澳大利亚昆虫病原线虫对黄粉虫（Tenebrio molitor）的毒力、定殖率与繁殖潜力：分离株特异性变异

《Journal of Stored Products Research》：Australian entomopathogenic nematodes against the yellow mealworm, Tenebrio molitor: isolate-specific variation in virulence, establishment rate and reproductive potential

　　

澳大利亚昆虫病原线虫（entomopathogenic nematodes，EPNs）对黄粉虫（Tenebrio molitor）的毒力、定殖率与繁殖潜力：分离株特异性变异 摘要：储藏品采后损失仍是全球粮食安全的主要挑战，储粮害虫是造成这些损失的关键因素之一。黄粉虫（Tenebrio molitor L.）是一种经济上重要的仓储甲虫，同时被广泛用作免疫学、毒理学和昆虫病原研究的实验宿主。昆虫病原线虫（EPNs）作为环境兼容的生物防治剂受到关注，但其性能因分离株而异。本研究评估了17种澳大利亚EPN分离株（包括15株野外采集株和2株商业株，分属Heterorhabditis bacteriophora、Heterorhabditis indica、Heterorhabditis marelatus、Heterorhabditis zealandica和Steinernema feltiae）对黄粉虫老熟幼虫的毒力、定殖率和繁殖潜力。实验室条件下所有分离株均能感染并杀死宿主，但毒力（半数致死剂量LD50）、定殖率和繁殖潜力在不同分离株间存在显著差异。主成分分析显示这三个性状并非紧密关联，表明单一指标不足以全面评估分离株性能。研究结果强调了整合多性状筛选的必要性，并识别出若干值得进一步评估用于黄粉虫防治和EPN生产的候选分离株。

论文解读：澳大利亚昆虫病原线虫对黄粉虫的毒力、定殖率与繁殖潜力——分离株特异性变异

一、研究背景与目的

储藏品采后损失是全球粮食安全的重大挑战，储粮害虫是导致这一问题的关键因素之一。黄粉虫（Tenebrio molitor）不仅是一种经济上重要的仓储害虫，还因其易于饲养、营养价值高且生命周期可控，被广泛用作免疫学、毒理学和昆虫病原研究的模式宿主。昆虫病原线虫（entomopathogenic nematodes，EPNs）属于斯氏线虫科（Steinernematidae）和异小杆线虫科（Heterorhabditidae），其侵染期幼虫（infective juveniles，IJs）能主动寻找昆虫宿主并通过自然开口或体壁侵入，释放共生细菌（Xenorhabdus spp. 或 Photorhabdus spp.）迅速致死宿主。EPNs被认为是对环境友好的生物防治剂，但在干燥的储藏环境中其存活和运动受限。尽管已有大量研究评估EPNs对储粮害虫的效果，但针对澳大利亚本地EPN分离株在黄粉虫中的综合表现（包括毒力、定殖率和繁殖潜力）尚缺乏系统评价。因此，本研究旨在填补这一空白，通过对17个澳大利亚EPN分离株的多性状评估，筛选出有潜力的候选株用于进一步的田间应用或体内生产。该论文发表于《Journal of Stored Products Research》。

二、主要关键技术方法

研究人员采用了三种独立的实验室生物测定法：（1）毒力测定：将不同浓度（50、100、200、500、1000 IJs/皿）的IJs接种于铺有滤纸的培养皿中，每皿含20头健康老熟黄粉虫幼虫，7天后记录死亡率，并使用分组二项广义线性混合模型（GLMM）拟合probit剂量-反应曲线估算半数致死剂量（LD₅₀）；（2）定殖率测定：每只幼虫单独置于24孔板中，暴露于100 IJs，5天后解剖计数进入并发育至成虫或第一代雌雄的线虫数量；（3）繁殖潜力测定：同样每只幼虫暴露于100 IJs，5天后将感染尸体转移至White陷阱，收集并统计三周内产生的后代IJs总数。所有分离株均在黄粉虫体内传代六次后使用，以减少传播历史差异。样品来源包括15株来自澳大利亚东部野外采集的分离株和2株由Ecogrow公司提供的商业分离株。

