The Effects of Essential Oils and Arbuscular Mycorrhizal Fungi on Decay Disease (Fusarium oxysporum f. sp. radicis lycopersici Jarvis & Shoemaker) of Root and Root Collar of Tomato

Abstract

In this study, the effects of some Arbuscular Mycorrhizal Fungi (AMF) species (Rhizophagus intraradices (Ri) and Funneliformis mosseae (Fm)) and some essential oils (thyme, mint and sage) on Fusarium oxysporum f. sp. radicis lycopersici (Jarvis & Shoemaker) (FORL) of root and root collar of tomato which are two of the important diseases were invesitigated. In the first stage of study three different essential oils and five different doses of oils (25, 50, 75, 100, 150 μl L-1) have been tested against FORL in-vitro conditions. As a result of the study, it was determined that all doses of essential oils obtained from thyme (KUY) prevented the development of micellar colonies of the pathogen by 50.8-80.8%; and the best dose was 150 μl L-1. In the second stage of the study, 150 μl L-1 dose of KUY was applied to tomato plants grown under in-vivo conditions with AMF species. Although treatment groups did not have a significant effect on plant growth, according to AMF colonization densities and mycorrhizal dependence criteria, the best effect was found with Ri. In the third stage of the study, the effects of 150 μl L-1 dose of KUY and Ri application on FORL in tomato plant were investigated. Ri+KUY+FORL combination was determined to be the most effective group against the pathogen. In addition, although all treatments suppressed the pathogen at a rate of 28-55%, they did not show significant effect on the morphological development of the plant. While the AMF root colonization density Ri and Ri+KUY+FORL treatment groups had the highest values at 43.89% and 37.77% respectively, there was no significant difference in spore density in the rhizosphere Mycorrhizal dependence was detected only in Ri+KUY treatment. As a result, it was determined that Ri and KUY treatments have an important potential in preventing the pathogen, but they do not contribute significantly to plant growth.

Keywords

• Fusarium oxysporum f.sp. radicis-lycopersici (Jarvis & Shoemaker)
• Tomato
• arbuscular mycorrhizal fungi
• essential oil

Uçucu Yağ ve Arbusküler Mikorhizal Fungus’un Domates Kök ve Kök Boğazı Çürüklüğü (Fusarium oxysporum f. sp. radicis lycopersici Jarvis & Shoemaker) Hastalığına Etkileri

Abstract

Bu çalışmada, bazı Arbusküler Mikorhizal Fungus (AMF) türleri (Rhizophagus intraradices (Ri) ve Funneliformis mosseae (Fm)) ile bazı uçucu yağların (kekik, nane ve adaçayı), domatesteki önemli hastalıklar arasında yer alan Fusarium oxysporum f. sp. radicis- lycopersici (Jarvis & Shoemaker) (FORL)‘nin yol açtığı kök ve kök boğazı çürüklüğü hastalığı üzerine etkileri incelenmiştir. Çalışmanın birinci aşamasında, in-vitro koşularda üç farklı uçucu yağ ile bunların beş farklı dozu (25, 50, 75, 100 ve 150 μl L-1), FORL’ye karşı denenmiştir. Çalışma sonucunda patojenin miseliyal koloni gelişiminin sadece kekikten elde edilen uçucu yağın (KUY) tüm dozlarının %50.8-80.8 oranında engellediği; en iyi dozun ise 150 μl L-1 doz olduğu saptanmıştır. Çalışmanın ikinci aşamasında in-vivo koşullarında yetiştirilen domates bitkilerine, AMF türleri ile 150 μl L-1 dozundaki KUY uygulanmıştır. Uygulama gruplarının bitki gelişimine önemli bir etkileri olmamakla beraber, AMF kolonizasyon yoğunluklarına ve mikorizal bağımlılık kriterlerine göre en iyi uyumun Ri ile olduğu saptanmıştır. Çalışmanın üçüncü aşamasında Ri ile KUY’un 150 μl L-1 doz uygulamasının, domates bitkisinde FORL’ye olan etkileri araştırılmıştır. Tüm uygulamalar kontrol grubuna göre hastalığı %28-55 oranlarında baskılarken, Ri+KUY+FORL kombinasyonun patojene karşı en etkili grup olduğu, uygulama gruplarının bitkinin morfolojik gelişimine önemli katkı sağlamadığı gözlenmiştir. AMF kök kolonizasyon yoğunluğu açısından en yüksek değerler Ri ve Ri+KUY+FORL uygulama gruplarında sırasıyla, %43.89 ile %37.77 oranlarında olurken, AMF spor yoğunluklarında istatistiki olarak önemli fark oluşmamıştır. Mikorizal bağımlılık ise sadece Ri+KUY uygulamasında tespit edilmiştir. Sonuç olarak, bu çalışmada kullanılan Ri ile KUY uygulamalarının patojeni engellemede önemli bir potansiyele sahip olduğu, ancak bitki gelişimine önemli katkı sağlamadığı belirlenmiştir.

