综述：土著丛枝菌根真菌菌株的生物防治潜力：一项系统性综述与荟萃分析

《Biological Control》：Biocontrol potential of indigenous AMF strains: A systematic review and meta-analysis

　　

丛枝菌根真菌（Arbuscular Mycorrhizal Fungi, AMF）对植物营养与健康的贡献已被广泛研究。关于营养方面，研究人员报道土著接种物至少与商业接种物同等高效。然而，关于生物防治方面，这一点尚未得到证实。为此，研究人员开展了一项荟萃分析以解决该问题，并探究AMF功能多样性的作用。研究人员在线检索了两个数据库中关于植物接种土著、商业或实验室保藏AMF，以及植物病原真菌、卵菌或根结线虫的试验。研究人员对收集的数据进行了分组荟萃分析，以评估AMF接种的生物防治效应。分析共纳入74项研究。针对植物病原真菌和卵菌，土著AMF接种物产生的生物防治效应高于保藏和商业接种物。土著AMF接种物对线虫的效率也更高。尽管Gigasporaceae科的AMF物种对植物病原真菌和卵菌表现出最佳的生物防治效应，但没有任何AMF科在对根结线虫的防治中脱颖而出。土著AMF接种物似乎在作物抵抗植物病原体保护方面具有巨大潜力。然而，仍需开展田间研究以更好地鉴定土著菌株并理解其作用机制。进一步研究如何促进土著AMF物种至关重要。生产并实施更多样化的接种物将有助于充分挖掘AMF的生物防治潜力。

1. 引言

丛枝菌根真菌（AMF）是全球广泛分布的植物有益微生物，但目前仍未得到充分利用。与其他类群相比，其系统发育多样性相对较低，且其分类学仍在研究中。然而，它们表现出高度的功能性状多样性，并有助于提供广泛的生态系统服务。事实上，菌根共生关系可改善植物的养分吸收、生长，并保护植物免受害虫侵害，包括植食性线虫、植物病原真菌、卵菌、病毒、细菌甚至昆虫。在先前的一项荟萃分析中，研究人员表明AMF对植物病原真菌、卵菌和线虫有效，且生物防治效应与AMF分离株的身份有关，突显了其功能多样性的影响。由于涉及的机制众多，包括改善营养、AMF与病原体之间的空间和资源竞争、诱导系统抗性（ISR）或根际相互作用的改变，其中一些机制可能与特定的真菌性状相关。例如，菌丝生长可能导致与土传病原体的空间竞争加剧。

为了从AMF的功能多样性中受益以制定生物防治策略，研究人员提议研究接种物来源的影响，即其为商业、保藏还是土著接种物。这一因素在以往的比较研究中未被探讨，尽管已有研究表明土著AMF在植物营养和生长方面至少与商业接种物同样有效，尽管其效率会因土壤类型、土壤气候条件、作物品种或实验条件等多种因素而变化。改善植物营养和生长并非生物防治中涉及的唯一机制。评估土著AMF是否也显示出更高的生物防治效应，是开启依赖AMF功能多样性的田间生物防治新途径的挑战。

在这项前瞻性研究中，研究人员进行了荟萃分析，以评估土著AMF接种物是否比外源接种物表现出更好的生物防治效应，以及某些AMF科是否优于其他科。由于符合标准的关于昆虫、病毒和细菌的研究数量较少，分析集中在根结线虫以及植物病原真菌和卵菌上。研究人员假设土著AMF接种物对植物病原真菌、卵菌和根结线虫的生物防治效果将优于保藏和商业AMF接种物。研究人员还利用更新的数据分析了AMF科与生物防治之间的联系，采用了更严格的筛选标准和最新的AMF分类法。

2. 方法

2.1. 检索策略与筛选标准

研究人员检索了Aureli和Web of Science在线数据库中1960年至2025年间发表的文章，核心检索词为[(AMF OR “arbuscular mycorrhizal fung” OR mycorrhiza) AND (bioprotection OR biocontrol OR “biological control”) NOT mechanism*]。排除了“机制”一词以避免获得纯机制研究方法且无生物防治效应测量的文章。研究人员还创建了邮件提醒以获取新增结果。此外，还检索了Borowicz (2001)和Veresoglou and Rillig (2012)先前综述中包含的文章以及近期综述中引用的文章。

