东北地区大豆孢囊线虫病发生和防控技术研究进展

孟凡立，于瑾瑶, ，李春杰，黄铭慧，赵 磊, ，王 旋,，姜 野，秦瑞峰，王从丽*

（1.东北农业大学农学院，哈尔滨 150030；2.中国科学院东北地理与农业生态研究所，中国科学院大豆分子设计育种重点实验室，哈尔滨 150081）

大豆是我国重要粮油作物之一，同时具有经济、政治和社会三重属性，确保其产业健康发展对我国粮食安全、产业发展等具有重大战略意义。我国是世界大豆消费大国，在2020～2021 年，中国进口大豆数量占世界大豆总进口数量60%，食用大豆约7 440万t，高于美国4 630万t大豆总产量[1]。东北地区土壤肥沃，是我国大豆主产区，主要包括黑龙江、吉林、辽宁和内蒙古东部地区，产量超过全国50%。

大豆孢囊线虫（Heterodera glycinesIchinohe，Soybean cyst nematode，SCN）病是严重制约大豆生产的病害之一，是仅次于大豆花叶病毒的第二大病害[2]。大豆孢囊线虫是植物内寄生线虫，也侵染其他不同种类豆角、豇豆、豌豆等豆科植物和杂草[3]。SCN 侵染根部形成孢囊，影响植株发育，可造成5%～10%减产，在发病严重地块高达30%以上，甚至绝产，每年我国因大豆孢囊线虫病造成损失达6 亿元以上[4]。SCN 使寄生根部发育不良，形成创面也易被其他土传病原菌侵染，加剧减产，因此大豆孢囊线虫病防治对我国大豆生产至关重要。

利用高毒高残留化学药剂防治大豆孢囊线虫病不符合可持续农业发展需要，高效低毒化学农药仍然较少。抗病品种最经济有效，但目前抗性单一，无法同时抗SCN 多个生理小种或多种病害；适于大面积种植的抗性品种少，部分地区因经济效益驱动或气候原因，坚持轮作存在困难，所以综合利用各种防控措施是有效防治大豆孢囊线虫病的重要策略。本文从大豆孢囊线虫病在东北地区发生规律和当前防控措施方面开展综述，以期为东北地区大豆丰产和农业可持续发展提供理论依据和技术支撑。

1 东北地区大豆孢囊线虫病发生规律

1.1 大豆孢囊线虫生活史

大豆孢囊线虫生活史可分为卵期、幼虫期和成熟期3个主要阶段，由卵期开始发育，一龄幼虫J1 在卵内发育。在受外界环境和根系分泌物刺激后，J1 通过蜕皮成为二龄幼虫J2 从卵内孵出，进入土壤中定位寻找寄主，J2 阶段不取食，通过消耗自身储存能量移动到寄主根部[5]；利用口针刺入根尖部位后侵入寄主并迁至维管束组织，直至找到合适取食位点；通过口针分泌纤维素酶溶解细胞壁，使相邻细胞原生质体融合形成多核细胞，称之合胞体。合胞体在SCN 生育周期中具有重要作用，并为其生长发育提供营养[6]。SCN 四龄幼虫分化成雌虫或雄虫，分化的雌虫虫体继续膨大，留在根内，分化的雄虫变成蠕虫状，离开根部寻找雌虫交配。交配后雌虫产卵，每个雌虫产卵200～600个，充满卵的雌虫死后变成褐色孢囊，脱落到土壤中。无寄主时，孢囊可在土壤中休眠，遇到合适寄主后卵孵化，开始下一代生活周期。在适宜环境条件下SCN 完成一代生活史需24～30 d，一年可完成数代，东北春大豆一般发生3代[7-8]。

1.2 大豆孢囊线虫生理小种

目前，大豆孢囊线虫致病性分化划分模式有两种，Race 生理小种和HG Type 划分[9-11]。东北SCN 已报道有10 个生理小种（Race 1、3、4、5、6、7、9、10、13 和14 号）和13 个HG Type（0、2、6、7、1.3、2.7、6.7、1.3.7、2.5.7、1.2.3.7、1.3.4.7、1.2.3.5.7和1.2.3.5.6.7）[12-14]。我国生产上主要采用生理小种模式。大豆孢囊线虫在田间为混合小种，所鉴定小种是优势小种，生理小种不断变化。在80～90年代，黑龙江省以3号生理小种占优势，未发现其他生理小种，辽宁省有1号和3号两个生理小种，吉林省有3 号（优势小种）、5 号、13号和1号4个生理小种[15]。1995年，在黑龙江省安达盐碱地连作地块发现1号生理小种，但3号生理小种仍为优势小种[16]；2008年，安达地区检测到4 号和14 号生理小种，但2015 年，安达地区14 号生理小种变化为优势小种，同时存在4号和9号生理小种[12,17-18]。2019年，黑龙江11个大豆主产区报道有5 个生理小种（1 号、3 号、4 号、6 号和14号），其中3 号优势生理小种保持不变[14]。生理小种变化同样也发生在辽宁省和吉林省：2007～2008年，辽宁省大豆产区调查发现有1 号、3 号和6 号生理小种，其中3号生理小种分布广泛[19]；吉林省大豆产区1992年发现7号生理小种[20]，2017年报道有1 号、3 号、5 号、6 号、9 号和10 号生理小种，仍以3号生理小种分布最广[21]。连续种植抗线品种是导致大豆孢囊线虫生理小种变化主要原因之一[18,22]。虽然3 号生理小种在东北大豆主产区仍是优势小种，但新小种不断出现增加大豆孢囊线虫病防治难度。

