L
L
L
A
A
A
B
B
B
O
O
O
R
R
R
A
A
A
T
T
T
O
O
O
R
R
R
Y
Y
Y
J
J
J
N
N
N
A
A
A
O
O
O
C
C
C
E
E
E
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
A
A
A
B
B
B
U
U
U
L
L
L
W
W
W
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
P
P
P
R
R
R
Z
Z
Z
E
E
E
Z
Z
Z
W
W
W
Y
Y
Y
S
S
S
O
O
O
K
K
K
O
O
O
A
A
A
G
G
G
R
R
R
E
E
E
S
S
S
Y
Y
Y
W
W
W
N
N
N
E
E
E
S
S
S
Z
Z
Z
C
C
C
Z
Z
Z
E
E
E
P
P
P
Y
Y
Y
B
B
B
A
A
A
K
K
K
T
T
T
E
E
E
R
R
R
I
I
I
I
I
I
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
P
P
P
E
E
E
C
C
C
T
T
T
O
O
O
B
B
B
A
A
A
C
C
C
T
T
T
E
E
E
R
R
R
I
I
I
U
U
U
M
M
M
C
C
C
A
A
A
R
R
R
O
O
O
T
T
T
O
O
O
V
V
V
O
O
O
R
R
R
U
U
U
M
M
M
S
S
S
U
U
U
B
B
B
S
S
S
P
P
P
.
.
.
B
B
B
R
R
R
A
A
A
S
S
S
I
I
I
L
L
L
I
I
I
E
E
E
N
N
N
S
S
S
E
E
E
L
L
L
A
A
A
B
B
B
O
O
O
R
R
R
A
A
A
T
T
T
O
O
O
R
R
R
Y
Y
Y
E
E
E
V
V
V
A
A
A
L
L
L
U
U
U
A
A
A
T
T
T
I
I
I
O
O
O
N
N
N
O
O
O
F
F
F
I
I
I
N
N
N
F
F
F
E
E
E
C
C
C
T
T
T
I
I
I
O
O
O
N
N
N
S
S
S
Y
Y
Y
M
M
M
P
P
P
T
T
T
O
O
O
M
M
M
S
S
S
C
C
C
A
A
A
U
U
U
S
S
S
E
E
E
D
D
D
B
B
B
Y
Y
Y
H
H
H
I
I
I
G
G
G
H
H
H
L
L
L
Y
Y
Y
A
A
A
G
G
G
G
G
G
R
RE
R
E
E
S
S
S
S
S
S
I
I
I
V
V
V
E
E
E
S
S
S
T
T
T
R
R
R
A
A
A
I
I
I
N
N
N
S
S
S
O
O
O
F
F
F
B
B
B
A
A
A
C
C
C
T
T
T
E
E
E
R
R
R
I
I
I
A
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
A
A
A
N
N
N
D
D
D
P
P
P
E
E
E
C
C
C
T
T
T
O
O
O
B
B
B
A
A
A
C
C
C
T
T
T
E
E
E
R
R
R
I
I
I
U
U
U
M
M
M
C
C
C
A
A
A
R
R
R
O
O
O
T
T
T
O
O
O
V
V
V
O
O
O
R
R
R
U
U
U
M
M
M
S
S
S
U
U
U
B
B
B
S
S
S
P
P
P
.
.
.
B
B
B
R
R
R
A
A
A
S
S
S
I
I
I
L
L
L
I
I
I
E
E
E
N
N
N
S
S
S
E
E
E
I
I
I
N
N
N
P
PO
P
O
O
T
TA
T
A
AT
T
T
O
O
O
T
TU
T
U
UB
B
B
E
E
E
R
R
R
S
S
S
dr hab. Renata Lebecka, prof. nadzw.1, mgr inż. Zygmunt Czarniak2 1IHAR-PIB Oddział w Młochowie, 2AGRO CZAR sp. z o.o.
