朱展鵬,蔣建霞,傅欣雨,曹 嬙,付志榮,蔡興奎
(1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院,湖北 武漢 430070;2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院,湖北 武漢 430070;3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部馬鈴薯生物學(xué)與生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北 武漢 430070)
馬鈴薯(Solanumtuberosum L.),茄科(Solanaceae)、茄屬(Solanum)、一年生草本植物,是世界四大糧食作物之一[1]。馬鈴薯作為主食,含有豐富的碳水化合物、纖維素、礦物質(zhì)和維生素,為人體健康發(fā)育提供必須的營(yíng)養(yǎng)和能量[2,3]。馬鈴薯在中國(guó)乃至全球都是一種非常重要的農(nóng)作物,憑借其對(duì)氣候及環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、產(chǎn)量高、營(yíng)養(yǎng)豐富等特點(diǎn),在中國(guó)南北地區(qū)都有大量的栽培,在溫暖的南方甚至在冬季栽培都有較大的產(chǎn)量收獲[4]。然而馬鈴薯在生產(chǎn)過(guò)程中,受到多種病害的威脅,其中之一就是瘡痂病。目前馬鈴薯瘡痂病已成為馬鈴薯生產(chǎn)過(guò)程中的常見(jiàn)病害,在多個(gè)國(guó)家都有關(guān)于馬鈴薯瘡痂病的報(bào)道,在部分地區(qū),瘡痂病已經(jīng)成為馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的限制因素,有研究表明,瘡痂病使得加拿大的馬鈴薯產(chǎn)業(yè)每年損失120萬(wàn)美元[5-7]。在中國(guó),微型薯繁育所需的基質(zhì)和栽培條件的特殊性導(dǎo)致瘡痂病危害嚴(yán)重,同時(shí),帶菌土壤和種薯的轉(zhuǎn)移導(dǎo)致瘡痂病在中國(guó)四大馬鈴薯栽培區(qū)均有發(fā)生[8]。選育抗病品種是防治馬鈴薯瘡痂病最經(jīng)濟(jì)有效的方式,而抗性育種的重要要素之一就是抗性資源,然而目前馬鈴薯抗性資源缺乏。篩選現(xiàn)有育成品種對(duì)瘡痂病的抗性,可以緩解當(dāng)前馬鈴薯生產(chǎn)的燃眉之急。對(duì)馬鈴薯野生資源的瘡痂病抗性篩選可為今后抗瘡痂病育種奠定基礎(chǔ)。目前在缺乏抗瘡痂病主栽品種的情況下,藥劑處理是馬鈴薯田間生產(chǎn)防治瘡痂病的主要措施。因此,鑒定篩選現(xiàn)有馬鈴薯品種和野生資源的瘡痂病抗性,篩選能減輕瘡痂病癥狀的藥劑,對(duì)當(dāng)前馬鈴薯生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。
藥劑評(píng)價(jià)試驗(yàn)的供試材料為感染瘡痂病的‘華薯3號(hào)’病薯。瘡痂病抗性鑒定材料為健康的馬鈴薯種苗,品種材料為9個(gè)‘華薯’系列新品種,分別為‘華薯1號(hào)’、‘華薯2號(hào)’、‘華薯3號(hào)’、‘華薯4號(hào)’、‘華薯5號(hào)’、‘華薯6號(hào)’、‘華薯9號(hào)’、‘華薯11號(hào)’和‘華恩2號(hào)’,對(duì)照品種為‘費(fèi)烏瑞它’(‘Favorita’);馬鈴薯野生資源材料為具有Solanum chacoense血緣的M6、C9701、CH524-8、40-3、524-8-1和ED25。
試驗(yàn)地設(shè)在國(guó)家蔬菜改良中心華中分中心的塑料大棚內(nèi)。
藥劑試驗(yàn)使用上一茬用于栽培微型薯的發(fā)病嚴(yán)重的蛭石,設(shè)2個(gè)處理。五氯硝基苯處理組,根據(jù)說(shuō)明書(shū)用量(500 g/m2)播種后將五氯硝基苯粉末混入一定蛭石,均勻撒施于蛭石表面,澆水使其滲入蛭石中,混勻;噻唑鋅處理,根據(jù)說(shuō)明書(shū)用量(0.23 mL/m2)播種后將噻唑鋅懸浮液完全溶解于水中,均勻噴施于蛭石表面,澆水使其滲入蛭石中,混勻。將感病的‘華薯3號(hào)’微型薯種植于處理后的蛭石中,以未處理的蛭石為空白對(duì)照。藥劑評(píng)價(jià)試驗(yàn)處理小區(qū)面積為0.31 m2,作為1次重復(fù),設(shè)置4次重復(fù)。
