昆蟲病原線蟲與環(huán)境生物、非生物因素關(guān)系的研究進(jìn)展

王 杰，戴 康，孔祥鑫，曹 莉，屈 玲，金永玲，李玉玲，谷星慧，李江舟，徐成體*，韓日疇*

(1.青海大學(xué)畜牧獸醫(yī)科學(xué)院，西寧 810016；2. 廣東省科學(xué)院動物研究所，廣東省動物保護(hù)與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東省野生動物保護(hù)與利用公共實(shí)驗(yàn)室，廣州 510260；3. 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)，黑龍江大慶 163319；4．云南省煙草公司玉溪市公司，云南玉溪 653100)

昆蟲病原斯氏線蟲科Steinernematidae和異小桿線蟲科Heterorhabditidae線蟲以3齡感染期蟲態(tài)主動搜索寄主昆蟲，對非靶標(biāo)生物和環(huán)境安全，可規(guī)?；a(chǎn)，是具有應(yīng)用潛力的天敵，已廣泛用于防治農(nóng)林、牧草、花卉和衛(wèi)生等領(lǐng)域的害蟲(Ehlers, 2001; Gaugleretal., 2001; Gaugleretal., 2002; Labaudeetal., 2018)。昆蟲病原線蟲與其體內(nèi)攜帶的共生細(xì)菌共同作用致死寄主昆蟲。它們以感染期蟲態(tài)隨寄主食物或從昆蟲的自然開口(如肛門、氣門)、節(jié)間膜進(jìn)入昆蟲體內(nèi)，隨后釋放腸腔中攜帶的Xenorhabdus屬(與斯氏線蟲Steinernema共生)或Photorhabdus屬(與異小桿線蟲Heterorhabditis共生)共生細(xì)菌。線蟲以及共生細(xì)菌分泌的毒素(毒性因子)導(dǎo)致昆蟲死亡，然后利用寄主體內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)繁殖后代。全球著名公司，如德國E-nema公司，荷蘭Koppert公司，英國Becker Underwood公司，日本SDS公司等均致力于這類生物農(nóng)藥的研制和商業(yè)化(Hanetal., 2000; Grewaletal., 2005; Kayaetal., 2006; Peters, 2013; Shapiro-Ilanetal., 2017)。

各種復(fù)雜的環(huán)境生物和非生物因素時(shí)刻影響著昆蟲病原線蟲的生存和繁殖(Georgisetal., 2006)。環(huán)境生物因素包括同類線蟲、共生細(xì)菌、寄主昆蟲、寄生真菌以及其它昆蟲病原等；環(huán)境非生物因素主要有土壤類型、溫濕度、鹽度、紫外線等。本文從昆蟲病原線蟲與環(huán)境生物和非生物因素的關(guān)系，綜述這類線蟲的研究進(jìn)展，并展望未來的研發(fā)方向。

1 昆蟲病原線蟲與環(huán)境生物因素

1.1 昆蟲病原線蟲

1.1.1昆蟲病原線蟲種類

目前已從全球分離和鑒定了106種斯氏屬和23種異小桿屬昆蟲病原線蟲(表1)(Kozodoi, 1984; Gardneretal., 1994; 劉杰, 1994; Stock, 1996; Stocketal., 1996; Ganguly and Singh, 2000; Cutler and Stock, 2003; Plichtaetal., 2009; Stocketal., 2009; Khatri-Chhetrietal., 2011; Clausietal., 2011; Gorgadzeetal., 2015; Shahinaetal., 2016; Bhatetal., 2020)。我國昆蟲病原線蟲資源豐富，業(yè)已描述的這類線蟲種類有19種。

表1 已鑒定的斯氏屬和異小桿屬線蟲種類

續(xù)表1 Continued table 1

1.1.2昆蟲病原線蟲的培養(yǎng)和貯存

昆蟲病原線蟲培養(yǎng)方法主要有活體培養(yǎng)(Invivo)和離體培養(yǎng)(Invitro)?；铙w培養(yǎng)技術(shù)是利用敏感且容易飼養(yǎng)的昆蟲寄主來培養(yǎng)昆蟲病原線蟲，目前主要使用的是大蠟螟Galleriamellonella幼蟲(Dutkyetal., 1964; Dowdsetal., 2002; Gougeetal., 2006; Kotchofaetal., 2019)。離體培養(yǎng)主要包括固體培養(yǎng)(Bedding, 1981; Wouts, 1981)和液體培養(yǎng)(Ehlersetal., 1998)(圖1)。固體培養(yǎng)是在含有海綿填充劑的培養(yǎng)基中加入單一共生細(xì)菌和無菌線蟲構(gòu)建的(Bedding, 1981; Hanetal., 1992; Hanetal., 1993; Shapiro-Ilanetal., 2014; 顏珣等, 2016)；這一培養(yǎng)方法適應(yīng)性廣，設(shè)備和培養(yǎng)基成本低廉，但耗費(fèi)人工，適用于人力成本不高的商業(yè)模式(Ehlersetal., 2000; Ehlersetal., 2005)。液體培養(yǎng)主要是應(yīng)用發(fā)酵罐系統(tǒng)進(jìn)行，可大批量獲得昆蟲病原線蟲；這一培養(yǎng)系統(tǒng)設(shè)備、培養(yǎng)基成本和自動化程度高，適用于人力成本較高的商業(yè)模式(Ehlersetal., 2005)。

圖1 昆蟲病原線蟲固體和液體培養(yǎng)系統(tǒng)及其參數(shù)Fig.1 Solid and liquid culture systems and their parameters for entomopathogenic nematodes

通過優(yōu)化寄主昆蟲的飼料配方可以提高昆蟲病原線蟲的活體培養(yǎng)產(chǎn)量(Shapiro-Ilanetal., 2012)。于固體和液體培養(yǎng)系統(tǒng)中測定接種線蟲的貯存時(shí)間、培養(yǎng)基粘度、容器體積和攪拌速率對S.feltiae產(chǎn)量的影響，結(jié)果顯示，線蟲種貯存時(shí)間延長有利于增加液體培養(yǎng)線蟲產(chǎn)量，液體培養(yǎng)基中添加0.2%瓊脂、增加通氣量有利于線蟲恢復(fù)發(fā)育和提高產(chǎn)量(Leiteetal., 2017)。培養(yǎng)基優(yōu)化對于昆蟲病原線蟲產(chǎn)量和質(zhì)量至關(guān)重要，添加昆蟲粉到固體培養(yǎng)基中顯著提高感染期線蟲產(chǎn)量和毒力(Zhenetal., 2018)。昆蟲病原線蟲的培養(yǎng)基配方中，大豆粉是最佳的蛋白質(zhì)來源，在富含大豆蛋白的培養(yǎng)基中獲得了較高的產(chǎn)量，此外，在液體培養(yǎng)基中添加0.2%瓊脂并使用較高的攪拌速度提高通氣速率可以提高線蟲的恢復(fù)率和最終產(chǎn)量(Choetal., 2011; Leiteetal., 2016; Leiteetal., 2017)。Addis等(2016)發(fā)現(xiàn)，可通過接種后3 d時(shí)雌蟲體總體積準(zhǔn)確預(yù)測線蟲液體培養(yǎng)的產(chǎn)量。液體培養(yǎng)是昆蟲病原線蟲規(guī)?；囵B(yǎng)的最佳方法，然而產(chǎn)量的穩(wěn)定性是該方法需要解決的主要問題(Cortés-Martínezetal., 2020)?？偟膩碚f，當(dāng)市場需求量大時(shí)，離體培養(yǎng)方法更適宜，其中液體培養(yǎng)技術(shù)更具發(fā)展?jié)摿?Cortés-Martínezetal., 2020)。Peters等(2016)和Cortés-Martínez等(2020)詳細(xì)描述了液體發(fā)酵罐培養(yǎng)系統(tǒng)中，不同類型發(fā)酵罐(攪拌式、氣升式)，不同參數(shù)(包括培養(yǎng)基、溫度、pH、攪拌速率、溶氧、線蟲和細(xì)菌接種量等)，不同昆蟲病原線蟲及其共生細(xì)菌生理狀態(tài)對各種昆蟲病原線蟲產(chǎn)量、質(zhì)量和成本的影響。