Grupa producentów Rolnych, Skierniewice e-mail: r.lebecka@ihar.edu.pl Streszczenie
Bakterie pektynolityczne po wniknięciu do bulw ziemniaka w sprzyjających warunkach środowiska wywołują mokrą zgniliznę bulw. Oceniono porażenie bulw ośmiu odmian ziemniaka: Lady Rosetta, Brooke, Verdi, Omega, Smith Comet, Hermes, Lady Claire i VR 808 w dwóch niezależnych terminach. Stwierdzono istotny wpływ odmiany, użytego szczepu bakterii i współdziałania obu tych czynników na wielkość porażenia bulw, wyrażoną masą zgniłej tkanki. Średnio izolat gatunku Pectobacterium caro-tovorum subsp. brasiliense był bardziej agresywny niż izolat Dickeya solani. W przypadku odmiany Verdi izolat D. solani spowodował silniejsze gnicie niż P. c. subsp. brasiliense. Lady Rosetta i Brooke wyróżniły się odpornością na poziomie średnio odpornej odmiany wzorcowej Glada. VR 808 uległa najsilniejszemu porażeniu ze wszystkich badanych odmian, chociaż istotnie słabszemu niż wzorzec podatny – odmiana Irys.
Słowa kluczowe:
bakterie, Dickeya solani, mokra zgnilizna bulw, Pectobacterium
carotovorum subsp. brasiliense, podatność, ziemniak
AbstractPectinolytic bacteria enter potato tubers and in favourable environmental conditions cause soft rot of tubers. Symptoms of infection of potato tubers after inoculation with bacteria Dickeya solani and Pec-tobacterium carotovorum subsp. brasiliense were scored for eight potato cultivars: Lady Rosetta, Brooke, Verdi, Omega, Smith Comet, Hermes, Lady Claire, VR 808, in two independent experiments. Significant influence of the cultivar, the bacterial isolate, and the interaction of these two factors on mass of rotten tissue was observed. In average, the mean rot was stronger after infection with Pecto-bacterium carotovorum subsp. brasiliense, than with Dickeya solani. The cultivar Verdi showed higher
rotting after infection with D. solani, than with P. c. subsp. brasiliense. Two potato cultivars, Lady Ro-setta and Brooke, showed the same level of resistance with the medium-resistant standard – the po-tato cultivar Glada. On average the least resistant of the popo-tato cultivars tested was the cultivar VR 808, although it was significantly less resistant then the standard of high susceptibility – the cultivar Irys.
Keywords: bacteria, Dickeya solani, Pectobacterium carotovorum subsp. brasiliense, potato, soft rot of tubers, susceptibility
zarna nóżka ziemniaka i mokra zgni-lizna bulw są wywoływane przez bak-terie pektynolityczne należące do wielu gatunków. Bakterie różnią się pozio-mem agresywności w stosunku do ziemnia-ka. Zmiany w strukturze populacji tych bakte-rii są monitorowane przez naukowców z Międzyuczelnianego Wydziału Biotechnologii Uniwersytetu Gdańskiego i Akademii Me-dycznej w Gdańsku. Obecnie w Polsce do najpowszechniej występujących sprawców tych chorób należą Pectobacterium
atrosep-ticum, P. carotovorum subsp. carotovorum i P. wasabiae (Waleron i in. 2013, Wiken
De-es i in. 2017). Bakterie te są zaliczane do grupy oportunistycznych patogenów, które w warunkach niesprzyjających rozwojowi rób pozostają w fazie utajonej. Etiologia cho-rób bakteryjnych ziemniaka została opisana w pracy Lebeckiej i Michalak (2017). W 2017 i 2018 r. zdarzały się przypadki silnego pora-żenia roślin ziemniaka bakteriami wywołują-cymi czarną nóżkę oraz silnego gnicia bulw w przechowalni (fot. 1).
