马铃薯疮痂病菌及防控手段研究进展

夏善勇，牛志敏，李庆全，张丽娟，盛万民

（黑龙江省马铃薯生物学与品质改良重点实验室·黑龙江省农业科学院经济作物研究所 哈尔滨 150086）

马铃薯（L.）不仅能够为人体提供必需的碳水化合物、纤维素、矿物质和维生素等营养物质，而且在保障我国粮食安全战略部署、精准扶贫、转变农业发展方式中具有重要作用。近年来，随着国家马铃薯主粮化的推进，我国马铃薯种植规模和范围逐年递增，倒茬轮作年限缩短甚至难以实现。常年连作使土壤中微生物结构发生定向变化，病菌积累，土传病害发生严重。由诸多植物病原链霉菌（spp）所引起的马铃薯疮痂病是主要土传病害之一，不仅严重威胁着商品薯的外观，还导致马铃薯块茎淀粉含量降低，小薯比例增加，影响马铃薯的加工品质，降低其市场竞争力。我国马铃薯疮痂病年发病面积在40 万hm以上，平均病株率在30%左右，并有逐年加重的趋势。该病害最早于1890 年在美国康涅狄格州被发现，现已成为世界范围内影响马铃薯品质的重要病害之一，广泛分布于世界各地，如美国、加拿大、德国和中国等近30 个国家。近年来，随着市场对马铃薯品质需求的不断增加，该病引起了人们的广泛关注。

1 马铃薯疮痂病症状、发病规律和危害

1.1 马铃薯疮痂病症状

疮痂病病原菌可在病薯、植株病残体及土壤中越冬，成为次年的侵染源，主要侵染马铃薯块茎和匍匐茎，地上植株无明显症状。发病初期薯块表面形成浅褐色小斑点，随着侵染时间的延长，侵染点周围组织木栓化，块茎表面变粗糙，后期斑点扩大形成圆形或不规则大斑块，病斑多分散。主要分为凸起病斑（raised scab lesions，见图1-A）、凹陷型病斑（pitted scab，见图1-B）和扁平病斑（superficial scab lesions，见图1-C）。凸起病斑形成1～2 mm 凸起，凹陷病斑可深入皮层以下，有时病斑深度可达7 mm。疮痂病的症状表现不同主要是由马铃薯的基因型、土壤温湿度、病原菌类型和密度及侵染时期等因素决定。

图1 马铃薯疮痂病病斑类型

1.2 马铃薯疮痂病发病规律及危害

疮痂链霉菌能产生孢子并依靠孢子进行扩散、感染寄主，且病原体可在土壤或植物残体中存活长达10 年，主要通过种薯或土壤传播，也可通过雨水、灌溉水以及附着在农机设备上的残留土壤传播，带病种薯的地区间调运是导致病害远距离传播的主要因素。温度、湿度、土壤酸碱性及有机质含量是影响病害发生程度最重要的外界环境因素。土壤温度20～22 ℃条件下疮痂病最易发生；相对湿度小于60%有利于病原菌入侵；pH 值在6.0～7.5 容易发病；砂壤土质、土壤中锰元素含量低以及连作重茬均有利于病害的发生。马铃薯发病程度与块茎发育时期密切相关，病原菌仅能在块茎膨大初期，从皮孔或伤口侵入，而生长后期薯块表皮已经发生木栓化，病原菌便不能再侵染。马铃薯疮痂病链霉菌广泛分布于马铃薯主产区，除危害马铃薯外，还能引起胡萝卜（L.）、萝卜（L.）、甜菜（L.）等其他作物发生疮痂症状。

2 马铃薯疮痂致病链霉菌的鉴定

2.1 马铃薯疮痂病病原菌的生物学鉴定

形态学鉴定是将分离得到的病原菌接种于高氏I 号培养基，通过观察孢子丝颜色、有无色素产生、孢子链形态等性状指标进行鉴定；对菌株生理生化鉴定主要包括碳源利用的测定、氮源利用的测定、黑色素的产生测定、HS 的产生和pH 值敏感性测定等10 项内容。在生理生化鉴定中，疮痂病菌产生黑色素的能力愈来愈被重视，已将是否在酪氨酸琼脂和蛋白胨培养基上产生黑色素作为鉴定的重要指标。对于一些形态学特征比较少的链霉菌，生理生化测试项目越来越多：包括测试菌株对0.1%的苯酚（phenol）、0.5µg·mL结晶紫（crystal violet）的敏感性；对20 µg·mL链霉素（streptomycin）、10 IU·mL青霉素（penicillin）等抗生素及其他药物的抗性等。