昆蟲病原線蟲的貯存技術(shù)也在改進(jìn)之中。線蟲可貯存于海藻酸鈉中(Ruiz-Vegaetal., 2018)，也可貯存于13%和33%的植物油(如香茅Cymbopogoncitratus，北美圓柏Juniperusvirginiana，辣薄荷Menthapiperita)中(Aquino-Bolaosetal., 2019)。海綿作為貯存載體廣泛用于線蟲產(chǎn)品的短期貯存；H.bacteriophora，S.carpocapsae和S.feltiae感染期線蟲于3種海綿Polyurethane (Scotchbrite)、Melamine(Nanosponge)和Cellulose(Lysol)中貯存10°C下8個(gè)月后的存活率均大于50%，并保持對昆蟲的感染力(Tourayetal., 2020)。近交、雜交和突變技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于篩選耐貯存的H.bacteriophora線蟲品系的篩選(Sumayaetal., 2018)。

1.1.3不同種昆蟲病原線蟲對同一寄主的競爭感染

大部分不同種線蟲可以在同一大蠟螟幼蟲體內(nèi)共同繁殖產(chǎn)生下一代，競爭能力強(qiáng)的線蟲在寄主體內(nèi)獲得更高的產(chǎn)量(Sicardetal., 2005; PuaVetal., 2009)。研究表明，多種線蟲同時(shí)侵染同一寄主與單種線蟲侵染相比，侵染率無較大差別(Koppenhoferetal., 1995)。但是，S.carpocapsae和S.glaseri同時(shí)侵染蠐螬時(shí)，侵染率比單一品系的高(Matsunagaetal., 1996)。H.bacteriophoraH06與H.indicaLN2線蟲共同感染同一寄主時(shí)，H.indicaLN2攜帶的共生細(xì)菌產(chǎn)生毒素可致死H.bacteriophoraH06，共生細(xì)菌中namA基因參與了LN2菌株毒素的合成(Qiuetal., 2009)。昆蟲體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的爭奪以及共生細(xì)菌的不相容性，介導(dǎo)了昆蟲病原線蟲的種內(nèi)和種間競爭，線蟲攜帶能夠抑制其競爭對手的共生細(xì)菌時(shí)，可獲得競爭優(yōu)勢(Basheyetal., 2013; O'Callaghanetal., 2014)。

1.1.4多種昆蟲病原線蟲對昆蟲的協(xié)同作用

在實(shí)踐中，多種昆蟲病原線蟲可混合使用以提高對害蟲的防治效果。兩種昆蟲病原線蟲混用后對南方玉米根蟲Diabroticaundecimpunctata幼蟲防效效果明顯高于單一品系的線蟲(Chooetal., 1996)。10種不同品系的線蟲混合對蔗根象Diaprepesabbreviates防治效果顯著增加(Stuartetal., 2004)。H.indica和Steinernemaasiaticum混用后對稻縱卷葉螟Cnaphalocrocismedinalis幼蟲的致病速率較單一的昆蟲病原線蟲快(Sankaretal., 2009)。H.bacteriophoraZT與S.carpocapsaeAll品系的混合對韭菜遲眼蕈蚊Bradysiaodoriphaga幼蟲防效達(dá)100%，比單獨(dú)使用一種線蟲時(shí)防效至少提高37%(李春杰等, 2013)。S.glaseri和H.bacteriophora混合使用對松云鰓金龜Polyphyllafullo幼蟲的防治也具有協(xié)同作用(Demiretal., 2015)。因此，將不同種或品系的昆蟲病原線蟲混合應(yīng)用是一種值得推薦的害蟲防治策略。

1.1.5昆蟲病原線蟲的功能基因和酶

昆蟲病原線蟲的一些功能基因和酶業(yè)已報(bào)道。比如線蟲尋找寄主行為可分為典型的“埋伏型”(如S.carpocapsae)和“巡航型”(如S.glaseri)(Ruanetal., 2018)，呈現(xiàn)不同行為的線蟲種類的轉(zhuǎn)錄組和小RNA分析結(jié)果表明線蟲神經(jīng)肽基因和小RNA的交互作用可能調(diào)控Steinernema屬線蟲行為的多樣性(Warnocketal., 2019; Warnocketal., 2021)。轉(zhuǎn)錄組和RNAi分析證明，H.bacteriophora線蟲的Hb-hsp90-1基因在響應(yīng)升溫和調(diào)控感染期恢復(fù)發(fā)育方面發(fā)揮關(guān)鍵作用(Fanellietal., 2021)。

H.bacteriophora的UDP葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶UDP-glycosyltransferase抑制昆蟲抗菌肽基因表達(dá)和蛻皮激素信息因子響應(yīng)(Kenneyetal., 2020)。大蠟螟幼蟲血淋巴可誘導(dǎo)S.carpocapsae和S.feltiae線蟲產(chǎn)生系列毒性蛋白(Luetal., 2017; Changetal., 2019)。線蟲本身也分泌毒性因子作用于寄主昆蟲，如表皮脂類、糜蛋白酶(Chymotrypsin)、絲氨酸羧肽酶(Serine carboxypeptidase)、無脊髓動物溶菌酶(Invertebrate-type lysozyme)和尿苷二磷酸葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶(Uridine diphosphate glycosyltransferase)等引起昆蟲黑化、細(xì)胞反應(yīng)、抗菌肽合成等(Kenneyetal., 2021)。

1.1.6昆蟲病原線蟲信息物質(zhì)蛔甙的作用

線形動物普遍存在的蛔甙類(Ascarosides)信息物質(zhì)在調(diào)節(jié)線蟲的聚集、趨避、交配、多爾態(tài)Dauer形成及擴(kuò)散傳播等行為中發(fā)揮了重要作用(Jeongetal., 2005; Kimetal., 2009; Oliveira-Hofmanetal., 2019)，昆蟲病原線蟲能夠分泌多種蛔甙，其中ascr#9為昆蟲病原線蟲所有種屬可產(chǎn)生，對線蟲的生長發(fā)育和擴(kuò)散具有重要作用(Kaplanetal., 2012; Hartleyetal., 2019; Oliveira-Hofmanetal., 2019)。

1.2 昆蟲病原線蟲與共生細(xì)菌的共生關(guān)系

線蟲依賴在昆蟲血淋巴中的共生細(xì)菌產(chǎn)生毒素致死昆蟲并將昆蟲體轉(zhuǎn)化為適合線蟲繁殖的營養(yǎng)物質(zhì)；作為回報(bào)，線蟲將共生細(xì)菌攜帶到新的昆蟲宿主(Roderetal., 2018)。在寄主體內(nèi)，線蟲分泌的蛋白質(zhì)對宿主血細(xì)胞具有輕微的細(xì)胞毒性，而共生細(xì)菌分泌的蛋白質(zhì)顯著影響昆蟲寄主細(xì)胞的活力，兩者協(xié)同作用致死寄主(Brivioetal., 2018)。共生細(xì)菌除了對感染期線蟲的致病力產(chǎn)生顯著影響外，對線蟲干重、蛋白質(zhì)、氨基酸、糖原和脂肪酸等生化物質(zhì)的含量也有很大影響(丘雪紅等, 2004)。

轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子Lrp調(diào)控著X.nematophila菌株共生或病原性的轉(zhuǎn)變，使共生細(xì)菌適應(yīng)不同寄主(如與其共生的線蟲或其作用的昆蟲)環(huán)境(Caoetal., 2020)。業(yè)已發(fā)現(xiàn)了食物影響寄主與寄生物交互作用的新機(jī)制，即高蛋白食物引起斜紋夜蛾Spodopteralitura幼蟲血淋巴滲透壓升高，導(dǎo)致血淋巴中的X.nematophila共生細(xì)菌生長緩慢，從而提高昆蟲存活率(Wilsonetal., 2020)。攜帶不同菌株的H.downesi線蟲于干燥條件下的存活率差異顯著(Maheretal., 2017)。有趣的是，線蟲可攜帶分泌細(xì)菌素或未分泌細(xì)菌素的共生細(xì)菌，但線蟲攜帶未分泌細(xì)菌素的共生細(xì)菌后更迅速致死寄主昆蟲并成功繁殖，證明與線蟲組合的共生細(xì)菌需要權(quán)衡是抑制同類菌株還是支持線蟲繁殖(Meli and Bashey, 2018)。

1.2.1共生細(xì)菌及其作用

1.2.1.1共生細(xì)菌種類

Xenorhabdus屬和Photorhabdus屬細(xì)菌隸屬于變形菌門Proteobacteria的γ-亞綱腸桿菌科Enterobacteriaceae，分別與斯氏線蟲屬Steinernema和異小桿線蟲屬Heterorhabditis的昆蟲病原線蟲互惠共生。這類共生菌是一類革蘭氏陰性，不產(chǎn)孢，兼性厭氧型細(xì)菌，具有共生性與病原性特點(diǎn)(Ecksteinetal., 2019；Stocketal., 2019)。

