《Weed Research》：Spatial Distribution and Bioprospecting of Phytopathogenic Fungi on Amaranthus for Biological Control in Brazil
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摘要：苋属（Amaranthus）包含约70个物种，广泛分布于全球，尤其在热带和亚热带地区。在巴西，反枝苋（Amaranthus hybridus）是一种危害性极强的杂草，其特征为具有侵略性的生态生理学特性，每株可产生超过250000粒有活力种子，并形成庞大的
摘要：苋属（Amaranthus）包含约70个物种，广泛分布于全球，尤其在热带和亚热带地区。在巴西，反枝苋（Amaranthus hybridus）是一种危害性极强的杂草，其特征为具有侵略性的生态生理学特性，每株可产生超过250000粒有活力种子，并形成庞大的土壤种子库。其对EPSPS和ALS抑制剂类除草剂的抗性加剧了问题，导致化学防治无效。鉴于对可持续解决方案的需求，本研究旨在评估分离物作为苋属物种潜在生物防治因子的真菌多样性。在巴西米纳斯吉拉斯州、圣保罗州和戈亚斯州采集了表现出叶部和茎部病斑的苋属植物，共获得192个真菌分离物。对6种苋属物种及1个杂交种（A. deflexus、A. hybridus、A. lividus、A. retroflexus、A. spinosus、A. viridis和A. hybridus var. patulus）进行的致病性测试鉴定出45个植物病原性分离物。其中，24个表现出有前景的潜力，在接种后7天诱导坏死病斑和植株死亡。基因相关性分析鉴定出隶属于9个属的分离物：链格孢属（Alternaria）、镰刀菌属（Fusarium）和附球菌属（Epicoccum）最为常见，具有最强攻击性分离物和最高的苋属幼苗死亡数。空间分布分析揭示了三个气候聚类，突出了这些类群的环境适应性，这对于商业生物除草剂开发的田间成功至关重要。这些结果确定了真菌分离物作为治理抗除草剂苋属种群的可行候选者。
**巴西苋属植物病原真菌空间分布与生物除草剂开发研究解读**
**1. 研究背景与科学问题**
苋属（Amaranthus）是苋科（Amaranthaceae）中一个具有重要农业意义的杂草属，全球约70种，其中10种在巴西被列为经济重要杂草，包括反枝苋（A. hybridus）、皱果苋（A. viridis）、刺苋（A. spinosus）等。该类杂草具有极高的繁殖能力（单株种子产量超过25万粒）、C4光合代谢途径以及错峰萌发策略，使其在与玉米、大豆、棉花等作物的水、光、养分竞争中占据显著优势，即使在干旱胁迫和强辐射条件下仍能造成严重产量损失。更为严峻的是，苋属杂草已对EPSPS和ALS抑制剂类除草剂演化出多种抗性，且抗性性状可遗传后代，导致化学防治效果日益衰退。因此，开发具有高特异性和低环境风险的生物除草剂成为可持续杂草管理的重要方向，其中利用植物病原真菌作为生物除草剂（bioherbicide）的淹没式应用策略备受关注。然而，巴西尚无针对苋属的注册商业生物产品，也缺乏将真菌空间分布与生态位特征关联用于生物防治的系统研究。本研究旨在巴西三个州系统采集苋属相关真菌，评价其致病性，并通过系统发育与气候聚类分析揭示其遗传多样性与生态可塑性，从而筛选出具有生物防治潜力的高效菌株。
**2. 主要技术方法**
研究在巴西米纳斯吉拉斯州、圣保罗州和戈亚斯州采集具叶斑和茎斑症状的苋属植物样本，分离获得192株真菌。采用离体叶片接种法对6种苋属及1个杂交种进行致病性测定，依据0-4级攻击力评分标准筛选高毒力菌株。对入选菌株提取基因组DNA，扩增ITS区域（引物ITS1F/ITS4）及镰刀菌属的RPB2基因（引物5f2/7cr）进行测序，利用BLASTn比对和贝叶斯系统发育分析（MrBayes 3.2.7）进行分子鉴定。空间分布方面，使用QGIS结合SIRGAS 2000坐标系绘制采集点地图，叠加IBGE生物群落、土地利用和气候图层，提取海拔与K?ppen-Geiger气候类型等环境变量，并整合SpeciesLink平台3036条苋属分布记录。气候聚类采用基于密度的DBSCAN算法（ε=0.7，MinPts=2）分析30年气候历史数据（高温天数和无降水天数），将真菌属分为广适型（Generalists）、特化型（Specialists）和独有型（Unique）。
