编辑推荐：
该研究发现麦长蝽可诱导易感番茄对根结线虫（RKN）抗性，且不影响其偏好，为虫害防治提供新思路。
### 研究背景
根结线虫（Meloidogyne spp.）是全球植物生产中极具挑战性的植物寄生线虫（PPN），其中热带根结线虫（RKN），如南方根结线虫（M. arenaria）、爪哇根结线虫（M. javanica）和北方根结线虫（M. incognita），广泛分布且严重限制热带和亚热带地区蔬菜生产。它们是专性寄生虫，通过孤雌生殖繁殖。其侵染过程中，二龄幼虫（J2）会在植物根伸长区附近侵入，在细胞间移动，并在维管束中诱导形成巨型细胞作为取食位点，之后经过三次蜕皮发育为成虫。成虫雌虫从这些巨型细胞取食，使根部形成根瘤，干扰植物对水分和养分的吸收，导致植物地上部分发黄、萎蔫和矮化，严重时可致植物死亡。在番茄种植中，RKN 会造成严重减产，减产幅度可达 62% - 72%。
在可持续的线虫防治方法中，植物抗性是一种有效、经济且环保的策略。在番茄中，Mi1.2抗性基因可介导对部分根结线虫的抗性，如 M. arenaria、M. incognita、M. javanica、M. luci 和 M. ethiopica，但对 M. hapla 和 M. enterolobii 无效。该基因通过诱导取食位点周围的超敏反应（HR）介导细胞死亡，涉及活性氧（ROS）的爆发，从而阻止线虫侵染和发育。然而，由于毒性种群的出现，其有效性在重复种植后会降低或丧失。因此，通过生物或非生物因素诱导易感种质的抗性，以减少对抗性种质的选择压力，成为一种可行的替代策略。
此前已有研究表明，细菌和真菌等生物诱导剂可诱导植物对 RKN 的抗性。近年来，昆虫在生物防治中的应用受到关注，如植食性蝽类麦长蝽（Macrolophus pygmaeus）和黑肩绿盲蝽（Nesiodiocoris tenuis），在取食植物时可触发植物对多种害虫的抗性。但这些昆虫对感染 RKN 的易感和抗性番茄种质的影响，以及诱导抗性与 Mi1.2抗性基因介导的遗传抗性之间的关系尚不清楚。此外，PPN 感染会影响植食性昆虫和螨类的宿主偏好和发育，RKN 感染对地上部植食性昆虫也有不同影响，这些都表明植物、线虫和昆虫之间存在复杂的相互作用。本研究旨在探究麦长蝽增强番茄对 RKN 抗性的潜力，以及其在 RKN 感染和未感染植物间的偏好，为揭示捕食者行为与植物防御机制之间的生态相互作用提供依据。
材料和方法
- 植物材料、昆虫和线虫：实验于 2023 年在西班牙农业食品研究与技术研究所（IRTA）进行。选用易感番茄品种 Roma 和携带 Mi1.2抗性基因的 Caramba 品种。番茄种子在含有泥炭和珍珠岩（95:5，v:v）的育苗盘中萌发，之后移栽至 200 cm3 的无菌河砂花盆中，在生长室中培养一周后进行实验。实验用的麦长蝽 N4 - 5 龄若虫（4 - 7 天）和交配后的雌虫由 SELMAR 提供。实验所用的 RKN 包括从实验温室分离的 M. incognita（Agropolis）种群和从商业生产的嫁接番茄中分离的混合种群（包含 M. arenaria、M. hapla 和 M. javanica）。RKN 在易感番茄品种 Durinta 上繁殖，J2 从番茄根中产生的线虫卵中提取，通过特定的 PCR 检测方法鉴定 RKN 种类。
- 盆栽实验诱导番茄对 RKN 的抗性：番茄移栽一周后，用 100 微米的网袋覆盖植株，每株释放 15 只 4 - 7 天龄的麦长蝽 N4 - 5 龄若虫，48 小时后移除网袋和昆虫。随后，植株接种 200 只 M. incognita（Agropolis）的 J2 或 600 只混合种群的 J2。设置未接触麦长蝽的植株作为对照，每个番茄品种、RKN 处理和麦长蝽处理的组合重复 12 次，实验进行两次。实验期间按需浇水，每周施一次 Hoagland 溶液。在接种线虫 40 天后，评估 RKN 的侵染力（通过计数卵块数量）、繁殖力（通过计数卵的数量）和生育力（每个卵块的平均卵数）。计算繁殖指数（RI），并根据 RI 对植物的抗性水平进行分类。
- 偏好实验
- 垂直 Y 型管嗅觉仪实验：使用垂直 Y 型管嗅觉仪（Nathura，ECIS，Bessanvido，意大利）研究麦长蝽雌虫对 RKN 感染或未感染植物气味的偏好。选用接种 600 只 J2 后 14 天的易感番茄品种 Roma 和抗性品种 Caramba，用 7 天龄的麦长蝽雌虫进行实验。实验过程中严格控制空气流速和环境条件，每测试 5 只昆虫后用 96% 酒精清洁嗅觉仪，每测试 10 只昆虫后交换嗅觉仪臂的位置和罐子的方向。记录昆虫的首次选择和 5 分钟后的最终选择，实验结束后通过染色确认根部是否感染 RKN。
