Ochrona
R
R
R
E
E
E
A
A
A
K
K
K
C
C
C
J
J
J
A
A
A
R
R
R
O
O
O
Ś
Ś
Ś
L
L
L
I
I
I
N
N
N
Z
Z
Z
I
I
I
E
E
E
M
M
M
N
N
N
I
I
I
A
A
A
K
K
K
A
A
A
N
N
N
A
A
A
P
P
P
O
O
O
R
R
R
A
A
A
Ż
Ż
Ż
E
E
E
N
N
N
I
I
I
E
E
E
P
P
P
R
R
R
Z
Z
Z
E
E
E
Z
Z
Z
B
B
B
A
A
A
K
K
K
T
T
T
E
E
E
R
R
R
I
I
I
E
E
E
D
D
D
I
I
I
C
C
C
K
K
K
E
E
E
Y
Y
Y
A
A
A
S
S
S
O
O
O
L
L
L
A
A
A
N
N
N
I
I
I
W
W
W
T
T
T
E
E
E
Ś
Ś
Ś
C
C
C
I
I
I
E
E
E
S
S
S
Z
Z
Z
K
K
K
L
L
L
A
A
A
R
R
R
N
N
N
I
I
I
O
O
O
W
W
W
Y
Y
Y
M
M
M
T
T
TH
H
HE
E
E
R
R
RE
E
EA
A
AC
C
CT
T
TI
I
IO
O
ON
N
N
O
O
OF
F
F
P
P
PO
O
OT
T
TA
A
AT
T
TO
O
O
P
P
PL
L
LA
A
AN
N
NT
T
TS
S
S
T
T
TO
O
O
I
I
IN
N
NF
F
FE
E
EC
C
CT
T
TI
I
IO
O
ON
N
N
W
W
WI
I
IT
T
TH
H
H
B
B
BA
A
AC
C
CT
T
TE
E
ER
R
RI
I
IA
A
A
D
D
D
I
I
I
C
C
C
K
K
K
E
E
E
Y
Y
Y
A
A
A
S
S
S
O
O
O
L
L
L
A
A
A
N
N
N
I
I
I
I
I
I
N
N
N
T
T
T
H
H
H
E
E
E
G
G
G
R
R
R
E
E
E
E
E
E
N
N
N
H
H
H
O
O
O
U
U
U
S
S
S
E
E
E
E
E
E
X
X
X
P
P
P
E
E
E
R
R
R
I
I
I
M
M
M
E
E
E
N
N
N
T
T
T
dr hab. Renata Lebecka, prof. nadzw., mgr Zofia Murawska IHAR-PIB, Oddział w Młochowie, e-mail: r.lebecka@ihar.edu.pl
Streszczenie
Oceniono porażenie 9 odmian ziemniaka. W pierwszym roku badań (2015) średnie dobowe tempera-tury z trzech pierwszych dni testu wynosiły 24,3oC, a średnie temperatury maksymalne 37,1oC,
nato-miast w roku 2016 odpowiednio 20,7 i 32,5oC. W 2015 r. porażenie podstawy łodygi wystąpiło już po trzech dniach od inokulacji. Średnie porażenie wszystkich badanych odmian wyniosło 80,6%, najmniej poraziła się Jelly (54%), a najbardziej Tajfun (97%). Obserwowano duże różnice w występowaniu objawów porażenia w obu latach badań. W drugim roku (2016) objawy czarnej nóżki wystąpiły 2 tygo-dnie po zakażeniu roślin. Śretygo-dnie porażenie wyniosło 25,7%, największemu porażeniu uległa Impala – 48,7%, a Saturna nie poraziła się wcale. Silniejsze porażenie roślin po zakażeniu bakteriami D. solani odnotowano w wyższych temperaturach. Bakterie Dickeya spp. mogą być bardzo agresywne w wyso-kich temperaturach i powodować wystąpienie czarnej nóżki ziemniaka.
