陰山北麓地區(qū)向日葵列當生理小種的鑒定及種子的單株純化

劉志達 王娜 柳慧卿 張鍵 趙君

摘要 ：向日葵列當是一種全寄生的種子植物，對向日葵生產造成嚴重的影響，而選育抗列當品種是目前防控向日葵列當最為有效的防控措施。由于向日葵列當種群存在生理小種分化現象，因此明確不同地區(qū)的向日葵列當生理小種的類型以及分布對于抗列當品種的布局非常重要。本研究利用國際通用的向日葵列當生理小種鑒別寄主，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種子的生理小種進行了鑒定，結果表明除了呼和浩特市武川縣頭號村采集的向日葵列當樣本為E小種外，其他6個不同地點采集到的向日葵列當樣本均鑒定為G小種。為了更好地對向日葵品種抗列當水平進行準確的評價，本研究選擇了已經鑒定為E、F和G三個小種類型的向日葵列當的樣本進行了單株純化以及擴繁。擴繁得到的列當的種子將用于準確評價向日葵不同的育種材料和品種對列當不同生理小種的抗性水平。

關鍵詞 ：向日葵列當; 生理小種鑒定; 單株純化和擴繁

中圖分類號：

S 435.655

文獻標識碼： 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115萬hm2，總產量299萬t[1]。內蒙古和新疆是我國向日葵的主產區(qū)，兩地向日葵的產量占到全國總產量的72.5%以上[2]。向日葵作為內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，向日葵生產對于內蒙古地區(qū)經濟可持續(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)現向日葵列當[4]。當時向日葵列當的發(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、大面積感列當品種的種植，導致向日葵列當Orobanche cumana Wallr.的發(fā)生面積逐步擴大，危害逐漸加重。田間調查結果顯示，部分向日葵地塊列當的平均寄生率高達72%以上，嚴重地塊寄生率高達100%，寄生強度及寄生程度均達30.0以上，減產30%～45%，經濟損失嚴重[5]。向日葵列當沒有根，葉片退化呈鱗片狀，無葉綠素，能夠在寄主根上形成吸盤，從寄主體內獲取其整個生育期所需的水分、無機鹽、有機營養(yǎng)物質[6]。向日葵列當的種子非常輕盈，可以隨風擴散，極易傳播。列當的種子落在土壤中越冬，即使沒有寄主也可以存活5～15年[7]。

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

目前國際上已經鑒定出的向日葵列當生理小種共有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基因，能夠對相應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)現了更高級別的生理小種H。我國目前報道的列當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]。內蒙古由于向日葵種植面積最大，列當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小種是內蒙古地區(qū)的優(yōu)勢小種類型。陰山北麓是內蒙古馬鈴薯的主產區(qū)，但是由于農民常年選擇向日葵作為馬鈴薯的輪作作物，導致向日葵列當在這一地區(qū)發(fā)生日趨嚴重。而針對這一地區(qū)向日葵列當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進行了生理小種鑒定，并對生理小種E，F 和G進行了單株純化和擴繁。純化后的不同生理小種列當種子將為后續(xù)有針對性地準確評價向日葵育種材料和品種的抗列當水平奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 向日葵列當鑒別寄主

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

1.1.2 供試向日葵列當種子的采集地點

供試的7份向日葵列當種子采自陰山北麓內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 用于單株純化列當樣本和鑒別寄主

用于單株純化的列當樣本共有5份，其中3份為G小種，來自本研究鑒定的列當樣本;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建設兵團農十師188團）[13];1份為E小種，同樣來自于本研究鑒定出的樣本。擴繁選用的向日葵材料是相應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)缽的準備：將基質、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。

接種向日葵的準備：將列當鑒別寄主的種子浸泡2 h后點播在準備好的營養(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。每個鑒別寄主設置3次重復。

列當瘤結寄生數量的統(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數。凡是在鑒別寄主有瘤結寄生都劃定為感列當型（S），沒有瘤結寄生的劃定為抗列當型（R）。按照表1所示的國際通用鑒別寄主的反應型鑒定供試列當樣本的生理小種類型。

列當種子的單株純化與擴繁：按照上面描述的方法準備接種營養(yǎng)缽，只是在接種土中按照上述比例混入已經鑒定出生理小種類型的列當種子。將挑選好的相應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，每個純化的列當生理小種接種5缽。待列當出土后，單株套袋，使單株列當自交結種。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種子。

2 結果與分析

利用羅馬尼亞來源的列當小種鑒別寄主對陰山北麓7個不同地點向日葵列當寄生瘤結數目及生理小種鑒定的結果如表4所示。除了呼和浩特市武川縣頭號村（THC）的列當樣本鑒定為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）的列當樣本均鑒定為G小種。

由于上述鑒定的列當種子是從向日葵地塊中混合取樣獲得，不能排除混合列當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建設兵團農十師188團的F小種的混合種子樣本在溫室條件下進行了單株純化。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，則將單株進行套袋純化（圖1）。在列當接種50 d后，出土的列當幼莖用竹簽固定，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量信息如表5所示。列當E小種共獲得了17份，F小種獲得了3份，而G小種共獲得了81份單株純化的列當種子。

編號同表3。

Code no. is the same with table 3.