MALDI-TOF MS數(shù)據(jù)庫可用于Photorhabdus屬共生細(xì)菌(Hilletal., 2020)的鑒定。最早的P.luminescens基因組2003年公布(Duchaudetal., 2003)。后來接連公布了多個(gè)共生細(xì)菌的基因組, 為這類細(xì)菌的系統(tǒng)分析、功能基因研究提供了支撐(Ghazaletal., 2017; Duongetal., 2019; Somvanshietal., 2019)。

目前已確定的Xenorhabdus屬細(xì)菌主要有27種：X.beddingii，X.bovienii，X.budapestensis，X.cabanillasii，X.doucetiae，X.doucetiae，X.eapokensis，X.ehlersii，X.griffiniae，X.hominickii，X.indica，X.innexi，X.ishibashii，X.japonica，X.khoisanae，X.koppenhoeferi，X.kozodoii，X.magdalenensis，X.mauleonii，X.miraniensis，X.nematophila，Xenorhabduspoinarii，X.romanii，X.stockiae，X.szentirmaii，X.thuongxuanensis，X.vietnamensis(Kampferetal., 2017)。Photorhabdus屬細(xì)菌包括19種：P.akhurstii，P.asymbiotica，P.australis，P.bodei，P.caribbeanensis，P.cinerea，P.hainanensis，P.heterorhabditis，P.kayaii，P.khanii，P.kleinii，P.laumondii，P.luminescens，P.namnaonensis，P.noenieputensis，P.stackebrandtii，P.tasmaniensis，P.temperata和P.thracensis；P.laumondii分為兩個(gè)亞種：P.laumondiisubsp.laumondii和P.laumondiisubsp.clarkei(Machadoetal., 2018)；P.khanii分為P.khaniisubsp.guanajuatensis和P.khaniisubsp.khaini；P.luminescens分為P.luminescenssubsp.luminescens和P.luminescenssubsp.mexicana。最近，Photorhabdus屬細(xì)菌增加了如下亞種：P.heterorhabditissubsp.aluminescens，P.heterorhabditissubsp.heterorhabditis，P.australissubsp.thailandensis，P.australissubsp.Australis和P.aegyptia(Machadoetal., 2021)。

業(yè)已發(fā)現(xiàn)，Heterorhabditis線蟲感染大蠟螟12 d后，發(fā)現(xiàn)Stenotrophomonas與Photorhabdus細(xì)菌共存于昆蟲尸體中(Wollenbergetal., 2016)。從昆蟲病原線蟲中也分離出蒼白桿菌屬Ochrobactrum細(xì)菌(Aujoulatetal., 2019)；以大蠟螟等昆蟲的幼蟲于實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)幾種Steinernema屬線蟲時(shí)，除了核心細(xì)菌X.nematophila外，發(fā)現(xiàn)還含有變形細(xì)菌類Proteobacteria(如Pseudomonas，Stenotrophomonas，Alcaligenes，Achromobacter，Pseudochrobactrum，Ochrobactrum，Brevundimonas，Deftia等)；其中有些微生物種類顯示殺蟲活性(Ogieretal., 2020)。這些微生物如何與共生細(xì)菌共存值得繼續(xù)研究。

1.2.1.2共生細(xì)菌的形態(tài)和生理生化特征

Xenorhabdus共生細(xì)菌過氧化氫酶陰性，不能將硝酸鹽還原為亞硝酸鹽，目前只能從Steinernema屬線蟲的腸道內(nèi)分離得到；Photorhabdus共生細(xì)菌過氧化氫酶呈陽性，不能降解硝酸鹽(Boemare and Akhurst, 1988)。

共生細(xì)菌在體外培養(yǎng)時(shí)呈現(xiàn)型變現(xiàn)象，即初生型和次生型菌落和菌體(Akhurst, 1980)。初生型菌體大小長短不一，大量菌體含空泡狀內(nèi)含物；而次生型菌體一般粗長，比較整齊，相互分離(圖2)。除了在菌落形態(tài)上存在差異外，兩型菌生理生化特征也有明顯區(qū)別。初生型菌可以在鑒別培養(yǎng)基平板上吸收染料，分泌蛋白酶和脂酶，產(chǎn)生胞內(nèi)晶體蛋白、抑菌物質(zhì)、色素和熒光素；次生型菌基本沒有這些特征或僅有少數(shù)菌呈現(xiàn)個(gè)別特征(Akhurst and Boemare, 1990)。初生型菌為昆蟲病原線蟲生長和發(fā)育提供更好的營養(yǎng)，次生型則降低昆蟲病原線蟲的產(chǎn)量，而且僅初生型細(xì)菌能被感染期幼蟲攜帶(Akhurst and Boemare, 1990; Han and Ehlers, 2001)。初生型P.luminescens細(xì)菌產(chǎn)生兩種胞內(nèi)晶體蛋白CipA和CipB，為線蟲繁殖提供營養(yǎng)作用；次生型缺少晶體蛋白(Youetal., 2006)。次生型被認(rèn)為更有利于脫離昆蟲體自由生活、在植物根系中生長，抑制根系植物病原微生物(Ecksteinetal., 2019; Regaioloetal., 2020)。細(xì)菌兩型性的調(diào)控機(jī)制仍未明晰，LysR-type調(diào)控子HexA作為抑制子調(diào)控初生型菌株，AntJ調(diào)控Photorahbdus細(xì)菌色素的合成，小RNA和分子伴侶Hfq也發(fā)揮重要作用(Langeretal., 2017; Ecksteinetal., 2019)；XRE家族轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子在P.luminescens菌株菌型轉(zhuǎn)變中也發(fā)揮關(guān)鍵作用(Ecksteinetal., 2021)。

圖2 昆蟲病原細(xì)菌的初生型與次生型(Boemare et al., 1996)Fig.2 Primary and secondary forms of entomopathogenic bacteria注：攜帶共生細(xì)菌的菌囊(箭頭所指部位)；初生型細(xì)菌；次生型細(xì)菌。Note: The sac containg symbiotic bacteria (point of arrow); Primary form; Secondary form.

1.2.1.3共生細(xì)菌對昆蟲和植物病原的控制作用

從昆蟲病原線蟲分離的共生細(xì)菌培養(yǎng)液對昆蟲和植物病原具有控制作用(表2)，同時(shí)可以增強(qiáng)其它病原真菌感染昆蟲的毒力(B?sz?rményietal., 2009; Sajjadianetal., 2020；Wuetal., 2020)。從共生細(xì)菌X.budapestensis分離出的Fabclavines物質(zhì)(Wenskietal., 2020)對蚊子產(chǎn)生取食趨避作用(Kajlaetal., 2019)。

表2 共生細(xì)菌對昆蟲和植物病原的控制作用

1.2.1.4共生細(xì)菌代謝物的抑菌活性

共生細(xì)菌產(chǎn)生許多應(yīng)用價(jià)值高的代謝產(chǎn)物(Tobiasetal., 2017; Dreyeretal., 2018; Neubacheretal., 2020)，具有很強(qiáng)的抗菌作用(Muangpatetal., 2020)，是一類豐富的生防代謝物資源(肖堯等, 2011; Chacón-Orozcoetal., 2020)，并可保護(hù)被線蟲寄生的昆蟲尸體免受競爭微生物的傷害(Bertolonietal., 2018; Donmezetal., 2019; Tobiasetal., 2019)。共生細(xì)菌代謝物由于不同菌種或菌株代謝物活性成分有較大差異，因而其抑菌類型和抑菌效果存在著極大差異性(方香玲等, 2008; Liuetal., 2019; Mollahetal., 2020)。

