NATURE PLANTS|有机管理通过改变植物对昆虫的抗性来促进自然害虫的控制

导  读

本研究证明了寄主植物抗性是否介导了有机系统中害虫数量的减少，并确定了潜在的支撑机制。

原文编译：热合曼，原文排版：姚伟

来源：农作未来公号（2020年12月17日）

文章信息

原名：Organic management promotes natural pest control through altered plant resistance to insects

译名：有机管理通过改变植物对昆虫的抗性来促进自然害虫的控制

期刊：NATURE PLANTS

2019年影响因子：13.256

5年影响因子：14.576

在线发表时间：2020.5.15

第一作者：Robert Blundell

通讯作者：Clare L.Casteel   [e-mail]

第一单位：康奈尔大学综合植物科学院植物微生物生物学和植物病理学组

文章亮点

有机管理和常规管理下的植物虫害的对比；

把大田试验和实验室试验结合起来；

解释了有机管理下植物抵抗昆虫的机理。

文章正文

【研究背景】

有机农业的特点是促进土壤生物多样性和有益的生态相互作用，以抵消对无机肥料和杀生物剂等合成品的投入。有机农业的病虫害和养分管理主要通过多种多样的方法来完成，包括覆盖作物、轮作作物、诱捕作物和促进活跃的土壤微生物群落等。目前把有机农场中发现的虫害数量减少主要归于生物多样性的增加和有益捕食者的丰富，以及植物营养成分的变化。然而，植物抗病性的作用在很大程度上被忽视了。本研究证明了寄主植物抗性是否介导了有机系统中害虫数量的减少，并确定了潜在的支撑机制。

【研究方案】

在2017年的生长季节，对1993年建立的农场RR和商业用地(F、M、S农场)进行了田间研究。在研究中，对长期有机管理和常规管理番茄田进行了比较。在RR农场，每片田地面积为0.4公顷，采用随机区组设计，三次重复。对于其他农场来说，有机田和常规田由同一种植者在同一地点管理，同时播种番茄，进行成对比较。在每个田间，以“M”形取样模式采集12个植物，用于生物测定、植物激素提取、植物和根际土壤养分以及根际DNA扩增子测序。

【研究结果】

有机管理减少了落在番茄上的虫口密度：有机管理下四个地点中有三个地点的番茄叶片上的叶蝉数量少于传统农田（图1a；农场RR减少约50%；农场M减少约40%；农场S减少约36%）。

有机管理措施改变了植物防御信号传导途径。植物激素水杨酸（SA）和茉莉酸（JA）是植物防御的重要调节因子，其变化常常影响昆虫的取食。在RR和S农场，有机田的SA含量显著高于传统农田，约为12-17倍；而土壤管理对土壤JA水平无显著影响（F=0.48，P=0.490）。

有机管理措施改变了植物和土壤的营养成分。尽管氮是昆虫食草动物最限制性的植物营养素之一，并且常常驱动昆虫的偏好模式，但在有机或常规农田之间，叶片中的C:N比率没有一致的差异。与作者的预期相反，传统种植的植物叶片中的氮含量降低。与有机管理的土壤相比，传统管理土壤的总碳、有机质和钠的含量减少了，而镁含量增加了（四个农场中的三个农场）。

根际土壤中SA含量的变化与植物根际微生物组分的变化有关，基于土壤管理的植物抗性和昆虫偏好的调控可能是通过土壤的生物或化学参数来实现的，微生物群落的差异可能通过SA信号的变化介导昆虫偏好和植物抗性水平的变化。

【结论展望】

有机管理减少了落在番茄上的虫口密度：有机管理下四个地点中有三个地点的番茄叶片上的叶蝉数量少于传统农田（图1a；农场RR减少约50%；农场M减少约40%；农场S减少约36%）。

有机管理措施改变了植物防御信号传导途径。植物激素水杨酸（SA）和茉莉酸（JA）是植物防御的重要调节因子，其变化常常影响昆虫的取食。在RR和S农场，有机田的SA含量显著高于传统农田，约为12-17倍；而土壤管理对土壤JA水平无显著影响（F=0.48，P=0.490）。

有机管理措施改变了植物和土壤的营养成分。尽管氮是昆虫食草动物最限制性的植物营养素之一，并且常常驱动昆虫的偏好模式，但在有机或常规农田之间，叶片中的C:N比率没有一致的差异。与作者的预期相反，传统种植的植物叶片中的氮含量降低。与有机管理的土壤相比，传统管理土壤的总碳、有机质和钠的含量减少了，而镁含量增加了（四个农场中的三个农场）。

根际土壤中SA含量的变化与植物根际微生物组分的变化有关，基于土壤管理的植物抗性和昆虫偏好的调控可能是通过土壤的生物或化学参数来实现的，微生物群落的差异可能通过SA信号的变化介导昆虫偏好和植物抗性水平的变化。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41477-020-0656-9