1.3 大豆孢囊线虫病发生程度

大豆孢囊线虫在东北大豆产区普遍发生，发生程度一般与土壤中大豆孢囊线虫孢囊量有关，也与土壤类型、土壤营养状况、土壤环境及耕作方式有关。刘大伟等2006～2008年通过调查辽宁省26 个市、县和区大豆田土样，发现88%大豆产区有大豆孢囊线虫，孢囊数目低于10 的地区主要在东部和南部沿海地区，孢囊数目大于30 主要分布在西部和北部地区；大豆连作地区孢囊密度大，病害发生严重，如康平县；土壤状况影响大豆孢囊线虫病发生和危害程度，如建平县土质硬线虫不易发生，辽阳市沙壤土通气适于线虫生长和发育，大洼县碱性土壤更适于大豆孢囊线虫繁殖[23]。孙玉秋等2007～2008 年在黑龙江省采集35 个县市共112个样品，从每个样品中均检测到大豆孢囊线虫，但各地SCN 种群密度差异较大，嫩江土壤中SCN卵量最多，虎林和抚远较少，总体上西部地区卵密度高于东南部地区，这可能与土壤类型、有机质含量、pH、土壤环境及作物残茬等因素相关[24]。黑龙江西部地区春季干旱少雨，土壤温度高、湿度低，利于大豆孢囊线虫发育，导致大豆孢囊线虫病发病严重[25]。

耕作方式和种植结构对大豆孢囊线虫群体数量影响大，朱艳等发现撂荒条件下显著降低孢囊数量，水改旱次之，然后是轮作，连作导致根上和根内孢囊线虫数量显著增加[26]。此外，研究发现土壤中大豆孢囊线虫单孢囊中卵数量与作物轮作方式及其作物种类关系密切[27]。超过15 年大豆长期连作使孢囊中含卵量大大降低，孢囊中寄生真菌数量增加可能是自然衰退（卵量降低）的原因；不同轮作方式导致二龄幼虫真菌寄生率有差异；连续休闲区孢囊数量最低[28-29]。大豆与作物轮作改变土壤生物食物网结构，轮作后土壤中线虫群落指数增加，生防菌数量丰富度增加，说明轮作使食物网结构发生变化而导致大豆孢囊线虫数量降低[30-31]。黑龙江北部主要受积温影响，种植结构较难调整，大豆连作导致SCN 孢囊在土壤中密度增加，但因土壤肥沃，开垦年限短，有机质含量高，作物生长茂盛，危害不严重。南部地区因玉米经济效益高，大豆种植面积较小，可实施轮作，大豆孢囊线虫病发生程度较轻。内蒙赤峰地区2014～2019 年大豆连作期间，随大豆连作年限增加，孢囊线虫发生强度逐年增加，大豆生长受抑制，产量逐年降低，最高减产幅度达44.43%[32]。

在田间种植不同抗性程度大豆品种对大豆孢囊线虫群体密度有较大影响，种植抗线品种明显减少田间SCN 二龄幼虫数量，原理为抗线虫侵入或发育[33]。但单一抗性品种长期使用及大豆孢囊线虫生理小种不断变异，导致抗性降低或丧失[12,18]。了解大豆孢囊线虫病发生程度有助于制定其有效防治措施。

2 大豆孢囊线虫病防控技术研究与应用

大豆孢囊线虫病为土传病害，同时受孢囊外壳的保护作用可在土壤中存活多年，防治困难。为降低SCN 引起的经济损失，促进农业可持续发展，综合防治策略尤为重要。种植品种以抗多种生理小种为佳，播种时利用种衣剂包衣，种植前后及时清除田间杂草等寄主。因在田间消除线虫非常困难，所以综合防控宗旨是在降低线虫群体密度情况下，尽量减少产量损失，结合其他防治措施提高大豆产量潜力。

