馬鈴薯瘡痂病抗病資源鑒定和藥劑篩選

朱展鵬，蔣建霞，傅欣雨，曹 嬙，付志榮，蔡興奎

（1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430070；2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430070；3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部馬鈴薯生物學(xué)與生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430070）

馬鈴薯（Solanumtuberosum L.），茄科（Solanaceae）、茄屬（Solanum）、一年生草本植物，是世界四大糧食作物之一[1]。馬鈴薯作為主食，含有豐富的碳水化合物、纖維素、礦物質(zhì)和維生素，為人體健康發(fā)育提供必須的營養(yǎng)和能量[2,3]。馬鈴薯在中國乃至全球都是一種非常重要的農(nóng)作物，憑借其對氣候及環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、產(chǎn)量高、營養(yǎng)豐富等特點(diǎn)，在中國南北地區(qū)都有大量的栽培，在溫暖的南方甚至在冬季栽培都有較大的產(chǎn)量收獲[4]。然而馬鈴薯在生產(chǎn)過程中，受到多種病害的威脅，其中之一就是瘡痂病。目前馬鈴薯瘡痂病已成為馬鈴薯生產(chǎn)過程中的常見病害，在多個國家都有關(guān)于馬鈴薯瘡痂病的報道，在部分地區(qū)，瘡痂病已經(jīng)成為馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的限制因素，有研究表明，瘡痂病使得加拿大的馬鈴薯產(chǎn)業(yè)每年損失120萬美元[5-7]。在中國，微型薯繁育所需的基質(zhì)和栽培條件的特殊性導(dǎo)致瘡痂病危害嚴(yán)重，同時，帶菌土壤和種薯的轉(zhuǎn)移導(dǎo)致瘡痂病在中國四大馬鈴薯栽培區(qū)均有發(fā)生[8]。選育抗病品種是防治馬鈴薯瘡痂病最經(jīng)濟(jì)有效的方式，而抗性育種的重要要素之一就是抗性資源，然而目前馬鈴薯抗性資源缺乏。篩選現(xiàn)有育成品種對瘡痂病的抗性，可以緩解當(dāng)前馬鈴薯生產(chǎn)的燃眉之急。對馬鈴薯野生資源的瘡痂病抗性篩選可為今后抗瘡痂病育種奠定基礎(chǔ)。目前在缺乏抗瘡痂病主栽品種的情況下，藥劑處理是馬鈴薯田間生產(chǎn)防治瘡痂病的主要措施。因此，鑒定篩選現(xiàn)有馬鈴薯品種和野生資源的瘡痂病抗性，篩選能減輕瘡痂病癥狀的藥劑，對當(dāng)前馬鈴薯生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 供試材料和藥劑

藥劑評價試驗(yàn)的供試材料為感染瘡痂病的‘華薯3號’病薯。瘡痂病抗性鑒定材料為健康的馬鈴薯種苗，品種材料為9個‘華薯’系列新品種，分別為‘華薯1號’、‘華薯2號’、‘華薯3號’、‘華薯4號’、‘華薯5號’、‘華薯6號’、‘華薯9號’、‘華薯11號’和‘華恩2號’，對照品種為‘費(fèi)烏瑞它’（‘Favorita’）；馬鈴薯野生資源材料為具有Solanum chacoense血緣的M6、C9701、CH524-8、40-3、524-8-1和ED25。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)地設(shè)在國家蔬菜改良中心華中分中心的塑料大棚內(nèi)。

藥劑試驗(yàn)使用上一茬用于栽培微型薯的發(fā)病嚴(yán)重的蛭石，設(shè)2個處理。五氯硝基苯處理組，根據(jù)說明書用量（500 g/m2）播種后將五氯硝基苯粉末混入一定蛭石，均勻撒施于蛭石表面，澆水使其滲入蛭石中，混勻；噻唑鋅處理，根據(jù)說明書用量（0.23 mL/m2）播種后將噻唑鋅懸浮液完全溶解于水中，均勻噴施于蛭石表面，澆水使其滲入蛭石中，混勻。將感病的‘華薯3號’微型薯種植于處理后的蛭石中，以未處理的蛭石為空白對照。藥劑評價試驗(yàn)處理小區(qū)面積為0.31 m2，作為1次重復(fù)，設(shè)置4次重復(fù)。

馬鈴薯抗病資源篩選試驗(yàn)是將各材料的脫毒試管苗種植于上一茬瘡痂病發(fā)病嚴(yán)重的蛭石中，每個重復(fù)種植面積為0.22 m2，試驗(yàn)設(shè)置3次重復(fù)。

