胡金雪，樊建英，相叢超，賈明飛，封志明，李東玉，張淑青

（石家莊市農(nóng)林科學(xué)研究院 石家莊 050021）

馬鈴薯是世界第三大重要的糧食作物，僅次于水稻和小麥，全球超過10 億人口食用馬鈴薯[1]。中國是世界上最大的馬鈴薯生產(chǎn)國。2021 年馬鈴薯總產(chǎn)量1 830.9 萬t，播種面積460.6 萬hm2，單產(chǎn)達(dá)到3.98 t·hm-2[2]。隨著我國馬鈴薯種植面積和產(chǎn)量的不斷增加，生產(chǎn)中馬鈴薯病害問題也日益突出。而馬鈴薯作為無性繁殖作物，每年都受到各種致病菌感染，嚴(yán)重威脅馬鈴薯的健康生產(chǎn)。其中，馬鈴薯瘡痂病是由革蘭氏陽性鏈霉菌引起的一種重要的土傳病害，被視為全球第四大病害[3]。其通過分泌鏈霉菌素?fù)p傷表皮組織，在塊莖表面出現(xiàn)壞死病變或者結(jié)痂狀，降低馬鈴薯的品質(zhì)和經(jīng)濟(jì)價值。在馬鈴薯規(guī)?；a(chǎn)過程中，受高溫干旱、管理不當(dāng)?shù)炔焕麠l件影響，瘡痂病的發(fā)生也日益嚴(yán)重，瘡痂病發(fā)病率在60%以上，產(chǎn)量損失在20%以上，經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重[4]。馬鈴薯瘡痂病廣泛分布于德國[5]、加拿大[6-7]、英國[8]、中國等國家的主要馬鈴薯種植區(qū)[9]。張建平等[10]研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)蒙古種薯生產(chǎn)單位馬鈴薯瘡痂病發(fā)生率達(dá)83%，部分地區(qū)病薯率高達(dá)100%；李青青等[11]研究發(fā)現(xiàn)，在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院馬鈴薯脫毒中心網(wǎng)棚內(nèi)馬鈴薯瘡痂病發(fā)病率在90%以上；張涵輝等[12]調(diào)查的結(jié)果顯示，義烏市馬鈴薯瘡痂病發(fā)病率在50%以上。瘡痂病的發(fā)生因年份、地點(diǎn)和馬鈴薯品種而變化[13]，是世界馬鈴薯種植面臨的重大生產(chǎn)問題。

馬鈴薯瘡痂病病原菌通過產(chǎn)生毒素進(jìn)入薯塊，致病鏈霉菌毒素復(fù)雜多樣，并且不同地區(qū)的優(yōu)勢種也不盡相同，使得馬鈴薯瘡痂病的有效防治具有挑戰(zhàn)性。傳統(tǒng)的防治方法包括作物輪作、灌溉、對低pH 值的土壤進(jìn)行改良、使用無病害塊莖和抗病馬鈴薯品種等[14]，對防治馬鈴薯瘡痂病有一定的效果，但是效果不明顯。利用枯草芽孢桿菌對馬鈴薯瘡痂病進(jìn)行生物防治是一個新興領(lǐng)域。芽孢桿菌是土壤中分離出的一種革蘭氏陽性、非致病性的細(xì)菌，已被用作研究次生代謝物的產(chǎn)生、產(chǎn)孢、生物膜發(fā)育的模式生物[15]。芽孢桿菌通過增加土壤中的礦物質(zhì)、提高氮和磷的利用率[16]及合成植物激素[17-18]促進(jìn)植物生長，還可以通過生產(chǎn)抗生素、捕食和寄生、鐵離子競爭、營養(yǎng)和生態(tài)位競爭以及誘導(dǎo)植物抗性來保護(hù)馬鈴薯免受土傳細(xì)菌的危害[19]。芽孢桿菌除了較強(qiáng)的定殖能力外，還可以分泌抗菌代謝物，為替代合成殺菌劑提供了巨大的前景[20-22]。潘子旺等[23]的研究結(jié)果表明，枯草芽孢桿菌制劑可提高不同馬鈴薯品種的產(chǎn)量，防控瘡痂病的發(fā)生；徐雪亮等[24]利用5 種生物藥劑在旱地和水旱輪作地塊研究馬鈴薯瘡痂病的防治效果，發(fā)現(xiàn)枯草芽孢桿菌在旱地的防治效果最好，因為旱地濕度及降雨量小，限制了馬鈴薯瘡痂病的發(fā)展，利于藥效發(fā)揮；邢嘉韻等[25]研究發(fā)現(xiàn)，枯草芽孢桿菌通過產(chǎn)生細(xì)胞分裂素促進(jìn)馬鈴薯根系生長，從而提高馬鈴薯吸收水分的能力，提高塊莖產(chǎn)量。盡管在體外研究中枯草芽孢桿菌具有較大的潛力和高效性，但生物防治劑的缺點(diǎn)是在生產(chǎn)條件下性能不一致和不可預(yù)測，可能是土壤中不斷變化的生物和非生物條件影響生物防治劑的適應(yīng)性和性能[26-27]。因此關(guān)于枯草芽孢桿菌在大田中對馬鈴薯的促生作用及瘡痂病防治方面的研究較少。

