彩色马铃薯资源的疮痂病抗性分析及药剂防效研究

邹 雪，丁 凡*，李洪浩，刘丽芳，余韩开宗，陈年伟

（1.绵阳市农业科学研究院，四川绵阳 621023；2.四川省农业科学院植物保护研究所，成都 610066）

马铃薯（Solanum tuberosum L.）是世界第四大粮食作物，具有适应性强、产量稳定，既可菜用又能加工成薯条、薯片等产品的优点，在世界160个国家和地区均有种植，2018年在我国的收获面积481.09万 hm2，总产9 025.91万 t，均列世界第一（FAO，2018）。彩色马铃薯除具备普通马铃薯的所有营养成分外，还富含类黄酮化合物花青素，具有抗氧化、抗衰老、防癌、降脂和增强人体免疫等生理功能，产业化发展前景广阔[1]。

随着马铃薯在我国种植区域的稳定，地块重茬问题导致的马铃薯土传病害愈发严重，其中疮痂病影响最广，特别是在网棚温室中生产脱毒微型薯，疮痂病发生率可达60%以上[2-3]。研究表明疮痂病病原菌多属于病原链霉菌，已报道20多种致病种，常见的包括 Streptomyces scabies、S.acidiscabies、S.turgidiscabies，病菌主要侵染块茎，在表面形成粗糙平状型、凹陷型或突起型的疮痂状病斑，在减产的同时降低马铃薯的外观品质和商品价值，导致严重经济损失[4]。四川马铃薯面积和产量居全国首位，彩薯种植面积约有1.17万km2，引进带疮痂病菌种薯以及连作等因素使得这一病害有逐年加重趋势，将会对彩色薯的商品价值造成不利影响[5]。

不同马铃薯品种间疮痂病抗性存在明显差异，选育抗病品种是解决疮痂病的有效途径，鉴定马铃薯品种资源的疮痂病抗性是选育高抗品种的基础。S.Jansky等[6-7]鉴定出马铃薯二倍体野生种Solanum chacoense具有疮痂病抗性，通过Unilateral Sexual Polyploidization（单侧性多倍化）技术将抗性片段导入四倍体马铃薯中，70%的后代材料都对疮痂病具有稳定的抗性，并筛选出3个高抗材料作为培育抗病品种的种质资源。K.Mishra等[8]通过连续两年种植27个品种筛选抗病品种，发现有8个品种的发病较低，但没有高抗品种。何虎翼等[9]通过在含疮痂病地块种植和人工接种两种途径鉴定36份马铃薯材料的疮痂病抗性，找到2份高抗疮痂病的品种（系）和1份高感材料。在选育抗病品种的同时，生产上需要对受市场欢迎大面积种植但感病的品种进行防治。除选择无病薯块，实行轮作外，通过调节土壤pH值使土壤呈微酸性可以防治疮痂病[10]。用代森锰锌、五氯硝基苯粉剂进行土壤消毒，可减少病原菌数量[5，11]。不同杀菌剂、诱抗剂、拮抗菌、微生物生防剂以及施用微生物有机肥均对马铃薯疮痂病有不同程度的防治效果，但由于疮痂病病菌种类的多样性和品种差异，防治效果差异大[12-15]。张建平等[12]试验表明“疮痂治”对马铃薯疮痂病的防效高达86.8%，而代森锰锌可湿性粉剂的防效只有41.2%。利用链霉菌A1R1产生的酮类物质Isatropolone C处理分别受3种疮痂病菌感染的马铃薯，可将病情严重度降低82.38%、95.71%和89.23%[14]。

本试验以感染疮痂病的原原种为材料，通过田间种植，采用隶属函数法将后代抗病性状与产量结合分析，为抗性优良彩薯品种选育奠定基础；同时比较8种药剂处理对疮痂病菌的防治效果，为生产上防治马铃薯疮痂病提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

29份马铃薯资源材料的名称如表1所示，除费乌瑞它和底西瑞为常规品种外，其余材料均为不同组合的杂交后代材料，由绵阳市农业科学研究院提供。以2018年7月在含有疮痂病菌的基质中收获的原原种为试验材料，该批薯块不同程度地感染疮痂病菌，以突起型病斑为主并伴有凹陷型（图1），以不带疮痂病菌的费乌瑞它原原种为阳性对照。

