水稻田昆虫病原真菌的发现：兼具褐飞虱生物防治与水稻生长促进的双重功能

本研究针对水稻种植中农药过度使用引发的环境与健康风险，从泰国稻田土壤中分离获得75株昆虫病原真菌（EPF），筛选出两株绿僵菌（Metarhizium cf. pingshaense）MY13317.02和MY13317.32，证实其兼具高效解磷活性、显著促进水稻生长（提高植株生物量、光合效率及产量）和强效杀灭褐飞虱（Nilaparvata lugens）的双重功能，为水稻可持续农业提供了新型多功能生物接种剂的开发依据。

　　

在水稻种植领域，化学农药和肥料的过度使用已成为严峻的全球性问题。这些农用化学品不仅污染水体、导致土壤酸化与养分失衡，还对生物多样性构成威胁，甚至危及人类健康。特别是在泰国这样的水稻主产国，其农业GDP的15–20%依赖于水稻产业，而稻田中频繁发生的褐飞虱（Nilaparvata lugens）虫害更是导致严重减产的主要因素之一。这种害虫不仅直接吸食水稻汁液，还传播病毒，且已对多种化学杀虫剂产生抗性。因此，开发既能控制害虫、又能促进作物生长的环境友好型替代策略，已成为农业可持续发展的重要研究方向。

在这一背景下，昆虫病原真菌（Entomopathogenic Fungi, EPF）显示出巨大的应用潜力。这类真菌（尤其是绿僵菌属Metarhizium和白僵菌属Beauveria）不仅能够感染并杀死昆虫，近年来的研究还发现它们可定殖于植物根际甚至体内，通过溶解磷酸盐、产生植物激素等方式促进植物生长，从而具备“一菌双效”的潜力。然而，能否从稻田环境中分离出同时具有高杀虫活性和促生长能力的土著真菌菌株，仍需深入探索。

为此，研究团队从泰国五个省份的稻田中采集土壤样品，通过稀释平板法并结合CTAB-燕麦培养基（OA）进行真菌分离，共获得75株属于肉座菌目（Hypocreales）的昆虫病原真菌。经ITS序列初步鉴定，这些菌株主要隶属于绿僵菌属（Metarhizium，34株）和紫霉属（Purpureocillium，39株），其中来自Buri Ram省的样品真菌多样性最高。研究人员进一步从中筛选出14株代表菌株（包括7株绿僵菌、6株紫霉菌和1株Pochonia）进行磷酸盐溶解能力测试。结果显示，绿僵菌属的溶解指数（SI = 1.99 ± 0.28）显著高于紫霉属（1.70 ± 0.25）。基于这一结果及其在生物防治中的应用潜力，研究团队优先选择了两株绿僵菌——MY13317.02和MY13317.32（后经多基因鉴定属于M. pingshaense sensu lato复合群）进行后续研究。

为验证这两株菌的实际应用效果，研究者在温室条件下设计了一个多因素实验。他们使用水稻品种Hom Naka，在土壤中添加岩石磷酸盐，并设置两种水分管理模式：“湿润”（模拟持续淹水条件）和“干旱”（每四天浇水一次，模拟雨养系统的水分胁迫）。水稻幼苗在20天龄时分别接种两种真菌的孢子悬浮液（浓度1×10⁸ spores/mL），以仅添加0.2% Tween 80的溶液作为对照。生长过程中，所有处理组均按泰国农业部的推荐施用了化学肥料。

主要技术方法包括：1）采用CTAB法提取真菌DNA，通过ITS、tef、LSU、SSU、RPB1和RPB2等多基因位点测序与系统发育分析对菌株进行分子鉴定；2）利用Pikovskaya’s培养基测定菌株的磷酸盐溶解指数；3）在半开放温室中进行盆栽实验，设置不同水分条件与真菌接种处理，使用PlantScreen? RGB成像系统定期测量植株数字体积与高度，利用FluorCam叶绿素荧光成像系统分析光合效率参数（QY__max和F_v/F_{m_LSS}）；4）收获后对水稻根系长度、干重及穗部性状（穗长、穗干重、实粒数等）进行测量；5）以褐飞虱为靶标害虫，通过体表接种孢子悬浮液进行毒力测定，记录7天内的累计死亡率，并采用广义线性混合模型（GLMM）进行统计分析。

研究结果显示，这两株绿僵菌在不同水分条件下对水稻生长产生了显著的促进作用，尤其在干旱胁迫下效果更为突出。

在植物营养生长方面，菌株MY13317.32在干旱条件下的表现尤其出色。在营养生长期，该菌株处理的水稻其植株数字体积和株高均显著高于对照；到孕穗期，MY13317.32处理组的植株体积更是对照组的16倍以上。与之相比，在湿润条件下，真菌的促生长效果较弱，仅植株数字体积有显著提高。这表明这两株真菌可能通过缓解水分胁迫，帮助水稻维持正常的生长进程。

光合效率的测定结果进一步支持了这一结论。在干旱条件下，接种MY13317.32的水稻在苗期和孕穗期的潜在光合效率（QY__max）和实际光合效率（F_v/F_{m_LSS}）均显著高于对照，说明真菌处理改善了叶片的光合机能，增强了植株在逆境下的生理韧性。

在生殖生长方面，结果因水分条件而异。在干旱条件下，真菌处理未能显著提高穗部性状；然而在湿润条件下，接种MY13317.02显著增加了穗长、穗干重和实粒数，表明该菌株在适宜环境下能够促进水稻产量形成。

根系分析表明，真菌接种特别是在干旱条件下显著促进了根系发育。两个菌株均增加了根长，其中MY13317.32还显著提高了根干重，说明真菌可能通过增强根系对水分和养分的吸收能力，间接支持了地上部的生长。

研究还发现，接种的真菌能够在土壤中定殖。实验结束时，从接菌处理的土壤中成功回收了具有绿僵菌形态特征的菌落，其中MY13317.32在干旱和湿润条件下均能被检测到，显示出较好的环境适应性。

最重要的是，这两株真菌对褐飞虱表现出强烈的致病性。菌株MY13317.02在第7天时导致85.6%的死亡率，MY13317.32也达到62.2%的死亡率，显著高于对照组。这表明它们具有作为生物杀虫剂的潜力。

综上所述，本研究从泰国稻田土壤中成功分离出两株绿僵菌（Metarhizium cf. pingshaense），它们不仅具有高效的磷酸盐溶解能力，能显著促进水稻生长（特别是在干旱胁迫条件下改善植株生物量、光合效率和根系发育），还对水稻主要害虫褐飞虱表现出强致病性。这一发现为开发兼具生物肥料和生物农药功能的微生物接种剂提供了理论基础和菌种资源，有望减少水稻生产中对化学农药和肥料的依赖，推动可持续农业的发展。未来研究应进一步验证这些菌株在大田条件下的实际效果，并探索其与其他农业微生物的协同应用潜力。