Αξιολόγηση της φυτοπροστατευτικής ικανότητας βακτηριακών στελεχών απομονωμένων από αλόφυτα έναντι σημαντικών φυτοπαθογόνων των κηπευτικών καλλιεργειών
Φόρτωση...
Ημερομηνία
2025-10-07
Συγγραφείς
Τίτλος Εφημερίδας
Περιοδικό ISSN
Τίτλος τόμου
Εκδότης
ΕΛΜΕΠΑ, Σχολή Γεωπονικών Επιστημών (ΣΓΕΠ), ΠΜΣ Εφαρμοσμένη Επιστήμη και Τεχνολογία στη Γεωπονία
Επιβλέπων
Περίληψη
Η γεωργική παραγωγή ταλανίζεται από πληθώρα βιοτικών και αβιοτικών παραγόντων οι οποίοι προκαλούν σημαντικές οικονομικές απώλειες παγκοσμίως. Προκειμένου να διασφαλιστεί η ετήσια παραγωγή εφαρμόζονται μεγάλες ποσότητες αγροχημικών γεγονός που επιφέρει δυσμενείς επιδράσεις τόσο στο περιβάλλον όσο και στην ασφάλεια των παραγόμενων τροφίμων. Ταυτόχρονα, οι επικείμενοι Ευρωπαϊκοί περιορισμοί για την χρήση αγροχημικών καθιστούν επιτακτική ανάγκη εύρεσης εναλλακτικών μεθόδων διαχείρισης. Η βιολογική αντιμετώπιση των ασθενειών αναδύεται ως μια εναλλακτική, αποτελεσματική και ταυτόχρονα βιώσιμη στρατηγική. Κεφάλαιο της βιολογικής αντιμετώπισης αποτελεί η αξιολόγηση του ενδοφυτικού μικροβιώματος από αλόφυτα. Πληθώρα μελετών έχει διερευνήσει τις ευεργετικές επιδράσεις των ενδοφυτικών μικροοργανισμών έναντι σημαντικών φυτοπαθογόνων.
Οι ασθένειες των κηπευτικών προκαλούν σημαντικές οικονομικές απώλειες παγκοσμίως. Ο βοτρύτης (Botrytis cinerea), ο περονόσπορος (Phytophthora infestans) και η βερτισιλλίωση (Verticillium dahliae) αποτελούν τρεις από τις πλέον σημαντικές ασθένειες που επηρεάζουν την καλλιέργεια των κηπευτικών υποβαθμίζοντας την ποιότητα και την ποσότητα των παραγόμενων τροφίμων. Οι δομές διαχείμασης, ο βιολογικός κύκλος και η επιδημιολογία των παραπάνω ασθενειών καθιστούν την διαχείριση τους εξαιρετικά δύσκολη υπόθεση. Η αντιμετώπιση των ασθενειών αυτών αναμένεται να γίνει ακόμη δυσκολότερη, με την επικείμενη απόσυρση αποτελεσματικών δραστικών χημικών ενώσεων.
Στα πλαίσια της παρούσας μεταπτυχιακής διατριβής αξιολογήθηκε η κατασταλτική δράση 173 ενδοφυτικών βακτηριακών στελεχών απομονωμένων από Κρητικά αλόφυτα έναντι των παθογόνων B. cinerea, P. infestans και V. dahliae. Ειδικότερα, πραγματοποιήθηκε μια προκαταρκτική in-vitro αξιολόγηση κατά την οποία επιλέχθηκαν τα 20 πιο αποτελεσματικά στελέχη για κάθε παθοσύστημα. Στη συνέχεια, ακολούθησε διεξοδικότερη in-vitro αξιολόγηση τόσο με δοκιμές αντιπαραβολής όσο και με δοκιμές πτητικών προκειμένου να ελεγχθεί η επίδραση των στελεχών στην ανάπτυξη, στη παραγωγή κονιδίων, στο πάχος υφών και στον σχηματισμό μυκηλιακών δομών των φυτοπαθογόνων. Τα πιο αποτελεσματικά στελέχη αξιολογήθηκαν σε in-planta ή/και in-vivo βιοδοκιμές προκειμένου να διερευνηθεί η φυτοπροστατευτική τους ικανότητα. Επιπρόσθετα, πραγματοποιήθηκε λήψη φασματικών δεδομένων με την χρήση της υπερφασματικής κάμερας PhenoCheck ως μια επιπρόσθετη παράμετρος αξιολόγησης των ασθενειών του ενδιαφέροντος. Από τα φασματικά δεδομένα υπολογίστηκαν οι δείκτες βλάστησης NDVI, CVI, NPCI, GNDVI, PSRI, TVI και EVI, προκειμένου να εντοπιστούν τυχόν διαφορές μεταξύ των επεμβάσεων στους επιμέρους δείκτες.
