植物多樣性是對抗作物病蟲害的天然屏障

為什麼比起植物單一的農田，有多種植物農田的蟲害更少？一項新的研究解釋了這一現象。

來源 密歇根州立大學

翻譯 安定

審校 譚坤

相對植物單一的農田，多種作物農田的蟲害更少

Credit: William Wetzel, Michigan State University

作物是如何抵抗害蟲？這讓科學家和農民時常感到困惑。最近發表在Nature上的一篇文章為該現象帶來了啟示（論文信息見文末）：植物通過增加多樣性來抵抗天敵昆蟲，而不是像我們通常想的那樣,降低自身營養物質的平均質量。

研究了53種昆蟲，他們發現蟲害盛行的地方的植物營養水平在某個較窄的範圍內。如果這些植物營養種類極度豐富或極度貧乏，蟲害便不難么嚴重。可以看出，相對低質量的營養物質，多種類的植物環境對蟲類造成的傷害更大。這是由於儘管周圍有一些高質量的營養物質適合它們，但剩餘的大多植物營養種類都不適合它們。

而許多大農場作物單一，這滿足了昆蟲的營養需求，促進它們繁衍。該研究的主要領導人 Wetzel 表示，農場可以創造營養多樣的植物，因為豐富的多種類高營養將是他們的天然屏障。

但另一方面，單一的植被便於生產管理，提高產率。那麼，如何在種植多植被抵抗昆蟲時，也保證其產率呢？

針對這個問題，我們可以使昆蟲攝食的部位（如葉子、根莖）產生多種營養物質，也可以混種營養種類不同的變種或基因型。

啃食樹葉的日本金龜子

Credit: Bill Ravlin/Michigan State University

Wetzel 隨後將該項目帶到了密歇根州立大學（MSU），以進行了下一階段的研究。他打算用現代基因資源來開發一套系統模型：該系統模型可以控制植物種群的性狀多樣性，同時還能測量昆蟲數量與植物的受損程度。

多學科的交流為 Wetzel 的研究帶來了極大的幫助，他對將這項工作帶到MSU感到幸運：不同學科的專家的組合帶來了學科交流；農學與生態科學的交流、核心的化學設備、溫室與研究中心的相互協作幫助他驗證大規模中植物多樣性對昆蟲生態的影響。

相關論文信息

【論文標題】Variability in plant nutrients reduces insect herbivoreperformance

【作者】William C. Wetzel, Heather M. Kharouba, Moria Robinson, Marcel Holyoak，Richard Karban

【期刊】Nature

【DOI】10.1038/nature20140

【出版時間】12 October 2016

【論文摘要】The performance and population dynamics of insect herbivoresdepend on the nutritive and defensive traits of their host plants1. The literature on plant–herbivoreinteractions focuses on plant trait mean values2,3,4, but recent studies showing theimportance of plant genetic diversity for herbivores suggest that plant traitvariance may be equally important5,6. The consequences of plant trait variancefor herbivore performance, however, have been largely overlooked. Here wereport an extensive assessment of the effects of within-population plant traitvariance on herbivore performance using 457 performance datasets from 53species of insect herbivores. We show that variance in plant nutritive traitssubstantially reduces mean herbivore performance via non-linear averaging ofperformance relationships that were overwhelmingly concave down. By contrast,relationships between herbivore performance and plant defence levels were typicallylinear, with variance in plant defence not affecting herbivore performance vianon-linear averaging. Our results demonstrate that plants contribute to thesuppression of herbivore populations through variable nutrient levels, not justby having low average quality as is typically thought. We propose that thisphenomenon could play a key role in the suppression of herbivore populations innatural systems, and that increased nutrient heterogeneity within agriculturalcrops could contribute to the sustainable control of insect pests inagroecosystems.

【論文地址】http://www.nature.com/nature/journal/v539/n7629/full/nature20140.html

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