Keywords

• Fusarium oxysporum f.sp. radicis-lycopersici (Jarvis & Shoemaker)
• Domates
• arbusküler mikorhizal fungus
• uçucu yağ

References

1. Akköprü A, Demir S, 2005. Biological Control of Fusarium Wilt in Tomato Caused by Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici by AMF Glomus intraradices and Some Rhizobacteria. Journal of Phytopathology 153 (9): 544-550.
2. Arminante F, De Falco E, De Feo V, De Martino L, Mancini E, Quaranta E, 2006. Allelopathic activity of essential oils from Mediterranean Labiatae. Proceedings of the I International Symposium on the Labiatae: Advances in Production, Biotechnology and Utilisation 723, February, pp. 347-356.
3. Aslanpay B, Demir S, 2015. Arbusküler Mikorhizal Fungus (AMF) ve Hümik Asitin Biber (Capsicum annuum L.) Bitkisinin Gelişimi ve Phytophthora capsici Leonian’ın Neden Olduğu Kök Boğazı Çürüklüğü Hastalığına Etkileri. Yüzüncü Yıl Üniversitesi Tarım Bilimleri Dergisi 25 (1): 48-57.
4. Attitalla IH, Fatehi J, Levenfors J, Brishammar S, 2004. A Rapid Molecular Method for Differentiating Two Special Forms (lycopersici and radicis-lycopersici) of Fusarium oxysporum. Mycological research 108 (7): 787-94.
5. Aydın MH, 2015. Bitki Fungal Hastalıklarıyla Biyolojik Savaşta Trichoderma’lar. Türkiye Tarımsal Araştırmalar Dergisi 2 (2): 135-148.
6. Aydın MH. 2019. Nohut (Cicer arietinum L.)’ta Solgunluğa Neden Olan Fusarium oxysporum’un Biyolojik Mücadelesi. Türkiye Tarımsal Araştırmalar Dergisi 6 (1): 65-72.
7. Azcón-Aguilar C, Barea J, 1997. Arbuscular Mycorrhizas and Biological Control of Soil-Borne Plant Pathogens–An Overview of The Mechanisms Involved. Mycorrhiza 6 (6): 457-64.
8. Baytop T, 1999. Türkiye’de Bitkilerle Tedavi. Nobel Tıp Kitapevleri Yayını, 2. Baskı, 480s, İstanbul-Türkiye.

