馬鈴薯瘡痂病菌及防控手段研究進(jìn)展

夏善勇，牛志敏，李慶全，張麗娟，盛萬民

（黑龍江省馬鈴薯生物學(xué)與品質(zhì)改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所 哈爾濱 150086）

馬鈴薯（L.）不僅能夠?yàn)槿梭w提供必需的碳水化合物、纖維素、礦物質(zhì)和維生素等營養(yǎng)物質(zhì)，而且在保障我國糧食安全戰(zhàn)略部署、精準(zhǔn)扶貧、轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式中具有重要作用。近年來，隨著國家馬鈴薯主糧化的推進(jìn)，我國馬鈴薯種植規(guī)模和范圍逐年遞增，倒茬輪作年限縮短甚至難以實(shí)現(xiàn)。常年連作使土壤中微生物結(jié)構(gòu)發(fā)生定向變化，病菌積累，土傳病害發(fā)生嚴(yán)重。由諸多植物病原鏈霉菌（spp）所引起的馬鈴薯瘡痂病是主要土傳病害之一，不僅嚴(yán)重威脅著商品薯的外觀，還導(dǎo)致馬鈴薯塊莖淀粉含量降低，小薯比例增加，影響馬鈴薯的加工品質(zhì)，降低其市場競爭力。我國馬鈴薯瘡痂病年發(fā)病面積在40 萬hm以上，平均病株率在30%左右，并有逐年加重的趨勢(shì)。該病害最早于1890 年在美國康涅狄格州被發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)已成為世界范圍內(nèi)影響馬鈴薯品質(zhì)的重要病害之一，廣泛分布于世界各地，如美國、加拿大、德國和中國等近30 個(gè)國家。近年來，隨著市場對(duì)馬鈴薯品質(zhì)需求的不斷增加，該病引起了人們的廣泛關(guān)注。

1 馬鈴薯瘡痂病癥狀、發(fā)病規(guī)律和危害

1.1 馬鈴薯瘡痂病癥狀

瘡痂病病原菌可在病薯、植株病殘?bào)w及土壤中越冬，成為次年的侵染源，主要侵染馬鈴薯塊莖和匍匐莖，地上植株無明顯癥狀。發(fā)病初期薯塊表面形成淺褐色小斑點(diǎn)，隨著侵染時(shí)間的延長，侵染點(diǎn)周圍組織木栓化，塊莖表面變粗糙，后期斑點(diǎn)擴(kuò)大形成圓形或不規(guī)則大斑塊，病斑多分散。主要分為凸起病斑（raised scab lesions，見圖1-A）、凹陷型病斑（pitted scab，見圖1-B）和扁平病斑（superficial scab lesions，見圖1-C）。凸起病斑形成1～2 mm 凸起，凹陷病斑可深入皮層以下，有時(shí)病斑深度可達(dá)7 mm。瘡痂病的癥狀表現(xiàn)不同主要是由馬鈴薯的基因型、土壤溫濕度、病原菌類型和密度及侵染時(shí)期等因素決定。

圖1 馬鈴薯瘡痂病病斑類型

1.2 馬鈴薯瘡痂病發(fā)病規(guī)律及危害

瘡痂鏈霉菌能產(chǎn)生孢子并依靠孢子進(jìn)行擴(kuò)散、感染寄主，且病原體可在土壤或植物殘?bào)w中存活長達(dá)10 年，主要通過種薯或土壤傳播，也可通過雨水、灌溉水以及附著在農(nóng)機(jī)設(shè)備上的殘留土壤傳播，帶病種薯的地區(qū)間調(diào)運(yùn)是導(dǎo)致病害遠(yuǎn)距離傳播的主要因素。溫度、濕度、土壤酸堿性及有機(jī)質(zhì)含量是影響病害發(fā)生程度最重要的外界環(huán)境因素。土壤溫度20～22 ℃條件下瘡痂病最易發(fā)生；相對(duì)濕度小于60%有利于病原菌入侵；pH 值在6.0～7.5 容易發(fā)??；砂壤土質(zhì)、土壤中錳元素含量低以及連作重茬均有利于病害的發(fā)生。馬鈴薯發(fā)病程度與塊莖發(fā)育時(shí)期密切相關(guān)，病原菌僅能在塊莖膨大初期，從皮孔或傷口侵入，而生長后期薯塊表皮已經(jīng)發(fā)生木栓化，病原菌便不能再侵染。馬鈴薯瘡痂病鏈霉菌廣泛分布于馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)，除危害馬鈴薯外，還能引起胡蘿卜（L.）、蘿卜（L.）、甜菜（L.）等其他作物發(fā)生瘡痂癥狀。