Fot. 1. Czarna nóżka i mokra zgnilizna bulw ziemniaka, objawy porażenia części nadziemnej i gnicia bulw odmiany Zuzanna, 29.08.2018 (fot. R. Lebecka)
Do produkcji wprowadzane są odmiany ziemniaka o nieznanym poziomie odporności bulw na mokrą zgniliznę. Zmiany w populacji bakterii pektynolitycznych są dynamiczne (Lebecka, Michalak 2017). Szeroko opisano w literaturze wysoko agresywny szczep terii Dickeya solani (IFB0099), gatunku bak-terii, który został wykryty w Polsce w 2005 r. i od tej pory jest wykrywany sporadycznie, ale z systematycznie rosnącą częstością (Sławiak i in. 2019, van der Wolf i in. 2014, Golanowska i in. 2015). Warto też wspo-mnieć o nowym gatunku bakterii, który
poja-wił się i jest wykrywany w wielu krajach Eu-ropy, w tym także w Polsce: Pectobacterium
carotovorum subsp. brasiliense (Pcb)
(Wale-ron i in. 2015; van der Wolf i in. 2016). W 2016 r. w oddziale IHAR-PIB w Młochowie wyizolowano z bulw odmiany Syrena bakte-rię gatunku P. c. subsp. brasiliense i okre-ślono jego wirulencję. Szczep ten, Pcb3M16, charakteryzuje się wysoką agresywnością.
Odporność bulw ziemniaka na bakterie pektynolityczne jest cechą poligeniczną, podlegającą silnym wpływom warunków śro-dowiskowych. AGRO CZAR sp. z o.o. Grupa
C
Producentów Rolnych specjalizuje się w uprawie ziemniaków do przetwórstwa (chip-sy, kostka, grys, mączka ziemniaczana), uprawie ziemniaków jadalnych oraz uprawie warzyw. Grupa współpracuje z firmami na-siennymi, prowadząc dla ich potrzeb kolek-cje odmian różnych roślin, w ostatnich latach głównie fasoli oraz ziemniaków uprawianych na chipsy. W 2017 r. zaobserwowano silne gnicie bulw w czasie przechowywania, zwłaszcza odmiany VR 808.
Celem pracy było określenie reakcji bulw ośmiu uprawianych przez Grupę Producen-tów Rolnych Agro Czar odmian ziemniaka na porażenie przez dwa wysoko agresywne szczepy bakterii: D. solani i P. c. subsp.
bra-siliense, po raz pierwszy w teście
laborato-ryjnym.
Materiał i metody
Materiał badawczy stanowiły bulwy ośmiu wczesnych i średnio wczesnych odmian ziemniaka przeznaczonych do przetwórstwa i na chipsy oraz dwóch odmian wzorcowych: podatnej na mokrą zgniliznę Irys (bardzo wczesnej, uprawianej od wielu lat w Polsce) i średnio odpornej Glada (średnio wczesnej, skrobiowej). Doświadczenie przeprowadzo-no w dwóch terminach (30.01. i 6.02.), w każdym doświadczeniu testowano po 10 bulw każdej odmiany. Do badań użyto dwóch izolatów bakterii – wysoko agresyw-nego szczepu D. solani (IFB0099), otrzyma-nego z kolekcji bakterii Międzyuczelniaotrzyma-nego Wydziału Biotechnologii Uniwersytetu Gdań-skiego i Akademii Medycznej w Gdańsku (Golanowska i in. 2015), oraz izolatu
Pecto-bacterium carotovorum subsp. brasiliense
(Pcb3M16) z kolekcji bakterii oddziału IHAR--PIB w Młochowie. Izolat ten został zaliczony
do gatunku P. c. subsp. brasiliense na pod-stawie sekwencji trzech genów metabolizmu podstawowego, dnaX (podjednostka tau polimerazy III), icdA (dehydrogenaza izocy-trynianowa) i mdh (dehydrogenaza jabłcza-nowa) (Wiken Dees i in. 2017).
Do testowania odporności bulw zastoso-wano metodę inokulacji opisaną przez Le-becką i Michalak (2017). Jeden dzień przed testem bulwy dezynfekowano powierzchnio-wo. Zawiesinę bakterii (20 µl inokulum o koncentracji ok. 109 jtk/ml) wprowadzano do zranienia w bulwie, a otwór zaklejano waze-liną. Bulwy zraszano wodą i szczelnie zamy-kano w pojemnikach. Po trzech dniach inku-bacji w temperaturze 26oC badane bulwy krojono wzdłuż miejsca inokulacji i ważono zgniłą tkankę.
