Комплексный подход к ранней диагностике болезнеустойчивости хлопчатника

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Исследованы функциональные особенности реализации защитных реакций хлопчатника к наиболее опасным заболеваниям – вертициллезному и фузариозному вилту, гуммозу и корневой гнили. Эффективность реакции сверхчувствительности инфицированных фитопатогенами тканей хлопчатника контролировали методами наблюдения за продвижением и величиной зоны флуоресцирующих веществ и определения количества в них токсических для возбудителей болезней соединений – фитоалексинов. Инфицированние хлопчатника Verticillium dahliae и Fusarium oxysporum уже в первые дни инкубации приводило к ярко-голубой флуоресценции, которая распространялась вверх по направлению к точке роста опытных растений, а у хлопчатника, зараженного Xanthomonas malvacearum и Rhizoctonia solani окраска флуоресцирующих зон имела менее интенсивный характер и скорость распространения по тканям растений, особенно на начальных стадиях латентного периода была значительно меньше. Кроме того, содержание постинфекционных ингибиторов в тканях ксилемных сосудов хлопчатника, инфицированного гуммозом и корневой гнилью, фиксировалось на значительно меньшем уровне по сравнению с опытными растениями, зараженными фузариозным и вертициллезным вилтом. На 20-й день инкубации отмечено значительное повышение общего содержания фитоалексинов у опытных растений хлопчатника, зараженных корневой гнилью и гуммозом, однако количество основного фитоалексина – изогемигоссипола в тканях этих растений достигало лишь 50% величины от уровня образцов, зараженных фузариозным и вертициллезным вилтом. Сравнительный анализ влияния изученных патогенов на интенсивность реакции сверхчувствительности и параметры индукции флуоресценции хлорофилла свидетельствуют о возможности применения данных методов на начальных этапах инкубационного периода в зараженных тканях растений для ранней диагностики болезнеустойчивости хлопчатника. Установление положительной корреляции между результатами флуоресцентного анализа и показателями эффективности реакции сверхчувствительности указывают на целесообразность комплексного подхода при оценке устойчивости хлопчатника к болезнетворным организмам.