2 馬鈴薯瘡痂致病鏈霉菌的鑒定

2.1 馬鈴薯瘡痂病病原菌的生物學(xué)鑒定

形態(tài)學(xué)鑒定是將分離得到的病原菌接種于高氏I 號(hào)培養(yǎng)基，通過觀察孢子絲顏色、有無色素產(chǎn)生、孢子鏈形態(tài)等性狀指標(biāo)進(jìn)行鑒定；對(duì)菌株生理生化鑒定主要包括碳源利用的測(cè)定、氮源利用的測(cè)定、黑色素的產(chǎn)生測(cè)定、HS 的產(chǎn)生和pH 值敏感性測(cè)定等10 項(xiàng)內(nèi)容。在生理生化鑒定中，瘡痂病菌產(chǎn)生黑色素的能力愈來愈被重視，已將是否在酪氨酸瓊脂和蛋白胨培養(yǎng)基上產(chǎn)生黑色素作為鑒定的重要指標(biāo)。對(duì)于一些形態(tài)學(xué)特征比較少的鏈霉菌，生理生化測(cè)試項(xiàng)目越來越多：包括測(cè)試菌株對(duì)0.1%的苯酚（phenol）、0.5μg·mL結(jié)晶紫（crystal violet）的敏感性；對(duì)20 μg·mL鏈霉素（streptomycin）、10 IU·mL青霉素（penicillin）等抗生素及其他藥物的抗性等。

2.2 馬鈴薯瘡痂病病原菌的分子鑒定

隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，分子鑒定已經(jīng)成為分類學(xué)的重要方法。該方法主要依據(jù)不同菌株間分子遺傳特征的差異進(jìn)行區(qū)分。隨著核酸數(shù)據(jù)庫中細(xì)菌16S rRNA 序列的數(shù)據(jù)信息日益完善以及核酸測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，16S rRNA 基因的序列分析方法已經(jīng)成為放線菌分類鑒定中最具權(quán)威性和準(zhǔn)確性的方法之一。但由于菌株同屬之間的相似性較高，有些菌株單純利用16S rRNA 序列無法區(qū)分開，往往還需要進(jìn)行特異性片段ITS（internal transcribed spacer，轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)）的鑒定，這里所用的限制性片段為16S～23S rDNA-ITS 序列。

利用的ITS 序列具有特異性酶切位點(diǎn)，而的ITS 序列不具有酶切位點(diǎn)的原理，通過擴(kuò)增病原菌的ITS 序列并進(jìn)行99I 酶切試驗(yàn)即可將兩種菌區(qū)分開，的序列經(jīng)過酶切后的ITS 序列分為399 bp 和219 bp 兩個(gè)條帶，而的ITS 不具有酶切位點(diǎn)，只有一個(gè)條帶。

3 馬鈴薯瘡痂病病原菌種類及分布

3.1 馬鈴薯瘡痂病病原菌種類

馬鈴薯瘡痂病病原菌為放線菌目（Actinomycetales）、鏈霉菌科（Streptomycetaceae）、鏈霉菌屬（）的一些種，即馬鈴薯瘡痂鏈霉菌。馬鈴薯瘡痂病致病菌由多種鏈霉菌組成，截至2018年已發(fā)現(xiàn)瘡痂病病原菌35 種，主要有、、、、、、、、、、、、等多種鏈霉菌，并且不斷有新的致病種被發(fā)現(xiàn)。不同病原菌致病力及引起的癥狀不同，、和被認(rèn)為是引起馬鈴薯瘡痂病最普遍的病原菌，其中可導(dǎo)致塊莖形成凸起和凹陷的病斑，可導(dǎo)致塊莖形成平狀和凹陷的病斑，可引起凸起狀的病斑。