筆者通過比較不同藥劑處理對馬鈴薯的促生防病效果，探究枯草芽孢桿菌促進(jìn)馬鈴薯生長的綜合潛力及對馬鈴薯瘡痂病的防治效果，為進(jìn)一步研究枯草芽孢桿菌對馬鈴薯瘡痂病的防治效果提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試馬鈴薯品種為早熟品種中薯5 號一級種薯，由秦皇島市昌黎縣嘉誠實業(yè)集團(tuán)提供。

供試藥劑：100 億·g-1枯草芽孢桿菌可濕性粉劑，由德強(qiáng)生物股份有限公司生產(chǎn)；100 萬孢子·g-1寡雄霉素可濕性粉劑，由捷克生物制劑股份有限公司生產(chǎn)；2.5% 咯菌腈懸浮種衣劑，由浙江博仕達(dá)作物有限公司生產(chǎn)；40%噻唑鋅懸浮劑，由浙江新農(nóng)化工股份有限公司生產(chǎn)；20% 噻菌酮懸浮劑，由浙江龍灣化工有限公司生產(chǎn)。試驗用藥劑相關(guān)信息見表1。

表1 供試生物制劑種類及施藥量Table 1 Types and dosages of tested biological agents

1.2 設(shè)計

試驗地點(diǎn)在秦皇島市昌黎縣新集鎮(zhèn)河北省薯類創(chuàng)新團(tuán)隊試驗示范田。采用隨機(jī)區(qū)組排列。

萌芽試驗：將種薯進(jìn)行切塊處理，每個薯塊（3 cm×3 cm）含有1～2 個健康芽眼，試驗藥劑設(shè)5個處理，1 個對照（表1），將薯塊浸泡在不同處理中30 min。然后將薯塊晾干，放置在育苗穴盤中，置于溫室，每個處理20 個薯塊，3 次重復(fù)，共360 個薯塊。在處理后8 d 時調(diào)查發(fā)芽勢，25 d 時調(diào)查發(fā)芽率，30 d 時測芽長、芽鮮質(zhì)量和干質(zhì)量，計算活力指數(shù)。

田間試驗設(shè)置處理與萌芽試驗相同。根據(jù)表1試驗藥劑使用方法處理馬鈴薯薯塊，于2022 年3月15 日播種。其中A1 和A2 處理采用溝施方法，每667 m2施用50～60 g。A3～A5 處理進(jìn)行拌種。試驗設(shè)置3 壟，行長10 m、行距70 cm、株距22 cm，小區(qū)面積21 m2，每個處理3 次重復(fù)。馬鈴薯苗期取樣時采用5 點(diǎn)取樣法，隨機(jī)選取10 株，測定株高、莖粗、葉片數(shù)和葉面積，塊莖膨大期和成熟期取樣法同苗期。在馬鈴薯生長至5～6 片復(fù)葉完全展開時測定葉綠素含量。2022 年6 月7 日收獲，調(diào)查馬鈴薯產(chǎn)量、發(fā)病情況及防治效果。

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 發(fā)芽勢及發(fā)芽率 發(fā)芽勢/%=8 d（N1/N）×100。發(fā)芽率/%=25 d（N2/N）×100?；盍χ笖?shù)=發(fā)芽率×芽干質(zhì)量（g）。N1/N2：指定天數(shù)發(fā)芽的薯塊數(shù)量，N：總薯塊數(shù)量。

