استفاده از ترکیبات آنتی‌اکسیدان برای کنترل بیماری پوسیدگی ریشه در نخود فرنگی ناشی از Rhizoctonia solani

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه حفاظت گیاه، دانشکده کشاورزی و جنگلداری، دانشگاه موصل، نینوا، 41002، عراق.

2 گروه فارماکوگنوزی و گیاهان دارویی، دانشکده داروسازی، دانشگاه موصل، نینوا، 41002، عراق.

10.22103/jab.2025.25536.1730

چکیده

هدف: این مطالعه اثر آنتی‌اکسیدان‌های اسید سیتریک (CA)، اسید سالیسیلیک (SA) و گلوتاتیون (GSH) را به‌منظور کنترل بیماری پوسیدگی ریشه در گیاه نخود فرنگی (Pisum sativum L.)، به‌صورت برون گیاهی (in vitro) و درون‌گیاهی (in vivo) بر روی قارچ Rhizoctonia solani مورد ارزیابی قرار داد.
مواد و روش‌ها: قارچ Rhizoctonia solani از ریشه‌های آلوده نخود جدا شد و با استفاده از روش نوک هیف خالص‌سازی و به ‌صورت ریخت‌شناسی و میکروسکوپی شناسایی گردید. قطعات ریشه روی محیط کشت PDA کشت داده شده و به مدت ۷ روز در دمای 25±۲ درجه سانتی‌گراد انکوبه شدند. آنتی‌اکسیدان‌های CA، SA و GSH به محیط PDA در پلیت‌های 5/8 سانتی‌متری در غلظت‌های 0، 50، 100 و 200 میلی‌گرم در لیتر اضافه شدند. پس از انکوباسیون در دمای ۲۵ درجه، مساحت کلونی‌های قارچی با نرم‌افزار ImageJ اندازه‌گیری و درصد مهار رشد محاسبه گردید. در آزمایش‌های درون‌گیاهی، خاک استریل با ۳ گرم زیست‌توده قارچ در هر کیلوگرم خاک، دو روز پیش از کاشت بذرها تلقیح شد. بذرهای نخود در گلدان‌هایی با پنج تکرار برای هر تیمار کاشته شدند. پس از جوانه‌زنی، درصد وقوع و شدت بیماری ثبت شد. فعالیت آنزیم‌های پراکسیداز و پلی‌فنل اکسیداز با آزمون‌های آنزیمی اندازه‌گیری شد و میزان ترکیبات فنلی کل نیز تعیین گردید.
نتایج: تمام تیمارهای آنتی‌اکسیدانی رشد قارچ R. solani را نسبت به شاهد مهار کردند. غلظت‌های مؤثر بین 50 تا 200 میلی‌گرم در لیتر بودند. اسید سالیسیلیک با غلظت 200 میلی‌گرم در لیتر بیشترین اثر مهاری را با 64% مهار رشد قارچ در شرایط درون‌گیاهی نشان داد. تیمار بذر با اسید سالیسیلیک به‌طور معناداری پوسیدگی بذر و ریشه را به 6/8 و 7/45 درصد و شدت بیماری را به 21/0 کاهش داد. تیمارهای آنتی‌اکسیدانی باعث افزایش فعالیت آنزیم‌های پراکسیداز، پلی‌فنل اکسیداز و ترکیبات فنلی کل در گیاهان نخود شدند و اسید سالیسیلیک بیشترین افزایش را نشان داد. رابطه معکوسی بین بروز بیماری و فعالیت آنزیم‌های مذکور و میزان ترکیبات فنلی مشاهده شد.
نتیجه‌گیری: اسید سالیسیلیک عملکرد بالاتری در افزایش فعالیت آنزیم‌های پراکسیداز و پلی‌فنل اکسیداز و افزایش ترکیبات فنلی در گیاه نخود نشان داد و به طور مؤثری باعث کاهش پوسیدگی ریشه ناشی از R. solani گردید. این نتایج نشان می‌دهند که استفاده از آنتی‌اکسیدان‌ها، به‌ویژه اسید سالیسیلیک، روشی امیدوارکننده برای مدیریت بیماری پوسیدگی ریشه در نخود فرنگی است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

