FGBOU VO "Krasnoyarskiy gosudarstvennyy agrarnyy universitet"
from 01.01.2019 to 01.01.2024
Krasnoyarsk, Krasnoyarsk, Russian Federation
VAK Russia 4.1.2
VAK Russia 4.1.3
VAK Russia 4.1.4
VAK Russia 4.1.5
VAK Russia 4.2.1
VAK Russia 4.2.2
VAK Russia 4.2.3
VAK Russia 4.2.4
VAK Russia 4.2.5
VAK Russia 4.3.3
VAK Russia 4.3.5
UDC 632
UDC 632.4
UDC 579.64
The aim of the study is to investigate the effect of various nutrient media on the production of conidia by the causative agents of wheat fusarium head blight, relevant for the Krasnoyarsk Region. The objects of the study were 11 strains of Fusarium spp., differing in their cultural and morphological characteristics, as well as in the ability to form conidia, which were isolated by the author from the roots and grain of wheat grown at the Borsky Research and Production Complex (56 26′15″ N; 92 54′11″ E) in the forest-steppe zone of the Krasnoyarsk Region, harvested in 2021. The effect of the composition of three nutrient media on the ability of Fusarium fungi to form conidia was studied. Of the three studied media, only the Czapek-Dox medium ensured the formation of conidia in all tested strains, potato sucrose agar is in second place in terms of the abi¬lity to induce conidia formation. Medium № 2 GRM (Saburo) contributed minimally to the formation of conidia. The number of conidia per 1 cm2 of culture varied widely depending on the medium and strain. On the Czapek-Dox nutrient medium, the number of macroconidia varied from 66.4 to 1061.9 thousand per 1 cm2, and the number of microconidia – from 149.3 thousand to 2787.4 thousand per 1 cm2, on potato sucrose agar these values were in the range from 199.1 thousand to 1460.1 thousand per 1 cm2 for macroconidia and from 153.5 thousand to 1791.9 thousand per 1 cm2 for microconidia. On medium № 2 GRM (Saburo) for macro- and microconidia, these limits were from 199.1 thousand to 995.5 thousand per 1 cm2 and from 331.8 thousand to 1791.9 thousand per 1 cm2, respectively. For the strains, neither statistically significant general patterns in the influence of the medium composition on the number of formed conidia, nor significant correlations between the number of conidia were revealed.
wheat grains, fungi of the genus Fusarium, nutrient medium, macroconidia, microconidia, strains, medium № 2 GRM (Saburo), potato sucrose agar, Czapek-Dox medium, nutrient medium composition, ability to induce conidia formation, conidia formation
Введение. Фитопатогенные мицелиальные грибы р. Fusarium (отдел Ascomycota, класс Sordariomycetes, порядок Hypocreales, семейство Nectriaceae) являются одними из наиболее распространенных и вредоносных возбудителей болезней сельскохозяйственных растений. Вызываемые этими грибами заболевания с общим названием «фузариозы» проявляются в виде корневых и стеблевых гнилей, листовых пятнистостей и поражения плодов и семян. На сегодняшний момент среди представителей данного рода известно не менее 150 разновидностей (formae speciales), вызывающих заболевания разных видов однодольных и двудольных растений, включая зерновые, зернобобовые, овощные, масличные и плодово-ягодные культуры. Основным способом распространения возбудителей фузариоза в агроценозах являются споры бесполого размножения (одно- и двуклеточные микроконидии и многоклеточные макроконидии), в несколько меньшей степени – хламидоспоры и мицелий в растительных остатках и посевном материале [1]. Проблема фузариозов обостряется тем, что ряд видов р. Fusarium продуцируют опасные для человека и сельскохозяйственных животных микотоксины, что приводит к снижению качества урожая вплоть до его полной непригодности к использованию для пищевых или кормовых целей [2].
