马铃薯种质资源疮痂病抗性与块茎表型性状的相关性研究

金光辉，张春雨，张桂芝，李鑫，王鹏程，姜丽丽

（黑龙江八一农垦大学农学院，大庆 163319）

马铃薯食用部分生长于土壤中，形似豆状[1]，故俗称土豆，起源于南美洲秘鲁的安第斯山脉，是世界第三大主粮作物，具有较高的产量和经济价值。疮痂病是当前危害马铃薯商品薯和种薯且极难防治的世界级土传病害之一，造成的经济损失巨大。目前，疮痂病的防治措施有轮作、深翻、施用有机肥等物理防治和使用五氯硝基苯[2]、硫酸链霉素和噻菌铜[3]等化学药剂的化学防治方式，但防治效果并不理想，严重影响我国马铃薯产业的持续发展。选育抗病品种是防治疮痂病最经济有效的措施之一。马铃薯疮痂病是由放线菌科链霉菌属细菌引起的病害，病原菌种类十 分复 杂，S.scabies[4-5]、S.galilaeus[6]、S.acidiscabies[7]、S.turgidiscabies[8]被认为是我国疮痂病较常见疮痂病的病原菌，其中普通疮痂病菌S scabies 最为普遍，近年来在我国大部分主产区均有发生，部分地区发生率达到100%，严重影响我国马铃薯产量和品质，制约了我国马铃薯主粮化大面积高效发展。

植物体表面普遍存在气孔、水孔和皮孔等可为病原菌提供通道的自然孔口，这些孔口的数量、大小和结构对植物对病原菌的抵抗能力具有重要影响。关于植物表皮皮孔与气孔的研究已有很多报道，木薯叶片气孔密度影响了细菌性枯萎病的发病程度[9]。气孔的密度对植物的抗病性的影响在番茄白粉病等研究中也得到证实[10-11]。在马铃薯黑痣病的研究中发现，抗病品种的皮孔数明显少于感病品种的皮孔数[12]。目前为止，仅有刘淑娜进行了皮孔数量对疮痂病抗性影响的研究，通过4 个品种研究表明，抗性水平较高的马铃薯品种的皮孔数量明显少于感病品种，仍应该继续通过对更多的种质资源的研究，进一步明确皮孔数对疮痂病抗性水平的影响[13]。

我国对马铃薯疮痂病的研究较少，迄今为止，仅有宋志军[14]、高同国[15]、何虎翼[16]、邢莹莹[17]、杜魏甫[18]等几篇报道，仅对致病菌分离鉴定和抗源的鉴定方面以及病原菌的致病性进行了研究，这些研究仅鉴定出很少高抗性种质资源，尚未鉴定出对疮痂病免疫的种质资源，不能满足我国马铃薯的种植以及抗疮痂病新品种选育的需求，我国马铃薯种质资源的疮痂病抗性鉴定工作有待进一步加强。马铃薯疮痂病的研究进展相对缓慢，块茎表型性状对马铃薯疮痂病抗性影响的研究未见报道，因此，研究以113 份不同抗性水平的马铃薯种质资源为试验材料进行盆栽接种鉴定，以期筛选出具有高水平疮痂病抗性的种质资源，同时对每个种质资源的块茎表型性状进行统计分析，初步探索马铃薯疮痂病抗性与块茎表型性状之间的关系，有利于马铃薯疮痂病的防治和抗病育种研究，旨为田间育种后代的快速选择以及抗病基因的发掘奠定理论基础。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试菌株：普通疮痂病菌S.scabies 的KS28-2 菌株，由黑龙江八一农垦大学马铃薯研究所保存提供，经致病基因分子鉴定、萝卜苗和马铃薯致病性鉴定，该菌株致病性最强，该病菌为黑龙江省马铃薯疮痂病主要病菌之一[17]。

供试种质资源：供试马铃薯种质资源113 份，均来自黑龙江八一农垦大学马铃薯研究所（详见表1）。

供试培养基：YME 培养基[17]：琼脂粉20 g，麦芽浸提物10 g，酵母粉4 g，葡萄糖4 g，蒸馏水定容至1 000 mL，分装于锥形瓶中后高压蒸汽灭菌。

表1 供试马铃薯种质资源详表Table 1 Table of potato germplasm resources used for research

1.2 主要仪器

VS-1300U 型超净工作台，PQX-280A-12HM 型生化培养箱，MLS-3781L-PC 型全自动高压灭菌锅，FA2004 型电子天平、DMS-653 显微镜、血球计数板（求精医用仪器厂）。