The use of antioxidant compounds to control root rot disease in peas caused by Rhizoctonia solani

نویسندگان [English]

  • Bassam Y. Ibrahim 1
  • Ban A. Ahmed 2
  • Firas K.D. Al‑Juboori 1
1 Department of Plant Protection, College of Agriculture and Forestry, University of Mosul, Ninevah, 41002, Iraq
2 Department of Pharmacognosy and Medicinal plants, College of Pharmacy, University of Mosul, Ninevah, 41002, Iraq.
چکیده [English]

Objective
This investigation evaluated the effects of the antioxidants citric acid (CA), salicylic acid (SA), and glutathione (GSH) on Rhizoctonia solani in vitro and in vivo to control root rot disease in pea plants (Pisum sativum L.).
Materials and Methods
Rhizoctonia solani was extracted from infected pea roots, purified applying the hyphal tip technique, and identified morphologically and microscopically. Root fragments were cultured on Potato Dextrose Agar (PDA) and incubated at 25 ± 2 °C for 7 days. CA, SA, and GSH were incorporated into PDA in 8.5 cm Petri dishes at concentrations of 0, 50, 100, and 200 mg/L. Fungal colony areas were calculated applying ImageJ software after incubation at 25 °C, and inhibition percentages were calculated. For in vivo experiments, sterile soil was inoculated with R. solani at 3 g biomass kg⁻¹ soil, two days before planting. Pea seeds were sown in pots with five replicates per treatment. Post-germination, disease incidence and harshness were documented. Peroxidase and polyphenol oxidase activities were quantified applying enzymatic assays, and total phenolic content was calculated.
Results
All antioxidant treatments inhibited R. solani growth compared to the control, with effective concentrations ranging from 50 to 200 mg/L. Salicylic acid at 200 mg/L exhibited the highest inhibitory effect, achieving 64% inhibition of fungal growth in vitro. Seed treatment with salicylic acid meaningfully reduced seed rot and root rot incidence to 8.6% and 45.7%, respectively, and root rot severity to 0.21. Antioxidant treatments improved peroxidase, polyphenol oxidase, and total phenolic content in pea plants, with salicylic acid showing the most pronounced enhancement. A negative correlation was observed between disease incidence and the activities of peroxidase, polyphenol oxidase, and total phenolic content.
Conclusion
Salicylic acid demonstrated superior effectiveness in enhancing enzymatic activities (peroxidase and polyphenol oxidase) and increasing phenolic compounds in pea plants, effectively reducing R. solani-induced root rot. These results propose that antioxidant treatments, exclusively salicylic acid, offer a hopeful approach for managing root rot in peas.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Pea plants
  • Pisum sativum L
  • Rhizoctonia solani
  • Root rot
  • Salicylic acid

