甘蔗渣生物炭调控番茄防御基因表达及生理代谢以防控根结线虫的机制研究

本研究针对化学杀线虫剂危害环境与人体健康的问题，创新性地利用甘蔗渣生物炭（SC-BC-300°C）防控番茄根结线虫（RKN）。研究发现30g/株生物炭处理使根结指数（GI）降低76.3%，显著提升植株生物量（28%）和果实产量（24%），并激活防御基因JERF-3（17.65倍）和PR-1（7.46倍）的表达，同时改善光合效率（Fv/Fm）与果实品质。该研究为生态农业提供安全有效的线虫防控策略。

　　

番茄作为全球第二大蔬菜作物，正面临根结线虫（Meloidogyne spp.）日益严重的威胁。传统化学杀线虫剂虽能短期控制虫害，却对生态环境和食品安全构成长期风险。在气候变化加剧的背景下，土壤微生物群落失衡导致线虫病害频发，亟需开发可持续的防控方案。

巴基斯坦费萨拉巴德大学植物病理学系（University of Agriculture, Faisalabad）的研究团队创新性地利用农业废弃物甘蔗渣制备生物炭（SC-BC），通过田间实验系统评估了其对番茄根结线虫的防控效果及作用机制。研究发现，300°C热解制备的生物炭以30g/株的用量施用时，不仅能显著降低线虫侵染（根结指数从4.7降至1.1），还能同步提升植株生理状态和果实品质。相关成果发表于《Physiological and Molecular Plant Pathology》，为生态农业提供了兼具环境友好性与经济效益的解决方案。

研究采用多维度技术方法：通过田间试验比较不同处理组（BC+N+、BC-N+等）的农艺性状；利用qPCR定量防御基因表达；测定超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）等抗氧化酶活性；结合叶绿素荧光（F_v/F_m）评估光合效率；并分析果实营养成分如维生素C和粗纤维含量。

主要研究结果

1. 田间防控效果验证

   生物炭处理使线虫形成的根结减少76.3%，其物理吸附性和改变根际微环境的作用有效抑制线虫活动。

2. 植株生理改善

   处理组叶片F_v/F_m值接近健康对照，表明光合系统II效率恢复；生物炭还显著提升总酚类（TPC）和类黄酮（TFC）含量，增强氧化应激防御能力。

3. 分子机制解析

   根系中茉莉酸途径关键基因JERF-3和病程相关蛋白基因PR-1分别上调17.65倍和7.46倍，激活系统抗性。

4. 果实品质调控

   虽未改变基础营养成分，但生物炭处理显著提高果实糖度和紧实度，逆转了线虫胁迫导致的维生素C异常积累。

结论与意义

该研究首次阐明甘蔗渣生物炭通过"物理屏障-生理调节-基因激活"三重机制协同防控线虫。其价值体现在：①将农业废弃物转化为高附加值土壤改良剂；②避免化学农药残留风险；③维持作物产量与品质平衡。研究提出的30g/株施用标准具有田间推广可行性，为发展循环农业提供实证依据。后续研究可进一步解析生物炭-土壤微生物-植物互作网络，优化其在多种作物上的应用参数。