Dwuczynnikową analizę wariancji i po-równanie średnich testem Duncana prze-prowadzono programem STATISTICA for Windows (Stat Soft, Inc. Tulsa, OK, USA 1997).
Dodatkowo przeprowadzono ocenę pora-żenia latentnego bulw badanych odmian w warunkach prowokacyjnych. Testowano od 21 do 80 bulw, które spryskano powierzch-niowo wodą i umieszczono w szczelnie za-mkniętych woreczkach foliowych w tempera-turze 27oC. Po siedmiu dniach policzono bulwy z objawami mokrej zgnilizny.
Wyniki
Wyniki z dwóch niezależnych doświadczeń laboratoryjnych poddano analizie wariancji. Stwierdzono istotny wpływ odmiany, izolatu bakterii i współdziałania obu tych czynników na wielkość porażenia bulw, wyrażoną masą zgniłej tkanki (tab. 1).
Tabela 1
Analiza wariancji masy (g) zgniłej tkanki bulw 10 odmian ziemniaka inokulowanych bakteriami Pectobacterium carotovorum subsp. brasiliense (szczep Pcb3M16) i Dickeya solani (szczep IFB0099) po trzech dniach inkubacji w temperaturze 26oC
Źródło zmienności Stopnie swobody Średnie kwadraty
Odmiana 9 1356,89***
Bakteria 1 239,88***
Odmiana x bakteria 9 66,49***
Błąd 380 713,89
*** statystycznie istotne odpowiednio z p = 0,001
Średnio izolat gatunku Pectobacterium
carotovorum subsp. brasiliense był bardziej
agresywny w stosunku do bulw ziemniaka. W przypadku odmiany Verdi izolat Dickeya
solani spowodował silniejsze gnicie.
Wyróż-niono dwie odmiany, Lady Rosetta i Brooke, o odporności na poziomie średnio odpornej odmiany wzorcowej Glada. VR 808 uległa najsilniejszemu porażeniu ze wszystkich badanych odmian, chociaż było ono istotnie niższe w porównaniu z wzorcem – podatną
odmianą Irys. Lady Claire była drugą po VR 808 odmianą silnie porażoną w teście labo-ratoryjnym. Wyniki średnie dla gnicia bulw po inokulacji dwoma izolatami bakterii przed-stawiono w tabeli 2, a objawy gnicia wybra-nych odmian na fotografii 2.
Tabela 2
Średnie porażenie bulw ziemniaka przez bakterie Pectobacterium
carotovorum subsp. brasiliense (Pcb) i Dickeya solani (Dsol)
Odmiana Masa (g) Interakcja gatunek bakterii
– odmiana ziemniaka
Glada (5)* 4,1 a** Pcb = Dsol
Lady Rosetta 4,3 a Pcb = Dsol
Brooke 4,8 ab Pcb = Dsol
Verdi 7,2 b Dsol > Pcb
Omega 7,4 b Pcb = Dsol
Smith Comet 7,8 b Pcb > Dsol
Hermes 10,5 c Pcb = Dsol
Lady Claire 12,9 d Pcb > Dsol
VR 808 16,2 e Pcb > Dsol
Irys (3) 22,0 f Pcb > Dsol
*ocena odporności ziemniaka na mokrą zgniliznę bulw powodowaną przez Pectobacterium atrosepticum w skali 1-9, gdzie 9 oznacza odporność najwyższą (wg Charakterystyka Krajowego Rejestru… 2014 i 2016);
**uszeregowanie średnich testem Duncana, średnie oznaczone tą samą literą nie różnią się od siebie istotnie; = brak istotnych różnic w porażeniu bulw przez szczepy obu gatunków bakterii, > istotnie wyższy poziom porażenia wywołany przez szczep bakterii wymieniony jako pierwszy
Poziom porażenia latentnego bulw ośmiu odmian ziemniaka, przechowywanych przez pięć miesięcy, testowano w warunkach pro-wokacyjnych dla rozwoju bakterii. Po
sied-miu dniach liczono bulwy z objawami mokrej zgnilizny (tab. 3). Porażenie latentne bulw było największe w przypadku odmian Ome-ga, Verdi i Lady Claire.
