利用镰刀菌与黑孢菌联合壬酸生物防治入侵植物非洲狼尾草：降低叶片健康度与繁殖力的综合策略

为解决加那利群岛入侵植物非洲狼尾草（Cenchrus setaceus，又称 fountain grass）的生态控制难题，研究人员开展本地真菌（Fusarium clavum 和 Nigrospora macarangae）与天然除草剂壬酸（AP）联合应用的生物防治研究。结果表明：壬酸预处理创造2–3个月“机会窗口”，显著增强真菌定殖；双菌联合处理（FN）及与壬酸三联处理（FNAP）显著降低健康叶片体积、减少正常花序并诱导花器官异常（如菌丝侵染、柱头衰老），可能阻碍受精与种子发育。该策略为岛屿生态系统入侵植物治理提供新路径。

　　

在加那利群岛上，一种被称为“rabo de gato”的入侵植物——非洲狼尾草（Cenchrus setaceus，同 Pennisetum setaceum）正悄然改变着当地的生态景观。自1943年引入以来，这种原具观赏性的植物已在该群岛主要岛屿上广泛归化，从海岸带至海拔800米区域的路边、城市绿地、废弃农田、草原乃至旱生灌丛中密集生长，被列为最具威胁的外来入侵植物之一。其成功入侵得益于多种功能性状：无融合生殖特性、大量种子生产、风媒传播、快速再生能力、高效水分与氮利用效率，以及较晚的生长建立策略从而占据时间生态位优势。当前机械与化学防治方法不仅效果有限，还可能对本地生物多样性与环境健康造成负面影响。尤其在海岛生态系统中，“岛屿综合征”（包括防御机制丧失和衍生木质化等进化特征）使得本地物种更易受到人为压力与入侵物种的威胁，全球50%的受威胁物种分布于岛屿，更凸显了这一问题的紧迫性。

在这一背景下，研究人员开始探索基于本地病原菌与天然除草剂的生物防治策略，以期在降低环境风险的同时，持续抑制入侵植物的生长与繁殖。本研究旨在测试壬酸（pelargonic acid, AP）与两种本地真菌（镰刀菌 Fusarium clavum 和黑孢菌 Nigrospora macarangae）的联合使用是否可通过增加感病叶片比例和促进异常花序形成，从而削弱非洲狼尾草的生存活力与繁殖成功。相关成果发表在《European Journal of Plant Pathology》。

研究团队运用了温室与田间试验相结合的方法，其中温室实验包括对幼苗及成株分别接种单一或复合真菌（Fusarium strain 967 和 Nigrospora strain 1170），并配合壬酸预处理；田间试验在加那利群岛大加那利岛进行，对随机选定的成株进行为期两年的处理与跟踪。真菌菌株通过分子鉴定（EF1α 和 ITS 序列）确认，并采用液体和固体培养基扩增生物量。健康叶片体积采用分级代理指标（0–6级）评估，花序数量、类型（正常/异常）及花器官症状（如菌丝存在、颖片褪色、雌蕊异常等）均进行定量和定性记录。统计方法涵盖线性混合模型（LMM）、广义线性混合模型（GLMM）、主成分分析（PCA）及多重比较检验，以分析处理与时间（季节/月份）对叶片健康、花序产量和症状出现频率的影响。

90%），平均值±标准差。小写字母表示处理间差异，大写字母表示同一处理随时间差异（Tukey post-hoc test p<0.05）'>

温室试验中 Fusarium strain 967 对 C. setaceus 的影响

壬酸处理（AP）可诱导幼株叶片干燥，健康叶片体积降至0–25%，且效应持续近六周。Fusarium 单独处理（F）使植株逐渐干燥且无恢复迹象，而壬酸与 Fusarium 联合处理（FAP）显著降低健康叶片百分比，并于5个月后仍保持较低水平。至第9个月，FAP处理植株的花序数量显著少于其他组，且白色或金白色异常花序比例随时间增加。

温室试验中 Fusarium strain 967 与 Nigrospora strain 1170 对 C. setaceus 的联合效应

所有处理起始健康叶片体积均为95%，壬酸处理（AP）于第2个月显著降低健康叶片比例，但植株在7个月内表现出恢复力。FAP处理植株健康叶片下降最快，第2个月仅为11.3%。仅接菌 Fusarium 的植株最终健康叶片与对照组无显著差异，而接菌 Nigrospora 或双菌联合（FN、FNAP）处理均显著低于对照组。所有处理组健康叶片均呈下降趋势，但对照组与AP组降幅较小（约12%），N或FNAP处理组降幅达60%。接菌 Nigrospora 后，叶片出现2–3毫米褪绿斑，发展为褐色至红色坏死病斑，最终融合成1–1.5厘米坏死区域。双菌联合处理（FN、FNAP）的症状叶片比例最高。