藥劑防效和抗病資源鑒定篩選試驗(yàn)均于2019年上下半年各開展一次試驗(yàn)。

1.3 瘡痂病病情分級標(biāo)準(zhǔn)

瘡痂病病情分級標(biāo)準(zhǔn)參照梁燕[9]報道的標(biāo)準(zhǔn)略作修改。0級，無病斑或病斑面積＜1%；1級，病斑面積1%～5%（不包括5%）；2級，有病斑5%～10%（不包括10%）；3級，有病斑10%～20%（不包括20%）；4級，有病斑20%～40%（不包括40%）；5級，有病斑40%～60%（不包括60%）；6級，60%以上。

1.4 統(tǒng)計方法

發(fā)病率（%）=發(fā)病粒數(shù)/收獲的總薯數(shù)×100。使用病情指數(shù)反映瘡痂病嚴(yán)重程度，病情指數(shù)計算方法參考甘盛鋒[10]，略作修改，病情指數(shù)=∑（病級粒數(shù)×發(fā)病級別）/收獲薯數(shù)。防治效果（%）=（對照病情指數(shù)-處理病情指數(shù)）/對照病情指數(shù)×100。病斑大小根據(jù)網(wǎng)格標(biāo)尺的簡單測量進(jìn)行評估。

1.5 土壤細(xì)菌16Sr RNA基因高通量測序

生產(chǎn)馬鈴薯微型薯的蛭石中所帶的細(xì)菌種類和總量分析由湖北省生物農(nóng)藥工程研究中心完成，采用土壤細(xì)菌16SrRNA基因高通量測序法進(jìn)行，參照胡洪濤[11]報道的方法進(jìn)行。

1.6 數(shù)據(jù)分析

使用SPSS22對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，采用鄧肯新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較（P=0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 種質(zhì)資源抗性鑒定

品種篩選結(jié)果表明（圖1，圖2），2019年上半年試驗(yàn)的品種中，‘華薯5號’病情指數(shù)為1.32，在所有品種中受病害程度最低，對瘡痂病抗性最好，其次為‘華薯11號’，其病情指數(shù)為1.37，‘華薯4號’病情指數(shù)為3.89，顯著高于‘華薯5號’與‘華薯11號’，對瘡痂病抗性最差。2019年下半年的試驗(yàn)中，‘華薯5號’病情指數(shù)最低，為0.72，‘華薯11號’病情指數(shù)為1.45，但各品種之間病情指數(shù)沒有顯著差異。2次試驗(yàn)中，‘華薯5號’和‘華薯11號’對瘡痂病具有較好的抗性。

圖1 部分馬鈴薯品種資源的瘡痂病感染情況Figure 1 Infection of potato common scab in some potato varieties

圖2 部分馬鈴薯品種資源的瘡痂病病情指數(shù)Figure 2 Potato common scab disease index of some potato varieties

資源鑒定結(jié)果表明（圖3，圖4），2019年上半年試驗(yàn)的資源中CH524-8病情指數(shù)為0.47，病害發(fā)生程度最低，對瘡痂病抗性最好，其次為M6，病情指數(shù)為0.53，ED25病情指數(shù)為2.95，顯著高于CH524-8和M6，在資源材料中對瘡痂病抗性最差。2019年下半年的試驗(yàn)中，CH524-8病情指數(shù)為0.35，M6病情指數(shù)為0.28，但各資源材料間病情指數(shù)差異不顯著。綜合上下半年2次試驗(yàn)，結(jié)果表明CH524-8和M6對瘡痂病具有較高且穩(wěn)定的抗性。

圖3 不同馬鈴薯野生資源的瘡痂病感染情況Figure 3 Infection of potato common scab in various wild potato resources

圖4 不同馬鈴薯野生種資源的瘡痂病病情指數(shù)Figure4 Potato common scab disease indexes of various wild potato resources

2.2 藥劑評價結(jié)果

兩種藥劑2019上半年的防治效果見圖5，瘡痂病防效五氯硝基苯組病情指數(shù)為1.63，噻唑鋅組病情指數(shù)為1.96，與對照組相比，2種藥劑處理均可顯著降低薯塊的病情指數(shù)與發(fā)病率。與對照組相比，五氯硝基苯處理對馬鈴薯瘡痂病的防治效果為42.73%，噻唑鋅組為31.41%（表1）。

