при различных концентрациях на %увеличения активности полифенолоксидазы инфицированных растений (сорт Золото Каролины) |
- Активность пероксидазы
В отличие от полифенолоксидазы, активность фермента пероксидазы был значительно увеличен при использовании всех вариантов обработки инфицированных растений томата в сравнении с контролем. Опрыскивание ростков (РР) экстрактом (4.0%) чеснока способствовали увеличению активности фермента более 6 раз. Остальные результаты представлены в порядке их убывания и составили: ПК+РР/ЧП-4.0% (595.6%), РР/Ч-0.5% (411.1%). Незначительное увеличение активности пероксидазы было отмечено при использовании ПК/Ч-4.0% (60.7%) и ПК/ЧП-0.5% (53.3%) (рисунок 20A). Салициловая кислота (ПК/СК-0.1mM и рибофлавин (РР/СК-0.1mM) вызвали увеличение активности пероксидазы, в сравнении с контролем, от 2 до 10 раз (рисунок 20Б).
 |  |
| Рисунок 20А – Влияние экстрактов чеснока и черного перца при различных концентрациях на % увеличения активности пироксидазы инфицированных растений (сорт Золото Каролины) | Рисунок 20Б - Влияние салициловой кислоты и рибофлавина при различных концентрациях на % увеличения активности прироксидазы инфицированных растений (сорт Золото Каролины) |
- Анатомические исследования
В исследованиях этого раздела ведётся наблюдение над четырёхнедельной рассадой томата культурного сорта Золото Каролины, который до пересадки был обработан путем погружения корня (ПК), или распыления ростков (РР) или (ПК+РР) 4.0% концентратом чеснока (Ч) или экстракта черного перца (ЧП). Все обработанные экстрактами растения или необработанные ими (контроль) были инфицированы Fusarium oxysporum f.sp. lycopersici (106 конидий/мл), изолят А.
Обработка томатов экстрактами растений значительно уменьшили степень увядания на 52 - 100.0% после 2 месяцев обработки. Степень уменьшения зависела от разновидности экстракта и использованного метода. Анатомические исследования черешка пятого листа показали индуцированные положительные изменения в водных проводящих элементах, в частности ксилемы и ширины сосудистых связок в сравнении с необработанным контрольным растением. Эти положительные анатомические изменения могли вызвать индуцированную системную резистентность, которая подавляет развитие возбудителя фузарезного увядания томата (фотография 2).
 |  |
| ПК/Ч-4.0% | ПК/ЧП-4.0% |
 |  |
| РР/Ч-4.0% | РР/ЧП-4.0% |
 |  |
| ПК+РР/Ч-4.0% | ПК+РР/ЧП-4.0% |
 | |
| Контрольный образец | |
Фотография 2 - Анатомическая структура черешка листа через два месяца после обработки путем погружения корня (ПК), распыления (РР) и их сочетании (ПК+РР) рассады томатов экстрактами чеснока (первый столбец) и черного перца (второй столбец) при инфекции с FOL | |
