土壤條件對(duì)向日葵列當(dāng)寄生的影響

石必顯，徐東升，吳元柱，雷中華，賴成霞，趙 君*

(1 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院 經(jīng)濟(jì)作物研究所，烏魯木齊 830091；2 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，呼和浩特 010018；3 新源縣農(nóng)牧機(jī)械化學(xué)校，新疆新源 835800)

向日葵列當(dāng)(OrobanchecumanaWallr.)又稱毒根草、兔子拐棍，一年生寄生性種子植物，不含葉綠素，完全依賴吸收寄主的養(yǎng)分而存活,在世界范圍內(nèi)對(duì)向日葵造成嚴(yán)重危害[1]。向日葵被列當(dāng)寄生以后，生長(zhǎng)緩慢、植株細(xì)弱、花盤變小、秕粒增多，嚴(yán)重的會(huì)出現(xiàn)花盤干枯凋萎，甚至整株死亡[2]。1959年，中國(guó)首次報(bào)道了向日葵列當(dāng)在黑龍江肇州縣的發(fā)生和危害[3]。近年來(lái)，由于種子調(diào)運(yùn)頻繁、檢疫工作滯后以及常年連作等原因，國(guó)內(nèi)許多省區(qū)如內(nèi)蒙古、新疆、吉林等均有列當(dāng)發(fā)生與危害，且呈現(xiàn)愈來(lái)愈重發(fā)展態(tài)勢(shì)[4]。

向日葵列當(dāng)?shù)姆N子主要在土壤中越冬，沒有遇到寄主時(shí)，存活時(shí)間可達(dá)5～15年[5]。列當(dāng)種子的萌發(fā)離不開寄主根系分泌物的刺激，同時(shí)也受到土壤環(huán)境條件的影響[6-7]。據(jù)報(bào)道，向日葵列當(dāng)種子的適宜萌發(fā)溫度為20 ℃，溫度低于10 ℃或高于35 ℃時(shí)都不利于其萌發(fā)[8]。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，向日葵列當(dāng)在沙壤土地中發(fā)生較重，在黏土地中發(fā)生相對(duì)較輕；降雨量較多或土壤長(zhǎng)期處于飽和持水狀態(tài)，向日葵列當(dāng)?shù)陌l(fā)生與危害往往較輕[9]。Dinesha等[10]研究表明列當(dāng)在堿性土壤環(huán)境中容易發(fā)生與生長(zhǎng)，在偏酸的土壤環(huán)境中不容易存活。

選擇抗列當(dāng)?shù)南蛉湛贩N是降低列當(dāng)危害的最經(jīng)濟(jì)有效的途徑。通常采用盆栽法將列當(dāng)種子接種到向日葵根部，根據(jù)根系上觀察到的列當(dāng)寄生情況，對(duì)向日葵進(jìn)行抗列當(dāng)水平評(píng)價(jià)。本試驗(yàn)在室內(nèi)盆栽條件下，通過研究不同土壤類型、培養(yǎng)溫度、土壤濕度和土壤pH值對(duì)向日葵列當(dāng)寄生的影響，旨在探究室內(nèi)盆栽條件下向日葵列當(dāng)寄生的最佳土壤條件，為室內(nèi)快速、準(zhǔn)確地鑒定向日葵抗列當(dāng)水平和篩選抗性資源工作奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試向日葵品種為‘龍食葵2號(hào)’(黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所選育), 該品種在生產(chǎn)中高感向日葵列當(dāng)。供試列當(dāng)種子于2012年8月采自內(nèi)蒙古巴彥淖爾地區(qū)西小召鎮(zhèn)，去雜后保存于專用種子袋中。供試沙壤土采自烏蘭察布市四子王旗，其N、P、K總含量分別為1 386.9 mg/kg、507.2 mg/kg、1 196 mg/kg，有機(jī)質(zhì)含量為2.73%；壤土采自內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)，其N、P、K總含量分別為853.3 mg/kg、595.6 mg/kg、1 654 mg/kg，有機(jī)質(zhì)含量為3.2%;粘土采自巴彥淖爾市五原縣葵博園，其N、P、K總含量分別為1 735.3 mg/kg、487.9 mg/kg、1 216 mg/kg，有機(jī)質(zhì)含量為2.81%。

