Sclerotinia sclerotiorum!

SCLEROTINIA SCLEROTIORUM

(Libert) de Bary

Systematyka

Gromada: Ascomycota

Podgromada: Pezizomycotina

Klasa: Leotiomycetes

Rząd: Helotiales

Rodzina: Sclerotiniaceae

Rodzaj: Sclerotinia

Gatunek: Sclerotinia sclerotiorum (Libert) de Bary

Synonimy:

Peziza sclerotiorum Lib.

Sclerotinia libertiana Fuckel

Hymenoscyphus sclerotiorum (Lib.) W. Phillips

Sclerotium varium Pers.

Whetzelinia sclerotiorum (Lib.) Korf & Dumont

Grzyba tego opisano już w 1837 roku, a pierwszą jego nazwą była Peziza sclerotiorum Lib. (Libert 1837). Obecna nazwa Sclerotinia sclerotiorum została użyta pierwszy raz w 1884 roku przez de Bary (Bolton i in. 2006). Gatunek znajduje się wśród patogenów roślin o największym znaczeniu ekonomicznym, a jednocześnie jest jednym z najbardziej powszechnych na świecie. Polifag ten do lat 80. XX wieku zidentyfikowany został na 383 gatunkach (Purdy 1979), a w 2008 podawano już, że poraża ponad 500 gatunków (Saharan i Mehta 2008). O dużym znaczeniu świadczy fakt, że w odniesieniu do chorób wywoływanych przez S. sclerotiorum użyto ponad 60 nazw (Purdy 1979). W Polsce najczęściej spotykanymi nazwami jest zgnilizna twardzikowa, biała pleśń oraz zgorzel łodygi (Starzycki i Starzycka 1999). Gospodarzami S. sclerotiorum są głównie rośliny dwuliścienne, rzadko jednoliścienne (trawy, zboża, choć poraża np. cebulę, tulipany). W Polsce jego występowanie stwierdzono na rzepaku, tytoniu, marchwi, pietruszce, buraku, ogórku, pomidorze, fasoli, soi, słoneczniku oraz na innych roślinach warzywnych (Kryczyński 2002). Wysokie szkody (nawet do 30%) powoduje w uprawach rzepaku ozimego, jak i trochę w mniejszym stopniu rzepaku jarego i tytoniu (Starzycki i Starzycka 1999, Gwiazdowski i Korbas 2006). W USA w latach o korzystnych warunkach klimatycznych dla rozwoju patogena straty finansowe spowodowane wystąpieniem S. sclerotiorum szacowane były na 200 milionów dolarów (Bolton i in. 2006). Wszystkie rośliny dyniowate są podatne na zgniliznę twardzikową. Przykładowo w USA często występuje w uprawie polowej dyni oraz na ogórku szklarniowym (Keinath i in. 2017). Biała pleśń dyniowatych jest wywoływana głównie przez S. sclerotiorum, ale czasem w polowej uprawie ogórka może wystąpić Sclerotinia minor. Na przykład w Kanadzie S. sclerotiorum jest powszechna w całym kraju, natomiast S. minor występuje przede wszystkim w południowo-zachodnim Ontario, głównie jako patogen sałaty (Howard i in. 1994).

Jak już wspomniano opisywany patogen występuje powszechnie i ma bardzo szeroki zasięg geograficzny i klimatyczny (Domsch i in. 1993). Lubi zwłaszcza tereny chłodne i wilgotne, ale występuje na wszystkich kontynentach. Kiedy temperatura spada poniżej 0°C lub osiąga ponad 32°C, jego patogeniczność słabnie (Purdy 1979, Willetts i Wong 1980).

