CC BY
41
The aseptic conditions for obtaining viable explants of three species and one cultivar of the genus Salix L. isolated from donor plants in different phenophase were established. The optimum composition of the culture media for microclonal propagation, rooting and receiving regenerant plants was selected. The biotechnology of microclonal propagation of abovementi-oned plants, including the selection of the culture media components for various genotypes, stages and explants types, was developed. A significant number of in vitro regenerants for a different purposeful use were obtained by using activation of growth of existing explants meristem and by means of direct and indirect morphogenesis.
Keywords: Salix L., culture in vitro, explants, micropropagation, callus, basal medium, regenerant plants.
УДК 630 *[44+17]:582.832.1(477.42)
БАКТЕР1АЛЬН1 ХВОРОБИ БЕРЕЗОВИХ НАСАДЖЕНЬ В УКРАШ1 ТА СВ1Т1 (ТЕОРЕТИКО-ПРИКЛАДН1 ОСОБЛИВОСТ1) М.В. Швець1'2
Здшснено пор1вняння патогенно! ди бактерюзу в широких дiапазонах еколопчних ареалш у рiзних люорослинних умовах - зокрема на територи Укра!ни, Казахстану, рес-публши Бшорусь, Адиге!, Татарстану, европейсько! частини Росшсько! Федераци, Кавказу, Сибiру, В'етнаму, Чехи, США. Наведено власнi результати видiлення фггопато-генних бактерш з уражених бактерiальною водянкою зразюв берези повисло!. Стушнь виявлення iнфекцi!' шд час штучного заражения чiтко виражена штамом бактерш Е.т-т1ргеяяигаНя. Як показали лабораторш дослiдження, бактери уражали луб, камбш та су-динну систему берези. Описано культурально-морфологiчнi та бiохiмiчнi властивостi збудника бактерiально! водянки березових насаджень.
Ключовi слова: березовi насадження, бага^альна хвороба, iсторiя дослщжень, фко-патогеннi бактери, збудник бактерюзу, штам, патологiя, властивостi збудника.
Вступ. Явища масового всихання лiсiв як у свт, так i в УкраМ, вiдомi ще з Х1Х ст. i спостерiгаються тепер. Всихання лкових насаджень вiдбуваeться з певною циклiчнiстю, яка пов'язана з перюдичними впливами несприятливих факторiв на рослини. Нар^ всихання березових насаджень прирiвнюeться до екологiчноí загрози, яка над^ може набути норциркумполярного характеру.
В УкраЫ перший спалах всихання берези зафшсовано в 1994 р. Найбiльшi площi всихання березових насаджень охопили Житомирське та Чернiгiвське Полiсся - 122 та 114 га вщповвдно. У 2002-2003 рр. у Житомирському Полка всихання берiз набуло ешфиотшного характеру площею 1156 га, тодi як у Рiв-ненському Полка - 700 га. На Житомирщиш значно зменшились патологiчнi процеси в 2006 р. - 133 га, тодi як на Волиш плошд вiдпаду берiз становили 1038 га. У 2015-2016 рр. лiсiвники виявили масовий вiдпад берези в регюш Жи-томирського Полiсся. Площа сухостшних берiз у 2015 р. досягла 1327 га i спри-чинила серйозне занепокоення працiвникiв лiсового господарства. Як вияви-лось, першочергово до таких насладив призводить згубна д1я комплексу фио-патогенних бактерiй. На сьогодш бактерiози лiсу е недостатньо вивченими. Результат - женсивне ослаблення, а згодом - i втрата значних площ надзвичайно цшного "зеленого золота".