2019年下半年的試驗(yàn)中，對照組平均病情指數(shù)為1.41，顯著高于噻唑鋅處理的0.18，與五氯硝基苯處理組的0.60相比具有差異但不顯著。對照組發(fā)病率為59.69%，五氯硝基苯組發(fā)病率為68.08%，噻唑鋅組發(fā)病率為24.57%，噻唑鋅處理組發(fā)病率顯著低于五氯硝基苯組與對照組。與對照組相比，五氯硝基苯組對馬鈴薯瘡痂病的防治效果為57.48%，噻唑鋅處理的防治效果為87.16%，具體結(jié)果見表1。

綜合上下半年2次試驗(yàn)，兩種藥劑對防治馬鈴薯瘡痂病均具有一定的防治效果。

圖5 不同藥劑處理和對照的馬鈴薯瘡痂病發(fā)病情況Figure 5 Incidence of common scab of potato under various chemical treatments and control

2.3 帶菌蛭石的細(xì)菌種類和數(shù)量

帶菌蛭石內(nèi)所含的細(xì)菌種類和數(shù)量見圖6，從圖6中可以看出，發(fā)病蛭石中所含的瘡痂病致病菌Streptomyces（鏈霉菌）含量很高，其外在土壤中作用不太清楚的鞘氨醇單胞菌（Sphingomonas）、嗜糖假單胞菌（Pelomonas）、羅河桿菌（Rhodanobacter）、不動桿菌（Acinetobacter）和Saccharimonadales含量較高。而假單胞菌（Pseudomonas）和鞘脂菌（Sphingobium）含量較少。

表1 兩種藥劑對馬鈴薯瘡痂病的防治效果Table 1 Control effects of two chemicals on potato common scab

圖6 微型薯生產(chǎn)的蛭石所帶細(xì)菌的種類與數(shù)量Figure6 Speciesand quantity of bacteria carried on vermiculitein minituber production

3 討論

不同種質(zhì)資源對馬鈴薯瘡痂病的抗性不同，缺少免疫瘡痂病的馬鈴薯資源是制約抗性育種的關(guān)鍵[12]。本研究在資源材料的鑒定結(jié)果中，發(fā)現(xiàn)CH524-8和M6在上下半年2次試驗(yàn)中都對馬鈴薯瘡痂病表現(xiàn)出較高抗性，馬鈴薯品種間的抗性差異影響馬鈴薯瘡痂病的發(fā)生[13]，CH524-8和M6對馬鈴薯瘡痂病表現(xiàn)出的較高抗性可能與兩者包含相同的基因有關(guān)，這將為今后馬鈴薯瘡痂病抗性育種提供關(guān)鍵資源。

不同地區(qū)的土壤理化性質(zhì)、病原菌組成、環(huán)境條件不一導(dǎo)致了馬鈴薯資源在瘡痂病抗性方面表現(xiàn)出不穩(wěn)定性，如杜魏甫[8]的研究發(fā)現(xiàn)在其他地區(qū)表現(xiàn)出抗性的品種未在云南省表現(xiàn)出良好的抗性，所以想要得到對多種瘡痂病病原菌具有穩(wěn)定抗性的馬鈴薯材料，還需要在瘡痂病病原菌組成豐富的地塊進(jìn)行多次試驗(yàn)。

馬鈴薯瘡痂病病原菌是兼具真菌和細(xì)菌特點(diǎn)的高等細(xì)菌，具有土傳性的特點(diǎn)[14]。針對這一特性，本研究選用了能同時殺滅真菌和細(xì)菌的有機(jī)殺菌劑噻唑鋅與土壤專用殺菌劑五氯硝基苯，藥劑所使用的濃度與廠家指導(dǎo)一致，試驗(yàn)結(jié)果表明五氯硝基苯與噻唑鋅在上半年病害較為嚴(yán)重時能顯著降低瘡痂病病情指數(shù)與發(fā)病率。下半年試驗(yàn)中，噻唑鋅能顯著降低馬鈴薯瘡痂病病情指數(shù)與發(fā)病率，五氯硝基苯處理的病情指數(shù)與發(fā)病率與對照組相比沒有顯著差異。在病害較為嚴(yán)重時，五氯硝基苯對瘡痂病的防治效果要好于噻唑鋅，而在病害程度較低時，噻唑鋅具有更好的防效。由于不同地區(qū)病原菌組成和土壤理化性質(zhì)不同，而且瘡痂病鏈霉菌的致病島可轉(zhuǎn)移到其他菌種中導(dǎo)致新的病原菌種類的出現(xiàn)[14,15]，未來不排除可能有抗藥劑菌株的出現(xiàn)，建議未來應(yīng)加大針對不同種瘡痂病病原菌藥劑的研發(fā)，以及非致病菌利用。