1.2 试验方法

1.2.1 薯块处理与种植

为防影响出苗，筛选去除顶端芽眼部位被病斑感染的薯块，在播种前45 d，将各材料原原种集中用20 mg/L GA3+0.24 mg/L 24-eBL统一浸泡60 min[16]，在催芽的同时，使病菌能与各薯块充分接触。将薯块放于室内散射光下贮藏，以解除块茎休眠。试验于2018年秋季在绵阳市农业科学研究院试验田进行，前茬为水稻，之前未种过马铃薯。采用1 m开厢起垄，双行播种，行距35 cm，株距25 cm，种植密度80 040株/hm2，每个材料种植60株。

1.2.2 病害统计

收获时按疮痂病分级标准随机选择30株材料的薯块进行调查，计算材料的发病率、病情指数。分级标准:0级，薯皮健康，无病斑；1级，薯皮基本健康，有1～2个零星病斑，所占面积未超薯皮表面积的 1/4；2级，薯皮表面有3～5个病斑，所占面积为薯皮表面积的 1/4～1/3；3级，薯皮有5～10个病斑，所占面积占薯皮面积的1/3～1/2；4级，严重感病，病斑在10个以上，或病斑面积超过薯皮表面积的1/2。发病率/%=（发病块茎薯/总块茎数）×100，病情指数=∑（各级病薯数×该级数代表值）×100/（调查总薯数×最高病级数）。

表1 29份马铃薯材料的薯块性状Table 1 The characteristics of 29 potato lines

图1 试验所用感染疮痂病害的原原种Figure 1 The pre-basic seed tubers infected with common scab as materials in this experiment

1.2.3 疮痂病抗性综合分析

参照何虎翼等[9]使用的疮痂病抗性综合分析法，以发病率、病情指数，病薯重量占比和产量指标来综合评价各材料的疮痂病抗性。采用反隶属函数μ（Xj）=1-（Xj-Xmin）/（Xmax-Xmin）计算各材料发病率、病情指数、病薯重量占比的隶属度，隶属函数μ（Xj）=（Xj-Xmin）/（Xmax-Xmin）计算产量的隶属度，Xj表示各材料的j指标测定值，Xmax为该指标测定值的最大值，Xmin为该指标测定值的最小值。用公式计算各指标的标准差系数（i表示各材料，n=29），归一化后得到各指标的权重系数Wj=，综合评价值。根据Di值将疮痂病抗性分5级:0.8～1为高抗（HR），0.6～0.8为抗病（R），0.5～0.6 为中抗，0.2～0.5 为感病，0～0.2 为高感。

1.2.4 药剂防治效果评价

以费乌瑞它、底西瑞、16-3-5、16-6-12、16-7-7、16-14-8、16-14-27等7个感病严重材料的原原种开展药剂防效试验。各药剂信息如表2所示，按使用说明配制成溶液，播种前浸泡30～40 min，晾晒1 h后播种。种植方式以及病斑分级统计方法同1.2.2，防治效果=[（对照区病情指数-处理区病情指数）/对照区病情指数]×100%。

表2 供试药剂信息Table 2 Information about fungicides tested

1.3 数据分析

用 Microsoft Excel 2007，DPS7.05进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 马铃薯资源的抗病性

种植费乌瑞它（Favorita）的健康原原种收获的薯块发病率为0，折合产量28 997.10 kg/hm2，证实试验地本身不含疮痂病致病菌。种植带疮痂病菌的马铃薯原原种，收获的薯块发病情况由表3所示，带病菌的费乌原原种收获的薯块发病率高达49.49%，病情指数为22.98，产量比对照降低42.41%。17-7-15的发病率在所有材料中最高，其次是16-7-7，仅材料16-4-1，17-7-9的发病率低于10%。病情指数低于10的材料有8份，占27.59%，病薯的病情严重度低于发病率。21份彩薯的平均发病率为33.64%，材料间变幅大，其中既包括发病率最高的材料17-7-15，也包括最低的材料17-7-9；8份普通薯块的平均发病率39.18%，除16-9-8外其余材料的发病率均大于15%，材料间的发病率变幅程度相对彩薯的变幅小。相关性分析表明发病率与病薯重量占比的相关系数最高（R2=0.844 1），达极显著水平。虽然种薯感染疮痂病菌会显著降低产量，但对材料的整体分析表明发病率与产量间无相关性，说明影响材料产量的最重要因素仍是遗传差异，其中16-14-8的产量最高为19 823.24 kg/hm2，是产量最低的浅黄肉材料16-7-7的3.10倍。

2.2 发病率和病情指数的频率分布

对29份马铃薯材料的发病率和病情指数分别作频率分布直方图，由图2可知无论是发病率还是病情指数的数量性状均属于偏太分布，材料群体呈较高发病率和较低病情指数分布，这可能是样本数量不够多引起。发病率在18%～36%区段的分布最多，累积55.17%；病情指数在10～20区段分布最多，累积68.97%。