Об авторах

И. Г. Аkhmedzhanov

Институт биофизики и биохимии при Национальном Университете Узбекистана

Email: iskakhm@mail.ru
Ташкент, Узбекистан

М. М. Khotamov

Институт генетики и экспериментальной биологии растений АН РУз

Email: mansurhatamov@mail.ru
Верхний Юз, Узбекистан

Список литературы

  1. Adamakis I. D.S., Sperdouli I., Hanć A. et al. Rapid hormetic responses of photosystem II photochemistry of clary sage to cadmium exposure. Int. J. Mol. Sci. 2021. V. 22. P. 1–21. https://doi.org/10.3390/ijms22010041
  2. Ahmed S., Kovinich N. Regulation of phytoalexin biosynthesis for agriculture and human health. Phytochemistry Rev. 2021. https://doi.org/10.1007/s11101–020–09691–8
  3. Ahuja I., Kissen R., Bones A. M. Phytoalexins in defense against pathogense. Trends Plants Sci. 2012. V. 17 (2). P. 73–90.
  4. Akhmedzhanov I. G., Agishev V. S., Dzholdasova K. B. et al. The use of a portable fluorimeter to study the effect of water deficit on the characteristics of delayed fluorescence of cotton leaves. Doklady Akademii nauk Uzbekistana. 2013. N3. P. 58–60. (In Russ.).
  5. Arruda R. L., Paz A. T.S., Bara M. T.F. et al. An approach on phytoalexins: function, characterization and biosynthesis in plants of the family Poaceae. Ciencia Rural. 2016. V. 46 (7). P. 1206–1216.
  6. Avazkhodzhaev M., Zeltzer S. S., Nuritdinova H., Raviprakashi G. D. Phytoalexins as a factor in Wilt Resistance of Cotton. In: Handbook of phytoalexin metabolism and action. Marcel Dekker Inc., N.Y.; Basel, 1995, pp. 129–160.
  7. Avazkhodzhaev M., Zeltser S. S. Physiological factors of cotton wilt resistance. FAN, Tashkent, 1980. (In Russ.).
  8. Avazkhodzhaev M., Agaev G. M. The informativeness of the hypersensitivity reaction in the functioning of immunological control in cotton. Uzbek. biol. zh. 2005. № 5. P. 30–34. (In Russ.).
  9. Babar A., Saleem M., Khan M. B. et al. Early detection of stripe rust infection in wheat using light-induced fluorescence spectroscopy. Photochem. Photobiol. Sci. 2023. V. 1. P. 115–134. https://doi.org/10.1007/s43630-022-00303-2
  10. Babar M. A., Saleem M., Hina A. et al. Chlorophyll as bioma- rker for early disease diagnosis. Laser Physics. 2018. V. 28 (6). P. 58–63.
  11. Belov M. L., Fedotov Yu.V., Bullo O. A. et al. Laser fluorescence diagnostics of plant conditions. Moscow State Technical University, Moscow, 2017. (In Russ.).
  12. Cardoni M., Quero J. L., Villar R. et al. Physiological and structural responses of olive leaves related to tolerance/susceptibility to Verticillium dahliae. Plants. 2022. V. 11 (17). P. 2302–2321. https://doi.org/10.3390/plants11172302
  13. Chilakala A. R., Mali K. V., Irulappan V. et al. Combined drought and heat stress influences the root water relation and determine the dry root rot disease development under field conditions: A study using contrasting chickpea genotypes. Front. Plant Sci. Sec. Plant Abiotic Stress. 2022. V. 13. https://doi.org/10.3389/fpls.2022.890551
  14. Dospekhov B. A. Field experiment technique (with the basics of statistical processing of research results). Agropromizdat, Moscow, 1985. (In Russ.).
  15. Gulmurodova S., Sattarova R., Avazov S. et al. Fungal diseases of cotton and measures against them. Society and innovations. 2020. V.1 (1). P. 39–45. https://inscience.uz/index.php/socinov/index
  16. Gupta A., Hisano H., Hojo Y. et al. Global profiling of phytohormone dynamics during combined drought and pathogen stress in Arabidopsis thaliana reveals ABA and JA as major regulators. Scientific Rep. 2020. V. 7 (1). P. 1–13.
  17. Gurova T. А., Chesnochenko N. E. Chlorophyll fluorescence of wheat leaves when infected with Bipolaris sorokiniana, chloride salinity and seed hyperthermia. Siberian Herald of Agricultural Science. 2023. V. 52 (6). P. 12–28. (In Russ.).
  18. Hammerschmidt R. Phytoalexins: What have we learned after 60 years? Ann. Rev. Phytopathol. 1999. N37. P. 285–306.
  19. Heath M. C. Hypersensitive response-related death. Plant Molec. Biol. 2000. V. 44. P. 321–334.
  20. Karademira E., Karademira Ç., Ekincia R. et al. Effect of Verticillium dahliae Kleb on cotton yield and fiber technological properties. Int. J. Plant Prod. 2012. V. 6 (4). P. 1735–6814.
  21. Khan М. А. Laboratory guide for bacterial plant pathology. University of Agriculture, Faisalabad, 2012.
  22. Khasanov В. А. Cotton wilt and current identification methods of identification of Fusarium spp. Publishing House of Tashkent State Agrarian University, 2017. (In Russ.).
  23. Khotamov M. M., Agishev V. S., Akhmedzhanov I. G. Influence of Verticillium wilt infection on the functional activity of the cotton photosynthetic apparatus. Mikologiya i fitopatologiya. 2020. V. 54 (5). P. 340–346.
  24. Khotamov M. M., Akhmedzhanov I. G. Study of Verticillium wilt pathogenesis in different cotton genotypes. Mikologiya i fitopatologiya. 2021. V. 55 (2). P. 148–154.