3.2 馬鈴薯瘡痂病病原菌分布

目前，馬鈴薯瘡痂病在世界范圍廣泛分布，明確不同地區(qū)病原菌構(gòu)成及優(yōu)勢(shì)菌株對(duì)瘡痂病的研究與防治至關(guān)重要。美國已報(bào)道的瘡痂病菌有、、和等，法國曾報(bào)道的病原菌有、、和等，日本報(bào)道的有和等。我國科研人員也對(duì)我國各馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)瘡痂病病原菌進(jìn)行了分類鑒定并確定了各地區(qū)的優(yōu)勢(shì)菌種。2010 年張萌等對(duì)我國8 個(gè)?。ㄗ灾螀^(qū)）的30 株馬鈴薯瘡痂病菌進(jìn)行了生物學(xué)特性結(jié)合分子遺傳特征多相分類鑒定。結(jié)果表明，我國馬鈴薯瘡痂病菌的組成具有明顯的多樣性，其中，和等種群為新發(fā)現(xiàn)的馬鈴薯瘡痂病病原菌（表1）；2018 年楊夢(mèng)平等為明確云南省馬鈴薯瘡痂病病原菌的種類及其生物學(xué)特征，通過形態(tài)學(xué)、生理生化指標(biāo)、致病性測(cè)定及16S rDNA 序列分析，對(duì)云南省13 個(gè)馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)的67 株致病菌進(jìn)行了鑒定。結(jié)果顯示，引起云南地區(qū)馬鈴薯瘡痂病的病原為10 種鏈霉菌，其中和為優(yōu)勢(shì)種群，、和為國內(nèi)首次報(bào)道的病原菌。

表1 我國已報(bào)道的馬鈴薯瘡痂病致病菌種類及其分布

根據(jù)我國已報(bào)道的馬鈴薯瘡痂病致病菌種類及其分布情況，說明不同菌株在我國各?。ㄗ灾螀^(qū)）之間的分布規(guī)律性較差，地域特點(diǎn)不明顯，病害的防治工作存在一定難度。

4 綜合防控手段

馬鈴薯瘡痂病病原菌具有組成多樣性的特點(diǎn)，是極難防治的世界級(jí)土傳病害，具有隱蔽性、傳染性，甚至具有爆發(fā)性和毀滅性。目前，國內(nèi)外報(bào)道了多種防治方法，主要有農(nóng)藝措施防治、化學(xué)防治、抗病品種的選育、生物防治及誘導(dǎo)植株抗性等。

4.1 農(nóng)藝措施

農(nóng)藝措施是防治馬鈴薯瘡痂病的傳統(tǒng)方法。及時(shí)灌溉是防治馬鈴薯瘡痂病的傳統(tǒng)手段，保持土壤水分處于或接近大田的持水能力對(duì)減少瘡痂癥狀的形成有一定效果。Johansen 等研究發(fā)現(xiàn)在馬鈴薯塊莖形成早期灌溉可降低發(fā)病率。作物輪作也常被作為一種防治瘡痂病的策略，將馬鈴薯與玉米、水稻、小麥等禾本科作物進(jìn)行輪作，能夠減少瘡痂病菌在土壤中的數(shù)量，同時(shí)有利于土壤肥力的恢復(fù)和提高。降低土壤的pH 值可抑制致病菌的生長繁殖，劉凌云等利用磷酸溶液對(duì)馬鈴薯種薯生產(chǎn)所用基質(zhì)進(jìn)行處理，當(dāng)pH 值為6.0 時(shí)，原種瘡痂病感病率和病情指數(shù)最低。

4.2 化學(xué)防治

化學(xué)藥劑防治是生產(chǎn)上常用的一種防治方法，早在1976 年就有關(guān)于使用化學(xué)藥劑五氯硝基苯可以抑制瘡痂病的報(bào)道。目前，我國尚無正式登記針對(duì)瘡痂病的防治藥劑，但科研人員經(jīng)過多年的試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)多種化學(xué)藥劑對(duì)瘡痂病的防治有一定效果。李青青等試驗(yàn)顯示，53.8%可殺得2000 干懸浮劑600 倍液澆灌栽培基質(zhì)的防效為51.37%，病薯率、病情指數(shù)較對(duì)照明顯下降。李淑敏等采用藥劑浸種或溝噴帶病種薯兩種方法對(duì)10 種化學(xué)藥劑進(jìn)行馬鈴薯瘡痂病田間藥劑試驗(yàn)。結(jié)果表明，各藥劑對(duì)馬鈴薯出苗均無藥害并有不同程度的防治效果，其中，33.5%喹啉銅懸浮劑200 倍液浸種防效最好，20%噻唑鋅懸浮劑500 倍液溝噴的效果最好，防效為70.12%；張笑宇等采用紙碟法比較12 種殺菌劑對(duì)馬鈴薯瘡痂病菌的抑制效果。試驗(yàn)結(jié)果表明，25%比佳可濕性粉劑700 倍液的防治效果最好，能使病原菌孢子變形，抑菌圈直徑達(dá)12.16 mm。化學(xué)農(nóng)藥的施用雖然在一定時(shí)期內(nèi)對(duì)該病害的防治起到一定作用，但大量化學(xué)藥劑的使用不僅帶來食品安全問題，還會(huì)破壞環(huán)境，導(dǎo)致土壤微生態(tài)失衡和病菌的抗藥性逐漸增強(qiáng)。