2.2 马铃薯疮痂病病原菌的分子鉴定

随着分子生物学的发展，分子鉴定已经成为分类学的重要方法。该方法主要依据不同菌株间分子遗传特征的差异进行区分。随着核酸数据库中细菌16S rRNA 序列的数据信息日益完善以及核酸测序技术的发展，16S rRNA 基因的序列分析方法已经成为放线菌分类鉴定中最具权威性和准确性的方法之一。但由于菌株同属之间的相似性较高，有些菌株单纯利用16S rRNA 序列无法区分开，往往还需要进行特异性片段ITS（internal transcribed spacer，转录间隔区）的鉴定，这里所用的限制性片段为16S～23S rDNA-ITS 序列。

利用的ITS 序列具有特异性酶切位点，而的ITS 序列不具有酶切位点的原理，通过扩增病原菌的ITS 序列并进行99I 酶切试验即可将两种菌区分开，的序列经过酶切后的ITS 序列分为399 bp 和219 bp 两个条带，而的ITS 不具有酶切位点，只有一个条带。

3 马铃薯疮痂病病原菌种类及分布

3.1 马铃薯疮痂病病原菌种类

马铃薯疮痂病病原菌为放线菌目（Actinomycetales）、链霉菌科（Streptomycetaceae）、链霉菌属（）的一些种，即马铃薯疮痂链霉菌。马铃薯疮痂病致病菌由多种链霉菌组成，截至2018年已发现疮痂病病原菌35 种，主要有、、、、、、、、、、、、等多种链霉菌，并且不断有新的致病种被发现。不同病原菌致病力及引起的症状不同，、和被认为是引起马铃薯疮痂病最普遍的病原菌，其中可导致块茎形成凸起和凹陷的病斑，可导致块茎形成平状和凹陷的病斑，可引起凸起状的病斑。

3.2 马铃薯疮痂病病原菌分布

目前，马铃薯疮痂病在世界范围广泛分布，明确不同地区病原菌构成及优势菌株对疮痂病的研究与防治至关重要。美国已报道的疮痂病菌有、、和等，法国曾报道的病原菌有、、和等，日本报道的有和等。我国科研人员也对我国各马铃薯主产区疮痂病病原菌进行了分类鉴定并确定了各地区的优势菌种。2010 年张萌等对我国8 个省（自治区）的30 株马铃薯疮痂病菌进行了生物学特性结合分子遗传特征多相分类鉴定。结果表明，我国马铃薯疮痂病菌的组成具有明显的多样性，其中，和等种群为新发现的马铃薯疮痂病病原菌（表1）；2018 年杨梦平等为明确云南省马铃薯疮痂病病原菌的种类及其生物学特征，通过形态学、生理生化指标、致病性测定及16S rDNA 序列分析，对云南省13 个马铃薯主产区的67 株致病菌进行了鉴定。结果显示，引起云南地区马铃薯疮痂病的病原为10 种链霉菌，其中和为优势种群，、和为国内首次报道的病原菌。

表1 我国已报道的马铃薯疮痂病致病菌种类及其分布

根据我国已报道的马铃薯疮痂病致病菌种类及其分布情况，说明不同菌株在我国各省（自治区）之间的分布规律性较差，地域特点不明显，病害的防治工作存在一定难度。

4 综合防控手段

马铃薯疮痂病病原菌具有组成多样性的特点，是极难防治的世界级土传病害，具有隐蔽性、传染性，甚至具有爆发性和毁灭性。目前，国内外报道了多种防治方法，主要有农艺措施防治、化学防治、抗病品种的选育、生物防治及诱导植株抗性等。