Słowa kluczowe: bakterie, czarna nóżka ziemniaka Abstract
Symptoms of infection were scored for 9 potato cultivars. The mean daily temperature of the first three days of the experiment in the first year (2015) was 24,3 oC, while the mean daily maximum tempera-ture was 37,1 oC, and in the second year (2016) these values equalled to 20,7 and 32,5oC respec-tively. In 2015 symptoms of infection of the stem base were observed three days post inoculation. The mean infection of all tested cultivars was 80,6%, the least and the last infected cultivars were Jelly (54%) and Tajfun (97%) respectively. There were differences in symptoms of infection between two years of the test. In the second year (2016) the symptoms developed two weeks post inoculation. The mean infection rate was 25,7%, the most infected was cultivar Impala (48,7%) and cultivar Saturna did not show any symptoms of infection. Stronger infection was observed at higher temperatures. Bacteria
Dickeya spp. might be very aggressive at higher temperatures and cause the blackleg of potato. Keywords: bacteria, blackleg of potato
zarna nóżka ziemniaka i mokra zgnili-zna bulw to dwie choroby powodowa-ne przez bakterie pektynolityczpowodowa-ne należące do wielu gatunków dwóch rodzajów bakterii: Pectobacterium i Dickeya. Zwycza-jowo nazywane są bakteriami „Erwinia”, cho-ciaż już dawno, w wyniku rozwijania metod różnicowania genetycznego mikroorgani-zmów, klasyfikacja została zmieniona. Po-wszechnie występują w Polsce trzy gatunki:
Pectobacterium atrosepticum, P.
carotovo-rum subsp. carotovocarotovo-rum i P. wasabiae. Ten
ostatni, opisany stosunkowo niedawno, był do tej pory identyfikowany jako P.
carotovo-rum. W Europie obserwowano zmiany w
populacji bakterii występujących w uprawach ziemniaków – wzrost udziału bakterii z ro-dzaju Dickeya i spadek udziału bakterii z rodzaju Pectobacterium. W Polsce monito-rowaniem populacji bakterii zajmują się pra-cownicy Uniwersytetu Gdańskiego.
C
Bakterie D. solani zostały po raz pierwszy
wykryte w naszym kraju w 2005 r. (Sławiak i in. 2009) i od tej pory są systematycznie wykrywane w ziemniakach uprawianych w różnych województwach (Potrykus i in. 2016). Bakterie z rodzaju Dickeya są ciepło-lubne, ich optymalna temperatura wzrostu wynosi od 34 do 37oC (Perombelon, Kelman
1980; Du Raan 2016). Charakteryzują się wyższą agresywnością niż bakterie z rodzaju
Pectobacterium (Toth i in. 2011). Nieznana
jest krańcowa odporność ziemniaka na bak-terie powodujące czarną nóżkę. Odporność na P. atrosepticum jest warunkowana poli-genicznie, a jej ekspresja zależy także od czynników środowiska.
Odporność większości odmian zareje-strowanych w Polsce na czarną nóżkę, wy-woływaną przez bakterie z rodzaju
Pecto-bacterium, również jest nieznana. W
„Cha-rakterystyce Krajowego Rejestru Odmian Ziemniaka” z 2013 r. ocenę odporności na czarną nóżkę ziemniaka ma 35 spośród 96 odmian jadalnych i 17 spośród 30 skrobio-wych. Ocenione odmiany ziemniaka różnią się poziomem odporności na bakterie P.
atrosepticum, najodporniejsze mają ocenę 7,
a najpodatniejsze 2 w skali 9-stopniowej, gdzie 9 oznacza najwyższą odporność.
Od-porność roślin ziemniaka na bakterie z ro-dzaju Dickeya nie była dotąd badana. Celem pracy była ocena reakcji wybranych odmian jadalnych i skrobiowych na porażenie przez bakterie D. solani w teście szklarniowym po inokulacji podstawy łodygi.