4.3 選育抗病品種

選育抗病品種是防治馬鈴薯瘡痂病最經(jīng)濟(jì)、有效的途徑，但目前尚未鑒定出對(duì)瘡痂病免疫的馬鈴薯品種。外國學(xué)者在有關(guān)馬鈴薯抗病種質(zhì)資源篩選方面的研究相對(duì)較早。近年來，我國也逐步開展了有關(guān)抗瘡痂病馬鈴薯種質(zhì)資源篩選的試驗(yàn)。趙艷群等對(duì)榆林地區(qū)12 個(gè)栽培品種進(jìn)行了馬鈴薯瘡痂病抗性試驗(yàn)，沒有發(fā)現(xiàn)對(duì)瘡痂病免疫或高抗的品種。其中，榆薯3 號(hào)和黑金剛表現(xiàn)中抗，病情指數(shù)分別為5.19 和6.36。朱展鵬等通過田間試驗(yàn)對(duì)華薯系列品種進(jìn)行抗病鑒定，結(jié)果表明，華薯5號(hào)和華薯11 號(hào)對(duì)瘡痂病具有較好的抗性。王騰等對(duì)12 份材料進(jìn)行田間抗性鑒定，篩選結(jié)果表明，克新19 號(hào)與克新28 號(hào)對(duì)瘡痂病的抗性較高；何虎翼等通過田間自然病圃對(duì)36 份馬鈴薯品種（系）資源進(jìn)行鑒定，篩選出D825 和D731 兩個(gè)高抗瘡痂病品系；張春雨通過盆栽接菌試驗(yàn)對(duì)118 份馬鈴薯種質(zhì)資源進(jìn)行了瘡痂病抗性鑒定，得到ND17-12-12、ND17-4-7 和11-1-38 等7 份四倍體和1 份二倍體高抗種質(zhì)資源。不同馬鈴薯品種間瘡痂病抗性存在明顯差異，明確品種（系）對(duì)瘡痂病的抗性，無論是對(duì)抗性資源的有效利用，還是品種的合理布局都尤為重要。截至目前，培育高水平抗性的馬鈴薯品種存在多個(gè)難點(diǎn)，如馬鈴薯瘡痂病病原體的多樣性及篩選出的抗性品種利用率不高等。

4.4 生物防治

生物防治是一種環(huán)境友好型的病害防治方法，是未來防治馬鈴薯瘡痂病的主要方法。李麗艷等采用室內(nèi)平皿拮抗及田間防效應(yīng)用試驗(yàn)對(duì)按照75 L · hm熒 光 假 單 孢 菌（）+37.5 L·hm解淀粉芽孢桿菌（）菌株發(fā)酵液進(jìn)行防效測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果表明，抑菌圈直徑為28 mm，田間防效達(dá)91.7%；徐雪亮等采用土壤澆灌方式對(duì)5 種生物藥劑防治馬鈴薯瘡痂病效果進(jìn)行田間試驗(yàn)，結(jié)果表明，對(duì)枯草芽孢桿菌（）的防效為86.6%。周洋子等從供選的5 株生防芽孢桿菌中篩選出1 株萎縮芽孢桿菌（），其對(duì)馬鈴薯瘡痂病的拮抗效果最明顯，能產(chǎn)生多種抗菌脂肽，抑菌圈直徑達(dá)20 mm，抑菌率高達(dá)44.4%。李玉聰?shù)葟纳綎|省高密市馬鈴薯種植地采集的土壤中分離得到1 株具有較強(qiáng)拮抗作用的菌種，鑒定為甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌（）。平板對(duì)峙生長法試驗(yàn)結(jié)果表明，其抑菌圈直徑達(dá)20.74 mm，溫室盆栽試驗(yàn)防治效果為48.66%。雖然生物防治在植物病害的防控中取得了一定的進(jìn)展，但整體而言，篩選有效生防菌株的方法仍不夠完善。目前生防菌的篩選主要是在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的，即只能通過拮抗、重寄生和捕食等特性來篩選，這就使許多通過其他作用方式起作用的菌株不能被篩選，另外利用生物防治還存在防治對(duì)象范圍較窄、效果不穩(wěn)定、易受環(huán)境條件影響等缺陷。

