不同抗性马铃薯品种接种疮痂病菌后生理生化特性的变化

刘淑娜，金光辉，李 鑫，王鹏程，张春雨

(黑龙江八一农垦大学, 黑龙江 大庆 163319)

【研究意义】疮痂病是一种由致病性链霉菌感染引起的一种马铃薯世界范围内的重要病害[1]，在澳大利亚的塔斯马尼亚岛年度亏损估计占产业价值的4 %[2]；有研究表明发病严重的品种产量有所降低[3]；由于疮痂病可致马铃薯块茎形成深达7 mm的凹陷[4]，这不仅降低了马铃薯块茎的外观品质、增加了清洗难度，而且，不能用于薯条和薯片的加工等[5]；疮痂病严重威胁微型薯的生产，一些马铃薯微型薯种植区的发病率已高达90 %[6]，给种植者带来了经济损失。此外，疮痂病可随种薯传播，并可以在在土壤中存活年10年之久[7]。感染疮痂病的大田不适宜再种植马铃薯、胡萝卜、萝卜、甜菜等作物[8-9]。综上所述，马铃薯疮痂病严重影响了马铃薯产业的发展。近年来，在国内外对疮痂病的控制试验都在广泛的进行。人们采用了物理防治[10-18]、化学防治[19-21]、和生物防治[22-23]减少疮痂病造成的损失，但没有一种能持续提供经济有效控制病害的方法[24]，因此选育抗病品种是控制疮痂病经济有效的方法。而筛选抗、感病品种耗时较长，如何快速筛选抗疮痂病品种至今还未有研究。【前人研究进展】近年来我国有关抗疮痂病马铃薯种质资源筛选有些报道。2013年康荣等通过盆栽试验及田间调查对11个马铃薯品种进行抗性评价发现青海大白花对疮痂病原菌抗性最好[20]。2015年邢莹莹等对13份马铃薯品种进行了疮痂病抗性鉴定，发现垦薯1号抗性较好[25]。2013年杜魏甫等从23个马铃薯资源中筛选出了C88、紫云1号、靖薯1号和阿乌洋芋4个抗病品种[26]。2017年吴立萍等通过盆栽接种试验对108个马铃薯种质资源进行抗性鉴定，筛选出Marispeer-2、L08104-12、铃田红美等九个高抗种质资源[27]。2017年何翼虎等人对36份马铃薯品种资源进行抗性评价，筛选出2份高抗品种[28]。2018年王腾等对黑龙江省主栽的12个马铃薯品种进行病情指数分析，发现克新18较抗疮痂病，病情指数为12.11[29]。国内外研究表明不同马铃薯品种间对疮痂病抗性差异较大，目前我国主栽马铃薯品种抗疮痂病品种较少，还需进一步加强对抗性品种的选育。【本研究切入点】近年来马铃薯疮痂病的各项研究逐渐受到世界各地研究人员的重视，但对不同抗性马铃薯品种接种疮痂病后其块茎生理生化的变化至今还未有研究。【拟解决的关键问题】本文以抗病品种垦薯1号和感病品种荷兰15号为试验材料，测定了接菌后块茎中POD、SOD、PPO活性和丙二醛含量进行了测定，以明确不同抗性品种接种疮痂病菌后生理生化指标的变化，揭示选育抗疮痂病马铃薯品种生理生化指标，为辅助筛选、培育马铃薯抗病品种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试品种：感病品种荷兰15号和抗病品种垦薯1号(品种来源于黑龙江八一农垦大学马铃薯研究所)；供试菌株：选用致病性强的菌种Streptomycescabies(S.scabies)(黑龙江省农业科学院植物脱毒苗木研究所提供)。

1.2 接种体的制备

将在酵母麦芽精琼脂培养基培养15 d的菌丝刮下，加入无菌蒸馏水，制备成浓度为108cfu/cm3的孢子悬浮液，将事先准备好的直径为1.0 cm的无菌滤纸片放入孢子悬浮液中备用。

1.3 块茎离体接种方法

取在气雾法中生长的小薯(直径约2～3 cm)，在超净工作台中先用75 %乙醇溶液对其进行表面消毒，用无菌水清洗2次，然后用无菌刀将薯块切成厚5 mm的薯片(带薯皮)，放在有无菌滤纸的培养皿中，将放入孢子悬液里的滤纸片取出，放在薯皮表面，以无菌蒸馏水浸泡过的无菌滤纸片的处理为对照(CK)，一同放入28 ℃的培养箱暗培养。0～7 d，每天各取样1次，共取7 d，用于测量各项生理生化指标。

