野生马铃薯Solanum bulbocastanum叶片中酰基茄胺对Alternaria solani和Botrytis cinerea的生物活性研究及其在作物抗病育种中的应用

本研究针对马铃薯栽培种Solanum tuberosum因遗传多样性降低导致的病原体抗性减弱问题，通过从野生马铃薯S. bulbocastanum叶片中富集酰基茄胺（acyl solamines），发现其显著抑制早期疫病病原Alternaria solani（半抑制浓度IC50=150 mg/L）和灰霉病菌Botrytis cinerea（IC50=94 mg/L）的菌丝生长。该研究为利用野生种质资源开发新型植物保护策略提供了分子基础，对马铃薯抗病育种和病虫害综合治理（IPM）具有重要意义。

　　

马铃薯（Solanum tuberosum）是全球第四大粮食作物，但长期驯化导致其遗传多样性下降，对病原体的抗性显著减弱。其中，由Alternaria solani引起的早疫病（early blight）可造成高达50%的产量损失，而灰霉病菌Botrytis cinerea作为广谱病原体也对马铃薯生产构成威胁。目前这两种病害主要依赖化学农药防控，但病原体抗药性日益严重。野生马铃薯Solanum bulbocastanum因其丰富的抗性基因和代谢物备受关注，但其化学防御机制尚未完全阐明。

研究人员通过两步固相萃取法（SCX-SPE和RP-SPE）从S. bulbocastanum叶片中富集获得纯度>90%的酰基茄胺组分，其中C16:3(7Z,10Z,13Z)-solamine占比达90%。通过琼脂稀释实验发现，该组分在低于叶片天然浓度（1200 mg/kg鲜重）的条件下即表现出显著抑菌活性：对A. solani和B. cinerea的IC₅₀分别为150 mg/L和94 mg/L，350 mg/L时分别实现45%和40%的完全抑制。

关键实验技术

1. 1.

   酰基茄胺富集：采用强阳离子交换（SCX）和反相C₁₈固相萃取（SPE）两步法

2. 2.

   代谢物分析：UHPLC/ESI-QTOFMS结合自建数据库（含148种酰基茄胺）

3. 3.

   离体叶片接种实验：使用A. solani分生孢子悬浮液（4000 conidia/mL）

4. 4.

   菌丝抑制测定：马铃薯葡萄糖琼脂（PDA）稀释法，ImageJ量化菌落半径

研究结果

1. 1.

   酰基茄胺富集与表征：从10 g冻干叶片中获得120 mg（占干重1.2%）酰基茄胺组分，LC-MS鉴定出33种酰基茄胺，以C16:3-solamine为主（>90%）。

2. 2.

   离体叶片抗性验证：S. bulbocastanum接种9天后仅出现<2 mm褐斑，而栽培种S. tuberosum出现0.5-1 cm坏死斑。

3. 3.

   抑菌活性定量：酰基茄胺组分对两种真菌均呈现浓度依赖性抑制，350 mg/L时部分平板无可见菌丝生长。

讨论与意义

研究首次证实长链脂肪酸酰基茄胺（LCFA-solamines）通过破坏病原体膜完整性（推测类似抗菌脂肽fengycin的作用机制）发挥广谱抗真菌活性。野生种S. bulbocastanum通过组成型积累这类两性分子（含量达叶片干重1.7%）实现化学防御，其效果优于栽培马铃薯的甾体糖生物碱途径。该发现为马铃薯抗病育种提供了新靶点：可通过体细胞杂交等技术将酰基茄胺生物合成通路导入栽培种，或开发基于天然产物的新型杀菌剂。研究结果发表于《Potato Research》，为可持续农业中的病虫害综合治理（IPM）提供了创新思路。