1 acnip. М.В. Швець - НУ бюресурсгв i природокористування Украни, м. Ки!в
2 наук. кергвник: проф. А.Ф. Гойчук, д-р с.-г. наук - нУБ1П Украни, м. Ки1в
Через специфiчнiсть свое!' бiологií фiтопатогеннi бактерц, ят уражують ль coBi деревнi рослини, значно вiдрiзняються за характером впливу та патогенною дiею ввд тих уражень, якi cпричиненi макромщетами та комплексом енто-мoфагiв. Це можна пояснити високою швидкicтю розмноження бактерiй, яка не притаманна фиопатогенним грибам i комахам з 'хшми cтадiями та циклами розвитку. Насамперед, бактерюзи небезпечнi своею шкoдoчиннicтю. Результат ''хнього впливу на деревнi рослини вщображае cтупiнь cпецiалiзацií збудника та величину негативного впливу на рослину-господаря на рiзних iерархiчних, еко-лого-бюлопчних рiвнях взаемодп, шкоду на рiзних рiвнях господарсько-еконо-мiчних oцiнoк збитку ввд хвороби. Збудником водянки донедавна вважали фио-патогенну грамнегативну бактерда Erwinia multivora Scz.-Parf., яка, очевидно, мала властивкть активно зброджувати вуглеводи з подальшим утворенням газу i кислоти (що набуло вiдoбраження в прирoдi як явище газоутворення з розри-вом тканин забoлoнi). Подальше вивчення закордоном збудника бактерioзу дозволило вiднеcти його до нетипових видiв роду Erwinia. Внаcлiдoк використання iдентифiкацiйнoгo методу 16 s-pPHK шсля детальнiших дocлiджень вид Erwinia nimipressuralis у 1986 р. було перенесено у рщ Enterobacter [13].
Наразi вважають, що збудником бактерiальнoí водянки деревних рослин е фiтoпатoгенна бактерiя Enterobacter nimipressuralis. У бактерiй, ят уражують лicoвi деревнi рослини, можуть ввдбуватися процеси пришвидшено! мжроево-люцп, якi формують нoвi фенотипи, бютипи, варiацií виду, пiдвиди, а можливо i нoвi види. Висока мiнливicть збудникiв забезпечуеться певною мiрoю генними мутацiями. Унаcлiдoк гoмoлoгiчних рекoмбiнацií гешв нерiдкo виникають фор-ми з бшьш широким дiапазoнoм рocлин-гocпoдарiв з бшьш високою або низь-кою патогенною дiею. На такому фош в cучаcнiй науцi ще не зовсш зрoзумiлi механiзми вузько1 cпецифiчнocтi деяких фiтoпатoгенних бактерiй [12].
Спалахи бактерiальнoí водянки зафiкcoванo в Брянськш та Мocкoвcькiй обл. РФ, на територкх Кавказу, Сибiру, В'етнаму, Чехи та США. У 20132016 рр. вщ 30 до 80 % уражених березнякiв зафiкcoванo в республщ Башкирц, реcпублiках Татарстан i Адигея. Маcoвi епiфiтoтií захворювання берези на за-гальнiй плoщi 18 тис. га наразi становлять реальну загрозу зникнення березових насаджень на цих теритoрiях. Ученi науково-дослщного iнcтитуту захисту рослин в Алматинськш oблаcтi (Пiвнiчний Казахстан) дослщжено бактерiальну водянку берези на територц природного нацioнальнoгo парку "Кокшетау" (20042015 рр). Патoлoгiя отримала назву "рак-водянка". Частка ураження березових насаджень становила вiд 6 до 36 % у рiзних дослвдних регioнах вiкoм вiд 5 до 80 ротв. Починаючи з мкць уражень на cтoвбурi, деревина розтрккувалась, поступово бурiла, а на останньому етапi загнивала i ставала трухлою. Бактерь озом вiдзначенi ураження провщних судин на поперечних рoзрiзах cтoвбурiв i гшок [3]. Процес супроводжуеться витiканням буро1 пiниcтoí рiдини, яка розть каеться по всьому стовбуру.