1.3 试验设计

1.3.1 疮痂病菌培养和接种体制备

在超净工作台中，将灭菌好的YME 培养基倒入培养皿中，待培养基凝固后，用接种环挑取疮痂病菌丝，在培养基上以划线的方式接种。将接种好的YME 培养基放入28 ℃生化培养箱进行暗培养，待菌落长满培养皿平板时，向培养皿中加入无菌蒸馏水，轻轻将菌丝从YME 培养基上轻轻洗下，制成孢子悬浮液。在显微镜下利用血球计数板，对病原菌的孢子数量进行计数，将孢子悬浮液的浓度调整到1×107cfu·ml-1，作为接种体[13]。

1.3.2 盆栽种植与接菌处理

播种前将种薯放在15～20 ℃的自然光下催芽10 d 左右，至芽长0.5 cm 左右。将113 个马铃薯种质资源于0.1%高锰酸钾溶液中浸10～15 min，栽培基质经过121 ℃高压灭菌锅中灭菌30 min，采用盆栽种植于温室内，每个种质资源种植4 盆，设置3 盆处理1 盆对照，待盆栽中的小薯大部分长至直径约2 cm 时，将浓度为1×107cfu·ml-1的孢子悬浮液，采用灌根的方法对盆栽进行接种，每盆接入孢子悬浮液300 mL，对照组加入同等体积无菌蒸馏水。接种后按照正常的马铃薯盆栽管理的管理方法进行。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 疮痂指数平均值测定方法

疮痂病的调查方法和分级标准完全按照刘淑娜[13]的方法进行：每盆单独收获后，洗净块茎并晾干，计算出每个处理全部块茎的病斑面积等级均值（MA）和病斑深度等级均值（MD），计算每个种质资源的疮痂指数平均值（MSI）：根据公式MSI=（MA×MD）×5，计算疮痂指数平均值（MSI）。根据每个处理的疮痂指数平均值（MSI），将马铃薯疮痂病抗性等级划分为5个等级：

高抗0＜MSI≤6

中抗6＜MSI≤15

感病15＜MSI≤22

高感22＜MSI≤30

重感MSI＞30

表2 病斑面积等级Table 2 Incidence degree of lesion area

表3 病斑深度等级Table 3 Incidence degree of lesion depth

1.4.2 薯型和芽眼深浅测定方法

根据马铃薯种质资源鉴定技术规程[19]将薯型分为圆形（以品种克新2 号为对照）、椭圆形（以品种克新4 号为对照）和长形（以品种Spunta 为对照），将芽眼类型由浅到深分为浅（以品种中薯3 号为对照）、中（以品种克新4 号为对照）和深（以品种花525 为对照）3 个类型，分别调查记录113 份种质资源块茎的形状和芽眼类型。

1.4.3 块茎皮孔数测定方法

每个处理选择3 个100 g 左右的健康马铃薯块茎，用直径为1 cm 的圆形打孔器，分别于马铃薯头部、中部、尾部分别打孔2 次，分别记录113 份种质资源直径1 cm 面积上块茎表皮的皮孔个数，用于后续分析。

1.4.4 块茎表皮光滑度测定方法

根据马铃薯种质资源鉴定技术规程[19]，在收获当日，随机选取5 个健康块茎，观察表皮光滑程度，按照光滑（光滑，无网纹）、中（较光滑，有网纹）、粗糙（粗糙，重麻皮）三个等级，分别调查记录113 份种质资源块茎的表皮光滑度。

1.4.5 块茎表皮颜色测定方法

根据马铃薯种质资源鉴定技术规程[19]，在收获当日，未经阳光晒过，健康块茎的表皮颜色，按最大相似原则，按照白色、黄色、红色、紫色4 个标准，分别调查记录113 份种质资源块茎的表皮颜色。

