甘薯抗黑斑病研究進(jìn)展

趙琳+詹生華+葛忠德+駱樂談+石江

摘 要：甘薯黑斑病，又名黑疤病，是嚴(yán)重危害我國(guó)甘薯生產(chǎn)的三大病害之一，主要危害甘薯根部及莖部。因其傳播途徑多，徹底根除有一定的困難，目前大多是在綜合防治的基礎(chǔ)上加以控制，其中培育抗病能力強(qiáng)的甘薯品種仍然是最主要、最直接的方法之一。該文主要對(duì)甘薯黑斑病的致病菌、致病機(jī)理、抗性遺傳方式、分子標(biāo)記輔助育種的相關(guān)研究進(jìn)行了綜述，為今后抗病育種提供參考。

關(guān)鍵詞：甘薯；黑斑??；研究進(jìn)展

中圖分類號(hào) S632 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2014）22-55-03

Research Progress of Disease Resistant of Sweet Potato

Zhao Lin et al.

（Hangzhou Academy of Agricultural Sciences，Hangzhou 310024，China）

Abstract：Sweet potato blight，also known as black rot，is one of the serious harm of sweet potato production in China the three big disease the main harm of the roots and stems of sweet potato. Because of its transmission，so the complete eradication of up to a certain degree of difficulty，most of the current is controlled based on comprehensive prevention，which produce strong disease resistance varieties are still the most direct method of. This research main pathogen of black spot of sweet potato，the cure mechanism，inheritance of resistance，molecular marker assisted breeding and comprehensive description of the system，providing reference for future breeding for disease resistance.

Key words：Sweet potato；Black rot；Research progress

甘薯Ipomoea batatas（L.）Lam.又稱紅薯、芋頭、地瓜等，為綠色保健食品，有預(yù)防癌癥、降血壓等功能，是世界上重要的糧食、飼料、工業(yè)原料及新型能源用塊根作物。目前，甘薯的種植范圍已遍布世界上100多個(gè)國(guó)家[1]，中國(guó)每年的種植面積約500萬hm2，約占全球總面積的53.5%。甘薯營(yíng)養(yǎng)成分豐富，如胡蘿卜素、維生素B1、B2、C和鐵、鈣等礦物質(zhì)的含量都高于大米和小麥粉，且具有特殊的保健作用；此外由于其具有投入少、產(chǎn)出多、抗旱能力強(qiáng)、耐瘠薄等特性，目前眾多的科學(xué)家逐漸把尋找解決全球糧食危機(jī)問題的出路投向了甘薯[2]。

甘薯黑斑?。╞lack rot）又稱黑疤病，是一種危害甘薯普遍而又嚴(yán)重的病害。1890年該病首先在美國(guó)發(fā)現(xiàn)，隨后傳入日本鹿兒島，1937年由日本鹿兒島傳入到我國(guó)遼寧省蓋縣[3-4]。其主要危害甘薯根部及莖部，傳播途徑多，危害嚴(yán)重，徹底根除較為困難。每年我國(guó)因甘薯黑斑病而造成的產(chǎn)量損失約為10%，嚴(yán)重時(shí)達(dá)到40%～50%[5]；此外，病薯內(nèi)可產(chǎn)生甘薯黑皰霉酮（ipomeamarone）等呋喃萜類有毒物質(zhì)，該有毒物質(zhì)會(huì)使人和家畜中毒，更嚴(yán)重的甚至導(dǎo)致死亡[3]。由于甘薯黑斑病傳播途徑廣，危害重，目前大多是在綜合防治的基礎(chǔ)上加以控制，其中培育抗病能力強(qiáng)的品種仍然是最主要的方法之一[6]。本文主要從甘薯黑斑病的病原生物、致病機(jī)理、抗性遺傳方式、分子標(biāo)記輔助育種的相關(guān)研究進(jìn)行了綜述，為今后抗病育種提供參考。

1 甘薯黑斑病的病原生物及其致病機(jī)理

1.1 致病菌類型及最適生長(zhǎng)溫度 甘薯黑斑病是由子囊菌亞門長(zhǎng)喙殼菌屬（Ceratocystis fimbriata Ells.& Halsted）侵染引起的真菌病害，菌絲體一般寄生于寄主細(xì)胞間，偶爾也會(huì)有分枝伸入到細(xì)胞內(nèi)[5]。病菌適宜的生長(zhǎng)溫度為9～36℃，最適溫度為23～29℃，可生長(zhǎng)的pH值為3.7～9.2，最適pH值為6.6。該病菌也可侵染其它如牽?；?、月光花等多種旋花科植物，病菌有強(qiáng)致病力株系和弱致病力株系之分[3]。

