综述：真菌与根结线虫（Meloidogyne）的生态战

《Archives of Agronomy and Soil Science》：Myco-ecological warfare with Meloidogyne species

本综述系统探讨了真菌生物防治剂（BCAs）在管理根结线虫（RKNs，主要为Meloidogyne属）中的应用。文章详细阐述了真菌BCAs（如Trichoderma、Arthrobotrys等）通过直接寄生、产生杀线虫代谢物（如几丁质酶、蛋白酶）以及诱导植物系统抗性（ISR/SAR）等多种机制抑制线虫。同时，分析了液态与固态制剂等商业化挑战，并指出环境适应性、制剂兼容性及效果不稳定性是当前推广的主要瓶颈。该文为开发经济、环保的线虫防治策略提供了重要见解。

　　

引言

植物寄生线虫（PPNs）是农作物的主要害虫，对全球作物生产构成严重威胁，其中根结线虫（RKNs），即Meloidogyne属线虫，是分布最广、危害最大的类群。据估计，PPNs每年造成的经济损失高达2150亿美元，而Meloidogyne spp. alone就可能导致全球作物减产约10%-15%，经济损失达800亿至1570亿美元，甚至在易感作物中造成100%的绝收。传统上依赖高效合成化学杀线虫剂进行管理，但由于环境安全问题，许多有机磷和氨基甲酸酯类化学杀线虫剂已被限制或撤市，这为可持续管理策略留下了空白。当前的综合治理措施，如轮作和使用抗性品种，往往因线虫寄主范围广、某些商业品种易感以及线虫能够克服抗性而效果有限。因此，研究与开发可持续且经济高效的真菌生物防治剂（BCAs）日益受到关注。

综述方法

本综述旨在回答以下关键问题：i) 真菌BCAs寄生Meloidogyne线虫的机制是什么？ii) 确保最佳线虫抑制效果的最适真菌BCAs制剂方法是什么？iii) 如何利用真菌-线虫相互作用帮助研究者和农民实现可持续且盈利的农业目标？综述还概述了应用真菌BCAs管理Meloidogyne面临的挑战、研究空白和前景。文献检索主要在Scopus数据库中进行，使用了“真菌生物防治剂”、“根结线虫”、“Meloidogyne线虫”、“食线虫真菌”等关键词，重点关注2015年至2026年间发表的非综述类实证研究。

结果

作者关键词

对所选文献标题和摘要的关键词分析显示，出现频率最高且关联紧密的术语包括“食线虫真菌”、“根结线虫”和“lycopersicon esculentum”（番茄）。

真菌生物防治剂

本综述共涉及13个属的24种真菌BCAs。研究最为深入的属是Trichoderma（木霉属）和Arthrobotrys（节丛孢属）（各6种），其次是Aspergillus（曲霉属）（4种），Lecanicillium（蜡蚧属）、Pochonia（普可尼亚属）、Fusarium（镰刀菌属）内生菌（各3种），以及Fusarium和Purpureocillium（紫霉属）（各2种）。研究较少的属包括Penicillium（青霉属）、Acremonium（枝顶孢属）、Daldinia、Macrophomina、Phialemoniopsis内生菌、Dactylella（隔指孢属）和Muscodor。Trichoderma harzianum和T. viride是该属中最常见的物种。真菌BCAs表现出多样化的寄生模式，包括直接寄生、分泌杀线虫代谢物（如过氧化物酶、多酚氧化酶、苯丙氨酸解氨酶和氨裂解酶）以及促进植物产生抗性。

讨论

食线虫真菌的寄生模式

抗生作用

抗生作用指真菌产生对Meloidogyne有毒的化合物，包括代谢物和酶类，如木聚糖酶、果胶酶和葡聚糖酶。在此过程中，几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶等水解酶被激活，以降解根结线虫的角质层。例如，Trichoderma物种能分泌纤维素酶、木聚糖酶、果胶酶、脂肪酶、淀粉酶、阿拉伯糖酶和蛋白酶等细胞酶，以及6-戊基-2H-吡喃-2-酮（6-PAP）、trichodermin、gliovirin、gliotoxin等挥发性代谢物来降解线虫细胞壁。Paecilomyces lilacinum、Fusarium moniliforme和F. oxysporum内生菌的滤液能杀死Meloidogyne incognita的二龄幼虫（J2），而A. flavus、Cylindrocarpon magnusianum和Mortierella物种则能抑制线虫卵的孵化。Aspergillus和Pochonia等属也能产生如环孢素A、Gliotoxin等有毒代谢物。

寄生作用

真菌BCAs对Meloidogyne的寄生涉及与线虫卵或J2的物理接触。成功的寄生通过食线虫真菌发育出吸器、附着胞等特化器官，并分泌蛋白酶、几丁质酶和脂肪酶等多种酶类，物理性穿透寄主体内来实现。寄生性真菌可分为三类：i) 线虫捕食者，ii) 机会主义者或卵寄生者，以及iii) 内寄生者。例如，Aspergillus flavus是一种能形成收缩环的分生孢子陷阱真菌。当线虫进入收缩环时，环细胞通过将细胞体积增大至正常大小的三倍来收缩并固定J2。Purpureocillium lilacinum则是一种粘性网络形成真菌，作为兼性线虫捕捉者发挥作用。卵寄生真菌，如Acremonium implicatum，其菌丝能通过穿透卵壳破坏卵的完整性，从而寄生Meloidogyne incognita的卵。同样，Trichoderma harzianum的菌丝能成功穿透M. incognita的卵块基质并显著降低卵的孵化率。