馬鈴薯抗病資源篩選試驗(yàn)是將各材料的脫毒試管苗種植于上一茬瘡痂病發(fā)病嚴(yán)重的蛭石中,每個(gè)重復(fù)種植面積為0.22 m2,試驗(yàn)設(shè)置3次重復(fù)。
藥劑防效和抗病資源鑒定篩選試驗(yàn)均于2019年上下半年各開(kāi)展一次試驗(yàn)。
瘡痂病病情分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參照梁燕[9]報(bào)道的標(biāo)準(zhǔn)略作修改。0級(jí),無(wú)病斑或病斑面積<1%;1級(jí),病斑面積1%~5%(不包括5%);2級(jí),有病斑5%~10%(不包括10%);3級(jí),有病斑10%~20%(不包括20%);4級(jí),有病斑20%~40%(不包括40%);5級(jí),有病斑40%~60%(不包括60%);6級(jí),60%以上。
發(fā)病率(%)=發(fā)病粒數(shù)/收獲的總薯數(shù)×100。使用病情指數(shù)反映瘡痂病嚴(yán)重程度,病情指數(shù)計(jì)算方法參考甘盛鋒[10],略作修改,病情指數(shù)=∑(病級(jí)粒數(shù)×發(fā)病級(jí)別)/收獲薯數(shù)。防治效果(%)=(對(duì)照病情指數(shù)-處理病情指數(shù))/對(duì)照病情指數(shù)×100。病斑大小根據(jù)網(wǎng)格標(biāo)尺的簡(jiǎn)單測(cè)量進(jìn)行評(píng)估。
生產(chǎn)馬鈴薯微型薯的蛭石中所帶的細(xì)菌種類(lèi)和總量分析由湖北省生物農(nóng)藥工程研究中心完成,采用土壤細(xì)菌16SrRNA基因高通量測(cè)序法進(jìn)行,參照胡洪濤[11]報(bào)道的方法進(jìn)行。
使用SPSS22對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,采用鄧肯新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較(P=0.05)。
品種篩選結(jié)果表明(圖1,圖2),2019年上半年試驗(yàn)的品種中,‘華薯5號(hào)’病情指數(shù)為1.32,在所有品種中受病害程度最低,對(duì)瘡痂病抗性最好,其次為‘華薯11號(hào)’,其病情指數(shù)為1.37,‘華薯4號(hào)’病情指數(shù)為3.89,顯著高于‘華薯5號(hào)’與‘華薯11號(hào)’,對(duì)瘡痂病抗性最差。2019年下半年的試驗(yàn)中,‘華薯5號(hào)’病情指數(shù)最低,為0.72,‘華薯11號(hào)’病情指數(shù)為1.45,但各品種之間病情指數(shù)沒(méi)有顯著差異。2次試驗(yàn)中,‘華薯5號(hào)’和‘華薯11號(hào)’對(duì)瘡痂病具有較好的抗性。
圖1 部分馬鈴薯品種資源的瘡痂病感染情況Figure 1 Infection of potato common scab in some potato varieties
圖2 部分馬鈴薯品種資源的瘡痂病病情指數(shù)Figure 2 Potato common scab disease index of some potato varieties
資源鑒定結(jié)果表明(圖3,圖4),2019年上半年試驗(yàn)的資源中CH524-8病情指數(shù)為0.47,病害發(fā)生程度最低,對(duì)瘡痂病抗性最好,其次為M6,病情指數(shù)為0.53,ED25病情指數(shù)為2.95,顯著高于CH524-8和M6,在資源材料中對(duì)瘡痂病抗性最差。2019年下半年的試驗(yàn)中,CH524-8病情指數(shù)為0.35,M6病情指數(shù)為0.28,但各資源材料間病情指數(shù)差異不顯著。綜合上下半年2次試驗(yàn),結(jié)果表明CH524-8和M6對(duì)瘡痂病具有較高且穩(wěn)定的抗性。
圖3 不同馬鈴薯野生資源的瘡痂病感染情況Figure 3 Infection of potato common scab in various wild potato resources
圖4 不同馬鈴薯野生種資源的瘡痂病病情指數(shù)Figure4 Potato common scab disease indexes of various wild potato resources