9. Benítez T, Rincón AM, Limón MC, Codon AC, 2004. Biocontrol Mechanisms of Trichoderma Strains. International Microbiology 7 (4): 249-60.
10. Bogale M, Wingfield BD, Wingfield MJ, Steenkamp ET, 2007. Species-Specific Primers for Fusarium redolens And A PCR-RFLP Technique To Distinguish Among Three Clades of Fusarium oxysporum. FEMS Microbiology Letters 271 (1): 27-32.
11. Boyraz N, Koçak R, 2006. Bazi Bitki Ekstraktlarinin In Vitro Antifungal Etkileri. Selcuk Journal of Agriculture and Food Sciences 20 (38): 82-87.
12. Bozhüyük AU, Kordali Ş, Bölük G, 2015. Satureja hortensis L. Uçucu Yağının Antifungal Etkisi. Atatürk Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi 46 (2): 107-112.
13. Burni T, Hussain F, Sharif M, 2013. Effect of Arbuscular Mycorrhizal Fungi on Essential Oils of Two Pharmaceutically Important Mentha Species in Marginal Soils. Pakistan J Bot 45: 293-6.
14. Can C, Elekcioğlu H, Yücel S, Özaslan M, 2003. Seralarda Domates Fusarium Solgunluğuna Neden Olan Türlerin Tanısı, Hastalık Oluşumunda Nematodlar ile İlişkileri ve Mücadele Olanaklarının Belirlenmesi. Tubitak Sonuç Raporu, Proje No: TARP-2371.
15. Can C, Yucel S, Korolev N, Katan T, 2004. First Report of Fusarium Crown and Root Rot of Tomato Caused by Fusarium oxysporum f. sp. radicis-lycopersici In Turkey. Plant Pathology 53 (6).
16. Castano R, Borrero C, Trillas M, Avilés M, 2013. Selection of Biological Control Agents Against Tomato Fusarium Wilt and Evaluation in Greenhouse Conditions of Two Selected Agents in Three Growing Media. Biocontrol 58 (1): 105-116.
17. Chaudhary V, Kapoor R, Bhatnagar A, 2008. Effectiveness of Two Arbuscular Mycorrhizal Fungi on Concentrations of Essential Oil and Artemisinin in Three Accessions of Artemisia annua L. Applied Soil Ecology 40 (1): 174-181.
18. Çolak A, Biçici M, 2011. Doğu Akdeniz Bölgesi Örtü Altı Domates Yetiştiriciliğinde Fusarium oxysporum Spesiyal Formlarınının Simptomatolojik Ayrımı Ile Solgunluk ve Kök-Kök Boğazı Çürüklüğü Hastalıklarının Çıkış, Şiddet ve Yaygınlıklarının Belirlenmesi. Bitki Koruma Bülteni 51 (4): 331-45.
19. Declerck S, Plenchette C, Strullu D, 1995. Mycorrhizal Dependency of Banana (Musa acuminata, AAA group) Cultivar. Plant and Soil 176 (1): 183-187.
20. Demir S, 2005. Using of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) for biocontrol of soil-borne fungal pathogens. Biological control of plant diseases: current concepts, 124-38.
21. Demir S, Şensoy S, Ocak E, et al., 2015. Effects Of Arbuscular Mycorrhizal Fungus, Humic Acid, and Whey on Wilt Diseasecaused by Verticillium dahliae Kleb. in Three Solanaceous Crops. Turkish Journal of Agriculture and Forestry 39 (2): 300-309.
22. Erdoğan O, Çelik A, Yıldız Ş, Kökten K, 2014. Pamukta fide kök çürüklüğü etmenlerine karşı bazı bitki ekstrakt ve uçucu yağlarının antifungal etkisi. Türk Tarım ve Doğa Bilimleri Dergisi, 1(3): 390-397.
23. Erdoğan O, Çelik A, Zeybek A, 2016. In Vitro Antifungal Activity of Mint Thyme Lavender Extracts and Essential Oils on Verticillium dahliae Kleb. Fresenius Environmental Bulletin, 25 (11): 4856-4862.
24. FAO, 2020. Food and Agriculture Organization of the United Nations, Faostat, http://www.fao.org/faostat/en/#data/QC/visualize. (Erişim Tarihi: 06.07.2020).
25. Gerdemann L.W., Nicholson T.H., 1963. Spores of Mycorrhizal Endogene Extracted from Soil by Wet Sieving and Decanting, Transactions of the British Mycological Society 46: 235-244.
