新型生防因子
——昆蟲病原線蟲的研究進(jìn)展

李星月,李其勇,符慧娟,向運(yùn)佳，楊雯婷,劉奇志,張 鴻

(1.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所/農(nóng)業(yè)部西南作物有害生物綜合治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610066；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，北京 海淀 100193)

線蟲在自然界中僅次于昆蟲，是世界上種類龐大的物種，線蟲與昆蟲之間的聯(lián)系也是普遍而廣泛的，其中少數(shù)的線蟲因其對(duì)昆蟲較強(qiáng)的侵染致死力稱之為昆蟲病原線蟲(EPN)，是一類帶有共生菌的專性昆蟲寄生性線蟲，且被廣泛應(yīng)用于害蟲的生物防治領(lǐng)域[1]。20世紀(jì)30年代人們開始了利用線蟲防治有害昆蟲的研究，80年代主要有美國(guó)、澳大利亞、加拿大、捷克和英國(guó)5個(gè)國(guó)家進(jìn)行這項(xiàng)研究報(bào)道。到21世紀(jì)的前10年，發(fā)展中國(guó)家，如巴西、印度、中國(guó)等也加入這一生物殺蟲劑的研究，包括EPN的行為學(xué)、分類、生活史、生態(tài)學(xué)特性、侵染機(jī)制及防治特點(diǎn)等方面[2]。

1 昆蟲病原線蟲的分類

昆蟲病原線蟲(EPNs)分布廣泛，是昆蟲的專化性寄生天敵，包括斯氏線蟲科(Steinernematidae)和異小桿線蟲科(Heterorhabditidae)2個(gè)科。此兩科均屬于線蟲動(dòng)物門(Nematoda)，色矛綱(Chromadorea)，小桿目(Rhabditida)。其中，異小線蟲科下僅有一屬，即異小桿線蟲屬Heterorhabditis[3-4]。1980～2010年，斯氏線蟲科確定種共有63個(gè)，包括斯氏線蟲屬62 種，新斯氏線蟲屬1個(gè)種Neosteinernemalongicurvicauda。我國(guó)幅員廣闊，地理環(huán)境復(fù)雜，具有較為豐富的昆蟲病原線蟲資源，異小桿線蟲屬目前已描述的有12 個(gè)品系，在北京、云南、廣東等地采集到隸屬斯氏線蟲科和異小桿線蟲科的線蟲共計(jì)40 多個(gè)品系，200 多種[1, 5]。

2 昆蟲病原線蟲的生活史

昆蟲病原線蟲和共生細(xì)菌具有獨(dú)特的生活史(圖1)：共生菌不能單獨(dú)在土壤中存活，而是以共生的方式存在于3齡侵染期線蟲(Infective Juveniles, IJs)的腸道內(nèi)，線蟲作為載體攜帶共生菌進(jìn)入靶標(biāo)昆蟲體內(nèi)，保護(hù)共生菌免受外界不良環(huán)境的影響，同時(shí)將共生菌釋放到寄主昆蟲血腔中[6]。線蟲可以保護(hù)共生菌免受寄主免疫反應(yīng)的識(shí)別，共生菌在昆蟲血腔內(nèi)大量繁殖，產(chǎn)生抑菌物質(zhì)和毒素，兩天內(nèi)使昆蟲患敗血癥而亡；而共生菌分泌的多種胞外酶，如:蛋白酶、脂酶、磷酸脂酶和酶，發(fā)揮水解消化作用，將昆蟲血腔中的大分子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為能被線蟲所吸收利用的小分子營(yíng)養(yǎng)物，提供線蟲生長(zhǎng)發(fā)育繁殖的營(yíng)養(yǎng)來源，分泌抗菌素防抑制其它雜菌生長(zhǎng)，為線蟲的生長(zhǎng)發(fā)育創(chuàng)造良好的環(huán)境；經(jīng)過3代繁殖后(也有僅繁殖一代)，侵染期線蟲IJs重新攜帶著共生菌形成新的線蟲-共生菌復(fù)合體，以游離態(tài)從寄主昆蟲尸體內(nèi)鉆出，再次尋找新的寄主[7]。

圖1 昆蟲病原線蟲及其共生菌的生活史[8]

3 昆蟲病原線蟲的生態(tài)學(xué)特性

昆蟲病原線蟲喜陰濕，主要在土壤中活動(dòng)，耕地、森林、草地、沙漠甚至是海灘等潛在棲息地生活。離開寄主昆蟲后，昆蟲病原線蟲在土壤中存活期的長(zhǎng)短及其侵染能力主要取決于溫度、濕度、天敵和土壤類型等因素。昆蟲病原線蟲一般在土壤中棲息，適于防治一些隱蔽性害蟲或地下害蟲。人為將土壤中昆蟲病原線蟲的數(shù)量增加后，土壤中節(jié)肢動(dòng)物的種類也會(huì)隨之改變[9-10]。