田间试验中 Fusarium strain 967 与 Nigrospora strain 1170 对 C. setaceus 的健康叶片体积、花序产量与症状的影响

最佳拟合模型显示，月份与处理对健康叶片体积有显著附加效应（p<0.05）。多数月份相比初始月（2021年8月）均出现下降，第6个月（2022年2月）雨季时部分恢复。FNAP处理对健康叶片负面影响最强（估计值：-18.6）。除第11和20个月出现恢复迹象外，AP与FNAP处理均与对照组有显著差异。壬酸单次（第一年）或双次（第二年）应用均可产生约3个月的“机会窗口”，使健康叶片体积下降。

广义线性混合模型（GLMM）分析表明，处理与季节对花序产量有显著影响。第一年雨季中，花序产生几率比旱季高11.5倍；第二年旱季，FNAP与FN处理分别降低花序产量几率57%与51%。雨季仍为花序产生的强正预测因子，但处理减弱该效应。健康叶片体积与花序产量的Spearman相关性在AP处理干季最强（ρ=0.63），而FN与FNAP处理在湿季相关性微弱（ρ=0.14与0.13），表明这些处理下叶片健康与繁殖输出脱钩。

症状花序在FN处理中显著多于AP与对照组（p<0.05），且湿季时FN处理症状花序数量最高。症状包括叶片红色病斑与褐色坏死、节间坏死导致茎秆脆裂、花序基部类似症状等。Venn图显示，第3和第4次采样时，FN与FNAP处理植株同时表现三种症状（未开裂/部分开裂、异常颜色、红褐色病斑）的比例最高。

真菌定殖频率（CF%）评估显示，Fusarium 与 Nigrospora 在接种后首月叶片定殖相似，第2个月 Fusarium 在茎秆中检测率（71%）显著高于叶舌（46%）和花序枝梗（18%）。雨季两菌定殖均下降。第13个月（第二次接种后），Fusarium 在花序枝梗中定殖（78%）显著高于叶片（31%），而 Nigrospora 在茎秆中（81%）高于花序枝梗（38%），呈现器官特异性互补趋势。Nigrospora 定殖在FNAP处理中普遍较高，表明壬酸预处理可能增强其建立。

花器官症状分析中，主成分分析（PCA）前两个成分解释总方差52%（轴1=36%，轴2=16%）。对照组与AP处理症状相似，而FN与FNAP处理分别驱动轴2变异。菌丝存在于雌蕊、雄蕊和颖片间有强二元相关（Φ=0.77–0.90）。卡方检验表明，真菌处理（FN、FNAP）显著增加小穗异常颜色、颖片褪色和雌蕊菌丝存在频率（p<0.05）。异常花序中症状频率普遍高于正常花序，但处理组间差异不显著。

广义线性混合模型预测，正常花序使正常花朵几率增加5.3倍，但处理普遍降低该正效应，FNAP处理甚至将正常花朵几率降至对照组9%。菌丝存在于雌蕊显著降低其正常几率（OR: 0.1），而正常花序大幅提高雌蕊（OR: 20.3）和颖片（OR: 12.6）正常几率。

异常花序器官中44.4%片段被真菌定殖，Nigrospora 定殖频率最高（CF%=25），其次为 Fusarium（CF%=16.6）。两菌在雌蕊中定殖最频繁（Fusarium CF%=19.4, Nigrospora CF%=30.5）。正常花序的花器官OTU丰富度（16）高于异常花序（8），但Nigrospora 仅单个检出，Fusarium 未检出。

结论与讨论

本研究通过温室与田间试验证明，本地真菌 Fusarium clavum 与 Nigrospora macarangae 结合天然除草剂壬酸的联合处理，可显著降低非洲狼尾草的健康叶片体积与繁殖能力。壬酸预处理创造2–3个月的生理脆弱窗口，增强真菌定殖；双菌联合表现出器官特异性偏好（Fusarium 偏向叶舌和花序枝梗，Nigrospora 偏向茎秆和叶片），形成生态位互补，且能长期定殖（7个月后仍可分离）。尽管叶片健康严重下降（0–25%），植株在干季仍能产生花序，但FNAP处理显著降低正常花朵几率，并诱导花器官异常（如菌丝存在、雌蕊异常、颖片褪色和柱头衰老），可能阻碍授粉受精与种子发育。

结果提示，遗传同质化的入侵植物（如非洲狼尾草）可能因防御响应单一而更易受到本地适应性病原菌的压制。真菌 consortium 与 abiotic stressor 的联合使用，通过持续压力与多组织靶向，削弱了植株的补偿再生能力，为入侵植物管理提供了新思路。未来需优化处理时机（如雨季接种）、菌剂配方与应用策略，以提升防治效能，并在长期监测中评估潜在抗性演化。该策略对海岛生态系统入侵植物控制具有重要应用价值。