Efficacy of Vomitoxin as Elicitor for Controlling Soilborne Diseases on Potato Plants
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摘要:目的 验证脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）的安全性，探讨DON作为激发子在马铃薯主要土传病害防治中的应用效果。方法 以大西洋品种马铃薯为研究对象，筛选DON作为激发子诱导抗病的最适质量浓度以及最佳处理时间，优化DON诱导马铃薯抗病的条件，检测生理指标的变化。结果 结果显示低质量浓度下DON处理对马铃薯植株均无显著药害；5 ng·mL−1 DON处理4 h可以有效抑制青枯病致病菌茄科雷尔氏菌、软腐病致病菌菊欧氏菌、疮痂病致病菌疮痂链霉菌在马铃薯叶片中的扩展，3 ng·mL−1 DON处理4 h可以有效抑制干腐病致病菌接骨木镰刀菌在马铃薯叶片组织中的扩展；当温度为25 ℃、pH为7时DON诱导马铃薯抗青枯病、干腐病、软腐病效果最好，温度为25 ℃、pH为9时DON诱导马铃薯抗疮痂病效果最好；经DON诱导处理的马铃薯叶片在光照强度为12 000 lx条件下诱导抗干腐病效果最好，在光照强度为15 000 lx条件下诱导抗青枯病、软腐病、疮痂病效果最好；DON处理马铃薯叶片后，提高了SOD酶活性，同时，木质素含量增加，MDA含量减少。结论 低质量浓度的DON作为激发子处理马铃薯叶片后对马铃薯无显著药害，在马铃薯主要土传病害防治中的应用效果较显著，可为马铃薯土传病害的预防和治理提供理论依据和新的思路。Abstract:Objective Safety and efficacy of applying vomitoxin to control soilborne diseases on potato plants were investigated.Method In a laboratory experiment, vomitoxin (aka deoxynivalenol, DON) was applied on the Atlantic variety potato to determine the disease resistance to and physiological alternations induced by some major soilborne pathogens on the plant for treatment optimization.Result Within a range of concentrations, DON caused no significant ill-effects on the potato plants. A treatment of it at 5 ng·mL−1 for 4 h effectively inhibited the spread of bacterial wilt caused by Ralstonia solanacearum, soft rots by Erwinia chrysanthemi, or scabies by Streptomyces scabies on the leaves, and at a dosage of 3 ng·mL−1, the growth of dry rot pathogen Fusarium sambucinum was retarded. The strongest DON-induced resistance against the bacterial wilt or dry and soft rots of the plant was found at 25 ℃ and pH 7, and against scabies at pH 9. With an exposure of 12 000 lx light, the DON-induction on the plants reached the greatest efficacy against the dry rots. Whereas, under 15 000 lx, that could be achieved on the bacterial wilt, soft rots, and scabies. A DON treatment significantly raised the SOD activity and lignin content but lowered MDA in the leaves.Conclusion Application of DON as an elicitor in low concentrations exerted no adverse effect but significantly inhibit some major soilborne diseases on potato plants. A potential venue for preventing and treating the diseases seemed merit further investigation.
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Keywords:
- DON /
- elicitor /
- soilborne diseases /
- optimization /
- physiological indices
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0. 引言