1.4.6 薯肉颜色测定方法

根据马铃薯种质资源鉴定技术规程[19]，采用1.4.4的材料，在正常光线条件下，切开块茎，观察薯肉颜色，按最大相似性原则，将薯肉颜色分为白色、黄色、红色、紫色4 个标准，分别调查记录113 份种质资源块茎的薯肉颜色。

1.5 统计分析

采用Excel 2003 和spss17.0 进行数据整理并分析作图。

表5 马铃薯种质资源块茎疮痂病抗性与部分表型性状间的相关系数Table 5 Correlation coefficient between tuber common scab resistance and some phenotypic traits in potato germplasm resources

2 结果与分析

2.1 不同马铃薯种质资源对疮痂病的抗性评价

如表4 所示，全部供试种质资源的疮痂指数在2.50～39.04 范围之间，平均疮痂指数为14.23，其中疮痂指数平均值最小品系为ND17-34-20，最大的为SASSY。不同种质资源收获的块茎形成的病斑深度和病斑面积均有所不同。其中对疮痂病表现高抗的种质资源有7 份，高抗种质资源占所有供试种质资源的比例为6.19%，其平均疮痂指数为4.13；表现中抗的种质资源有67 份，中抗种质资源占所有供试种质资源的比例为59.29%，其平均疮痂指数为10.72；感病的种质资源为27 份，感病种质资源占所有供试种质资源的比例为23.89%，平均疮痂指数为18.2；高感的种质资源为6 份，高感种质资源占所有供试种质资源的比例为5.31%，平均疮痂指数为23.55；重感的种质资源为6 份，比例为5.31%，供试全部种质资源的平均疮痂指数为34.51。

表4 不同抗性等级的马铃薯种质资源所占比例Table 4 Proportion of potato germplasm resources with different resistance levels

2.2 马铃薯疮痂病抗性与块茎部分表型性状的关系

相关性分析表明，马铃薯种质资源的疮痂指数与其块茎的表皮光滑度存在显著负相关关系，与其块茎的芽眼类型不具有直线相关关系；马铃薯疮痂病抗性等级与其块茎的薯型和芽眼类型不存在显著相关关系。

2.3 马铃薯疮痂病抗性与块茎表皮皮孔密度的关系

为分析马铃薯块茎表皮的皮孔密度对疮痂病指数的影响，对113 个马铃薯种质资源进行相关性分析，如图1 所示，结果表明，疮痂病指数平均值随着块茎表皮皮孔密度的增加而增加。块茎表皮皮孔密度与疮痂指数平均值呈极显著正相关关系，相关系数为0.585 5，回归方程为y=1.827 4 x-1.579 7，说明块茎皮孔密度与疮痂病抗性具有明显的相关性，对马铃薯疮痂病的抗性水平具有重要影响。

图1 不同马铃薯种质资源疮痂病指数与皮孔密度的相关性Fig.1 Correlation between MSI in different resistant potato germplasm resources and tuber lenticels density

2.4 马铃薯块茎表皮颜色和肉色对疮痂指数的影响

根据图2 可知，马铃薯种质资源块茎的肉质颜色对疮痂指数的影响具有显著差异，紫色肉质的马铃薯种质资源疮痂指数最大，为15.00，白色肉质的马铃薯种质资源疮痂指数最小，为13.48，白色、红色和黄色肉质种质资源之间的疮痂指数没有显著差异，但显著小于紫色肉质的种质资源；根据图3 可知，红色表皮和紫色表皮的马铃薯种质资源块茎疮痂指数较小且没有显著差异，白色表皮块茎的马铃薯种质资源疮痂指数最大，为17.05，说明红色和紫色块茎表皮的马铃薯种质资源对疮痂病的抗性较高。

图2 不同种质资源块茎肉质颜色对疮痂指数的影响Fig.2 Effects of tuber fleshy color on MSI in different germplasm resources

图3 不同种质资源块茎表皮颜色对疮痂指数的影响Fig.3 Effects of tuber skin color on MSI in different germplasm resources