1.3.2 農(nóng)藝性狀 葉面積參照趙春燕等[28]的方法，采用直尺測株高、游標(biāo)卡尺測莖粗。

1.3.3 葉綠素含量 葉綠素含量參照景嵐等[29]的方法測定計算。

1.3.4 產(chǎn)量 產(chǎn)量測定方法同植株生長測定方法相同，3 次重復(fù)，測定主莖數(shù)、計算667 m2產(chǎn)量及商品薯率。

1.3.5 馬鈴薯瘡痂病病害分級標(biāo)準(zhǔn)及發(fā)病情況馬鈴薯瘡痂病病害按照張建平等[30]的方法進(jìn)行分級，統(tǒng)計病薯率，病情指數(shù)及防治效果按照方中達(dá)[31]的方法進(jìn)行計算。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2020 整理數(shù)據(jù)并繪圖，使用SPSS軟件進(jìn)行單因素方差分析，利用最小顯著性檢驗（LSD）進(jìn)行多重比較。應(yīng)用OriginPro 22 進(jìn)行主成分分析并繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對馬鈴薯塊莖萌發(fā)的影響

由圖1-A 可知，不同藥劑處理的發(fā)芽勢均與對照存在顯著差異。其中，A1 處理的發(fā)芽勢顯著高于其他處理，比CK 處理高66.67%。由圖1-B 可知，藥劑處理A1、A2 的發(fā)芽率均顯著高于CK 處理，其中A1 處理的發(fā)芽率比CK 處理高8.17%。由圖1-C 可知，A1～A4 處理的活力指數(shù)均顯著高于CK 處理，A1 處理的活力指數(shù)比CK 高1.168，A5 處理的活力指數(shù)與CK 處理之間無顯著差異。

圖1 不同處理對馬鈴薯塊莖萌發(fā)的影響Fig.1 Effect of different treatment on potato tuber germination

由圖1-D～F 可知，A1 處理的萌芽鮮質(zhì)量、干質(zhì)量和芽長均與對照處理存在顯著差異。其中，A1 處理的鮮質(zhì)量比CK 處理高0.112 g，A2、A3處理的鮮質(zhì)量均顯著高于CK 處理。A1 處理的干質(zhì)量顯著高于CK 處理，比CK 處理高0.011 g，A2～A5 處理的干質(zhì)量均與CK 處理無顯著差異。A1 處理的芽長比CK 處理高0.757 cm。綜上可知，A1 處理可以顯著促進(jìn)馬鈴薯種薯萌發(fā)。

2.2 不同處理對馬鈴薯植株生長的影響

由圖2-A～D 可知，在苗期時，A1 處理的植株株高、莖粗均顯著高于CK 處理，比CK 處理分別高0.55 cm、0.34 mm，不同藥劑處理與CK 處理的葉片數(shù)、葉面積均無顯著差異。到塊莖膨大期時，A1 處理的植株株高、莖粗、葉面積與對照處理具有顯著差異。其中，A1 處理的株高、莖粗、葉面積分別比CK 處理高2.46 cm、0.10 mm、4.42 cm2。在馬鈴薯塊莖成熟期時，與其他處理相比，A1 處理的株高、莖粗、葉片數(shù)和葉面積均最大，均與CK 處理存在顯著差異，比CK 處理分別增加了8.81%、18.45%、19.72%、12.07%。綜上可知，A1 處理可促進(jìn)馬鈴薯株高、莖粗、葉片數(shù)及葉面積的增加，進(jìn)而促進(jìn)植株生長。

2.3 不同處理對馬鈴薯葉片葉綠素含量的影響

由圖3-A～C 可知，A1 處理的馬鈴薯葉片中葉綠素a、葉綠素b 和總?cè)~綠素含量均顯著高于其他處理。A1 處理的葉綠素a 含量（w，后同）比CK 處理提高11.76%；A1 處理的葉綠素b 含量比A2～A5處 理 高 0.215～0.468 mg·g-1，比 CK 處 理 提 高65.87%；A1 處理的總?cè)~綠素含量比A2～A5 處理提高0.135～0.742 mg·g-1，比CK 處理提高77.63%。綜上可知，A1 處理可以增加葉片的葉綠素含量，從而促進(jìn)馬鈴薯光合作用。

圖3 不同處理對馬鈴薯葉片葉綠素含量的影響Fig.3 Effects of different treatment on chlorophyll content of potato leaves