- 昆虫笼实验：进行三个实验评估麦长蝽对未感染或感染 RKN 植物的偏好和后代情况。实验选用接种 3 J2/cm3 土壤的 M. incognita 或 RKN 混合种群 14 天后的易感番茄品种 Roma 和抗性品种 Caramba。将一株接种和一株未接种的同品种植株放入 250 微米网眼的笼子中，释放 10 只 7 天龄的交配后麦长蝽雌虫。在 1、2、4、24、48 和 72 小时后计数麦长蝽雌虫在植株上和植株外的数量。14 天后，评估每株植物上产生的若虫数量，实验结束后通过染色确认 RKN 感染情况。
- 统计分析：对盆栽实验中 RKN 的侵染力、繁殖力和生育力数据，以及昆虫笼实验中昆虫数量和后代数量数据进行正态性和方差齐性检验。若方差无差异（P > 0.05），使用 Student - t 检验；否则使用 Welch 检验。若实验间无显著差异（P > 0.05），则合并数据。使用双侧二项式检验分析嗅觉仪实验中麦长蝽选择特定宿主植物的比例差异，统计分析使用 JMP 16.2.0（SAS Institute inc.）软件进行。
实验结果
- 盆栽实验诱导番茄对 RKN 的抗性：实验中使用的 M. incognita（Agropolis）和 RKN 混合种群均能克服番茄品种 Caramba 的 Mi1.2抗性基因（RI > 50%），使其表现为易感。在易感番茄品种 Roma 中，接触麦长蝽后，M. incognita 的侵染力和繁殖力显著降低，首次实验中分别降低 40% 和 62%，第二次实验中分别降低 34% 和 43%；同时，其生育力在首次实验中降低 39%，在第二次实验中也有所降低。在抗性番茄品种 Caramba 中，首次实验中接触麦长蝽后 M. incognita 的侵染力降低 50%，但繁殖力不受影响，生育力反而增加；第二次实验中，接触麦长蝽后各项指标与未接触麦长蝽的植株相比无显著差异。对于 RKN 混合种群，在易感番茄品种 Roma 中，接触麦长蝽后侵染力在首次实验中降低 65%，第二次实验中降低 39%；繁殖力在首次实验中未受影响，第二次实验中降低 53%；生育力在首次实验中增加 132%，第二次实验中有所变化。在抗性番茄品种 Caramba 中，接触麦长蝽后繁殖力和生育力显著增加。
- 垂直 Y 型管嗅觉仪实验：嗅觉仪实验结果显示，97%、87%、85% 和 75% 的麦长蝽雌虫对番茄植株气味有反应，但无论番茄品种和 RKN 接种物如何，其偏好均未受线虫感染的影响（P > 0.05）。
- 昆虫笼实验：在接种 M. incognita 的前两个实验中，数据无差异（P > 0.05），因此进行合并分析。结果显示，在抗性番茄品种 Caramba 上，感染 RKN 的植株在释放昆虫 1 小时和 48 小时后，麦长蝽的数量分别比未感染植株高 2 倍和 1.7 倍（P <0.05），但在易感品种 Roma 上无差异（P> 0.05）。在接种 RKN 混合种群的第三个实验中，无论时间和番茄品种如何，麦长蝽选择感染和未感染植株的数量均无差异（P > 0.05）。此外，无论线虫接种情况和番茄品种如何，麦长蝽的后代数量均无显著差异（P > 0.05）。
讨论
本研究表明，麦长蝽能够诱导番茄对 RKN 产生抗性，有效降低易感番茄植株中 RKN 的侵染力和繁殖力，这可能是通过激活茉莉酸（JA）通路实现的。此前研究发现，麦长蝽取食植物可上调 JA 通路相关基因，增加穿刺叶片中 12 - 氧 - 植物二烯酸和茉莉酸 - 异亮氨酸的浓度，影响其他叶片上植食性昆虫的表现。此外，JA 通路在植物对 RKN 的防御中起着重要作用，通过嫁接实验证明，根部对 RKN 的基础抗性在很大程度上依赖于地上部分 JA 的合成，JA 从地上部分运输到根部触发防御反应。外源施加 JA 及其衍生物可减少线虫感染，可能是通过增加根部产生的对 RKN 有毒的化合物实现的。
然而，在抗性番茄植株中，麦长蝽诱导的抗性效果不明显。水杨酸（SA）与 Mi 介导的抗性中阻止线虫定殖的超敏反应有关，且 SA 和 JA 之间可能存在拮抗作用，这可能导致麦长蝽在 Mi1.2抗性植株中无法有效诱导抗性。此外，JA 的应用效果还受到线虫的毒性状态和植物遗传背景的影响。因此，需要进一步研究易感和抗性植物的基因表达，包括嫁接实验，以了解麦长蝽诱导的易感接穗与抗性砧木的相互作用，以及它们与 Mi1.2毒性和非毒性 RKN 的相互作用。
在本研究中，麦长蝽对 RKN 感染和未感染植物的选择以及其后代数量不受植物背景和线虫种类的影响。麦长蝽对番茄植株的偏好受害虫诱导的植物挥发物（HIPVs）影响，而 RKN 感染会改变植物挥发性有机化合物（VOC）的组成。虽然 RKN 感染会影响一些害虫的行为和发育，但本研究中由于未引入猎物，麦长蝽的反应未受线虫感染的影响。这一结果为综合虫害管理提供了有利依据，表明麦长蝽的生物防治作用不会受到 RKN 感染的干扰。
综上所述，在种植前用麦长蝽诱导易感番茄植株，可显著降低 RKN 的侵染力和繁殖力。由于麦长蝽的偏好不受 RKN 感染改变的植物挥发物影响，其生物防治害虫的效果不受影响，因此可将其作为一种工具纳入综合虫害管理体系中。