Для борьбы с фитопатогенными представителями р. Fusarium применяют целый спектр агротехнических, химических и биологических методов защиты растений, однако проблема фузариозов остается актуальной для всех сельскохозяйственных регионов планеты, включая территорию Российской Федерации [3–5]. В этой связи во всем мире продолжаются исследования, направленные на совершенствование способов защиты растений от фузариозов. В этих исследованиях широко используются получаемые in vitro конидии грибов р. Fusarium – как для идентификации таксономической принадлежности возбудителей, так и для составления искусственных инфекционных фонов при селекции растений на устойчивость к фузариозу и при разработке методов защиты от заболевания, а также для тестирования чувствительности данных грибов к химическим и биологическим фунгицидам [6–13].
Однако способность представителей р. Fusarium к продуцированию конидий в лабораторных условиях в значительной степени зависит от состава питательной среды [14–17].
В этой связи подбор питательных сред для массового получения конидий грибов р. Fusarium в лабораторных условиях является актуальной задачей.
Цель исследования – изучение влияния различных питательных сред на продуцирование конидий возбудителями фузариоза пшеницы, актуальными для Красноярского края.
Объекты и методы. Объектами исследования служили 11 штаммов Fusarium spp., выделенные автором из корней и зерна пшеницы урожая 2021 г., выращенной на базе УНПК «Борский» (56°26′15″ с. ш. 92°54′11″ в. д.) в лесостепной зоне Красноярского края, различающиеся по своим культурально-морфологическим характеристикам, а также по способности к образованию конидий.
В качестве питательных сред использовали среду № 2 ГРМ (далее среда Сабуро) производства ФБУН ГНЦ ПМБ (панкреатический гидролизат рыбной муки – 10,0 г/л; панкреатический гидролизат казеина – 10,0; дрожжевой экстракт – 2,0; натрия фосфат однозамещенный – 2,0; глюкоза – 40,0; агар – 20 г/л), среду Чапека-Докса (сахароза – 20,0 г/л; нитрат натрия – 2,0; фосфат калия двузамещенный – 1,0; сульфат магния – 0,5; хлорид калия – 0,5; сульфат железа – 0,01; агар – 20 г/л) и картофельно-сахарозный агар (далее среда КСА) (агар – 20,0 г/л, картофель очищенный – 200 г, сахароза – 30 г/л). Изучаемые штаммы высевали на питательные среды в чашки Петри газоном и инкубировали при температуре 24–26 °С в течение 7 сут. По окончании инкубирования проводили смыв с поверхности выросших культур заданным объемом воды и подсчитывали число конидий в полученных суспензиях в камере Горяева с последующим пересчетом числа конидий на 1 см2 культуры [18–20]. Макро- и микроконидии учитывали отдельно.
Статистическую обработку результатов провели с помощью Statistica 10.0.
Результаты и их обсуждение. В наибольшей степени образованию конидий способствовала среда Чапека-Докса. Все 11 штаммов образовали на этой среде конидии, в том числе 10 штаммов сформировали и макро-, и микроконидии, а 1 штамм – только микроконидии. На втором месте по способности индуцировать образование конидий находится среда КСА. На этой среде конидии сформировали 8 штаммов из 11. При этом 6 штаммов образовали как макро-, так и микроконидии, 1 штамм образовал только макроконидии, 1 штамм – только микроконидии. В минимальной степени образованию конидий способствовала среда Сабуро. На этой среде сформировали конидии лишь 5 штаммов из 11, из них 4 штамма образовали и макро-, и микроконидии, а 1 штамм – только микроконидии.
Число конидий на 1 см2 культуры варьировало в широких пределах в зависимости от среды и штамма. В тех случаях, когда макроконидии формировались, их число на среде Чапека-Докса варьировало от 66,4 тыс. до 1061,9 тыс. на 1 см2 в зависимости от штамма, при среднем значении 497,7 тыс. на 1 см2. Для среды КСА размах варьирования составил от 199,1 тыс. до 1460,1 тыс. при среднем значении 692,1 тыс. на 1 см2. На среде Сабуро численность макроконидий на 1 см2 культуры варьировала от 199,1 тыс. до 995,5 тыс. при среднем значении 464,6 тыс. (рис. 1).
