新型生防因子——昆虫病原线虫的研究进展

李星月,李其勇,符慧娟,向运佳，杨雯婷,刘奇志,张 鸿

(1.四川省农业科学院植物保护研究所/农业部西南作物有害生物综合治理重点实验室，四川 成都 610066；2.中国农业大学植物保护学院，北京 海淀 100193)

线虫在自然界中仅次于昆虫，是世界上种类庞大的物种，线虫与昆虫之间的联系也是普遍而广泛的，其中少数的线虫因其对昆虫较强的侵染致死力称之为昆虫病原线虫(EPN)，是一类带有共生菌的专性昆虫寄生性线虫，且被广泛应用于害虫的生物防治领域[1]。20世纪30年代人们开始了利用线虫防治有害昆虫的研究，80年代主要有美国、澳大利亚、加拿大、捷克和英国5个国家进行这项研究报道。到21世纪的前10年，发展中国家，如巴西、印度、中国等也加入这一生物杀虫剂的研究，包括EPN的行为学、分类、生活史、生态学特性、侵染机制及防治特点等方面[2]。

1 昆虫病原线虫的分类

昆虫病原线虫(EPNs)分布广泛，是昆虫的专化性寄生天敌，包括斯氏线虫科(Steinernematidae)和异小杆线虫科(Heterorhabditidae)2个科。此两科均属于线虫动物门(Nematoda)，色矛纲(Chromadorea)，小杆目(Rhabditida)。其中，异小线虫科下仅有一属，即异小杆线虫属Heterorhabditis[3-4]。1980～2010年，斯氏线虫科确定种共有63个，包括斯氏线虫属62 种，新斯氏线虫属1个种Neosteinernemalongicurvicauda。我国幅员广阔，地理环境复杂，具有较为丰富的昆虫病原线虫资源，异小杆线虫属目前已描述的有12 个品系，在北京、云南、广东等地采集到隶属斯氏线虫科和异小杆线虫科的线虫共计40 多个品系，200 多种[1, 5]。

2 昆虫病原线虫的生活史

昆虫病原线虫和共生细菌具有独特的生活史(图1)：共生菌不能单独在土壤中存活，而是以共生的方式存在于3龄侵染期线虫(Infective Juveniles, IJs)的肠道内，线虫作为载体携带共生菌进入靶标昆虫体内，保护共生菌免受外界不良环境的影响，同时将共生菌释放到寄主昆虫血腔中[6]。线虫可以保护共生菌免受寄主免疫反应的识别，共生菌在昆虫血腔内大量繁殖，产生抑菌物质和毒素，两天内使昆虫患败血症而亡；而共生菌分泌的多种胞外酶，如:蛋白酶、脂酶、磷酸脂酶和酶，发挥水解消化作用，将昆虫血腔中的大分子营养物质转化为能被线虫所吸收利用的小分子营养物，提供线虫生长发育繁殖的营养来源，分泌抗菌素防抑制其它杂菌生长，为线虫的生长发育创造良好的环境；经过3代繁殖后(也有仅繁殖一代)，侵染期线虫IJs重新携带着共生菌形成新的线虫-共生菌复合体，以游离态从寄主昆虫尸体内钻出，再次寻找新的寄主[7]。

图1 昆虫病原线虫及其共生菌的生活史[8]

3 昆虫病原线虫的生态学特性

昆虫病原线虫喜阴湿，主要在土壤中活动，耕地、森林、草地、沙漠甚至是海滩等潜在栖息地生活。离开寄主昆虫后，昆虫病原线虫在土壤中存活期的长短及其侵染能力主要取决于温度、湿度、天敌和土壤类型等因素。昆虫病原线虫一般在土壤中栖息，适于防治一些隐蔽性害虫或地下害虫。人为将土壤中昆虫病原线虫的数量增加后，土壤中节肢动物的种类也会随之改变[9-10]。

在害虫的生物防治实际应用中，不仅需要考虑不同种(品系)线虫对靶标昆虫致病力的差异，同时还得考虑特定的环境对线虫和寄主昆虫存活的影响。昆虫病原线虫喜欢土质疏松的环境，松散的沙土便于线虫的移动，便于线虫的呼吸生存等。适宜的温度和湿度是线虫的生长、发育、侵染及繁殖所需要的条件，也是影响其存活和侵染能力的最主要因素[11]。昆虫病原线虫通常在0～40℃温度下均能生存，不过很少能在40℃存活较长时间，但不同种或不同品系的线虫对温度耐受力不同，要求也不尽相同。

除了温度和湿度外，紫外辐射、pH值、高渗等胁迫因子均是限制昆虫病原线虫施用的因素。因此，在应用线虫防治害虫时，要综合考虑，选择优良的适合的线虫品系，也要选择适宜线虫生存、繁殖、以及侵染的环境条件，才能达到期望的防效。

4 昆虫病原线虫侵染机制的研究

一般来说，当线虫在合适的生境下，不同线虫有不同的方式搜寻寄主。按照附着在移动寄主上的效率分为埋伏型的(Ambush)、攻击型(Cruise)、中间态(Intermediat)3种[11]。昆虫病原线虫对寄主昆虫的侵染机理，也是昆虫病原线虫重要的研究领域，已有的研究主要集中于侵入途径、宿主组织病变和血淋巴免疫反应等方面[12]。

在自然界中，昆虫病原线虫的感染期幼虫携带共生细菌存在于土壤中，借助环境中载体间的水膜做垂直或水平运动，能够主动搜寻并随时入侵可能的寄主昆虫[13]。一旦找到适合的寄主，线虫便利用昆虫体表的自然开口(如肛门、气门)、节间膜或伤口进入昆虫寄主体内，随后释放肠腔中携带的共生细菌[14-15]。共生细菌被释放到昆虫的血腔后迅速繁殖，破坏昆虫的生理防御机能，产生毒素使昆虫患败血症在 48 h 内死亡，产生抑菌物质抑制其它杂菌的生长，产生胞外酶等分解昆虫尸体，为线虫的生长与繁殖发育提供营养和理想的环境。线虫在昆虫体内可繁殖几代，当线虫密度高和营养匮乏时就形成肠腔内携菌的3龄感染期幼虫，重新回到土壤中寻找新的寄主[16-17]。因此，昆虫病原线虫-细菌共生系统的生活史开始并结束于感染期线虫。

5 昆虫病原线虫防治的特点

作为一种高效的生物杀虫剂，昆虫病原线虫具有很多优点，例如：主动寻找寄主并快速杀死寄主，寄主范围广，杀虫能力强，适合人工大量培养，不仅对脊椎动物、植物、人类无害，且对环境安全[15,18]。此外，作为昆虫的“蛔虫”，它们与其体内的专化性共生细菌一起致死昆虫寄主，两种病原一起作用，不会使昆虫产生抗性，并能与化学杀虫剂混用，在防治多种土壤害虫和隐蔽害虫方面扮演了重要的角色。昆虫病原线虫能够主动地搜寻寄主，最重要是不会引起害虫抗性产生。