Από τα αποτελέσματα της παρούσας μεταπτυχιακής διατριβής προέκυψε ότι για το παθογόνο B. cinerea, 30 στελέχη εμφάνισαν αποτελεσματική παρεμποδιστική δράση κατά την προκαταρκτική αξιολόγηση. Από την διεξοδικότερη in-vitro αξιολόγηση προέκυψε ότι 9 στελέχη είχαν κατασταλτική δράση, τα οποία επιλέχθηκαν και αξιολογήθηκαν περεταίρω σε in-planta βιοδοκιμές. Από τις in-planta βιοδοκιμές προέκυψε ότι 1 στέλεχος μείωσε σημαντικά την εκδήλωση των συμπτωμάτων του βοτρύτη σε φυτά ενώ 8 στελέχη παρείχαν αποτελεσματική προστασία σε καρπούς τομάτας. Το αποτέλεσμα αυτό επιβεβαιώθηκε και με την ανάλυση των φασματικών δεδομένων όπου η αποτελεσματική επέμβαση στα φυτά τομάτας (SAR128) επέδειξε στατιστικές διαφορές σε σύγκριση με το θετικό μάρτυρα και με τις μη αποτελεσματικές επεμβάσεις, σε 4 από τους δείκτες βλάστησης που εξετάστηκαν (NDVI, GNDVI, TVI και EVI). Όσον αφορά στο παθογόνο P. infestans, 61 στελέχη εμφάνισαν αποτελεσματική παρεμποδιστική δράση κατά την προκαταρκτική αξιολόγηση. Από την διεξοδικότερη in-vitro αξιολόγηση προέκυψε ότι 13 στελέχη είχαν κατασταλτική δράση, τα οποία επιλέχθηκαν να αξιολογηθούν σε in-vivo βιοδοκιμές. Από τις in-vivo βιοδοκιμές προέκυψε ότι 6 στελέχη μείωσαν την εκδήλωση συμπτωμάτων του περονοσπόρου σε φυλλάρια τομάτας. Τέλος, όσον αφορά στο παθογόνο V. dahliae, 66 βακτηριακά στελέχη εμφάνισαν σημαντική παρεμποδιστική δράση κατά την προκαταρκτική αξιολόγηση. Από την διεξοδικότερη in-vitro αξιολόγηση προέκυψε ότι 15 στελέχη είχαν κατασταλτική δράση, τα οποία επιλέχθηκαν να αξιολογηθούν σε in-planta βιοδοκιμές. Από τις in-planta βιοδοκιμές προέκυψε ότι 1 στέλεχος μείωσε την εκδήλωση συμπτωμάτων της βερτισιλλίωσης σε φυτά μελιτζάνας και 2 σε φυτά τομάτας. Τα αποτελέσματα επιβεβαιώθηκαν και από την ανάλυση των φασματικών δεδομένων καθώς η αποτελεσματική επέμβαση στα φυτά μελιτζάνας (SAR120) επέδειξε στατιστικές διαφορές σε 5 από τους δείκτες βλάστησης που αναλύθηκαν (GNDVI, NDVI, NPCI, PSRI και EVI). Στα φυτά τομάτας, οι αποτελεσματικές επεμβάσεις (SAR60 και SAR160) επέδειξαν στατιστικές διαφορές σε σύγκριση με τους θετικούς μάρτυρες και με τις μη αποτελεσματικές επεμβάσεις, σε 4 από τους δείκτες βλάστησης που αναλύθηκαν (NDVI, NPCI, TVI, EVI).
Συμπερασματικά, τα αποτελέσματα της παρούσας μεταπτυχιακής διατριβής αναδεικνύουν τα ενδοφυτικά βακτηριακά στελέχη ως ένα εναλλακτικό εργαλείο διαχείρισης των φυτοπαθογόνων των κηπευτικών καλλιεργειών. Ωστόσο, είναι απαραίτητο να πραγματοποιηθούν μελλοντικές μελέτες που να στοχεύουν στη διερεύνηση των μηχανισμών δράσης των κατασταλτικών στελεχών αλλά και στη δυνατότητά τους να παρέχουν αποτελεσματική προστασία στις καλλιέργειες υπό συνθήκες πεδίου.