3 讨论

不同种质资源对疮痂病具有不用的抗性水平，在113 份种质资源中，仅筛选ND17-34-20、ND17-12-12、ND17-4-7 和11-1-38 等7 份高抗种质资源，占全部种质资源的6%，宋志军等[14]在20 份高世代马铃薯种质资源中筛选得到2 份高抗类型种质资源，并指出可以通过SSR 遗传相似性系数大致区分抗病类型和感病类型，何虎翼等[17]在36 份马铃薯种质资源在田间自然疮痂病圃中鉴定出2 份高抗种质资源，目前为止，尚未发现具有免疫疮痂病菌特性的马铃薯种质资源。由此可见，具有高水平疮痂病抗性的种质资源较难获得，据统计，我国现有保存种质资源1 700 余份（不包括野生种和原始栽培种）[20]，因此目前被鉴定的种质资源数量相对较少，仍需要加大力度对现有种质资源加以利用和新种质资源的开发，优异的抗病品种是提升马铃薯产量和品质的有力支撑。

在植物与病原菌的互作过程中，马铃薯块茎表皮的皮孔是用于气体交换的孔道，排列疏松得补充组织可以使病原菌相对容易的侵染植物[21]。研究表明，疮痂指数与块茎表皮单位面积皮孔数呈显著的正相关关系，说明单位面积皮孔数量是影响马铃薯疮痂病抗性的重要指标之一。国外报道中指出，一些疮痂病抗性较强的马铃薯种质资源，块茎表皮皮孔数具有较少的特点[22]，这与研究结论基本一致。研究仅针对马铃薯块茎表皮的皮孔密度与疮痂病抗性的关系进行了初步研究，但是在以往的研究中，植物皮孔大小、性状以及组织结构等特性同样对植物的抗病性具有重要影响，因此以后将针对马铃薯皮孔特性继续开展更加系统的研究。

植物表皮是植物与外界直接接触的最外层细胞，是植物避免生物危害的第一道屏障，在马铃薯黑痣病抗性影响结构因素的研究中发现，菌丝容易侵染表皮粗糙，裂缝多且深的马铃薯块茎[12]，在研究中，马铃薯块茎同样表现出表皮光滑的马铃薯种质资源，疮痂指数较小，继而疮痂病的抗性水平越高，抗病水平与表皮光滑程度存在显著正相关关系。在马铃薯疮痂病高发地区，可以优先选择表皮光滑型品种，抗性水平较高的种质资源的利用有利于降低马铃薯疮痂病发生率与严重程度，防止因疮痂病造成的马铃薯商品价值降低，降低马铃薯种植的风险。研究表明，块茎表皮光滑程度可以作为评价疮痂病抗性的一个重要指标，可以对新培育的种质资源进行疮痂病抗性综合评价，对培育具有良好推广价值的抗病新品种具有重要意义。

马铃薯块茎是有匍匐茎尖端膨大形成的一个缩短而肥大的变态茎，因品种的不同，马铃薯块茎表皮有白、黄、紫、褐、黑等不同颜色，块茎肉质也有白、黄、红、紫色等之分，Waterer 通过嵌合体材料研究马铃薯块茎颜色与疮痂病抗性的关系中发现，红色表皮具有更高的疮痂病的抗性水平，认为疮痂病抗性基因与表皮颜色表达基因是连锁的[23]，研究表明，红色和紫色表皮的马铃薯种质资源的疮痂指数明显小于黄色和白色表皮种质资源，在皮色对疮痂病抗性的影响上与前人产生了类似的结论。紫色肉质种质资源的疮痂指数明显高于白、黄和红色种质资源，由于表皮颜色和肉质颜色是由遗传因素决定的，同时不同肉色马铃薯块茎含有的酚类物质和抗氧化能力均具有明显差异[24]，深入研究马铃薯块茎疮痂病的抗病影响因素，有利于揭示马铃薯疮痂病的抗病机制，对疮痂病的科学防治和理论研究具有重要意义。

4 结论

研究发现，通过对113 份马铃薯种质资源的鉴定以及表皮皮孔数量、表皮光滑度和皮色肉色等表型性状的初步研究，发现马铃薯种质资源疮痂病抗性与块茎表表型性状具有较大的关联性，可以为马铃薯抗疮痂病育种提供一定的参考。寄主与病原菌相互作用是一个非常复杂的过程，影响寄主抗病性的结构和生理生化指标还有很多，在以后的研究中可以适当增加种质资源的数量，对接种后的表皮形态结构和生理生化指标进行测定，进一步完善马铃薯疮痂病结构特征以及生理生化与抗病性的关系，为马铃薯抗病育种提供科学依据。