SUPERVISOR
Masoud Bahar,Ghodratollah Saeidi
مسعود بهار (استاد راهنما) قدرت اله سعیدی (استاد مشاور)
STUDENT
Sirvan Saedmocheshi
سیروان ساعدموچشی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392
TITLE
Epidemiology and Detection of Epiphytic Population of Erwinia amylovora, the Causal Agent of Quince Fire Blight in Isfahan Province
Fire blight ( Erwinia amylovora ) is a destructive disease of pome fruits worldwide which has recently been emerged in quince orchards of Natanz and Kashan in Isfahan province. The incidence of the disease in some locations and its absence in other areas of Isfahan province led to believe that environmental conditions might influence on bacterial population dynamic which increase the prevalence of fire blight. In this research, therefore, the ecological behavior of E. amylovora and its population development to cause disease was studied in different humidity and thermal conditions in vivo and in situ . First, four detection methods including culturing the leaves washing suspension on Nutrient Agar Sucrose (NAS), indirect ELISA, direct PCR and Bio-PCR were evaluated to achieve a sensitive, precise and rapid method for detection and estimation of E. amylovora population on Quince leaves. None of the culturing the leaf washing and indirect ELISA methods were sensitive enough for detection of bacterial low population and the amplification results from the direct PCR reactions was inconsistent.However, Bio-PCR technique with capability to detect low population of E. amylovora was evaluated as a sensitive and relevant method for detection of viable bacteria in epidemiological studies. Bio-PCR methodwas also more sensitive, accurate and simple technique for detection of Viable but nonculturable (VBNC) state of E. amylovora comparing with apple inoculation, Pelargonium leaf infiltration and direct PCR methods. To determine environmental impact on population dynamic of E. amylovora that cause fire blight, the effect of two relative humidity rates (51% and 73%) in combination with three thermal treatments (6?, 20?, 28?) were examined during three months with 10 sampling case. The results revealed that the relative humidity rate has no considerable effect on population dynamic of E. amylovora and the bacterial population reduction trend from 0 to 57 days was similar in both conditions. On the other hand, the active population amount of E. amylovora was increased in 6? comparing to 20? and 28? treatments. In cold condition (6?), the population of E. amylovora decreased gradually, however the presence of bacterial community was documented continuously up to 64 and 84 days using culturing enriched leaves suspension and Bio- PCR, respectively. Employing these methods allowed figuring out the population fluctuation of epiphytic E. amylovora on leaves and flowers of symptomless quince trees in Rahmat-Abad (Natanz) and Isfahan University of Technology orchards. From the results of Rahmat-Abad, it can be concluded that the population of epiphytic E. amylovora increases from March until June in both leaf and flower tissues steadily which leads to establish fire blight disease on the trees sampled. Contrary, in Isfahan University of Technology orchard, the epiphytic population of the bacteria detected on May was too small to develop the disease. Comparing the environmental condition and disease incidence in these orchards let to conclude that the raining in March and April facilitates the releasing and spreading of bacterial cells from the canker of diseased trees to leaves and flowers. Then, in suitable thermal condition (above 18?), the bacterial population develops rapidly and induce disease occurrence. In June with daily temperature above 30?, the epiphytic population was reduced significantly and the disease progress ceased. The results revealed that the expansion of E. amylovora population under appropriate environmental conditions is essential for fire blight development. To such a degree, it would be possible to find fire blight on healthy trees in future by development of epiphytic population of E. amylovora . Therefore, the data obtained in this study might be helpful to find a way to manage the prevalence of fire blight in quince orchards of Isfahan province.