Пiд час вiтрoвалiв рослини ламаються у рiзних частинах стовбура, у бшь-шocтi випадкiв залишаються тiльки cамi пнi. У 2003 р. на теритoрiях Осипо-вицького, Костюковичського, Пiнcькoгo, Логойського лicгocпах (республжа Бь лорусь) виявлено маcoвi всихання насаджень берези повисло1 бактерiальнoí
природи. Площа уражених водянкою березнятв становила понад 1300 га. Мас-штаби бактерюзу набули характеру панфiтотií. Детальнi лкопатолопчш обсте-ження проводили спiвробiтники кафедри лiсозахисту Бшоруського державного технологiчного ушверситету (Н.1. Федоров, Н.П. Ковбаса, В.А. Ярмолович) [5]. Здiйснено мiкроскопiчний i мiкологiчний аналiз вiдiбраних зразкш рiзноí пато-логiчноí iнтенсивностi з частин уражених водянкою модельних дерев берези. Внаслщок цього збудник бактерiальноí водянки берези було щентифшовано як Erwinia nimipressuralis. За ознаками захворювання Erwinia nimipressuralis та Er-winia multivora мають майже iдентичнi властивостi. Автори висунули припу-щення, що згадаш вище бактерп та е одним видом, а !хш вiдмiннi характеристики можуть бути тальки варiабельнiстю всерединi одного виду.
В шшш опрацьованiй закордоннiй науковiй лiтературi бактерiальнi захворювання рослин розглядають у сферi сшьського та садово-паркового госпо-дарств. Вважають, що вони не е основною причиною масового всихання лко-вих насаджень - що е досить помилковим припущенням [11].
Мета роботи - дослщити патогенш властивостi iзолятiв з уражених бакте-рiальною водянкою зразкiв берези повисло!' в насадженнях Житомирського По-лкся Украши. Узагальнити сучасний стан дослщжень бактерiозiв лiсових де-ревних рослин, зокрема i берези повисло!. Акцентувати увагу на збуднику бак-терiальноí водянки берези повисло!, його патогенних, анатомо-морфологiчних i фiзiолого-бiохiмiчних властивостях.
Предмет дослвдження - фiтопатогенна бактерiя E. nimipressuralis - збудник бактерiальноí водянки березових насаджень Украши.
Об'ект дослiдження - бактерiальнi хвороби берези повисло1 в насадженнях Житомирського Полкся Украши.
Методика дослiдження. У процес видшення бактерiй iз хворих рослин використано загальноприйнятi в мжробюлопчнш практицi методи приготуван-ня i стерилiзацií живильних середовищ, а також методи посту i культивуван-ня - у роботi використано картопляний агар (КА). Характеристику колонiй проведено за такою схемою: величина, форма, прозоркть, колiр, поверхня, рельеф, консистенщя [7].
Результати дослщження. Наразi встановлення етиологií тако1 небезпечно1 хвороби березових насаджень як бактерiальна водянка е основним завданням наших дослщжень. Адже без виявлення та щентифжацц дшсного збудника такого "мокрого некрозу" неможливо в подальшiй перспективi пiдiбрати вщпо-вiднi бактерií-антагонiсти для боротьби з патолопею. У природi заражения бе-рiз бактерiальною водянкою вщбуваеться внаслiдок рiзних пошкоджень стовбу-ра i гiлок.
Enterobacter nimipressuralis - фггопатогенна бактерiя, яка е збудником бак-терiальноí водянки хвойних i листяних деревних рослин. У лабораторних умо-вах вiддiлу фиопатогенних бактерiй 1нституту мiкробiологií та вiрусологií im Д.К. Заболотного НАНУ проведено бактерюлопчш та мiкологiчнi аналiзи в осшнш та весняний перiоди. Об'ектом для аналiзу вiдiбрано 7 зразюв з уражених водянкою тканин берези рiзноí патологiчноí iитенсивностi. Зразки вщбира-ли iз хворих рослин рiзних вiкових груп (молодняки, середньовiковi та стиглi
моделi) та з рiзних частин стовбура у поперечному та поздовжньому розрiзах -з кори, уражено'' луб'яно'' частини, на межi здорово'' та уражено'' деревини та вь зуально здорово'' тканини.