2.4 不同處理對馬鈴薯產(chǎn)量的影響

由圖4-A～C 可知，A1 處理的馬鈴薯產(chǎn)量、商品薯率和主莖數(shù)均顯著高于CK 處理。A1～A5 處理馬鈴薯產(chǎn)量與CK 處理之間存在顯著差異，其中A1處理的馬鈴薯產(chǎn)量最高，為4 584.13 kg·667 m-2，較CK 處理增產(chǎn)14.51%。A1 處理的商品薯率最高，達(dá)到98.73%，較CK 處理提高2.56%；A2 處理的商品薯率顯著高于CK 處理，A5 處理的商品薯率顯著低于CK 處理。單株主莖數(shù)同樣以A1 處理最高，其次是A2 處理，分別比CK 處理顯著提高46.15% 和30.77%，A3～A5 處理單株主莖數(shù)與CK 處理之間無顯著差異。綜上可知，A1 處理可以增加馬鈴薯單株主莖數(shù)，提高馬鈴薯產(chǎn)量，提高商品薯率。

圖4 不同處理對馬鈴薯產(chǎn)量的影響Fig.4 Effect of different treatment on potato yield

2.5 不同處理對馬鈴薯瘡痂病的防病效果

由圖5-A～C 可知，不同處理的病薯率、病情指數(shù)與CK 處理之間存在顯著差異。A1 處理的防治效果最好，與A2～A5 處理之間存在顯著差異。其中，A1 處理之后瘡痂病發(fā)病率為41.18%，較CK 降低了41.74%，A3～A5 處理也可以降低瘡痂病病薯率，降低了21.77%～31.12%；A1 處理之后病情指數(shù)為19.34，防治效果為49.35%，防治效果比A2～A5處理高8.25%～44.19%。A1 處理防治馬鈴薯瘡痂病的效果最佳，與其他處理之間具有顯著差異。

圖5 不同處理對馬鈴薯瘡痂病的防病效果Fig.5 Preventive effect of different treatment on potato scab

2.6 主成分相關(guān)性分析

由圖6 可知，不同防治藥劑對馬鈴薯農(nóng)藝性狀的影響不同，其對瘡痂病的防治效果也有差異。距離CK 處理由近到遠(yuǎn)依次分別為化學(xué)防治的噻菌銅處理、噻唑鋅處理和咯菌腈處理，以及生物防治的寡雄霉素處理和枯草芽孢桿菌處理。

圖6 主成分相關(guān)性分析Fig.6 Principal component correlation analysis

此外，馬鈴薯主莖數(shù)、葉綠素含量、萌芽鮮質(zhì)量、活力指數(shù)及收獲期的植株株高、莖粗、葉面積與產(chǎn)量之間形成正向相關(guān)關(guān)系；且對瘡痂病的防治效果越好，馬鈴薯產(chǎn)量越高。瘡痂病的防治效果與收獲期株高、莖粗、葉面積之間無相關(guān)性。病薯率、病情指數(shù)與防治效果、產(chǎn)量之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，表現(xiàn)為防治效果越好則病情指數(shù)越低，病情指數(shù)越高則馬鈴薯產(chǎn)量越低。

3 討論與結(jié)論

瘡痂病病原菌通過感染馬鈴薯塊莖，在塊莖表面形成凸起或凹陷的斑點(diǎn)，影響馬鈴薯的商品價值和抗病性，最終導(dǎo)致馬鈴薯價格下降20%～40%，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重限制了馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。瘡痂病作為一種全球嚴(yán)重的馬鈴薯病害，很難通過單一管理進(jìn)行控制，化學(xué)藥劑的過度使用或不適當(dāng)使用導(dǎo)致嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)污染問題，特別是環(huán)境污染和食品安全問題[32-33]。為了減少化學(xué)藥物的使用，保證環(huán)境安全和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)平衡，需要找到無毒高效的防治馬鈴薯瘡痂病的方法。目前，防治馬鈴薯瘡痂病的最佳方法是使用生物菌劑，通過改善土壤微環(huán)境，豐富馬鈴薯塊莖表面的有益菌，降低馬鈴薯瘡痂病的發(fā)生率[34]。