4.5 誘導(dǎo)植株抗性防治

能激發(fā)作物產(chǎn)生誘導(dǎo)抗病性反應(yīng)的物質(zhì)稱為植物病害誘抗劑。張鉉哲等對(duì)田間馬鈴薯植株進(jìn)行葉面噴施試驗(yàn)，測(cè)定了β-氨基丁酸（BABA）、草酸（OA）和茉莉酸甲酯（MJ）等5 種抗病誘導(dǎo)劑對(duì)馬鈴薯瘡痂病的防治效果。結(jié)果表明，質(zhì)量濃度為50 μg·mLMJ防治效果最佳，防效達(dá)43.6%；楊鑫等在馬鈴薯塊莖形成初期，葉面噴施800 倍的香菇多糖（LNT）稀釋液，結(jié)果表明，馬鈴薯葉片葉綠素含量、防御性酶活性、產(chǎn)量和塊莖營養(yǎng)品質(zhì)均有不同程度的提高，且丙二醛的含量顯著降低，對(duì)瘡痂病的相對(duì)防效達(dá)79.98%；王宏虬等用5 種誘抗劑葉面噴施定植后的植株，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)水楊酸（SA）在噴施濃度為1.00 mmol·L時(shí)，對(duì)瘡痂病的相對(duì)防效高達(dá)67.6%；龔秀會(huì)等試驗(yàn)證明，經(jīng)濃度為1.00 mmol·L的苯并噻二唑（BTH）葉面處理的馬鈴薯瘡痂病發(fā)病率和病情指數(shù)均低于對(duì)照?？共≌T導(dǎo)劑來源于生物體，是小分子有機(jī)化合物，其用量微小、施用方式簡單、成本低廉，且不會(huì)帶來環(huán)境污染。近年來發(fā)展迅速，其在病害防治方面極具應(yīng)用潛力。盡管有些物質(zhì)可以誘導(dǎo)植物抗病性，但誘抗劑的選擇大多還只停留在試驗(yàn)階段，實(shí)際應(yīng)用仍比較困難。目前對(duì)于誘抗劑還沒有完善的評(píng)價(jià)體系和篩選技術(shù)，再加上誘抗劑的濃度對(duì)病害的防控效果影響較大，若控制不好，可能不起作用，或者產(chǎn)生藥害。因此，從實(shí)際應(yīng)用的角度講，誘抗劑的研制和合理應(yīng)用成為亟待解決的問題。

5 展 望

馬鈴薯瘡痂病已成為制約馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要病害。目前，對(duì)馬鈴薯瘡痂病的研究多集中在研究其發(fā)病規(guī)律、病原菌分離鑒定和防治方法等方面。未來，應(yīng)在以下方面展開研究：第一，在不同地區(qū)持續(xù)開展馬鈴薯瘡痂鏈霉菌的監(jiān)測(cè)，明確各地區(qū)致病優(yōu)勢(shì)菌株，及時(shí)采取防治措施；第二，我國馬鈴薯瘡痂病抗性資源嚴(yán)重匱乏，各地區(qū)應(yīng)加大對(duì)現(xiàn)有品種（系）和野生資源的瘡痂病抗性篩選工作，為抗瘡痂病育種奠定基礎(chǔ)；第三，創(chuàng)新拮抗生物菌株和誘抗劑的篩選方法，使更多的生防菌和誘抗劑能夠被開發(fā)利用；第四，充分利用生物工程技術(shù)，將分子育種與常規(guī)育種相結(jié)合，快速有效地培育出高抗甚至免疫品種；第五，研究馬鈴薯瘡痂病菌的致病性及其致病毒素合成相關(guān)基因，可為研究病原菌的致病機(jī)制和病原菌遺傳多樣性奠定基礎(chǔ)。