1.2 植物材料培養(yǎng)

選用高約12 cm、直徑約10 cm、容積約220 mL的塑料杯作為培養(yǎng)杯，在杯底打2個(gè)直徑約3.0 mm的孔，并放入2層濾紙(通過杯底吸收水分)。將向日葵列當(dāng)種子與培養(yǎng)土按照25 mg∶500 g的比例充分混勻制成接種土。裝培養(yǎng)杯時(shí)，先在杯中裝入杯容量1/5培養(yǎng)土，接著裝入2/5接種土，然后再裝入1/5培養(yǎng)土。播種時(shí)，先將‘龍食葵2號(hào)’的種子在24 ℃水中浸泡12 h催芽，然后在每個(gè)培養(yǎng)杯中播2粒種子，出苗后每個(gè)杯中留1株苗。最后將培養(yǎng)杯放在培養(yǎng)箱中，在光照強(qiáng)度8 000 Lx、光照時(shí)長(zhǎng)14 h/d條件下進(jìn)行培養(yǎng)。各處理在種植過程中均不施肥。

1.3 處理設(shè)置

1.3.1土壤類型處理根據(jù)中國(guó)不同向日葵種植地區(qū)的土壤類型，設(shè)置粘土、壤土、沙壤土3種土壤處理，按照上述試驗(yàn)方法播種后，在室溫(25 ℃)條件下進(jìn)行培養(yǎng)，每3 d在托盤中補(bǔ)充自來(lái)水，保證向日葵植株正常生長(zhǎng)的需水量。

1.3.2溫度處理以沙壤土為培養(yǎng)土，依據(jù)向日葵種植地區(qū)生長(zhǎng)季節(jié)的溫度變化，將人工氣候箱的溫度分別設(shè)置15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃和35 ℃等5個(gè)等級(jí)，每3 d在托盤中補(bǔ)充適量水分，保證向日葵植株正常生長(zhǎng)。

1.3.3土壤濕度處理以沙壤土為培養(yǎng)土，參照曾小平等試驗(yàn)方法[11]將土壤含水量分別設(shè)置為土壤田間持水量的50%、60%、70%、80%和90%等5個(gè)等級(jí)，以所取土壤田間持水量為基數(shù)，分別計(jì)算出每個(gè)處理所需加入的水量，采用稱重法進(jìn)行補(bǔ)水。每3 d補(bǔ)1次水。

1.3.4土壤pH處理以沙壤土為培養(yǎng)土，取100 g滅菌后放入三角瓶中，然后加入50 mL蒸餾水，充分震蕩后靜置30 min，取上清液測(cè)得pH值。然后用1 mol/L NaOH和1 mol/L HCl將上清液pH分別調(diào)為4、5、6、7、8 和 9，將調(diào)好的不同pH值的上清液加入到培養(yǎng)杯中。種植過程中，每3 d在托盤中補(bǔ)充適量調(diào)制好的不同pH值的水溶液，保證向日葵植株在均一的pH值條件下生長(zhǎng)。

1.4 列當(dāng)寄生情況統(tǒng)計(jì)

所有試驗(yàn)處理均設(shè)置10個(gè)培養(yǎng)杯，每個(gè)試驗(yàn)重復(fù)3次。培養(yǎng)到第50天時(shí)，觀察記載列當(dāng)?shù)募纳闆r，包括列當(dāng)出土數(shù)和單株寄生列當(dāng)數(shù)。列當(dāng)出土數(shù)是指10個(gè)培養(yǎng)杯中總的列當(dāng)出土數(shù)，反映出列當(dāng)寄生后的生長(zhǎng)速度情況；平均單株寄生列當(dāng)數(shù)指單個(gè)培養(yǎng)杯中列當(dāng)瘤的個(gè)數(shù)，反映出植株上列當(dāng)寄生的數(shù)量多少情況(嚴(yán)重程度)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)處理用Excel 2010和SPSS17.0軟件進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤類型對(duì)向日葵列當(dāng)寄生的影響