Materiały i metody
Bakterie Dickeya solani, szczep IFB0099, z kolekcji Międzyuczelnianego Wydziału Bio-technologii Uniwersytetu Gdańskiego i Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego, namnażano na pożywce Lysogeny Broth (Luria Bertani) z dodatkiem agaru. Bakterie inkubowano w temperaturze 25oC przez 24
godziny, następnie spłukiwano wodą desty-lowaną i doprowadzano do optycznej gęsto-ści 0,1 przy długogęsto-ści fali 600 nm w spektrofo-tometrze Hitachi U-1900, co odpowiada ok. 108 jtk/ml. W dwóch kolejnych latach badań,
2015 i 2016, testowano 5 odmian jadalnych: Impala, Irys, Jelly, Owacja, Tajfun i 4 skro-biowe: Glada, Kuras, Mieszko i Saturna. Irys ma w Katalogu Odmian Ziemniaka ocenę odporności na czarną nóżkę powodowaną przez bakterie P. atrosepticumm 2, a Glada 7. Odporność roślin na czarną nóżkę oce-niano w szklarni testem opisanym przez Pie-trak (2001).
Tabela 1
Terminy doświadczenia i temperatura w tunelu foliowym
Rodzaj czynności Termin
Średnia
temperatura Termin
Średnia temperatura 2015 (oC) i zakres 2016 (oC) i zakres
Wyłożenie bulw z przechowalni
do podkiełkowni na torf 25.03.
Wycinanie i sadzenie oczek 13.04. 24.05.
Inokulacja zawiesiną bakterii 7.05. 16.06.
7-10.05. 24,3
(15,4-37,1) 16-19.06.
20,7 (16,1-32,5)
Odczyt porażenia 11.05. 1.07.
Rośliny uzyskiwano z oczek wyciętych z bulw. W każdym doświadczeniu testowano po ok. 40 roślin każdej odmiany. Rośliny posadzono w doniczki o średnicy 8 cm, wy-pełnione ziemią kompostową wymieszaną z piaskiem i torfem, o pH ok. 6,3. Terminarz doświadczenia i temperatury w tunelu folio-wym przedstawia tabela 1.
Podstawę łodygi inokulowano za pomocą wykałaczki umoczonej w zawiesinie bakterii
D. solani. Rośliny w szklarni zostały
przykry-te tunelem foliowym w celu zapewnienia wysokiej wilgotności i były również codzien-nie podlewane.
Wyniki
W 2015 r. symptomy porażenia – czernienie i gnicie łodygi – pojawiły się już po kilku dniach po inokulacji. Większość inokulowa-nych łodyg uległa silnemu zakażeniu z obja-wami typowymi dla czarnej nóżki. Średnie porażenie wszystkich testowanych odmian w tym roku wynosiło 80,6%. Odmiana Tajfun poraziła się najsilniej, 97% łodyg uległo gni-ciu, a Jelly najsłabiej – 54% roślin.
W roku 2016 objawy czarnej nóżki stwier-dzono 2 tygodnie po inokulacji. Średnie po-rażenie odmian wynosiło 25,7%. U odmiany Saturna nie zauważono symptomów gnicia podstawy łodygi, najmniej roślin porażonych stwierdzono u odmiany Mieszko (5%), a najwięcej u odmiany Impala (48,7%). Ale prawie wszystkie rośliny, których łodyga nie uległa gniciu, wykazywały objawy porażenia bakteriami w postaci nekroz na brzegach liści (fot. 1.). Pozostałe odmiany – Jelly, Gla-da, Irys, Kuras, Owacja i Tajfun – miały po-dobną liczbę roślin z objawami gnicia łodygi, od 22,5 do 37,5%. Współczynnik korelacji pomiędzy wynikami doświadczenia z obu lat badań wynosił r = 0,32. Nie stwierdzono istotnej różnicy w porażeniu pomiędzy od-mianami Irys i Glada w każdym z doświad-czeń, pomimo dużych różnic w poziomie odporności na czarną nóżkę wywoływaną przez P. atrosepticum. Porażenie obu od-mian było różne w obu latach badań (fot. 1). Podatność odmian na bakterie D. solani przedstawiono na rysunku 1 jako procentowy udział roślin z objawami gnicia podstawy łodygi.
