彩色馬鈴薯資源的瘡痂病抗性分析及藥劑防效研究

鄒 雪，丁 凡*，李洪浩，劉麗芳，余韓開宗，陳年偉

（1.綿陽市農(nóng)業(yè)科學研究院，四川綿陽 621023；2.四川省農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所，成都 610066）

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）是世界第四大糧食作物，具有適應性強、產(chǎn)量穩(wěn)定，既可菜用又能加工成薯條、薯片等產(chǎn)品的優(yōu)點，在世界160個國家和地區(qū)均有種植，2018年在我國的收獲面積481.09萬 hm2，總產(chǎn)9 025.91萬 t，均列世界第一（FAO，2018）。彩色馬鈴薯除具備普通馬鈴薯的所有營養(yǎng)成分外，還富含類黃酮化合物花青素，具有抗氧化、抗衰老、防癌、降脂和增強人體免疫等生理功能，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展前景廣闊[1]。

隨著馬鈴薯在我國種植區(qū)域的穩(wěn)定，地塊重茬問題導致的馬鈴薯土傳病害愈發(fā)嚴重，其中瘡痂病影響最廣，特別是在網(wǎng)棚溫室中生產(chǎn)脫毒微型薯，瘡痂病發(fā)生率可達60%以上[2-3]。研究表明瘡痂病病原菌多屬于病原鏈霉菌，已報道20多種致病種，常見的包括 Streptomyces scabies、S.acidiscabies、S.turgidiscabies，病菌主要侵染塊莖，在表面形成粗糙平狀型、凹陷型或突起型的瘡痂狀病斑，在減產(chǎn)的同時降低馬鈴薯的外觀品質(zhì)和商品價值，導致嚴重經(jīng)濟損失[4]。四川馬鈴薯面積和產(chǎn)量居全國首位，彩薯種植面積約有1.17萬km2，引進帶瘡痂病菌種薯以及連作等因素使得這一病害有逐年加重趨勢，將會對彩色薯的商品價值造成不利影響[5]。

不同馬鈴薯品種間瘡痂病抗性存在明顯差異，選育抗病品種是解決瘡痂病的有效途徑，鑒定馬鈴薯品種資源的瘡痂病抗性是選育高抗品種的基礎(chǔ)。S.Jansky等[6-7]鑒定出馬鈴薯二倍體野生種Solanum chacoense具有瘡痂病抗性，通過Unilateral Sexual Polyploidization（單側(cè)性多倍化）技術(shù)將抗性片段導入四倍體馬鈴薯中，70%的后代材料都對瘡痂病具有穩(wěn)定的抗性，并篩選出3個高抗材料作為培育抗病品種的種質(zhì)資源。K.Mishra等[8]通過連續(xù)兩年種植27個品種篩選抗病品種，發(fā)現(xiàn)有8個品種的發(fā)病較低，但沒有高抗品種。何虎翼等[9]通過在含瘡痂病地塊種植和人工接種兩種途徑鑒定36份馬鈴薯材料的瘡痂病抗性，找到2份高抗瘡痂病的品種（系）和1份高感材料。在選育抗病品種的同時，生產(chǎn)上需要對受市場歡迎大面積種植但感病的品種進行防治。除選擇無病薯塊，實行輪作外，通過調(diào)節(jié)土壤pH值使土壤呈微酸性可以防治瘡痂病[10]。用代森錳鋅、五氯硝基苯粉劑進行土壤消毒，可減少病原菌數(shù)量[5，11]。不同殺菌劑、誘抗劑、拮抗菌、微生物生防劑以及施用微生物有機肥均對馬鈴薯瘡痂病有不同程度的防治效果，但由于瘡痂病病菌種類的多樣性和品種差異，防治效果差異大[12-15]。張建平等[12]試驗表明“瘡痂治”對馬鈴薯瘡痂病的防效高達86.8%，而代森錳鋅可濕性粉劑的防效只有41.2%。利用鏈霉菌A1R1產(chǎn)生的酮類物質(zhì)Isatropolone C處理分別受3種瘡痂病菌感染的馬鈴薯，可將病情嚴重度降低82.38%、95.71%和89.23%[14]。

本試驗以感染瘡痂病的原原種為材料，通過田間種植，采用隸屬函數(shù)法將后代抗病性狀與產(chǎn)量結(jié)合分析，為抗性優(yōu)良彩薯品種選育奠定基礎(chǔ)；同時比較8種藥劑處理對瘡痂病菌的防治效果，為生產(chǎn)上防治馬鈴薯瘡痂病提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