【研究意义】马铃薯（Solanum tuberosum L.）作为全世界都公认的能吃饱吃好吃出健康的食物，近年来发展前景良好[1-4]。然而由于仍沿用传统的连作模式，土壤中的优势致病菌不断积累，土传病害逐年加重，严重影响马铃薯产量和质量[5-6]。传统的病害防治方法对人类健康、环境和生物体均会产生不利影响，生物防治已成为管理植物病害的可行替代方法。已有很多研究表明，生物激发子能够有效地激发植物自身免疫提高其抗病性，研究作为生物激发子的脱氧雪腐镰刀菌烯醇DON（呕吐毒素）对马铃薯土传病害防治具有重要意义。【前人研究进展】DON作为一种激发子，被细胞膜上的激发子受体接受后，通过细胞的信号系统转导，可以诱导抗病基因激活，从而诱导植物产生防卫反应。目前，对于其诱导抗病性已取得一定的研究进展。潘哲超等[7]研究结果表明一定浓度的稻瘟菌毒素能够作为激发子诱导水稻的抗性。马春红等[8]发现低浓度毒素培养滤液作为激发子来诱导玉米的系统获得性抗性具有一定的广适性。Bajestani等[9]研究发现，低浓度呕吐毒素可以诱导小麦的系统获得性抗性。Nishiuchi等[10]发现低质量浓度T-2毒素可诱导拟南芥对镰刀菌的抗性，说明低质量浓度T-2毒素具有激发子功能。赵莹等[11]研究证实低浓度T-2处理可提高马铃薯抗干腐病的能力，这一能力是由于薯块内的苯丙烷代谢被诱导。赵潇璨等[12]研究发现DON处理可以降低马铃薯干腐病病情发展。此外，贺付蒙等[13]采用T-2毒素对不同抗性的马铃薯品种进行抗病性评价，对其进行抗病生理生化特性研究，表明T-2毒素可以作为马铃薯抗病筛选的指标。【本研究切入点】虽然DON作为生物激发子诱导植物抗病已有一些研究，但其安全性及在马铃薯主要土传病害防治中的效果仍有待进一步探究。【拟解决的关键问题】本研究筛选DON作为激发子诱导抗病的最适质量浓度以及最佳处理时间，优化DON诱导马铃薯抗土传病害的条件并检测生理指标的变化，以期为马铃薯土传病害的预防和治理提供参考。
1. 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 植物材料
供试马铃薯为大西洋品种马铃薯，由东北农业大学植物资源与分子生物学实验室保存提供。
1.1.2 供试菌株
马铃薯干腐病致病真菌接骨木镰刀菌（Fusarium sambucinum）、青枯病致病细菌茄科雷尔氏菌（Ralstonia solanacearum）、软腐病致病细菌菊欧氏菌（Erwinia chrysanthemi ）和疮痂病致病菌疮痂链霉菌（Streptomyces scabies）均由东北农业大学植物资源与分子生物学实验室分离并保存。
1.1.3 供试培养基
LB液体培养基、LB固体培养基、PDA培养基均购自青岛高科技工业园海博生物技术有限公司。
1.1.4 主要仪器与试剂
试验仪器型号与试剂具体见表1。
表 1 试验仪器与试剂Table 1. Instruments and reagents applied for experiment序号
Serial
number名称
Name型号
Model
number公司
Company1 电子天平 ML204 梅特勒-托利多仪器有限公司 2 高压灭菌锅 QC-SOE 山东新华医疗器械股份有限公司 3 摇床 SPH-211B-GZ 上海世单实验设备有限公司 4 高速台式离心机 TCL-16 上海子期实验设备有限 公司 5 光照培养箱 BSG-400 上海博迅医疗生物仪器公司 6 电热恒温培养箱 DRP-9162 上海森信实验仪器有限公司 7 4 ℃离心机 MIkro-220R 德祥科技有限公司 8 −80 ℃冰箱 U410-86 济南光耀医疗设备有限公司 9 pH计 PHS-3C 上海高致精密仪器公司 10 −20 ℃冰箱 BCD-116 广州金松电器营销有限公司 11 酶标仪 上海科华实验系统有限公司 12 丙二醛测定试剂盒 南京建成生物工程研究所 13 SOD活性检测试剂盒 索莱宝生物科技有限公司 14 木质素含量检测试剂盒 索莱宝生物科技有限公司 1.2 方法
1.2.1 DON对马铃薯植株生长影响
当盆栽马铃薯长到8～16个叶片后，在叶片表面分别喷施5、10、15、20 ng·mL−1 DON，以无菌水处理作为对照，7 d后进行二次喷洒，于喷洒后每天定期观察马铃薯生长状况，叶片有无病斑生成，变色率，坏死率等情况。第14天进行记录。
生长速率/（cm·d−1）=地上部植株新生高度或长度/时间
1.2.2 DON作为激发子的最适处理质量浓度和时间筛选
（1）最适质量浓度筛选。将DON配制成质量浓度1、3、5、7、9、11 ng·mL−1 。在平板上放入浸湿的滤纸，将叶片的叶柄用浸湿的脱脂棉包裹，用移液枪吸取50 µL不同质量浓度的DON均匀涂布于叶片表面，以无菌水作为对照，随后将叶片在温度为20 ℃、光照强度为15 000 lx条件下培养4 h。最后再用移液枪取20 µL 致病细菌菌液（茄科雷尔氏菌R. solanacearum 、 菊欧氏菌E. chrysanthemi、 疮痂链霉菌S. scabies）和接种5 mm致病真菌菌饼（接骨木镰刀菌F.sambucinum）在叶尖，再将叶片在20 ℃，光周期（L∶D=16∶8）条件下培养7 d，用十字交叉法测量菌斑直径。重复3次。。
（2）最佳处理时间确定。配制5 ng·mL−1的DON，选取大小一致的健康叶片，在温度为20 ℃、光照强度为15 000 lx条件下分别处理2、4、6、8、10和12 h后接菌，以涂抹等量的无菌水作为对照，再将叶片在20 ℃、光周期（L∶D=16∶8）条件下培养7 d，接菌处理及病斑测定方法同上。重复3次。
1.2.3 DON诱导马铃薯抗病条件优化
（1）pH对DON诱导抗病性效果影响。取5 ng·mL−1 DON 1 200 µL，分装于6个离心管中，每管200 µL，采用1 mol·L−1的HCL溶液和NaOH溶液调pH，pH标定至3.0、5.0、7.0、9.0、11.0，选取健康、大小一致的叶片，在温度为20 ℃、光照强度为15 000 lx条件下培养4 h后接菌，以涂抹等量的无菌水作为对照，再将叶片在20 ℃，光周期（L∶D=16∶8）条件下培养7 d，接菌处理及测定方法同1.2.2。重复3次。
（2）温度对DON诱导抗病性效果影响。选取健康、大小一致的叶片，5 ng·mL−1 、pH 为7 的DON处理后在温度为20 ℃、光照强度为15 000 lx条件下培养4 h，进行接菌，再分别将叶片在15、20 、25 、30、35 ℃温度条件，光周期（L∶D=16∶8）条件下培养7 d，接菌处理及测定方法同1.2.2。重复3次。
（3）光照强度对DON诱导抗病性效果影响。选取健康、大小一致的叶片，5 ng·mL−1 、pH 为7 的DON处理后在温度为25℃、光照强度为15 000 lx条件下培养4 h，进行接菌，再分别将叶片在3 000、6 000、9 000、12 000、15 000 lx，光周期（L∶D=16∶8）条件下培养7 d，接菌处理及测定方法同1.2.2。重复3次。
1.2.4 DON处理后抗性生理指标测定
在温度为25℃、光照强度为15 000 lx条件下，设置4个处理：无菌水处理（CK）， 5 ng·mL−1 pH为7的 DON处理（DON），接种致病菌（茄科雷尔氏菌R. solanacearum 、 菊欧氏菌E. chrysanthemi、 疮痂链霉菌：S. scabies、接骨木镰刀菌：F. sambucinum）处理， 5 ng·mL−1 pH为7的DON处理4 h后接菌处理。每个处理分别在0、6、12、24、48 h取样。重复3次。超氧化物歧化酶（SOD）活性检测、丙二醛（MDA）含量测定、木质素含量检测步骤参照相关检测试剂盒说明书。