不同土壤類型處理下，向日葵列當(dāng)出土個(gè)數(shù)和平均單株列當(dāng)寄生數(shù)量均顯著不同，且均表現(xiàn)為沙壤土>壤土>粘土(圖1)。其中，在培養(yǎng)到第50天時(shí)，沙壤土、壤土、粘土中10個(gè)培養(yǎng)杯中總的列當(dāng)出土數(shù)分別為 32.2、19.5和4.6個(gè)(3個(gè)重復(fù)的平均值，下同)，它們平均單株列當(dāng)寄生數(shù)量分別為38.8、24.0和8.2個(gè)(3個(gè)重復(fù)的平均值，下同)，且土壤類型間均差異顯著(P<0.05)。

2.2 溫度對(duì)向日葵列當(dāng)寄生的影響

如圖2所示，在培養(yǎng)到第50天時(shí)，溫度處理為15 ℃時(shí)沒有觀察到出土的列當(dāng)；隨著處理溫度的上升，列當(dāng)?shù)某鐾翑?shù)量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。其中，當(dāng)溫度處理為30 ℃時(shí)，列當(dāng)出土數(shù)(31.6個(gè))居5個(gè)處理之首；當(dāng)溫度處理為25 ℃時(shí)，列當(dāng)出土數(shù)(30.4個(gè))位居其次，且與前者相比較差異不顯著；在溫度為35 ℃和20 ℃的處理下，列當(dāng)出土個(gè)數(shù)均顯著減少，分別為 24.8和15個(gè)。同時(shí)，隨著處理溫度的升高，5個(gè)處理的單株向日葵列當(dāng)寄生數(shù)量也表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)。單株向日葵列當(dāng)寄生數(shù)量在處理溫度為15 ℃時(shí)最少(8.8個(gè))，顯著低于其他處理；在處理溫度為25 ℃和30 ℃時(shí)較多，分別平均為39.8個(gè)和39.4個(gè)，且兩者差異不顯著，而顯著高于其他處理；在20 ℃和35 ℃處理下居中。

2.3 土壤濕度對(duì)向日葵列當(dāng)寄生的影響

如圖3所示，培養(yǎng)到第50天時(shí)，向日葵列當(dāng)平均出土個(gè)數(shù)隨著處理濕度增加表現(xiàn)出先增加后減少的趨勢(shì)。其中，在土壤濕度為60%和70%時(shí)，列當(dāng)平均出土個(gè)數(shù)分別為32.6個(gè)和30.9個(gè)，顯著高于其余處理；當(dāng)土壤濕度為50%時(shí)，列當(dāng)?shù)某鐾羵€(gè)數(shù)顯著下降(27.3個(gè))；當(dāng)土壤濕度為80%時(shí)，列當(dāng)出土個(gè)數(shù)僅為13.4個(gè)；而當(dāng)土壤濕度為90%時(shí)，沒有列當(dāng)出土。同時(shí)，隨著處理土壤濕度的增加，單株向日葵上列當(dāng)寄生平均數(shù)量同樣呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。在土壤濕度為60%～70%之間時(shí)，單株向日葵上的列當(dāng)寄生平均數(shù)量都較多(介于39～41個(gè)之間)，二者差異不顯著但顯著高于其余處理；當(dāng)土壤濕度處理為90%時(shí)，單株向日葵上的列寄生當(dāng)數(shù)量最少，平均為14.8個(gè)。可見，高濕條件不利于向日葵列當(dāng)?shù)募纳?/p>

不同小寫字母表示不同處理間在0.05水平存在顯著性差異(P<0.05)；下同圖1 不同土壤類型下對(duì)向日葵列當(dāng)寄生的變化The different normal letters indicate significant difference between treatments at 0.05 level; The same as belowFig.1 The parasitism of sunflower broomrape under different soil types

圖2 不同溫度條件下向日葵列當(dāng)寄生的變化Fig.2 The parasitism of sunflower broomrape under different temperature conditions