1.4 生理指标测定

参照李菁华[30]的愈创木酚法，测定过氧化物酶(POD)活性，酶活性计算方法稍作修改如下：以每分钟 OD 值升高0.1为1个酶活性单位(U)。POD 活性(U/g FW)=[反应30 s 时间内光密度值的变化×酶提取液总体积(mL)]/[样品鲜重(g)×测定时取用酶液体积(mL)×0.1×反应时间(min)]；超氧化物岐化酶(SOD)的活性参照李菁华的淡蓝四座比色法测定[30]；参照蔡坤等[31]的方法测定多酚氧化酶(PPO)活性；参照迟海的方法测定丙二醛(MDA)含量[32]。

1.5 数据分析

采用Spss软件和Excel软件进行数据分析。

图1 不同抗性马铃薯品种接种疮痂病后POD活性的变化Fig.1 Changes of POD activities in potato with different resistances after inoculated with potato common scab

2 结果与分析

2.1 不同抗性马铃薯品种接种疮痂病后过氧化物酶(POD)活性的变化

不同抗性马铃薯品种块茎离体接种疮痂病菌后，块茎中POD活性发生明显变化(图1)。在取样期间，抗、感品种块茎中的POD活性有所变化，但浮动相对较小；抗病品种垦薯1号与感病品种荷兰15块茎中品种接种疮痂病菌后处理的POD均高于对照，对照组且抗、感品种的POD活性变化趋势有所不同，抗病品种呈现由先降低后升高再降低的变化趋势，感病品种呈现先升高后降低的变化趋势，抗、感品种达到峰值的时间有所差别。抗病品种垦薯1号接种疮痂病菌后其块茎中POD活性在第6 天达到最大值，此时块茎中POD活性比对照组升高了163.2 %，感病品种荷兰15号接菌后第5 天时POD活性达到最大值，此时块茎中POD活性比对照组升高了100.5 %；说明抗病品种达到最高值的时间晚于感病品种，且增加的幅度大于感病品种。

2.2 不同抗性马铃薯接种疮痂病后超氧化物岐化酶(SOD)的变化

不同抗性马铃薯品种接种疮痂病菌后，块茎中SOD活性发生明显变化(图2)。感病品种荷兰15号的SOD活性在取样期间均高于抗病品种垦薯1号，抗、感品种酶活性均呈现先降低后升高再降低的变化趋势，且在取样过程中处理组酶活性均高于对照组。抗、感品种接种1 d后酶活性降低，抗病品种垦薯1号SOD活性比对照降低21.3 %，感病品种荷兰15号酶活性比对照降低了11.9 %。接种5 d后抗、感品种SOD活性达到最高值，抗性品种酶活性比对照组升高21.2 %，感病品种酶活性比对照升高了39.1 %。

图2 不同抗性马铃薯接种疮痂病菌后SOD活性的变化Fig.2 Changes of SOD activities in potato with different resistances after inoculated with potato common scab

图3 不同抗性马铃薯接种疮痂病菌后PPO活性的变化Fig.3 Changes of PPO activities in potato with different resistances after inoculated with potato common scab

2.3 不同抗性马铃薯接种疮痂病后多酚氧化酶(PPO)的变化

由图3显示，不同抗性马铃薯品种接种疮痂病菌后，块茎中PPO活性的变化。抗病品种垦薯1号在接种前后块茎中PPO活性明显高于感病品种荷兰15，接种后抗、感品种呈现先升高后降低的变化趋势；感病品种荷兰15在接种后PPO活性变化较为平缓抗、感品种在接种后的第4天达到彼此PPO活性最高值，达到最高值时分比对照组上升了32.1 %和47.3 %，抗病品种在接种疮痂病菌后块茎内PPO活性较感病品种增幅小。

2.4 不同抗性马铃薯接种疮痂病后过丙二醛(MDA)含量的变化分析

由图4可见，接种疮痂病菌前，感病品种荷兰15的MDA含量略高于抗病品种，接种疮痂病菌后抗、感马铃薯品种的MDA含量均有所上升；接种后感病品种MDA含量明显高于抗性品种，抗、感品种的变化趋势略有差异，感病品种MDA含量分别在第3天和第5天出现2个峰值，达到峰值是分别比对照组升高了52.0 %和62.3 %；抗病品种垦薯1号MDA含量在第4天达到了最高值，达到最高值时比对照组升高了97.5 %，而后开始趋于平稳。说明疮痂病菌可以诱导马铃薯块茎中MDA含量的增加。