В случае формирования микроконидий их число на 1 см2 в зависимости от штамма на среде Чапека-Докса составляло от 149,3 тыс. до 2787,4 тыс. при среднем значении 1093,5 тыс. Для среды КСА размах варьирования числа микроконидий составил от 153,5 тыс. до 1791,9 тыс. при среднем значении 875,2 тыс. на 1 см2. На среде Сабуро численность макроконидий на 1 см2 варьировала от 331,8 тыс. до 1791,9 тыс. при среднем значении 982,2 тыс. (рис. 2).
Суммарное число микро- и макроконидий конидий на среде Чапека-Докса в зависимости от штамма составило от 149,3 тыс. до 2920,1 тыс. при среднем значении 1546,0 тыс., на среде КСА – от 153,5 тыс. до 2322,8 тыс. при среднем значении 1371,4 тыс., и на среде Сабуро – от 398,2 тыс. до 2588,3 тыс. при среднем значении 1353,9 тыс. на 1 см2 культуры (рис. 3).
В тех случаях, когда штаммы образовывали конидии на двух сравниваемых средах, парные двухвыборочные тесты (парный двухвыборочный t-тест для средних, критерий Уилкоксона для связных выборок и критерий знаков) не
выявили статистически значимых различий по суммарному числу микро- и макроконидий, образуемых на разных средах. Не выявлено корреляций между способностью штамма образовывать конидии на среде Чапека-Докса и на КСА, на среде Чапека-Докса и на среде Сабуро, на КСА и среде Сабуро (рис. 4).
Аналогичные результаты получены при анализе способности к образованию штаммом макроконидий на разных средах. Единственное исключение – статистически значимая (p < 0,05) отрицательная (r = –0,998) корреляция между численностью макроконидий на среде КСА и на Сабуро, полученная для трех штаммов, образующих макроконидии на обеих этих средах (рис. 5).
Также не выявлено статистически значимых различий по числу микроконидий, образуемых на разных средах, а также корреляций между способностью штамма образовывать конидии на среде Чапека-Докса и на КСА, на среде Чапека-Докса и на среде Сабуро, на КСА и среде Сабуро (рис. 6).
The number of macroconidia formed by the studied strains on different media, thousand pcs/cm2
(hereinafter: Saburo – medium No. 2 of the GRM (Saburo); KSA – potato-sucrose agar;
Chapeka – Chapeka-Doxa medium)
Рис. 2. Число микроконидий, формируемых изучаемыми штаммами
на разных средах, тыс. шт/см2
The number of microconidia formed by the studied strains on different media, thousand pcs/cm2
Рис. 3. Общее число конидий, формируемых изучаемыми штаммами на разных средах,
тыс. шт/см2
The total number of conidia formed by the studied strains on different media,
thousand pcs/cm2
Рис. 4. Суммарная численность конидий, тыс/см2, образуемых штаммами Fusarium spp.