2.4 土壤pH值對(duì)向日葵列當(dāng)寄生的影響

圖4顯示，于培養(yǎng)到第50天時(shí)，當(dāng)pH為4時(shí)沒有發(fā)現(xiàn)列當(dāng)出土；當(dāng)pH為5～9的范圍內(nèi)，列當(dāng)出土個(gè)數(shù)隨著pH值的升高呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，并以pH=8時(shí)的列當(dāng)出土個(gè)數(shù)最多(47.5個(gè))。同時(shí)，在酸性較強(qiáng)條件下(pH=4)，單株向日葵上的列當(dāng)寄生數(shù)量在6個(gè)處理中最少，單株平均僅有9.2個(gè)；隨著pH值的升高，平均單株列當(dāng)寄生數(shù)量也呈現(xiàn)了先升高后降低的趨勢(shì)，并以pH=8時(shí)最多(51.1個(gè))；當(dāng)土壤pH=9時(shí)，單株向日葵上的列當(dāng)寄生數(shù)量又出現(xiàn)了降低?？梢?，在偏堿性的土壤條件下有利于列當(dāng)對(duì)向日葵的寄生。

3 討 論

適宜的溫度條件是向日葵生長(zhǎng)的重要基礎(chǔ)。已有的研究表明，不同溫度會(huì)對(duì)向日葵列當(dāng)種子的萌發(fā)與寄生造成一定的影響。有學(xué)者認(rèn)為，列當(dāng)萌發(fā)的適宜溫度為20 ℃，溫度低于10 ℃或高于35 ℃時(shí)都不適宜于列當(dāng)種子的萌發(fā)[8]。宋文堅(jiān)等[9]對(duì)不同列當(dāng)種類進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)列當(dāng)屬植物種子的適宜萌發(fā)溫度為15～25 ℃，且不同種類列當(dāng)種子的適宜萌發(fā)溫度也有所不同。本研究中，當(dāng)溫度為25 ℃和30 ℃時(shí)，向日葵列當(dāng)?shù)某鐾翑?shù)量和單株向日葵上的列當(dāng)寄生數(shù)較多，這與宋文堅(jiān)等的研究結(jié)果較為相似，說(shuō)明適合向日葵列當(dāng)?shù)拿劝l(fā)和生長(zhǎng)的溫度范圍在25～30 ℃。陳燕芳等[12]認(rèn)為可以采取調(diào)整向日葵播期的方法(比如適期早播)來(lái)降低列當(dāng)危害，其原理就是利用早播條件下苗期地溫較低，致使列當(dāng)種子萌發(fā)數(shù)量減少，從而降低了列當(dāng)在苗期對(duì)向日葵的危害。

種子在不良環(huán)境條件下可產(chǎn)生二次休眠，這是其適應(yīng)外界環(huán)境的一種本能反應(yīng)，也是物種進(jìn)行延續(xù)的一種保障機(jī)制[13]。當(dāng)外界條件不適宜時(shí)，向日葵列當(dāng)種子也會(huì)產(chǎn)生二次休眠，在土壤濕度過大時(shí)，多數(shù)向日葵列當(dāng)種子處于休眠狀態(tài)[14]。土壤濕度太大時(shí)，如長(zhǎng)期處于飽和持水狀態(tài)的地塊或降雨量較多的年份，向日葵列當(dāng)?shù)陌l(fā)生與危害往往較輕[15]。本研究中，隨著土壤濕度的升高，列當(dāng)?shù)某鐾羵€(gè)數(shù)和單株向日葵上列當(dāng)寄生數(shù)量均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)；當(dāng)土壤濕度為60%和70%時(shí)列當(dāng)出土個(gè)數(shù)和單株列當(dāng)寄生數(shù)量較高；當(dāng)土壤濕度過高時(shí)，列當(dāng)?shù)募纳c生長(zhǎng)明顯受到抑制，這可能是因?yàn)闈穸扔绊懙搅讼蛉湛挟?dāng)種子的休眠特性，進(jìn)而影響到其萌發(fā)與寄生。

