Πληθυσμοί του ολοπαρασίτου Orobanche spp: παραλλακτικότητα, ταυτοποίηση και εξάπλωση στον ελλαδικό χώρο

Abstract

Orobanche spp. parasitize a considerable number of economically important crops such as tobacco, tomato, sunflower, legumes etc. in Greece. All Orobanche spp. are characterized as holoparasites, since they totally depend on their plant hosts for their survival and development. 65 broomrape populations were collected throughout Greece parasitizing tobacco, tomato, faba bean, carrot and pea crops, with the aim to study the extent of morphological, genetic, physiological variability. Spatial heterogeneity was also studied for the sampling regions. 17 morphological characteristics were studied for the identification of collected broomrape samples, according to Flora Europaea and Flora d‘ Italia taxonomic keys. The identified species were: O. aegyptiaca, O. ramosa and O. crenata. However, some broomrape samples were characterized as intermediate forms of O. aegyptiaca and O. ramosa and named as O. ? populations. Analysis of variance for morphological characteristics showed that Orobanche spp. differentiated even among and within surveyed areas. In all multivariate analyses conducted, broomrape populations were clearly distinct on the basis of flower morphological characteristics, while O. ? populations were grouped between O. aegyptiaca and O. ramosa samples. RAPD molecular markers were used for the study of genetic variability of Orobanche samples. Molecular analyses showed that O. aegyptiaca populations were characterized by higher differentiation compared to O. ramosa ones. In addition, high within population variability was observed for O. crenata samples. It seems for O. ? populations that they are interspecific hybrids between O. aegyptiaca και O. ramosa species and they are possibly products of continuous back-crosses. Host-plant seems to influence more the genetic variability for O. crenata, whereas geographical distance seems to have more impact on the other species. Physiological variability for Orobanche populations was investigated with germination and parasitism studies. Algit Super, an aqueous solution of the algae Ascophyllum nodosum, and GR24, a stimulant-control, were evaluated for their efficacy to induce O. aegyptiaca, O. ramosa and O. crenata seeds’ germination at 18, 20 και 23°C. In most cases, Orobanche seeds responded in a greater extent to GR24 compared to Algit Super*. However, O. aegyptiaca and O. ramosa seeds responded much better to Algit Super* compared to O. crenata which germination was very low. On the contrary, the radicle of all broomrape species was longer after Algit Super* application compared to GR24. In addition, high variability was observed between and within Orobanche species. Moreover, Orobanche populations were studied for their efficacy to germinate and parasitize host-plant seedlings in vivo with plastic bag assays. Tomato and tobacco were the host-plants used for O. aegyptiaca and O. ramosa and faba bean was used for O. crenata. O. ramosa seeds germinated more compared to O. aegyptiaca seeds. The number of tubercles developed on the root system of tobacco and tomato was approximately the same for O. aegyptiaca, but O. ramosa formed more tubercles on tomato roots. O. crenata seeds did not develop any tubercle on faba bean roots. High interspecific variability' was observed among all Orobanche populations. The distribution and the infestation level of all Orobanche species for all infested crops in all surveyed regions were also studied. Geographical Position System and Geographical Information System were utilized in order to map these two parameters. Mapping gave a clear image of the variation in the infestation level among species and sampling areas. Furthermore, several soil and bioclimatic parameters of spatial heterogeneity' were taken into account for the regions under study: soil structure, pH, organic matter, annual humidity index and degree-days for the whole biological cycle of cultivated crops. Statistical analyses, which were conducted to trace any correlation between the aforementioned parameters and the level of infestation provoked by O. aegyptiaca και O. ramosa, showed that it was negatively correlated with pH, annual humidity index and positively with organic matter. As far as O. crenata is concerned, no correlation was observed.