多種抗菌代謝物業(yè)已從Xenorhabdus和Photorhabdus細(xì)菌中獲得，有利于研發(fā)新型抗生素(Shietal., 2018; Muangpatetal., 2020)。從兩屬共生細(xì)菌中分離的抗菌活性物質(zhì)包括：Xenocoumacin 1和Xenocoumacin 2(Guoetal., 2017)，Odilorhabdins(Sarciauxetal., 2018; Panteletal., 2018)，幾丁質(zhì)酶(Liuetal., 2019)，Xenematide G(Xietal., 2019)，PAX1肽與異香豆素(Dreyeretal., 2019)，Nematophin(Zhangetal., 2019)，環(huán)肽Photoditritide(Zhaoetal., 2019)，Darobactin(Imaietal., 2019)，以及3種新型抗菌物質(zhì)Khoicin、Xenopep和Rhabdin(Booysenetal., 2021)。共生細(xì)菌將吩嗪Phenazine轉(zhuǎn)化為廣泛應(yīng)用的抗生素，可能有助于細(xì)菌-線蟲復(fù)合體維持其特殊的環(huán)境生態(tài)位(Shietal., 2019)。3,5-二羥基-4-異丙基-反式-二苯乙烯Isopropylstilbene是Photorhabdus屬產(chǎn)生的次生代謝產(chǎn)物，是一種具有抗菌、抗真菌、免疫調(diào)節(jié)和抗癌活性的多效化合物，在與線蟲共生中發(fā)揮著重要作用(Hapeshietal., 2019)。X.nematophila在被感染的斑翅果蠅Drosophilasuzukii幼蟲血淋巴中激活了抗菌肽的合成(Garrigaetal., 2020)。Booysen等(2021)詳細(xì)列出了Xenorhabdus細(xì)菌產(chǎn)生的各類抗細(xì)菌、真菌物質(zhì)，合成這些抗菌物質(zhì)的基因簇以及提高抗菌物質(zhì)產(chǎn)量的培養(yǎng)條件。

共生細(xì)菌分泌抗菌物質(zhì)的調(diào)控機(jī)制仍在研究中。調(diào)控子Lrp、LeuO和HexA被認(rèn)為控制共生細(xì)菌次生代謝(Engeletal., 2017)；cpxR基因影響X.nematophila抗菌物質(zhì)合成(Guoetal., 2019)；X.bovienii細(xì)菌利用Type Six Secretion Systems(T6SSs)產(chǎn)生抗菌活性物質(zhì)，抑制Xenorhabdus屬其它菌株(Kochanowskyetal., 2020)。

1.2.1.5共生細(xì)菌的殺蟲活性

共生細(xì)菌可產(chǎn)生多種對不同種類昆蟲、植物線蟲和原生動物具有毒性的殺蟲蛋白(Bowenetal., 2000; Panetal., 2002; Tobiasetal., 2018; Muangpatetal., 2020)，如PhotorhabdusInsect Related Protein (Pir)(Waterfieldetal., 2005)，Makes Caterpillars Floppy(Mcf)(Dabornetal., 2002)，PhotorhabdusVirulence Cassettes(Pvc)(Yangetal., 2006)，PhotorhabdusInsecticidal Toxin(Pit)(Lietal., 2009)，Photox(Visschedyketal., 2012)，PaxAB(Zhangetal., 2014)，幾丁質(zhì)酶(Mahmoodetal., 2020)和Galtox(Ahujaetal., 2021)。

Tc毒素首次從P.luminescensW14菌株中分離出來，隨后在X.nematophila中也發(fā)現(xiàn)了類似的毒素(Bowenetal., 1998; Sergeantetal., 2003)；Tc毒素由3個(gè)亞基TcA、TcB和TcC組成，TcA促進(jìn)受體-毒素相互作用，TcB和TcC把毒素緊緊包裹住(Gatsogiannisetal., 2018; Rodereretal., 2020)。這類細(xì)菌產(chǎn)生的胞內(nèi)和胞外蛋白對棉鈴蟲Helicoverpaarmigera初孵幼蟲顯示出不同程度的生長抑制活性(楊保軍等, 2007)。來自X.nematophila的xaxAB基因編碼的Alpha-xenorhabdolysin(Xax)毒素，能夠觸發(fā)昆蟲和哺乳動物細(xì)胞的凋亡(Vigneuxetal., 2007)。Rhabdopeptides是來自共生細(xì)菌的一大類非核糖體肽，可對抗攜帶熱帶疾病病原體的原生動物(Wescheetal., 2018)，并具有致死南方根結(jié)線蟲Meloidogyneincognita作用(Bietal., 2018)。從X.innexiDSM 16336中分離的7個(gè)Rhabdopeptide/xenortide肽對布氏羅得西亞錐蟲Trypanosomabrucei和惡性瘧原蟲Plasmodiumfalciparum均有較強(qiáng)的抑制作用(Zhaoetal., 2018)；Photorhabdus細(xì)菌分泌多肽抑制亞馬遜利什曼原蟲Leishmaniaamazonensis，為新藥物研發(fā)開辟途徑(Antonelloetal., 2018)。Antonello等(2019)和Eroglu等(2019)也分別從共生細(xì)菌中分離抗錐蟲Trypanosoma和二斑葉螨Tetranychusurticae的活性化合物。來自發(fā)光桿菌的毒素(TcaB、Txp40、PaTox、PirAB、PTC)具有口服或注射活性，注射這些毒素可提高昆蟲血淋巴中酚氧化酶活性，從而觸發(fā)廣泛的免疫反應(yīng)，導(dǎo)致幼蟲死亡(Mathuretal., 2019; Bogdanovicetal., 2019; Shankhuetal., 2020; Nan Gongetal., 2020)。從一株發(fā)光桿菌發(fā)現(xiàn)的殺蟲基因Txp40具有替代全球農(nóng)業(yè)中廣泛應(yīng)用的蘇云金芽孢桿菌Bacillusthuringiensis昆蟲毒素的巨大潛力(Mathuretal., 2018; Shankhuetal., 2020)。Xenorhabdus細(xì)菌的毒素(Xax、srfABC、PirAB、Tp40、hipBA)具有強(qiáng)烈的注射殺蟲活性(楊君等, 2008; Yangetal., 2019; 郭笑笑等, 2019; Yadavetal., 2020)。X.stockiae菌株產(chǎn)生的SrfABC毒素對棉鈴蟲幼蟲具有注射殺蟲活性，被認(rèn)為在宿主定殖中也起著重要作用(Yangetal., 2019)。X.nematophila產(chǎn)生的幾丁質(zhì)酶對棉鈴蟲幼蟲具有口服毒性(Mahmoodetal., 2020)。更有趣的是，X.doucetiae細(xì)菌產(chǎn)生的脂肽可抑制寄主昆蟲的抗菌肽，避免昆蟲對共生細(xì)菌的攻擊(Voetal., 2021)。Shi等(2018)詳細(xì)總結(jié)了共生細(xì)菌產(chǎn)生的重要化合物，包括抗菌活性物質(zhì)。

昆蟲口服毒素的殺蟲機(jī)理仍未明了。TcdA作用于玉米根葉甲Diabroticavirgiferea的中腸的上皮細(xì)胞(Bowlingetal., 2017)。在大蠟螟幼蟲中，口服Tc殺蟲蛋白被證明與中腸的受體如Cadheri、Aminopeptidase、Alkaline phosphatase和ATP-binding cassette subfamily C結(jié)合發(fā)揮作用，并可穿越中腸到血淋巴引起酚氧化酶反應(yīng)(Santhoshkumaretal., 2021)。通過酵母雙雜交系統(tǒng)，已從大蠟螟幼蟲獲得參與X.nematophilaPirAB交互作用的Arylphorin蛋白(NanGongetal., 2020)。

以無病原性或低劑量病原微生物感染昆蟲可導(dǎo)致其免疫致敏Immune priming，并對后續(xù)的病原感染產(chǎn)生一定程度的保護(hù)作用，如P.luminescensTT01的熱滅活菌體(Wuetal., 2014)或脂多糖(Wuetal., 2015)誘導(dǎo)大蠟螟幼蟲免疫致敏；但微球菌Micrococcusluteus致敏的黑腹果蠅Drosophilamelanogaster對Photorhabdus細(xì)菌無抵抗作用(Patrnogicetal., 2018)，PirA2B2蛋白免疫致敏的大蠟螟幼蟲也未明顯抵抗P.luminescensTT01感染(Wuetal., 2015)。

從細(xì)菌與昆蟲的免疫作用研究發(fā)現(xiàn)，X.hominickii通過抑制斜紋夜蛾類二十烷酸(Eicosanoid)合成來阻止昆蟲的免疫響應(yīng)(Mollahetal., 2021)。共生細(xì)菌的烯基乙酰胺(Phenylethylamides)可抑制介導(dǎo)昆蟲免疫響應(yīng)的血清素(Serotonin)受體(Hasanetal., 2019)。黑腹果蠅Drosophilamelanogaster-Xenorhabdus細(xì)菌模型已用于研究昆蟲與共生細(xì)菌的交互作用(Ozakmanetal., 2020)。