Symptomy

Grzyb poraża rośliny we wszystkich fazach wzrostu. Objawy infekcji są bardzo specyficzne i łatwe do rozpoznania (Fig. 5-13). Na rzepaku zgnilizna twardzikowa występuje najczęściej na łodydze (szczególnie w niższych partiach, blisko gleby; Fig. 5). Pojawiają się na niej jasnobrązowe, bądź jasnoszare owalne plamy, które z czasem ciemnieją. Obejmują one całość lub tylko część obwodu łodygi. Plamy często pokrywa warstwa białej grzybni, która stopniowo przerasta tkanki i dostaje się do wnętrza łodygi, gdzie tworzą się początkowo białe do kremowych, a następnie ciemniejące i ostatecznie czarne skupienia strzępek – skleroty (Fig. 4). Czasem czarne przetrwalniki są widoczne nawet na powierzchni łodygi, a także w łuszczynach (Kryczyński 2002). Silnie porażony rzepak staje się łamliwy, pęka i przedwcześnie zamiera. Objawy mogą być również widoczne na liściach, choć są trudne do rozpoznania. Zainfekowane liście brunatnieją, zamierają i gniją.

U roślin dyniowatych patogena najczęściej można zauważyć na porażonych łodygach i owocach roślin dyniowatych. Może infekować łodygi blisko gleby (Fig. 8-10), a także liście i owoce nadziemne (Fig. 11). Infekcja zwykle zaczyna się od martwej lub obumierającej tkanki. Mogą to być na przykład zwiędłe liścienie, a zwłaszcza kwiaty, które pozostają przyczepione do owoców lub przylegają do innej części rośliny po opadnięciu. Na owocach infekcja występuje głównie na końcu kwiatu (Fig. 11), gdzie objawy są często mylone z objawami szarej pleśni. Przy zgniliźnie twardzikowej grzybnia jest zawsze czysto biała, nigdy w odcieniach szarości lub brązu (Howard i in. 1994). Zdarza się, że zainfekowane owoce wysychają i mumifikują (Keinath i in. 2017).

Objawy choroby na ogórku uwidaczniają się na łodygach, liściach, kwiatach i owocach. Infekcja rozpoczyna się mokrymi plamami, po których następuje wzrost białej grzybni pokrytej kroplami wody podobnymi do rosy na zainfekowanych owocach. Zaatakowane owoce ogórka stają się wodniste, miękkie, a później rozwijają się na nich sklerocja. Owoce gniją całkowicie w 3-5 dni. Podobne objawy występują na łodydze, liściach i ogonkach liściowych (Fig. 8-10). Obserwuje się zmiany chorobowe na łodydze pokrytej grubą białą grzybnią, co powodujące mokre zmiany na ogonkach liściowych, co z kolei prowadzi do chlorotycznych, nekrotycznych plam na liściach (Zakeri 1998). Zgnilizna najczęściej dotyczy starszych organów rośliny. Po pojawieniu się grzybni patogena na łodydze, organ ten wysycha i więdnie, a w gnijących tkankach pojawiają się małe, czarne sklerocja. Zakażeniu sprzyja zwłaszcza, jak już wspominano, chłodne i wilgotne środowisko, które zwykle występuje w warunkach szklarniowych. W szklarniach można obserwować wyjątkowo szybkie pokrywanie się zakażonych wodnistych i miękkich tkanek białą puszystą grzybnią patogena (Abdel-Kader i in. 2012). Choroba nasila się tutaj w wyniku złego zarządzania uprawą. Nie jest powszechna w szklarniach i nie powinna w nich występować, jeśli rośliny są chronione przed kroplami wody i omgławianiem, zwłaszcza podczas kwitnienia (Howard i in. 1994).