2.3 隶属函数分析

通过隶属函数标准差系数赋予权重法计算出发病率、病情指数、病薯重量占比和产量的权重系数分别为67.42%、3.48%、17.07%和12.03%。抗病性的综合评价D值及排名如表4所示，D值最大0.94，最小0.09，说明材料间的疮痂病抗性差异大。由D值将材料划分为2个高抗型，6个抗病型，4个中抗性，14个感病型和3个高感型等五类，高抗型材料仍是16-4-1、17-7-9，与发病率最低的结果一致。用最大距离法对D值进行聚类分析如图3所示，在遗传相似系数1.36处可将材料分成4个类群，其中类群是2个高抗材料，Ⅱ类群包括抗病材料 16-9-26、16-14-15（图 4）和中抗材料 16-6-2 等10个，Ⅲ类群分布有17-7-3、16-6-1等9个感病材料（图 4），而 Desiree、16-14-27等5个感病材料和3个高感材料被划分到第Ⅳ类群。同时，与母薯病斑以突起型为主伴有凹陷型不同，后代病薯的病斑以凹陷型为主伴有突起型。同一组合的材料，并没有完全聚到一类，或表现出抗性的距离更近，如17-7组合，其5个后代材料分布在4个类群，16-14组合的4个材料分布在3个类。即材料的疮痂病抗性在杂交组合群体内的分布无明显规律，不以遗传组合群聚类。

表3 马铃薯资源材料疮痂病抗性Table 3 The scab resistance of potato varieties （lines）

图2 马铃薯资源的发病率和病情指数频率分布Figure 2 The frequency distribution of incidence rate and disease index in potato lines

表4 马铃薯资源材料各指标隶属函数值与疮痂病抗性综合分析Table 4 The subordinate function of index and analysis of scab resistance in potato varieties （lines）

2.4 各药剂对马铃薯疮痂病的防效

8种药剂处理对6种（高）感病材料的发病率和病情指数的影响如图5所示，不同药剂处理间的作用效果存在明显差异。只有药剂T3对所有材料均有防治效果，能同时降低所有材料的发病率和病情指数，但对不同材料的防治程度不同。而其他药剂则因材料不同，对疮痂病的作用效果差异大。处理2作用于高感病材料16-7-7后的发病率仅有18.60%，病情指数8.72，相对防效达66.32%，对材料16-14-8的作用效果同样明显，但对材料Desiree的疮痂病发病率几乎没有抑制作用。药剂T1和T6对所有材料的发病率影响不大，但能使部分材料的病情指数下降，即抑制病斑生长，使病斑面积缩小，如T1 对 16-6-12、16-7-7、16-14-8，T6 对 16-3-5、16-6-12。药剂 T4 对 Favorita、16-7-7、16-14-8 有作用效果，相对防效分别是21.57%、30.08%和38.22%，但对16-3-5、16-6-12的发病率和病情指数均没有抑制效果。T7和T8对16-3-5防治效果最好，发病率分别下降了51.01%和55.40%，病情指数则分别下降60.73%和53.52%。在所有材料中T5处理下的发病率和病情指数最大降幅分别仅有30.92%和20.11%，防效不明显。

图3 马铃薯材料对疮痂病抗性的聚类分析Figure 3 Cluster analysis of scab resistance for potato varieties （lines）

图4 部分材料田间发病对比Figure 4 Common scab comparison of partial potato varieties （lines） in field

对药剂处理和材料间相对防效值进行二因素无重复方差分析，药剂处理间的差异达极显著水平（P值为0.000 1），而6个（高）感病材料间的差异则不显著。各药剂处理间相对防效值的差异显著性分析如表5所示，T3的药效和广适性最好，平均防效为60.97%，极显著高于除T2以外的其他6种药剂。T3对16-14-8的防治效果最好，防效高达72.28%。此外，T3对16-6-12的防效在所有药剂中最高为57.07%，田间表现如图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%，但与T1、T4和T5间的差异不显著。

图5 药剂处理对不同材料的发病率和病情指数的影响Figure 5 The effect of treatments on incidence rate and disease index of different materials

表5 各药剂处理对马铃薯疮痂病的防效Table 5 Control effects of fungicides treatments on potato common scab

图6 T3处理对材料16-6-12的防治效果Figure 6 Control effect of T3 treatment on scab of material 16-6-12

