劉志達(dá) 王娜 柳慧卿 張鍵 趙君

摘要 ：向日葵列當(dāng)是一種全寄生的種子植物，對向日葵生產(chǎn)造成嚴(yán)重的影響，而選育抗列當(dāng)品種是目前防控向日葵列當(dāng)最為有效的防控措施。由于向日葵列當(dāng)種群存在生理小種分化現(xiàn)象，因此明確不同地區(qū)的向日葵列當(dāng)生理小種的類型以及分布對于抗列當(dāng)品種的布局非常重要。本研究利用國際通用的向日葵列當(dāng)生理小種鑒別寄主，對陰山北麓地區(qū)的武川縣和四子王旗共計7個向日葵地塊中采集的列當(dāng)種子的生理小種進(jìn)行了鑒定，結(jié)果表明除了呼和浩特市武川縣頭號村采集的向日葵列當(dāng)樣本為E小種外，其他6個不同地點采集到的向日葵列當(dāng)樣本均鑒定為G小種。為了更好地對向日葵品種抗列當(dāng)水平進(jìn)行準(zhǔn)確的評價，本研究選擇了已經(jīng)鑒定為E、F和G三個小種類型的向日葵列當(dāng)?shù)臉颖具M(jìn)行了單株純化以及擴(kuò)繁。擴(kuò)繁得到的列當(dāng)?shù)姆N子將用于準(zhǔn)確評價向日葵不同的育種材料和品種對列當(dāng)不同生理小種的抗性水平。

關(guān)鍵詞 ：向日葵列當(dāng); 生理小種鑒定; 單株純化和擴(kuò)繁

中圖分類號：

S 435.655

文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

DOI： 10.16688/j.zwbh.2020077

Identification of physiological races of broomrape from north piedmont of

Yinshan Mountain and seeds purification from single

plant of sunflower broomrape

LIU Zhida， WANG Na， LIU Huiqing， ZHANG Jian， ZHAO Jun*

（College of Horticulture and Plant Protection， Inner Mongolia Agricultural University， Hohhot 010018， China）

Abstract

Orobanche cumana is a kind of parasitic seed plant which has serious impacts on sunflower production. The most effective prevention and control measure is to select and breed sunflower resistant varieties. However， due to the rapid evolution of sunflower population， there is a phenomenon of physiological race differences， so it is very important to determine the level and distribution of physiological races in different regions. In this study， the physiological races of the seeds collected from seven sunflower plots in Wuchuan and Siziwang Banner in the northern foot of Yinshan Mountain were identified by using the identification hosts of the international common physiological races of sunflower. The results showed that the samples collected from six different locations were all identified as race G except that the samples collected from Touhao village in Wuchuan county was race E. In order to better evaluate the resistance level of sunflower varieties， three types of sunflower broomrape race， i.e.， E， F and G， were selected for purification from a single plant. The purified seeds were multiplied for subsequent evaluation of resistance for different physiological varieties and breeding materials.

Key words

Orobanche cumana; identification of physiological races; purification and propagation of single plant

向日葵Helianthus annuus L.是中國第三大油料作物，種植面積達(dá)115萬hm2，總產(chǎn)量299萬t[1]。內(nèi)蒙古和新疆是我國向日葵的主產(chǎn)區(qū)，兩地向日葵的產(chǎn)量占到全國總產(chǎn)量的72.5%以上[2]。向日葵作為內(nèi)蒙古種植面積最大的油料作物，每年種植面積約為60萬hm2，因此，向日葵生產(chǎn)對于內(nèi)蒙古地區(qū)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[3]。