Agricultural crops are affected by several biotic and abiotic factors, leading to significant economic losses. To protect annual production, large amounts of chemicals are commonly applied, resulting in adverse effects on both the environment and food safety. Furthermore, European legislation and restrictions on chemical use arise an urgent need for alternative disease management methods. Biological control emerges as an alternative, effective, and sustainable alternative strategy. A basic perspective of biological control involves the assessment of endophytic microbiome from halophytes, that can potentially provide sufficient resistance of crops against biotic and abiotic stresses. Therefore, numerous studies have explored the beneficial responses of endophytic microorganisms against major plant pathogens. Vegetable diseases cause substantial economic losses worldwide. Botrytis cinerea, Phytophthora infestans, and Verticillium dahliae are three of the most significant pathogens affecting vegetable cultivation, compromising the production in terms of quality and quantity. The resistant resting structures, complicated disease cycle and epidemiology of these diseases along with the lack of effective chemical treatments make disease management extremely challenging. Their control is expected to become even more difficult with the further impending withdrawal of chemical formulations. In the present study, the antagonistic activity of 173 endophytic bacterial strains isolated from Cretan halophytes against B. cinerea, P. infestans, and V. dahliae was evaluated preliminarily. Subsequently, in-vitro screening was conducted by selecting the 20 most effective bacterial strains in each pathosystem. In particular, a more thorough in-vitro evaluation was performed using both confrontation and volatiles assays to assess the effect of bacterial strains on pathogen growth rate, sporulation, hyphae width and formation of mycelial resting structures. The most effective bacterial strains were further evaluated in in-planta bioassays to evaluate their plant-protective capacity. Several disease (i.e. disease incidence, severity, relative AUDPC, pathogen biomass) and plant growth (i.e. plant height, fresh weight) parameters were taken into account. Additionally, hyperspectral data were collected using the PhenoCheck hyperspectral digital camera as an additional plant indicator. From hyperspectral data, vegetation indices such as NDVI, CVI, NPCI, GNDVI, PSRI, TVI, and EVI were calculated and analyzed to identify differences between treatments. The results of the present study indicate that 30 bacterial strains exhibited effective inhibition against B. cinerea in the preliminary assessment. Data derived from thorough in-vitro evaluation, showed that 9 bacterial strains had significant suppressive effect, thus, they were screened furtherly in in-planta bioassays. In the in-planta bioassays, 1 bacterial strain reduced Grey mold symptoms in tomato plants and 8 in tomato fruits. These findings are supported by the analysis of spectral data, with the effective treatment on tomato plants (SAR128) showing significant differences in 4 vegetation indices (NDVI, GNDVI, TVI and EVI) compared to the positive control and the non-effective treatments. Regarding P. infestans, 61 bacterial strains exhibited effective inhibition of mycelial growth in the preliminary in-vitro screening. From those, 13 bacterial strains were effective in thorough in-vitro evaluation, thus, they were used in thorough in-vivo bioassays. In in-vivo bioassays, 6 bacterial strains reduced late blight symptoms in tomato leaves. Finally, in respect of V. dahliae, 66 bacterial strains inhibited the fungus significantly in-vitro preliminarily, whereas 15 strains showed significant suppressive activity in thorough in-vitro assays. In the in-planta bioassays, 1 bacterial strain reduced verticillium wilt symptoms significantly in eggplant and 2 in tomato plants. These results are supported by the analysis of spectral data, with the effective treatments on eggplants (SAR120) showing significant differences in 5 vegetation indices (GNDVI, NDVI, NPCI, PSRI and EVI). Likewise, the effective treatments on tomato plants (SAR60 and SAR160) demonstrated significant differences in 4 vegetation indices (NDVI, NPCI, TVI, EVI) compared to the positive controls and the non-effective treatments. In conclusion, results of the present study indicate that endophytic bacterial strains can be a sustainable solution to manage diseases of vegetable crops efficiently. However, future studies are needed to investigate the potential modes of action at the physiological and molecular level. Moreover, the most promising bacterial strains should also be screened under field conditions to test their plant protective activity in practice.
