根结线虫病害的发生与土壤微生物群落的关系研究进展

刘晓艳，闵勇，黄大野，张薇，王开梅，万中义，杨自文

（1.国家生物农药工程技术研究中心，湖北省生物农药工程研究中心，湖北省农业科学院，武汉，430064；2.湖北生物科技职业学院，园艺园林学院）

根结线虫病害的发生与土壤微生物群落的关系研究进展

刘晓艳1，闵勇1，黄大野1，张薇2，王开梅1，万中义1，杨自文1

（1.国家生物农药工程技术研究中心，湖北省生物农药工程研究中心，湖北省农业科学院，武汉，430064；2.湖北生物科技职业学院，园艺园林学院）

通过对根结线虫病害的发生与土壤微生物群落之间的关系进行介绍，从根际微生物对根结线虫的影响、根结线虫对土壤微生物的作用、根际微生物区系分析方法及根结线虫生防资源4个方面进行了综述，探讨了土壤微生物的变化影响根结线虫病害发生的程度，通过可持续性生物防治手段减轻该虫害的发生。

根结线虫；根际微生物；可持续性生物防治

蔬菜根结线虫病害是蔬菜生产中导致作物减产的很重要的病害。根结线虫寄主广泛，如茄果类、瓜类、豆类等蔬菜，平均产量损失30%～50%，病害严重时减产60%以上乃至绝收。蔬菜根结线虫病害发生的同时经常会伴随枯萎病、根腐病等土传性病害的发生［1］。全世界已发现对植物造成为害的根结线虫有3 000多种，我国发现的有南方根结线虫（M. incognita）、北方根结线虫（M.hapala）、花生根结线虫（M.arenaria）、爪哇根结线虫（M.javanica）等［2］。蔬菜根结线虫病的发生与土壤微生物群落的变化有着非常重要的关系。

土壤中存在着各种各样的微生物群体，它们对土壤健康以及整个生态系统的平衡都起到了关键的调节作用。土壤微生物中细菌的数量和种类排名第1，约占土壤微生物总量的3/4。不同种类细菌具有不同的调节作用，有的能够降解土壤中的重金属如铬和铜，有的能够降解有机质如解磷解钾，有的能够固定空气中的氮元素，还有的能够分解秸秆。除细菌以外，放线菌（抗生素的主要产生菌）的数量在土壤中排名第2，土壤的土腥味便是由放线菌产生的。排名第3的是真菌，真菌的种类很多，包括巨型真菌如食用菌，以及微型真菌如青霉，真菌也可以产生多种代谢产物。土壤中藻类和原生动物等种类较少。此外土壤微生物还是构成土壤肥力的重要因素［3］。

1 根际微生物对根结线虫的影响

表1 酶与根结线虫的关系

Orion等［4］研究了胶质对根结线虫卵的保护作用，将卵囊及单个胞子置于土壤和胶质中，土壤中的单个胞子很快被各种微生物分解，而胶质中的单个胞子则受到保护，避免被分解；卵囊无论在土壤还是胶质中，受到微生物的破坏作用都极大降低。

根结线虫在入侵寄主的过程中，有很多酶基因是来源于微生物，如分解植物细胞壁的β-1，4-内切葡聚糖酶，见下表1。此外可能还需要根际微生物中的一些物质来完成寄生的过程［17］。

EI-Hadad等［18］通过温室盆栽试验发现，一些防治线虫病害的生物肥含有多粘芽胞杆菌（Paenibacillus polymyxa）、巨大芽胞杆菌 （Bacillus megaterium）、环状芽胞杆菌（B.circulans）等，能够降低根结线虫的虫口数量，如每1 kg土壤中能降低95.8%二龄幼虫、63.75%雌虫以及57.8%雄虫。Mohamed等［19］通过接种灭过菌和不灭菌的土壤根结线虫，发现不灭菌的土壤里根结线虫比灭过菌的土壤少且小，根结线虫卵的数量少了93%。PCR变性梯度凝胶电泳分析显示，很多微生物种类附着在根结线虫身上，从而影响了雌虫的繁殖能力。

根际细菌对根结线虫的作用机理目前还在研究之中。郭荣君等［20，21］针对已经报道的研究结果进行了整理，总结为3个方面：一是根际细菌能够产生具有杀线虫活性的物质，如挥发性的NH3和NO2，Jataia等［22］认为这些细菌易产生对根结线虫有毒的活性物质，因此是防治线虫生物的重要天敌；二是根际细菌能够改变根的分泌物，从而影响根结线虫卵的孵化，Gheysen［23］和Sikora［24］认为从根的特定部位分泌出来的分泌物是影响线虫生活史中特定发育阶段的重要因子，其会影响线虫卵的孵化、线虫趋向性、线虫与寄主的识别以及在根上的寄生等；三是根际细菌能够诱导植物产生系统性抗线虫能力，Adam等［25］认为根际细菌能够诱导寄主植物对根结线虫产生系统抗性，而这种抗性发挥的作用可能远远大于细菌本身对线虫的作用。

