کنترل بیولوژیکی قارچ Sclerotinia sclerotiorum و افزایش مقاومت گیاه Satureja rechingeri با استفاده از ترکیبات فرار باکتری Bacillus sabtilis

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده علوم و فناوری‌های زیستی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

2 مرکز تحقیقات پروتئین، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

3 گروه بیوشیمی، پژوهشکده گیاهان و مواد اولیه دارویی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

4 گروه فیتوشیمی، پژوهشکده گیاهان و مواد اولیه داروی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

10.48308/envs.2025.222409.1072

چکیده

سابقه و هدف: بیماری‌های گیاهی دست‌کم مسئول ۱۰ درصد از کاهش جهانی محصولات کشاورزی هستند و این مسئله سالانه میلیاردها دلار خسارت اقتصادی به بخش کشاورزی وارد می‌کند. اهمیت این موضوع زمانی بیشتر می‌شود که بدانیم جمعیت جهان به‌سرعت در حال افزایش است و نیاز به تأمین غذای کافی، سالم و پایدار بیش از هر زمان دیگری احساس می‌شود. عوامل بیماری‌زای گیاهی، شامل قارچ‌ها، باکتری‌ها و ویروس‌ها، می‌توانند کیفیت و کمیت محصولات را به‌شدت کاهش دهند و امنیت غذایی را با تهدید جدی روبه‌رو سازند. از سوی دیگر، با توجه به تغییرات اقلیمی و افزایش دما و رطوبت در بسیاری از مناطق، شرایط برای گسترش و شدت یافتن این بیماری‌ها بیش‌ازپیش فراهم شده است. در پاسخ به این چالش‌ها، کشاورزان در دهه‌های اخیر عمدتاً به استفاده از سموم و ترکیبات شیمیایی متکی بوده‌اند که گرچه در کوتاه‌مدت اثربخشی خوبی داشته‌اند، اما به دلیل ایجاد مقاومت در عوامل بیماری‌زا، باقی ‌ماندن بقایای شیمیایی در محیط و تهدید سلامت انسان و سایر موجودات زنده، کارایی و مقبولیت آن‌ها به‌شدت زیر سوال رفته است؛ بنابراین، توجه به روش‌های نوین و سازگار با محیط‌زیست برای کنترل بیماری‌ها به یک ضرورت اجتناب‌ناپذیر تبدیل شده است. یکی از راهکارهای مهم و امیدبخش، استفاده از عوامل کنترل بیولوژیک همچون میکروارگانیسم‌های مفید، قارچ‌های آنتاگونیست و باکتری‌های سودمند است که می‌توانند از طریق رقابت، تولید مواد ضد میکروبی و تحریک سیستم دفاعی گیاهان، به کاهش و حذف عوامل بیماری‌زا کمک کنند.
مواد و روش‌ها: برای بررسی اثر ترکیبات فرار و Bacillus subtilis بر قارچ Sclerotinia sclerotiorum از آزمون پتری‌های متقابل استفاده شد. در مطالعه پیش رو ترکیبات فرار باکتری مفید Bacillus subtilis با استفاده از آنالیز کروماتوگرافی گازی-اسپکترومتری جرمی شناسایی شدند.
نتایج و بحث: ترکیبات Decane، Undecane، Tridecane و مشتقات آن‌ها،Octadecane, Eicosane  و Hexadecane مهم‌ترین ترکیبات تولیدشده این باکتری هستند. بعد از شناسایی ترکیبات فرار باکتری B. subtilis، به منظور بررسی خصلت بازدارندگی ترکیبات فرار از رشد میسلیوم قارچ Sclerotinia sclerotiorum، از آزمون پتری‌های متقابل استفاده شد. این عامل بیماری‌زا از شایع‌ترین عوامل خاک‌زاد بیمارگر گیاهان گلخانه و مزارع است که مدت زیادی در خاک باقی مانده و موجب آلودگی می‌شود. قارچ S. sclerotiorum، در معرض ترکیبات فرار باکتری B. subtilis قرار داده شد. بررسی‌ها نشان می‌دهد که آنتاگونیست B. subtilis توانستند حدود 83/95% از رشد قارچ جلوگیری کنند و توان کنترل زیستی را دارد.
نتیجه‌گیری: این باکتری در آینده‌ای نه‌چندان دور می‌تواند به عنوان یک روش غیر شیمیایی و مؤثر علیه القایی پوسیدگی اسکلروتینیایی در میزبان‌های مختلف و نیز به صورت استفاده‌ وسیع در مقیاس تجاری مورد استفاده قرار گیرد. همچنین با توجه به آنکه ترکیبات فرار باکتری عامل القاء مقاومت و تغییر اسانس در گیاهان هم هستند، تأثیر هم‌زمان ترکیبات فرار آنتاگونیست B. subtilis بر تغییرات اسانس گیاه Satureja rechingeri مورد بررسی قرار گرفت. این گیاه خاصیت ضد میکروبی، ضد سرطان، ضدالتهاب و ضد انعقاد خون را به واسطه اجزای اسانس از خود نشان می‌دهد. طی برهم‌کنش ترکیبات فرار باکتری و گیاه افزایش در ترکیبات مؤثر در مقاومت گیاه از جمله β-Pinene، α-Pinene، β-Myrcene، α-Terpinene، p-Cymene، γ-terpinene، Carvacrol methyl ether، Trans-Caryophyllene، α-Thujone، Thymol و Carvacrol نسبت به حالت کنترلی تغییرات چشمگیری داشتند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Biological Control of Sclerotinia sclerotiorum Fungus and Increase of Satureja rechingeri Resistance Using Bacillus sabtilis Bacterial Volatile Compounds