مراجع

Ajayi‐Oyetunde, O. O., & Bradley, C. A. (2018). Rhizoctonia solani: taxonomy, population biology and management of rhizoctonia seedling disease of soybean. Plant pathology, 67(1), 3-17. https://doi.org/10.1111/ppa.12733
Ali, N., Rafiq, R., Wijaya, L., Ahmad, A., & Kaushik, P. (2024). Exogenous citric acid improves growth and yield by concerted modulation of antioxidant defense system in brinjal (Solanum melongena L.) under salt-stress. Journal of King Saud University-Science, 36(1), 103012. https://doi.org/10.1016/j.jksus.2023.103012
Ali, S., Khan, A. S., Nawaz, A., Naz, S., Ejaz, S., & Ullah, S. (2023). Glutathione application delays surface browning of fresh-cut lotus (Nelumbo nucifera Gaertn.) root slices during low temperature storage. Postharvest Biology and Technology, 200, 112311. https://doi.org/10.1016/j.postharvbio.2023.112311
Boudh, S., & Singh, J. S. (2019). Pesticide contamination: Environmental problems and remediation strategies. In R. Bharagava & P. Chowdhary (Eds.), Emerging and eco-friendly approaches for waste management (pp. 245–266). Springer. https://doi.org/10.1007/978-981-10-8669-4_12
Dieryckx, C., Gaudin, V., Dupuy, J. W., Bonneu, M., Girard, V., & Job, D. (2015). Beyond plant defense: insights on the potential of salicylic and methylsalicylic acid to contain growth of the phytopathogen Botrytis cinerea. Frontiers in Plant Science, 6, 859. https://doi.org/10.3389/fpls.2015.00859
Dorrance, A. E., Kleinhenz, M. D., McClure, S. A., & Tuttle, N. T. (2003). Temperature, moisture, and seed treatment effects on Rhizoctonia solani root rot of soybean. Plant Disease, 87(5), 533-538. https://doi.org/10.1094/pdis.2003.87.5.533
Gossen, B. D., Kalil, A., Chapara, V., Karasev, A., Yan, G., Hwang, S. F., & Burlakoti, R. R. (2023). Diseases of Pea. In Handbook of Vegetable and Herb Diseases (pp. 1-41). Cham: Springer International Publishing. https://doi.org/10.1007/978-3-030-35512-8_24-1
Hamza, M., Khoufi, S., & Sayadi, S. (2012). Alters in the content of bioactive polyphenolic compounds of olive mill wastewater by the action of exogenous enzymes. Journal of agricultural and food chemistry, 60(1), 66-73. https://doi.org/10.1021/jf203274q
Hane, J. K., Anderson, J. P., Williams, A. H., Sperschneider, J., & Singh, K. B. (2014). Genome sequencing and comparative genomics of the broad host-range pathogen Rhizoctonia solani AG8. PLoS Genetics, 10(5),e1004281. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1004281
Howell, C. R. (2003). Mechanisms employed by Trichoderma species in the biological control of plant diseases: the history and evolution of current concepts. Plant Disease, 87(1), 4-10. https://doi.org/10.1094/pdis.2003.87.1.4
Jassim, N. S. (2024). Effect of salicylic acid in inhibiting fungal contamination in in vitro cultures of dates palm (phoenix dactyl Fera L.) and enhancing embryogenesis and plantlet. development. Journal of Horticultural Research, 32(2), 65. https://doi.org/10.2478/johr-2024-0019
Khalil, N., Fekry, M., Bishr, M., El-Zalabani, S., & Salama, O. (2018). Foliar spraying of salicylic acid induced accumulation of phenolics, increased radical scavenging activity and modified the composition of the essential oil of water stressed Thymus vulgaris L. Plant Physiology and Biochemistry, 123, 65-74. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2017.12.007
Kong, J., Xie, Y., Yu, H., Guo, Y., Cheng, Y., Qian, H., & Yao, W. (2021). Synergistic antifungal mechanism of thymol and salicylic acid on Fusarium solani. Lwt, 140, 110787. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2020.110787
Kukavica, B. M., Veljovicć-Jovanovicć, S. D., Menckhoff, L., & Lüthje, S. (2012). Cell wall-bound cationic and anionic class III isoperoxidases of pea root: biochemical characterization and function in root growth. Journal of Experimental Botany, 63(12), 4631-4645. https://doi.org/10.1093/jxb/ers139
Kumari, N., & Katoch, S. (2020). Wilt and root rot complex of important pulse crops: their detection and integrated management. Management of Fungal Pathogens in Pulses: Current Status and Future Challenges, 93-119. https://doi.org/10.1007/978-3-030-35947-8_6