Τα είδη του γένους Orobanche spp. προσβάλλουν έναν σημαντικό αριθμό καλλιεργειών οικονομικής σημασίας στη χώρα μας, όπως είναι ο καπνός, η τομάτα, ο ηλίανθος, ψυχανθή κτλ. Όλα τα είδη του γένους χαρακτηρίζονται από ολοπαρασιτική συμπεριφορά, δηλαδή η επιβίωση και ανάπτυξή τους εξαρτώνται εξολοκλήρου από το φυτό-ξενιστή τον οποίο προσβάλλουν. Συνολικά συλλέχθηκαν 65 πληθυσμοί οροβάγχης σε καλλιέργειες καπνού, τομάτας, κουκιών, καρότου και μπιζελιού από διάφορες περιοχές της Ελλάδας, προκειμένου να μελετηθούν ως προς το μέγεθος της παραλλακτικότητας σε επίπεδο μορφολογίας, γενετικής σύστασης και φυσιολογίας. Επιπλέον, μελετήθηκε η χωρικής ετερογένεια των περιοχών συλλογής. Για την ταξινόμηση! των συλλεχθέντων ατόμων του ολοπαρασίτου στα είδη της οροβάγχης, μελετήθηκαν 17 μορφολογικά χαρακτηριστικά σύμφωνα με τις κλείδες Flora Europaea και Flora d’ Italia. Τα είδη που αναγνωρίστηκαν ήταν: Ο. aegyptiaca, Ο. ramosa και Ο. crenata. Όμως, εντοπίστηκαν και ενδιάμεσοι τύποι των ειδών Ο. aegyptiaca και Ο. ramosa, που χαρακτηρίστηκαν ως πληθυσμοί Ο. ?. Η ανάλυση διακύμανσης έδειξε πως τα είδη διαφοροποιήθηκαν μεταξύ τους ως προς τα μορφολογικά χαρακτηριστικά, όπως επίσης μεταξύ και εντός των περιοχών συλλογής. Σε όλες τις πολυμεταβλητές αναλύσεις που χρησιμοποιήθηκαν, οι πληθυσμοί του ολοπαρασίτου διαχωρίστηκαν στα είδη, κυρίως με βάση των χαρακτηριστικών που αφορούσαν την μορφολογία του άνθους, ενώ οι πληθυσμοί Ο. ? κατανεμήθηκαν μεταξύ των ειδών Ο. aegyptiaca και Ο. ramosa. Για τη μελέτη της μοριακής παραλλακτικότητας χρησιμοποιήθηκαν οι δείκτες RAPD. Οι μοριακές αναλύσεις έδειξαν πως οι πληθυσμοί Ο. aegyptiaca χαρακτηρίστηκαν από μεγαλύτερη παραλλακτικότητα σε σχέση με το είδος Ο. ramosa. Επιπλέον, το είδος Ο. crenata εμφάνισε μεγάλη ενδοπληθυσμιακή γενετική παραλλακτικότητα. Οι πληθυσμοί Ο. ? φαίνεται ότι αποτελούν υβρίδια των ειδών Ο. aegyptiaca και Ο. ramosa και πιθανόν προέρχονται από συνεχείς αναδιασταυρώσεις με τον έναν ή με τον άλλον γονέα. Το φυτό-ξενιστής φαίνεται πως επιδρά περισσότερο στη γενετική παραλλακτικότητα των πληθυσμών του είδους Ο. crenata, ενώ η γεωγραφική απόσταση τα άλλα δύο είδη. Η παραλλακτικότητα ως προς τη φυσιολογική συμπεριφορά των πληθυσμών οροβάγχης μελετήθηκε με πειράματα βλαστικότητας και παρασιτισμού. Το σκεύασμα Algit Super®, ένα υδατικό εκχύλισμα του φύκους Ascophyllum nodosum, και η ουσία-μάρτυρας GR24 αξιολογήθηκαν ως προς την επαγωγή της βλάστησης των σπόρων των ειδών Ο. aegyptiaca, Ο. ramosa και Ο. crenata στους 18, 20 και 23°C. Αν και στις περισσότερες περιπτώσεις οι σπόροι