纳入分析的研究需满足以下标准：(1) 设计：研究设计为析因试验；(2) 干预措施：植物接种AMF或未接种；植物接种植物病原真菌、卵菌或根结线虫；(3) 结果：使用病害严重度或等效指标评估病原体对植物的影响严重程度（针对真菌和卵菌），或使用虫瘿数量或虫瘿指数（针对根结线虫）。排除标准包括：(1) 无可用标准差（SD）或无法重新计算SD的研究；(2) 接种前未鉴定AMF物种的研究；(3) 未评估菌根共生建立情况的研究；(4) AMF与其他生防剂共接种且未单独测试的研究。研究可在田间或盆栽（温室或生长室）中进行。由于只有3项关于病毒和2项关于细菌的研究符合筛选标准，这些病原体未纳入分析。研究人员还决定在后期排除迁移性线虫，因为相关文章仅评估了根际总线虫种群，未测量根部损害严重程度。此外，由于筛选标准与Veresoglou and Rillig (2012)不同，并非其所有文章都被选入本研究。遵循M. S. Rosenberg主任的建议，研究人员决定仅保留带有标准差的文章，以进行更稳健的分析。

2.2. 数据收集

从选定的文章中提取的数据包括：文章元数据、实验主要特征、接种物来源、接种AMF物种数量、AMF物种、植物特征、病原体主要特征、有/无AMF的结果及相应的标准误。在本研究中，接种物来源定义如下：商业接种物由源自世界任何地方的AMF菌株制成，通常因其遗传稳定性和广泛的环境兼容性而被选中；保藏接种物源自实验室保存或公共可获取的AMF菌种保藏中心，通常由单孢技术获得的纯菌株维持；土著接种物源自与实验地点相同的土壤或环境，从农业或非耕作地块（如草地、森林等）的土壤或根系样本中采集。这些类别仅用作数据提取的描述性变量。如果一项研究测试了多个因素（如AMF物种、病原体类型或宿主植物），每个涉及AMF的因素水平被视为一个独立的实验。由于AMF命名法的变更，AMF物种名称根据Mycobank数据库和Glomeromycetes分类的最新更新进行了更新。Mycobank数据库也用于更新植物病原真菌的名称。

2.3. 统计分析

所有分析均分别对线虫以及植物病原真菌和卵菌（合并分析）进行。效应量（Effect size）和效应量的方差在metaWin 3中计算。效应量是植物在有AMF和没有AMF情况下病原体攻击严重程度之比的自然对数（lnRR）。负的效应量意味着AMF对病原体具有生物防治效应，而正的效应量表明AMF对病原体有促进作用。由于一些研究包含半定量测量（如虫瘿指数），这些指标的lnRR提供了相对比较而非精确的比例效应。每个lnRR的方差（v）使用特定公式计算。如果研究使用标准误（SE）或变异系数（CV）代替SD，则利用现有数据重新计算SD。随后，对数据进行分组荟萃分析，评估不同因素对效应量的影响。测试的因子包括：(1) 接种物来源；(2) AMF物种；(3) 病原体物种。还评估了实验条件或作物类型等其他参数以确保它们不是数据异质性的原因。分组荟萃分析要求每个亚组至少有两项研究。一些AMF科在数据集中代表性不足，因此仅保留包含五项或以上研究的AMF科亚组。敏感性分析分别在目级别和科级别（去除最小亚组后）进行，结果显示与之前分析幅度相似，因此科级被认为是适当的精度水平。同样，通过添加10篇因缺乏SD、SE或CV而被排除的随机选择研究进行的敏感性分析并未改变结果的幅度。使用Metafor 4.8-0包在R-4.4.3上生成森林图，提取每个亚组的平均效应量和置信区间（95% CI）。由于数据不服从正态分布，为确保统计分析的稳健性，使用非参数Kruskal-Wallis检验作为探索性分析来估计不同因素对效应量的影响，随后进行Dunn检验以形成显著差异组。最后使用Egger回归检验评估发表偏倚风险，p值小于0.05表明存在潜在的发表偏倚。

3. 结果

3.1. 文献检索与研究特征

文献检索过程的结果显示，数据库的初步检索和引文共产生901个结果。第一步包括基于标题排除重复和不相关的文章。随后，对509篇文章摘要进行筛选，其中298篇文章被检索以评估其资格。筛选过程在第二阶段再次进行以排除迁移性线虫，导致额外排除了43篇文章。最终74篇文章被纳入分析，对应于总共292个实验。研究排除的主要原因是缺乏SD、SE或CV，或无法提取数据。尽管检索了1960年至2025年的文章，但符合筛选标准的研究发表年份范围为1983年至2025年。

3.2. 系统性综述

实验在28个不同的国家进行，来自真菌保藏中心的AMF物种在所有大陆均有使用。它们占实验的一半以上，而商业和土著接种物各占收集数据的近四分之一。然而，只有12项符合筛选标准的研究使用了土著接种物，总计68个实验。在292个实验中，210个（72%）使用单物种AMF接种物，82个（28%）使用2种或更多AMF物种的混合接种物，这与接种物来源无关。混合接种物的物种数量从2到26不等，平均6种。在土著AMF接种物中，48%包含两种或更多物种。最常使用的物种是Funneliformis mosseae和Rhizoglomus intraradices，分别占单物种接种物的30%和20%。在AMF目中，Glomerales目代表性过高，占单物种接种物的77%，这可能是由于在商业和保藏接种物中使用了标准化菌株。大多数筛选出的研究是针对真菌植物病原体进行的。卵菌仅占植物病原真菌和卵菌组的11%，其中疫霉属（Phytophthora）占主导地位。对于真菌，子囊菌门（Ascomycota）代表性过高，占提取数据的72%。尖镰孢菌（Fusarium oxysporum）是研究最多的病原体，共有67个实验，占植物病原真菌和卵菌组的29%。关于线虫，由于只选择了AMF对根结线虫的生物防治研究，根结线虫属（Meloidogyne）是唯一代表的属，其中南方根结线虫（Meloidogyne incognita）占提取数据的72%。选定的研究在12个不同的植物科上进行，包括单子叶和双子叶植物。茄科（Solanaceae）家庭代表性过高（占总数据的43%），特别是番茄（Solanum lycopersicum），共有95个实验，占数据集的36%。关于实验条件，绝大多数实验是在温室条件下进行的（占数据的79%），而体外和田间条件各约占收集数据的10%。

3.3. AMF土著菌株的生物防治效率

3.3.1. 真菌和卵菌

所有类型的接种物都对植物病原真菌和卵菌产生了生物防治效应，获得了负值的效应量。然而，按接种物来源分组的平均效应量表明，使用土著接种物显著降低了植物上植物病原真菌和卵菌攻击的严重度，远优于商业接种物或保藏菌株（Kruskal-Wallis检验p值：2.65e-09）。土著AMF接种物的生物防治效应似乎显著高于保藏和商业接种物，尽管这些类别可能包含其他生物学和方法学的差异。此外，由于使用土著物种的研究数量相当少，这些新出现的模式应谨慎考虑。

3.3.2. 线虫

按接种物来源分组的平均效应量表明，使用土著或保藏接种物显著降低了植物上根结线虫攻击的严重度，相较于商业接种物（Kruskal-Wallis检验p值：0.00386）。商业接种物显示出广泛的结果不确定性，平均效应量接近零，而保藏和土著接种物的生物防治效应显著更高。然而，由于不同亚组的样本量较小，这些结果需要考虑谨慎。

3.4. AMF科对病原体的生物防治

3.4.1. 真菌和卵菌

所有研究的AMF科都降低了接种植物上真菌病害的严重度，但分析表明，一些科似乎比其他科更能降低植物上植物病原真菌和卵菌攻击的严重度（Kruskal-Wallis检验p值：0.00164）。Gigasporaceae科似乎是最有效的，其提供的生物防治效果平均几乎是Funneliformaceae和Rhizoglomeraceae等科的3倍。Acaulosporaceae科的AMF也似乎比其他科更有效，尽管结果在统计学上不显著，表明随着使用这些物种的更多实验可能会证实这一趋势。如前所述，由于Acaulosporaceae、Diversisporaceae和Gigasporaceae等科的样本量相当小，这些结果只能被视为新出现的模式。所有其他物种具有中等效应，平均效应量约为-0.50。混合接种物与其他大多数接种物相比并未脱颖而出，其生物防治效应与大多数单一物种接种物相似。

3.4.2. 线虫

未强调接种的AMF科对其根结线虫生物防治效应的显著影响（Kruskal-Wallis检验p值：0.345）。由于不同亚组的样本量较低，这些结果需要谨慎考虑。与植物病原真菌和卵菌的结果相似，含有两种或多种AMF物种的接种物并未优于其他种类的接种物。

3.5. AMF生物防治与病原体物种及生活方式

AMF对植物病原真菌和卵菌的生物防治也因所研究的病原体而异。除属于Aphanomyces属的病原体外，显示了AMF对所有植物病原真菌和卵菌的生物防治效应。在筛选的研究中，未显示对这些卵菌明显的生物防治效应。AMF对Agroathelia和Pseudocercospora属真菌的生物防治效应较高（Kruskal-Wallis检验p值：3.62e-10）。无论病原体生活方式如何，AMF对植物病原真菌和卵菌均产生了生物防治效应。生物防治的效率仍然因病原体生活方式而异，差异极显著。对半活体营养型（hemibiotrophic）病原体的生物防治效应平均是对坏死营养型（necrotrophic）病原体的1.5倍（Kruskal-Wallis检验p值：2.62e-05）。半活体营养型真菌和卵菌显示出比坏死营养型更广泛的效应量范围，这可能由其感染机制以及首选宿主范围、感染动态、接种方法等多个其他因素解释。所有这些因子本质上都与病原体身份相关联，未来的工作可以实施混合建模方法来考虑大量非独立因子。

3.6. 其他亚组分析

为确保没有其他因子能解释数据效应量的异质性，对其他几个亚组（如实验条件和作物类型）进行了分组分析。对于筛选研究中的线虫，实验条件未观察到显著影响，但对真菌和卵菌显示了显著影响（Kruskal-Wallis检验：线虫p值：0.385；真菌和卵菌p值：0.00881）。这一结果似乎表明AMF在受控和半受控条件下的生物防治效应高于田间。强调了作物类型对根结线虫以及植物病原真菌和卵菌的显著影响（Kruskal-Wallis检验：线虫p值：0.01239；真菌和卵菌p值：0.0006424）。作物类型和病原体身份是非独立因子，因为大多数植物病原体具有宿主特异性。强调了这两个因子之间的强相关性（χ²检验p值：1.492e-09）。因此，很难估计哪个因子对获得的结果影响最大。

3.7. 发表偏倚

Egger回归检验结果显示，纳入的文章中关于AMF对根结线虫的生物防治无发表偏倚证据（p值：0.4911），且似乎在植物病原真菌和卵菌上显示出轻微的偏倚（p值：0.0609）。虽然该p值高于阈值（0.05），但仍表明真菌和假真菌植物病原体数据分布的不对称性。尽管回归检验未强调显著的偏倚，但该p值提示需谨慎。研究人员假设这种数据分布不对称是由筛选过程中排除152项无标准差的研究引起的。这种筛选标准可能导致排除了大量具有中性效应的研究，从而导致结果偏倚。

4. 讨论

AMF作为生物防治剂具有巨大潜力，但这种潜力仍未得到充分利用。在这项研究中，即使分析将受益于通过更广泛的证据基础进行验证，但结果是有希望的。这些初步结果表明，在目前不作为商业接种物提供的土著AMF物种中，一些似乎显示出控制植物病原体的高潜力。事实上，商业和土著接种物的物种组成非常不同。虽然商业接种物主要使用Funneliformaceae和Rhizoglomeraceae科的标准化菌株（Funneliformis mosseae, Rhizoglomus irregulare 和 Rhizoglomus intraradices），但土著接种物提供了更广泛的AMF科和物种。在这项荟萃分析中，Funneliformaceae和Rhizoglomeraceae并不一定能更有效地控制病原体，尽管Chandrasekaran (2020)的荟萃分析显示它们在植物生长和营养吸收方面的效率。由于Glomerales目的AMF生长快、根定殖率高，且能够利用孢子和根外菌丝侵染根部，它们更容易在体内和体外繁殖。此外，F. mosseae和R. irregulare被认为是广适性物种，使它们成为商业接种物的完美候选者。然而，它们似乎并不是专门针对其作为生物防治剂的潜力而被筛选出来的，而是作为生物刺激素进行销售。有趣的是，这些新出现的模式表明，由Gigasporaceae等广泛多样的AMF科组成的土著接种物似乎在植物病原真菌和卵菌的生物防治方面显示出更好的结果。然而，Gigasporales目生长时间较长，且只有其孢子具有侵染性，使其更难培养。因此，在地方或更广泛的范围内促进更多样化的AMF物种可能对生产更高效的商业生物防治接种物大有希望。

此外，土著AMF群落的效率可以通过最近关于这些群落生态学的各种研究来解释，这些研究表明群落组合通常保留具有稳定功能性状的核心AMF物种，而不受环境影响。事实上，?ezá?ová等人 (2022) 比较了11种植物在其原生境和外来境中相关的AMF群落。如果宿主植物处于其外来范围，与其根系相关的AMF组合会变得更简单，但核心群落与优势分类群仍然存在。这些优势真菌属无论其宿主植物是在原生境还是外来境中都存在。在另一项研究中，土著AMF群落在暴露于最近引入的入侵者后表现出对环境干扰的高恢复力，即使在暴露于最近引入的入侵者后也观察到了对本地和早期入侵植物稳定的菌根定殖。这种群落结构和环境干扰恢复力的高度一致性可能归因于其功能多样性，提供了共生所必需的各种功能性状。因此，针对群落的研究可以评估AMF群落的功能性状及其对植物健康的影响，就像在生长和营养方面所显示的那样。由于物种间的协同作用或竞争可能会发生，更好地理解AMF物种之间的相互作用可能会导致找到物种的最佳平衡，以改善植物健康并提高AMF接种物的效率。

此外，为了使外源物种能够在土壤中成功持久存在，必须满足严格的条件：首先，该物种应与土壤气候条件、已存在的AMF群落和可用的宿主兼容。其次，如果环境的承载能力较低，丰度低于土著优势分类群的外源物种不太可能持续存在。最后，外源物种应能在竞争物种之前到达未被占据的位点。在这方面，在地方一级促进本土AMF物种似乎更有可能导致成功的接种，并在较长时期内改善植物健康。我们的结果与2012年Veresoglou和Rillig的观察结果不同，他们显示Funneliformis mosseae似乎特别有效地控制植物病原真菌和卵菌，而Gigasporaceae并不特别突出。这些差异可能是由于两者分析使用的筛选标准不同造成的，因为出于可靠性原因，本研究仅纳入了显示标准差数据或有办法重新计算标准差的研究。许多文章因此被排除。随着开放科学和开放数据的利害关系日益凸显，更好地获取完整数据集或带有SD的数据无疑将有助于进行更严格、更稳健的大规模分析。

结果还表明，对于植物病原真菌和卵菌，AMF的生物防治效率在生长室和温室中高于田间，这使得难以将受控和半受控条件的结果推广到田间应用。这种差异可以解释为田间条件带来了很大的变异性，这是由于广泛的土壤气候条件、农业实践和害虫压力等参数造成的。在进行田间试验时，必须考虑到这种变化。

核心AMF群落的持久性问题提出了农民是否应该调整其作物管理以改善作物健康，依靠AMF生物防治效应的问题。仅仅关注作物接种是不够的，因为管理菌根网络（无论是土著的还是非土著的）需要一种系统的方法。一系列依靠生态相互作用的措施，如使用服务植物或农场内生产AMF，也有助于促进或维持菌根化。然而，AMF在田间的效率仍然存在争议。虽然一些人认为关于AMF及其对作物产量益处的观点过于乐观，但另一些人则认为AMF带来更多的农业生态系统服务，仍应被视为可持续农业系统的关键组成部分。无论如何，这场辩论表明，在田间条件下准确评估菌根共生的影响是极其复杂的。

我们的前瞻性研究强调，有必要采用严格的方法和统计学进行更多的田间试验，确保所获得的生物防治效应可以准确地归因于整个实验期间鉴定的AMF物种。由于接种物来源分类可能包含生物学和方法学的异质性，与该因子相关的结果应被解释为报告来源类别之间的差异，而不是严格意义上的来源因果关系。诸如接种物配方或活体繁殖体密度等因素并未系统地提供，尽管我们承认它们可能在结果中起作用，并且与接种物来源非独立。此类参数的不可用使得难以准确地将AMF的生物防治效应与其他因素隔离开来。研究应展示关于AMF生产和传播的详细方案。此外，应收集诸如土壤类型等信息，这可能导致选择适合特定土壤气候条件的AMF菌株，从而更有可能持久存在。此外，只有少数研究在实验后鉴定了植物根中的AMF物种。实际与植物根系相关的AMF群落可能与接种的AMF物种不同，特别是在半受控和田间条件下。因此，几乎不可能确定地将生物防治效应归因于接种的物种，对于不同的分类级别也是如此。AMF物种的系统鉴定既有助于增长当前的数据库，也有助于提高实验及其结果的稳健性。

5. 结论

这项采用更新AMF分类的研究强调了土著AMF生物防治效应的潜力，特别是在受控和半受控条件下。评估田间条件下的AMF是必要的，以便更好地从其功能多样性以及恢复力和一致性中受益。我们的结果为在地方或更广泛的范围内生产和促进更多样化的AMF以实现更高效的植物害虫控制开辟了新的视角。