Dyskusja
Odporność ziemniaka na bakterie pekty-nolityczne jest cechą ilościową. Ekspresja odporności zależy od wielu czynników genetycznych i środowiskowych (Perom-belon, Kelman 1980; Zimnoch-Guzowska i in. 2000). Obserwowano różnice w rodzaju wywoływanych symptomów w dwóch latach badań w warunkach szklarniowych. W pierwszym roku u większości roślin zakażonych silne gnicie podstawy łodygi wystąpiło już trzy dni po inokulacji. W drugim roku gnicie łodyg obserwowano 2 tygodnie po zakażeniu, a większość roślin, których
łodygi nie uległy zgniciu, charakteryzowała się innymi objawami porażenia, na przykład zasychaniem końców liści, ich brzegów lub całych liści.
Fot. 1. Objawy porażenia roślin ziemniaka bakte-riami Dickeya solani. A – odmiana Owacja, zasy-chanie wierzchołków liści i całych liści; B – od-miana Irys, od lewej objawy gnicia podstawy łodygi, zasychanie brzegów liści, brak widocz-nych objawów porażenia; C – odmiana Glada, od lewej więdnięcie, brak widocznych objawów po-rażenia, całkowite zgnicie rośliny
Rys. 1. Procent roślin ziemniaka z objawami gnicia podstawy łodygi po inokulacji bakteriami Dickeya solani w badanej grupie ok. 40 roślin każdej odmiany w każdym roku badań Testy szklarniowe w warunkach
nie-kontrolowanej temperatury pokazały dużą zmienność wyników. W pierwszym roku badań termin zakażenia zbiegł się z wysokimi temperaturami, średnia tem-peratura pierwszych trzech dni testu wynosiła 24,3oC, ze średnią maksymalną w
tych dniach 37,1oC, i była wyższa od
średnich w 2016 r. odpowiednio o 3,6 i 4,6oC. Optymalna temperatura wzrostu
izolatu IFB0099 użytego w tych badaniach do inokulacji wynosiła 34-35oC (Lebecka –
badania własne), a dodatkowo izolat ten charakteryzował się wysoką agresywnością (Golanowska i in. 2015). Oba te fakty przyczyniły się do wystąpienia silnych objawów gnicia łodyg roślin w 2015 r., a w 2016 do gnicia niektórych oraz widocznych objawów choroby w postaci zasychania brzegów liści lub całych liści prawie wszystkich ocenianych roślin.
Największe zróżnicowanie wyników w dwóch latach badań stwierdzono u odmiany Saturna. W pierwszym roku objawy czarnej nóżki wystąpiły u 90% roślin, w drugim gnicia łodyg nie odnotowano, wystąpiły natomiast bardzo lekkie objawy w postaci nekroz na brzegach liści. Powiązano to z opóźnieniem wschodów odmiany Saturna w drugim roku badań i słabym wzrostem roślin.
Prawdopodobnie młode rośliny charakte-ryzowały się wyższą odpornością na zakażenie przez bakterie. W testach oceny odporności roślin ziemniaka na bakterie oceniane były wyłącznie objawy porażenia, nie oceniano porażenia latentnego. W porażeniu latentnym wszystkie części rośliny
mogą być porażone: łodygi, liście, stolony, korzenie i bulwy potomne. Wtedy kon-centracja bakterii jest niska, rzadko przekracza 1000 komórek w 1 g tkanki, a w łodygach najwięcej bakterii lokuje się w pierwszym 15-20-centymetrowym odcinku powyżej bulwy oraz w bulwach w okolicy stolonu (Helias i in. 2000, Czajkowski i in. 2009).
Odporność na czarną nóżkę i odporność na mokrą zgniliznę bulw są istotnie skorelowane, ale przyjmują różne wartości, od 0,30 do 0,63, co wskazuje na częściowo niezależne mechanizmy dziedziczenia (Zimnoch-Guzowska i in. 1999). Występo-wanie bakterii Dickeya spp. w Polsce wzrosło w ostatnich latach (Potrykus i in. 2016), m.in. dlatego, że wysokie temperatury i susza występują w dłuższych okresach w lipcu i sierpniu.