2.1 农业措施

种植非寄主或抗病品种和利用轮作措施是降低线虫数量最经济有效方法。大豆与非寄主植物太阳麻轮作时，大豆孢囊线虫卵被太阳麻根部分泌物刺激孵化，形成二龄幼虫，但由于二龄幼虫在进入其根部后无法正常发育，从而降低大豆孢囊线虫群体密度[34]。在东北地区可轮作的作物有苜蓿、大麦、小麦、高粱、甜菜等，但这些作物相对玉米均是小作物，轮作面积小，主要以大豆--玉米轮作为主。前文提及不同轮作方式明显影响大豆孢囊线虫群体数量，东北三省多地田间试验表明麦-杂-豆、玉米-玉米-大豆轮作明显减轻病害作用，大豆孢囊线虫严重地块可开展5年以上轮作以达到减轻危害[27,35]。深耕整地和倒垄也是大豆高产栽培重要农业措施，播种前浅耕去除作物残根以减少初始线虫种群密度，播种时深耕可保温，出苗前覆土保温，增加大豆出苗率，实行倒垄增加植物透光透气，提高长势，降低线虫危害。

2.2 化学防治

目前应用于大豆防治线虫的化学杀线剂较少，生产上主要依靠种衣剂防治大豆孢囊线虫病，但效果不明显。我国农药网上已登记的杀线剂主要是种衣剂，其种类、成分、登记号和主要功能如表1所示[36]。其中多福克主要成分之一为克百威，又名呋喃丹或大扶农，属于高毒高残留农药，在蔬菜、果树、茶叶、烟草和中草药上已被禁止使用，多福甲维盐和阿维多福为低毒。这些种衣剂不仅防治大豆孢囊线虫病，也防治大豆根腐病。此外大部分化学种衣剂对大豆出苗均有抑制作用[37]。

表1 国内已登记抗大豆孢囊线虫种衣剂Table 1 Registered seed coating agents resistant to soybean cyst nematode in China

2.3 生物防治

在土壤中存在较多大豆孢囊线虫生防因子，可用于线虫生物防治。如食线虫真菌、食线虫细菌、捕食性线虫等，但较难实现商品化，目前产品多以生物菌肥和种衣剂为主。“豆丰一号”和中国农业科学院“保根菌剂”作为早期生防制剂，在20个世纪90年代黑龙江农场应用较为广泛。“豆丰一号”是东北地区最早开发的生防菌剂，从1995～2001 年间在辽宁和黑龙江两省推广，创收直接经济效益可观；该制剂大大降低土壤中线虫数量，改变土壤微生态群落结构，增产增收，降低化学农药用量而减少环境污染[38]。“保根菌剂”不仅对当年大豆孢囊线虫有较高致死率，还可延续至第二年生产中，降低防治成本，此为区别于化学药剂的明显特性[39]。

土壤中存在大量生防因子，具有应用潜力，筛选和鉴定生防因子是开发重要生防制剂前提。宋洁等证明22 年大豆连作形成的抑制性土壤中后垣轮枝菌（Vertiillium chlamydoporia）数量增加，该菌为SCN重要生防真菌[40]。大豆孢囊线虫生防真菌主要有淡紫拟青霉[Paecilo myceslilacinus(Thom.)Samson]、黑曲霉菌（Aspergillusniger）、丛枝菌根（Arbuscular mycorrhizal fungi，AMF）和轮枝菌（Ver⁃ticilliumspp.）等。生防细菌有芽孢杆菌（Bacillusspp.）和根瘤菌（Rhizobiumspp.）等[41]。多数生防菌或者其代谢物均具有抑制SCN 卵孵化和对二龄幼虫毒杀作用或抑制二龄幼虫活性[42-44]。采用厚垣轮枝菌HDQI8活性产物制备的生物种衣剂HNDI对大豆孢囊线虫病田间防效为60.5%[45]。郭宁等使用（复配菌株F1024，B482，A4+元素组合+助剂）处理不仅有效抑制大豆孢囊线虫繁殖，还可抑制大豆孢囊线虫侵染与发育[46]。菌线克系列生物种衣剂，其主要成分是以大豆根瘤和根际土中分离筛选出菌株的发酵液复配制成[47]。

植物生长促生细菌（Plant growth promoting rhi⁃zobacteria，PGPR）是一类间接防治线虫的生防因子，促进植物生长和发育，可直接通过生物肥料产生有机物质促进植物生长和土壤营养吸收，间接起到生物制剂防治作用。例如，从大豆根际分离出的两个促生细菌Sneb207 和Sneb482，经鉴定两株细菌均为巨大芽孢杆菌（B.megaterium），利用其灭菌发酵液进行大豆包衣，在大豆孢囊线虫重病田两株细菌对大豆苗期生长有促进作用，对线虫有明显抑制效果[48]。生物种衣剂SN101、SN102、SN105 和SN106 田间试验结果表明对SCN具有抑制作用，对大豆具有促生和增产作用[49-51]。我国农药网上已登记的防治大豆孢囊线虫生物种衣剂主要是苏云金芽孢杆菌（见表1）。

