Микология и фитопатология, 2021, T. 55, № 1, стр. 59-66

Фунгистатическая и индуцирующая активность бензойных кислот в патосистеме “пшеница – Cochliobolus Sativus

Э. В. Попова 1*, Н. М. Коваленко 1**

1 Всероссийский НИИ защиты растений
196608 Санкт-Петербург, Россия

* E-mail: elzavpopova@mail.ru
** E-mail: nadyakov@mail.ru

Поступила в редакцию 13.04.2020
После доработки 15.08.2020
Принята к публикации 19.11.2020

Аннотация

Проведено сравнительное изучение фунгистатической и индуцирующей болезнеустойчивость активностей салициловой (СК), бензойной (БК) и парагидроксибензойной кислот (пГБК) в патосистеме “пшеница – Cochliobolus sativus”. Показано, что экзогенные СК и БК повышают устойчивость растений пшеницы к темно-бурой пятнистости и в концентрации 5 мМ демонстрируют наибольшую индуцирующую активность. Влияние пГБК на устойчивость пшеницы к этому заболеванию менее выражено. Установлено, что иммуномодулирующий эффект экзогенных фенольных соединений связан с их способностью ингибировать каталазу при инфицировании растений, что приводит к накоплению перекиси водорода, необходимой для обезвреживания фитопатогена в тканях и индуцирования защитных реакций клеток. При оценке фунгистатической активности СК, БК и пГБК выявлена прямая связь между концентрацией бензойных кислот и степенью ингибирования роста мицелия гриба С. sativus. Полное подавление роста патогена в течение семи суток культивирования наблюдалось при концентрации в среде СК и БК 10 мМ. Показано, что пГБК в отличие от СК и БК не обладает фунгистатическим эффектом в диапазоне концентраций от 1 до 10 мМ. С повышением концентрации до 60 мМ, пГБК сдерживает рост гриба на 85.7% на 7-е сутки культивирования. Полное ингибирование роста и развития мицелия С. sativus наблюдается при концентрации пГБК в среде 100 мМ, что в 10 раз превышает концентрацию СК и БК для получения такого же эффекта.

Ключевые слова: бензойная кислота, индуцированная болезнеустойчивость, пара-гидроксибензойная кислота, пшеница, салициловая кислота, темно-бурая пятнистость, фунгистатическая активность, Cochliobolus sativus

DOI: 10.31857/S0026364821010104

Список литературы

  1. Abd El-Hai K.M., El-Metwally M.A., El-Baz S.M. et al. The use of antioxidants and microelements for controlling damping-off caused by Rhizoctonia solani and charcoal rot caused by Macrophomina phasoliana on sun flower. Plant Pathol J. 2009. V. 8. P. 79–89. https://doi.org/10.3923/ppj.2009.79.89

  2. Aldesuquy H., Baka Z., Alazab N. Shikimic and salicylic acids induced resistance in Faba Bean plants against Chocolate Spot Disease. J. Plant Pathol. Microb. 2015. V. 6. (257). P. 2–8. https://doi.org/10.4172/2157-7471.1000257

  3. Amborabé B.E., Fleurat-Lessard P., Chollet J.F. et al. Antifungal effects of salicylic acid and other benzoic acid derivatives towards Eutypa lata: structure-activity relationship. Plant Physiol. Biochem. 2002. V. 40. P. 1051–1060.

  4. Bilay V.I. Methods of experimental mycology. Naukova Dumka, Kiev, 1982 (in Russ.).

  5. Catinot J., Buchala A., Abou-Mansour E. et al. Salicylic acid production in response to biotic and abiotic stress depends on isochorismate in Nicotiana benthamiana. FEBS Lett. 2008. V. 582. P. 473–478. https://doi.org/10.1016/j.febslet.2007.12.039

  6. Chen Z., Silva H., Klessig D.F. Active oxygen species in the induction of plant systemic acquired resistance by salicylic acid. Science. 1993. V. 262. P. 1883–1886. https://doi.org/10.1126/science.8266079

  7. Chen Z., Zheng Z., Huang J. et al. Biosynthesis of salicylic acid in plants. Plant Signal. Behav. 2009. V. 4. P. 493–496. https://doi.org/10.4161/psb.4.6.8392

  8. Chong K., Markus A., Rossall S. The susceptibility of different varieties of oil palm seedlings to Ganoderma boninense infection. Pak. J. Bot. 2012. V. 44. P. 2001–2004.

