向日葵列当（Orobanche cumana Wallr.）是列当科列当属的一年生全寄生草本植物，通体黄白色，无叶绿素，叶片退化，通过吸器寄生于向日葵根部，完全依靠吸收寄主体内的养分和水分生活，向日葵一旦被寄生会造成植株矮小、茎秆瘦弱、花盘瘦小、籽粒干瘪、产量和品质下降，寄生严重时甚至会造成向日葵绝产[7]。由于向日葵列当种子寿命长且极易传播，已经成为影响向日葵产量和质量的主要因素。
逆境条件下，植物体产生大量活性氧（ROS），导致植物细胞遭受氧化胁迫。在长期适应胁迫的过程中，植物体形成了由超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶（POD）等组成的抗氧化酶系统，以清除或缓解因逆境产生的ROS对植物细胞的伤害。本研究采用盆栽试验，以不同列当抗性的向日葵幼苗为试验材料，研究列当寄生条件下向日葵体内ROS和丙二醛（MDA）含量以及抗氧化酶活性变化，探明不同列当抗性的向日葵品种应对列当侵染时的响应差异，为抗列当向日葵品种选育奠定理论基础。
1 材料与方法
1.1 试验材料
选择向日葵品种3638C（乌拉特前旗新世种业有限责任公司）、SH363-M（三瑞农业科技股份有限公司）和TP-3313（北京绿冠草业股份有限公司）作为试验材料，其中3638C为感列当品种，SH363- M为耐列当品种，TP-3313为抗列当品种，上述种子均采购于巴彦淖尔市临河区农资市场；向日葵列当种子于2023年采集于临河黄河大桥河头地。
1.2 试验方法
1.2.1 向日葵与列当共培养
用直径24 cm、高26 cm的塑料加仑花盆，依次加入约10 cm高的田园土、10 cm高的接种土（列当种子:田园土=200 mg:500 g），再覆盖田园土，浇透水备用。每盆播种3粒向日葵种子，每个品种播种10盆，重复3次。以不接种列当的向日葵为对照。
1.2.2 测定指标与方法
1.3 数据处理
用Excel 2007进行数据处理和图表绘制，用SPSS 17.0进行方差分析。
2 结果与分析
2.1 不同列当抗性向日葵品种的列当寄生率
由图1可知，抗列当向日葵品种TP-3313始终无列当寄生，表现出对列当免疫的特性；感列当向日葵品种3638C在共培养30 d时无列当寄生，但随着共培养时间的延长，列当寄生率显著增加，且共培养90 d时，列当寄生率达99.51%，显著高于其他2个向日葵品种；耐列当向日葵品种SH363-M的列当寄生率也随共培养时间的延长而显著增加，但其列当寄生率在共培养60和90 d时较3638C分别低48.58%和58.71%，表现出一定的抗列当特性。结果中列当出土时间和不同共培养时间的寄生率均与各向日葵品种对列当寄生的敏感程度一致。
图1
图1
不同向日葵品种的列当寄生率
不同小写字母表示处理在P < 0.05水平差异显著，下同。
Fig.1
Broomrape parasitism rates of different sunflower varities
The different lowercase letters indicate the significant difference at P < 0.05 level, the same below.