兩種藥劑2019上半年的防治效果見(jiàn)圖5,瘡痂病防效五氯硝基苯組病情指數(shù)為1.63,噻唑鋅組病情指數(shù)為1.96,與對(duì)照組相比,2種藥劑處理均可顯著降低薯塊的病情指數(shù)與發(fā)病率。與對(duì)照組相比,五氯硝基苯處理對(duì)馬鈴薯瘡痂病的防治效果為42.73%,噻唑鋅組為31.41%(表1)。
2019年下半年的試驗(yàn)中,對(duì)照組平均病情指數(shù)為1.41,顯著高于噻唑鋅處理的0.18,與五氯硝基苯處理組的0.60相比具有差異但不顯著。對(duì)照組發(fā)病率為59.69%,五氯硝基苯組發(fā)病率為68.08%,噻唑鋅組發(fā)病率為24.57%,噻唑鋅處理組發(fā)病率顯著低于五氯硝基苯組與對(duì)照組。與對(duì)照組相比,五氯硝基苯組對(duì)馬鈴薯瘡痂病的防治效果為57.48%,噻唑鋅處理的防治效果為87.16%,具體結(jié)果見(jiàn)表1。
綜合上下半年2次試驗(yàn),兩種藥劑對(duì)防治馬鈴薯瘡痂病均具有一定的防治效果。
圖5 不同藥劑處理和對(duì)照的馬鈴薯瘡痂病發(fā)病情況Figure 5 Incidence of common scab of potato under various chemical treatments and control
帶菌蛭石內(nèi)所含的細(xì)菌種類(lèi)和數(shù)量見(jiàn)圖6,從圖6中可以看出,發(fā)病蛭石中所含的瘡痂病致病菌Streptomyces(鏈霉菌)含量很高,其外在土壤中作用不太清楚的鞘氨醇單胞菌(Sphingomonas)、嗜糖假單胞菌(Pelomonas)、羅河桿菌(Rhodanobacter)、不動(dòng)桿菌(Acinetobacter)和Saccharimonadales含量較高。而假單胞菌(Pseudomonas)和鞘脂菌(Sphingobium)含量較少。
表1 兩種藥劑對(duì)馬鈴薯瘡痂病的防治效果Table 1 Control effects of two chemicals on potato common scab
圖6 微型薯生產(chǎn)的蛭石所帶細(xì)菌的種類(lèi)與數(shù)量Figure6 Speciesand quantity of bacteria carried on vermiculitein minituber production
不同種質(zhì)資源對(duì)馬鈴薯瘡痂病的抗性不同,缺少免疫瘡痂病的馬鈴薯資源是制約抗性育種的關(guān)鍵[12]。本研究在資源材料的鑒定結(jié)果中,發(fā)現(xiàn)CH524-8和M6在上下半年2次試驗(yàn)中都對(duì)馬鈴薯瘡痂病表現(xiàn)出較高抗性,馬鈴薯品種間的抗性差異影響馬鈴薯瘡痂病的發(fā)生[13],CH524-8和M6對(duì)馬鈴薯瘡痂病表現(xiàn)出的較高抗性可能與兩者包含相同的基因有關(guān),這將為今后馬鈴薯瘡痂病抗性育種提供關(guān)鍵資源。
不同地區(qū)的土壤理化性質(zhì)、病原菌組成、環(huán)境條件不一導(dǎo)致了馬鈴薯資源在瘡痂病抗性方面表現(xiàn)出不穩(wěn)定性,如杜魏甫[8]的研究發(fā)現(xiàn)在其他地區(qū)表現(xiàn)出抗性的品種未在云南省表現(xiàn)出良好的抗性,所以想要得到對(duì)多種瘡痂病病原菌具有穩(wěn)定抗性的馬鈴薯材料,還需要在瘡痂病病原菌組成豐富的地塊進(jìn)行多次試驗(yàn)。
馬鈴薯瘡痂病病原菌是兼具真菌和細(xì)菌特點(diǎn)的高等細(xì)菌,具有土傳性的特點(diǎn)[14]。針對(duì)這一特性,本研究選用了能同時(shí)殺滅真菌和細(xì)菌的有機(jī)殺菌劑噻唑鋅與土壤專(zhuān)用殺菌劑五氯硝基苯,藥劑所使用的濃度與廠(chǎng)家指導(dǎo)一致,試驗(yàn)結(jié)果表明五氯硝基苯與噻唑鋅在上半年病害較為嚴(yán)重時(shí)能顯著降低瘡痂病病情指數(shù)與發(fā)病率。下半年試驗(yàn)中,噻唑鋅能顯著降低馬鈴薯瘡痂病病情指數(shù)與發(fā)病率,五氯硝基苯處理的病情指數(shù)與發(fā)病率與對(duì)照組相比沒(méi)有顯著差異。在病害較為嚴(yán)重時(shí),五氯硝基苯對(duì)瘡痂病的防治效果要好于噻唑鋅,而在病害程度較低時(shí),噻唑鋅具有更好的防效。由于不同地區(qū)病原菌組成和土壤理化性質(zhì)不同,而且瘡痂病鏈霉菌的致病島可轉(zhuǎn)移到其他菌種中導(dǎo)致新的病原菌種類(lèi)的出現(xiàn)[14,15],未來(lái)不排除可能有抗藥劑菌株的出現(xiàn),建議未來(lái)應(yīng)加大針對(duì)不同種瘡痂病病原菌藥劑的研發(fā),以及非致病菌利用。