Оскiльки здерев,янiлi органи рослин розтерти у ступщ досить тяжко, вико-ристовували метод тирси ^зновид методу обростання). За цим методом сте-рильним свердлом та ланцетом з кори та на межi здорово'1 й уражено'1 тканини бшя вiдкритого полум'я просвердлювали деревину над живильним середови-щем, де тирса осипалась на живильне середовище у 14 чашок Петрi. Розмiри тирси та шматочюв деревини змiнювались вiд мкроскотчно малих до досить великих. Було враховано те, що навколо тирси менших розмiрiв - бiльша вiро-гiднiсть обростання мiкроорганiзмами, адже велик шматочки можуть дифунду-вати на КА рiзнi ферменти i тгменти, при цьому сповiльнюючи рiст бактерш. Зафiксований результат вже на другу добу тдтвердив обростання зразкiв бакте-р1ями (рис. 1). Головними ознаками, що характеризують фiтопатогеннi бактерп, е форма i колiр колонiй, наявшсть чи вiдсутнiсть джгутикiв у бактерш, бюхь мiчнi властивостi, як здатшсть спричиняти бродiння цукрiв, розкладати крох-маль, утворювати гази i кислоти, спричиняти бродшня молока, редукувати шт-рати тощо [7].
Рис. 1. Обростання тирси та больших шматочтв деревини бактергями на картопляному агар1 через дв1 доби
Рис. 2. Результат обростання бактер1ями та грибами навколо досл1дних зразтв на четверту добу
На четверту добу зафжсовано штенсивний picT не ттьки бактерш, а й гри-6iB (рис. 2). Аналiз грибно' мкрофлори був представлений сапротрофними видами з pодiв Mucor, Pénicillium та Alternaria - однак це супутня мжрофлора, яка до бактеpiальноï природи захворювання не стосувалося. Для видтення i куль-тивування бактеpiй використовували картопляний агар. Бактеpiальнi поciви
культивували у термостап за температури 25-27°. Через 4 доби з видшених ко-лонiй, якi пiсля посiву утворились на твердих живильних середовищах, отрима-ли чистi культури бактерiй. Шд час розсшвання бактерiй встановлено 3 типи колонiй, якi типово вiдрiзнялись одна вiд одно'' - блискучi кремово-сiрi, непро-зорi кремовi та колони i3 жовтим вiдтiнком. 1золяти умовно було вiднесено до родiв Enterobacter, Bacillius, Xanthomonas, де два останшх не проявили патоген-них властивостей. Науковий iнтерес зумовили блискучi сiрувато-бiлi колони з кремовим вщтшком.
Вiдповiдно до методики трiади Генле-Коха видтено iзоляти бактерiй у чистш культурi, яка характеризувала ргд Enterobacter, фггопатогенш властивос-тi якого тддали дослiдженням та в подальшому використали для експеримен-тального штучного зараження здорових рослин берези повисло'. Зпдно з виз-начником Бергi (1997 р.) родина Enterobacteriaceae мютить 30 родiв, з яких фь топатогенними видами е бактерií з родiв Erwinia та Enterobacter [4]. 1дентифшу-ючи виявленi бактери, пiдтвердженням зроблених висновюв слугував видше-ний в УкраЫ колекцiйний штам Enterobacter nimipressuralis.
Клггини E. nimipressuralis - грамнетативш, рухомi, мають форму елшсопо-дiбних паличок вiд 0,5 до 1,7 мкм. Джгутики розмiшуються перитрихально. Клггини у мазках з агарово' культури розташовуються або поодиноко, або парами, не утворюючи спор та капсул. На КА виявлено сiрувато-бiлi з кремовим вщтшком, блискуч^ нагавпрозор^ випуки колони кругло'' форми дiаметром 35 мм з слабохвилястим краем. На свГтлГ добре помГтно гофровану смужку по пе-рифери краю та радГальнГ промеш.