1959年在我國黑龍江省肇州縣首次發(fā)現(xiàn)向日葵列當(dāng)[4]。當(dāng)時向日葵列當(dāng)?shù)陌l(fā)生僅僅局限在小范圍地區(qū)。但是由于近年來無序的引種、植物檢疫工作的滯后、大面積感列當(dāng)品種的種植，導(dǎo)致向日葵列當(dāng)Orobanche cumana Wallr.的發(fā)生面積逐步擴(kuò)大，危害逐漸加重。田間調(diào)查結(jié)果顯示，部分向日葵地塊列當(dāng)?shù)钠骄纳矢哌_(dá)72%以上，嚴(yán)重地塊寄生率高達(dá)100%，寄生強(qiáng)度及寄生程度均達(dá)30.0以上，減產(chǎn)30%～45%，經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重[5]。向日葵列當(dāng)沒有根，葉片退化呈鱗片狀，無葉綠素，能夠在寄主根上形成吸盤，從寄主體內(nèi)獲取其整個生育期所需的水分、無機(jī)鹽、有機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)[6]。向日葵列當(dāng)?shù)姆N子非常輕盈，可以隨風(fēng)擴(kuò)散，極易傳播。列當(dāng)?shù)姆N子落在土壤中越冬，即使沒有寄主也可以存活5～15年[7]。

由于向日葵列當(dāng)在寄主的整個生育期均可建立寄生關(guān)系，因此其防控非常困難。目前主要的防控措施有人工拔除、輪作倒茬等農(nóng)業(yè)措施，利用鐮刀菌Fusarium orobanches進(jìn)行生物防治，或利用除草劑、能刺激列當(dāng)種子萌發(fā)的化感物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)防除等[8]。而這些防治方法都因列當(dāng)獨特的生物學(xué)特性而存在耗時長、防效差等缺點。目前，最為經(jīng)濟(jì)、有效的防治方法是種植抗列當(dāng)品種[5]。不同的向日葵品種對列當(dāng)?shù)目剐圆町愶@著，如有的品種高感，而有些品種卻表現(xiàn)為完全免疫[9]。然而，由于向日葵列當(dāng)存在生理小種的分化，而不同地區(qū)種植的向日葵品種導(dǎo)致各地列當(dāng)生理小種的級別和分布頻率有所不同[10]。列當(dāng)生理小種高頻率的變異往往很容易導(dǎo)致向日葵抗列當(dāng)品種喪失抗性，因此，明確各地區(qū)向日葵列當(dāng)生理小種的類型及其分布對于抗列當(dāng)品種布局具有非常重要的意義。

目前國際上已經(jīng)鑒定出的向日葵列當(dāng)生理小種共有8種，即A， B， C， D， E， F，G和H。向日葵不同品種中含有特定的抗列當(dāng)基因，能夠?qū)ο鄳?yīng)的生理小種和低毒性的小種存在一定的抗性[11]。2009年，Pacureanu等在羅馬尼亞的東南部確定生理小種G的存在[12]，很快在這一地區(qū)又發(fā)現(xiàn)了更高級別的生理小種H。我國目前報道的列當(dāng)生理小種類型包括了從A到G的各種小種類型，其中D小種是我國的優(yōu)勢小種類型[13]。內(nèi)蒙古由于向日葵種植面積最大，列當(dāng)生理小種的種類最為豐富，共包含有A， B， D， E， F，G共計6種小種類型，其中G小種是內(nèi)蒙古地區(qū)的優(yōu)勢小種類型。陰山北麓是內(nèi)蒙古馬鈴薯的主產(chǎn)區(qū)，但是由于農(nóng)民常年選擇向日葵作為馬鈴薯的輪作作物，導(dǎo)致向日葵列當(dāng)在這一地區(qū)發(fā)生日趨嚴(yán)重。而針對這一地區(qū)向日葵列當(dāng)生理小種類型的研究還未見報道。本研究利用國際通用的列當(dāng)生理小種的鑒別寄主，對陰山北麓武川縣和四子王旗地區(qū)向日葵地塊中采集的向日葵列當(dāng)進(jìn)行了生理小種鑒定，并對生理小種E，F(xiàn) 和G進(jìn)行了單株純化和擴(kuò)繁。純化后的不同生理小種列當(dāng)種子將為后續(xù)有針對性地準(zhǔn)確評價向日葵育種材料和品種的抗列當(dāng)水平奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 向日葵列當(dāng)鑒別寄主

本研究選用的國際通用列當(dāng)生理小種鑒別寄主由羅馬尼亞農(nóng)業(yè)科學(xué)院向日葵研究所的Maria Pacureanu研究員提供，鑒別寄主的具體信息如表1所示。

