Comprehensive assessment of potato bacterial pathogens and development of resistance improvement methods

Abstract

The study analysed the composition of potato bacterial pathogens and the effectiveness of different strategies for building crop resistance in agroecosystems. The study combined theoretical analysis of literature on pathogen properties and resistance mechanisms with experimental testing of its agrobiological methods under growing conditions for comparative evaluation of the effectiveness of controlling bacterial diseases of potatoes. The study determined that Ralstonia solanacearum showed the highest pathogenic activity under the experimental conditions, causing systemic wilt of plants. Pectobacterium carotovorum mainly affected tubers, forming foci of wet rot, while Clavibacter sepedonicus showed a slow infection process, which was more often diagnosed at the storage stage. The development of bacterial diseases of potatoes intensified under conditions of excessive soil moisture, temperatures above 27°C, mechanical damage and accumulation of organic residues. The formation of a stable rhizosphere microbiota, with the participation of representatives of the genera Pseudomonas and Bacillus, contributed to a 47–62% reduction in the sickness index and a 25–31% increase in vegetative mass compared to the control. Different tolerance mechanisms dominated in the studied varieties: vascular resistance in Solokha, which provided a 62% reduction in lesions, 31% weight gain and 2.2 additional tubers per plant. Dnepryanka showed a biochemical response, with a 3.1-fold increase in peroxidase activity and a 1.6-fold increase in phenylalanine ammonia lyase, and Lugovska showed a microbiological control, with a rhizosphere colonisation density of up to 1×105 colony-forming units per gram of soil and an increase in the number of tubers by 24. The obtained results are of practical importance for the development of integrated potato protection schemes that involve the use of bioagents and resistance inducers as an effective alternative to chemicals, as well as for the implementation of an early diagnostic monitoring system based on bioindicators in breeding and agricultural production technologies.

Це дослідження зосереджувалося на вивченні складу бактеріальних збудників картоплі та ефективності різних стратегій формування резистентності культури в агроекосистемах. В роботі було поєднано теоретичний аналіз літературних джерел щодо властивостей збудників і механізмів резистентності з експериментальною апробацією власних агробіологічних методів у вегетаційних умовах для порівняльної оцінки ефективності контролю бактеріальних хвороб картоплі. У результаті встановлено, що найвищу патогенну активність в умовах досліду виявляла Ralstonia solanacearum, яка спричиняла системне в'янення рослин. Pectobacterium carotovorum переважно уражала бульби, формуючи осередки мокрої гнилі, тоді як Clavibacter sepedonicus проявляв повільний інфекційний процес, що частіше діагностувався на стадії зберігання. Розвиток бактеріальних хвороб картоплі інтенсифікувався за умов надмірної вологості ґрунту, температури вище 27°C, механічних ушкоджень та накопичення органічних решток. Формування стабільної ризосферної мікробіоти, зокрема за участі представників родів Pseudomonas і Bacillus, сприяло зниженню індексу хворобливості на 47–62 % та підвищенню вегетативної маси на 25–31 % порівняно з контролем. У досліджуваних сортів домінували різні механізми толерантності: у Солохи – судинна резистентність, що забезпечила 62 % зниження ураження, 31 % приріст маси та 2,2 додаткові бульби на рослину. У Дніпрянки – біохімічна відповідь, з підвищенням активності пероксидази у 3,1 раз та фенілаланінамоніак-ліази у 1,6 раз, а у Луговської – мікробіологічний контроль, з щільністю колонізації ризосфери до 1×105 колонієутворювальних одиниць на грам ґрунту та приростом кількості бульб на 24 штуки. Отримані результати мають практичне значення для розробки інтегрованих схем захисту картоплі, що передбачають використання біоагентів і індукторів резистентності як ефективну альтернативу хімічним засобам, а також для впровадження системи раннього діагностичного моніторингу на основі біоіндикаторів у селекційних та агровиробничих технологіях.