29份馬鈴薯資源材料的名稱如表1所示，除費烏瑞它和底西瑞為常規(guī)品種外，其余材料均為不同組合的雜交后代材料，由綿陽市農(nóng)業(yè)科學研究院提供。以2018年7月在含有瘡痂病菌的基質(zhì)中收獲的原原種為試驗材料，該批薯塊不同程度地感染瘡痂病菌，以突起型病斑為主并伴有凹陷型（圖1），以不帶瘡痂病菌的費烏瑞它原原種為陽性對照。

1.2 試驗方法

1.2.1 薯塊處理與種植

為防影響出苗，篩選去除頂端芽眼部位被病斑感染的薯塊，在播種前45 d，將各材料原原種集中用20 mg/L GA3+0.24 mg/L 24-eBL統(tǒng)一浸泡60 min[16]，在催芽的同時，使病菌能與各薯塊充分接觸。將薯塊放于室內(nèi)散射光下貯藏，以解除塊莖休眠。試驗于2018年秋季在綿陽市農(nóng)業(yè)科學研究院試驗田進行，前茬為水稻，之前未種過馬鈴薯。采用1 m開廂起壟，雙行播種，行距35 cm，株距25 cm，種植密度80 040株/hm2，每個材料種植60株。

1.2.2 病害統(tǒng)計

收獲時按瘡痂病分級標準隨機選擇30株材料的薯塊進行調(diào)查，計算材料的發(fā)病率、病情指數(shù)。分級標準:0級，薯皮健康，無病斑；1級，薯皮基本健康，有1～2個零星病斑，所占面積未超薯皮表面積的 1/4；2級，薯皮表面有3～5個病斑，所占面積為薯皮表面積的 1/4～1/3；3級，薯皮有5～10個病斑，所占面積占薯皮面積的1/3～1/2；4級，嚴重感病，病斑在10個以上，或病斑面積超過薯皮表面積的1/2。發(fā)病率/%=（發(fā)病塊莖薯/總塊莖數(shù)）×100，病情指數(shù)=∑（各級病薯數(shù)×該級數(shù)代表值）×100/（調(diào)查總薯數(shù)×最高病級數(shù)）。

表1 29份馬鈴薯材料的薯塊性狀Table 1 The characteristics of 29 potato lines

圖1 試驗所用感染瘡痂病害的原原種Figure 1 The pre-basic seed tubers infected with common scab as materials in this experiment

1.2.3 瘡痂病抗性綜合分析

參照何虎翼等[9]使用的瘡痂病抗性綜合分析法，以發(fā)病率、病情指數(shù)，病薯重量占比和產(chǎn)量指標來綜合評價各材料的瘡痂病抗性。采用反隸屬函數(shù)μ（Xj）=1-（Xj-Xmin）/（Xmax-Xmin）計算各材料發(fā)病率、病情指數(shù)、病薯重量占比的隸屬度，隸屬函數(shù)μ（Xj）=（Xj-Xmin）/（Xmax-Xmin）計算產(chǎn)量的隸屬度，Xj表示各材料的j指標測定值，Xmax為該指標測定值的最大值，Xmin為該指標測定值的最小值。用公式計算各指標的標準差系數(shù)（i表示各材料，n=29），歸一化后得到各指標的權(quán)重系數(shù)Wj=，綜合評價值。根據(jù)Di值將瘡痂病抗性分5級:0.8～1為高抗（HR），0.6～0.8為抗病（R），0.5～0.6 為中抗，0.2～0.5 為感病，0～0.2 為高感。

1.2.4 藥劑防治效果評價

以費烏瑞它、底西瑞、16-3-5、16-6-12、16-7-7、16-14-8、16-14-27等7個感病嚴重材料的原原種開展藥劑防效試驗。各藥劑信息如表2所示，按使用說明配制成溶液，播種前浸泡30～40 min，晾曬1 h后播種。種植方式以及病斑分級統(tǒng)計方法同1.2.2，防治效果=[（對照區(qū)病情指數(shù)-處理區(qū)病情指數(shù)）/對照區(qū)病情指數(shù)]×100%。

表2 供試藥劑信息Table 2 Information about fungicides tested

1.3 數(shù)據(jù)分析

用 Microsoft Excel 2007，DPS7.05進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 馬鈴薯資源的抗病性