Ling, Q., Huang, W., & Jarvis, P. (2011). Use of a SPAD-502 meter to measure leaf chlorophyll concentration in Arabidopsis thaliana. Photosynthesis Research, 107, 209-214. https://doi.org/10.1007/s11120-010-9606-0
Liu, Y., & Khan, M. F. (2016). Utility of fungicides for controlling Rhizoctonia solani on sugar beet. Journal of Crop Protection, 5(1), 33-38. http://jcp.modares.ac.ir/article-3-10010-en.html
Lo, C. T., Nelson, E. B., Hayes, C. K., & Harman, G. E. (1998). Ecological studies of transformed Trichoderma harzianum strain 1295–22 in the rhizosphere and on the phylloplane of creeping bentgrass. Phytopathology, 88(2), 129-136. https://doi.org/10.1094/phyto.1998.88.2.129
Mohamed, G., & Amer, S. (2014). Application of salicylic acid and some fungicides as seed treatment for controlling damping-off and root rot diseases of squash and cantaloupe plants under field conditions. Journal of Plant Protection and Pathology, 5(12), 1025-1043. https://dx.doi.org/10.21608/jppp.2014.88024
Müftügil, N. (1985). The peroxidase enzyme activity of some vegetables and its resistance to heat. Journal of the Science of Food and Agriculture, 36(9), 877-880. https://doi.org/10.1002/jsfa.2740360918
Naseri, B. (2013). Epidemics of Rhizoctonia root rot in association with biological and physicochemical properties of field soil in bean crops. Journal of Phytopathology, 161(6), 397-404. https://doi.org/10.1111/jph.12077
Ogoshi, A. (1996). Introduction—the genus Rhizoctonia. In B. Sneh, S. Jabaji-Hare, S. Neate, & G. Dijst (Eds.), Rhizoctonia species: Taxonomy, molecular biology, ecology, pathology and disease control (pp. 1–9). Springer. https://doi.org/10.1007/978-94-017-2901-7
Pitotti, A., Elizalde, B. E., & Anese, M. (1994). Effect of caramelization and Maillard reaction products on peroxidase activity. Journal of Food Biochemistry, 18(6), 445-457. https://doi.org/10.1111/j.1745-4514.1994.tb00515.x
Pitt, J. I., & Hocking, A. D. (2009). Aspergillus and related teleomorphs. In Fungi and Food Spoilage (3rd ed., pp. 75–134). Springer. https://doi.org/10.1007/978-0-387-92207-2_8
Quadros, A. F. F., Batista, I. C. A., Kauffmann, C. M., Boari, A. J., & Nechet, K. L. (2019). First report of Rhizoctonia solani AG1-IA causing foliar blight in snap-bean in Brazil. Journal Plant Pathology, 101(4), 1275-1276. https://doi.org/10.1007/s42161-019-00341-3
Sari, H., Sari, D., Eker, T., & Toker, C. (2021). De novo super-early progeny in interspecific crosses Pisum sativum L.× P. fulvum Sibth. et Sm. Scientific Reports, 11(1), 19706. https://doi.org/10.1038/s41598-021-99284-y
Singleton, V. L., Orthofer, R., & Lamuela-Raventós, R. M. (1999). [14] Analysis of total phenols and other oxidation substrates and antioxidants by means of folin-ciocalteu reagent. Methods in Enzymology, 299, 152-178. https://doi.org/10.1016/S0076-6879(99)99017-1
Thepbandit, W., Srisuwan, A., & Athinuwat, D. (2024). Priming of Exogenous Salicylic Acid under Field Conditions Enhances Crop Yield through Resistance to Magnaporthe oryzae by Modulating Phytohormones and Antioxidant Enzymes. Antioxidants, 13(9), 1055. https://doi.org/10.3390/antiox13091055
Tian, Z., Wang, J. W., Li, J., & Han, B. (2021). Designing future crops: challenges and strategies for sustainable agriculture. The Plant Journal, 105(5), 1165-1178. https://doi.org/10.1111/tpj.15107
Wille, L., Messmer, M. M., Studer, B., & Hohmann, P. (2019). Insights to plant–microbe interactions provide opportunities to improve resistance breeding against root diseases in grain legumes. Plant, Cell & Environment, 42(1), 20-40. https://doi.org/10.1111/pce.13214
Yin, Y., Hu, M., Yang, Z., Zhu, J., & Fang, W. (2024). Salicylic acid promotes phenolic acid biosynthesis for the production of phenol acid‐rich barley sprouts. Journal of the Science of Food and Agriculture, 104(9), 5350-5359. https://doi.org/10.1002/jsfa.13365
مجله بیوتکنولوژی کشاورزی
دوره 17، شماره 3
شهریور 1404
صفحه 313-326

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار