《Biological Control》：Field evaluation of a
Bacillus subtilis strain mixture (CHFAB) for soybean cyst nematode biocontrol
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为解决大豆胞囊线虫（SCN）这一全球大豆生产的毁灭性病害，研究人员开展了名为“Bacillus subtilis 菌株混合物（CHFAB）对大豆胞囊线虫的田间生物防治评估”的主题研究。他们在连续两个生长季（2024-2025年）的田间试验中发现，CHFAB（种子处理+土壤灌注）能显著抑制SCN各发育阶段，减少土壤卵和幼虫数量27-42%，同时提高大豆植株的生物量、结瘤以及氮磷吸收，最终使大豆种子产量在2025年显著提升10.01%。该研究证明CHFAB是一种兼具线虫防治与作物促生双重功能、可用于可持续综合管理的有效生防剂。
在全球农业的版图上，大豆扮演着不可或缺的角色，它是人类和牲畜食用油脂与植物蛋白的主要来源。然而，一场悄无声息的“地下战争”却严重威胁着大豆的产量与安全。罪魁祸首是一种微小的害虫——大豆胞囊线虫（Soybean Cyst Nematode，简称SCN），学名Heterodera glycines。它被公认为全球最具经济破坏性的大豆病原体，每年造成超过15亿美元的产量损失。这种线虫侵入大豆根部，破坏养分吸收，导致植株矮化、叶片失绿，最终降低种子产量。更棘手的是，SCN的孢囊能在土壤中存活多年，即便没有寄主植物，也为病害的长期控制带来了巨大挑战。
传统的防治方法，如与非寄主作物轮作、种植抗性品种和使用化学杀线虫剂，都各有局限。轮作受制于地区耕作习惯和经济因素；化学药剂虽有效，却因其高毒性和环境持久性带来严重的生态和健康风险；而抗性品种，作为最环保的选择，其遗传资源却非常有限。长期依赖单一抗性来源的品种还会对SCN种群产生强大的选择压力，导致毒力种群进化，最终抗性被“瓦解”。这些困境凸显了寻找可持续、环境友好型SCN替代管理方案的迫切需求。
在此背景下，生物防治作为一种有前途的替代策略应运而生。其中，芽孢杆菌属（Bacillus）的细菌因其多方面的拮抗机制和强大的环境适应力而备受关注。它们能通过产生抗菌代谢物、分泌裂解酶、干扰线虫趋化性以及诱导植物产生系统性抗性（ISR）等多种方式直接或间接地抑制线虫种群。尽管在实验室和温室研究中展现出巨大潜力，但要将基于芽孢杆菌的生防策略真正应用于大田实践，仍面临巨大挑战——田间环境的复杂性往往导致生防效果不稳定且难以预测。
为此，一项发表于《Biological Control》期刊的研究，将目光投向了一组名为CHFAB的枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）混合菌株。该菌株混合物由CHFA和CHFB两个菌株按1:1比例组成，它们最初从能抑制SCN的土壤中分离得到。此前的研究已证明它们在温室条件下对SCN有显著的致死和抑制作用，并能促进大豆生长。然而，一个核心问题悬而未决：这种由枯草芽孢杆菌专属菌株组成的混合物，在真实的、自然感染的田间条件下，能否稳定、持续地抑制SCN？其效果是否会随着连续施用而累积增强？其背后的作用机制又是如何？
为了回答这些问题，研究人员在黑龙江省赵四方山农场一处已连续种植大豆超过8年、自然感染SCN（优势种群为HG Type 0， Race 3）的田块，开展了为期两年（2024-2025年）的田间试验。他们采用了一种组合施用策略：先对大豆种子进行CHFAB菌剂包衣处理，待幼苗生长到V2阶段（两片完全展开的三出复叶）时，再进行土壤灌注。研究人员设计了两组处理：CHFAB处理和仅用水的对照组（CK），每个处理设置三个重复小区。
研究团队运用了多种技术方法来全面评估CHFAB的效果。他们通过田间试验与随机区组设计，在自然感染条件下评估了CHFAB的实际效果。利用酸性品红染色与显微计数技术，在播种后35天和70天，分别对大豆根组织内的线虫不同发育阶段（J2、J3/J4、成虫雌虫）以及根表的白色雌虫数量进行观察和统计。采用土壤孢囊与虫卵/幼虫分离计数法，在收获期（播种后约130天）评估了CHFAB对土壤中SCN种群密度（孢囊数、卵和幼虫数）的长期影响。通过植物生理与农艺性状测量，在花期测定了植株高度、干生物量、叶绿素含量（SPAD值）、根瘤数量和鲜重，并在收获期测定了产量构成因素（株高、单株荚数、百粒重、最终种子产量）以及植株氮、磷、钾含量。借助实时荧光定量PCR（qRT-PCR）技术，分析了根部与养分运输（如GmNRT2、GmPAT1.1）、生长素响应（GmAUX22、GmLAX4）和水杨酸响应（GmPR1、GmNIMIN1）相关基因的表达水平。最后，通过液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）技术，定量测定了根组织中关键植物激素的含量，包括生长素（IAA）、水杨酸（SA）、茉莉酸（JA）、脱落酸（ABA）等。