Tabela 3
Liczba bulw porażonych latentnie z objawami gnicia po inkubacji w warunkach sprzyjających gniciu
Odmiana Liczba gnijących bulw / liczba testowanych bulw
Procent bulw zgniłych Brooke 0/21* 0,0 Lady Rosetta 1/43 2,3 Smith Comet 1/26 3,8 Hermes 1/24 4,2 VR 808 5/58 8,6 Lady Claire 8/47 17,0 Verdi 6/29 20,7 Omega 20/80 25,0
* 21 do 80 bulw badanych odmian umieszczono po zroszeniu wodą
Fot. 2. Bulwy ziemniaka po usunięciu zgniłej tkanki
po trzech dniach od inokulacji bakteriami Pectobacterium carotovorum subsp. brasiliense: a) odmiana Lady Rosetta, b) Brooke, c) VR 808, d) Irys (fot. R. Lebecka)
Dyskusja
Ocena odporności bulw na bakterie powodu-jące mokrą zgniliznę jest oceną względną. Nie znaleziono dotąd w ziemniaku genów ekstremalnej odporności. W warunkach tle-nowych bulwy odmian ziemniaka o wyższym poziomie odporności są zdolne w szybkim tempie wytworzyć warstwę suberyny, która jest barierą nie do pokonania przez wnikają-ce w zranienia bakterie. Te same odmiany w warunkach beztlenowych nie są zdolne do wytworzenia suberyny i bakterie mogą się swobodnie rozmnażać. Dlatego też gnicie bulw w przechowalni staje się problemem,
kiedy bulwy porażone latentnie są słabo przewietrzone, a znajdują się w dużych pry-zmach i są pokryte warstewką wody. Warun-ki taWarun-kie powodują znaczne obniżenie zawar-tości tlenu w bulwach.
Wysoka temperatura (na przykład 30oC)
bardzo sprzyja rozwojowi bakterii. W niż-szych temperaturach (na przykład 20oC) w bulwach odmian o wyższej odporności nie zawsze dochodzi do gnicia. Na inicjację pro-cesu gnilnego wpływa bardzo wiele czynni-ków. Dlatego w testowaniu odporności sto-sowane są wzorce odporności, do których można odnieść wyniki danego
doświadcze-nia. W opisanym doświadczeniu po raz pierwszy określono reakcję bulw 10 odmian ziemniaka na bakterię Pcb. Wyróżniono od-miany o najwyższej odporności: Lady Roseta i Brooke. Znalazły się one również w grupie odmian z najniższym porażeniem latentnym. Najsilniejszemu porażeniu spośród testo-wanych odmian uległy VR 808, Lady Claire oraz Hermes. Dwie z nich są ze sobą blisko spokrewnione: VR 808 została wyhodowana po skrzyżowaniu Lady Claire z odmianą Atlantic. W 2018 r. zaobserwowano bardzo silne gnicie bulw w przechowalni (ok. 50%) odmiany VR 808 (informacja ustna). Praw-dopodobnie wysokie temperatury, jakie wy-stępowały pod koniec sezonu polowego, i duże, chociaż krótkotrwałe opady wytworzyły bardzo sprzyjające warunki do rozwoju bak-terii.