3 讨论与结论

研究表明不同品种和资源材料间对疮痂病的抗性存在基因型差异，利用抗性品种是防治马铃薯疮痂病的一种直接、经济且有效的途径，但目前的筛选试验表明现有品种中缺乏高抗品种。何虎翼等对36份品种（系）通过田间试验和接种鉴定到2份高抗材料均为品系，兴佳2号、丽薯6号等4个品种表现为抗病[9]。通过盆栽接种疮痂病菌鉴定的108份马铃薯资源中，高抗资源有9份，其中只有1个是品种，并且是彩薯品种铃田红美，其余均是资源材料[17]。对12份马铃薯品种进行疮痂病的田间抗性比较表明，抗性最高的品种克新28的病情指数达12.11，发病率高达67.05%，即都不抗病[18]。本试验以带病菌原原种为材料，并以统一浸种来均衡感染概率，对照的两个品种都属于感病品种，筛选出的2个高抗资源均属杂交后代材料，块茎的共同特点是红色薯皮且薯肉带红纹，这与鉴定到的高抗彩薯品种红美具有相似的特点即薯皮薯肉均含有红色花青素。已知疮痂病菌通过块茎皮孔、伤口和气孔入侵，马铃薯块茎周皮结构越均匀致密，抗病性越强，同时块茎含花青素也能增加对疮痂病的抗性[19]。目前对马铃薯疮痂病的抗性机制不明，未见抗性基因的报道。Enciso-Rodriguez以9年田间接种鉴定370份材料的3 885份病害记录为基础，首次在四倍体马铃薯中应用全基因组来筛选疮痂病抗性基因，利用全基因组回归模型鉴定到与疮痂病抗性相关的位于WRKY转录因子的一个新位点[20]。本试验筛选到的2份高抗资源的抗病机理是否与WRKY转录因子新位点相关，红色薯皮是否能增强块茎对疮痂病菌的抗性还有待于进一步研究。

研究表明环境、基因型及两者互作、病原菌组成等对病斑面积和病斑类型有显著影响，这给资源材料的抗病性评价以及抗病机制研究带来困扰[21]。同一品种的疮痂病抗性在不同研究者的试验结果中表现各异，如兴佳2号在北方地区通过盆栽接种鉴定的疮痂指数为24.27，属感病品种[17]；但在南方地区通过不同地点的带病菌大田种植和盆栽接种两种方式鉴定，病情指数6.36～9.42，属抗病品种[9]。本试验中，母薯病斑以突起型为主伴有凹陷型，但后代病薯的病斑变为以凹陷型为主伴有突起型，推测春季大棚基质生产原原种（母薯）和秋季水稻田种植鉴定，这两者无论是气候还是土壤环境都发生较大改变，从而引起病斑类型的变化。同时根据前人研究经验，需进一步对本地疮痂病菌进行分离鉴定以确定优势致病种，明确本试验筛选到的高抗材料具体是对哪些优势致病种具有高抗性，并通过多点鉴定，确认材料的高抗性范围，以便进行杂交亲本选配和抗病品种选育。

通过不同种致病菌的接种试验表明优势种或菌株的不同会导致在不同地区疮痂病发生的严重程度出现显著差异[22]。Shi W.C.等[23]通过组学方法对比发病重和发病轻的薯表土、根际土、根区土和垄沟土的菌群组成，发现发病轻的薯表土细菌多样性高、菌群共存网络较复杂，揭示除病原菌外，土壤微生物种群的组成和功能在疮痂病的发生中同样具有不可忽视的作用。马铃薯品种间薯皮厚度、木栓化程度和物质组成不同，会间接造成药剂吸收和附着的差异，而以往的药剂试验多是选择1个品种开展，将不利于评价药剂在不同品种间的广适性[24-25]。本试验选用多个材料进行药剂防治效果评价，表明同一药剂对不同材料的防治效果存在明显差异，推测是材料间对药剂的吸收以及材料所处土壤的微生物菌群差异造成。本试验的同一杂交组合后代群中，有感病材料也有抗病材料，即群内个体的抗病性呈分散状态，没有呈现出普遍抗病或普遍感病群体。这说明无论是材料的抗病基因调控还是致病菌的侵染、药剂的防治作用都是较为复杂互作过程，不仅和抗病基因相关也和薯块对药剂的吸收、药剂的稳定性、所处的土壤微生物菌群等多种因素相关。

本试验通过对29份带疮痂病菌材料的原原种进行田间种植筛选，用隶属函数法综合评价材料的抗病性，筛选到2份高抗彩薯材料，同时证实疮痂病抗性在杂交组合群体内的分布无明显规律，为抗病基因研究和培育高抗疮痂病品种奠定材料基础。进一步用8种药剂处理6份（高）感病材料，筛选到在本地广适性好的化学药剂春雷王铜，为疮痂病的田间药剂防治提供了技术参考。