2.4 利用抗线品种

选育抗线品种是防治大豆孢囊线虫病一项经济有效措施。我国SCN 抗源筛选工作从20 世纪70年代早期开始，由吴和礼等开展[52]，在8 003 份大豆种质中筛选出4份对黑龙江省大豆孢囊线虫群体免疫和高抗的材料，包括龙抗SCN781、龙抗SCN782、龙抗SCN791、龙抗SCN792 等。目前大多数抗线品种抗性背景基本来源于PI88788、Pe⁃king 和PI437654 基因型。

通过对中国种业大数据平台查询，东北三省从1980s 开始审定登记的大豆品种近1 500 个，其中黑龙江省约占50%，但登记品种中具备抗线特性的大豆品种仅有41 个（见表2），黑龙江省抗线品种有35 个（85%），大多是由黑龙江省农业科学院培育而成，这些品种大多数对SCN 3 号生理小种有抗性，3 号生理小种长期以来是东北优势小种[53]。例如，抗线系列1～13 号生理小种是针对大豆孢囊线虫3 号生理小种培育，其抗性背景主要来自Peking，但长期种植单一抗性品种导致田间大豆孢囊线虫毒性发生变异，从而使抗性品种抗性减弱甚至丧失。

表2 东北抗线审定品种Table 2 Certified varieties resistant to soybean cyst nematode in Northeast China

续表

Hua等通过筛选黑龙江省抗线系列品种及当地主栽品种对新鉴定的3 个生理小种表型反应发现，黑龙江省主栽品种几乎均感病，抗线系列对变异的5号生理小种（HG Type 2.5.7）依然有抗性，但对毒性强的4 号（HG Type 1.2.3.5.6.7）和14 号（HG Type 1.3）生理小种感病[12]。进一步筛选黑龙江省抗性种质资源表型，鉴定出同时具备抗4号和5号生理小种抗性资源，发现新释放的农庆豆20 号对4号生理小种抗病，但对5号生理小种感病，进一步分子鉴定证实抗线系列具有Peking 抗性背景，农庆豆20 是一类新的抗性基因型[54]。研究发现，品种黑农531 适合于黑龙江省第一和第二积温带种植，在大豆孢囊线虫重病区种植和对照相比，增产效果更明显，同时具有其他优良性状，例如抗病、抗旱、耐密、抗倒伏、高产和高油等特征。东农L-10 对SCN 1、3、4 和14 号小种均具有抗性[55-56]。另外，在吉林省报道的其他5 个抗大豆孢囊线虫病品种（吉林23、吉林32、吉林57、吉林64和吉林77）在全国审定网站上未发现。正月等筛选33个抗线大豆品种，得到12个适合在赤峰地区种植的抗线品种，包括10个高抗品种（抗线9号、沈丰10号、长农39号、抗线6号、抗线10号、黑1-40号、沈丰22号、沈丰38号、沈丰39号和黑1-17号）和2个中抗品种（沈丰34号和沈丰32号）[57]。

目前，我国抗线品种育种主要是针对线虫严重地区或者盐碱地。王家军等研究表明在盐碱地线虫发生区使用抗病品种，其产量明显高于感病品种[58]。为不影响产量，在大豆孢囊线虫病发生程度不严重地块可选种耐病品种，代替抗病品种，但线虫仍繁殖，所以混播抗病和耐病品种可作为综合防治的一项技术。Huang 等通过筛选164个大豆染色体代换系株系，发现耐5 号生理小种株系，这些株系均具有轮回亲本绥农14 背景，适合东北种植。因此，在无合适抗病品种时，可充分利用这些耐病株系降低线虫数量而不降低产量，进而降低经济损失[59]。

3 展 望

综上所述，为有效防治大豆孢囊线虫病，需因地制宜制定合适的防治策略。通过寄主抗性、与非寄主轮作、栽培措施、增施有机改良剂、生物防治、化学防治等防控技术综合应用，在保证产量基础上尽量降低化学杀线剂使用。对于东北地区需扩大筛选适合当地的抗病或耐病种质资源，加大多抗品种培育；加强与玉米的轮作以降低孢囊线虫种群数量，在发病较轻种植区可适当缩短轮作年限。为加速生物制剂开发和应用，不仅需从当地筛选高效土著微生物，还需探明生物防治作用机制、寄主特异性及靶标生物消长规律。分子生物进化、生物科技、生物信息学和多组学技术发展将为探索生物制剂作用方式及研究微生物和线虫互作机制提供有效研究手段，加快研发高效生物杀线剂进程，其中生物种衣剂具有成本低和环境友好等优点，是大豆孢囊线虫病较为理想防治技术。由PGCR配制成既促进生长，又防治线虫，并维持土壤健康的生物菌肥也是目前较有发展前景的防治技术。