Morfologia

Na pożywce PDA (potato dextrose agar) kolonie S. sclerotiorum rosną bardzo szybko i po 4 dniach inkubacji w temperaturze 24ºC osiągają 4-8 cm średnicy, a po 8 dniach zarastają całą płytkę Petriego. Najlepsza temperatura do wzrostu to 15-25°C, a pH podłoża 4-5,5. Grzybnia jest puszysta i biała/hialinowa, ale zdarzają się też izolaty szarawe i kremowe. Plecha składa się z rozgałęziających się wielojądrowych strzępek (Bolton i in. 2006). Po dłuższej hodowli (2-3 tygodnie) głównie na obrzeżach płytki tworzą się sklerocja – ciemne przetrwalniki (Fig. 1 i 2). Są one najczęściej owalne/kuliste, ale występują też podłużne z ostrymi końcami. Ich średnica wynosi 2-12 mm (Adams i Ayers 1979), a rozmiary różnią się bardzo w zależności od rośliny-gospodarza (Fig. 4). Sklerotium to skupisko strzępek, które zawdzięcza czarną barwę znajdującej się w warstwie zewnętrznej melaninie. Uważa się, że składnik ten odgrywa istotną rolę w ochronie przed niekorzystnymi warunkami środowiska, rozkładem przez mikroorganizmy (Bell i Wheeler 1986, Henson i in. 1999), a u niektórych grzybów także w wirulencji (Thomma 2003). W przypadku S. sclerotiorum zależności pomiędzy patogenicznością a melaniną nie stwierdzono (Saharan i Mehta 2008). Warstwa wewnętrzna (medulla) jest jasna i o luźniejszej strukturze (Bolton i in. 2006). Jest osadzona we włóknistej macierzy i składa się z węglowodanów, głównie β-glukanów i białek (LeTourneau 1979). Wyróżniono 3 fazy rozwoju sklerocjum. Pierwsza z nich to inicjacja, czyli agregacja grzybni i utworzenie białej masy zwanej zaczątkami sklerocyjnymi (sclerotial initials). Druga faza wzrostu polega na wzroście grzybni i dalszej agregacji, a co za tym idzie zwiększeniu rozmiaru. Ostatnia faza dojrzewania polega na rozgraniczeniu warstwy zewnętrznej, odkładaniu melaniny w komórkach peryferyjnych i wzmocnieniu wewnętrznym (Townsend i Willetts 1954). W warunkach laboratoryjnych na rozwój sklerocjów znacząco wpływa pH pożywki – przy odczynie obojętnym lub zasadowym znacznie spada zdolność do ich wytwarzania (Rollins i Dickman 2001). Neutralne lub zasadowe pH powoduje ponadto większą kumulację kwasu szczawiowego – silnej mykotoksyny wytwarzanej przez S. sclerotiorum. Na podstawie zdolności do jej wytwarzania, szybkości przerastania i opanowywania rośliny-gospodarza, zdolności do tworzenia apotecjów oraz polimorfizmu DNA wyróżniono patotypy (Starzycka i in. 2004). Stwierdzono duże różnice w patogeniczności różnych izolatów. Kultury, które wytwarzają więcej kwasu szczawiowego, tworzą mniej sklerocjów, ale są za to bardziej agresywne (Harel i in. 2005). Mało patogeniczne izolaty nie mają zdolności tworzenia kwasu szczawiowego (Starzycki i Starzycka 1999, Starzycka i in. 2000). Nie stwierdzono zależności pomiędzy patogenicznością, a zabarwieniem kolonii, o czym już wspomniano, i tempem wzrostu kolonii S. sclerotiorum (Garg i in. 2010). Wśród czynników wpływających na formowanie sklerocjów oprócz pH wymienia się m.in. temperaturę, światło, dostępność składników odżywczych oraz potencjał osmotyczny podłoża (Saharan i Mehta 2008). Szacuje się, że nawet 90 % cyklu życiowego Sclerotinia sclerotiorum może spędzić w postaci sklerot w glebie. Ich przeżywalność zależy od wielu czynników, m.in. składu biologicznego gleby, a w szczególności obecności grzybów nadpasożytniczych (Adams i Ayers 1979).

S. sclerotiorum nie zimuje w postaci grzybni (Kochman 1973). Zdolność tą posiadają skleroty, które mogą przeżyć w glebie do 8 lat (Adams i Ayers 1979, Bolton i in. 2006). Są one pierwotnym źródłem zakażenia roślin (Purdy 1979). Niektóre z nich opadają na ziemię z łodyg, ale większość dostaje się do gleby z pozostawionych resztek roślinnych. Ilość inokulum w postaci sklerot może być zwiększana poprzez produkcję wtórnych sklerot w glebie albo ich wytwarzanie na roślinach (Williams i Western 1965).

