丛枝菌根真菌调控普通野豌豆白粉病抗性及后续蚜虫与瓢虫取食偏好的机制研究

本研究探讨了丛枝菌根真菌（AMF）如何通过增强植物防御酶活性（如SOD、POD、PPO）和调节激素水平（SA、JA），提高普通野豌豆对白粉病的抗性，并显著影响蚜虫及其天敌瓢虫的取食偏好。结果表明，AMF不仅促进植物生长、降低病害指数，还通过改变植物化学特征吸引瓢虫，为利用微生物共生关系开发绿色害虫防控策略提供了重要依据。

　　

在农业生态系统中，病虫害的防控长期依赖化学农药，这不仅可能导致害虫抗药性增强，还对环境、人类健康及生物多样性构成威胁。尤其像蚜虫这类繁殖快、危害广的害虫，以及白粉病等常见真菌病害，对作物产量和品质造成显著影响。面对这些挑战，探索环境友好型的生物防治策略显得尤为重要。其中，丛枝菌根真菌（Arbuscular Mycorrhizal Fungi, AMF）作为一种能与超过80%陆地植物形成共生关系的微生物，因其在增强植物抗逆性、促进养分吸收等方面的作用而备受关注。然而，AMF如何通过调节植物与病原菌、害虫及其天敌之间的互作来影响生态系统平衡，仍有许多未知之处。

为此，研究人员在《Journal of Agriculture and Food Research》上发表了一项研究，以普通野豌豆（Vicia sativa）为模型，探究了AMF接种对植物白粉病（由Erysiphe pisi引起）抗性的影响，以及对豌豆蚜（Acyrthosiphon pisum）和其天敌异色瓢虫（Harmonia axyridis）取食偏好的调控作用。该研究通过温室盆栽实验，设置了接种AMF（Diversispora tortuosa）与不接种对照组，并分别进行蚜虫侵染和机械针刺模拟取食处理，系统评估了植物生长、病害严重程度、防御酶活性、激素水平以及昆虫行为选择等方面的变化。

在研究过程中，作者主要采用了以下关键技术方法：通过湿筛法计数AMF孢子并评估根系 colonization（定殖）水平；利用四臂嗅觉仪进行蚜虫和瓢虫的行为选择实验；测定超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、多酚氧化酶（PPO）和过氧化氢酶（CAT）的活性；采用商用检测服务（上海美联生物）量化水杨酸（SA）、茉莉酸（JA）、总酚（TP）和胰蛋白酶抑制剂（TI）含量；以及根据病害分级标准计算白粉病发病指数。

3.1. AM真菌定殖与植物生长

AMF接种显著提高了普通野豌豆的根系定殖率（59.02%–64.00%），而未接种对照组未见菌根结构。接种AMF还促进了植物分支数和株高的增加，分别提高8.05%和7.33%，同时根干重显著增加44.11%。然而，蚜虫侵染和针刺处理对植物生长无显著影响，可能与处理时间较短有关。

3.2. 白粉病严重程度

AMF接种显著降低了白粉病的发病率和病情指数，降幅均达40%以上（P < 0.001）。相反，蚜虫侵染和针刺处理对病害严重程度无显著影响，表明白粉病抗性的提升主要源于AMF的共生作用。

3.3. 植物防御酶活性

AMF接种显著增强了SOD、POD和PPO的活性，增幅分别为80.10%、79.41%和46.83%，而CAT活性未发生明显变化。蚜虫侵染和针刺处理对这些酶活均无显著影响，说明AMF在激活植物防御系统中起主导作用。

3.4. 总酚、茉莉酸、水杨酸和胰蛋白酶抑制剂浓度

AMF接种降低了无蚜虫和蚜虫处理组中的总酚（TP）含量，但提高了针刺处理组中的TP水平。针刺处理还使非菌根植物中的JA浓度升高3.87%，而SA浓度在菌根植物针刺处理后增加3.09%。此外，蚜虫侵染提高了非菌根植物中TI活性，但降低了菌根植物中的TI水平；针刺处理则显著降低了TI活性（降幅超43%）。这些结果表明，真实虫害与机械损伤所引发的植物防御响应存在差异。

3.5. AM真菌定殖与植物特性的相关性

菌根定殖与病害指数、发病率呈负相关，与分支数、根干重及防御酶活性（SOD、POD、PPO）呈正相关。病害严重程度与JA、SA水平负相关，进一步印证了AMF通过增强防御能力减轻病害的机制。

3.6. 蚜虫选择行为

蚜虫显著偏好选择AMF接种的普通野豌豆（P = 0.020），48.33%的蚜虫选择菌根植物，仅28.33%选择非菌根植物。相关性分析显示，蚜虫选择行为与TP含量负相关，与TI活性正相关。

3.7. 瓢虫选择行为

瓢虫同样更倾向于选择AMF接种的植物，尤其在针刺和蚜虫侵染处理后，选择菌根植物的瓢虫比例高达71.67%和68.33%。瓢虫还显著偏好针刺处理过的植株（无论是否接种AMF），但对蚜虫直接侵染的植株选择偏好不明显。此外，瓢虫选择行为与SA、TI含量正相关，与病害指数和TP负相关。

3.8. 蚜虫和异色瓢虫选择的偏最小二乘路径模型

路径模型分析表明，AMF通过负调控病原菌、正调节植物激素水平，间接影响蚜虫的选择行为。而对于瓢虫，资源需求（如针刺引发的应激反应）是影响其选择的主要因素，同时植物激素和防御酶也起重要调节作用。

综上所述，本研究揭示了AMF通过促进植物生长、增强防御酶活性和调节激素信号，显著提高普通野豌豆对白粉病的抗性，并间接影响蚜虫及其天敌瓢虫的取食偏好。值得注意的是，AMF接种使植物对蚜虫更具吸引力，但同时也能吸引更多瓢虫，尤其在植物遭受胁迫时。这种调控作用可能源于AMF对植物挥发物（VOCs）谱的改变，以及其对病原菌—害虫—天敌互作网络的整体影响。

该研究的发现强调了AMF在农业生态系统中的多重功能：不仅可作为生物防治剂减轻病害，还能通过调节三营养级互作（植物—害虫—天敌）增强生态系统的稳定性和可持续性。未来研究可进一步解析AMF调控的具体挥发物成分及其在田间条件下的应用潜力，为开发基于微生物共生的绿色农业技术提供理论依据和实践方向。