共生細(xì)菌毒素廣泛應(yīng)用于小菜蛾P(guān)lutellaxylostella、甜菜夜蛾Spodopteraexigua(王歡等, 2007)、雙條弗粉Ferrisiavirgata(Hemalathaetal., 2018)、草地貪夜蛾Spodopterafrugiperda(Nuez-Valdezetal., 2019)、埃及伊蚊Aedesaegypti和白紋伊蚊Aedesalbopictus(da Silvaetal., 2020)，玉米小斑病菌Bipolarismaydis(王歡等, 2009)、串珠鐮刀菌Fusariummoniliforme(崔安妮等, 2015)等害蟲或植物病害的控制。

1.2.1.6已應(yīng)用的共生細(xì)菌基因和蛋白

共生細(xì)菌基因組編碼的其它關(guān)鍵基因也得到關(guān)注并逐步走向應(yīng)用。rpoB基因作為標(biāo)示物已用于評估線蟲微生物群(Ogieretal., 2019)。在Photorhabdus基因組中發(fā)現(xiàn)了編碼溶菌多糖單氧酶的單個(gè)基因，參與降解多糖(如纖維素或幾丁質(zhì))(Courtadeetal., 2019; Munzoneetal., 2020)。X.nematophila產(chǎn)生兩種不同類型的細(xì)胞內(nèi)晶體包涵體，一種由富含蛋氨酸的PixA蛋白組成，另一種由PixB蛋白組成；盡管PixB在Grace的培養(yǎng)基中高度表達(dá)，但PixB結(jié)晶內(nèi)含物卻不存在，這表明PixB的產(chǎn)生可能在轉(zhuǎn)錄后受到控制(Goetschetal., 2006; Lucasetal., 2018)。Heterorhabditischongmingensis中的lin-41基因參與調(diào)控該線蟲的產(chǎn)卵量并參與調(diào)控goa-1的表達(dá)，在繁殖過程中起重要調(diào)控作用(李朋婭等, 2019)。在轉(zhuǎn)基因釀酒酵母Saccharomycescerevisiae中，來自P.luminescens的苯丙氨酸解氨酶被證明優(yōu)于植物來源的苯丙氨酸解氨酶用于生產(chǎn)肉桂酸(Gottardietal., 2017)。P.luminescens的luxCDABE基因也已整合用于構(gòu)建生物傳感器(Dinetal., 2019; Bargeretal., 2021)。Tapinarof是由Photorhabdus屬細(xì)菌產(chǎn)生的二苯乙烯類藥物，已商業(yè)化用于治療牛皮癬和異味性皮炎(Parketal., 2020)。利用P.luminescens的antABCDEFGHI基因簇于大腸桿菌Escherichiacoli表達(dá)系統(tǒng)可獲得蒽醌(Zhouetal., 2019)，以及以Type II polyketide synthases合成蒽醌(Br?ueretal., 2020)。Glidobactin A和Cepafungin I被認(rèn)為是極具商業(yè)價(jià)值的抗癌藥物(Zhaoetal., 2020)。異源表達(dá)系統(tǒng)業(yè)已優(yōu)化用于生產(chǎn)從Photorhabdus屬細(xì)菌中分離的肽類抗菌素Darobactin A(Wuisanetal., 2021)。整合Photorhabdus屬細(xì)菌Type II polyketide synthase基因的大腸桿菌可大量生產(chǎn)胭脂紅酸(Yangetal., 2021)。

細(xì)菌的殺蟲基因也用于構(gòu)建殺蟲轉(zhuǎn)基因菌株和植物。轉(zhuǎn)TcdA基因的擬南芥Arabidopsisthaliana對煙草天蛾Manducasexta和黃瓜點(diǎn)葉甲Diabroticaundecimpunctata幼蟲具有毒性(Liuetal., 2003)。tcdA1B1為昆蟲病原細(xì)菌-發(fā)光桿菌P.luminescens的殺蟲毒素基因，轉(zhuǎn)殺蟲基因TcdA1和tcdB1的陰溝腸桿菌Enterobactercloacae對臺灣乳白蟻Coptotermesformosanus(Zhaoetal., 2008)和3種重要農(nóng)業(yè)害蟲斜紋夜蛾、甜菜夜蛾、黃曲條跳甲Phyllotretastriolata具有較高的殺蟲活性(張鵬波等, 2010)。轉(zhuǎn)共生細(xì)菌XnGroEL蛋白的番茄可致死棉鈴蟲幼蟲，并耐受高溫和高鹽(Kumarietal., 2015)。大腸桿菌表達(dá)P.temperataMeg1基因簇pttABC可獲得一種新的環(huán)脂肽Phototemtide A，對惡性瘧原蟲具有弱抗原生動物活性(Zhaoetal., 2019)。利用基因突變并耐受苯并噁嗪的Photorhabdus共生細(xì)菌與H.bacteriophora線蟲組合防治以苯并噁嗪抵抗線蟲的玉米根葉甲，獲得良好的控制效果(Machadoetal., 2020)。此外，不依賴底盤細(xì)胞的重組酶介導(dǎo)的基因組工程(Chassis-independent recombinase-assisted genome engineering, CRAGE)結(jié)合CRISPR-Cas9技術(shù)已應(yīng)用于將共生細(xì)菌復(fù)雜生物合成基因簇高精度、高效率整合到細(xì)菌的染色體中，獲得高效表達(dá)目的基因簇的宿主菌(Liuetal., 2020)。

1.2.2昆蟲病原線蟲與共生細(xì)菌的專化性

1.2.2.1昆蟲病原線蟲攜帶共生細(xì)菌的位點(diǎn)

Xenorhabdus在Steinernema屬昆蟲病原線蟲中的定殖位點(diǎn)是腸道前端的一個(gè)結(jié)構(gòu)：菌囊(Martensetal., 2003; Martens and Goodrich-Blair, 2005)。共生細(xì)菌的存在會影響菌囊的大小及形狀；X.nematophila只定殖于線蟲菌囊內(nèi)靠近腸道的遠(yuǎn)端部分，阻斷了菌囊與腸道的連通(Snyderetal., 2007)。Photorhabdus屬細(xì)菌特異性附著于線蟲寄主腸道的前端細(xì)胞，然后以不同程度延伸至腸道其它部分(Cicheetal., 2003)。Photorhabdus定殖線蟲腸道可分3個(gè)階段：母體直腸腺的定殖、感染期線蟲腸道的定殖、感染期線蟲定殖位點(diǎn)的繁殖(Cicheetal., 2008; 王立婷等, 2013)；在一些異小桿線蟲感染期幼蟲腸道內(nèi)，定殖的Photorhabdus細(xì)菌似乎被一層非細(xì)胞結(jié)構(gòu)的基質(zhì)或者膜保護(hù)著，防止它們被寄主消化(Cicheetal., 2008)。

1.2.2.2共生細(xì)菌的信息專化性

當(dāng)感染期線蟲感染合適的昆蟲宿主時(shí)或在線蟲體外培養(yǎng)系統(tǒng)中加入合適的共生細(xì)菌，感染期線蟲將開始進(jìn)入取食狀態(tài)，并恢復(fù)生長發(fā)育，此過程稱為發(fā)育恢復(fù)(Development recovery)(Strauchetal., 1998; Moshayovetal., 2013)。

昆蟲血淋巴中含有的信號物質(zhì)具有誘導(dǎo)感染期線蟲恢復(fù)的作用(Strauchetal., 1998; Cicheetal., 2003)。在人工培養(yǎng)基中培養(yǎng)的共生細(xì)菌也能產(chǎn)生此類信息物質(zhì)誘導(dǎo)感染期幼蟲恢復(fù)(Strauchetal.,1998)。Photorhabdus屬中的一些共生菌菌株可跨越種屬間的鴻溝誘導(dǎo)S.carpocapsae線蟲發(fā)育，但是Xenorhabdus屬細(xì)菌產(chǎn)生的信號物質(zhì)無法誘導(dǎo)異小桿線蟲發(fā)育(Hanetal., 1998)。這種誘導(dǎo)感染期線蟲恢復(fù)的信號物質(zhì)被命名為食物信號(Food signal)(Strauchetal., 1998; Hiraoetal., 2009)。一種共生菌不能使所有非特異共生的感染期線蟲恢復(fù)，這表明不同種類的共生細(xì)菌所產(chǎn)生的食物信號不同(Hanetal., 1999)。異丙基二苯乙烯Isopropylstilbene被認(rèn)為是從Photorhabdus細(xì)菌中誘導(dǎo)感染期線蟲發(fā)育的信號物質(zhì)(Shietal., 2018; Hapeshietal., 2019)。