图4 不同抗性马铃薯接种疮痂病菌后MDA含量的变化Fig.4 Changes of MDA activities in potato with different resistances after inoculated with potato common scab

3 讨 论

一直以来大量研究表明植物体内的防御酶与其抗病性有着密切的关系。过氧化物酶(POD)是植物体内一种主要的防御酶，POD在植保素[33]和木质素[34]合成上起促进作用。翟艳霞[35]等研究表明在对不同抗性哈密瓜品种接种果斑病菌后其过氧化物酶含量与抗病性呈正相关。黄凤莲等[36]发现不同抗性辣椒品种在接种疫病后感病品种的POD含量明显高于抗病品种。本研究表明：接种疮痂病菌后，抗、感品种块茎中POD活性有所升高，抗病品种POD活性高于感病品种，且抗病品种达到最高值的时间均晚于感病品种；说明疮痂病菌可以诱导POD活性升高，抗病品种POD降解的时间晚于感病品种，POD在马铃薯品种抵御疮痂病侵染的过程中，起到了促进了木质素和植保素的合成的作用。

超氧化物岐化酶(SOD)在植物体内的主要作用清除活性氧，SOD 在抗氧化酶中占据着最重要的位置[37]。韩冬等[38]研究表明SOD活性与红小豆品种抗锈病呈正相关。郭陞垚[39]等研究表明不同抗性花生品种接种疮痂病菌后SOD活性先升高后降低的变化趋势，且感病品种下降的幅度比大于抗病品种。本研究结果与以上研究结果不同，研究表明接种疮痂病菌前后，抗病品种SOD活性均低于感病品种，接种后抗、感品种均呈现先降低后升高的趋势，疮痂病菌可诱导感病品种中SOD活性增加的效应更为明显。分析原因可能是感病品种SOD含量过高，清除了大量的ROS，减慢了块茎细胞壁木质化的速度，使疮痂病菌更易侵染块茎。

多酚氧化酶(PPO)不仅影响着植物木质素的合成[40]，而且植物在受到病原菌侵染时，还能诱导酚类物质转化为醌，醌可以对病原菌产生抑制作用，从而起到提高植物抗性的作用[41]。张曼等[42]研究表明受尖孢镰刀菌侵染后香蕉中PPO活性与品种抗性呈正相关。本研究与以上研究结果一致，接种后抗、感病品种中PPO活性整体上均有所升高，但感病品种变化的幅度远不如抗性品种变化明显；说明疮痂病菌侵染马铃薯块茎后，诱导了块茎内PPO活性升高，抗病品种的升高的更明显。

丙二醛(MDA)对细胞和生物膜有一定的破坏作用，MDA的增加可以促进病原物侵染寄主的速度。刘佳等[43]研究认为不同抗性向日葵品种接种菌核病菌毒素后，抗、感品种中MDA的含量均有所增加，感病品种MDA含量高于抗病品种；郭陞垚等[39]研究表明不同抗性花生品种接种疮痂病菌后，其MDA含量有所升高，这与本研究的结果基本保持一致。本研究表明接种疮痂病菌促进了抗、感品种中MDA含量的升高，且感病品种中MDA的含量始终高于抗病品种。

4 结 论

不同抗性马铃薯块茎接种致病性菌株S.scabies后，块茎中POD、SOD、PPO均有不同程度的升高，抗病品种块茎内POD活性和PPO活性在接种前后均维持在一个较高的水平，而感病品种在块茎内POD活性、PPO活性相对较低，说明块茎中POD活性和PPO活性在马铃薯品种抵抗疮痂病侵染的过程中起着积极的作用；感病品种接种前后的SOD活性均明显高于抗病品种，接种后抗、感品种均呈现先降低后升高的趋势，疮痂病菌可诱导感病品种中SOD活性增加的效应更为明显。不同抗性马铃薯块茎接种疮痂病菌后，抗、感品种中MDA含量有所升高，感病品种高于抗病品种，表明感病品种细胞和生物膜被破坏的更严重。