三、研究结果

3.1 EPN对黄粉虫幼虫的毒力

所有17个分离株均成功感染并致死黄粉虫幼虫。死亡率受分离株与IJ剂量的交互作用显著影响（似然比检验：χ2₁₆=88.34，p<0.001）。LD₅₀值从约9.1±3.7 IJs/幼虫到47.9±5.3 IJs/幼虫不等，其中H. indica Hi.LMBT毒力最强（LD₅₀最低），而S. feltiae Sf.GG1毒力最弱。种内也存在显著差异，例如H. indica中Hi.LMBT最毒而Hi.QGLB最弱；S. feltiae中Sf.Y13最毒而Sf.GG1最弱；H. zealandica中Hz.BB3最毒而Hz.NAR4最弱；但H. marelatus的两个分离株无显著差异。

3.2 EPN在黄粉虫幼虫体内的定殖率

定殖率在各分离株间差异显著（χ2₁₆=81.19，p<0.001），平均值范围为5.8%至17.2%。最高定殖率出现在S. feltiae Sf.ECCS（17.2%）和H. marelatus Hm.ENCB（16.2%），最低出现在H. indica Hi.LMBT、Hi.LMI2和Hi.HRN2。种内比较显示，H. indica中Hi.ECC1H和Hi.QGLB定殖率最高，Hi.HRN2最低；H. zealandica中Hz.BB1和Hz.NAR4最高，Hz.EG最低；H. marelatus中Hm.ENCB显著高于Hm.GOS1；S. feltiae中各分离株间也存在显著差异。

3.3 EPN在黄粉虫幼虫体内的繁殖潜力

繁殖潜力在各分离株间差异显著（χ2₁₆=138.66，p<0.001），平均每头幼虫产生后代IJs数从56,750±8,190到140,600±20,510不等。最高繁殖潜力见于H. zealandica Hz.NAR4和S. feltiae Sf.Y13，最低见于H. indica Hi.LMBT、H. zealandica Hz.EG和H. indica Hi.ECC1H。种内差异显著：S. feltiae中Sf.Y13产量最高，Sf.EG最低；H. indica中Hi.LMI2和Hi.QFSC最高，Hi.LMBT最低；H. zealandica中Hz.NAR4和Hz.BB3最高，Hz.EG最低；H. marelatus中Hm.GOS1高于Hm.ENCB。

3.4 毒力、定殖率与繁殖潜力的多元关系

主成分分析（PCA）显示前两个主成分解释了总变异的82.7%，其中PC1主要与定殖率和LD₅₀相关，PC2主要对比繁殖潜力与LD₅₀。各分离株在排序空间中未形成明显的物种聚类。Pearson相关性分析未检测到三个性状间的显著配对关系（LD₅₀与定殖率：r=0.36，p=0.162；LD₅₀与繁殖潜力：r=-0.03，p=0.896；定殖率与繁殖潜力：r=0.30，p=0.247），表明一个性状的表现不能预测其他性状。

四、讨论与结论

讨论指出，毒力、定殖率和繁殖潜力三者并不一致，仅凭死亡率筛选分离株可能不全面。例如，H. indica Hi.LMBT和Hi.LMI2毒力最强但定殖率低，且两者繁殖潜力差异显著（Hi.LMI2产量约为Hi.LMBT的两倍），因此Hi.LMI2可能是更优的综合候选株。相反，H. indica Hi.QGLB毒力最弱但定殖率和繁殖中等，说明成功入侵不一定保证强毒力。S. feltiae Sf.ECCS和H. marelatus Hm.ENCB定殖率最高却非最毒，而H. zealandica Hz.NAR4和S. feltiae Sf.Y13繁殖潜力最高但毒力中等。这些结果表明，分离株选择应依据目标应用场景：快速抑制选高毒力株，高效入侵选定殖率高株，持续循环或生产选高繁殖株。研究还强调，实验室结果需结合干燥储藏环境的实际条件验证，未来可通过保水凝胶、颗粒剂、诱饵站等制剂技术提升应用效果。此外，黄粉虫作为已大规模饲养的宿主，可用于评估高繁殖潜力分离株的体内生产成本效益。

结论翻译：总体而言，通过表征15株野外采集和2株商业化的澳大利亚EPN分离株在黄粉虫中的毒力、定殖率和繁殖潜力，本研究为识别具有对比功能优势的分离株并优先选择有前景的候选株用于进一步研发提供了比较基础。研究结果表明，EPN的性能不能仅由宿主死亡率定义，因为毒力、定殖率和繁殖潜力代表不同且未必一致的感染组成部分。尽管在实际干燥储藏条件下的有效性仍有待证明，但本研究提供了关键的第一阶段证据，用于指导靶向制剂、递送和实际应用试验，以及进一步评估选定分离株用于储粮害虫管理或高效体内EPN生产。