**3. 主要研究结果**
**3.1 致病性评价与分子鉴定**
从192个分离物中共鉴定出45个病原真菌，其中24个表现出显著的生物防治潜力，在接种7天后可诱导坏死病斑或植株死亡。热图分析显示，A. hybridus、A. viridis和A. retroflexus对测试病原菌最为易感，而A. lividus、A. deflexus和A. spinosus平均症状评分较低（≤1.25），但所有物种均出现评分4（死亡）的离群值，表明特定强毒力菌株可突破寄主基础防御。菌株BA005、BA064、BA065和BANI078（分别为Bipolaris sp.、Fusarium sp.、Alternaria sp.和Epicoccum sp.）在多种苋属植物上持续诱导3-4级症状并造成最多幼苗死亡，其中BA065（Alternaria sp.）获得最高频的4级评分。基于ITS和RPB2序列的贝叶斯系统发育分析将入选菌株划分至9个属，其中Alternaria、Fusarium和Epicoccum各占5个分离物（各占21.7%），为最优势类群。BANI014与Curvularia americana、BA056与Colletotrichum truncatum形成支持率100%的姐妹分支。BANI026和BANI078位于Pleosporales目内，因该目多系起源及无性型主导而暂时归类，需多基因位点分析进一步明确。
**3.2 空间分布与生态位特征**
空间分布图表明，24个高潜力病原菌株集中分布于塞拉多（Cerrado）生物群落及其与大西洋森林的过渡地带（生态交错区），且与苋属历史发生记录区域高度重叠。优势属中，Alternaria多出现在海拔603–1007m的农业环境，偏好Cwa气候（夏季炎热湿润、冬季干燥）；Fusarium集中分布于海拔600–700m的耕作区，可跨越Aw和Cwa气候类型；Epicoccum的垂直分布范围最大（约550–900m），部分分离物邻近水体。DBSCAN聚类分析识别出3个显著气候聚类：聚类0（Rio Verde）具有高度稳定的气候条件（月均5.4个高温天、14.4个无雨天），容纳7个真菌属，为多样性热点；聚类1（3个市镇）代表过渡环境（3.6个热天、15.4个干天），支持3个广适属；聚类2（3个市镇）代表更极端条件（4.8个热天、15.7个干天），仅有Epicoccum、Curvularia和Fusarium出现。其余6个发生点被归为噪声（微气候环境），包含唯一特化属Phoma。生态策略分类显示66.7%的类群为广适型（Generalists），其中Fusarium属跨越3个聚类，具有最高生态可塑性（干天变异0.83天，热天变异1.51天）；Epicoccum的热耐受范围最大（变异2.75天）；Alternaria虽未出现在聚类2，但可在低热环境中广泛分布。相比之下，Phoma属仅局限于特定微气候，为特化型；单次发生的Colletotrichum和Diaporthe则无法进行可靠的生态推断。
**4. 讨论总结与结论**
讨论部分指出，苋属物种在巴西不同农业生态系统中存在广泛的地理和生态位重叠，为多种真菌的共存提供了宿主基础。致病性差异反映了病原菌遗传多样性、寄主抗性和环境条件之间的复杂互作，而7天视觉评估可能仅捕获部分症状谱系。优势属Alternaria、Fusarium和Epicoccum的除草潜力已有文献支持，如Alternaria对反枝苋生长抑制、Fusarium对藿香蓟的强致病性、Epicoccum draconis对皱叶酸模的防效等。聚类0（Rio Verde）的高真菌多样性并非由大气候均一性决定，而是源于高强度农业活动导致的土地利用动态和微环境异质性，这种异质性降低了种间竞争并提供了多样生态位。优势属的多聚类分布证实其广适性和生态可塑性，其中Fusarium的适应性与其耐旱结构和全球分布特征一致；Alternaria在高温下孢子浓度与温度正相关，解释了其在采样区的存在。海拔梯度与真菌分布的关系复杂，本研究病原菌发生区恰好对应于寄主苋属的海拔生态幅（可达2200m）。讨论强调，强毒力菌株与其所在属的生态可塑性之间存在潜在关联，即广适性类群更可能筛选出高攻击力菌株，这是田间变异条件下生物除草剂成功的关键前提。研究同时承认采样设计和空间相关性不能直接推及因果，建议未来开展繁殖体规模化生产、作物安全性测试以及田间防效验证。
结论部分明确：菌株BA065（Alternaria sp.）、BA064（Fusarium sp.）、BANI078（Phoma sp.）和BA005（Bipolaris sp.）在多种苋属物种上表现出高攻击力和广谱毒力；Fusarium、Alternaria和Epicoccum属为最频繁且致病潜力最大的类群；DBSCAN聚类分析与空间分布证实了优势属毒力与生态可塑性之间的相关性。这些发现为巴西开发针对苋属的生物除草剂开辟了有前景的途径。
