不同抗性馬鈴薯品種接種瘡痂病菌后生理生化特性的變化

劉淑娜，金光輝，李 鑫，王鵬程，張春雨

(黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué), 黑龍江 大慶 163319)

【研究意義】瘡痂病是一種由致病性鏈霉菌感染引起的一種馬鈴薯世界范圍內(nèi)的重要病害[1]，在澳大利亞的塔斯馬尼亞島年度虧損估計占產(chǎn)業(yè)價值的4 %[2]；有研究表明發(fā)病嚴(yán)重的品種產(chǎn)量有所降低[3]；由于瘡痂病可致馬鈴薯塊莖形成深達(dá)7 mm的凹陷[4]，這不僅降低了馬鈴薯塊莖的外觀品質(zhì)、增加了清洗難度，而且，不能用于薯條和薯片的加工等[5]；瘡痂病嚴(yán)重威脅微型薯的生產(chǎn)，一些馬鈴薯微型薯種植區(qū)的發(fā)病率已高達(dá)90 %[6]，給種植者帶來了經(jīng)濟(jì)損失。此外，瘡痂病可隨種薯傳播，并可以在在土壤中存活年10年之久[7]。感染瘡痂病的大田不適宜再種植馬鈴薯、胡蘿卜、蘿卜、甜菜等作物[8-9]。綜上所述，馬鈴薯瘡痂病嚴(yán)重影響了馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。近年來，在國內(nèi)外對瘡痂病的控制試驗都在廣泛的進(jìn)行。人們采用了物理防治[10-18]、化學(xué)防治[19-21]、和生物防治[22-23]減少瘡痂病造成的損失，但沒有一種能持續(xù)提供經(jīng)濟(jì)有效控制病害的方法[24]，因此選育抗病品種是控制瘡痂病經(jīng)濟(jì)有效的方法。而篩選抗、感病品種耗時較長，如何快速篩選抗瘡痂病品種至今還未有研究?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】近年來我國有關(guān)抗瘡痂病馬鈴薯種質(zhì)資源篩選有些報道。2013年康榮等通過盆栽試驗及田間調(diào)查對11個馬鈴薯品種進(jìn)行抗性評價發(fā)現(xiàn)青海大白花對瘡痂病原菌抗性最好[20]。2015年邢瑩瑩等對13份馬鈴薯品種進(jìn)行了瘡痂病抗性鑒定，發(fā)現(xiàn)墾薯1號抗性較好[25]。2013年杜魏甫等從23個馬鈴薯資源中篩選出了C88、紫云1號、靖薯1號和阿烏洋芋4個抗病品種[26]。2017年吳立萍等通過盆栽接種試驗對108個馬鈴薯種質(zhì)資源進(jìn)行抗性鑒定，篩選出Marispeer-2、L08104-12、鈴田紅美等九個高抗種質(zhì)資源[27]。2017年何翼虎等人對36份馬鈴薯品種資源進(jìn)行抗性評價，篩選出2份高抗品種[28]。2018年王騰等對黑龍江省主栽的12個馬鈴薯品種進(jìn)行病情指數(shù)分析，發(fā)現(xiàn)克新18較抗瘡痂病，病情指數(shù)為12.11[29]。國內(nèi)外研究表明不同馬鈴薯品種間對瘡痂病抗性差異較大，目前我國主栽馬鈴薯品種抗瘡痂病品種較少，還需進(jìn)一步加強(qiáng)對抗性品種的選育?！颈狙芯壳腥朦c】近年來馬鈴薯瘡痂病的各項研究逐漸受到世界各地研究人員的重視，但對不同抗性馬鈴薯品種接種瘡痂病后其塊莖生理生化的變化至今還未有研究?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本文以抗病品種墾薯1號和感病品種荷蘭15號為試驗材料，測定了接菌后塊莖中POD、SOD、PPO活性和丙二醛含量進(jìn)行了測定，以明確不同抗性品種接種瘡痂病菌后生理生化指標(biāo)的變化，揭示選育抗瘡痂病馬鈴薯品種生理生化指標(biāo)，為輔助篩選、培育馬鈴薯抗病品種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試品種：感病品種荷蘭15號和抗病品種墾薯1號(品種來源于黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)馬鈴薯研究所)；供試菌株：選用致病性強(qiáng)的菌種Streptomycescabies(S.scabies)(黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物脫毒苗木研究所提供)。

1.2 接種體的制備

將在酵母麥芽精瓊脂培養(yǎng)基培養(yǎng)15 d的菌絲刮下，加入無菌蒸餾水，制備成濃度為108cfu/cm3的孢子懸浮液，將事先準(zhǔn)備好的直徑為1.0 cm的無菌濾紙片放入孢子懸浮液中備用。