26. Giovannetti M, Mosse B, 1980. An Evaluation of Techniques for Measuring Vesicular Arbuscular Mycorrhizal Infection in Roots. New phytologist, 489-500.
27. Hajlaoui M, Hamza N, Gargouri S, Guermech A, 2001. Apparition En Tunisie De Fusarium oxysporum f. sp. radicis‐lycopersici, Agent De La Pourriture Des Racines Et Du Collet De La Tomate. EPPO Bulletin 31 (4): 505-507.
28. Hibar K, 2002. La fusariose du collet et des racines de la tomate: Pathogénicité et moyens de lutte. Mémoire de Diplôme d’Etudes Approfondies en Protection des Plantes et Environnement. Ecole Supérieure d’Horticulture et d’Elevage de Chott Mariam, pp. 54, Mariem-Tunisia.
29. Jiménez-Díaz RM, Castillo P, Del Mar Jiménez-Gasco M, Landa BB, Navas-Cortés JA, 2015. Fusarium Wilt of Chickpeas: Biology, Ecology and Management. Crop Protection 73: 16-27.
30. Karagiannidis N, Thomidis T, Panou-Filotheou E, Karagiannidou C, 2012. Response of Three Mint and Two Oregano Species to 'Glomus etunicatum' Inoculation. Australian Journal of Crop Science 6 (1): 164.
31. Kırbağ S, Turan N, 2006. Malatya’da Yetiştirilen Bazı Sebzelerde Kök ve Kökboğazı Çürüklüğüne Neden Olan Fungal Etmenler. Fırat Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi 8 (2): 159-64.
32. Kordali Ş, Çakır A, Akcin TA, Mete E, Akcin A, Aydın T, Kılıç H, 2009. Antifungal and Herbicidal Properties of Essential Oils and n-hexane Extracts of Achillea gypsicola Hub-Mor. and Achillea biebersteinii Afan (Asteraceae). Industrial Crops and Products, 29 (2-3): 562-570.
33. Landa BB, Navas-Cortés JA, Jiménez-Díaz RM, 2004. Integrated management of Fusarium wilt of Chickpea with Sowing Date, Host Resistance, and Biological Control. Phytopathology 94 (9): 946-960.
34. Linderman RG, Davis EA, 2004. Varied Response of Marigold (Tagetes spp.) Genotypes to Inoculation with Different Arbuscular Mycorrhizal Fungi. Scientia Horticulturae 99 (1): 67-78.
35. Mcgovern R, 2015. Management of Tomato Diseases Caused by Fusarium oxysporum. Crop Protection 73: 78-92.
36. Morandi D, 1996. Occurrence of Phytoalexins and Phenolic Compounds in Endomycorrhizal Interactions, and Their Potential Role In Biological Control. Plant and Soil 185 (2): 241-251.
37. Nguefack J, Dongmo JL, Dakole C, et al., 2009. Food Preservative Potential of Essential Oils and Fractions from Cymbopogon citratus, Ocimum gratissimum and Thymus vulgaris Against Mycotoxigenic Fungi. International journal of food microbiology 131 (2-3), 151-156.
38. Ozbay N, Newman S, Brown W, 2002. Evaluation of Trichoderma harzianum Strains to Control Crown and Root Rot of Greenhouse Fresh Market Tomatoes. Proceedings of the XXVI International Horticultural Congress: Managing Soil-Borne Pathogens: A Sound Rhizosphere to Improve Productivity in 635, August, pp. 79-85.
39. Phillips JM, Hayman D, 1970. Improved Procedures for Clearing Roots and Staining Parasitic and Vesicular-Arbuscular Mycorrhizal Fungi For Rapid Assessment of Infection. Transactions of the British Mycological Society 55: 158-161.
40. Romagnoli C, Bruni R, Andreotti E, Rai M, Vicentini CB, Mares D, 2005. Chemical Characterization and Antifungal Activity of Essential Oil of Capitula from Wild Indian Tagetes patula L. Protoplasma 225 (1-2): 57-65.
41. Saito S, Michailides T, Xiao C, 2016. Fungicide Resistance Profiling in Botrytis cinerea Populations from Blueberry in California and Washington and Their Impact on Control of Gray Mold. Plant Disease 100 (10): 2087-2093.
