甘蔗渣生物炭田间应用显著抑制番茄根结线虫并激活植物防御机制

本研究针对化学杀线虫剂的环境危害问题，创新性地采用300℃热解甘蔗渣生物炭(SC-BC-300°C)进行田间试验。结果显示30g/株剂量可使番茄根结指数(GI)从4.7降至1.1，显著提升果实产量24%，并激活JERF-3/PR-1防御基因(上调17.65/7.46倍)，为生态防控根结线虫(RKN)提供新方案。

　　

全球气候变化加剧背景下，番茄(Solanum lycopersicum L.)作为世界第二大蔬菜作物，正面临根结线虫(RKN)日益严重的威胁。这类由Meloidogyne spp.引起的土传病害，不仅造成番茄根部形成特征性根结(根结指数GI可达4.7)，更导致严重产量损失。传统化学杀线虫剂虽有一定效果，但其对环境和人体的危害引发广泛担忧。在此背景下，巴基斯坦费萨拉巴德农业大学植物病理学系的研究团队创新性地将农业废弃物甘蔗渣转化为生物炭(SC-BC)，通过系统的田间试验探索其防控效果。

研究人员采用300℃热解制备的甘蔗渣生物炭，设置30g/株的田间施用剂量，对番茄品种Rio Grande进行干预。通过比较生物炭处理(BC+N+)、单纯线虫感染(N)、生物炭对照(BC+N-)及空白对照(BC-N-)四组，发现生物炭不仅显著降低根结指数76.3%，更意外激活了植物防御系统。该成果发表于《Physiological and Molecular Plant Pathology》，为农业废弃物资源化利用与植物病害绿色防控提供了重要范例。

关键技术方法包括：1) 采用马弗炉300℃热解制备甘蔗渣生物炭；2) 建立自然感染线虫的田间病圃进行干预试验；3) 通过根结指数(0-10级)评估防控效果；4) 采用qPCR定量分析防御基因(JERF-3/PR-1)表达；5) 测定超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)等抗氧化酶活性；6) 使用叶绿素荧光仪检测Fv/Fm参数评估光系统II效率。

【评估生物炭对田间线虫的控制效果】

根结指数数据显示，BC+N+处理组GI仅为1.1，显著低于N组的4.7。电子显微镜观察证实生物炭处理显著减少根部线虫卵块数量，其物理吸附与化学钝化双重机制共同发挥作用。

【生物炭对植物生长参数的改善】

与N组相比，BC+N+处理使株高增加28%，单株结果数提升24%。特别值得注意的是，虽然果实含水量、粗蛋白等指标无显著变化，但果实硬度和糖度明显提高，显示生物炭在保障产量同时提升品质。

【防御系统的分子激活】

qPCR分析揭示，BC+N+处理组根部JERF-3基因表达上调17.65倍，PR-1基因上调7.46倍。这些与系统获得抗性(SAR)相关的基因激活，表明生物炭可能通过诱导植物自身免疫应答增强抗性。

【抗氧化系统的增强】

生化分析显示，BC+N+处理组根部和地上部的SOD、CAT活性分别提高42%和35%，总酚类化合物(TFC)和总黄酮含量(TFC)也显著增加。叶绿素荧光参数Fv/Fm接近健康对照组，证实生物炭有效缓解了线虫胁迫导致的光合抑制。

该研究证实，甘蔗渣生物炭通过三重机制发挥作用：直接物理化学钝化线虫、改善根际微环境、激活植物防御系统。特别有价值的是，这种农业废弃物衍生的生物炭不仅解决了线虫防控难题，还实现了"变废为宝"的循环农业理念。研究发现的JERF-3/PR-1基因激活通路，为开发新型生物刺激素提供了分子靶点。相比传统化学药剂，这种处理方式无残留风险，且能同步提高作物产量和品质，符合可持续农业发展需求。尽管在粗纤维和维生素C含量方面尚未显现优势，但其在维持营养平衡、提升商品性方面的表现，已展现出广阔的推广应用前景。