1.2.2.3共生細(xì)菌的營養(yǎng)?；?/p>

共生細(xì)菌能分泌一系列胞外水解酶將昆蟲組織或培養(yǎng)基組分轉(zhuǎn)化為支持線蟲的生長、繁殖的營養(yǎng)物質(zhì)。異小桿線蟲的生長繁殖對其共生細(xì)菌具有嚴(yán)格種屬特異性；而斯氏屬線蟲在多數(shù)Xenorhabdus屬共生菌中都可以得到理想的繁殖率(Akhurst, 1983; Sicardetal., 2003; Mitanietal., 2004)。斯氏屬線蟲無論是在活體條件下(Hanetal., 1999)還是在高營養(yǎng)的人工培養(yǎng)基中(Ehlersetal., 1990;Friedman 1990; Lunauetal., 1993)均能無菌繁殖；然而，異小桿屬線蟲必須在共生細(xì)菌P.luminescens或其代謝產(chǎn)物存在條件下才能繁殖，與斯氏屬線蟲相比，異小桿屬線蟲生長對共生細(xì)菌的特異性需求更嚴(yán)格(Akhurstetal., 1990; Ehlersetal., 1990; Hanetal., 1990; Aguilleraetal., 1993; Hanetal., 2000)。

1.2.2.4共生細(xì)菌的定殖專化性

共生細(xì)菌重新定殖于感染期線蟲腸道的階段是昆蟲病原線蟲-共生細(xì)菌關(guān)系建立的的關(guān)鍵時(shí)期之一，也是線蟲-共生細(xì)菌系統(tǒng)生活史周而復(fù)始的前提(Cicheetal., 2003)。這種關(guān)系具有特異性，從自然界分離的異小桿和斯氏線蟲屬種類都攜帶特定的共生菌菌株，將線蟲培養(yǎng)于非特異的共生菌中可獲得腸道未攜菌的感染期線蟲(Hanetal., 1998; Cicheetal., 2003; Sicardetal., 2004)。

X.nematophila需要nilA、nilB、nilC(Cowlesetal., 2008)和NilDRNA基因參與(Veesenmeyeretal., 2014)才能在S.carpocapsae中完成定殖。已發(fā)現(xiàn)，兩種共生細(xì)菌(P.cinerea和P.temperata)與H.downesi共生，P.cinerea在生長率、抗菌活性、感染期線蟲定殖率方面優(yōu)于P.temperate(Maheretal., 2021)。Photorhabdus和Xenorhabdus細(xì)菌均依賴RNA分子伴侶Hfq的小分子RNA-ArcZ調(diào)控其關(guān)鍵代謝物質(zhì)的合成(Neubacheretal., 2020)。

1.2.2.5共生細(xì)菌的殺線蟲?；?/p>

當(dāng)昆蟲病原線與非特異性共生的共生細(xì)菌共同培養(yǎng)時(shí)，一些共生細(xì)菌菌株產(chǎn)生的毒素對非特異性線蟲有致死作用(Hanetal., 2001)。H.bacteriophoraH06線蟲與H.indicaLN2線蟲的共生細(xì)菌組合培養(yǎng)時(shí)，LN2線蟲攜帶的共生細(xì)菌產(chǎn)生毒素致死H06線蟲，namA基因參與了LN2菌株毒素的合成(Qiuetal., 2009)。Steinernemaaffine利用X.bovienii共生細(xì)菌通過一種新的機(jī)制直接影響其競爭對手，從而影響S.affine和Steinernemafiadiae之間的競爭，且S.affine占據(jù)相應(yīng)的優(yōu)勢(Murfinetal., 2019)。X.szentirmaii依賴ngrA基因產(chǎn)生的抗菌化合物抑制煙草天蛾腸道微生物和X.nematophila，但未影響其本身的生長，且有利于種間競爭(Ciezkietal., 2019)。

1.3 昆蟲病原線蟲與寄主的關(guān)系

1.3.1昆蟲病原線蟲防治害蟲或蜱類

昆蟲病原線蟲與寄主昆蟲之間的關(guān)系主要包括寄生作用，昆蟲對線蟲的免疫作用以及利用活體昆蟲(大蠟螟)誘集昆蟲病原線蟲(Réginaetal., 2019)。利用昆蟲病原線蟲防治的主要害蟲包括桃小食心蟲Carposinanipponensis(楊平等, 2000)、小地老虎Agrotisipsilon(Yanetal., 2014)、華北大黑鰓金龜Holotrichiaoblita(Guoetal., 2017)、棉鈴蟲(Bhatetal., 2019)、斑翅果蠅(Shaweretal., 2018)、加勒比海果蠅Anastrephasuspensa(Heveetal., 2018)、象鼻蟲Curculiocaryae(Shapiro-lanetal., 2017)、水椰八角鐵甲Octodontanipae(Sandaetal., 2018)、玉米根葉甲(Geisertetal., 2018)、草地貪夜蛾(唐璞等, 2019)、黃曲條跳甲(Yanetal., 2013)、韭菜遲眼蕈蚊(Maetal., 2013)(Labaudeetal., 2018)(表3)。昆蟲病原線蟲還與殺螨劑或精油混用用于控制微小牛蜱Rhipicephalusmicroplus(Monteiroetal., 2021)。

表3 利用昆蟲病原線蟲控制的主要害蟲

1.3.2昆蟲病原線蟲與化學(xué)藥劑混用防治害蟲

在害蟲防治實(shí)踐中，為了擴(kuò)大防治譜或提高防治效果，昆蟲病原線蟲可與兼容的化學(xué)藥劑混用(表4)。

表4 昆蟲病原線蟲與化學(xué)藥劑混用防治害蟲實(shí)例

1.3.3昆蟲病原線蟲與寄主昆蟲的交互作用

昆蟲病原線蟲依賴氣味回避被感染的寄主(Baiocchietal., 2017)。線蟲進(jìn)入新寄主后，獨(dú)立分泌活性物質(zhì)抑制昆蟲的免疫反應(yīng)，昆蟲的防御體系同時(shí)對線蟲產(chǎn)生響應(yīng)(李慧萍和韓日疇, 2007; Kenneyetal., 2019)。寄主昆蟲的免疫體系主要包括細(xì)胞免疫和體液免疫，感染期線蟲進(jìn)入寄主昆蟲體內(nèi)后被寄主昆蟲的細(xì)胞吞噬或在細(xì)胞外被包裹(Lewisetal., 2005)。不同種類的線蟲使用不同策略抑制昆蟲免疫響應(yīng)(Brivioetal., 2018)。線蟲或共生細(xì)菌在感染昆蟲的早期階段可以阻止昆蟲花生四烯酸的生物合成，從而阻止宿主昆蟲的急性免疫反應(yīng)(Kimetal., 2018; Chandraetal., 2019)。H.bacteriophora線蟲分泌物通過抑制Imd通路促進(jìn)共生細(xì)菌的作用(Kenneyetal., 2019)。昆蟲也通過分泌一系列的化學(xué)物質(zhì)來抵抗昆蟲病原線蟲所攜帶的共生細(xì)菌，大蠟螟體內(nèi)的多功能肽(Sericotropin)可抵抗共生細(xì)菌(Shaiketal., 2020)。

昆蟲病原線蟲和共生細(xì)菌誘導(dǎo)昆蟲寄主產(chǎn)生不同的免疫反應(yīng)，例如，X.nematophila主要誘導(dǎo)參與抗菌反應(yīng)的基因，而S.carpocapsae則誘導(dǎo)凝集素和涉及黑色素相關(guān)基因表達(dá)(Cooperetal., 2019; Huotetal., 2020)。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，TGF-β信號介導(dǎo)黑腹果蠅對線蟲的代謝響應(yīng)(Ozakmanetal., 2020)；黑腹果蠅的酚氧化酶系統(tǒng)參與抵抗線蟲感染的免疫響應(yīng)(Cooperetal., 2019)。暗黑鰓金龜Holotrichiaparallela的免疫相關(guān)基因PGRP-SC1，PPAE-I和GST參與抵抗H.beicherriana線蟲感染(Lietal., 2021)。