1.2 致病機(jī)理 甘薯感染黑斑病之后，病菌會(huì)分泌纖維狀物質(zhì)，并通過該纖維狀物質(zhì)與可識(shí)別的寄主細(xì)胞壁緊緊固定，此時(shí)侵入栓會(huì)穿透植物細(xì)胞壁而成功侵入到寄主細(xì)胞內(nèi)，當(dāng)識(shí)別完成之后，病菌開始萌發(fā)長(zhǎng)出牙管，并迅速生長(zhǎng)來擴(kuò)大侵染的范圍。目前普遍認(rèn)為真菌是靠毒素來完成對(duì)寄主組織的破壞作用[7]。甘薯黑斑病菌產(chǎn)生的有毒物質(zhì)主要有甘薯酮（ipomeamarone）、甘薯酮醇（ipomeamaronol）、甘薯癭（ipomeanine）、4-甘薯醇（4-ipomeanol）等[8]。

2 甘薯黑斑病抗性鑒定方法、抗性遺傳特性及生理機(jī)制

2.1 抗病性鑒定方法 要進(jìn)行甘薯抗黑斑病的研究，抗性鑒定是其尤為重要的環(huán)節(jié)。我國(guó)很多年前就開始進(jìn)行甘薯抗黑斑病鑒定方法的研究，目前主要有以下幾種方法：田間人工接種鑒定、田間自然誘發(fā)鑒定、室內(nèi)薯塊人工接種鑒定、室內(nèi)薯苗人工接種鑒定等[9]。利用不同的材料進(jìn)行田間鑒定和室內(nèi)鑒定，大多數(shù)的材料表現(xiàn)出2種方式的鑒定結(jié)果較一致，說明室內(nèi)人工接種鑒定可以在一定程度反映供試材料的抗病性[10]。同時(shí)對(duì)薯苗和薯塊也進(jìn)行了研究，最終得到這2種方式的鑒定在薯苗和薯塊上的表現(xiàn)也較為一致[11]。在鑒定標(biāo)準(zhǔn)方面，周佳明選取了病斑表面直徑、病斑內(nèi)部直徑、侵入深度、組織腐爛量作為測(cè)定指標(biāo)的4種鑒定方法進(jìn)行研究，結(jié)果表明：以病斑內(nèi)部直徑和病斑表面直徑作指標(biāo)的方法操作方便，觀測(cè)誤差小，屬于較好的鑒定方法[12]。endprint

2.2 抗性遺傳特性 要選育抗甘薯黑斑病品種，首先應(yīng)該對(duì)甘薯黑斑病的抗性遺傳特性和遺傳規(guī)律進(jìn)行了解。邱瑞鐮等[10]和張黎玉等[13]的研究結(jié)果表明：甘薯黑斑病的抗病對(duì)感病呈部分顯性遺傳，且有超親遺傳現(xiàn)象，即雜交后代對(duì)黑斑病的抗病性強(qiáng)弱受雙親的制約，但2個(gè)抗病能力弱的親本雜交后代也可分離出高抗病性的后代。通過進(jìn)行正反交研究，最終發(fā)現(xiàn)后代出現(xiàn)高抗、中抗、感病和高感的類型與親本的表現(xiàn)無關(guān)，只是各類型出現(xiàn)的頻率不同而已，說明甘薯對(duì)黑斑病的抗性是由多基因控制的數(shù)量遺傳性狀。后續(xù)的研究又發(fā)現(xiàn)甘薯對(duì)黑斑病的抗性與產(chǎn)量、干物率等性狀間的相關(guān)性不顯著，因此在育種的過程中，我們可以選育出兼具高產(chǎn)、高干、高抗黑斑病的甘薯品種。謝一芝對(duì)甘薯黑斑病抗性遺傳趨勢(shì)進(jìn)行了研究，在其研究中，親本的抗性水平被劃分為抗病型、中抗型和感病型，后代的抗性水平劃分為高抗型、抗病型、中抗型、感病型和高感型。最終分析結(jié)果表明：不管親本的抗病性水平如何，后代均可出現(xiàn)從高抗至高感的各種抗性類型，只是各抗病類型出現(xiàn)的比例不同而已?？偟内厔?shì)表現(xiàn)為父母本抗性水平越高的組合，其后代中出現(xiàn)高抗或抗病型材料的比例就越高，而感病型或高感型出現(xiàn)的比例則隨著親本抗性水平的降低而提高[14]。

2.3 抗病生理機(jī)制 楊英等[15]選用對(duì)黑斑病菌具有不同抗感程度的甘薯品種塊根組織為材料，研究了不同甘薯品種對(duì)黑斑病菌的抗性與膜脂過氧化、各種酶及抗氰呼吸的相互關(guān)系，結(jié)果表明：抗、感品種在病原菌侵染初期均出現(xiàn)一膜脂過氧化高峰，過氧化物酶、過氧化氫酶及超氧物歧化酶（SOD）活性增強(qiáng)都有利于抗病。