研究结果揭示了CHFAB在多方面的显著作用：
1. CHFAB处理抑制了SCN多个发育阶段的发育
在播种后35天，通过酸性品红染色观察到，CHFAB处理并未显著影响J2（二龄幼虫）的初始根系侵入，但显著降低了后续发育阶段（J3/J4和成虫雌虫）的数量。例如，在2025年，CHFAB使J3/J4数量减少了32.5%，使雌虫数量减少了52.9%。这表明CHFAB的作用靶点主要在线虫侵入根系后的发育过程，而非阻止其初始入侵。两年的数据显示，CHFAB的抑制效果在第二年（2025）更为显著，提示连续施用具有累积效益。
2. CHFAB减少了SCN雌虫发育和繁殖潜力
在播种后约70天（R2-R3生殖阶段），CHFAB处理的大豆根上白色雌虫数量显著减少。2025年，CHFAB使雌虫数量减少了45.9%。计算的雌虫指数（FI）在2024年降至72.9%（减少27.1%），2025年进一步降至54.1%（减少45.9%），表明CHFAB能有效限制线虫的繁殖成功率。
3. CHFAB应用在收获期持续抑制了土壤SCN种群
在收获期，CHFAB处理显著降低了土壤中的孢囊密度和卵/幼虫数量。与对照相比，2024年CHFAB使土壤卵和幼虫密度减少了26.5%，2025年减少了42.3%。这种逐年的增强效应再次证实了连续应用能有效降低土壤中的线虫接种体压力，为后续作物创造更有利的条件。
4. CHFAB处理促进了花期大豆的生长和结瘤
在花期（播种后70天），CHFAB处理显著提高了大豆植株的干生物量（2025年增加约26%）、根瘤数量（2025年增加50%）和根瘤鲜重（2025年增加61%），这表明CHFAB具有显著的植物生长促进作用。
5. CHFAB通过上调转运和代谢基因增强养分获取
CHFAB处理显著提高了植株的氮和磷含量。基因表达分析显示，与氮吸收和结瘤相关的基因GmNRT2和GmNINa，以及与磷吸收和代谢相关的基因GmPAT1.1和GmGDPD12均被显著上调。这从分子层面解释了CHFAB如何通过协调调控养分吸收途径来改善大豆的营养状况。
6. CHFAB调控植物激素水平并激活激素响应防御和生长基因
LC-MS/MS分析发现，在SCN侵染下，CHFAB处理使大豆根部内源生长素（IAA）水平提高了2.3-2.5倍，水杨酸（SA）水平提高了2.4-4.2倍，而茉莉酸（JA）水平未发生显著变化。相应地，生长素响应基因（GmAUX22， GmLAX4）和SA响应防御基因（GmPR1， GmNIMIN1）的表达也显著上调。这表明CHFAB选择性地激活了依赖于SA的防御通路和依赖于生长素的生长发育通路，实现了防御与生长的协同调控。
7. CHFAB处理改善了大豆产量构成和最终种子产量
最终，CHFAB的促生和抗虫效应转化为了实际的产量收益。在2024年，CHFAB使种子产量提高了4.84%（未达统计显著），而在2025年，产量提升达到了显著的10.01%。同时，单株荚数和百粒重也显示出改善趋势。产量效益的逐年增强，与线虫抑制效果的逐年累积相呼应。
研究结论与讨论部分对上述发现进行了整合与升华。该研究证实，枯草芽孢杆菌菌株混合物CHFAB在田间条件下对大豆胞囊线虫具有稳定且逐年增强的生物防治效果。它不仅能显著抑制线虫侵入后的发育（特别是雌虫形成）和繁殖，减少土壤中的种群密度，还能同时促进大豆生长，表现为生物量增加、结瘤增强以及氮磷养分吸收改善。
其重要作用机制在于协调的激素与代谢调控：一方面，CHFAB大幅提升了根部生长素（IAA）水平，并激活了相关基因，这直接促进了根系发育和根瘤形成；另一方面，它选择性地激活了水杨酸（SA）信号通路，上调了防御相关基因（如GmPR1），从而增强了植物对线虫的抵抗力，而未显著影响茉莉酸（JA）通路。此外，CHFAB还通过上调关键的氮、磷转运与代谢基因（如GmNRT2、GmPAT1.1、GmGDPD12），从分子层面改善了大豆的营养获取能力。
这项研究的重要意义在于，它不仅提供了一个经过连续两年田间验证、具有双重功能（生防+促生）的枯草芽孢杆菌候选菌剂（CHFAB），更通过整合生理、生化和分子数据，深入揭示了其在真实农业环境下的作用机理。与以往的单季或单菌株研究相比，本研究明确了连续施用带来的累积效益，这对于制定长期、可持续的SCN综合管理策略具有重要指导价值。尽管CHFAB提供的抑制率（27-53%）并非“根除”级别，但其在降低土壤接种体压力、促进作物健康生长方面的综合效益，使其有潜力成为减少化学杀线虫剂依赖、与抗性品种轮作等策略协同使用的高价值工具。研究结果为开发环境友好、商业可行的SCN生物防治产品提供了坚实的科学依据和实践范例。