1.3 数据统计分析
利用Excel 2010进行数据处理，数据显示为“平均值±标准差”，用SPSS、GraphPad Prism 5进行差异显著性分析并制图。
2. 结果与分析
2.1 低质量浓度DON对马铃薯的生长影响
不同质量浓度DON处理马铃薯植株14 d后，如表2所示，经观察和数据统计得知，经过DON处理的马铃薯植株水处理的植株生长无明显差异，马铃薯叶片变色率和坏死率为0，马铃薯叶片等部位均无药害发生，幼苗出苗整齐，生长健康，无萎蔫，畸形等情况。4个剂量下的生长速率与空白对照相比无显著差异，长势正常，结果表明DON对马铃薯没有不良影响，可以进行后续试验。
表 2 DON处理对马铃薯生长的影响Table 2. Effect of DON treatment on potato growth处理
Treatments平均株高
Average plant height /cm生长速率
Growth rate/(cm·d−1)变色率
Discoloration rate/%坏死率
Necrosis rate/%处理7 d后
7 d after treatment处理14 d后
14 d after treatmentCK 24.53 0.88±0.36 a 0.65±0.47 a — — 5 ng·mL−1DON 25.06 0.93±0.48 a 0.62±0.45 a 0 0 10 ng·mL−1DON 26.05 0.92±0.42 a 0.64±0.40 a 0 0 15 ng·mL−1DON 23.12 0.87±0.42 a 0.66±0.43 a 0 0 20 ng·mL−1DON 27.80 0.92±0.38 a 0.64±0.41 a 0 0 ①“—”为对照组的变色率、坏死率，无数据。②同列数据后不同小写字母表示差异显著 (P＜0.05)。
①"—" refers to discoloration and necrosis rates of control, no data available.②Data with different lowercase letters on the same column indicate significant differences (P＜0.05).2.2 DON作为激发子诱导马铃薯抗病最佳处理质量浓度和时间筛选
2.2.1 DON作为激发子的最佳处理质量浓度筛选
本试验用不同质量浓度DON处理马铃薯叶片6 h后分别接种茄科雷尔氏菌、接骨木镰刀菌、菊欧氏菌、疮痂链霉菌，培养7 d后，叶片病斑直径如图1所示，马铃薯叶片病斑大小均呈现先减小后增大的趋势。接种茄科雷尔氏菌后，DON质量浓度为5 ng·mL−1时病斑直径最小，低于对照处理叶片病斑直径74.48%；接种接骨木镰刀菌后，DON质量浓度为3 ng·mL−1时病斑直径最小，低于对照处理叶片病斑直径85.71%；接种菊欧氏菌后，DON质量浓度为5 ng·mL−1时病斑直径最小，低于对照处理叶片病斑直径87.62%；接种疮痂链霉菌后，DON质量浓度为5 ng·mL−1时病斑直径最小，低于对照处理叶片病斑直径78.09%。
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图 1 不同质量浓度DON对马铃薯叶片接种致病菌病斑直径的影响①图中字母A–D分别表示：茄科雷尔氏菌、接骨木镰刀菌、菊欧氏菌、疮痂链霉菌。图2~5同。②不同小写字母表示差异显著（P＜0.05）。图2~5同。Figure 1. Effect of DON in varied concentrations on diameter of diseased spot on infected potato leaves① A–D: R. solanacearum, F. sambucinum, E. chrysanthemi, and S. scabiesscab. Same for Fig.2–5. ② Data with different lowercase letters indicate significant differences (P＜0.05). Same for Fig.2–5.2.2.2 DON作为激发子的最佳处理时间筛选
用 5 ng·mL−1 DON对马铃薯叶片进行处理，于DON处理不同时间后分别接种茄科雷尔氏菌、菊欧氏菌、疮痂链霉菌培养7 d；用3 ng·mL−1 DON对马铃薯叶片进行处理，于DON处理不同时间后接种接骨木镰刀菌培养7 d。病斑直径如图2所示，随DON处理时间升高，病斑大小均呈先减小后趋于平稳的趋势。DON处理4 h时，接种4种菌处理组的叶片病斑直径均显著低于对照组，降低幅度分别为78.37%、88.47%、87.23%、82.35%，以上结果可以看出DON作为激发子诱导马铃薯抗病的最佳时间为4 h。
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图 2 DON处理不同时间对马铃薯叶片接种致病菌病斑大小的影响Figure 2. Effect of DON treatment time on size of diseased spot on infected potato leaves2.2.3 DON诱导马铃薯抗病条件优化
不同pH DON处理马铃薯叶片后，接菌后结果如图3所示，DON pH在5～11均能诱导马铃薯抗病性，减小病斑直径，提高诱导抗病效果，且差异不显著。在中酸性条件下，DON的诱导抗病效果均随着pH的增大而减小。当DON pH=7时，接种茄科雷尔氏菌、接骨木镰刀菌、菊欧氏菌病斑直径最小，分别为0.43cm、0.43cm、0.53cm；当DON pH=9时，疮痂链霉菌病斑直径最小，约为0.50 cm。在碱性条件下，DON的诱导抗病效果随着pH的增大而增大。
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图 3 不同pH的DON处理对马铃薯叶片接种致病菌病斑大小的影响Figure 3. Effect of DON treatment at different pH on size of diseased spot on infected potato leaves不同环境温度对DON诱导马铃薯抗病效果影响结果如图4所示，随温度升高，病斑大小呈先减小后增大的趋势，在20～35 ℃，DON均具有较好的诱导抗病作用。当环境温度为25 ℃时，DON诱导抗病效果最好。最小病斑直径分别为0.43 cm、0.47 cm、0.4 cm、0.53 cm。