  9. Dempsey D.M.A., Klessig D.F. How does the multifaceted plant hormone salicylic acid combat disease in plants and are similar mechanisms utilized in humans? BMC Biol. 2017. V. 15. (1). P. 15–23. https://doi.org/10.1186/s12915-017-0364-8

  10. Dieryckx C., Gaudin V., Dupuy J. et al. Beyond plant defense: insights on the potential of salicylic and methylsalicylic acid to contain growth of the phytopathogen Botrytis cinerea Front Plant Sci. 2015. V. 6. P. 859. https://doi.org/10.3389/fpls.2015.00859

  11. Elwakil M.A., El-Metwally M.A., Elsherbiny A. et al. Enhancing systemic acquired resistance in cucumber to control root rot and wilt diseases with rReference to yield and quality. Plant Pathology J. 2015. V. 14 (4). P. 223–233. https://doi.org/10.3923/PPJ.2015.223.233

  12. Grant J.J., Loake G.J. Role of reactive oxygen intermediates and cognate redox signaling in disease resistance. Plant Physiol. 2000. V. 124 (1) P. 21–29. https://doi.org/10.1104/pp.124.1.21

  13. Gultyaeva E.I., Shaydayuk E.L., Shipilova N.P. et al. Phytosanitary monitoring of wheat diseases in the Northwest region in 2015. Plant protection and quarantine. 2016. V. 4. P. 29–31 (in Russ).

  14. Hayat S., Ahmad A. Salicylic acid: a plant hormone. Springer, Dordrecht, 2007.

  15. Henry E., Yadeta K.A., Coaker G. Recognition of bacterial plant pathogens: Local, systemic and transgenerational immunity. New Phytol. 2013. V. 199. P. 808–815.

  16. Horvath E., Pal M., Szalai G. et al. Exogenous 4-ydroxybenzoic acid and salicylic acid modulate the effect of short-term drought and freezing stress on wheat plants. Biol. Plant. 2007. V. 51. P. 480–487. https://doi.org/10.1007/s10535-007-0101-1

  17. Hung K.T., Hsu Y.T., Kao C.H. Hydrogen peroxide is involved in methyl jasmonate-induced senescence of rice leaves. Physiol. Plant. 2006. V. 127 (2). P. 293–303. https://doi.org/. 1399-3054.2006.00662.xhttps://doi.org/10.1111/j

  18. Janda T., Gondor O.K., Yordanova R. et al. Salicylic acid and photosynthesis: signaling and effects. Acta Physiol. Plant. 2014. V. 36 (10). P. 2537–2546.

  19. Klessig D.F., Choi H.W., Dempsey D.M.A. Systemic acquired resistance and salicylic acid: past, present, and future. Mol. Plant-Microbe Interact. 2018. V. 31. P. 871–888. https://doi.org/10.1094/MPMI-03-18-0067-CR

  20. Kumar D. Salicylic acid signaling in disease resistance. Plant Sci. 2014. V. 228. P. 127–124. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2014.04.014

  21. Maksimov I.V., Sorokan I.V., Cherepanova E.A. et al. The effect of salicylic and jasmonic acids on the components of the pro / antioxidant system in potato plants during late blight . Plant Physiol. 2011. V. 58 (2). P. 243–251.

  22. Methodical recommendations for testing chemicals for fungicidal activity. Cherkasy, 1990 (in Russ.).

  23. Mikhaylova L.A., Mironenko N.V., Kovalenko N.M. Laboratory methods of cultivation of wheat tan spot causal agent Pyrenophora tritici-repentis in wheat. SPb., 2012 (in Russ.).

  24. Novikov N.N., Tarazanova T.V. Laboratory workshop on plant biochemistry: textbook. Publishing house of the Russian State Agricultural University, Moscow, 2012 (in Russ.).

  25. Plotnikova L.Ya., Shtubei T.Yu. Effect of salicylic and succinic acids on the cytophysiological reactions of wheat infected with brown rust. Cytology. 2009. V. 51 (1). P. 43–53.

  26. Popova E.V., Domnina N.S., Kovalenko N.M. et al. The effect of salicylic acid and vanilline on wheat resistance to Cochliobolus sativus. Mikologiya i fitopatologiya. 2017. V. 51 (3). P. 178–182 (in Russ.).