των ειδών ανταποκρίθηκαν περισσότερο στην ουσία-μάρτυρα, εντούτοις ιδιαίτερα μεγάλη ήταν και η ανταπόκρισή τους στο σκεύασμα Algit Super®. Το είδος Ο. crenata, όμως, αντέδρασε ελάχιστα μετά την εφαρμογή του σκευάσματος. Αντιθέτως, το μήκος του ριζίδιου ήταν πολύ μεγαλύτερο όταν εφαρμόστηκε το σκεύασμα Algit Super® από την ουσία μάρτυρα GR₂₄ για όλα τα είδη της οροβάγχης. Επιπλέον, παρατηρήθηκε έντονη διαφοροποίηση τόσο μεταξύ όσο και εντός των πληθυσμών για όλα τα ολοπαρασιτικά είδη. Επιπλέον, οι πληθυσμοί οροβάγχης μελετήθηκαν ως προς την ικανότητά τους να βλαστήσουν και να παρασιτήσουν νεαρά φυτά-ξενιστών σε πειράματα in vivo με τη μέθοδο των πλαστικών διαφανειών. Τα φυτά-ξενιστές που χρησιμοποιήθηκαν ήταν ο καπνός, η τομάτα για τα είδη Ο. aegyptiaca και Ο. ramosa και τα κουκιά για το είδος Ο. crenata. Οι σπόροι του είδους Ο. ramosa βλάστησαν σε μεγαλύτερο βαθμό από ότι του είδους Ο. aegyptiaca. Ο αριθμός των φυματίων που αναπτύχθηκαν στο ριζικό σύστημα των φυτών-ξενιστών από το είδος Ο. aegyptiaca ήταν περίπου ο ίδιος για τον καπνό και την τομάτα, όμως το είδος Ο. ramosa σχημάτισε περισσότερα φυμάτια στην τομάτα. Οι σπόροι του είδους Ο. crenata δεν σχημάτισαν κανένα φυμάτιο στο ριζικό σύστημα των κουκιών. Παρατηρήθηκε έντονη ενδοειδική παραλλακτικότητα μεταξύ όλων των εξεταζόμενων πληθυσμών οροβάγχης. Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε, επίσης, η εξάπλωση και ο βαθμός προσβολής όλων των ειδών οροβάγχης για όλες τις προσβληθείσες καλλιέργειες σε όλες τις περιοχές συλλογής. Η απεικόνιση του βαθμού εξάπλωσης του ολοπαρασίτου Orobanche spp., πραγματοποιήθηκε με τη βοήθεια των Γεωγραφικών Συστημάτων Θέσεως και των Γεωγραφικών Πληροφοριακών Συστημάτων. Η χαρτογραφική αποτύπωση έδωσε μια σαφή εικόνα της διαφοροποίησης του βαθμού προσβολής μεταξύ ειδών οροβάγχης και των περιοχών δειγματοληψίας. Επιπλέον, στο πλαίσιο της μελέτης της χωρικής ετερογένειας των περιοχών συλλογής μελετήθηκαν οι εξής εδαφικές και βιοκλιματικές παράμετροι: η σύσταση του εδάφους, το pH, η οργανική ουσία, ο ετήσιος δείκτης υγρασίας και το σύνολο των βαθμοημερών για όλον τον βιολογικό κύκλο των καλλιεργούμενων φυτών. Οι στατιστικές αναλύσεις που διεξήχθησαν ως προς τη σχέση των προαναφερθέντων αβιοτικών παραμέτρων με το βαθμό προσβολής που προκλήθηκε από τα είδη Ο. aegyptiaca και Ο. ramosa, έδειξαν πως αυτός συσχετίστηκε αρνητικά με το pH, με τον ετήσιο δείκτη υγρασία και θετικά με την οργανική ουσία. Όσον αφορά για το είδος Ο. crenata δεν προέκυψε καμία συσχέτιση του μεγέθους παρασιτισμού με τις εδαφοκλιματικές παραμέτρους.