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图 4 温度对DON诱导马铃薯抗疮痂病效果的影响Figure 4. Effect of temperature on DON-induced scab-resistance of potato plant不同环境光照强度对DON诱导马铃薯抗病效果影响结果如图5所示，随光强增强，病斑大小整体呈平稳趋势，病斑直径均小于1.0 cm，不同光强之间病斑直径大小也无显著差异，但光照强度为12 000 lx时DON诱导马铃薯抗干腐病效果最好，病斑直径最小；光照强度为15 000 lx时DON诱导马铃薯抗青枯病、软腐病、疮痂病效果最好，病斑直径最小。综合分析得到DON诱导马铃薯抗病的最适光照强度为15 000 lx。
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图 5 光照强度对DON诱导马铃薯抗病效果的影响Figure 5. Effect of light intensity on DON-induced scab-resistance of potato plant2.2.4 低质量浓度DON处理对马铃薯叶片抗病生理指标的影响
对马铃薯叶片进行不同处理，分别于不同时间点取样，对叶片中SOD活性进行测定，结果如表3所示。在处理6～48 h时不接种致病菌施加DON处理组的SOD活性均显著高于不接菌不施DON处理组，增加的幅度分别为21.92%、32.15%、36.95%、24.35%，在24 h达到峰值；在处理12～24 h时接种致病菌施加DON处理组的SOD活性显著高于不施加DON处理组，并在12 h达到峰值，增加的幅度分别为34.56%、29.78%、21.60%、34.24%。上述结果说明，在本试验中，在不接菌和接菌的情况下，施加DON都可以使叶片SOD酶活性升高。
表 3 DON处理马铃薯叶片SOD酶活性的变化Table 3. SOD activity in potato leaves treated by DON（U·g−1） 处理
Treatment时间 Time/h 0 6 12 24 48 CK 97.89±7.53 de 106.73±15.30 e 111.04±10.16 f 122.00±13.11 d 116.44±6.5 c DON 93.06±5.15 e 130.12±10.00 bcd 146.74±5.84 bcd 167.08±5.06 ab 144.79±12.37 b RS 94.40±13.02 e 112.79±6.30 de 122.03±13.74 ef 130.00±10.00 cd 134.66±5.03 b RS+DON 138.52±13.69 ab 149.44±12.74 ab 164.21±11.99 ab 155±15.00 ab 136.79±7.01 b F. Samb 112.96±6.12 cd 113.85±5.38 de 116.53±18.11 ef 129.35±10.06 cd 135.16±5.01 b F. Samb+DON 122.26±5.16 bc 140.82±8.80 abc 151.23±9.18 abc 159.67±8.96 ab 165.57±6.08 a ECH 102.63±5.54 de 123.13±11.37 cde 136.03±15.51 cde 149.11±12.49 bc 135.54±5.09 b ECH+DON 140.3±13.06 a 138.83±7.82 abc 165.41±15.02 ab 173.74±6.48 a 136.79±7.01 b SS 99.30±9.51 de 129.21±7.89 cd 127.03±15.41 def 128.11±10.12 d 110.06±12.67 c SS+DON 135.8±17.13 ab 154.22±20.00 a 170.52±7.62 a 161.03±20.00 ab 134.26±10.01 b ①表中CK、DON分别表示：无菌水、5 ng·mL−1 DON，下同。②RS、F. Samb、ECH、SS分别表示：茄科雷尔氏菌、接骨木镰刀菌、菊欧氏菌、疮痂链霉菌，下同。③RS+DON、F. Samb+DON、ECH+DON、SS+DON分别表示：接菌并施加DON处理，下同。④不同小写字母表示差异显著（P＜0.05），下同。
① CK、DON: Sterile water, 5 ng·mL−1 DON, same for below. ② RS、F. Samb、ECH、SS: R. solanacearum, F. sambucinum, E. chrysanthemi, S. scabies, same for below. ③ RS+DON、F. Samb+DON、ECH+DON、SS+DON: Inoculate and apply DON, same for below. ④ Data with different lowercase letters indicate significant differences (P＜0.05), same for below.对马铃薯叶片进行不同处理，分别于不同时间点取样，对叶片中MDA含量进行测定，结果如表4所示。在处理24 h时不接种致病菌施加DON处理组的MDA含量显著低于不接菌不施DON处理组，降低的幅度为36.00%；接菌施加DON和不施加DON处理组之间均无显著差异。上述结果说明，在本试验中，在不接菌的情况下，施加DON可以使叶片MDA的含量降低，接菌的情况下无显著影响。
表 4 DON处理马铃薯叶片MDA含量的变化Table 4. MDA content in potato leaves treated by DON（nmol·mg−1） 处理