1.1.2 供試向日葵列當(dāng)種子的采集地點

供試的7份向日葵列當(dāng)種子采自陰山北麓內(nèi)蒙古呼和浩特市武川縣和烏蘭察布市的四子王旗，其中2份采自武川縣向日葵地塊，5份采自四子王旗的向日葵地塊，具體的樣本采集地點信息見表2。

1.1.3 用于單株純化列當(dāng)樣本和鑒別寄主

用于單株純化的列當(dāng)樣本共有5份，其中3份為G小種，來自本研究鑒定的列當(dāng)樣本;1份為F小種，來自于本實驗室前期鑒定新疆樣本（采集地點為新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)十師188團(tuán)）[13];1份為E小種，同樣來自于本研究鑒定出的樣本。擴(kuò)繁選用的向日葵材料是相應(yīng)的羅馬尼亞鑒別寄主，具體信息見表3。

1.2 試驗方法

接種營養(yǎng)缽的準(zhǔn)備：將基質(zhì)、蛭石、沙子按2∶1∶1的比例充分混勻配成培養(yǎng)土，然后在高23 cm直徑19 cm的營養(yǎng)缽中裝入1/3的培養(yǎng)土;再裝入1/3接種土（約1 000 g培養(yǎng)土與0.50 g列當(dāng)種子混勻）;最后再裝上1/3的培養(yǎng)土，用水澆透，備用。

接種向日葵的準(zhǔn)備：將列當(dāng)鑒別寄主的種子浸泡2 h后點播在準(zhǔn)備好的營養(yǎng)缽中（3粒/缽），并用保鮮膜覆蓋營養(yǎng)缽上。待向日葵出苗后，去除保鮮膜，定苗，每缽留1株壯苗。將營養(yǎng)缽置于溫度15～28℃，空氣相對濕度40%～60%，L∥D=14 h∥10 h溫室中生長，每隔5 d澆水一次。每個鑒別寄主設(shè)置3次重復(fù)。

列當(dāng)瘤結(jié)寄生數(shù)量的統(tǒng)計：在向日葵播種55 d后將向日葵植株從營養(yǎng)缽中輕輕拔出后洗根，統(tǒng)計每個植株上寄生的瘤結(jié)數(shù)。凡是在鑒別寄主有瘤結(jié)寄生都劃定為感列當(dāng)型（S），沒有瘤結(jié)寄生的劃定為抗列當(dāng)型（R）。按照表1所示的國際通用鑒別寄主的反應(yīng)型鑒定供試列當(dāng)樣本的生理小種類型。

列當(dāng)種子的單株純化與擴(kuò)繁：按照上面描述的方法準(zhǔn)備接種營養(yǎng)缽，只是在接種土中按照上述比例混入已經(jīng)鑒定出生理小種類型的列當(dāng)種子。將挑選好的相應(yīng)鑒別寄主的種子浸泡2 h后點播在營養(yǎng)缽中（3粒/缽）。待向日葵出苗后定苗，每盆保留1株壯苗，每個純化的列當(dāng)生理小種接種5缽。待列當(dāng)出土后，單株套袋，使單株列當(dāng)自交結(jié)種。待種子成熟后單株收獲以獲得單株純化的不同生理小種類型的列當(dāng)種子。

2 結(jié)果與分析

利用羅馬尼亞來源的列當(dāng)小種鑒別寄主對陰山北麓7個不同地點向日葵列當(dāng)寄生瘤結(jié)數(shù)目及生理小種鑒定的結(jié)果如表4所示。除了呼和浩特市武川縣頭號村（THC）的列當(dāng)樣本鑒定為E小種外，其余來自呼和浩特市武川縣大豆鋪村（DDP），烏蘭察布市四子王旗大黑河鄉(xiāng)紅旗灘（HQT）、巨水鎮(zhèn)（JSZ）、東八號鄉(xiāng)小曹碾洼（CNW）、烏拉太（WLT）以及什卜太（SBT）的列當(dāng)樣本均鑒定為G小種。

