植物防御、管理实践与害虫

Original 陈能场等土壤家 2021-04-27

导读

让我们先看看植物到底有多神奇。它们使用各种各样的系统来保护自己免受昆虫和病害的攻击，有时可以通过长出新根或新茎的方式摆脱小虫害问题。许多植物也会通过产生化学物质来减缓虫害，虽然不能杀死害虫，但至少会降低其造成的伤害。...

《健康土壤培育与实践指南》第八章《植物防御、管理实践与害虫》阐述如何通过土壤健康来提高植物防御、管理实践与害虫，以下摘自8.2节。

摘自：陈能场等译. 2020. 《健康土壤培育与实践指南》. 云南科技出版社。（原著：Fred Magdoff and Harold van Es. 2009. Building soils for better crops : sustainable soil management.3rd ed.）

译者：陈能场（中国土壤学会土壤科普工作委员会主任，广东省科学院生态环境与土壤研究所研究员），林大松（农业农村部环境保护科研监测所副研究员，中国土壤学会土壤科普工作委员会委员），翁海桂（芏富（广州）生物科技有限公司南方办事处主任），

校对者：李颖（大自然保护协会（TNC）博士副研究员，中国土壤学会土壤科普工作委员会委员），张志文（广东金饭碗有机农业发展有限公司总经理，土壤修复工程师，中国土壤学会土壤科普工作委员会委员），陈廷廷，魏思嫄等

在讨论土壤管理的核心生态原则和方法之前，让我们先看看植物到底有多神奇。它们使用各种各样的系统来保护自己免受昆虫和病害的攻击，有时可以通过长出新根或新茎的方式摆脱小虫害问题。许多植物也会通过产生化学物质来减缓虫害，虽然不能杀死害虫，但至少会降低其造成的伤害。攻击和杀死害虫的有益生物需要多种营养来源，通常从田间及其周围的开花植物中获得。然而，植物被（比如毛毛虫）取食时，许多植物在破损处产生一种黏性的甜物质，称为“花外蜜，”一定程度上吸引有益生物并供其取食。受到昆虫攻击的植物也产生挥发性化学物质，这些化学物质向有益昆虫发出信号，吸引它的特定宿主。这种有益昆虫通常是一种小黄蜂，利用化学信号找到毛毛虫，并在它体内产卵（图8.2）。随着卵的发育，它们会杀死毛虫。可通过一个案例窥探这个系统的复杂性，当黄蜂在番茄天蛾毛虫体产卵时，同时注射一种让毛虫免疫系统丧失功能的病毒。没有这种病毒，卵就不能发育，毛虫也不会死。也有证据表明，植物被取食损伤后，附近的植物能感觉到其受损叶片释放的化学物质，甚至在受到攻击之前就开始合成化学物质来保护自己。

图8.1 最佳的化学、生物和物理特性促进土壤健康

叶片并不是植物中在受到攻击时，能发出信号以吸引有益生物的唯一部位。当玉米受到西方玉米根虫（一种主要害虫）的攻击时，有证据表明部分玉米品种的根系会释放出一种化学物质，这种化学物质会吸引一种感染和杀死根虫幼虫的线虫。在美国玉米育种过程中，这种向有益线虫发出信号的能力显然已经丧失。然而，这种能力存在于野生亲缘和欧洲玉米品种中，因此可以重新导入美国玉米品种。

植物也具有保护其免受繁多的病毒、真菌和细菌攻击的防御系统。植物通常含有抑制病害发生的物质，无论植物是否接触病原体。此外，当植物体内的基因被根周围（根际）的各种化合物、生物、害虫或被叶上感染部位产生的信号激活时，就会产生抗菌物质，这种现象被称为“诱导抗性”。这种抗性使植物合成各种激素和蛋白质以增强植物的防御系统。此类抗性被称为系统性抗性，因为即使病害远离被刺激的位置，整个植物也会对病害产生抗性。

图8.2 植物在受到虫害后使用了许多防御策略。修改自W.J.刘易斯未发表的幻灯片

诱导抗性主要有两种类型：系统获得性抗性（SAR）和诱导性系统抗性（ISR）（图8.3）。当植物暴露于致病生物甚至一些不会致病的生物中时，就会产生SAR。一旦植物接触到这些生物，就会产生激素水杨酸和防御蛋白，保护植物免受各种害虫的侵害。当植物根系暴露在特定的植物促生根际细菌（PGPR）中时，就会产生ISR。一旦植物暴露在这些有益细菌中，就会产生激素（茉莉酸和乙烯），以保护植物免受各种害虫的侵害。一些有机改良剂已被证明能诱导植物抗性。因此，一些农民，其拥有有机质含量很高、生物活性强的土地，可能已经利用了诱导抗性。然而，目前还没有可靠和经济有效的指标来确定土壤改良剂或土壤是否增强了植物的防御机制。还需要进行更多的研究，来使诱导抗性成为一种可靠的农场害虫管理形式。虽然这种机制的工作方式与人体免疫系统的工作方式有很大的不同，但其效果是相似的，一旦受刺激，这个系统为植物提供保护，使其免受各种病原体和昆虫的攻击。

植物防御机制

面对昆虫、线虫或真菌和细菌引起的病害的攻击，植物并不只是被动地接受。当植物受到生物的攻击或刺激时，基因被激活并引导生物体合成有如下功能的化学物质：

●阻碍昆虫进食

●吸引有益生物

●产生可保护未受感染部位免受附近病原体影响的生物体结构

●产生对致病细菌、真菌和病毒具有一定抵抗力的化学物质

图8.3 植物抗病性的诱导类型。由Amanda Gervais根据Vallad和Goodman（2004）修改

当植物健康生长时，它们能够更好地保护自己免受攻击，而且对害虫的吸引力也会降低。在干旱、营养限制或土壤压实等一种或多种压力下，植物可能会“无意的”向害虫发出等同于“快来，我很虚弱”的信号。有活力的植物也能更好的与杂草竞争，遮盖它们、或仅仅能更好的争夺水分和养分。

本章和第三部分的其他章节中讨论的许多土壤管理措施有助于降低作物害虫的严重性。具有良好生物多样性的土壤，可生长健康植物，可以对许多害虫起到很强的防御作用。有关土壤管理对植物害虫影响的示例，请参阅方框“管理土壤和农作物以最大程度减少害虫问题”的内容。植物健康问题对于土壤生态和植物管理至关重要，因为正如我们所见，它还影响植物抵抗害虫的能力。因此，构建最佳的土壤健康状况是农场管理农作物害虫的基础，这应该是作物病虫害综合管理（IPM）计划的中心目标。

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