紅棕象甲Rhynchophorusferrugineus利用分泌的化學(xué)信號而不是發(fā)出的聲音吸引S.carpocapsae線蟲(Santhietal., 2021)。被線蟲感染的玉米根葉甲蟲尸的揮發(fā)性物質(zhì)對玉米根葉甲幼蟲具有吸引作用，這一行為有利于線蟲找到更多的寄主并成功繁殖(Zhangetal., 2019; Santhietal., 2021)。昆蟲食物竟可影響其免疫響應(yīng)，蛋白質(zhì)的供給量可作為免疫響應(yīng)的關(guān)聯(lián)指示物(Cotteretal., 2019)。

昆蟲腸道微生物可能參與昆蟲對昆蟲病原線蟲的抵抗。研究發(fā)現(xiàn)，被線蟲感染和未被感染的歐洲鰓金龜Melolonthamelolontha幼蟲的中腸微生物群顯著不同，共生細(xì)菌可定殖腸道，但腸道微生物對共生細(xì)菌產(chǎn)生拮抗作用(Skowroneketal., 2020; Sajnagaetal., 2021)。

1.4 昆蟲病原線蟲與寄生、腐生真菌的關(guān)系

昆蟲病原線蟲在土壤中的天敵主要是捕獲線蟲的真菌。同時(shí)施用昆蟲病原線蟲和昆蟲病原真菌可能會導(dǎo)致更高的昆蟲死亡率，而與食線蟲真菌結(jié)合使用會降低昆蟲病原線蟲和昆蟲病原真菌活性(Jaffeeetal, 2005; El-Boraietal., 2007; Andalóetal., 2008; Buenoetal., 2018)。盡管早期研究表明異小桿線蟲對食線蟲真菌的抵抗力更高(Timperetal., 1989)，但昆蟲病原線蟲對食線蟲真菌的敏感性取決于物種和環(huán)境(El-Boraietal., 2009; El-Boraietal., 2011)。有趣的發(fā)現(xiàn)，腐生鐮刀菌Fusariumsolani可吸引S.diaprepesi線蟲并促進(jìn)其對昆蟲的感染效果(Wuetal., 2018)

1.5 昆蟲病原線蟲與植物病原線蟲的關(guān)系

昆蟲病原線蟲以及共生細(xì)菌對重要的植物線蟲，尤其是對南方根結(jié)線蟲卵、2齡幼蟲具有強(qiáng)烈的抑制作用(Perezetal., 2002; Molinaetal., 2007; Ferreiraetal., 2011; 宋潔等, 2014; Kepenekcietal., 2016; Bietal., 2018; 王鑫鵬, 2018)。于盆栽番茄中S.feltiae和S.riobrave線蟲對南方根結(jié)線蟲具有抑制作用(Perezetal., 2002)；昆蟲病原線蟲的共生細(xì)菌P.luminescenssubsp.sonorensis菌株培養(yǎng)液抽提物(40 μg/mL)對根結(jié)線蟲具有強(qiáng)烈的拮抗作用(Orozcoetal., 2016)；Bi等(2018)報(bào)道線蟲共生細(xì)菌X.budapestensisSN84中分離的多種多肽Rhabdopeptides可抑制根結(jié)線蟲。共生細(xì)菌懸液能顯著影響南方根結(jié)線蟲卵的孵化，6 d時(shí)Hb-NJ共生菌10倍稀釋液對M.incognita卵孵化的抑制作用最強(qiáng)，相對抑制率為70.6%(王鑫鵬, 2018)。

1.6 昆蟲病原線蟲與其它昆蟲病原的關(guān)系

除昆蟲病原線蟲以外，其它昆蟲病原如蘇云金芽胞桿菌Bacillusthuringiensis(Hattingetal., 2019)、環(huán)抱白僵菌Beauveriabassiana(張偉等, 2017)、綠僵菌Metarhiziumanisopliae(黃亞川等, 2020)等昆蟲病原廣泛應(yīng)用于害蟲的防治。這些病原與昆蟲病原線蟲的關(guān)系對害蟲控制也至關(guān)重要。

1.6.1蘇云金芽胞桿菌

蘇云金芽胞桿菌具有殺蟲特異性、對人畜無害、對環(huán)境無污染，是成功應(yīng)用的微生物殺蟲(Bravoetal., 2011; Jouzanietal., 2017)。昆蟲病原線蟲所攜帶的共生細(xì)菌能夠合成和分泌類花生酸生物合成抑制劑，該抑制劑可增強(qiáng)蘇云金芽胞桿菌對不同目標(biāo)昆蟲的致病性(Sajjadianetal., 2020)。P.luminescensTT01菌株通過與蘇云金芽孢桿菌Vip3Aa16毒素混用可以有效控制黃地老虎Agrotissegetum(Jalloulietal., 2018)。線蟲與蘇云金芽胞桿菌聯(lián)用對黏蟲的防控具有協(xié)同作用，主要因素是Bt菌株產(chǎn)生的毒素對黏蟲產(chǎn)生破壞作用從而有利于線蟲的侵染(李而濤等, 2019)。B.thuringiensis和S.carpocapsae線蟲混用防治斑翅果蠅也獲得增效作用(Mastoreetal., 2021)。

1.6.2病原真菌類

昆蟲病原真菌與昆蟲病原線蟲的混用有助于提高害蟲的死亡率(Wakiletal., 2017; Usmanetal., 2020)。S.carpocapsae線蟲和布氏白僵菌B.brongniarti聯(lián)合使用可顯著提高對東方異麗金龜Exomalaorientalis的死亡率(Chooetal., 2002)。H.bacteriophora與綠僵菌聯(lián)合使用對黃褐犀金龜Cyclocephalalurida也有較好的防治效果(Ansarietal., 2004; Anbesseetal., 2008)。S.glaseri與Metarhiziumanisopliae的結(jié)合對致死蠐螬3齡幼蟲或黑藤象鼻蟲Otiorhynchussulcatus3齡幼蟲產(chǎn)生增效作用(Ansarietal., 2004; Ansarietal., 2010)。茄腐鐮刀菌Fusariumsolani與昆蟲病原線蟲聯(lián)合使用也對害蟲產(chǎn)生增效作用(Wuetal., 2018)。但是，Usman等(2020)報(bào)道，Metarhiziumbrunneum的揮發(fā)性化合物影響線蟲對多種昆蟲的防治效果。

2 昆蟲病原線蟲與環(huán)境非生物因素的關(guān)系

昆蟲病原線蟲的應(yīng)用受到土壤結(jié)構(gòu)、質(zhì)地、濕度、溫度、田間施用劑量以及施用方法等因素的影響(Puzaetal., 2005; 武海斌等, 2015)。環(huán)境因素會影響昆蟲病原線蟲的生存、繁殖以及它們對目標(biāo)昆蟲的感染(Labaudeetal., 2018)。在應(yīng)用昆蟲病原線蟲防治害蟲時(shí)，利用各種技術(shù)手段降低環(huán)境因素對線蟲的影響有助于實(shí)現(xiàn)這類殺蟲劑的最佳應(yīng)用。

2.1 溫度

溫度是影響昆蟲病原線蟲的主要因素之一。線蟲生存和對寄主侵染所需的最適溫度不完全一致。篩選抗高溫或者耐寒的昆蟲病原線蟲品系有利于在高溫或者寒冷地區(qū)對害蟲進(jìn)行有效防控。

S.carpocapsae在25℃和31℃時(shí)，對番茄潛葉蛾Tutaabsoluta的致死率達(dá)到89% ～ 91%，但在19℃時(shí)致死率僅為76%(Kamalietal., 2018)。在15℃和20℃之間，S.feltiaeSN比H.indicaLN2對韭菜遲眼蕈蚊更有效，這表明兩種昆蟲病原線蟲的最佳侵染溫度有差異(Yanetal., 2019)。

S.feltiae是一種中等耐寒的線蟲，甘油和海藻糖這些低分子量化合物可作為該物種的冷凍保護(hù)劑，并在其耐寒中起重要作用(Alietal., 2014; Alietal., 2015; Alietal. 2016)。線蟲在冷凍至-13℃后仍然存活，對昆蟲寄主仍然具有致病性(Alietal., 2013)。H.bacteriophora-HBN經(jīng)過不同的預(yù)處理后，于-4℃冷凍5 d后的存活率為86.1% ～ 95.2%，顯著高于直接冷凍的存活率17.7%，而H.bacteriphora-NJ經(jīng)不同溫度的預(yù)處理后，于-4℃冷凍5 d時(shí)的存活率為83%，顯著高于其它預(yù)處理，這表明適當(dāng)?shù)念A(yù)處理可提高兩個(gè)品系線蟲的冷凍存活率(李春杰等, 2015)。研究發(fā)現(xiàn)，蟲尸劑中的線蟲對環(huán)境溫度的耐受力高于線蟲液體劑型(Gulzaretal., 2020)。