Treatment时间 Time/h 0 6 12 24 48 CK 1.24±0.05 a 1.31±0.17 a 1.28±0.06 a 1.36±0.14 a 1.15±0.14 a DON 1.18±0.20 ab 1.12±0.14 ab 1.09±0.07 ab 1.00±0.12 bc 0.97±0.04 ab RS 1.25±0.11 a 1.04±0.13 bc 0.83±0.05 c 1.07±0.16 b 0.99±0.01 ab RS+DON 0.91±0.17 cd 0.84±0.18 cd 0.94±0.20 bc 0.81±0.14 c 0.80±0.16 bc F. Samb 1.11±0.22 abc 1.04±0.13 bc 1.25±0.11 a 0.91±0.10 bc 0.94±0.22 abc F. Samb+DON 0.83±0.09 d 0.73±0.10 d 0.94±0.20 bc 0.77±0.10 c 0.67±0.12 c ECH 1.18±0.09 ab 1.04±0.12 bc 0.92±0.06 bc 1.08±0.18 b 1.01±0.20 ab ECH+DON 0.92±0.17 bcd 0.85±0.17 cd 0.79±0.17 c 0.88±0.10 bc 0.88±0.15 abc SS 1.22±0.15 a 0.90±0.04 bcd 1.24±0.14 a 1.00±0.10 bc 1.08±0.10 ab DON+SS 0.90±0.04 cd 0.81±0.17 cd 0.94±0.20 bc 0.87±0.10 bc 0.80±0.16 bc 对马铃薯叶片进行不同处理，分别于不同时间点取样，对叶片中木质素含量进行测定，结果如表5所示。在处理6～48 h时不接种致病菌施加DON处理组的木质素含量均显著高于不接菌不施DON处理组，增加的幅度分别为25.42%、38.46%、37.31%、21.92%，在12 h达到峰值；在处理6～48 h时接种致病菌施用DON处理组的木质素含量显著高于不施加DON处理组。上述结果说明，在本试验中，在不接菌和接菌的情况下，施用DON都可以使叶片木质素含量增多。
表 5 DON处理马铃薯叶片木质素含量的变化Table 5. Lignin content in potato leaves treated by DON（mg·g−1） 处理
Treatment时间 Time/h 0 6 12 24 48 CK 0.58±0.06 c 0.59±0.08 d 0.65±0.05 c 0.67±0.08 d 0.73±0.04 c DON 0.64±0.11 bc 0.74±0.06 bc 0.90±0.04 ab 0.92±0.07 bc 0.89±0.07 b RS 0.69±0.05 bc 0.75±0.09 bc 0.81±0.12 bc 0.89±0.12 c 0.89±0.09 b RS+DON 0.91±0.06 a 0.99±0.05 a 1.05±0.08 a 1.10±0.08 a 1.12±0.11 a F. Samb 0.69±0.08 bc 0.77±0.08 bc 0.82±0.15 bc 0.85±0.06 c 0.88±0.10 b F. Samb+DON 0.91±0.08 a 1.00±0.10 a 1.07±0.14 a 1.11±0.12 a 1.15±0.11 a ECH 0.65±0.12 bc 0.69±0.05 cd 0.80±0.12 bc 0.77±0.17 cd 0.83±0.10 bc ECH+DON 0.91±0.10 a 1.02±0.03 a 1.07±0.12 a 1.14±0.09 a 1.12±0.08 a SS 0.71±0.06 b 0.82±0.07 b 0.80±0.19 bc 0.78±0.10 cd 0.74±0.06 c SS+DON 1.01±0.03 a 1.04±0.07 a 1.07±0.12 a 1.08±0.03 ab 1.10±0.08 a 3. 讨论与结论
3.1 低质量浓度DON诱导马铃薯抵抗不同病害的生防效果分析
脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）是一类常见的污染粮食、饲料及食品的真菌毒素，具有典型的细胞毒性、免疫毒性和遗传毒性[14]，其具有破坏寄主正常生理活动功能和引起寄主病变的能力。国内外对DON的研究已有很多报道，Nishiuchi等[10]发现低质量浓度T-2可诱导拟南芥对镰刀菌的抗性，说明低质量浓度T-2毒素具有激发子功能。Bajestani等[9]研究发现，低浓度呕吐毒素可以诱导小麦的系统获得性抗性，同时这种现象也在水稻、玉米等植物中被发现。赵潇璨等[12]通过试验证明5 ng·mL−1 DON处理4 h可以有效抑制致病菌在马铃薯块茎组织中的扩展，说明低浓度的DON毒素可作为激发子提高马铃薯的抗干腐病能力。吴琼[15]研究发现TraT2A诱导处理百合幼苗后，分别光照60 min，紫外照射20 min，置于30 ℃条件下均能够增加其诱导抗病效果，诱导抗病效果分别为91.10%和94.26%、90.12%，与对照相比，抗病效果分别增强了57.99%、66.67%、62.09%。
本试验研究证明5 ng·mL−1 DON处理4 h可以有效抑制青枯病致病菌R. solanacearum、软腐病致病菌E. chrysanthemi、疮痂病致病菌S. scabies在马铃薯叶片组织中的扩展，3 ng·mL−1 DON处理4 h可以有效抑制干腐病致病菌F. sambucinum在马铃薯叶片组织中的扩展。当温度为25 ℃、pH=7的DON诱导马铃薯抗青枯病、干腐病、软腐病效果最好，pH=9的DON诱导马铃薯抗疮痂病效果最好。不同光照强度对DON诱导抗病效果无显著影响，综合分析得到DON诱导马铃薯抗病的最适光照强度为15 000 lx。
3.2 低质量浓度DON作为激发子对马铃薯抗病生理指标的影响
植物在受到病原菌入侵时，SOD提供了第一道防线，它会催化超氧自由基歧化成氧气和过氧化氢，产生的过氧化氢可作为诱导植物防御性化合物的信号[16]。抗性植物最有效的防御反应之一是木质部组织中物理化学屏障的形成，很多报道称木质素增加与抗病性之间存在相关性[17]。
木质素的覆盖可以防止病原菌横向扩散到质外体和周围健康的管束和组织，利用屏障将病原体隔离在感染部位，并有助于消除病原体[18]。丙二醛（MDA）是植物受伤害程度的具体指标，MDA的积累反映了植物细胞损伤程度，进而能够反映植物的抗病性。
本试验根据各抗性生理指标检测结果表明，不接菌施DON处理的SOD活性，木质素含量显著高于不接菌不施DON处理，接菌施用DON的SOD酶活性、木质素含量也不同程度的高于不施用DON处理，证明在不接菌和接菌的情况下，施用DON都可以使叶片SOD酶活性升高，同时提高木质素的积累。不接菌施DON处理的MDA活性显著低于不接菌不施DON处理，但接菌施用DON和不施用DON处理之间均没有显著差异，证明在不接菌的情况下，施用DON可以减少细胞膜氧化产物MDA的含量，接菌的情况下无显著影响。综上所述DON可作为激发子通过诱导抗性的方式诱导马铃薯对不同病害的抗病能力。
3.3 低质量浓度DON作为激发子在马铃薯病害防治中的应用