3 抗性與其他性狀的相關(guān)性

謝一芝等[16]為了明確甘薯抗黑斑病抗性強(qiáng)弱與其它主要經(jīng)濟(jì)性狀間的相關(guān)性，對(duì)188份育種材料進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：病斑直徑與薯肉色、薯皮色、單株結(jié)薯熟等經(jīng)濟(jì)性狀沒有相關(guān)性，這為選育抗病、高干物率以及不同皮色、肉色的新品種提供了有利的條件[17]，而其他性狀之間的相關(guān)關(guān)系為：薯肉色與干物率呈顯著負(fù)相關(guān)；薯肉色與單株結(jié)薯數(shù)呈顯著正相關(guān)；干物率與單株鮮薯重呈極顯著的負(fù)相關(guān)[16]，這些研究為選育抗病、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的甘薯品種提供了理論依據(jù)。

4 分子標(biāo)記在甘薯抗黑斑病上的應(yīng)用

DNA分子標(biāo)記輔助育種是在水稻、小麥、玉米、大豆等重要作物上，通過利用與目標(biāo)性狀基因緊密連鎖的DNA分子標(biāo)記來對(duì)目標(biāo)性狀基因進(jìn)行間接的選擇和定位，并應(yīng)用于后續(xù)的育種研究。DNA分子標(biāo)記有很多種類，在甘薯抗黑斑病育種研究中，應(yīng)用較多的是AFLP標(biāo)記，蒲志剛等[18]利用AFLP分子標(biāo)記繪制了中國(guó)第一張甘薯遺傳連鎖圖譜[19]。之后他又利用已建立的甘薯黑斑病AFLP分子標(biāo)記體系，找到了一個(gè)與甘薯抗黑斑病緊密相關(guān)的特異性DNA片段，該片段由320個(gè)堿基組成，這為甘薯抗黑斑病分子標(biāo)記輔助育種奠定了基礎(chǔ)[20]。唐靜[21]建立了一套適合于甘薯黑斑病抗性鑒定的AFLP分子標(biāo)記最適體系，該體系的建立為甘薯黑斑病抗性鑒定提供了新的依據(jù)；同時(shí)對(duì)12個(gè)甘薯品種基因組DNA進(jìn)行了酶切、連接、擴(kuò)增和銀染檢測(cè)，最終在132對(duì)AFLP引物中篩選出1對(duì)引物（E06/M07）有多態(tài)性，該引物可擴(kuò)增出一條特異性的DNA片段，測(cè)序結(jié)果表明該特異性片段由273個(gè)堿基組成。

5 展望

目前，甘薯黑斑病已成為世界范圍內(nèi)普遍存在的一種病害，因此選育抗病品種勢(shì)在必行[5]。傳統(tǒng)選育方法多停留在自然形態(tài)、病理表現(xiàn)等表現(xiàn)型而非基因型，故常受時(shí)間、氣候等環(huán)境條件的制約，效率比較低[22]。分子標(biāo)記輔助選擇（molecularmarker-assisted selection，MAS）是指借助分子標(biāo)記對(duì)目標(biāo)性狀的基因型進(jìn)行選擇[23]，因其不受組織類別、發(fā)育階段和環(huán)境等條件的影響，可在早期進(jìn)行選擇的優(yōu)點(diǎn)，所以越來越多的被應(yīng)用到目前的育種工作中，該方法可縮短育種年限，提高選擇效率。

目前，利用分子生物學(xué)手段進(jìn)行甘薯抗病性的研究很多，但這些研究并未應(yīng)用于甘薯的品種改良[24-26]。因此，今后應(yīng)該加強(qiáng)抗源材料的收集、篩選和創(chuàng)新，多進(jìn)行甘薯黑斑病抗性的遺傳基礎(chǔ)研究，利用RAPD、RFLP、AFLP等分子標(biāo)記技術(shù)篩選甘薯黑斑病抗性標(biāo)記，將傳統(tǒng)育種和分子生物學(xué)技術(shù)結(jié)合起來，尋找抗病相關(guān)基因，借助轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育抗黑斑病品種，加快我國(guó)（下轉(zhuǎn)58頁）（上接56頁）甘薯抗黑斑病的育種步伐。

參考文獻(xiàn)

[1]陸漱韻，劉慶昌，李惟基.甘薯育種學(xué)[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，1998：1-18.

[2]李愛賢，劉慶昌，王慶美，等.我國(guó)甘薯育種研究現(xiàn)狀及展望[J].山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，1：38-42.