Ze względu na ogromny potencjał reprodukcyjny oraz możliwość długoterminowego przeżycia, sklerocja są najważniejszym składnikiem cyklu chorobowego. Mogą one kiełkować karpogenicznie lub myceliogenicznie, w zależności od warunków środowiska, co wiąże się też dwoma odrębnymi rozwojami choroby. Sklerocja, która kiełkują myceliogenicznie, wytwarzają strzępki zdolne bezpośrednio atakować tkanki gospodarza (Bardin i Huang 2001, LeTourneau 1979). Sklerocja, która kiełkują karpogenicznie, produkują apotecja, a następnie askospory, które infekują nadziemne części roślin żywicielskich. Chociaż opisywany gatunek uważany jest za patogena przenoszonego w glebie („soilborne”), infekcja następuje w większości przypadków poprzez „airborne” askospory (Keinath i in. 2017). Kiełkowanie sklerocjów obserwuje się w temperaturze 20-25˚C, przy początkowym pH podłoża 5 i powyżej 80% wilgotności względnej (Huang i in. 1998). Na sklerocjach tworzą się żółto-brązowe lub jasnobrunatne miseczkowate owocniki, wypełnione workami z zarodnikami workowymi. Tylko dojrzałe sklerocjum jest zdolne do wytworzenia zazwyczaj jednego apotecjum (Saharan i Mehta 2008). Zbadano, że owocniki najczęściej powstają na średniej wielkości sklerocjach i wymagany jest do tego roczny okres spoczynku. Zdarza się jednak, że mogą pojawić się jeszcze w tym samym roku (Kochman 1973). W warunkach laboratoryjnych obserwowane są bardzo rzadko. Średnica apotecjum wynosi 3-8 mm. Osadzone jest na około 2-3 cm nitkowatej nóżce o średnicy 1-2 mm (Domsch i in. 1993). Długość nóżek zależy od tego, jak głęboko sklerocjum znajduje się w glebie – jeśli są głębiej niż 8 cm, to nie wytwarzają owocników. Worki buławkowatego kształtu są długości 110-125 μm i szerokości 6-10 μm (Kochman 1973). Wytwarzane przez nich zarodniki workowe są podłużne, jednokomórkowe, bezbarwne, dwujądrowe i zazwyczaj o wymiarach 4-6 μm x 9-14 μm. Optymalna temperatura wynosi 20-25°C, choć mogą być wytwarzane nawet w 5°C. Wysoka wilgotność powietrza sprzyja zarodnikowaniu (Abawi i Grogan 1979, Domsch i in. 1993). Askospory przeżywają najdłużej, gdy są suche. Czas przetrwania zależy zarówno od temperatury, jak i wilgotności. Wiadomo, że w glebie mogą przetrwać 12 dni (Grogan i Abawi 1975).

S. sclerotiorum nie posiada stadium konidialnego, jednak na strzępkach lub pomiędzy workami na osobnych krótkich strzępkach grzybni tworzą się w łańcuszkach mikrokonidia (Kochman 1973). Mają wielkość 2,5-3,2 μm i powstają na płasko zakończonych fialidach (Fig. 3). Na pożywkach sztucznych obserwuje się je bardzo rzadko, zazwyczaj po bardzo długim okresie inkubacji, gdy wyczerpane zostaną składniki odżywcze z podłoża (Domsch i in. 1993). Mikrozarodniki nie mają większego znaczenia – nie biorą udziału ani w infekcji, ani w rozprzestrzenianiu się choroby, nie kiełkują i ich rola w biologii grzyba jest nadal nieznana (Bolton i in. 2006).

Wiele badań wykazało, że kilka antagonistycznych mikroorganizmów (grzyby, bakterie, promieniowce, drożdże, algi i grzyby) ma zdolność obniżania patogenicznej aktywności S. sclerotiorum (Saharan i Mehta 2008). Grzyby rodzajów Aspergillus, Coniothyrium (C. minitans), Gliocladium, Penicillium, Stachybotrys i Trichoderma są znane z dużej skuteczności w niszczeniu strzępek oraz sklerot patogena (Adams i Ayers 1979). Supresja patogena przez antagonistów odbywa się różnymi drogami – m.in. poprzez pasożytnictwo, drapieżnictwo, konkurencję o składniki odżywcze i przestrzeń życiową, mechaniczne zahamowanie oraz produkcję toksycznych i hamujących metabolitów (Saharan i Mehta 2008).