由于上述鑒定的列當(dāng)種子是從向日葵地塊中混合取樣獲得，不能排除混合列當(dāng)種子中可能會摻雜有不同的生理小種類型。因此，我們利用國際通用的鑒別寄主對上述的鑒定出的E和G小種以及實驗室前期鑒定出的來源于新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)十師188團(tuán)的F小種的混合種子樣本在溫室條件下進(jìn)行了單株純化。對于待純化的E小種，如果能夠在鑒別寄主LC-1002B上寄生，則將單株進(jìn)行套袋純化。同樣，對于F和G小種，如果供試樣本在鑒別寄主‘LC-1003B和‘LC-1093A上分別能夠寄生，則將單株進(jìn)行套袋純化（圖1）。在列當(dāng)接種50 d后，出土的列當(dāng)幼莖用竹簽固定，同時套袋。待接種110 d后移去塑料袋，收集單株成熟的種子。單株套袋后，獲得的不同生理小種類型的單株種子的數(shù)量信息如表5所示。列當(dāng)E小種共獲得了17份，F(xiàn)小種獲得了3份，而G小種共獲得了81份單株純化的列當(dāng)種子。

編號同表3。

Code no. is the same with table 3.

3 討論

內(nèi)蒙古陰山北麓地區(qū)是馬鈴薯的主產(chǎn)區(qū)，而向日葵是這一地區(qū)馬鈴薯的主要輪作對象。在向日葵的種植過程中，列當(dāng)種子隨著向日葵種子的傳帶也進(jìn)入這一地區(qū)，并逐漸成為向日葵生產(chǎn)中的一個主要問題?？沽挟?dāng)品種的合理布局要以明確當(dāng)?shù)亓挟?dāng)生理小種的組成和分布為前提，因此，鑒定這一地區(qū)列當(dāng)生理小種類型對于合理布局不同抗性水平的品種具有十分重要的指導(dǎo)意義。石必顯等人前期研究結(jié)果表明F小種是武川地區(qū)列當(dāng)主要的小種類型[13];而馬德甯等的研究結(jié)果表明，四子王旗地區(qū)的列當(dāng)也是F生理小種[14]。本研究通過對陰山北麓地區(qū)采集的7份列當(dāng)樣本的生理小種進(jìn)行鑒定，發(fā)現(xiàn)其中的6份均被鑒定為G小種，顯示內(nèi)蒙古陰山北麓地區(qū)列當(dāng)生理小種類型已經(jīng)從F型變?yōu)镚型，而種子調(diào)運過程中不同生理小種類型的列當(dāng)種子混在向日葵種子中可能是導(dǎo)致這一地區(qū)列當(dāng)生理小種類型快速變化的主要原因[1516]。

由于向日葵列當(dāng)生理小種類型的不斷變化，導(dǎo)致目前生產(chǎn)中部分抗列當(dāng)品種喪失了應(yīng)有的抗性，從而給列當(dāng)?shù)姆揽貛硪欢ǖ奶魬?zhàn)。因此，明確內(nèi)蒙古不同向日葵主栽區(qū)的列當(dāng)生理小種類型和組成對于指導(dǎo)農(nóng)民合理布局不同抗列當(dāng)水平的向日葵品種具有非常重要的意義。此外，由于列當(dāng)種子隨著種子調(diào)運進(jìn)行擴(kuò)展和蔓延是導(dǎo)致陰山北麓地區(qū)列當(dāng)生理小種的快速變化的主要原因，因此，加強(qiáng)國內(nèi)向日葵種子調(diào)運過程中的植物檢疫，對于延長抗列當(dāng)品種的使用年限具有非常重要的意義。

由于列當(dāng)種子容易隨向日葵種子進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳播，因此，同一地塊中可能存在列當(dāng)?shù)牟煌愋蜕硇》N，因此利用列當(dāng)種子的混合樣本進(jìn)行向日葵品種抗性評價可能會影響鑒定結(jié)果的準(zhǔn)確性。為此，我們對已經(jīng)鑒定出的不同小種類型的同一地塊采集的列當(dāng)混合樣本的種子進(jìn)行了單株純化，并將純化后種子在封閉環(huán)境中進(jìn)行擴(kuò)繁，從而獲得單一小種類型的單株列當(dāng)種子。這些單株純化后的列當(dāng)種子對于針對特定列當(dāng)生理小種進(jìn)行的抗列當(dāng)育種以及單一生理小種和向日葵的互作機(jī)制的研究都具有非常重要的意義。

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（責(zé)任編輯：田 喆）