42. Salamci E., Kordali S., Kotan R., Cakir A and Kaya Y., 2007. Chemical Composition, Antimicrobial and Herbicidal Effects of Essential Oils İsolated from Turkish Tanacetum aucheranum and Tanacetum chiliophyllum var. chiliophyllum. Biochemical Systematics and Ecology, 35 (9): 569-581.
43. Scheffknecht S, St-Arnaud M, Khaosaad T, Steinkellner S, Vierheilig H, 2007. An Altered Root Exudation Pattern Through Mycorrhization Affecting Microconidia Germination of the Highly Specialized Tomato Pathogen Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici (Fol) Is Not Tomato Specific But Also Occurs in Fol Nonhost Plants. Botany 85 (3): 347-52.
44. Şensoy S, Demir S, Turkmen O, Erdinc C, Savur OB, 2007. Responses of Some Different Pepper (Capsicum annuum L.) Genotypes to Inoculation With Two Different Arbuscular Mycorrhizal Fungi. Scientia Horticulturae 113 (1): 92-95.
45. Smith SE, Smith FA, 2012. Fresh Perspectives on The Roles of Arbuscular Mycorrhizal Fungi in Plant Nutrition and Growth. Mycologia 104 (1): 1-13.
46. Song W, Ma X, Tan H, Zhou J, 2011. Abscisic Acid Enhances Resistance to Alternaria solani in Tomato Seedlings. Plant Physiology and Biochemistry 49 (7): 693-700.
47. Stamou GP, Konstadinou S, Monokrousos N, Mastrogianni A, Orfanoudakis, M, Hassiotis C, … Papatheodorou EM, 2017. The Effects of Arbuscular Mycorrhizal Fungi and Essential Oil on Soil Microbial Community and N-related Enzymes During the Fungal Early Colonization Phase. AIMS Microbiology, 3(4): 938-959.
48. Szczerbanik M, Jobling J, Morrıs S, Holford P, 2007. Essential Oil Vapours Control Some Common Postharvest Fungal Pathogens. Australian Journal of Experimental Agriculture, 47 (1): 103-109.
49. Tripathi A, Sharma N, Sharma V, 2008. In vitro Efficacy of Hyptis suaveolens L. (Poit.) Essential Oil on Growth and Morphogenesis of Fusarium oxysporum f.sp. gladioli (Massey) Snyder & Hansen. World Journal of Microbiology and Biotechnology, 25(3), 503- 512.
50. Uçar E, Odabaş Köse E, Özyiğit Y, Turgut K, 2015. Bazı Tıbbi ve Aromatik Bitkilerde Esansiyel Yağların Antimikrobiyal Aktivitelerinin Belirlenmesi. SDU Journal of the Faculty of Agriculture/SDÜ Ziraat Fakültesi Dergisi 10 (2).
51. Vural H, Eşiyok D, Duman I, 2000. Kültür Sebzeleri, Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Bahçe Bitkileri Bölümü, 139-144.
52. Wang M, Cao J, Lin L, Sun J, Jiang W, 2010. Effect of 1‐methylcyclopropene on Nutritional Quality and Antioxidant Activity of Tomato Fruit (Solanum lycopersicon L.) During Storage. Journal of Food Quality 33 (2): 150-164.
53. Wang X, Ding T, Li Y, Guo Y, Li Y, Duan T, 2020. Dual Inoculation of Alfalfa (Medicago sativa L.) with Funnelliformis mosseae and Sinorhizobium medicae Can Reduce Fusarium Wilt. Journal of Applied Microbiology 129 (3): 665-679.
54. Yazlık A, 2014. Kanyaş (Sorghum halepense (L.) Pers.)’ın Marmara Bölgesindeki Yaygınlığı, Yoğunluğu, Biyolojisi ve Alternatif Mücadele Olanaklarının Belirlenmesi, Mustafa Kemal Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi (Basılmamış).
55. Yazlık A, Üremiş İ, 2017. İstanbul Kekiği (Origanum vulgare L.), İngiliz Lavantası (Lavandula angustifolia L.) ve Biberiye (Rosmarinus officinalis L.) Uçucu Yağ Bileşiklerinin Bazı Kültür Bitkilerinin Gelişimine Etkinliği. Alatarım 16 (1): 67-76. Yıldız M, Gürkan O, Turgut C, Kaya Ü, Ünal G, 2005. Tarımsal Savaşımda Kullanılan Pestisitlerin Yol Açtığı Çevre Sorunları, http://www.zmo.org.tr/resimler/ekler/dd7a04804967197_ek.pdf. (Erişim Tarihi: 02.08.2020).