根瘤菌接种到植物根部的方法和时机会影响蚜虫抑制效果的成功率和强度

《Agricultural and Forest Entomology》：Method and timing of rhizobacteria inoculation to plant roots alters success and strength of aphid suppression

可持续农业中，利用海藻酸钠微胶囊精准封装根际细菌（如Acidovorax radicis和Bacillus subtilis）可有效抑制大麦蚜虫（Sitobion avenae）种群增长，且长效保存（8个月）不影响细菌活性。实验表明，微胶囊在根部萌发时接种（ bead inoculation at root emergence）比种子浸泡更具一致性效果，尤其在初始蚜虫密度高时表现更优。该技术为替代化学农药提供了新思路，需进一步优化制剂配方及田间应用条件。

　　随着全球范围内昆虫害虫对农作物造成的严重损失，开发新的害虫控制方法已成为农业科学中的重要课题。传统的化学农药虽然在一定程度上有效，但其长期使用导致了害虫抗药性的增加，同时对环境和人类健康也带来了潜在威胁。因此，寻找可持续、安全且高效的替代方法显得尤为迫切。在这一背景下，根际细菌（rhizobacteria）作为一种植物有益微生物，因其能够促进植物生长并增强其对害虫的防御能力而受到广泛关注。根际细菌与植物之间的相互作用可以激活植物的防御机制，使其在受到侵害时能够更迅速、更强烈地应对。

本研究聚焦于利用藻酸钠（sodium alginate）微球封装技术，将两种根际细菌——酸杆菌（*Acidovorax radicis*）和枯草芽孢杆菌（*Bacillus subtilis*）——精准地施用于大麦（*Hordeum vulgare*）根部，以期有效抑制蚜虫（*Sitobion avenae*）种群的增长。藻酸钠是一种从海藻中提取的天然多糖，具有良好的生物相容性和可控的释放特性。通过与钙离子形成凝胶结构，藻酸钠微球能够在一定时间内缓慢释放细菌，从而持续地与植物根系建立联系并发挥其防御功能。与传统的种子浸泡方法相比，藻酸钠微球封装技术能够更有效地控制细菌的施用时间和地点，为害虫控制提供了一种新的可能性。

研究发现，通过在大麦幼苗根系刚刚萌发时施用藻酸钠微球，能够显著降低蚜虫的繁殖能力，效果优于种子浸泡法。这一结果表明，微球释放的细菌能够更稳定地定植于植物根部，并在蚜虫取食过程中持续激活植物的防御机制。此外，当蚜虫初始密度较高时，这种抑制作用更加明显，这可能是因为高密度的蚜虫活动增强了植物对细菌诱导防御的反应。在实验中，所有处理均在非无菌土壤中进行，以模拟实际农业环境，并评估细菌在土壤中的存活能力及对植物生长的影响。

在藻酸钠微球的配方优化方面，研究者测试了多种添加剂，包括甘油、营养肉汤、螺旋藻、生物炭等，以提高微球的稳定性和细菌的存活率。结果表明，甘油和螺旋藻虽然有助于增强细菌的生长，但会导致微球结构不稳定或污染问题。而生物炭则因为颗粒过大，影响了微球的均匀性。相比之下，营养肉汤的添加不仅提高了微球的形成质量，还增强了细菌的存活能力，为长期储存和使用提供了便利。研究者进一步优化了微球的制备方法，通过微波加热和延长浸泡时间，确保细菌在微球中的均匀分布和高浓度释放。

实验设计方面，研究者通过三种不同的实验来系统评估细菌施用方法和时间对蚜虫控制效果的影响。第一种实验比较了种子浸泡与微球施用两种方法的效果，结果显示微球施用在根系萌发时效果最佳。第二种实验则测试了不同时间点施用微球对蚜虫繁殖和存活的影响，发现微球施用时机对抑制效果有显著影响。第三种实验则探讨了不同蚜虫初始密度对细菌控制效果的影响，结果显示高密度蚜虫情况下，微球施用效果更为显著。这些实验结果为理解根际细菌如何与植物互动以抵御害虫提供了重要依据。

数据分析表明，藻酸钠微球施用能够显著减少蚜虫的繁殖输出，但对蚜虫个体的存活率影响不大。这表明，根际细菌主要通过增强植物的防御反应，而非直接对蚜虫造成伤害，来抑制其种群增长。此外，研究还发现，微球施用时间与植物生长状态之间存在一定的关联性。例如，在蚜虫尚未开始取食之前施用微球，能够为植物提供更充分的防御准备，从而在蚜虫侵袭后发挥更显著的抑制作用。相反，如果在蚜虫侵袭的同时施用，可能因为细菌释放的延迟，无法及时激活植物的防御机制，导致抑制效果不明显。

研究结果进一步表明，藻酸钠微球不仅在实验室条件下具有良好的应用前景，在实际农业环境中也展现出潜力。通过优化微球的配方和施用方法，可以实现更精准的细菌释放，提高其在土壤中的存活率和定植能力。此外，微球技术还能够支持大规模的田间试验，为农业害虫管理提供一种可持续、环保的解决方案。这种技术不仅适用于大麦等作物，还可能拓展到其他作物系统，为害虫控制提供新的思路。

然而，尽管藻酸钠微球技术在实验室中表现出良好的效果，其在实际应用中仍面临一些挑战。例如，如何确保微球在田间环境中的稳定性和持续释放能力，以及如何根据不同的土壤条件和气候环境调整施用策略。此外，微球的施用时机和位置对细菌的定植和植物防御的激活至关重要，需要进一步研究以确定最佳的施用方案。同时，研究者还发现，不同的根际细菌可能对植物的防御机制产生不同的影响，因此需要进一步探讨其作用机制，以便在实际应用中选择最合适的菌株组合。

本研究的结果不仅为根际细菌在害虫控制中的应用提供了实证支持，还为未来的研究方向指明了路径。例如，可以通过研究植物与根际细菌之间的分子机制，进一步优化细菌的施用策略，以提高其在田间环境中的效果。此外，还可以探索将根际细菌与其他微生物（如菌根真菌）结合，以增强其对害虫的抑制作用。同时，研究者还建议，在田间试验中应考虑使用营养肉汤作为微球的添加剂，以提高其在土壤中的稳定性，并在降雨前施用微球，以加速其在土壤中的分解和释放。

总之，藻酸钠微球封装技术为根际细菌的精准施用提供了一种创新的方法，能够有效提高其在植物根部的定植能力，并在蚜虫侵害时发挥更强的防御作用。这种技术不仅有助于减少化学农药的使用，还能够提高农业生产的可持续性和生态安全性。未来的研究需要进一步探索该技术在不同作物和环境条件下的适用性，并优化其在实际应用中的操作流程和效果评估方法。通过不断改进和推广，藻酸钠微球技术有望成为一种有效的害虫控制工具，为现代农业提供新的解决方案。