プッシュプル農業におけるDesmodium揮発性物質と、ヨトウガ（Spodoptera frugiperda）に対する防御効果

Core Concepts

Desmodiumは生物活性のある揮発性物質を放出するが、それらがヨトウガに対する主要な忌避メカニズムであるとは断定できず、プッシュプル栽培におけるDesmodiumの他の有益な特性も考慮すべきである。

Abstract

Desmodium揮発性物質とプッシュプル農業におけるヨトウガに対する防御効果：研究論文要約

書誌情報: Odermatt, D., Ndlela, S., Torto, B., Teal, P., & Bruce, T. (2024). Desmodium volatiles in 'push-pull' agriculture and protection against the fall armyworm, Spodoptera frugiperda. PeerJ, 12, e16380. https://doi.org/10.7717/peerj.16380

研究目的: 本研究は、プッシュプル農業におけるDesmodiumの揮発性物質が、侵入害虫であるヨトウガ（Spodoptera frugiperda）に対する忌避効果にどの程度寄与しているかを調査することを目的とした。

方法: ケニアの農家の圃場および半圃場条件下で、グリーンリーフDesmodium（Desmodium intortum）とアフリカDesmodium（Desmodium incanum）の揮発性物質を採取し、ガスクロマトグラフィー質量分析法（GC-MS）を用いて分析した。さらに、Desmodiumの存在または揮発性物質が、飼育下のヨトウガの産卵場所選択と飛行行動に与える影響を評価するために、産卵場所選択試験と風洞試験を実施した。

主な結果:

• 17～19種類の揮発性物質が、両方のDesmodium種から検出され、その多くは、以前の研究で鱗翅目害虫の宿主選択に影響を与えることが示されている。
• ヨトウガは、Desmodiumよりもトウモロコシへの産卵を有意に好んだ。
• Desmodiumの揮発性物質に間接的に曝露されても、ヨトウガのトウモロコシに対する産卵場所選択には有意な影響は見られなかった。
• 風洞試験では、ヨトウガはトウモロコシの揮発性物質と比較して、トウモロコシとDesmodiumの揮発性物質の組み合わせに対して有意な選好性を示さなかった。

結論:

• Desmodiumは、生物活性のある揮発性物質を放出することが確認された。
• しかし、今回の生物検定では、Desmodiumの揮発性物質がヨトウガに対して明確な忌避効果を示すことは確認できなかった。
• ヨトウガはDesmodiumよりもトウモロコシを好むことが明らかになり、これはDesmodiumの葉の表面の物理的な特徴など、近距離でのメカニズムによる可能性がある。
• プッシュプル栽培におけるヨトウガからのトウモロコシの保護には、境界作物の揮発性物質による誘引効果、Desmodiumの揮発性物質による寄生蜂の誘引、Desmodiumの宿主としての質の低さなど、他の要因も重要である可能性がある。

意義: 本研究は、プッシュプル農業におけるDesmodiumの役割に関する理解を深め、Desmodiumの揮発性物質がヨトウガに対する主要な忌避メカニズムではない可能性を示唆している。この知見は、プッシュプルシステムのさらなる最適化に向けた将来の研究に情報を提供するものである。

限界と今後の研究:

• 本研究は、Desmodiumの揮発性物質のみに焦点を当てており、プッシュプルシステムにおける他の要因、例えば境界作物の影響や土壌中の相互作用などは考慮していない。
• 今後の研究では、これらの要因を考慮した、より包括的なプッシュプルシステムの評価を行う必要がある。

Stats

ヨトウガは、Desmodiumよりもトウモロコシに産卵するのを7～8倍好んだ。
試験されたヨトウガの3分の2は、各実験の5分間で10回以下の体節変化を示した。
すべての実験を通して、少なくとも77%のヨトウガは、実験の最後の2分間は移動しなかったか、活動がほとんどなく、最後の3分間で最大2回の体節変化しか示さなかった。

Quotes

「プッシュプルシステムは、多年生のコンパニオンプランツの誘引性と忌避性の刺激を利用しており（Pickett et al., 2014）、100種類以上の植物揮発性物質、特にテルペノイドや脂肪酸由来の「グリーンリーフ」揮発性物質が、プッシュプル効果に関連していると報告されている（Lang et al., 2022）」
「Desmodiumとトウモロコシを同じ鉢に植えたSobhyら（2022年）では、産卵生物検定の前または最中に、土壌中の相互作用やDesmodiumの揮発性物質によるプライミングによって、トウモロコシの揮発性物質が影響を受けた可能性がある。」
「Desmodiumのインタークロップは、揮発性物質によるヨトウガの忌避と同様に、雑草抑制、土壌肥沃度、そしておそらくはトウモロコシの植物の健康と活力の向上にも、プッシュプルシステムにおいて重要である可能性がある。」