2.2 濕度

昆蟲病原線蟲喜潮濕的環(huán)境，因此干燥也是影響昆蟲病原線蟲生存和防治害蟲效果的關(guān)鍵因素之一。篩選耐干燥昆蟲病原線蟲品系有助于在干旱和半干旱地區(qū)對害蟲進(jìn)行有效防治。不同種類線蟲的抗干燥能力呈現(xiàn)很大差異，從而影響線蟲存活，降低存活線蟲對害蟲的侵染率。施用昆蟲病原線蟲不能有效控制玉米根葉甲，原因是線蟲在溫暖干燥的土壤中迅速死亡(Guyeretal., 2018)。在25℃、相對濕度為50.5%的環(huán)境中處理9 h后，Steinerenema線蟲仍具有較高的存活率，而Heterorhabditis線蟲幾乎全部死亡(邢玉芳等, 2009)。隨著濕度的增加，H.bacteriophoraHB8線蟲侵染活性增加，該品系線蟲侵染的最佳土壤含水量為15%，二點(diǎn)委夜蛾Athetislepigone5齡幼蟲對H.bacteriophoraHB8線蟲最敏感(雷利平, 2013)。在土壤含水量為20%時(shí)，S.glaseri對黃地老虎A.segetum幼蟲的防治效果最好(張安邦, 2015)。 在干燥條件下，攜帶共生菌P.temperatasubsp.cinerea的H.downesi比攜帶共生菌P.temperatasubsp.temperata的H.downesi于大蠟螟幼蟲中能產(chǎn)生更多的線蟲子代(Maheretal., 2017)。不同線蟲防治不同害蟲時(shí)需要根據(jù)土壤含水量不同，采用添加抗干燥劑或者抗蒸發(fā)劑可以提高昆蟲病原線蟲防治害蟲的效果(金永玲等, 2009; 金永玲等, 2013)。但最根本的方法還是篩選耐干燥能力強(qiáng)的昆蟲病原線蟲品系進(jìn)行害蟲防治(Shapiro-Ilanetal., 2014)。

2.3 土壤質(zhì)地

昆蟲病原線蟲的分布與土壤類型關(guān)系密切。沙壤土和壤土中線蟲檢出率較粘土的檢出率高，說明沙壤土和壤土適于昆蟲病原線蟲種群的建立(錢秀娟等, 2014)。調(diào)查表明，未耕地以及以果樹、蔬菜和大田作物為植被的、沙土、沙壤土、壤土以及粘土均有線蟲的存在，其中以粘土和未耕地的檢出率為最高，分別為8.57%、6.59%(陳書龍等, 2006)。以濾紙和沙子為介質(zhì)對東北大黑鰓金龜Holotrichiaoblita幼蟲進(jìn)行致病力測定，當(dāng)沙子為介質(zhì)時(shí)的校正寄生死亡率達(dá)95.83%(錢秀娟等, 2005)。H.bacteriophora線蟲以蛭石為培養(yǎng)介質(zhì)，線蟲產(chǎn)量明顯高于珍珠巖(李春杰等, 2008)。S.feltiae線蟲在粘土和沙質(zhì)壤土中移動(水平、垂直)速率要比在壤土中更快(Lankinetal., 2020)。S.glaseriNC34在土壤中的擴(kuò)散速度隨土壤含水量的增大而加快(王慶雷等, 1995)。S.carpocapsae和H.bacteriophora在壤土(89%)和可可泥炭(93%)的介質(zhì)中對番茄潛麥蛾Tutaliyabsoluta致死率高于沙壤土(17%)中(Kamalietal., 2018)。土壤含水量為10%、環(huán)境溫度為25℃、不暴露于紫外線下的沙質(zhì)土壤是線蟲對地中海實(shí)蠅3齡幼蟲侵染的最適環(huán)境條件(Shaurubetal., 2015)。不同含水量的介質(zhì)對H.bacteriophora-HBN冷凍存活率產(chǎn)生顯著影響，其中含水量為50%蛭石中線蟲回收率最高(87.4%)(李春杰等, 2014)。

2.4 滲透壓

滲透壓脫水是將線蟲加入高滲透壓溶波中，靠溶液的滲透壓力將線蟲體內(nèi)的水分吸出(Glazer and Salame, 2000)。通過將離子溶液(增強(qiáng)型人造海水)和非離子溶液(3.2 mol/L甘油)混合，對S.carpocapsaeAll的感染期線蟲進(jìn)行滲透脅迫，從而建立了一種用于昆蟲病原線蟲滲透性存儲的方法(Fengetal., 2006)。由甘油和增強(qiáng)型人造海水的混合物組成的溶液用于在15℃下誘導(dǎo)不同品系的S.carpocapsae部分脫水，所有測試的菌株都對滲透液具有耐受性，而線蟲的存活率和感染性均未受到影響(Yanetal., 2011)。環(huán)境中滲透壓力也會影響昆蟲病原線蟲的生存。部分線蟲擁有特殊的機(jī)制排出多余的水，也有的線蟲在低滲透壓情況下通過腸道排除水分(Thurstonetal., 1994)。

2.5 紫外線

利用昆蟲病原線蟲防治地上害蟲時(shí)，紫外線是最重要的影響因子。采用有效方法降低紫外線對這類線蟲造成的傷害有助于線蟲更好地發(fā)揮作用。采用二苯乙烯熒光增白劑(Tinopal LPW)作為線蟲的紫外保護(hù)劑，在日光燈和日光照射下均沒有降低其生物活性，被認(rèn)為是一種有前途的輻射防護(hù)劑(Nickleetal., 1992)。紫外線的影響在昆蟲病原線蟲之間存在很大的差異，線蟲存活率還不足以評估線蟲的應(yīng)用潛力，應(yīng)當(dāng)同時(shí)評估毒力等性狀(Shapiro-Ilanetal., 2015)。昆蟲病原線蟲不同品系均對紫外輻射具有一定的耐受能力(錢秀娟等, 2019)。添加納米材料如ZnO、TiO2和Fe3O4等可抵抗紫外線，提高線蟲對葉面害蟲的防治效果(Makiritaetal., 2020)，但不影響感染期線蟲存活率(Makiritaetal., 2020)。

3 展望

昆蟲病原線蟲及其共生細(xì)菌業(yè)已成為多種有害生物的有效克星，走向了產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化。展望未來，這類制劑研發(fā)過程中需要克服的問題包括：1)昆蟲病原線蟲及其共生細(xì)菌的持續(xù)研發(fā)仍依賴其對多種害蟲以及其它有害目標(biāo)生物(如蜱、植物線蟲、植物和人類病原菌等)的擴(kuò)展應(yīng)用和有效控制，這又反過來決定這類制劑的市場深度和廣度；2)成本是昆蟲病原線蟲保持持續(xù)商業(yè)競爭力的關(guān)鍵因素。未來仍需要更優(yōu)化的培養(yǎng)系統(tǒng)(包括培養(yǎng)方式、培養(yǎng)參數(shù)和質(zhì)量監(jiān)控)和更高效的貯存技術(shù)；3)共生細(xì)菌在昆蟲病原線蟲繁殖和致死昆蟲方面發(fā)揮重要作用，共生細(xì)菌型變的調(diào)控信號和配體，次生型菌株在土壤和植物根系中的作用值得進(jìn)一步研究；4)共生細(xì)菌次生代謝物質(zhì)的種類挖掘，合成調(diào)控機(jī)制突破，以及商業(yè)化合成與應(yīng)用仍是學(xué)者和企業(yè)家的高度期待；5)昆蟲病原線蟲、共生細(xì)菌以及寄主昆蟲(尤其是黑腹果蠅Drosophilamelanogaster)三者在生物識別、免疫響應(yīng)等的交互作用應(yīng)為未來研究熱點(diǎn)；6)通過遺傳改良獲得適應(yīng)應(yīng)用于極端氣候條件(如干燥、高溫或低溫、紫外線等)的昆蟲病原線蟲品系對擴(kuò)展這類生物殺蟲劑的市場規(guī)模極為必要。