4.1 农艺措施

农艺措施是防治马铃薯疮痂病的传统方法。及时灌溉是防治马铃薯疮痂病的传统手段，保持土壤水分处于或接近大田的持水能力对减少疮痂症状的形成有一定效果。Johansen 等研究发现在马铃薯块茎形成早期灌溉可降低发病率。作物轮作也常被作为一种防治疮痂病的策略，将马铃薯与玉米、水稻、小麦等禾本科作物进行轮作，能够减少疮痂病菌在土壤中的数量，同时有利于土壤肥力的恢复和提高。降低土壤的pH 值可抑制致病菌的生长繁殖，刘凌云等利用磷酸溶液对马铃薯种薯生产所用基质进行处理，当pH 值为6.0 时，原种疮痂病感病率和病情指数最低。

4.2 化学防治

化学药剂防治是生产上常用的一种防治方法，早在1976 年就有关于使用化学药剂五氯硝基苯可以抑制疮痂病的报道。目前，我国尚无正式登记针对疮痂病的防治药剂，但科研人员经过多年的试验研究发现多种化学药剂对疮痂病的防治有一定效果。李青青等试验显示，53.8%可杀得2000 干悬浮剂600 倍液浇灌栽培基质的防效为51.37%，病薯率、病情指数较对照明显下降。李淑敏等采用药剂浸种或沟喷带病种薯两种方法对10 种化学药剂进行马铃薯疮痂病田间药剂试验。结果表明，各药剂对马铃薯出苗均无药害并有不同程度的防治效果，其中，33.5%喹啉铜悬浮剂200 倍液浸种防效最好，20%噻唑锌悬浮剂500 倍液沟喷的效果最好，防效为70.12%；张笑宇等采用纸碟法比较12 种杀菌剂对马铃薯疮痂病菌的抑制效果。试验结果表明，25%比佳可湿性粉剂700 倍液的防治效果最好，能使病原菌孢子变形，抑菌圈直径达12.16 mm。化学农药的施用虽然在一定时期内对该病害的防治起到一定作用，但大量化学药剂的使用不仅带来食品安全问题，还会破坏环境，导致土壤微生态失衡和病菌的抗药性逐渐增强。

4.3 选育抗病品种

选育抗病品种是防治马铃薯疮痂病最经济、有效的途径，但目前尚未鉴定出对疮痂病免疫的马铃薯品种。外国学者在有关马铃薯抗病种质资源筛选方面的研究相对较早。近年来，我国也逐步开展了有关抗疮痂病马铃薯种质资源筛选的试验。赵艳群等对榆林地区12 个栽培品种进行了马铃薯疮痂病抗性试验，没有发现对疮痂病免疫或高抗的品种。其中，榆薯3 号和黑金刚表现中抗，病情指数分别为5.19 和6.36。朱展鹏等通过田间试验对华薯系列品种进行抗病鉴定，结果表明，华薯5号和华薯11 号对疮痂病具有较好的抗性。王腾等对12 份材料进行田间抗性鉴定，筛选结果表明，克新19 号与克新28 号对疮痂病的抗性较高；何虎翼等通过田间自然病圃对36 份马铃薯品种（系）资源进行鉴定，筛选出D825 和D731 两个高抗疮痂病品系；张春雨通过盆栽接菌试验对118 份马铃薯种质资源进行了疮痂病抗性鉴定，得到ND17-12-12、ND17-4-7 和11-1-38 等7 份四倍体和1 份二倍体高抗种质资源。不同马铃薯品种间疮痂病抗性存在明显差异，明确品种（系）对疮痂病的抗性，无论是对抗性资源的有效利用，还是品种的合理布局都尤为重要。截至目前，培育高水平抗性的马铃薯品种存在多个难点，如马铃薯疮痂病病原体的多样性及筛选出的抗性品种利用率不高等。