目前大多数植物病害的防治方法依旧是化学农药，基于这些化学品对人类健康、环境和生物体的不利影响，研究人员正在关注潜在的生物控制微生物，作为管理害虫和植物病原体的可行替代方法。生物防治现已被视为一项越来越重要的生态系统服务，可为可持续农业做出重大贡献。诱导植物系统抗性是生物防治措施中一种有效控制植物病害的方法，其对病害防治有着独特的优势，利用激发子诱导植物产生抗病性相较化学防治，没有大量残留，根本上提高了植物抗性，相较生物防治，见效快，效果稳定，相较人工综合防治见效快、耗费低。霍宏丽[19]研究证明硅酸钠可以作为激发子通过影响生理生化抗病机制来提高马铃薯对黑痣病的抗性，刘兆明[20]研究发现A5295和A206作为复配激发子在马铃薯块茎抗ZX12和立枯丝核菌的试验中均具有显著的效果。目前我国国标GB 2761—2011中规定了谷物及谷物制品中（包括玉米、玉米面、大麦、小麦、麦片和小麦粉）DON的限量标准为1 mg·kg−1[21]。
本试验中DON作为激发子的质量浓度为5 ng·mL−1，处于国标安全含量之内，并通过安全性试验证明低质量浓度DON对马铃薯植株生长状况以及健康状况无影响，可以进行马铃薯病害防治。但呕吐毒素作为一种毒素，对马铃薯的品质会不会有所影响有待验证，需要开展更多的试验研究进行验证。此外，除青枯病、软腐病、疮痂病、干腐病等马铃薯主要土传病害外，DON对其他马铃薯病害的防治效果仍有待进一步研究。
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图 1 不同质量浓度DON对马铃薯叶片接种致病菌病斑直径的影响
①图中字母A–D分别表示：茄科雷尔氏菌、接骨木镰刀菌、菊欧氏菌、疮痂链霉菌。图2~5同。②不同小写字母表示差异显著（P＜0.05）。图2~5同。
Figure 1. Effect of DON in varied concentrations on diameter of diseased spot on infected potato leaves
① A–D: R. solanacearum, F. sambucinum, E. chrysanthemi, and S. scabiesscab. Same for Fig.2–5. ② Data with different lowercase letters indicate significant differences (P＜0.05). Same for Fig.2–5.
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图 2 DON处理不同时间对马铃薯叶片接种致病菌病斑大小的影响
Figure 2. Effect of DON treatment time on size of diseased spot on infected potato leaves
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图 3 不同pH的DON处理对马铃薯叶片接种致病菌病斑大小的影响
Figure 3. Effect of DON treatment at different pH on size of diseased spot on infected potato leaves
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图 4 温度对DON诱导马铃薯抗疮痂病效果的影响
Figure 4. Effect of temperature on DON-induced scab-resistance of potato plant
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图 5 光照强度对DON诱导马铃薯抗病效果的影响
Figure 5. Effect of light intensity on DON-induced scab-resistance of potato plant
表 1 试验仪器与试剂
Table 1 Instruments and reagents applied for experiment
序号
Serial
number名称
Name型号
Model
number公司
Company1 电子天平 ML204 梅特勒-托利多仪器有限公司 2 高压灭菌锅 QC-SOE 山东新华医疗器械股份有限公司 3 摇床 SPH-211B-GZ 上海世单实验设备有限公司 4 高速台式离心机 TCL-16 上海子期实验设备有限 公司 5 光照培养箱 BSG-400 上海博迅医疗生物仪器公司 6 电热恒温培养箱 DRP-9162 上海森信实验仪器有限公司 7 4 ℃离心机 MIkro-220R 德祥科技有限公司 8 −80 ℃冰箱 U410-86 济南光耀医疗设备有限公司 9 pH计 PHS-3C 上海高致精密仪器公司 10 −20 ℃冰箱 BCD-116 广州金松电器营销有限公司 11 酶标仪 上海科华实验系统有限公司 12 丙二醛测定试剂盒 南京建成生物工程研究所 13 SOD活性检测试剂盒 索莱宝生物科技有限公司 14 木质素含量检测试剂盒 索莱宝生物科技有限公司 
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表 2 DON处理对马铃薯生长的影响
Table 2 Effect of DON treatment on potato growth
处理
Treatments平均株高
Average plant height /cm生长速率
Growth rate/(cm·d−1)变色率
Discoloration rate/%坏死率
Necrosis rate/%处理7 d后
7 d after treatment处理14 d后
14 d after treatmentCK 24.53 0.88±0.36 a 0.65±0.47 a — — 5 ng·mL−1DON 25.06 0.93±0.48 a 0.62±0.45 a 0 0 10 ng·mL−1DON 26.05 0.92±0.42 a 0.64±0.40 a 0 0 15 ng·mL−1DON 23.12 0.87±0.42 a 0.66±0.43 a 0 0 20 ng·mL−1DON 27.80 0.92±0.38 a 0.64±0.41 a 0 0 ①“—”为对照组的变色率、坏死率，无数据。②同列数据后不同小写字母表示差异显著 (P＜0.05)。
①"—" refers to discoloration and necrosis rates of control, no data available.②Data with different lowercase letters on the same column indicate significant differences (P＜0.05).
