植物多样性是对抗作物病虫害的天然屏障 | Nature 论文推荐

为什么比起植物单一的农田，有多种植物农田的虫害更少？一项新的研究解释了这一现象。

来源 密歇根州立大学

翻译 安定

审校 谭坤

相对植物单一的农田，多种作物农田的虫害更少

Credit: William Wetzel, Michigan State University

作物是如何抵抗害虫？这让科学家和农民时常感到困惑。最近发表在 Nature 上的一篇文章为该现象带来了启示（论文信息见文末）：植物通过增加多样性来抵抗天敌昆虫，而不是像我们通常想的那样,降低自身营养物质的平均质量。

研究了53种昆虫，他们发现虫害盛行的地方的植物营养水平在某个较窄的范围内。如果这些植物营养种类极度丰富或极度贫乏，虫害便不难么严重。可以看出，相对低质量的营养物质，多种类的植物环境对虫类造成的伤害更大。这是由于尽管周围有一些高质量的营养物质适合它们，但剩余的大多植物营养种类都不适合它们。

而许多大农场作物单一，这满足了昆虫的营养需求，促进它们繁衍。该研究的主要领导人 Wetzel 表示，农场可以创造营养多样的植物，因为丰富的多种类高营养将是他们的天然屏障。

但另一方面，单一的植被便于生产管理，提高产率。那么，如何在种植多植被抵抗昆虫时，也保证其产率呢？

针对这个问题，我们可以使昆虫摄食的部位（如叶子、根茎）产生多种营养物质，也可以混种营养种类不同的变种或基因型。

啃食树叶的日本金龟子

Credit: Bill Ravlin/Michigan State University

Wetzel 随后将该项目带到了密歇根州立大学（MSU），以进行了下一阶段的研究。他打算用现代基因资源来开发一套系统模型：该系统模型可以控制植物种群的性状多样性，同时还能测量昆虫数量与植物的受损程度。

多学科的交流为 Wetzel 的研究带来了极大的帮助，他对将这项工作带到MSU感到幸运：不同学科的专家的组合带来了学科交流；农学与生态科学的交流、核心的化学设备、温室与研究中心的相互协作帮助他验证大规模中植物多样性对昆虫生态的影响。

原文链接：http://phys.org/news/2016-10-diversity-natural-repellent-crop-pests.html

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相关论文信息

【论文标题】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

【出版时间】12 October 2016

【论文摘要】The performance and population dynamics of insect herbivoresdepend on the nutritive and defensive traits of their host plants. The literature on plant–herbivoreinteractions focuses on plant trait mean values, , , but recent studies showing theimportance of plant genetic diversity for herbivores suggest that plant traitvariance may be equally important, . 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.

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

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