на разных средах; каждая точка соответствует отдельному штамму (представлены
только штаммы, образующие конидии на обеих сравниваемых средах)
The total number of conidia, thousand/cm2, formed by Fusarium spp strains. on different media;
each point corresponds to a separate strain (only strains forming conidia on both media being
compared are presented)
Рис. 5. Численность макроконидий, тыс/см2, образуемых штаммами Fusarium spp. на разных
средах; каждая точка соответствует отдельному штамму (представлены только штаммы, образующие конидии на обеих сравниваемых средах)
The number of macroconidia, thousand/cm2, formed by Fusarium spp strains. on different media; each point corresponds to a separate strain (only strains forming conidia on both media being compared
are presented)
Рис. 6. Численность микроконидий, тыс/см2, образуемых штаммами Fusarium spp. на разных
средах; каждая точка соответствует отдельному штамму (представлены только штаммы, образующие конидии на обеих сравниваемых средах)
The number of microconidia, thousand/cm2, formed by Fusarium spp strains. on different media; each point corresponds to a separate strain (only strains forming conidia on both media being compared
are presented)
Заключение
- Из трех изученных сред образование конидий у всех протестированных штаммов обеспечила только среда Чапека-Докса. На этой среде 10 штаммов из 11 сформировали как макро-, так и микроконидии, 1 штамм сформировал только микроконидии. На втором месте по способности индуцировать образование конидий находится среда КСА, на которой 8 штаммов из 11 сформировали макро- и/или микроконидии. Минимальную способность индуцировать образование конидий продемонстрировала среда Сабуро, на которой лишь 5 штаммов из 11 сформировали макро- и/или микроконидии.
- В случае, если конидии формируются, их число на 1 см2 культуры варьирует в широких пределах в зависимости от среды и штамма. Для макроконидий размах варьирования составляет от 66,4 тыс. до 1061,9 тыс. на среде Чапека-Докса, от 199,1 тыс. до 1460,1 тыс. на среде КСА, и от 199,1 тыс. до 995,5 тыс. на среде Сабуро в зависимости от штамма. Для микроконидий размах варьирования на среде Чапека-Докса составляет от 149,3 тыс. до 2787,4 тыс., для среды КСА – от 153,5 тыс. до 1791,9 тыс., на среде Сабуро – от 331,8 тыс. до 1791,9 тыс.
- Для штаммов, способных к формированию конидий на разных средах, не выявлено каких-либо статистически значимых общих закономерностей по влиянию состава среды на количество образовавшихся конидий. Не выявлено также статистически значимых корреляций между числом конидий, образуемых штаммами на разных средах.
1. Mirmajlessi SM, editor. Fusarium: An Overview of the Genus. Intechopen, 2022. 112 p.
2. Bakker MG, Brown DW, Kelly AC, et al. Fusarium mycotoxins: A trans-disciplinary overview. Canadian Journal of Plant Pathology. 2018;40(2):161-171. DOI:https://doi.org/10.1080/07060661.2018.1433720. EDN: https://elibrary.ru/YIFPAT.
3. Ekwomadu TI, Mwanza M. Fusarium fungi pathogens, identification, adverse effects, disease mana-gement, and global food security: a review of the latest research. Agriculture. 2023;13(9):1810. DOI:https://doi.org/10.3390/agriculture13091810. EDN: https://elibrary.ru/DYTNTA.
4. Karpenko VN, Golubeva EV, Karpenko SV. Novyj sposob bor'by s fuzariozom. Sel'skohozyajstvennye vesti. 2023;(1):44.
5. Keler VV, Ovsyankina SV, Khizhnyak SV, et al. Preliminary results of field tests of a preparation based on bacillus atrophaeus for biological control of fusarium root rot of wheat. In: Bopp VL, Shmeleva ZhN, editors. Problemy sovremennoj agrarnoj nauki: sbornik trudov konferencii. Kras-noyarsk, 2021. P. 68–70.
6. Moura RD, Monteiro de Castroa LA, Culik MP, et al. Culture medium for improved production of conidia for identification and systematic studies of Fusarium pathogens. Journal of microbiological methods. 2020;173:105915. DOI:https://doi.org/10.1016/j.mimet.2020.105915. EDN: https://elibrary.ru/PBXJUF.
7. Mesterházy Á, Lemmens M, Reid LM. Breeding for resistance to ear rots caused by Fusarium spp. in maize (a review). Plant breeding. 2012;131(1):1-19. DOI:https://doi.org/10.1111/j.1439-0523.2011.01936.x.