芽孢桿菌屬可以通過直接和間接的機(jī)制促進(jìn)植物生長，從而增加作物產(chǎn)量，包括提高養(yǎng)分利用率、改變植物生長激素穩(wěn)態(tài)、降低非生物脅迫的危害[35]，從而達(dá)到防治病害的效果?？莶菅挎邨U菌揮發(fā)物可以通過改變細(xì)胞分裂素和乙烯穩(wěn)態(tài)來促進(jìn)植物生長[36]。李正[37]研究表明，枯草芽孢桿菌制劑可以有效提高馬鈴薯產(chǎn)量，增幅達(dá)到19.25%，對瘡痂病的防效達(dá)到31.95%。同樣，李中奇[38]研究發(fā)現(xiàn)，在內(nèi)蒙古太仆寺旗進(jìn)行的馬鈴薯田間試驗中施用枯草芽孢桿菌藥劑可以增產(chǎn)15.15%，對瘡痂病防效達(dá)38.20%。以枯草芽孢桿菌為基礎(chǔ)的商業(yè)產(chǎn)品可以降低馬鈴薯瘡痂病發(fā)病率，增加產(chǎn)量，并為生物制劑控制馬鈴薯瘡痂病誘導(dǎo)損傷的有效性提供依據(jù)。

馬鈴薯農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量、產(chǎn)量與病害防效之間的關(guān)系比較復(fù)雜，在遺傳育種的研究中，性狀之間的促進(jìn)或者制約影響著彼此之間的相關(guān)關(guān)系。張紹榮等[39]的研究結(jié)果表明，馬鈴薯產(chǎn)量與單株葉面積之間呈正相關(guān)關(guān)系，接種枯草芽孢桿菌后，葉綠素含量提高，產(chǎn)量增加。田豐等[40]的研究結(jié)果表明，馬鈴薯葉片光合速率高，塊莖產(chǎn)量也隨之增加；李軍等[41]研究表明，隨著單株主莖數(shù)與莖粗的增加，馬鈴薯產(chǎn)量也隨之提高；何二良等[42]研究表明，植物地上部生長影響馬鈴薯的產(chǎn)量。這說明馬鈴薯產(chǎn)量與植株地上部分息息相關(guān)，協(xié)調(diào)馬鈴薯植株農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量的關(guān)系，可以增強(qiáng)植株生長勢，降低馬鈴薯瘡痂病的發(fā)生率，提高產(chǎn)量?？莶菅挎邨U菌是研究最廣泛的植物促生長根際細(xì)菌之一，它能夠通過多種機(jī)制促進(jìn)植物生長，控制植物病原體，改變植物激素穩(wěn)態(tài)，促進(jìn)抗菌素的產(chǎn)生。

筆者通過枯草芽孢桿菌可濕性粉劑溝施處理，發(fā)現(xiàn)其可以促進(jìn)馬鈴薯塊莖的萌發(fā)及萌芽；促進(jìn)植株的生長，提高馬鈴薯株高、莖粗、葉片數(shù)和葉面積。與對照相比，枯草芽孢桿菌處理之后馬鈴薯葉片中葉綠素a、葉綠素b 和總?cè)~綠素含量分別提高11.76%、65.87%、77.63%；馬鈴薯產(chǎn)量較對照CK 增產(chǎn)14.51%，防效達(dá)到49.35%?？莶菅挎邨U菌可以有效降低馬鈴薯瘡痂病的發(fā)病率和病情指數(shù)，同時提高馬鈴薯的各種生長指標(biāo)。這是由于枯草芽孢桿菌與瘡痂病病原菌的拮抗作用抑制了馬鈴薯瘡痂病病原菌的生長，有利于馬鈴薯萌發(fā)、生長和光合作用，進(jìn)而提高馬鈴薯產(chǎn)量。通過對馬鈴薯農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的主成分分析，發(fā)現(xiàn)馬鈴薯主莖數(shù)、葉綠素含量、萌芽鮮質(zhì)量、活力指數(shù)及收獲期的植株株高、莖粗、葉面積與產(chǎn)量之間呈正相關(guān)關(guān)系；病薯率、病情指數(shù)與防效、產(chǎn)量之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。因此，生物制劑枯草芽孢桿菌不僅可以促進(jìn)馬鈴薯萌發(fā)和植株生長，還可以降低馬鈴薯瘡痂病的發(fā)生率，表明枯草芽孢桿菌具有較大的生產(chǎn)應(yīng)用潛力。