4.4 生物防治

生物防治是一种环境友好型的病害防治方法，是未来防治马铃薯疮痂病的主要方法。李丽艳等采用室内平皿拮抗及田间防效应用试验对按照75 L · hm荧 光 假 单 孢 菌（）+37.5 L·hm解淀粉芽孢杆菌（）菌株发酵液进行防效测试。试验结果表明，抑菌圈直径为28 mm，田间防效达91.7%；徐雪亮等采用土壤浇灌方式对5 种生物药剂防治马铃薯疮痂病效果进行田间试验，结果表明，对枯草芽孢杆菌（）的防效为86.6%。周洋子等从供选的5 株生防芽孢杆菌中筛选出1 株萎缩芽孢杆菌（），其对马铃薯疮痂病的拮抗效果最明显，能产生多种抗菌脂肽，抑菌圈直径达20 mm，抑菌率高达44.4%。李玉聪等从山东省高密市马铃薯种植地采集的土壤中分离得到1 株具有较强拮抗作用的菌种，鉴定为甲基营养型芽孢杆菌（）。平板对峙生长法试验结果表明，其抑菌圈直径达20.74 mm，温室盆栽试验防治效果为48.66%。虽然生物防治在植物病害的防控中取得了一定的进展，但整体而言，筛选有效生防菌株的方法仍不够完善。目前生防菌的筛选主要是在实验室进行的，即只能通过拮抗、重寄生和捕食等特性来筛选，这就使许多通过其他作用方式起作用的菌株不能被筛选，另外利用生物防治还存在防治对象范围较窄、效果不稳定、易受环境条件影响等缺陷。

4.5 诱导植株抗性防治

能激发作物产生诱导抗病性反应的物质称为植物病害诱抗剂。张铉哲等对田间马铃薯植株进行叶面喷施试验，测定了β-氨基丁酸（BABA）、草酸（OA）和茉莉酸甲酯（MJ）等5 种抗病诱导剂对马铃薯疮痂病的防治效果。结果表明，质量浓度为50 μg·mLMJ防治效果最佳，防效达43.6%；杨鑫等在马铃薯块茎形成初期，叶面喷施800 倍的香菇多糖（LNT）稀释液，结果表明，马铃薯叶片叶绿素含量、防御性酶活性、产量和块茎营养品质均有不同程度的提高，且丙二醛的含量显著降低，对疮痂病的相对防效达79.98%；王宏虬等用5 种诱抗剂叶面喷施定植后的植株，试验发现水杨酸（SA）在喷施浓度为1.00 mmol·L时，对疮痂病的相对防效高达67.6%；龚秀会等试验证明，经浓度为1.00 mmol·L的苯并噻二唑（BTH）叶面处理的马铃薯疮痂病发病率和病情指数均低于对照。抗病诱导剂来源于生物体，是小分子有机化合物，其用量微小、施用方式简单、成本低廉，且不会带来环境污染。近年来发展迅速，其在病害防治方面极具应用潜力。尽管有些物质可以诱导植物抗病性，但诱抗剂的选择大多还只停留在试验阶段，实际应用仍比较困难。目前对于诱抗剂还没有完善的评价体系和筛选技术，再加上诱抗剂的浓度对病害的防控效果影响较大，若控制不好，可能不起作用，或者产生药害。因此，从实际应用的角度讲，诱抗剂的研制和合理应用成为亟待解决的问题。

5 展 望

马铃薯疮痂病已成为制约马铃薯产业发展的主要病害。目前，对马铃薯疮痂病的研究多集中在研究其发病规律、病原菌分离鉴定和防治方法等方面。未来，应在以下方面展开研究：第一，在不同地区持续开展马铃薯疮痂链霉菌的监测，明确各地区致病优势菌株，及时采取防治措施；第二，我国马铃薯疮痂病抗性资源严重匮乏，各地区应加大对现有品种（系）和野生资源的疮痂病抗性筛选工作，为抗疮痂病育种奠定基础；第三，创新拮抗生物菌株和诱抗剂的筛选方法，使更多的生防菌和诱抗剂能够被开发利用；第四，充分利用生物工程技术，将分子育种与常规育种相结合，快速有效地培育出高抗甚至免疫品种；第五，研究马铃薯疮痂病菌的致病性及其致病毒素合成相关基因，可为研究病原菌的致病机制和病原菌遗传多样性奠定基础。