8. Li J, Xu X, Ma Y, et al. An improved inoculation method to detect wheat and barley geno-types for resistance to Fusarium crown rot. Plant Disease. 2022;106(4):1122-1127. DOI:https://doi.org/10.1094/pdis-09-21-1871-re. EDN: https://elibrary.ru/SUTWYQ.
9. Sharma S, Cramer CS. Selection Progress for Resistance to Fusarium Basal Rot in Short-Day Onions Using Artificial Inoculation Mature Bulb Screening. Horticulturae. 2023;9(1):99. DOI:https://doi.org/10.3390/horticul¬turae9010099. EDN: https://elibrary.ru/GQGCWC.
10. Khizhnyak SV. The sensitivity of phytopathogenic fungi of genera bipolaris and fusarium to fungicides of different chemical composition. Bulletin of KSAU. 2015;12:3-10. (In Russ.). EDN: https://elibrary.ru/VCGVEZ.
11. Kukushkina KV, Ovsyankina SV, Hizhnyak SV. Chuvstvitel'nost' vozbuditelej gel'mintosporioznoj i fuzarioznoj gnili zernovyh kul'tur v Kansko-Krasnoyarskoj lesostepi k protravitelyam semyan razlich-nogo himicheskogo sostava. AgroEkoInfo: elektronnyj nauchno-proizvodstvennyj zhurnal. 2022. № 2. Available at: http://agroecoinfo.ru/STATYI/2022/2/st_232.pdf. Accessed: 23.04.2024. (In Russ.). DOI:https://doi.org/10.51419/202122232. EDN: https://elibrary.ru/VNQLWD.
12. Khizhnyak SV, Petrushkina SA, Chernov VE. Autochthonous microbial cenosis as a potential source of antagonistic strains for biological struggle against wheat fusarium in biotechnical life support systems. Aviakosmicheskaya i ekologicheskaya medicina. 2020;54(3):84-91. DOI:https://doi.org/10.21687/0233-528X-2020-54-3-84-9. EDN: https://elibrary.ru/LPOYKO.
13. Astapchuk IL, Yakuba GV, Marchenko NA, et al. Evaluation of the influence of various nutrient media the growth of the genus Fusarium link fungi. Plodovodstvo i vinogradstvo Yuga Rossii. 2020;65(5):306-325.
14. Sharma G, Pandey RR. Influence of culture media on growth, colony character and sporulation of fungi isolated from decaying vegetable wastes. Journal of yeast and fungal research. 2010;1(8):157-164.
15. Choudhary S, Bagri RK, Yadav R, et al. Effects of different culture media on the growth and sporulation of Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici causing tomato Wilt. The Pharma Innovation Journal. 2022; 11(4):46-50.
16. Astapchuk IL, Marchenko NA, Yakuba GV, et al. Podbor optimal'noj sredy dlya kul'tivirovaniya Fusarium sporotrichioides Sherb. In: Pashteckij VS, red. Sovremennoe sostoyanie, problemy i perspektivy razvitiya agrarnoj nauki: materialy V mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii. Simferopol': Arial, 2020. P. 17.
17. Sultanova MKh. Power supply effect on growth, development and pathogenic fungi Fusarium oxysporum f. vasinfectum. Doklady Akademii nauk Respubliki Tadzhikistan. 2011;54(10):851-855. EDN: https://elibrary.ru/OPCPCB.
18. Netrusov AI, red. Praktikum po mikrobiologii: uchebnoe posobie. Moscow: Akademiya, 2005. 608 p.
19. Leslie JF, Summerell BA. The Fusarium Laboratory Manual. Australia: Black-well Publishing, 2006. P. 388. DOI:https://doi.org/10.1002/9780470278376. EDN: https://elibrary.ru/SRFUQN.
20. Dudka IA, Vasser SP, Ellanskaya IA, et al.; Bilaj VI, red. Metody eksperimental'noj mikologii: spravochnik. Kiev: Nauk. dumka, 1982. 550 p.
