肠道微生物组相互作用影响基于Metarhizium的甜菜象甲生物防治效果

为什么微小甲虫的肠道对甜食者至关重要

整个欧洲的甜菜田正遭受一种体型虽小却极具破坏力的害虫——甜菜象甲的侵袭。随着许多强效化学杀虫剂被禁用，农民迫切需要保护这一关键作物的新方法。本研究探索了战斗中的一个意外盟友——寄居在象甲肠道内的不可见微生物群落——以及这些微生物如何决定一种天然真菌杀虫剂的成败。

可毁灭一片幼苗的害虫

甜菜象甲有能力毁掉田间多达一半的幼苗，尤其在较高温度加速其发育和取食时更甚。多年来，农民依赖于广谱杀虫剂如新烟碱类，但这些在欧盟已被大范围禁用。一种有前景的替代方法是利用昆虫致病真菌——自然感染并杀死昆虫的真菌种类。两种此类真菌，Metarhizium brunneum和Metarhizium robertsii，能够通过象甲的外壳入侵，扩散全身，并最终引发称为真菌病的致命疾病。然而田间试验表明，这些真菌的效果并不总是相同，这促使科学家们探究昆虫体内还有什么因素可能影响感染能否成功。

甲虫体内的隐秘生态系统

像人类一样，昆虫也携带丰富的微生物组——由细菌和真菌组成的复杂群落，帮助消化食物、支持免疫，有时甚至抵御疾病。研究人员从奥地利的田间采集了成虫甜菜象甲，并分别让它们暴露于M. brunneum、M. robertsii或不接触真菌的对照条件下。他们监测昆虫的存活时间并仔细检查哪些个体出现了可见的真菌生长。通过对肠道内容物进行DNA测序，研究者比较了死于真菌感染的象甲与存活且未出现真菌病的象甲的肠道微生物组，既考察整体多样性，也关注特定微生物群。

多样化的微生物组，较强的甲虫

团队发现了一个明显的模式：肠道群落丰富、多样的象甲更有可能抵抗致命感染，即便暴露于Metarhizium孢子也能存活。这些幸存者，包括未经处理的“健康”对照个体，携带着广泛的细菌混合体，如Salmonella、Stenotrophomonas、Serratia和Staphylococcus，以及真菌如Cephalotrichum、Penicillium、Cladosporium和Mortierella。其中许多微生物在其他体系中被证明能够帮助分解植物物质、排挤有害微生物或产生抗真菌化合物。相反，那些被Metarhizium击败的象甲通常表现为物种贫乏的肠道群落，由真菌本身和少数细菌属主导，特别是Enterobacter和Pantoea。这提示丰富的微生物组像一道保护屏障，而简化的群落则使甲虫脆弱。

微生物之间的朋友、敌人与双重角色

进一步挖掘后，研究确定了可能支持或阻碍真菌防治的特定微生物。Pantoea和Enterobacter与发生真菌病的象甲强烈相关；例如，Pantoea agglomerans已知与昆虫有密切相互作用，既能耐受也能产生具有抗微生物作用的挥发物。同时，在未发生真菌病的象甲中发现的其他一些微生物——包括Serratia marcescens、Penicillium和Cladosporium——本身就能杀死昆虫或通过毒性化合物削弱它们。这些“二重间谍”如果有意与Metarhizium联合使用，可能成为强有力的伙伴，提高害虫的总体死亡率，同时仍符合生物防治策略。

雄性甲虫作为特别薄弱环节

研究人员还发现了一个具有实际意义的性别差异。雄性甜菜象甲普遍比雌性更早死亡，也更容易被真菌感染致死。其肠道微生物组在某些细菌和真菌群中更为富集，其中包括一些可能具有杀虫或扰动作用的微生物。在自然条件下，雄性通常在春季较早从土壤中出现并更早开始取食，因此与处理过的植物和土壤接触更多。作者认为，将真菌和微生物应用的时机针对这些早期更易感的雄性——可能结合信息素陷阱——可以改变群体结构并减少下一代象甲的数量。

这对未来害虫防治的意义

对非专业读者来说，关键信息是：“绿色”杀虫手段的成败不仅取决于入侵的真菌，还取决于害虫体内已存在的微观生命。复杂而稳健的肠道群落可以帮助象甲抵御真菌攻击，而某些细菌和真菌伙伴则可能增强甚至替代真菌的致死力。通过理解并管理这些隐秘的联盟——以及雌雄甲虫间的差异——农民与科学家或能设计出更可靠、有针对性且无化学残留的策略来保护甜菜作物及其所支撑的糖供给。

引用: Wöber, D., Wernicke, M., Cerqueira, F. et al. Intestinal microbiome interactions influence Metarhizium-based biocontrol efficacy against the sugar beet weevil. Sci Rep 16, 5174 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36038-8

关键词: 甜菜象甲, 昆虫致病真菌, 昆虫肠道微生物组, 生物防治, Metarhizium