2 根结线虫对土壤微生物的作用

植物寄生线虫会在根系中造成空隙，而这些空隙会影响根系中的碳转移，从而可以养活很多微生物。线虫的存在不会影响微生物的生物量，但会影响根系中光合产物的分配。碳的转移对微生物的影响取决于线虫与植物的互作以及线虫在寄主体内的发育阶段［26］。通过构建保护地根结线虫土壤细菌和放线菌的系统发育树，刘玮琦等［27］分析出根结线虫保护地土壤细菌种群主要包括放线菌门、α、β、γ变形细菌亚群、拟杆菌门等类群，其中能引起植物根癌病的根癌农杆菌所占数量较多。人工接种不同数量的根结线虫虫卵，黄瓜植株根际土壤微生物的数量也出现了变化，表现为随接种数量的增加，根际土壤厌气性细菌数量、好气性细菌数量、细菌总数及细菌/真菌（B/F）逐渐降低；放线菌数量在接种量为2 000个/株时显著升高，之后随着接种量的增加逐渐降低；真菌数量却逐渐升高；放线菌/真菌（A/F）在接种量为2 000个/株时略有升高，之后随着接种量的增加逐渐降低［28］。根结线虫侵染黄瓜植株导致根际土壤发生“真菌化”，显示土壤质量下降［29］。

3 根际微生物区系分析方法

微生物群落多样性是指群落中的微生物种群类型和数量、种的丰富度和均匀度、种的分布情况等。传统的土壤微生物群落多样性解析技术是指纯培养分离法，包括平板计数法［30］、形态分析法［31］以及群落水平生理学指纹法［32］。后来，出现了多样性评价较为客观的生物标记法，包括磷脂脂肪酸法［33］和呼吸醌指纹法［34］。如今的现代分子生物学技术包括：（G+C）%含量法［35］、DNA复性动力学［36］、核酸杂交法［37］、DNA Microarrays［38］、DNA指纹图谱技术［39］以及土壤宏基因组学［40］等。

目前应用土壤宏蛋白质组学技术研究植物根际生物学特性及其分子机理成为当前科学研究的热点。Wang等［41］通过土壤蛋白质组学技术分析水稻、甘蔗、烟草等作物根际生物学特性，随机挑取189个蛋白质，发现其中107个来源于植物、72个来源于微生物、10个来源于动物。此外利用T-RFLP技术对根际微生物群落结构进行分析，发现土壤蛋白质组学技术不能取代T-RFLP技术，两者相互补充。Wu等［42］通过研究连作模式下地黄根际土壤蛋白质表达谱的变化，发现发生差异表达的土壤蛋白质功能涉及能量、核酸代谢、氨基酸、胁迫防御、信号传递、次级代谢等，这些差异蛋白在微生物与植物的相互作用中发挥着重要功能。Lin等［43］通过分析新种植与宿根甘蔗根际土壤的宏蛋白质表达谱，也发现了很多介导微生物与植物互作的关键蛋白。

4 根结线虫生防资源

根结线虫生物防治资源主要指根结线虫在自然界的天敌生物，包括捕食性线虫、根际细菌、食线虫真菌、专性寄生细菌、病毒、放线菌等［21］。

4.1 食线虫菌物

食线虫菌物是对植物寄生线虫具有拮抗作用菌物的统称。目前国内外报道根结线虫食线虫菌物约30个属，至少79种，如淡紫拟青霉［44］和厚垣孢轮枝孢［45］等。

4.2 线虫天敌细菌

主要是巴氏杆菌属（Pasteuria）和根际细菌两大类，如穿刺巴氏杆菌（Pasteuria penetrans）［46］。穿刺巴氏杆菌为专性寄生，难于人工培养，大量生产受到限制。根际细菌是指从根际分离所得，如苏云金芽胞杆菌（Bacillus thuringiensis）［47］、解淀粉芽胞杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）［48］、 枯草芽抱杆菌（Bacillus sublilis）［49］、荧光假单胞杆菌（Pseudomonas fluorescens）［50］、放射形土壤杆菌（Agrobacterium radiobacter）［51］等。

5 结语

土壤是构成农业生态系统的主要组成部分，土壤微生物则在土壤有机质分解、养分循环、改善土壤结构、影响健康和植物演替中具有重要的作用，因此土壤微生物的变化可以作为衡量土壤生态系统是否遭到破坏的关键指标。而当土壤微生物群落失去平衡时，即会引起有害微生物种群占据优势群体，导致各种病虫害的发生，如根结线虫病害。只有研究清楚这其中的相互关系，对症下药，通过筛选强势的有益微生物，减少有害微生物的种群数量，降低根结线虫虫口，重新恢复土壤微生物群落的平衡，才能最终实现可持续性生物防治的最佳效果。

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Research Progress on Relationships between Occurrence of Root Knot Nematode Disease and Soil Microbial Community

LIU Xiaoyan1，MIN Yong1，HUANG Daye1，ZHANG Wei2，WANG Kaimei1，WAN Zhongyi1，YANG Ziwen1
（1.National Biopesticide Engineering Technology Research Center，Hubei Biopesticide Engineering Research Center，Hubei Academy of Agricultural Sciences，Wuhan 430064；2.Department of Horticulture，Hubei Vocational College of Biotechnology）

We introduced relationships between root knot nematode disease occurrence and soil microbial community，and summrized from four aspects，including interaction between rhizospheric microorganisms and root knot nematode，effects of root knot nematode on soil microorganisms，analysis methods of rhizospheric microflora and biocontrol resources of root knot nematode.In addition，we discussed that variation of soil microbial biomass affected occurrence degree of root knot nematode disease，ane pointed out that sustainable biological control means could reduce occurrence of root knot nematode.

Root knot nematode；Rhizospheric microorganisms；Sustainable biological control

S432.4+5

A

1001-3547（2015）24-0032-05

10.3865/j.issn.1001-3547.2015.24.014

刘晓艳（1979-），女，博士，主要从事植物病理学及生物农药分子生物学研究，电话：027-59101919

2015-10-14