Key Insights Distilled From

Desmodium Volatiles in “Push-Pull” Agriculture and Protection Against the Fall Armyworm, Spodoptera frugiperda

by Odermatt,D. ... at www.biorxiv.org 07-24-2024

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.07.24.604900v2

Deeper Inquiries

プッシュプルシステムの効果は、異なる地理的地域や環境条件によってどのように変化するのか？

プッシュプルシステムの効果は、地理的地域や環境条件によって大きく異なる可能性があります。これは、プッシュプルシステムが、植物、昆虫、そして環境の間の複雑な相互作用に依存しているためです。

気候: 気温、湿度、降水量は、植物の成長と揮発性物質の放出に影響を与えるため、プッシュプルシステムの有効性に影響を与えます。例えば、乾燥した環境では、Desmodium の成長が阻害され、揮発性物質の放出が減少し、ヨトウガに対する忌避効果が低下する可能性があります。
土壌: 土壌の種類、栄養状態、水分含有量は、植物の成長と揮発性物質の生産に影響を与える可能性があります。
生物的環境: 捕食寄生者や他の害虫の存在も、プッシュプルシステムの有効性に影響を与える可能性があります。例えば、特定の地域にヨトウガの天敵が多く存在する場合、プッシュプルシステムによる害虫駆除の効果はさらに高まります。逆に、他の害虫の存在は、Desmodium やボーダー作物に被害を与え、プッシュプルシステムの効果を低下させる可能性があります。
Desmodium の種類: Desmodium には多くの種類があり、それぞれ異なる揮発性物質を放出します。そのため、栽培する Desmodium の種類によって、プッシュプルシステムの有効性が異なる可能性があります。
ヨトウガの遺伝的多様性: ヨトウガは、地域によって遺伝的多様性が異なり、Desmodium の揮発性物質に対する感受性も異なる可能性があります。
これらの要因を考慮し、それぞれの地域や環境条件に適したプッシュプルシステムを開発することが重要です。そのためには、長期的なモニタリングや現地での試験が必要です。

Desmodiumの揮発性物質に対するヨトウガの反応は、その発達段階によって異なるのか？

はい、Desmodium の揮発性物質に対するヨトウガの反応は、その発達段階によって異なる可能性があります。

成虫: ヨトウガの成虫は、Desmodium の揮発性物質を忌避物質として認識し、産卵場所として避ける可能性があります。これは、プッシュプルシステムの重要なメカニズムの一つです。
幼虫: ヨトウガの幼虫は、Desmodium の揮発性物質に対して異なる反応を示す可能性があります。いくつかの研究では、Desmodium の揮発性物質がヨトウガ幼虫の成長を阻害する効果が示唆されています。また、Desmodium の葉の表面の構造や化学物質が、ヨトウガ幼虫にとって摂食しにくい環境を作り出している可能性もあります。
これらのことから、Desmodium の揮発性物質は、ヨトウガの複数の発達段階に対して複合的に作用することで、プッシュプルシステムの効果を発揮していると考えられます。

プッシュプル農業の背後にある生態学的相互作用の複雑さを理解することで、どのような新しい持続可能な農業実践を開発できるのか？

プッシュプル農業の背後にある生態学的相互作用の複雑さを理解することで、以下のような新しい持続可能な農業実践を開発できる可能性があります。

より効果的なプッシュプルシステムの設計: 特定の害虫と作物に最適なプッシュプルシステムを設計するために、植物の揮発性物質、害虫の行動、天敵の相互作用に関する知識を活用できます。例えば、標的害虫に対する忌避効果が高い揮発性物質を多く放出する植物種を選定したり、天敵の誘引効果を高めるために、ボーダー作物の植栽方法を工夫したりすることができます。
多様な害虫管理戦略への応用: プッシュプルシステムの原理は、他の害虫管理戦略にも応用できます。例えば、害虫を誘引する植物と、天敵を誘引する植物を組み合わせることで、農薬の使用量を減らしながら、効果的な害虫管理を実現できる可能性があります。
生物多様性を高める農業生態系の構築: プッシュプルシステムは、単一栽培よりも生物多様性が高く、生態系サービスの向上に貢献する可能性があります。害虫の天敵を誘引する植物や、土壌の健康を促進する植物を組み合わせることで、より持続可能な農業生態系を構築できます。
気候変動への適応: 気候変動の影響により、害虫の発生パターンや植物の生育環境が変化する可能性があります。プッシュプルシステムは、環境の変化に柔軟に対応できる持続可能な農業システムとして、気候変動への適応に貢献する可能性があります。
これらの新しい農業実践を開発するためには、生態学的な研究と、現場での実践的な研究を組み合わせることが重要です。