1.3 塊莖離體接種方法

取在氣霧法中生長的小薯(直徑約2～3 cm)，在超凈工作臺中先用75 %乙醇溶液對其進(jìn)行表面消毒，用無菌水清洗2次，然后用無菌刀將薯塊切成厚5 mm的薯片(帶薯皮)，放在有無菌濾紙的培養(yǎng)皿中，將放入孢子懸液里的濾紙片取出，放在薯皮表面，以無菌蒸餾水浸泡過的無菌濾紙片的處理為對照(CK)，一同放入28 ℃的培養(yǎng)箱暗培養(yǎng)。0～7 d，每天各取樣1次，共取7 d，用于測量各項生理生化指標(biāo)。

1.4 生理指標(biāo)測定

參照李菁華[30]的愈創(chuàng)木酚法，測定過氧化物酶(POD)活性，酶活性計算方法稍作修改如下：以每分鐘 OD 值升高0.1為1個酶活性單位(U)。POD 活性(U/g FW)=[反應(yīng)30 s 時間內(nèi)光密度值的變化×酶提取液總體積(mL)]/[樣品鮮重(g)×測定時取用酶液體積(mL)×0.1×反應(yīng)時間(min)]；超氧化物岐化酶(SOD)的活性參照李菁華的淡藍(lán)四座比色法測定[30]；參照蔡坤等[31]的方法測定多酚氧化酶(PPO)活性；參照遲海的方法測定丙二醛(MDA)含量[32]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Spss軟件和Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

圖1 不同抗性馬鈴薯品種接種瘡痂病后POD活性的變化Fig.1 Changes of POD activities in potato with different resistances after inoculated with potato common scab

2 結(jié)果與分析

2.1 不同抗性馬鈴薯品種接種瘡痂病后過氧化物酶(POD)活性的變化

不同抗性馬鈴薯品種塊莖離體接種瘡痂病菌后，塊莖中POD活性發(fā)生明顯變化(圖1)。在取樣期間，抗、感品種塊莖中的POD活性有所變化，但浮動相對較?。豢共∑贩N墾薯1號與感病品種荷蘭15塊莖中品種接種瘡痂病菌后處理的POD均高于對照，對照組且抗、感品種的POD活性變化趨勢有所不同，抗病品種呈現(xiàn)由先降低后升高再降低的變化趨勢，感病品種呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢，抗、感品種達(dá)到峰值的時間有所差別。抗病品種墾薯1號接種瘡痂病菌后其塊莖中POD活性在第6 天達(dá)到最大值，此時塊莖中POD活性比對照組升高了163.2 %，感病品種荷蘭15號接菌后第5 天時POD活性達(dá)到最大值，此時塊莖中POD活性比對照組升高了100.5 %；說明抗病品種達(dá)到最高值的時間晚于感病品種，且增加的幅度大于感病品種。

2.2 不同抗性馬鈴薯接種瘡痂病后超氧化物岐化酶(SOD)的變化

不同抗性馬鈴薯品種接種瘡痂病菌后，塊莖中SOD活性發(fā)生明顯變化(圖2)。感病品種荷蘭15號的SOD活性在取樣期間均高于抗病品種墾薯1號，抗、感品種酶活性均呈現(xiàn)先降低后升高再降低的變化趨勢，且在取樣過程中處理組酶活性均高于對照組?？?、感品種接種1 d后酶活性降低，抗病品種墾薯1號SOD活性比對照降低21.3 %，感病品種荷蘭15號酶活性比對照降低了11.9 %。接種5 d后抗、感品種SOD活性達(dá)到最高值，抗性品種酶活性比對照組升高21.2 %，感病品種酶活性比對照升高了39.1 %。

圖2 不同抗性馬鈴薯接種瘡痂病菌后SOD活性的變化Fig.2 Changes of SOD activities in potato with different resistances after inoculated with potato common scab

圖3 不同抗性馬鈴薯接種瘡痂病菌后PPO活性的變化Fig.3 Changes of PPO activities in potato with different resistances after inoculated with potato common scab

2.3 不同抗性馬鈴薯接種瘡痂病后多酚氧化酶(PPO)的變化

由圖3顯示，不同抗性馬鈴薯品種接種瘡痂病菌后，塊莖中PPO活性的變化?？共∑贩N墾薯1號在接種前后塊莖中PPO活性明顯高于感病品種荷蘭15，接種后抗、感品種呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢；感病品種荷蘭15在接種后PPO活性變化較為平緩抗、感品種在接種后的第4天達(dá)到彼此PPO活性最高值，達(dá)到最高值時分比對照組上升了32.1 %和47.3 %，抗病品種在接種瘡痂病菌后塊莖內(nèi)PPO活性較感病品種增幅小。

2.4 不同抗性馬鈴薯接種瘡痂病后過丙二醛(MDA)含量的變化分析

由圖4可見，接種瘡痂病菌前，感病品種荷蘭15的MDA含量略高于抗病品種，接種瘡痂病菌后抗、感馬鈴薯品種的MDA含量均有所上升；接種后感病品種MDA含量明顯高于抗性品種，抗、感品種的變化趨勢略有差異，感病品種MDA含量分別在第3天和第5天出現(xiàn)2個峰值，達(dá)到峰值是分別比對照組升高了52.0 %和62.3 %；抗病品種墾薯1號MDA含量在第4天達(dá)到了最高值，達(dá)到最高值時比對照組升高了97.5 %，而后開始趨于平穩(wěn)。說明瘡痂病菌可以誘導(dǎo)馬鈴薯塊莖中MDA含量的增加。