不同土壤的pH值會(huì)對(duì)列當(dāng)?shù)拿劝l(fā)與生長(zhǎng)產(chǎn)生影響，Dinesha等[10]研究表明列當(dāng)在堿性土壤環(huán)境中(pH>7.0)容易寄生與生長(zhǎng)，在土壤偏酸的環(huán)境中(pH<7.0)則列當(dāng)不容易存活。劉穎等[16]研究表明，當(dāng)土壤pH<7.0時(shí)，向日葵列當(dāng)種子的萌發(fā)會(huì)受到抑制，土壤pH>7.0時(shí)，向日葵列當(dāng)種子容易在寄主根系分泌物的誘導(dǎo)下萌發(fā)。本試驗(yàn)中，在pH為4～8范圍內(nèi)，隨著處理pH值的升高，單株向日葵上列當(dāng)寄生數(shù)量呈現(xiàn)逐漸增多的趨勢(shì)，其中在酸性較強(qiáng)條件下(pH=4時(shí))，向日葵上的列當(dāng)寄生數(shù)量最少。本試驗(yàn)結(jié)果與前人的研究相似，表明酸性環(huán)境下不適宜向日葵列當(dāng)?shù)拿劝l(fā)和生長(zhǎng)，偏堿性的環(huán)境有利于向日葵列當(dāng)?shù)募纳?/p>

向日葵根系分泌物中含有去氫木香內(nèi)酯等外源信號(hào)物質(zhì)，這些物質(zhì)能夠破除列當(dāng)種子的休眠狀態(tài)，刺激其萌發(fā)[17]。土壤的通透性條件會(huì)對(duì)植物根系的發(fā)育產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響到根系分泌物的產(chǎn)生[18]。已有的研究表明，向日葵列當(dāng)在通透性好的地塊，如沙壤土地中的發(fā)生程度往往較重，在黏土地塊中的發(fā)生程度較輕，這可能是沙性土壤的通透性較好而導(dǎo)致的[19]。本試驗(yàn)通過采用不同類型的土壤作為培養(yǎng)基質(zhì)，發(fā)現(xiàn)用粘土作為培養(yǎng)基質(zhì)時(shí)，植株根系上的寄生列當(dāng)數(shù)量偏少，且出現(xiàn)有爛根現(xiàn)象；用沙壤土作為培養(yǎng)基質(zhì)時(shí)，列當(dāng)出土個(gè)數(shù)和單株上列當(dāng)寄生數(shù)量明顯增加。不同類型土壤作為培養(yǎng)基質(zhì)時(shí)，基質(zhì)的通透性有較大差異，可以初步判斷該試驗(yàn)結(jié)果可能與土壤的通透性有較大關(guān)系，但不同基質(zhì)間的肥力情況也有所不同，所以，土壤肥力也可能會(huì)影響到試驗(yàn)結(jié)果。

向日葵列當(dāng)種子主要在土壤中進(jìn)行存活和侵染，只有環(huán)境條件適宜時(shí)，列當(dāng)種子才能夠萌發(fā)并與向日葵根系建立寄生關(guān)系。本研究是在室內(nèi)條件下，通過培養(yǎng)杯內(nèi)接種列當(dāng)?shù)姆椒?，初步摸索了不同土壤類型、不同培養(yǎng)溫度、土壤濕度及土壤pH值等對(duì)向日葵列當(dāng)?shù)募纳c生長(zhǎng)的影響，試驗(yàn)結(jié)果主要局限于室內(nèi)培養(yǎng)研究。但生產(chǎn)中的田間土壤環(huán)境條件比較復(fù)雜，所以，今后應(yīng)設(shè)置更多的處理比如土壤肥力試驗(yàn)，研究其他土壤條件對(duì)向日葵列當(dāng)寄生的影響，進(jìn)一步完善試驗(yàn)結(jié)果。

綜上所述，本研究在室內(nèi)人工控制環(huán)境的條件下，在培養(yǎng)杯內(nèi)接種列當(dāng)?shù)脑囼?yàn)結(jié)果表明：沙壤土作為培養(yǎng)基質(zhì)時(shí)有利于向日葵列當(dāng)?shù)募纳c生長(zhǎng)，向日葵列當(dāng)萌發(fā)與寄生的適宜培養(yǎng)溫度為25～30 ℃，適宜土壤濕度為60%～70%，適宜土壤pH值在8左右。研究結(jié)果初步探明了室內(nèi)快速培養(yǎng)列當(dāng)?shù)脑囼?yàn)條件，為后續(xù)向日葵列當(dāng)生理小種鑒定、向日葵抗列當(dāng)室內(nèi)篩選以及研究列當(dāng)與植株間互作機(jī)制等工作奠定了基礎(chǔ)。