3 討論

內蒙古陰山北麓地區(qū)是馬鈴薯的主產區(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，列當種子隨著向日葵種子的傳帶也進入這一地區(qū)，并逐漸成為向日葵生產中的一個主要問題?？沽挟斊贩N的合理布局要以明確當地列當生理小種的組成和分布為前提，因此，鑒定這一地區(qū)列當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意義。石必顯等人前期研究結果表明F小種是武川地區(qū)列當主要的小種類型[13];而馬德甯等的研究結果表明，四子王旗地區(qū)的列當也是F生理小種[14]。本研究通過對陰山北麓地區(qū)采集的7份列當樣本的生理小種進行鑒定，發(fā)現其中的6份均被鑒定為G小種，顯示內蒙古陰山北麓地區(qū)列當生理小種類型已經從F型變?yōu)镚型，而種子調運過程中不同生理小種類型的列當種子混在向日葵種子中可能是導致這一地區(qū)列當生理小種類型快速變化的主要原因[1516]。

由于向日葵列當生理小種類型的不斷變化，導致目前生產中部分抗列當品種喪失了應有的抗性，從而給列當的防控帶來一定的挑戰(zhàn)。因此，明確內蒙古不同向日葵主栽區(qū)的列當生理小種類型和組成對于指導農民合理布局不同抗列當水平的向日葵品種具有非常重要的意義。此外，由于列當種子隨著種子調運進行擴展和蔓延是導致陰山北麓地區(qū)列當生理小種的快速變化的主要原因，因此，加強國內向日葵種子調運過程中的植物檢疫，對于延長抗列當品種的使用年限具有非常重要的意義。

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

參考文獻

[1] 中華人民共和國國家統(tǒng)計局. 主要農作物播種面積和產量[EB/OL]. [20190321]. http：∥data. Stats. Gov. cn/easyquery. htm？ cn=C01.

[2] 傅漫琪， 劉斌， 王婧， 等. 1985—2015年中國向日葵生產時空動態(tài)變化[J]. 河南農業(yè)大學學報， 2019， 53（4）： 630637.

[3] 賈利欣， 融曉萍. 內蒙古向日葵生產現狀及發(fā)展方向[J]. 內蒙古農業(yè)科技， 2004（S1）： 5961.

[4] 關洪江. 黑龍江省向日葵列當發(fā)生與危害初報[J]. 作物雜志， 2007（4）： 8687.

[5] 白全江， 云曉鵬， 高占明， 等. 內蒙古向日葵列當發(fā)生危害及其防治技術措施[J]. 內蒙古農業(yè)科技， 2013（1）： 7576.

[6] 白素娥. 向日葵列當的識別與防除[J]. 中國農學通報， 1994（6）： 3436.

[7] SLAVOV S， VAN ONCKELEN H， BATCHVAROVA R， et al. IAA production during germination of Orobanche spp. seeds [J]. Journal of Plant Physiology， 2003， 161（7）：847853.

[8] 王靖， 崔超， 李亞珍， 等. 全寄生雜草向日葵列當研究現狀與展望[J]. 江蘇農業(yè)科學， 2015， 43（5）： 144147.

[9] 趙剛， 段維， 侯東生， 等. 向日葵列當的生物學特性及防治技術研究[J]. 安徽農業(yè)科學， 2015， 43（12）： 123124.

[10]REST J A， PUSTOVOIT V S. Handbook of selection and seed growing of oil plants [J]. Kew Bulletin， 1975， 30（1）： 210.

[11]宋文堅， 曹棟棟， 金宗來. 我國主要根寄生雜草列當的寄主、危害及防治對策[J]. 植物檢疫， 2005， 19（4）： 230232.

[12]PCUREANU J M， RARANCIUC S， SAVA E. Virulence and aggressiveness of sunflower broomrape （Orobanche cumana Wallr.） populations in Romania [J]. Helia， 2009， 32（51）：111117.

[13]石必顯， 雷中華， 向理軍， 等. 中國4省區(qū)向日葵列當生理小種鑒定[J]. 中國油料作物學報， 2016， 38（1）： 116119.

[14]馬德甯， 萬縣貞. 2014年中國北方向日葵列當生理小種分布研究報告[J]. 寧夏農林科技， 2015， 56（7）： 4547.

[15]王靈枝， 段海燕， 卜玉， 等. 調整產業(yè)結構， 擴大陰山北麓地區(qū)油用向日葵種植面積[J]. 內蒙古農業(yè)科技， 2010（1）： 98.

[16]喬永成， 閆銳， 任玉彪. 陰山北麓向日葵200～250千克/畝模式化栽培技術試驗[J]. 現代農業(yè)， 2017（3）： 36.

（責任編輯：田 喆）