نویسندگان [English]

  • Fateme Mirzajani 1 2
  • Atousa Aliahmadi 3
  • Atefe Hajipour 4
  • Alireza Ghassempour 4
1 Faculty of Life Sciences and Biotechnology, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
2 Protein Research Center, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
3 Department of Biology, Medicinal Plants and Drugs Research Institute, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
4 Department of Phytochemistry, Medicinal Plants and Drugs Research Institute, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Introduction: Plant diseases are responsible for at least 10% of global crop losses, costing the agricultural sector Billions of dollars in economic losses each year. This issue is all the more important when we consider that the world’s population is rapidly increasing and the need to provide sufficient, safe and sustainable food is felt more than ever. Plant pathogens, including fungi, bacteria and viruses, can severely reduce the quality and quantity of crops and pose a serious threat to food security. On the other hand, given climate change and increasing temperatures and humidity in many regions, the conditions for the spread and severity of these diseases have become more favorable. In response to these challenges, farmers have relied mainly on the use of pesticides and chemical compounds in recent decades, which, although effective in the short term, have been severely questioned due to the development of resistance in pathogens, the persistence of chemical residues in the environment and the threat to human and other living organisms. Therefore, attention to new and environmentally friendly methods for disease control has become an inevitable necessity. One important and promising solution is the use of biological control agents such as beneficial microorganisms, antagonistic fungi, and beneficial bacteria, which can help reduce and eliminate pathogens through competition, production of antimicrobial substances, and stimulation of the plant defense system.
Material and methods: In order to investigate the effect of volatile compounds and Bacillus subtilis on the Sclerotinia Sclerotiorum fungus, cross-peer test was used. In the present study, Bacillus subtilis beneficial bacteria volatile compounds were identified using mass spectrometric-mass spectrometry analysis.
Results and discussion: The compounds of Decane, Undecane, Tridecane and their derivatives, Octadecane, Eicosane and Hexadecane are the most important compounds produced by this bacterium. After detecting bacterial Volatile compounds B. subtilis. To investigate the inhibitory nature of the volatile compounds from Mycelium growth of Sclerotinia sclerotiorum, cross cross-peer tests were used. This pathogen is one of the most common pathogenic agents in the greenhouse and field plants, which has remained in soil for a long time and causes contamination. The fungus S. sclerotiorum was exposed to B. subtilis bacterial volatile compounds. Studies show that B. subtilis antagonist was able to prevent 95.93% of the growth of fungi and has the ability to control biological activity.
Conclusion: This bacterium can be used as a non-chemical and effective method against sclerotia caries in different hosts in a long-term future and can be used widely in commercial scale. Also, due to the fact that bacterial volatile compounds are also responsible for inducing resistance and change of essential oils in plants, the simultaneous effect of volatile compounds B. antagonist B. subtilis on essential oil changes of Satureja rechingeri was investigated. The plant exhibits antimicrobial, anti-cancer, anti-inflammatory and anticoagulant properties of the blood through its essential components. During the interaction, the bacterial and plant volatile compounds are increased in the compounds effective in plant resistance, including β-Pinene, α-Pinene, β-Myrcene, α-Terpinene, p-Cymene, γ-terpinene, Carvacrol methyl ether, Trans-Caryophyllene, α- Thujone, Thymol, and Carvacrol have significantly changed their control status.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Biological control
  • Bacillus subtilis
  • Sclerotinia Sclerotiorum
  • Sclerotinia caries
  • Satureja rechingeri