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表 3 DON处理马铃薯叶片SOD酶活性的变化
Table 3 SOD activity in potato leaves treated by DON
（U·g−1） 处理
Treatment时间 Time/h 0 6 12 24 48 CK 97.89±7.53 de 106.73±15.30 e 111.04±10.16 f 122.00±13.11 d 116.44±6.5 c DON 93.06±5.15 e 130.12±10.00 bcd 146.74±5.84 bcd 167.08±5.06 ab 144.79±12.37 b RS 94.40±13.02 e 112.79±6.30 de 122.03±13.74 ef 130.00±10.00 cd 134.66±5.03 b RS+DON 138.52±13.69 ab 149.44±12.74 ab 164.21±11.99 ab 155±15.00 ab 136.79±7.01 b F. Samb 112.96±6.12 cd 113.85±5.38 de 116.53±18.11 ef 129.35±10.06 cd 135.16±5.01 b F. Samb+DON 122.26±5.16 bc 140.82±8.80 abc 151.23±9.18 abc 159.67±8.96 ab 165.57±6.08 a ECH 102.63±5.54 de 123.13±11.37 cde 136.03±15.51 cde 149.11±12.49 bc 135.54±5.09 b ECH+DON 140.3±13.06 a 138.83±7.82 abc 165.41±15.02 ab 173.74±6.48 a 136.79±7.01 b SS 99.30±9.51 de 129.21±7.89 cd 127.03±15.41 def 128.11±10.12 d 110.06±12.67 c SS+DON 135.8±17.13 ab 154.22±20.00 a 170.52±7.62 a 161.03±20.00 ab 134.26±10.01 b ①表中CK、DON分别表示：无菌水、5 ng·mL−1 DON，下同。②RS、F. Samb、ECH、SS分别表示：茄科雷尔氏菌、接骨木镰刀菌、菊欧氏菌、疮痂链霉菌，下同。③RS+DON、F. Samb+DON、ECH+DON、SS+DON分别表示：接菌并施加DON处理，下同。④不同小写字母表示差异显著（P＜0.05），下同。
① CK、DON: Sterile water, 5 ng·mL−1 DON, same for below. ② RS、F. Samb、ECH、SS: R. solanacearum, F. sambucinum, E. chrysanthemi, S. scabies, same for below. ③ RS+DON、F. Samb+DON、ECH+DON、SS+DON: Inoculate and apply DON, same for below. ④ Data with different lowercase letters indicate significant differences (P＜0.05), same for below.
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表 4 DON处理马铃薯叶片MDA含量的变化
Table 4 MDA content in potato leaves treated by DON
（nmol·mg−1） 处理
Treatment时间 Time/h 0 6 12 24 48 CK 1.24±0.05 a 1.31±0.17 a 1.28±0.06 a 1.36±0.14 a 1.15±0.14 a DON 1.18±0.20 ab 1.12±0.14 ab 1.09±0.07 ab 1.00±0.12 bc 0.97±0.04 ab RS 1.25±0.11 a 1.04±0.13 bc 0.83±0.05 c 1.07±0.16 b 0.99±0.01 ab RS+DON 0.91±0.17 cd 0.84±0.18 cd 0.94±0.20 bc 0.81±0.14 c 0.80±0.16 bc F. Samb 1.11±0.22 abc 1.04±0.13 bc 1.25±0.11 a 0.91±0.10 bc 0.94±0.22 abc F. Samb+DON 0.83±0.09 d 0.73±0.10 d 0.94±0.20 bc 0.77±0.10 c 0.67±0.12 c ECH 1.18±0.09 ab 1.04±0.12 bc 0.92±0.06 bc 1.08±0.18 b 1.01±0.20 ab ECH+DON 0.92±0.17 bcd 0.85±0.17 cd 0.79±0.17 c 0.88±0.10 bc 0.88±0.15 abc SS 1.22±0.15 a 0.90±0.04 bcd 1.24±0.14 a 1.00±0.10 bc 1.08±0.10 ab DON+SS 0.90±0.04 cd 0.81±0.17 cd 0.94±0.20 bc 0.87±0.10 bc 0.80±0.16 bc
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表 5 DON处理马铃薯叶片木质素含量的变化
Table 5 Lignin content in potato leaves treated by DON
（mg·g−1） 处理
Treatment时间 Time/h 0 6 12 24 48 CK 0.58±0.06 c 0.59±0.08 d 0.65±0.05 c 0.67±0.08 d 0.73±0.04 c DON 0.64±0.11 bc 0.74±0.06 bc 0.90±0.04 ab 0.92±0.07 bc 0.89±0.07 b RS 0.69±0.05 bc 0.75±0.09 bc 0.81±0.12 bc 0.89±0.12 c 0.89±0.09 b RS+DON 0.91±0.06 a 0.99±0.05 a 1.05±0.08 a 1.10±0.08 a 1.12±0.11 a F. Samb 0.69±0.08 bc 0.77±0.08 bc 0.82±0.15 bc 0.85±0.06 c 0.88±0.10 b F. Samb+DON 0.91±0.08 a 1.00±0.10 a 1.07±0.14 a 1.11±0.12 a 1.15±0.11 a ECH 0.65±0.12 bc 0.69±0.05 cd 0.80±0.12 bc 0.77±0.17 cd 0.83±0.10 bc ECH+DON 0.91±0.10 a 1.02±0.03 a 1.07±0.12 a 1.14±0.09 a 1.12±0.08 a SS 0.71±0.06 b 0.82±0.07 b 0.80±0.19 bc 0.78±0.10 cd 0.74±0.06 c SS+DON 1.01±0.03 a 1.04±0.07 a 1.07±0.12 a 1.08±0.03 ab 1.10±0.08 a
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[1] 韩晓. 浅析马铃薯主粮产业化发展现状—基于希森马铃薯产业集团的调研 [J]. 农村农业农民, 2021(10):54−55. HAN X. Brief analysis on the status quo of potato staple grain industrialization —based on the investigation of Xisen Potato Industry Group [J]. Country Agriculture Farmers, 2021(10): 54−55.(in Chinese)
[2] DEVAUX A, GOFFART J P, KROMANN P, et al. The Potato of the Future: Opportunities and Challenges in Sustainable Agri-food Systems [J]. Potato research, 2021, 64(4): 681−720. DOI: 10.1007/s11540-021-09501-4
[3] 王素华, 李树举, 杨丹, 等. 中国马铃薯产业的发展现状及方向[C]. 2019年中国马铃薯大会, 2019: 44-50. [4] 贺加永. 中国马铃薯产业发展现状及建议 [J]. 农业展望, 2020, 16(9):34−39. HE J Y. Status quo and suggestions of China’s potato industry development [J]. Agricultural Outlook, 2020, 16(9): 34−39.(in Chinese)
[5] 病虫害防治处. 2020年马铃薯重大病虫害防控技术方案[EB/OL]. (2020-04-03)[2020-04-10]. http://www.nzdb.com.cn/nj/20200403/266424.html. [6] 冷功业, 杨建利, 邢娇阳, 等. 我国农业高质量发展的机遇、问题及对策研究 [J]. 中国农业资源与区划, 2021, 42(5):1−11. LENG G Y, YANG J L, XING J Y, et al. The research on the opportunities, problems and solutions for the high qualityagricultural development in China [J]. Chinese Journal of Agricultural Resources and Regional Planning, 2021, 42(5): 1−11.(in Chinese)
[7] 潘哲超, 陈建斌, 范静华, 等. 稻瘟菌粗毒素对水稻防御性相关酶系的诱导 [J]. 云南农业大学学报, 2008, 23(2):162−166. PAN Z C, CHEN J B, FAN J H, et al. Activities of defense-related enzymes induced by grude toxin from Magnaporthe grisea [J]. Journal of Yunnan Agricultural University, 2008, 23(2): 162−166.(in Chinese)
[8] 马春红, 翟彩霞, 商闯, 等. 低浓度玉米小斑病菌T小种和C小种毒素培养滤液对玉米C103叶片过氧化物酶活性的诱导作用[C]. 中国植物病理学会2008年学术年会论文集, 2008: 504-508. [9] BAJESTANI B, BASTAION V. Study on differentialy lipase gene expression against different inducers of defense resonse in scab-resisitant and susceptible wheat cultivars [J]. RecAdv Agric, 2010(1): 6−14.