  27. Qi P.F. Effect of salicylic acid on Fusarium graminearum, the major causal agent of fusarium head blight in wheat. Fungal Biol. 2012. V. 6. P. 413–426. https://doi.org/10.1016/j.funbio.2012.01.001

  28. Rao M.V., Paliyath G., Ormrod D.P. et al. Influence of salicylic acid on H2O2 production, oxidative stress, and H,O-metabolizing enzymes’ salicylic acid-mediated oxidative damage requires H2O2. Plant Physiol. 1997. V. 115. P. 137–149. https://doi.org/10.1104/pp.115.1.137

  29. Sari E., Etebarian H.R. Concentration-dependent effect of salicylic acid application on wheat seedling resistance to take-all fungus Gaeumannomyces graminis var. tritici. Phytoparasitica. 2009. V. 37 (1). P. 67–76.

  30. Senaratna T., Merritt D., Dixon K. et al. Benzoic acid may act as the functional group in salicylic acid and derivatives in the induction of multiple stress tolerance in plants. Plant Growth Regul. 2003. V. 39. P. 77–81. https://doi.org/10.1023/A:1021865029762

  31. Shabana Y.M., Abdel-Fattah G.M., Ismail A.E. et al. Control of brown spot pathogen of rice (Bipolaris oryzae) using some phenolic antioxidants. Braz. J. Microbiol. 2008. V. 39. P. 438–444. https://doi.org/10.1590/S1517-83822008000300006

  32. Shukla A., Dwivedi S.K. Antifungal approach of phenolic compounds against Fusarium durum and Fusarium oxysporum f. sp. ciceri. African J. Agric. Res. 2013. V. 8 (7). P. 596–600. https://doi.org/10.5897/AJAR11.2318

  33. Sircar D., Mitra A. Accumulation of p-hydroxybenzoic acid in hairy roots of Daucus carota: Confirming biosynthetic steps through feeding of inhibitors and precursors. J. Plant Physiol. 2009. V. 166. P. 1370–1380. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2009.02.006

  34. Sorahinobar M., Jahedi A., Safaie N. et al. Dual functional role of salicylic acid against Fusarium; long lasting priming and direct immediate effect. Intl. J. Farm Al. Sci. 2015. V. 4 (5). P. 442–447.

  35. Tarchevsky I.A. Plant cell signaling systems. Moscow, Nauka, 2002 (in Russ.).

  36. Tarchevsky I.A., Yakovleva V.G., Egorova A.M. Salicylate-induced modification of proteomes in plants and induction of the PR group (pathogenesis-related) proteins, in particular chitinases, glucanases and protease inhibitors. Prikladnaya biokhimiya i mikrobiologiya. 2010. V. 46 (3). P. 263–275 (in Russ.).

  37. Teplyakov B.I. Diseases of spring wheat in Western Siberia. Zaschita i karantin rasteniy. 2003. № 1. P. 17–18 (in Russ.).

  38. Tyuterev S.L. Natural and synthetic inducers of plant resistance to disease. VIZR, SPb., 2014 (in Russ.).

  39. Vasyukova N.I., Ozeretskovskaya O.L. Induced plant resistance and salicylic acid (review). Prikladnaya biokhimiya i mikrobiologiya. 2007. V. 43 (4). P. 405–411 (in Russ.). https://doi.org/10.1007/s12088-007-0054-2

  40. Vio-Michaelis S., Apablaza-Hidalgo G., Gómez M. et al. Antifungal activity of three Chilean plant extracts on Botrytis cinerea. Bot. Sci. 2012. V. 90. P. 179–183.

  41. Vlot A.C., Dempsey D.A., Klessig D.F. Salicylic acid, a multifaceted hormone to combat disease. Ann. Rev Phytopathol. 2009. V. 47. P. 177–206. https://doi.org/10.1146/annurev.phyto.050908.135202

  42. Volynets A.P. Phenolic compounds in the life of plants. Minsk, 2013 (in Russ.).

  43. Wang L., Tsuda K., Truman W. et al. CBP60g and SARD1 play partially redundant critical roles in salicylic acid signaling. Plant J. 2011. V. 67. P. 1029–1041. https://doi.org/10.1111/j.1365-313X.2011.04655.x

  44. Wang L.J., Li S.H. Salicylic acid-induced heat or cold tolerance in relation to Ca2+ homeostasis and antioxidant systems in young grape plants. Plant Sci. 2006. V. 170. P. 685–694. https://doi.org/10.1146/annurev.phyto.050908.135202

  45. Yarullina L.G., Troshina N.B., Cherepanova E.G. et al. Salicylic and jasmonic acids in the regulation of the pro-antioxidant status of wheat leaves with Septoria nodorum Berk. infection. Prikladnaya biokhimiya i mikrobiologiya. 2011. V. 47 (5). P. 602–608 (in Russ).