  25. Khotamov M. M., Redzhapova M. M. Resistance of the variety diversity Gossypium hirsutum L. species to Verticillium wilt. Int. J. Innovative Research in Multidisciplinary Field. 2019. V. 5 (5). P. 78–80.
  26. Kiran S., Elliatoglu S. S., Ustun A. S. et al. Phytoalexin accumulations in the callus culture of two eggplant genotypes by using Verticillium dahliae Kleb. Elicitor. Int. Forestry Horticult. 2017. V. 3 (3). P. 1–8.
  27. Konan Y. K.F., Kouassi K. M., Kouakou K. L. et al. Effect of methyl jasmonate on phytoalexins biosynthesis and induced disease Resistance to Fusarium oxysporum f. sp. vasinfectum in cotton (Gossypium hirsutum L.). Int. J. Agron. 2014. https://doi.org/10.1155/2014/806439
  28. Kuc J. Phytoalexins. Stress metabolism and disease resistance in plants. Ann. Rev. Phytopathol. 1995. N33. P. 275–297.
  29. Liu Z., Wang J., Luo S. et al. Effects of Xanthomonas campestris pv. campestris on the photosynthesis of cabbage in the early stage of infection. Scientia Horticulturae. 2024. V. 324 (2). 112620. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2023.112620
  30. Matorin D. N., Timofeev N. P., Batakov A. D. et al. Toxic effect of ciprofloxacin on the photosynthesis reactions in microalga Scenedesmus quadricauda (Turp.) Bréb. Theor. Appl. Ecol. 2024. N1. P. 150–155.
  31. Metlitskiy L. V., Ozeretskovskaya O. L. How plants protect themselves from diseases. Moscow, 2018. (In Russ.).
  32. Nesterenko T. V., Shikhov V. N., Tikhomirov A. A. Fluorescent method for determining the reactivity of the photosynthetic apparatus of plant leaves. Journal of General Biology. 2019. V. 80 (3). P. 187–199.
  33. Pascual I., Azcona I., Morales F. et al. Photosynthetic response of pepper plants to wilt induced by Verticillium dahliae and soil water deficit. J. Plant Physiol. 2010. V. 167 (9). P. 701–708.
  34. Pedras M. S.C., Chumala P. B., Jin W. et al. The phytopathogenic fungus Alternaria brassicicola: phytotoxin production and phytoalexin elicitation. Phytochemistry. 2009. V. 70. P. 394–402.
  35. Pontier D. The hypersensitive response. A programmed cell death associated with plant resistance. C. R. Acad. Sci. J. 1998. V. 321 (9). P. 721–734. https://doi.org/10.1016/s0764-4469(98)80013-9
  36. Posudin Yu.I., Godlevska O. O., Zaloilo I. A. et al. Application of portable fluorometer for estimation of plant tolerance to abiotic factors. Int. Agrophysics. 2010. V. 24 (4). P. 363–368.
  37. Sharma I., Thakur A., Sharma A. et al. Phytoalexins: implications in plant defense and human health. In: Plant secondary metabolites. 2022. P. 329–353. https://doi.org/10.1007/978-981-16-4779-6_10
  38. Shucla P. K., Mishra P., Mishra N. A prospective study on emerging roles of phytoalexins in plant protection. Int. J. Pharma Biol. Sci. 2019. V. 10 (3). P. 186–198.
  39. Sinha R., Irulappan V., Patil B. S. et al. Low soil moisture predisposes field-grown chickpea plants to dry root rot disease: evidence from simulation modeling and correlation analysis. Sci. Rep. 2021. V. 11. 6568. https://doi.org/10.1038/s41598-021-85928-6
  40. Thakur A., Verma S., Reddy P. V., Sharma D. Hypersensitive responses in plants. Agricultural Rev. 2019. V. 40 (2). P. 113–120. https://doi.org/10.18805/ag.R-1858
  41. Tian X., Ruan J., Huang J. et al. Gossypol: phytoalexin of cotton. Sci. China Life Sci. 2016. V. 59 (2). P. 122–129.
  42. Tiku A. R. Antimicrobial compound (phytoanticipins and phytoalexins) and their role in plant defense. In: J. M. Merlion, K. Ramawat (eds). Co-evolution of secondary metabolites. Reference series in phytochemistry. Springer, Cham, 2020, pp. 845–868.
  43. Авазходжаев М., Зельцер С. С. (Avazkhodzhaev, Zeltser) Физиологические факторы устойчивости хлопчатника к вилту. Ташкент: ФАН, 1980. 22 c.
  44. Авазходжаев М., Агаев Г. М. (Avazkhodzhaev, Agaev) Информативность реакции гиперчувствительности в функционировании иммунологического контроля у хлопчатника // Узб. биол. журн. 2005. № 5. С. 30–34.
  45. Ахмеджанов И. Г., Агишев В. С., Джолдасова К. Б. и др. (Akhmed- zhanov et al.) Использование портативного флуориметра для изучения влияния водного дефицита на характеристики замедленной флуоресценции листьев хлопчатника // Докл. Акад. наук Узбекистана. 2013. № 3. С. 58–60.
  46. Белов М. Л., Федотов Ю. В., Булло О. А. и др. (Belov et al.) Лазерная флуоресцентная диагностика состояния растений. М.: МГТУ им. М. Э. Баумана, 2017. 56 с.
  47. Гурова Т. А., Чесноченко Н. Е. (Gurova, Chesnochenko) Флуоресценция хлорофилла листьев пшеницы при поражении Bipolaris sorokiniana, хлоридном засолении и гипертермии семян // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2023. Т. 52. № 6. С. 12–28.
  48. Доспехов Б. А. (Dospekhov) Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). М.: Агропромиздат, 1985. 360 с.
  49. Метлицкий Л. В., Озерецковская О. Л. (Metlitskiy, Ozeretskovskaya) Как растения защищаются от болезней. М.: URSS, 2018. 192 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025