Характеризуючи 6юхГмГчщ властивосп бактерш цього виду, треба зазна-чити, що вони досить добре ростуть на середовищах Ушинського, Ейкмана, Люке, ФермГ, з аспарагшом (утворюють сильно виражену або помГрну каламут-шсть, пивку та осад). ВГдсутнш рют на середовищах Кона, Чапека. Завдяки ак-тивнш ферментаци джерел вуглецевого живлення всГ штами зброджують з ут-воренням газу та кислоти рафГнозу, арабшозу, манозу, фруктозу, мальтозу, лактозу, сорбГт та манГт. Засвоюють багато оргатчних кислот: кетоглутарову, ли-монну, мурашину, оцтову, яблучну, бурштинову, фумарову, молочну. Осшльки середовища iснування бактерш можуть впливати на ''хн власт^оси, тому мГж
Рис. 3. Клтина E. nimipressuralis х 15600
Рис. 4. Колекщйний штам E. nimipressuralis
бактерiями, за Carter (1945); Dye (1969), Р.1. Гвоздяком та iH., помтгш наявш вiдмiннoстi, якi в серединi виду е варiабельними [2, 9, 10].
У науковш лiтературi е даш про те, що уражена волога деревина ядрово!' та заболонево!' частин стовбура, яка виконуе по суп захисну функщю, е "мертвою". Така деревина насичена бактерiальним комплексом сапрофит, якi до патогенезу не мають стосунку [6]. Крiм Erwinia multivora та Erwinia carotovora, у лiтературi донедавна не згадували шших вiдoмих збудникiв бактерiальнoí водянки та мокрих гнилей деревних рослин.
Наразi нашi дoслiдження спрямoванi на шдтвердження того факту, що все-редиш стовбура деревина, яка уражена бактерiальнoю водянкою, може бути свoерiднoю еколопчною нiшею для розвитку комплексу анаеробно!' сапрофгг-но!' мiкрoфлoри. Така мшрофлора може сприяти розкладанню целюлози та роз-рiдженню серединно!' пластинки, а бактерп, якi були iзoльoванi з обводнених шарш деревини i шнно!' рiдини, що витiкала назoвнi, безпосередньо беруть участь у маслянокислому бродшш, а до внутртнього патогенезу бактерiальнoí водянки, можливо, зовс1м можуть i не мати жодного стосунку. Висновки:
1. Представлено стислi даш, яы стосуються кторп дослвджень бактерiальноi' водянки - небезпечно!' шфекцшно!' хвороби березових насаджень.
2. Дотепер кнуе розходження думок щодо дшсного збудники бактерiальноl водянки берези повисло!'.
3. У лабораторних умовах видшено iзоляти бактерiй з уражених бактерiальною водянкою зразк1в берези повисло!' у чистш культурi, яка характеризувала рiд Enterobacter, та дослвджено !х патогеннi властивостi.
4. Iдентифiковано, вивчено та описано фггопатогенну бактерiю E. nimipressura-lis - збудника бактерiальноl' водянки березових насаджень (культурально-морфолопчш та бiохiмiчнi властивостi).
Лiтература
1. Гвоздяк Р.1. Лiсова фiтопатобактерiологiя : навч : noci6H. / Р.1. Гвоздяк, А.Ф. Гойчук, В.В. Розенфельд / за ред. проф. А.Ф. Гойчука. - К. : Вид. д1м "Вiнiченко", 2014. - 252 с.
2. Гвоздяк Р.1. Фтопатогенш бактерп. Бактерiальнi хвороби рослин / Р.1. Гвоздяк, Л. А. Па-Счник, Л.М. Яковлева, С.М. Мороз, В.П. Патика та iн. / за ред. В.П. Патики. - К. : Вид-во ТОВ "НВП 1нтерсервю", 2011. - 444 с.
3. Гниненко, Ю.И. Бактериальная водянка в березняках Южного Зауралья и Северного Казахстана / Ю.И. Гниенко, А.Я. Безрученко // Вестник сельскохозяйственной науки Казахстана : сб. науч.-техн. информ. - Алма-ата, 1983. - С. 22-26.