Podsumowanie i wnioski
Testowanie odporności odmian ziemniaka na porażenie bulw przez bakterie pektynoli-tyczne pozwala na wyróżnienie odmian o podwyższonej odporności, średnio odpor-nych oraz bardzo podatodpor-nych. W teście labo-ratoryjnym po raz pierwszy oceniono reakcję wybranych ośmiu odmian ziemniaka na dwa agresywne szczepy bakterii należące do dwóch gatunków bakterii pektynolitycznych. Spośród ośmiu testowanych odmian Lady Rosetta i Brooke charakteryzowały się naj-wyższym poziomem odporności bulw na oba agresywne szczepy bakterii: Pectobacterium
carotovorum subsp. brasiliense i Dickeya solani. Najpodatniejsze okazały się VR 808,
Lady Claire i Hermes. Na te odmiany należy zwrócić szczególną uwagę, wykonując za-biegi zapewniające im odpowiednie warunki podczas wegetacji, zbioru i przechowywania, a które jednocześnie byłyby niekorzystne dla rozwoju choroby w przechowalni. Do takich zabiegów należą: selekcja negatywna, zbiór w czasie suchej pogody, unikanie uszkodzeń mechanicznych bulw w czasie zbioru, trans-portu i sortowania oraz umożliwienie zagoje-nia zranień w podwyższonej temperaturze na początku przechowywania oraz wentyla-cja w czasie przechowywania w odpowiednio niskiej temperaturze. W przypadku silnego porażenia bulwy należy jak najszybciej skie-rować do przetwórstwa, aby uniknąć dal-szych strat.
Literatura
1. Charakterystyka Krajowego Rejestru Odmian
Ziemniaka (2014, 2016). Red. nauk. W. Nowacki. Wyd. 17 i 19. IHAR-PIB Oddz. Jadwisin; 2. Golanowska M.,
Galardini M., Bazzicalupo M., Hugouvieux-Cotte-Pattat N., Mengoni A., Potrykus M., Slawiak M., Lojkowska E. 2015. Draft genome sequence of a
highly virulent strain of the plant pathogen Dickeya
solani, IFB0099. – Genome Announc. 3(2): e00109-15.
doi:10.1128/genomeA.00109-15; 3. Lebecka R., K.
Michalak 2017. Reakcja bulw wybranych odmian
ziemniaka na porażenie przez wysoko wirulentny szczep bakterii Dickeya solani. – Ziemn. Pol. 3: 18-23;
4. Sławiak 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; 5. Waleron M., Waleron K.,
Łojkowska E. 2013. Occurrence of Pectobacterium
wasabiae in potato field samples. – Eur. J. Plant Path.
137: 149-58; 6. Waleron M, Waleron K, Łojkowska
E. 2015. First report of Pectobacterium carotovorum
subsp. brasiliense causing soft rot on potato and other vegetables in Poland. – Plant Dis. 99: 1271; 7. Wiken
Dees M., Lebecka R., Perminow J. I. S., Czajkowski R., Grupa A., Motyka A., Zoledowska S., Śliwka J., Łojkowska E., Brurberg M. B. 2017. Characterization
of Dickeya and Pectobacterium strains obtained from diseased potato plants in different climatic conditions of Norway and Poland. – Eur. J. Plant Path. doi:10.1007/s10658-016-1140-2; 8. Wolf J. M. van
der, Nijhuis E. H., Kowalewska M. J., Saddler G. S., Parkinson N., Elphinstone J. G., Pritchard L., Toth I. K., Lojkowska E.. Potrykus M., Waleron M., Vos P. de, Cleenwerck I., Pirhonen M., Garlant L., Helias V., Pothier J. F., Pflüger V., Duffy B., Tsror L., Manulis S. 2014. Dickeya solani sp. nov., a
pecti-nolytic plant-pathogenic bacterium isolated from potato (Solanum tuberosum). – Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 64: 768-774; 9. Wolf J. M. van der, Haan E. G. de,
Kastelein P., Krijger M., Haas B. H. de, Velvis H., Mendes O., Kooman-Gersmann M., Zouwen P. S. van der 2016. Virulence of Pectobacterium
caroto-vorum subsp. brasiliense on potato compared with that
of other Pectobacterium and Dickeya species under climatic conditions prevailing in the Netherlands. – Plant Path. doi: 10.1111/ppa.12600
***
Praca finansowana przez Ministerstwo Rolnictwa i Rozwoju Wsi w ramach Programu Wieloletniego (2015-2020) Zadania 3.1. oraz w ramach umowy ze spółką z o. o. Agro Czar (nr 1/2018/Agroczar)