[3]陳利鋒，徐敬友.農(nóng)業(yè)植物病理學(xué)[M].3版.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2007：201-205.

[4]謝一芝，邱瑞鐮，戴起偉，等.甘薯抗黑斑病育種研究進(jìn)展[J].國(guó)外農(nóng)學(xué)-雜糧作物，1997，2：22-24.

[5]賈趙東，郭小丁，尹晴紅，等.甘薯黑斑病的研究現(xiàn)狀與展望[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011（1）：144-147.

[6]江蘇省農(nóng)科院.中國(guó)甘薯栽培學(xué)[M].上海：上?？萍汲霭嫔?，1984.

[7]郝麗梅，王立安，馬春紅，等.致病真菌與植物寄主相互作用關(guān)系的研究進(jìn)展[J].河北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2001，5（2）：73-78.

[8]Kato N，ImasekiH，Nakashima N，et al. Isolation of new phytoalexin -like compound，ipomeamaronol from black rot fungus infected sweet potato root tissue，and its structural elucidation[J].Plant and Cell Physiology，1972，14（3）：597-606.endprint

[9]賈趙東，謝一芝，尹晴紅，等.甘薯抗黑斑病種質(zhì)資源的研究及育種利用[J].植物遺傳資源學(xué)報(bào)，2010，11（4）：424-427，432.

[10]邱瑞鐮，謝一芝，戴起偉，等.甘薯品種抗黑斑病能力的研究[J].中國(guó)甘薯，1990（4）：105-109.

[11]江蘇省農(nóng)學(xué)會(huì).江蘇旱作科學(xué)[M].南京：江蘇省科學(xué)技術(shù)出版社，1995：225-367.

[12]周佳明，朱實(shí)祥.甘薯黑斑病抗性鑒定方法研究[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2004，17（6）：797-799.

[13]張黎玉，邱瑞鐮，徐品蓮，等.甘薯F1抗黑斑病的表現(xiàn)與親本抗性水平的關(guān)系[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，1994（6）：27-29.

[14]謝一芝，尹晴紅，戴起偉，等.甘薯品種抗黑斑病鑒定及其遺傳趨勢(shì)[J].植物遺傳資源學(xué)報(bào)，2003，4（4）：311-313.

[15]楊英，李合生.甘薯塊根抗黑斑病的生理機(jī)制[J].華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1993，12（2）：112-116.

[16]蒲志剛，吳潔，唐靜，等.甘薯淀粉的AFLP 分子遺傳連鎖圖的構(gòu)建和QTL定位[C]//馬代夫，劉慶昌.中國(guó)甘薯育種與產(chǎn)業(yè)化[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2005：201-205.

[17]后猛，李強(qiáng)，馬代夫.AFLP標(biāo)記技術(shù)在甘薯育種中的應(yīng)用進(jìn)展[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2009，25（21）：73-76.

[18]蒲志剛，唐靜，王大一，等.甘薯抗黑斑病材料AFLP 標(biāo)記分子鑒定初步研究[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2008，21（1）：93-95.

[19]唐靜.甘薯黑斑病抗性基因AFLP分子標(biāo)記[D].成都：四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，2005.

[20]黎 裕，賈繼增，王天宇.分子標(biāo)記的種類及其發(fā)展[J].生物技術(shù)通報(bào)，1999，15（4）：19-22.

[21]錢惠榮，鄭康樂.DNA標(biāo)記和分子育種[J].生物工程進(jìn)展，1998，18（3）：12-18.

[22]Ukoskit K，Thompson P G，Watson C E Jr，et al.Identifying a randomly amplified polymorphic DNA（RAPD）marker linked to a gene form root-knotnematode resistance in sweet potato[J].J of the Amer Soci Hort Sci，1997，122（6）：818-821.

[23]柳哲勝，劉慶昌，翟紅，等.用改進(jìn)的SSRP方法克隆抗甘薯莖線蟲病相關(guān)的RGA[J].分子植物育種，2005，3（3）：369-374.

[24]袁照年，陳選陽，張招娟，等.甘薯抗?型薯瘟病的RAPD標(biāo)記篩選[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)報(bào)，2005，27（6）：861-863.

[25]謝一芝，尹晴紅，戴起偉，等.甘薯品種抗黑斑病鑒定及其遺傳趨勢(shì)[J]植物遺傳資源學(xué)報(bào)，2003，4（4）：311-313.

[26]張黎玉，邱瑞鐮，徐品蓮，等.甘薯F1抗黑斑病的表現(xiàn)與親本抗性水平的關(guān)系[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，1994（6）：27-29.

（責(zé)編：張宏民）endprint