4. Определитель бактерий Берджи : пер. с англ. / под ред. Дж. Хоулта и др. - Изд. 9-ое, [пе-рераб. и доп.]. - М. : Изд-во "Мир", 1997. - Т. 1. - 432 с.
5. Федоров Н.И. Бактериальная водянка березы - новое заболевание в лесах Беларуси / Н И. Федоров, Н.П. Ковбаса, В.А. Ярмолович // БГТУ. - 2004. - № 12. - С. 277-279.
6. Черпаков В.В. Бактериальные болезни лесных пород в патологии леса / В.В. Черпаков // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии : сб. науч.-техн. информ. - СПб. : Изд-во ГЛТУ. - 2012. - Вып. 200. - С. 292-303.
7. Чумаевская М.А. Методические указания по изоляции и идентификации фитопатоген-ных бактерий / М.А. Чумаевская, Е.В. Матвеева. - М. : Изд-во ВАСХНИЛ, 1986. - 39 с.
8. Щербин-Парфененко А.Л. Бактериальные заболевания лесных пород / А.Л. Щербин-Парфененко. - М. : Изд-во "Гослесбумиздат", 1963. - 148 с.
9. Carter J.C. Wetwood of elms / J.C. Carter. Bull Illinois Nat Hist Surv, 1945. - Pp. 401-448.
10. Dye D.W. A taxonomic study of the genus Erwinia. II. The "carotovora" group / D.W. Dye // N.Z.J. Sci. - 1969. - Vol. 12, № 1. - Pp. 81-97.
11. Hall J.W. The comparative anatomy and phylogeny of the Betulaceae / J.W. Hall. Bot. Gaz. 1952. - Vol. 113. - Pp. 235-270.
12. Venn K. Discoloration and microflora in stored pulpwood of birch (Betula pubescens Ehrh.) in Norway / K. Venn. - Oslo, 1972. - 148 p.
13. Urosevic B. Microorganisms isolated from tissue Attacked by Bacterial Cancer and their mutual Relationship / B. Urosevic // FAO.CIP. - 1996. - № 11. - Pp. 1-2.
Надтшла до редакцп 19.10.2016р.
Швец М.В. Бактериальные болезни березовых насаждений в Украине и мире (теоретико-прикладной аспект)
Проведено сравнение патогенного действия бактериоза в широких диапазонах экологических ареалов в разных лесорастительных условиях - в частности на территории Украины, Казахстана, Республики Беларусь, Адыгея, Татарстан, европейской части Российской Федерации, Кавказа, Сибири, Вьетнама, Чехии, США. Приведены собственные результаты выделения фитопатогенных бактерий из пораженных бактериальной водянкой образцов березы повисшей. Степень выявления инфекции при проведении искусственного заражения четко выражена штаммом бактерий E.nimipressuralis. Как показали лабораторные исследования, бактерии поражали луб, камбий и сосудистую систему березы. Описаны культурально-морфологические и биохимические свойства возбудителя бактериальной водянки березовых насаждений.
Ключевые слова: березовые насаждения, бактериальная болезнь, история исследований, фитопатогенные бактерии, возбудитель бактериоза, штамм, патология, свойства возбудителя.
Shvets M. V. Bacterial Disease of Birch Plantings in Ukraine and Abroad (Theoretical and Applied Aspect)
Comparative analysis of the pathogenic action of bacteriosis in a wide range of ecological habitats in different site conditions including in Ukraine, Kazakhstan, Belarus, Adygea, Ta-tarstan, the European part of Russia, the Caucasus, Siberia, Vietnam, the Czech Republic and the USA is made. Our own results highlight pathogenic bacteria from infected bacterial samples of Betula pendula dropsy. The degree of infection during artificial infection is clearly strained by bacteria E.nimipressuralis. As shown by laboratory tests, the bacteria affect phloem, cambium and vascular system birch. Described cultural-morphological and biochemical properties of bacterial dropsy birch plantings.
Keywords: birch plantings, a bacterial disease, history of research, phytopathogenic bacteria, bacteriosis pathogen, strain, pathology, pathogen characteristics.