  46. Zakariyya F., Susilo A.W., Santoso T.I. et al. Role of exogenous salicylic acid and benzoic acid applications. Pelita Perkebunan. 2018. V. 33 (3). P. 33–39.

  47. Zhang J., Zhou J.M. Plant immunity triggered by microbial molecular signatures. Molecular Plant. 2010. P. 1–11. https://doi.org/10.1093/mp/ssq035

  48. Zurbriggen M.D., Carrillo N., Hajirezael M.R. Ros signaling in the hypersensitive response. Plant signaling and Behavior. 2010. V. 5. P. 393–396. https://doi.org/10.4161/psb.5.4.10793

  49. Билай В.И. (Bilay) Методы экспериментальной микологии. Киев: Наукова думка, 1982. 275 с.

  50. Васюкова Н.И., Озерецковская О.Л. (Vasiukova, Ozeretskovskaya) Индуцированная устойчивость растений салициловая кислота (обзор) // Прикл. биохимия и микробиология. 2007. Т. 43. № 4. С. 405–411.

  51. Волынец А.П. (Volynets) Фенольные соединения в жизнедеятельности растений. Минск, 2013. 283 с.

  52. Гультяева Е.И., Шайдаюк Е.Л., Шипилова Н.П. и др. (Gyltiaeva et al.) Фитосанитарный мониторинг болезней пшеницы в Северо-западном регионе в 2015 г. // Защита и карантин растений. 2016. № 4. С. 29–31.

  53. Максимов И.В., Сорокань И.В., Черепанова Е.А. и др. (Maksimov et al.) Влияние салициловой и жасмоновой кислот на компоненты про/антиоксидантной системы в растениях картофеля при фитофторозе // Физиология растений. 2011. Т. 58. № 2. С. 243–251.

  54. Методические рекомендации по испытанию химических веществ на фунгицидную активность (Methodic recommendations). Черкассы: ВНИИ ХСЗР, 1990. 68 с.

  55. Михайлова Л.А., Мироненко Н.В., Коваленко Н.М. (Mikhailova et al.) Желтая пятнистость пшеницы. Методические указания по изучению популяций возбудителя желтой пятнистости Pyrenophora tritici-repentis и устойчивости сортов. СПб., 2012. 56 с.

  56. Новиков Н.Н., Таразанова Т.В. (Novikov, Tarazanova) Лабораторный практикум по биохимии растений: Учебное пособие. М.: Издательство РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, 2012. 97 с.

  57. Плотникова Л.Я., Штубей Т.Ю. (Plotnikova, Shtubei) Влияние салициловой и янтарной кислот на цитофизиологические реакции пшеницы, инфицированной бурой ржавчиной // Цитология. 2009. Т. 51. № 1. С. 43–53.

  58. Попова Э.В., Коваленко Н.М., Сокорнова C.В. и др. (Popova et al.) Влияние салициловой кислоты и ванилина на устойчивость пшеницы к возбудителю темно-бурой пятнистости Cochliobolus sativus // Микология и фитопатология. 2017. Т. 51. № 3. С. 178–182.

  59. Тарчевский И.А. (Tarchevskiy) Сигнальные системы клеток растений. М.: Наука, 2002. 294 с.

  60. Тарчевский И.А., Яковлева В.Г., Егорова А.М. (Tarchevskiy et al.) Салицилат-индуцированная модификация протеомов у растений и индукции группы РR (pathogenesis-related)-белков, в частности, хитиназы, глюканазы и ингибиторов протеаз // Прикл. биохимия и микробиология. 2010. Т. 46. № 3. С. 263–275.

  61. Тепляков Б.И. (Tepliakov) Болезни яровой пшеницы в Западной Сибири // Защита и карантин растений. 2003. № 1. С. 17–18.

  62. Тютерев С.Л. (Tyuterev) Природные и синтетические индукторы устойчивости растений к болезням. СПб.: ВИЗР, 2014. 212 с.

  63. Яруллина Л.Г., Трошина Н.Б., Черепанова Е.Г. и др. (Yarullina et al.) Салициловая и жасмоновая кислоты в регуляции про-антиоксидантного статуса листьев пшеницы при инфицировании Septoria nodorum Berk. // Прикладная биохимия и микробиология. 2011. Т. 47. № 5. С. 602–608.

Дополнительные материалы отсутствуют.