Ochrona ziemniaka przed gniciem bulw i czarną nóżką jest ograniczona i polega na stosowaniu zdrowych sadzeniaków oraz zapewnieniu higienicznych warunków upra-wy (zbiór, sortowanie) i przechoupra-wywania bulw (wietrzenie przechowalni, obniżanie temperatury).
Podsumowanie i wnioski
1. Bakterie Dickeya mogą być bardzo agre-sywne w wysokich temperaturach i powodo-wać u roślin ziemniaka wystąpienie czarnej nóżki.
2. Obserwowano silniejsze porażenie roślin ziemniaka w wyższych temperaturach po zakażeniu bakteriami Dickeya solani, dlatego test sztucznej inokulacji ziemniaka przez
bakterie pektynolityczne powinien być pro-wadzony w warunkach kontrolowanej tempe-ratury w fitotronie.
3. Słabo rosnące rośliny odmiany Saturna w drugim roku badań nie wykazały objawów czarnej nóżki.
Literatura
Czajkowski R., Grabe G. J., van der Wold J. M. 2009. Distribution of Dickeya spp. and Pectobacterium
carotovorum subsp. carotovorum in naturally infected seed potatoes. – Eur. J. Plant Path. 125: 263-275;
2. Du Raan S., Coutinho T. A., van der Waals J. E. 2016. Cardinal temperature differences, determined in
vitro, between closely related species and subspecies of pectinolytic bacteria responsible for blackleg and soft rot on potatoes. – Eur. J. Plant Path. 144: 361- -369; 3. Golanowska M., Galardini M., Bazzicalupo
M., Hugouvieux-Cotte-Pattat N., Mengoni A., Potry-kus M., Sławiak M., Łojkowska E. 2015. Draft
ge-nome sequence of a highly virulent strain of the plant pathogen Dickeya solani, IFB0099. – Genome Anno-uncements 3(2), e00109-15. doi:10.1128/ genome A.00109-15; 4. Helias V., Andrivon D., Jouan B.
2000. Internal colonization pathways of potato plants
by Erwinia carotovora ssp. atroseptica. – Plant Pathol. 49: 33-42; 5. Pérombelon M.C.M., Kelman A. 1980.
Ecology of the soft rot erwinias. – Ann. Rev. Phytopa-thol. 18: 361-387; 6. Pietrak J. 2001. Szklarniowa ocena odporności ziemniaka na czarną nóżkę. –
Mo-nogr. Rozpr. Nauk. 10. IHAR Radzików: 88-89;
7. Potrykus M., Golanowska M., Śledź W., Żołę-dowska S., Motyka A., Kołodziejska A., Butrymo-wicz J., Łojkowska E. 2016. Biodiversity of Dickeya
spp. isolated from potato plants and water sources in temperate climate. – Plant Dis. 100: 408-417; 8.
Sła-wiak M., Łojkowska E., van der Wolf J. M. 2009.
First report of bacterial soft rot on potato caused by Dickeya sp. (syn. Erwinia chrysanthemi) in Poland. – Plant Path. 58: 794; 9. Toth I. K., van der Wolf J. M.,
Saddler G., Łojkowska E., Helias V., Pirhonen M., Tsror (Lakhim) L., Elphinstone J. G. 2011. Dickeya
species: an emerging problem for potato production in Europe. – Pathology 60: 385-399; 10.
Zimnoch-Gu-zowska E., Lebecka R., Pietrak J. 1999. Soft rot and
blackleg reactions in diploid potato hybrids inoculated with Erwinia spp. – Am. J. Potato Res. 76: 199-207;
11. Zimnoch-Guzowska E., Marczewski W., Lebec-ka R., Flis B., Schaefer-Pregl B., Salamini F., Ge-bhardt C. 2000. QTL analysis of new sources of
resis-tance to Erwinia carotovora ssp. atroseptica in potato done by AFLP, RFLP, and resistance-gene-like mark-ers. – Crop Sci. 40: 1156-1167