種植費烏瑞它（Favorita）的健康原原種收獲的薯塊發(fā)病率為0，折合產(chǎn)量28 997.10 kg/hm2，證實試驗地本身不含瘡痂病致病菌。種植帶瘡痂病菌的馬鈴薯原原種，收獲的薯塊發(fā)病情況由表3所示，帶病菌的費烏原原種收獲的薯塊發(fā)病率高達49.49%，病情指數(shù)為22.98，產(chǎn)量比對照降低42.41%。17-7-15的發(fā)病率在所有材料中最高，其次是16-7-7，僅材料16-4-1，17-7-9的發(fā)病率低于10%。病情指數(shù)低于10的材料有8份，占27.59%，病薯的病情嚴重度低于發(fā)病率。21份彩薯的平均發(fā)病率為33.64%，材料間變幅大，其中既包括發(fā)病率最高的材料17-7-15，也包括最低的材料17-7-9；8份普通薯塊的平均發(fā)病率39.18%，除16-9-8外其余材料的發(fā)病率均大于15%，材料間的發(fā)病率變幅程度相對彩薯的變幅小。相關(guān)性分析表明發(fā)病率與病薯重量占比的相關(guān)系數(shù)最高（R2=0.844 1），達極顯著水平。雖然種薯感染瘡痂病菌會顯著降低產(chǎn)量，但對材料的整體分析表明發(fā)病率與產(chǎn)量間無相關(guān)性，說明影響材料產(chǎn)量的最重要因素仍是遺傳差異，其中16-14-8的產(chǎn)量最高為19 823.24 kg/hm2，是產(chǎn)量最低的淺黃肉材料16-7-7的3.10倍。

2.2 發(fā)病率和病情指數(shù)的頻率分布

對29份馬鈴薯材料的發(fā)病率和病情指數(shù)分別作頻率分布直方圖，由圖2可知無論是發(fā)病率還是病情指數(shù)的數(shù)量性狀均屬于偏太分布，材料群體呈較高發(fā)病率和較低病情指數(shù)分布，這可能是樣本數(shù)量不夠多引起。發(fā)病率在18%～36%區(qū)段的分布最多，累積55.17%；病情指數(shù)在10～20區(qū)段分布最多，累積68.97%。

2.3 隸屬函數(shù)分析

通過隸屬函數(shù)標準差系數(shù)賦予權(quán)重法計算出發(fā)病率、病情指數(shù)、病薯重量占比和產(chǎn)量的權(quán)重系數(shù)分別為67.42%、3.48%、17.07%和12.03%?？共⌒缘木C合評價D值及排名如表4所示，D值最大0.94，最小0.09，說明材料間的瘡痂病抗性差異大。由D值將材料劃分為2個高抗型，6個抗病型，4個中抗性，14個感病型和3個高感型等五類，高抗型材料仍是16-4-1、17-7-9，與發(fā)病率最低的結(jié)果一致。用最大距離法對D值進行聚類分析如圖3所示，在遺傳相似系數(shù)1.36處可將材料分成4個類群，其中類群是2個高抗材料，Ⅱ類群包括抗病材料 16-9-26、16-14-15（圖 4）和中抗材料 16-6-2 等10個，Ⅲ類群分布有17-7-3、16-6-1等9個感病材料（圖 4），而 Desiree、16-14-27等5個感病材料和3個高感材料被劃分到第Ⅳ類群。同時，與母薯病斑以突起型為主伴有凹陷型不同，后代病薯的病斑以凹陷型為主伴有突起型。同一組合的材料，并沒有完全聚到一類，或表現(xiàn)出抗性的距離更近，如17-7組合，其5個后代材料分布在4個類群，16-14組合的4個材料分布在3個類。即材料的瘡痂病抗性在雜交組合群體內(nèi)的分布無明顯規(guī)律，不以遺傳組合群聚類。

表3 馬鈴薯資源材料瘡痂病抗性Table 3 The scab resistance of potato varieties （lines）

圖2 馬鈴薯資源的發(fā)病率和病情指數(shù)頻率分布Figure 2 The frequency distribution of incidence rate and disease index in potato lines

表4 馬鈴薯資源材料各指標隸屬函數(shù)值與瘡痂病抗性綜合分析Table 4 The subordinate function of index and analysis of scab resistance in potato varieties （lines）