Agricultural crops are affected by several biotic and abiotic factors, leading to significant economic losses. To protect annual production, large amounts of chemicals are commonly applied, resulting in adverse effects on both the environment and food safety. Furthermore, European legislation and restrictions on chemical use arise an urgent need for alternative disease management methods. Biological control emerges as an alternative, effective, and sustainable alternative strategy. A basic perspective of biological control involves the assessment of endophytic microbiome from halophytes, that can potentially provide sufficient resistance of crops against biotic and abiotic stresses. Therefore, numerous studies have explored the beneficial responses of endophytic microorganisms against major plant pathogens. Vegetable diseases cause substantial economic losses worldwide. Botrytis cinerea, Phytophthora infestans, and Verticillium dahliae are three of the most significant pathogens affecting vegetable cultivation, compromising the production in terms of quality and quantity. The resistant resting structures, complicated disease cycle and epidemiology of these diseases along with the lack of effective chemical treatments make disease management extremely challenging. Their control is expected to become even more difficult with the further impending withdrawal of chemical formulations. In the present study, the antagonistic activity of 173 endophytic bacterial strains isolated from Cretan halophytes against B. cinerea, P. infestans, and V. dahliae was evaluated preliminarily. Subsequently, in-vitro screening was conducted by selecting the 20 most effective bacterial strains in each pathosystem. In particular, a more thorough in-vitro evaluation was performed using both confrontation and volatiles assays to assess the effect of bacterial strains on pathogen growth rate, sporulation, hyphae width and formation of mycelial resting structures. The most effective bacterial strains were further evaluated in in-planta bioassays to evaluate their plant-protective capacity. Several disease (i.e. disease incidence, severity, relative AUDPC, pathogen biomass) and plant growth (i.e. plant height, fresh weight) parameters were taken into account. Additionally, hyperspectral data were collected using the PhenoCheck hyperspectral digital camera as an additional plant indicator. From hyperspectral data, vegetation indices such as NDVI, CVI, NPCI, GNDVI, PSRI, TVI, and EVI were calculated and analyzed to identify differences between treatments. The results of the present study indicate that 30 bacterial strains exhibited effective inhibition against B. cinerea in the preliminary assessment. Data derived from thorough in-vitro evaluation, showed that 9 bacterial strains had significant suppressive effect, thus, they were screened furtherly in in-planta bioassays. In the in-planta bioassays, 1 bacterial strain reduced Grey mold symptoms in tomato plants and 8 in tomato fruits. These findings are supported by the analysis of spectral data, with the effective treatment on tomato plants (SAR128) showing significant differences in 4 vegetation indices (NDVI, GNDVI, TVI and EVI) compared to the positive control and the non-effective treatments. Regarding P. infestans, 61 bacterial strains exhibited effective inhibition of mycelial growth in the preliminary in-vitro screening. From those, 13 bacterial strains were effective in thorough in-vitro evaluation, thus, they were used in thorough in-vivo bioassays. In in-vivo bioassays, 6 bacterial strains reduced late blight symptoms in tomato leaves. Finally, in respect of V. dahliae, 66 bacterial strains inhibited the fungus significantly in-vitro preliminarily, whereas 15 strains showed significant suppressive activity in thorough in-vitro assays. In the in-planta bioassays, 1 bacterial strain reduced verticillium wilt symptoms significantly in eggplant and 2 in tomato plants. These results are supported by the analysis of spectral data, with the effective treatments on eggplants (SAR120) showing significant differences in 5 vegetation indices (GNDVI, NDVI, NPCI, PSRI and EVI). Likewise, the effective treatments on tomato plants (SAR60 and SAR160) demonstrated significant differences in 4 vegetation indices (NDVI, NPCI, TVI, EVI) compared to the positive controls and the non-effective treatments. In conclusion, results of the present study indicate that endophytic bacterial strains can be a sustainable solution to manage diseases of vegetable crops efficiently. However, future studies are needed to investigate the potential modes of action at the physiological and molecular level. Moreover, the most promising bacterial strains should also be screened under field conditions to test their plant protective activity in practice.
Περιγραφή
Λέξεις-κλειδιά
Αλόφυτα, Ενδοφυτικά βακτήρια, Υπερφασματική απεικόνιση, Φυτοπροστασία, Halophytes, Endophytic bacteria, Hyperspectral imaging, Plant protection