2.2 列当寄生对向日葵H2O2和MDA含量的影响
2.2.1 对H2O2含量的影响
由图2可知，向日葵与列当共培养后，叶片内H2O2含量均显著增加，并随共培养时间的延长呈现先增加后降低的趋势，其中感列当向日葵品种3638C与列当共培养后，在30和60 d时叶片中H2O2含量分别比对照增加了9.47%、83.64%，在共培养60 d时，H2O2含量达到峰值；耐列当向日葵品种SH363-M和抗列当向日葵品种TP-3313的H2O2含量均在共培养第30天时达到最大，分别增加为对照的1.45倍和1.29倍，随后H2O2含量降低，且显著低于3638C。说明共培养30 d时，虽未见列当出土，但列当已侵染向日葵根部；耐列当和抗列当向日葵品种对列当寄生的响应时间早于感列当品种，并可能通过迅速合成大量H2O2以诱导耐列当和抗列当向日葵品种产生超敏反应（HR），继而提高二者抗列当侵染的能力。
图2
图2
列当寄生对向日葵H2O2含量的影响
Fig.2
Effects of broomrape parasitism on H2O2 contents in sunflower
2.2.2 对MDA含量的影响
如图3所示，随着共培养时间的延长，3个向日葵品种的MDA含量整体呈先增加后降低的趋势。其中3638C在共培养30 d时，MDA含量与CK无显著差异，但共培养60 d时，MDA含量急剧增加，较CK增加了83.64%，随后降低，这与H2O2含量的变化趋势一致，可能是由于共培养30 d时列当几乎无寄生，随着共培养时间延长，列当寄生率显著增加，促使细胞中产生大量的H2O2，急剧增加的H2O2攻击生物膜，诱发了膜脂过氧化作用，从而导致MDA大量产生。SH363-M和TP-3313的MDA含量均在共培养30 d时达到最大，分别较CK增加了45.23%和19.96%，共培养60 d时含量显著下降，但与共培养90 d时无显著差异。由此可见，感列当向日葵品种3638C的MDA含量相对增加值显著高于耐列当向日葵品种SH363-M和抗列当向日葵品种TP-3313，膜脂过氧化程度最大，膜损伤程度也最大，这可能是其列当抗性差，受列当寄生危害严重的原因之一。
图3
图3
列当寄生对向日葵MDA含量的影响
Fig.3
Effects of broomrape parasitism on MDA contents in sunflower
2.3 列当寄生对向日葵抗氧化酶活性的影响
2.3.1 对CAT活性的影响
如图4所示，3638C与列当共培养30 d时CAT活性与CK无显著差异，共培养60 d时，CAT活性急剧增至CK的1.42倍，增至30 d时的1.37倍，90 d时CAT活性降至与CK和30 d时无显著差异；SH363-M的CAT活性变化幅度最小，无列当共培养、与列当共培养30和90 d时，CAT活性几乎持平，只是在共培养60 d时，CAT活性较CK提高了21.90%，但显著低于其他2个品种的增加幅度；TP-3313的CAT活性在共培养30 d时就有显著增加，在60 d时达到最大，较CK增加了89.78%，之后显著下降。
图4
图4
列当寄生对向日葵CAT活性的影响
Fig.4
Effects of broomrape parasitism on CAT activity in sunflower
2.3.2 对POD活性的影响
由图5可知，3个向日葵品种POD的活性在共培养60 d时达到最大，均显著高于其他处理，其中变化幅度最大的为TP-3313，分别增至CK、30和90 d的3.40倍、3.26倍和2.22倍；变化幅度最小的为3638C，60 d时POD活性增至CK和30 d的1.29倍和1.07倍，90 d时恢复到初始水平；SH363-M的POD活性在共培养30 d时与CK无显著变化，在60 d时达到最大，90 d时显著降低至CK的89.16%。
图5
图5
列当寄生对向日葵POD活性的影响
Fig.5
Effects of broomrape parasitism on POD activity in sunflower
2.3.3 对SOD活性的影响
如图6所示，在共培养30 d时，3个向日葵品种的SOD活性与CK相比均无显著差异，60 d时SOD活性均有爆发性增加，较CK分别增加了173.03%、162.24%和267.06%，90 d时有不同程度下降，其中3638C仍较CK增加了192.01%，SH363-M的下降幅度较小，TP-3313的下降幅度最大，仅比CK增加了27.69%。
图6
图6
列当寄生对向日葵SOD活性的影响
Fig.6
Effects of broomrape parasitism on SOD activity in sunflower
3 讨论