بیماری باکتریایی آتشک درختان میوه دانه دار ( Erwinia amylovora ) از بیماری های مهّمی محسوب می شود که در سال های اخیر انتشار قابل توجهی در باغات بِه نطنز و کاشان داشته است. وقوع و گسترش سریع بیماری در بعضی مناطق و عدم حضور آن در مناطق دیگر استان نشان داد که احتمالا شرایط محیطی در تغییرات جمعیتی باکتری برای بروز بیماری آتشک موثر است. به این لحاظ، در پژوهش حاضر تعیین رفتار اکولوژیکی E. amylovora و توسعه جمعیت آن برای ایجاد بیماری، در شرایط رطوبتی و دمایی متفاوت در آزمایشگاه و باغ مورد توجه قرار گرفت. ابتدا به منظور دستیابی به یک روش حساس، دقیق و سریع برای ردیابی باکتری و تخمین جمعیت E. amylovora در سطح برگ درختان بِه، روش های کشت سوسپانسیون شستشوی برگی روی محیط Nutrient Agar Sucrose (NAS)، الایزای غیر مستقیم، PCR مستقیم و Bio-PCR مورد مقایسه قرار گرفتند. دو روش کشت سوسپانسیون برگی و الایزای غیر مستقیم حساسیت کافی برای ردیابی جمعیت کم باکتری را نداشتند و نتایج روش PCR مستقیم نیز یکنواخت نبود. در بین روش های مزبور، Bio-PCR با توانایی شناسایی جمعیت اندک باکتری به عنوان یک روش حساس و مناسب برای ردیابی سلول های زنده و فعال E. amylovora در مطالعات اپیدمیولوژیکی این تحقیق انتخاب شد. روش Bio-PCR، همچنین برای ردیابی جمعیت در فاز استراحتی (VBNC)Viablebutnonculturable باکتری E. amylovora ، نسبت به چهار روش کشت مستقیم سوسپانسیون باکتری روی NAS، تلقیح به میوه سیب، تلقیح به برگ شمعدانی و PCR مستقیم، حساس تر، سریع تر و دقیق تر بود. در مرحله بعدی تحقیق، برای تعیین نقش عوامل موثر بر جمعیت اپی فیت E. amylovora در اپیدمی بیماری آتشک درختان، تاثیر دو میزان رطوبت نسبی 51 و 73 درصد و سه سطح دمایی متفاوت ?6، ?20 و ?28، طی سه ماه و با 10 نوبت نمونه برداری مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بررسی نشان داد که مقادیر متفاوت رطوبت نسبی تاثیر معنی داری بر نوسانات جمعیت اپی فیت باکتری E. amylovora ندارد و علیرغم جمعیت زیاد باکتری در نمونه برداری زمان صفر و ردیابی آن به روش Bio-PCR تا 57 روز، جمعیت باکتری در هر دو شرایط رطوبتی کاهش یکسانی داشت. در مقابل، معلوم گردید هر چه دما پایین تر باشد جمعیت فعال باکتری در سطح برگ های بِه بیشتر می شود، بطوریکه در دمای ?6 جمعیت اپی فیت باکتری نسبت به شرایط دمایی ?20 و ?28 از فراوانی بیشتری برخوردار بود. جمعیت باکتری در دمای ?6 به تدریج کاهش یافت، بطوریکه سلول های E. amylovora به روش کشت سوسپانسیون شستشوی سطح برگ ها روی محیط NAS، تا 64 روزو به روش Bio-PCR تا 84 روز پس از تلقیح، از سطح برگ ها قابل ردیابی بود. در بررسی نوسانات جمعیت اپی فیت باکتری روی بافت های زایشی و رویشی درختان ظاهرا سالم باغات بِه در رحمت آباد نطنز و دانشگاه صنعتی اصفهان، با استفاده از روش کشت روی محیط NAS و ردیابی جمعیت های کم با روش Bio-PCR، مشخص گردید که طی فروردین تا اواخر خرداد در باغ رحمت آباد نطنز (دارای سابقه بیماری آتشک)، جمعیت اپی فیت باکتری E. amylovora در گل ها و برگ های در ختان افزایش قابل توجهی دارد که منجر به وقوع شدید بیماری در اواخر اردیبهشت شد. در مقابل، در باغ دانشکده کشاورزی دانشگاه صنعتی اصفهان، جمعیت محدودی از باکتری بر روی برگ ها و فقط در اواخر اردیبهشت ردیابی گردید که به دلیل عدم توسعه جمعیت، بیماری آتشک در این باغ ظاهر نشد. از مقایسه تغییرات شرایط آب و هوایی با میزان وقوع بیماری چنین استنباط گردیدکه احتمالا بارندگی ماه های فروردین و اردیبهشت در آزاد سازی باکتری از سطح شانکرهای تنه و شاخه ها و به دنبال آن افزایش جمعیت اپی فیت آن در سطح شکوفه ها و برگ ها موثر بود. با مناسب شدن دمای روزانه (بیش از ?18) جمعیت باکتری رشد بیشتری پیدا کرد و به این ترتیب شرایط برای بروز بیماری فراهم گردید. با افزایش دمای روزانه به بیش از ?30 در اواسط خرداد، جمعیت اپی فیت باکتری در سطح برگها کاهش معنی داری داشت و روند توسعه بیماری نیز کند شد. این نتایج نشان داد که افزایش جمعیت باکتری برای بروز علایم بیماری الزامی است و اگر شرایط محیطی مناسبی برای گسترش جمعیت E. amylovora فراهم نشود، بیماری اتفاق نخواهد افتاد. در صورت تایید این فرض، در آینده بسیاری از باغات به ظاهر سالم اصفهان با افزایش جمعیت اپی فیت E. amylovora و شیوع بیماری آتشک مواجه خواهند شد. بنابراین، لازم است با استفاده از این اطلاعات در مورد پیشگیری از شیوع بیماری آتشک در باغات بِه استان اصفهان اقدام نمود. کلمات کلیدی: بِه، Erwinia amylovora ، جمعیت اپی فیت، اپیدمی،NAS، Bio-PCR