在害蟲的生物防治實(shí)際應(yīng)用中，不僅需要考慮不同種(品系)線蟲對(duì)靶標(biāo)昆蟲致病力的差異，同時(shí)還得考慮特定的環(huán)境對(duì)線蟲和寄主昆蟲存活的影響。昆蟲病原線蟲喜歡土質(zhì)疏松的環(huán)境，松散的沙土便于線蟲的移動(dòng)，便于線蟲的呼吸生存等。適宜的溫度和濕度是線蟲的生長(zhǎng)、發(fā)育、侵染及繁殖所需要的條件，也是影響其存活和侵染能力的最主要因素[11]。昆蟲病原線蟲通常在0～40℃溫度下均能生存，不過很少能在40℃存活較長(zhǎng)時(shí)間，但不同種或不同品系的線蟲對(duì)溫度耐受力不同，要求也不盡相同。

除了溫度和濕度外，紫外輻射、pH值、高滲等脅迫因子均是限制昆蟲病原線蟲施用的因素。因此，在應(yīng)用線蟲防治害蟲時(shí)，要綜合考慮，選擇優(yōu)良的適合的線蟲品系，也要選擇適宜線蟲生存、繁殖、以及侵染的環(huán)境條件，才能達(dá)到期望的防效。

4 昆蟲病原線蟲侵染機(jī)制的研究

一般來說，當(dāng)線蟲在合適的生境下，不同線蟲有不同的方式搜尋寄主。按照附著在移動(dòng)寄主上的效率分為埋伏型的(Ambush)、攻擊型(Cruise)、中間態(tài)(Intermediat)3種[11]。昆蟲病原線蟲對(duì)寄主昆蟲的侵染機(jī)理，也是昆蟲病原線蟲重要的研究領(lǐng)域，已有的研究主要集中于侵入途徑、宿主組織病變和血淋巴免疫反應(yīng)等方面[12]。

在自然界中，昆蟲病原線蟲的感染期幼蟲攜帶共生細(xì)菌存在于土壤中，借助環(huán)境中載體間的水膜做垂直或水平運(yùn)動(dòng)，能夠主動(dòng)搜尋并隨時(shí)入侵可能的寄主昆蟲[13]。一旦找到適合的寄主，線蟲便利用昆蟲體表的自然開口(如肛門、氣門)、節(jié)間膜或傷口進(jìn)入昆蟲寄主體內(nèi)，隨后釋放腸腔中攜帶的共生細(xì)菌[14-15]。共生細(xì)菌被釋放到昆蟲的血腔后迅速繁殖，破壞昆蟲的生理防御機(jī)能，產(chǎn)生毒素使昆蟲患敗血癥在 48 h 內(nèi)死亡，產(chǎn)生抑菌物質(zhì)抑制其它雜菌的生長(zhǎng)，產(chǎn)生胞外酶等分解昆蟲尸體，為線蟲的生長(zhǎng)與繁殖發(fā)育提供營(yíng)養(yǎng)和理想的環(huán)境。線蟲在昆蟲體內(nèi)可繁殖幾代，當(dāng)線蟲密度高和營(yíng)養(yǎng)匱乏時(shí)就形成腸腔內(nèi)攜菌的3齡感染期幼蟲，重新回到土壤中尋找新的寄主[16-17]。因此，昆蟲病原線蟲-細(xì)菌共生系統(tǒng)的生活史開始并結(jié)束于感染期線蟲。

5 昆蟲病原線蟲防治的特點(diǎn)

作為一種高效的生物殺蟲劑，昆蟲病原線蟲具有很多優(yōu)點(diǎn)，例如：主動(dòng)尋找寄主并快速殺死寄主，寄主范圍廣，殺蟲能力強(qiáng)，適合人工大量培養(yǎng)，不僅對(duì)脊椎動(dòng)物、植物、人類無害，且對(duì)環(huán)境安全[15,18]。此外，作為昆蟲的“蛔蟲”，它們與其體內(nèi)的?；怨采?xì)菌一起致死昆蟲寄主，兩種病原一起作用，不會(huì)使昆蟲產(chǎn)生抗性，并能與化學(xué)殺蟲劑混用，在防治多種土壤害蟲和隱蔽害蟲方面扮演了重要的角色。昆蟲病原線蟲能夠主動(dòng)地搜尋寄主，最重要是不會(huì)引起害蟲抗性產(chǎn)生。