圖4 不同抗性馬鈴薯接種瘡痂病菌后MDA含量的變化Fig.4 Changes of MDA activities in potato with different resistances after inoculated with potato common scab

3 討 論

一直以來大量研究表明植物體內(nèi)的防御酶與其抗病性有著密切的關(guān)系。過氧化物酶(POD)是植物體內(nèi)一種主要的防御酶，POD在植保素[33]和木質(zhì)素[34]合成上起促進(jìn)作用。翟艷霞[35]等研究表明在對不同抗性哈密瓜品種接種果斑病菌后其過氧化物酶含量與抗病性呈正相關(guān)。黃鳳蓮等[36]發(fā)現(xiàn)不同抗性辣椒品種在接種疫病后感病品種的POD含量明顯高于抗病品種。本研究表明：接種瘡痂病菌后，抗、感品種塊莖中POD活性有所升高，抗病品種POD活性高于感病品種，且抗病品種達(dá)到最高值的時間均晚于感病品種；說明瘡痂病菌可以誘導(dǎo)POD活性升高，抗病品種POD降解的時間晚于感病品種，POD在馬鈴薯品種抵御瘡痂病侵染的過程中，起到了促進(jìn)了木質(zhì)素和植保素的合成的作用。

超氧化物岐化酶(SOD)在植物體內(nèi)的主要作用清除活性氧，SOD 在抗氧化酶中占據(jù)著最重要的位置[37]。韓冬等[38]研究表明SOD活性與紅小豆品種抗銹病呈正相關(guān)。郭陞垚[39]等研究表明不同抗性花生品種接種瘡痂病菌后SOD活性先升高后降低的變化趨勢，且感病品種下降的幅度比大于抗病品種。本研究結(jié)果與以上研究結(jié)果不同，研究表明接種瘡痂病菌前后，抗病品種SOD活性均低于感病品種，接種后抗、感品種均呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，瘡痂病菌可誘導(dǎo)感病品種中SOD活性增加的效應(yīng)更為明顯。分析原因可能是感病品種SOD含量過高，清除了大量的ROS，減慢了塊莖細(xì)胞壁木質(zhì)化的速度，使瘡痂病菌更易侵染塊莖。

多酚氧化酶(PPO)不僅影響著植物木質(zhì)素的合成[40]，而且植物在受到病原菌侵染時，還能誘導(dǎo)酚類物質(zhì)轉(zhuǎn)化為醌，醌可以對病原菌產(chǎn)生抑制作用，從而起到提高植物抗性的作用[41]。張曼等[42]研究表明受尖孢鐮刀菌侵染后香蕉中PPO活性與品種抗性呈正相關(guān)。本研究與以上研究結(jié)果一致，接種后抗、感病品種中PPO活性整體上均有所升高，但感病品種變化的幅度遠(yuǎn)不如抗性品種變化明顯；說明瘡痂病菌侵染馬鈴薯塊莖后，誘導(dǎo)了塊莖內(nèi)PPO活性升高，抗病品種的升高的更明顯。

丙二醛(MDA)對細(xì)胞和生物膜有一定的破壞作用，MDA的增加可以促進(jìn)病原物侵染寄主的速度。劉佳等[43]研究認(rèn)為不同抗性向日葵品種接種菌核病菌毒素后，抗、感品種中MDA的含量均有所增加，感病品種MDA含量高于抗病品種；郭陞垚等[39]研究表明不同抗性花生品種接種瘡痂病菌后，其MDA含量有所升高，這與本研究的結(jié)果基本保持一致。本研究表明接種瘡痂病菌促進(jìn)了抗、感品種中MDA含量的升高，且感病品種中MDA的含量始終高于抗病品種。

4 結(jié) 論

不同抗性馬鈴薯塊莖接種致病性菌株S.scabies后，塊莖中POD、SOD、PPO均有不同程度的升高，抗病品種塊莖內(nèi)POD活性和PPO活性在接種前后均維持在一個較高的水平，而感病品種在塊莖內(nèi)POD活性、PPO活性相對較低，說明塊莖中POD活性和PPO活性在馬鈴薯品種抵抗瘡痂病侵染的過程中起著積極的作用；感病品種接種前后的SOD活性均明顯高于抗病品種，接種后抗、感品種均呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，瘡痂病菌可誘導(dǎo)感病品種中SOD活性增加的效應(yīng)更為明顯。不同抗性馬鈴薯塊莖接種瘡痂病菌后，抗、感品種中MDA含量有所升高，感病品種高于抗病品種，表明感病品種細(xì)胞和生物膜被破壞的更嚴(yán)重。