系统抗性

除了直接攻击线虫的机制外，有益的內生真菌和菌根真菌通过定殖植物根系，可以诱导宿主产生抗性，从而间接影响根结线虫。有益真菌可赋予宿主植物两种不同类型的系统抗性：诱导系统抗性（ISR）和系统获得抗性（SAR）。ISR不依赖水杨酸（SA），而SAR是依赖水杨酸的途径。例如，Trichoderma harzianum能诱导番茄（Solanum lycopersicum L.）植株中茉莉酸（JA）和SA调控的防御途径，从而产生对根结线虫的抗性。研究表明，通过定殖植物根系，Trichoderma能刺激植物对多种植物病原微生物（包括Meloidogyne线虫）的防御机制。用T. harzianum接种番茄种子可显著提高过氧化物酶、多酚氧化酶和苯丙氨酸解氨酶等抗性相关酶的活性。此外，由T. atroviride诱导的ISR对M. javanica的抗性已被证明可遗传给后代。

破坏线虫趋化性的化学感受

Meloidogyne spp. 依赖其头部口器周围的感觉器官（如化感器）来探测和定位寄主。当寄主的挥发物和水溶性分泌物等信使信号与这些器官上的糖蛋白结合时，就会发生化学感受，促进J2向寄主进行可变距离的趋化性。食线虫真菌Drechmeria coniospora的分生孢子已被证明能附着在这些感觉器官上。分生孢子粘性芽上的蛋白质与植物寄生线虫感觉器官的糖蛋白结合，从而阻断信号接收，最终降低线虫的趋化性。这种机制已在自由生活线虫Caenorhabditis elegans上得到验证，但尚未在Meloidogyne物种上进行测试，这主要是由于在实验室条件下培养专性寄生线虫存在技术困难。

真菌生物防治产品的制剂方法

液体基质

液体制剂的成分包括稳定剂、着色剂、表面活性剂以及与全培养物或细胞悬浮液结合的补充营养物，旨在优化产品的存活力。油基制剂是将加工过的培养物与有助于其在水中的分散的乳化剂、表面活性剂和/或矿物油或植物油相结合。液态制剂由于其较高的水分活度，相较于干燥制剂，延长产品货架期更具挑战性，因为长时间暴露于水中会导致吸胀损伤或自发萌发。此外，液态或凝胶态产品更容易受到细菌污染，需要更严格的无菌处理。尽管如此，由于改进的生产工艺和简便的施用方式，液态和凝胶基制剂正迅速获得工业应用的青睐。

固体基质

多种固体基质，包括谷物、有机物质和农业废弃物，已成功用于培养和储存真菌BCAs。固体基质可以是粉状或颗粒状制剂，使用土壤、有机或无机载体制成。粉状制剂的粒径为几百微米，而颗粒制剂的粒径范围从0.1到2.5毫米（微颗粒100–600 μm，细颗粒0.3–2.5毫米）。粉状制剂可通过将颗粒粉碎或通过机械将生物制剂与研磨过的载体和佐剂混合直至均匀来制造。此外，还可通过冷冻干燥和喷雾干燥来制备粉末。研究表明，在稻草、稻壳和高粱米等固体基质上大规模生产Trichoderma harzianum AS12-2，可保持其孢子活力和功效达一年之久。同样，T. longibrachiatum和T. asperellum的可湿性粉剂在有机基质上于室温（25℃）下可维持分生孢子活力八个月。理想的生长培养基应不降低所培养真菌的生产力/活力及毒力。

挑战、研究空白与前景

尽管部分真菌BCAs（如A. niger, P. chlamydosporia, P. lilacinus, T. harzianum）已成功商业化，但其应用仍面临挑战。真菌BCAs可能与制剂和应用过程不兼容，或在目标应用环境中效果降低。大规模生产、储存、保存以及对非目标生物的潜在影响也是问题。尽管有许多研究鉴定出有效的根结线虫拮抗菌，但与扩大生产和制剂研究相关的挑战阻碍了许多有前景的真菌进入进一步研究和商业化。环境因素、处理时间、季节、施用方法和频率等多种因素都会影响特定真菌BCAs对根结线虫的效果。同一真菌BCAs在实验室、温室、网室和田间条件下的表现可能不一致。这种不一致性可能源于不同暴露条件下的生物和非生物因素。例如，在体外条件下真菌的线虫寄生率可达100%，但在相同的线虫种群密度下，体内条件几乎降至0%。土壤是一个动态基质，根结线虫的缓解程度受温度、湿度、土壤质地和结构、线虫密度和增殖等多种情况影响。因此，本地真菌物种可能比引入的外来物种更具优势，因为它们可能对本地线虫种群毒性更强，更能与本地微生物区系竞争，且更适应环境条件。需要进一步研究确定本地分离物产生的代谢物/酶的类型和比例，特别是它们与外来物种分泌物的差异，以实现更好的线虫防治。在使用BCAs之前，必须进行全面的利弊和潜在风险分析，以确保有效、安全和长期的害虫管理。此外，同一属的真菌可能既有寄生性又有益，因此需要对每种食线虫真菌进行测试。BCAs产品从鉴定到注册的多步骤过程需要政府机构、企业和学术界的实质性合作。不同大陆（如欧洲、北美和南美）在注册要求上的差异也凸显了评估和推广新型BCAs市场产品的现实挑战。从分子层面研究线虫-微生物相互作用的生化过程，对于理解线虫如何响应BCAs以及宿主植物如何响应这种关系至关重要。生物防治应始终采取进化视角，考虑BCAs及其靶标固有的遗传、表型和行为多样性。