H2O2是植物体正常代谢的副产物之一，在植物正常生理范围内参与细胞信号转导、蛋白质可逆氧化和防御响应等多个生理过程。但当植物遭受病原菌侵染时，H2O2的产生和清除失衡，导致其在细胞内大量积累，使细胞内部处于过氧化环境，严重影响植物正常的生理代谢[12-13]。研究[14⇓⇓-17]表明，盐胁迫、水分胁迫、UV-B辐射、病原微生物侵染等多种逆境均能显著提高H2O2含量，其中植物遭受病原菌侵染时，H2O2含量的提高可以诱导寄主植物产生过敏反应，从而提高寄主植物的抗病能力[18]。本研究结果显示，随着共培养时间延长，列当寄生率增加，向日葵内H2O2含量呈先增加后降低趋势，且感列当向日葵品种增加幅度显著高于耐列当和抗列当品种，且在共培养90 d时H2O2含量仍然维持较高水平，说明感列当向日葵品种受列当寄生胁迫严重，H2O2清除能力较其他2个品种弱。本试验中列当侵染后，H2O2含量大幅增加与前人[12-13,18]研究结果一致。
植物遭受逆境后，大量ROS在细胞内积累，其主要成分包括O2-. 、H2O2、·OH等[25]。过量的ROS若不能及时清除，会促使生物分子氧化，破坏细胞结构，导致植物死亡[26]。抗氧化酶是植物响应逆境胁迫的重要监测指标，其可清除逆境条件下产生的过量ROS，维持ROS产生和清除的动态平衡，以增强植物抗逆性[27]。SOD、CAT、POD等抗氧化酶活性与植物的抗逆性正相关。本试验结果表明，随着共培养时间的延长，SOD、CAT、POD活性均表现为先升高后降低的趋势，这与张默靖等[28]研究结果一致。这是由于向日葵与列当共培养初期，列当寄生数量有限，向日葵可通过大幅提高抗氧化酶活性的方式清除体内产生的过多的ROS，维持了植物体内ROS的平衡，但随着列当寄生强度的增加，ROS不能被及时清除，过多的ROS通过影响蛋白质二硫键的形成来影响蛋白质结构，进而影响酶活性，使酶活性降低[29]。综合比较SOD、CAT和POD活性的提高幅度发现，抗列当品种TP-3313酶活性提高幅度最大，而感列当向日葵品种3638C酶活性提高幅度最低，说明向日葵与列当互作过程中，不同列当抗性的向日葵品种均会通过提高抗氧化酶活性的方式，清除体内过多的ROS，但抗列当品种对列当侵染迅速响应，酶活性提高速度和提高幅度大，使机体免受ROS的伤害，从而表现出抗列当的特性；而感列当品种酶活性低，对ROS清除能力有限，导致体内ROS大量积累，表现出对列当侵染比较敏感的特性，这与列当寄生后不同向日葵品种体内H2O2和MDA含量的变化趋势一致。但向日葵应对列当侵染的生理机制比较复杂，与向日葵的基因表达和代谢通路关系密切，因此，完全探明向日葵抗列当机理需要在基因表达和代谢通路等方面进行深入研究。
4 结论
综上所述，抗列当向日葵品种在遭受列当侵染后，可在短时间内大幅提高抗氧化酶活性，及时清除体内因列当侵染而大量产生的ROS，维持体内ROS的动态平衡，进而表现出抗列当特性。而感列当向日葵品种在列当侵染后，抗氧化酶活性相对较低，清除ROS能力有限，使体内积累大量的H2O2和MDA，细胞膜受到损伤，进而表现感列当特性。不同列当抗性向日葵品种应对列当侵染时，在列当的寄生率、体内H2O2和MDA含量，以及SOD、CAT、POD活性等方面均表现出一定差异性。其中感列当品种随列当寄生H2O2和MDA大量积累，而抗氧化酶活性提高程度远不及耐列当和抗列当品种，导致ROS胁迫。而耐列当和抗列当品种则在列当寄生后迅速、大幅提高抗氧化酶活性，从而使二者对列当寄生表现出一定的抗性。
参考文献
Hydrogen peroxide: its role in plant biology and crosstalk with signalling networks
Herbivore stress by Lygus lucorum inducing protective activity and MDA content on different cotton varieties
低温胁迫抑制桐花树幼苗光合作用的生理机制
Reactive oxygen species in plant signaling
Peroxisomes as cellular adaptors to metabolic and environmental stress
Reactive oxygen species generation-scavenging and signaling during plant-arbuscular mycorrhizal and Piriformospora indica interaction under stress condition
Signaling functions of reactive oxygen species