2.4 各藥劑對馬鈴薯瘡痂病的防效

8種藥劑處理對6種（高）感病材料的發(fā)病率和病情指數(shù)的影響如圖5所示，不同藥劑處理間的作用效果存在明顯差異。只有藥劑T3對所有材料均有防治效果，能同時降低所有材料的發(fā)病率和病情指數(shù)，但對不同材料的防治程度不同。而其他藥劑則因材料不同，對瘡痂病的作用效果差異大。處理2作用于高感病材料16-7-7后的發(fā)病率僅有18.60%，病情指數(shù)8.72，相對防效達66.32%，對材料16-14-8的作用效果同樣明顯，但對材料Desiree的瘡痂病發(fā)病率幾乎沒有抑制作用。藥劑T1和T6對所有材料的發(fā)病率影響不大，但能使部分材料的病情指數(shù)下降，即抑制病斑生長，使病斑面積縮小，如T1 對 16-6-12、16-7-7、16-14-8，T6 對 16-3-5、16-6-12。藥劑 T4 對 Favorita、16-7-7、16-14-8 有作用效果，相對防效分別是21.57%、30.08%和38.22%，但對16-3-5、16-6-12的發(fā)病率和病情指數(shù)均沒有抑制效果。T7和T8對16-3-5防治效果最好，發(fā)病率分別下降了51.01%和55.40%，病情指數(shù)則分別下降60.73%和53.52%。在所有材料中T5處理下的發(fā)病率和病情指數(shù)最大降幅分別僅有30.92%和20.11%，防效不明顯。

圖3 馬鈴薯材料對瘡痂病抗性的聚類分析Figure 3 Cluster analysis of scab resistance for potato varieties （lines）

圖4 部分材料田間發(fā)病對比Figure 4 Common scab comparison of partial potato varieties （lines） in field

對藥劑處理和材料間相對防效值進行二因素無重復方差分析，藥劑處理間的差異達極顯著水平（P值為0.000 1），而6個（高）感病材料間的差異則不顯著。各藥劑處理間相對防效值的差異顯著性分析如表5所示，T3的藥效和廣適性最好，平均防效為60.97%，極顯著高于除T2以外的其他6種藥劑。T3對16-14-8的防治效果最好，防效高達72.28%。此外，T3對16-6-12的防效在所有藥劑中最高為57.07%，田間表現(xiàn)如圖6所示。T6的平均防效最低，在不同材料中的最高防效只有17.22%，但與T1、T4和T5間的差異不顯著。

圖5 藥劑處理對不同材料的發(fā)病率和病情指數(shù)的影響Figure 5 The effect of treatments on incidence rate and disease index of different materials

表5 各藥劑處理對馬鈴薯瘡痂病的防效Table 5 Control effects of fungicides treatments on potato common scab

圖6 T3處理對材料16-6-12的防治效果Figure 6 Control effect of T3 treatment on scab of material 16-6-12

3 討論與結(jié)論

研究表明不同品種和資源材料間對瘡痂病的抗性存在基因型差異，利用抗性品種是防治馬鈴薯瘡痂病的一種直接、經(jīng)濟且有效的途徑，但目前的篩選試驗表明現(xiàn)有品種中缺乏高抗品種。何虎翼等對36份品種（系）通過田間試驗和接種鑒定到2份高抗材料均為品系，興佳2號、麗薯6號等4個品種表現(xiàn)為抗病[9]。通過盆栽接種瘡痂病菌鑒定的108份馬鈴薯資源中，高抗資源有9份，其中只有1個是品種，并且是彩薯品種鈴田紅美，其余均是資源材料[17]。對12份馬鈴薯品種進行瘡痂病的田間抗性比較表明，抗性最高的品種克新28的病情指數(shù)達12.11，發(fā)病率高達67.05%，即都不抗病[18]。本試驗以帶病菌原原種為材料，并以統(tǒng)一浸種來均衡感染概率，對照的兩個品種都屬于感病品種，篩選出的2個高抗資源均屬雜交后代材料，塊莖的共同特點是紅色薯皮且薯肉帶紅紋，這與鑒定到的高抗彩薯品種紅美具有相似的特點即薯皮薯肉均含有紅色花青素。已知瘡痂病菌通過塊莖皮孔、傷口和氣孔入侵，馬鈴薯塊莖周皮結(jié)構(gòu)越均勻致密，抗病性越強，同時塊莖含花青素也能增加對瘡痂病的抗性[19]。目前對馬鈴薯瘡痂病的抗性機制不明，未見抗性基因的報道。Enciso-Rodriguez以9年田間接種鑒定370份材料的3 885份病害記錄為基礎(chǔ)，首次在四倍體馬鈴薯中應用全基因組來篩選瘡痂病抗性基因，利用全基因組回歸模型鑒定到與瘡痂病抗性相關(guān)的位于WRKY轉(zhuǎn)錄因子的一個新位點[20]。本試驗篩選到的2份高抗資源的抗病機理是否與WRKY轉(zhuǎn)錄因子新位點相關(guān)，紅色薯皮是否能增強塊莖對瘡痂病菌的抗性還有待于進一步研究。