[10] NISHIUCHI T, MASUDA D, NAKASHITA H, et al. Fusarium phytotoxin trichothecenes have an elicitor-like activity in Arabidopsis thaliana, but the activity differed significantly among their molecular species [J]. Molecular Plant Microbe Interactions, 2006, 19(5): 512−520. DOI: 10.1094/MPMI-19-0512
[11] 赵莹, 薛华丽, 毕阳, 等. 低质量浓度T-2处理对马铃薯块茎苯丙烷代谢活性的诱导 [J]. 食品科学, 2015, 36(6):232−235. ZHAO Y, XUE H L, BI Y, et al. T-2 toxin at low concentration activates phenylpropanoid pathway in potato tubers [J]. Food Science, 2015, 36(6): 232−235.(in Chinese)
[12] 赵潇璨, 徐永清, 贺付蒙, 等. 低浓度呕吐毒素作为激发子对马铃薯抗干腐病的诱导及其作用机制 [J]. 作物学报, 2020, 46(11):1801−1809. ZHAO X C, XU Y Q, HE F M, et al. Low concentration of vomitoxin as elicitor induced resistance of dry rot disease of potato and its mechanism [J]. Acta Agronomica Sinica, 2020, 46(11): 1801−1809.(in Chinese)
[13] 贺付蒙, 单玮玉, 赵潇璨, 等. T-2毒素在马铃薯品种对镰刀菌干腐病抗性评价中的应用 [J]. 西北农业学报, 2021, 30(3):445−451. HE F M, SHAN W Y, ZHAO X C, et al. Application of T-2 toxin in evaluation of potato varieties resistance to Fusarium dry rot [J]. Acta Agriculturae Boreali-Occidentalis Sinica, 2021, 30(3): 445−451.(in Chinese)
[14] 阮双, 司红起. 小麦DON毒素研究进展 [J]. 生物技术进展, 2021, 11(5):634−641. RUAN S, SI H Q. Research progress on DON toxin in wheat [J]. Current Biotechnology, 2021, 11(5): 634−641.(in Chinese)
[15] 吴琼. 深绿木霉T2蛋白TraT2A诱导抗病活性及其机理研究[D]. 兰州: 甘肃农业大学, 2019. WU Q. Study on induced disease resistance activity and mechanism of T2 protein TraT2A from Trichoderma viride[D]. Lanzhou: Gansu Agricultural University, 2019. (in Chinese)
[16] ANTERPREET K, SATVIR K G. Induced defense dynamics inplant parts is requisite for resistance to Helicoverpa armigera (Hubner) infestation in chickpea[J] Phytoparasitica, 2017, 45: 559-576.
[17] XIAO S, HU Q, SHEN J, et al. GhMYB4 downregulates lignin biosynthesis and enhances cotton resistance to Verticillium dahlia [J]. Plant Cell Rep, 2021, 40(4): 735−751. DOI: 10.1007/s00299-021-02672-x
[18] KASHYAP A, PLANAS-MARQUÈS M, CAPELLADES M, et al. Blocking intruders: Inducible physico-chemical barriers against plant vascular wilt pathogens [J]. Journal of Experimental Botany, 2021, 72(2): 184−198. DOI: 10.1093/jxb/eraa444
[19] 霍宏丽. 硅酸钠提高马铃薯对黑痣病抗性及其生理生化抗病机制[D]. 呼和浩特: 内蒙古农业大学, 2018. HUO H L. Sodium silicate increases the resistance of potato and its physiological and biochemical mechanism on stem canker and black scurf[D]. Hohhot: Inner Mongolia Agricultural University, 2018. (in Chinese)
[20] 刘兆明. 诱导马铃薯抗晚疫病复配激发子筛选模型的初步研究[D]. 保定: 河北大学, 2011. LIU Z M. Preliminary study on screening model of compound elicitor for inducing potato resistance to late blight[D]. Baoding: Hebei University, 2011. (in Chinese)
[21] 刘惠标, 郑颂, 赵恢发, 等. 比重复式清选机降低小麦呕吐毒素的研究 [J]. 粮油仓储科技通讯, 2019, 35(1):39−41,45. LIU H B, ZHENG S, ZHAO H F, et al. Study on reducing wheat vomiting toxin by compound gravity cleaner [J]. Liangyou Cangchu Keji Tongxun, 2019, 35(1): 39−41,45.(in Chinese)
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