研究表明環(huán)境、基因型及兩者互作、病原菌組成等對病斑面積和病斑類型有顯著影響，這給資源材料的抗病性評價以及抗病機制研究帶來困擾[21]。同一品種的瘡痂病抗性在不同研究者的試驗結(jié)果中表現(xiàn)各異，如興佳2號在北方地區(qū)通過盆栽接種鑒定的瘡痂指數(shù)為24.27，屬感病品種[17]；但在南方地區(qū)通過不同地點的帶病菌大田種植和盆栽接種兩種方式鑒定，病情指數(shù)6.36～9.42，屬抗病品種[9]。本試驗中，母薯病斑以突起型為主伴有凹陷型，但后代病薯的病斑變?yōu)橐园枷菪蜑橹靼橛型黄鹦?，推測春季大棚基質(zhì)生產(chǎn)原原種（母薯）和秋季水稻田種植鑒定，這兩者無論是氣候還是土壤環(huán)境都發(fā)生較大改變，從而引起病斑類型的變化。同時根據(jù)前人研究經(jīng)驗，需進一步對本地瘡痂病菌進行分離鑒定以確定優(yōu)勢致病種，明確本試驗篩選到的高抗材料具體是對哪些優(yōu)勢致病種具有高抗性，并通過多點鑒定，確認材料的高抗性范圍，以便進行雜交親本選配和抗病品種選育。

通過不同種致病菌的接種試驗表明優(yōu)勢種或菌株的不同會導致在不同地區(qū)瘡痂病發(fā)生的嚴重程度出現(xiàn)顯著差異[22]。Shi W.C.等[23]通過組學方法對比發(fā)病重和發(fā)病輕的薯表土、根際土、根區(qū)土和壟溝土的菌群組成，發(fā)現(xiàn)發(fā)病輕的薯表土細菌多樣性高、菌群共存網(wǎng)絡(luò)較復雜，揭示除病原菌外，土壤微生物種群的組成和功能在瘡痂病的發(fā)生中同樣具有不可忽視的作用。馬鈴薯品種間薯皮厚度、木栓化程度和物質(zhì)組成不同，會間接造成藥劑吸收和附著的差異，而以往的藥劑試驗多是選擇1個品種開展，將不利于評價藥劑在不同品種間的廣適性[24-25]。本試驗選用多個材料進行藥劑防治效果評價，表明同一藥劑對不同材料的防治效果存在明顯差異，推測是材料間對藥劑的吸收以及材料所處土壤的微生物菌群差異造成。本試驗的同一雜交組合后代群中，有感病材料也有抗病材料，即群內(nèi)個體的抗病性呈分散狀態(tài)，沒有呈現(xiàn)出普遍抗病或普遍感病群體。這說明無論是材料的抗病基因調(diào)控還是致病菌的侵染、藥劑的防治作用都是較為復雜互作過程，不僅和抗病基因相關(guān)也和薯塊對藥劑的吸收、藥劑的穩(wěn)定性、所處的土壤微生物菌群等多種因素相關(guān)。

本試驗通過對29份帶瘡痂病菌材料的原原種進行田間種植篩選，用隸屬函數(shù)法綜合評價材料的抗病性，篩選到2份高抗彩薯材料，同時證實瘡痂病抗性在雜交組合群體內(nèi)的分布無明顯規(guī)律，為抗病基因研究和培育高抗瘡痂病品種奠定材料基礎(chǔ)。進一步用8種藥劑處理6份（高）感病材料，篩選到在本地廣適性好的化學藥劑春雷王銅，為瘡痂病的田間藥劑防治提供了技術(shù)參考。