應用於「推拉式」農業的變葉山螞蝗揮發物及其對草地貪夜蛾 (秋行蟲) 的防治效果

핵심 개념

儘管變葉山螞蝗會釋放出已知具有生物活性的揮發物，但這些揮發物本身是否足以驅趕草地貪夜蛾仍需進一步研究，因為其他因素，如邊界作物的影響、地下相互作用以及變葉山螞蝗的其他驅蟲特性，也可能在保護玉米免受草地貪夜蛾侵害方面發揮作用。

초록

變葉山螞蝗揮發物在「推拉式」農業中對草地貪夜蛾的防治效果：研究論文摘要

文獻資訊:

Odermatt, D., Torto, B., Bentley, M. A., & Pickett, J. A. (2024). Desmodium volatiles in 'push-pull' agriculture and protection against the fall armyworm, Spodoptera frugiperda. Frontiers in Plant Science, 15, 1163389. https://doi.org/10.3389/fpls.2024.1163389

研究目的:

本研究旨在探討兩種變葉山螞蝗（D. intortum 和 D. incanum）釋放的揮發物是否能驅趕草地貪夜蛾，並評估這些揮發物在「推拉式」農業系統中對保護玉米作物的作用。

研究方法:

研究人員在肯亞的農民田間和溫室環境中，利用動態頂空吸附法收集了變葉山螞蝗的揮發物，並使用熱脫附-氣相層析-質譜法 (TD-GC-MS) 進行了分析。此外，他們還進行了產卵選擇試驗和風洞試驗，以評估草地貪夜蛾對玉米和變葉山螞蝗的偏好。

主要發現:

• 研究人員在兩種變葉山螞蝗的頂空中都檢測到了多種揮發性物質，其中包括先前報導過的能驅趕鱗翅目害蟲的物質。
• 在產卵選擇試驗中，草地貪夜蛾更喜歡在玉米上產卵，而不是在兩種變葉山螞蝗上產卵。
• 在風洞試驗中，草地貪夜蛾對玉米揮發物的偏好並未顯著高於玉米和變葉山螞蝗混合揮發物。

主要結論:

儘管變葉山螞蝗釋放出已知具有生物活性的揮發物，但這些揮發物本身並不能完全解釋其對草地貪夜蛾的驅避作用。其他因素，如邊界作物的影響、地下相互作用以及變葉山螞蝗的其他驅蟲特性，可能在「推拉式」農業系統中保護玉米免受草地貪夜蛾侵害方面發揮重要作用。

研究意義:

本研究結果有助於更好地理解「推拉式」農業系統的化學生態學機制，並為開發更有效、更可持續的草地貪夜蛾防治策略提供參考。

研究局限性和未來研究方向:

• 本研究的生物測定是在存在低濃度避蚊胺 (DEET) 的環境中進行的，儘管採取了預防措施，但避蚊胺的潛在影響不能完全排除。
• 未來的研究應側重於探討「推拉式」田間條件下，變葉山螞蝗揮發物與其他因素（如邊界作物、地下相互作用）之間的協同作用。

통계

草地貪夜蛾在玉米上的產卵數量是變葉山螞蝗的 7.9 到 6.8 倍。
在風洞試驗中，三分之二的飛蛾在五分鐘內表現出少於十次的體節變化，表明它們在該時間範圍內做出了選擇。

인용구

"儘管變葉山螞蝗釋放出已知具有生物活性的揮發物，但我們在生物測定中並未觀察到變葉山螞蝗揮發物對草地貪夜蛾有明顯的驅避作用。"
"我們的結果表明，飛蛾更喜歡玉米而不是變葉山螞蝗，這可能是受到諸如變葉山螞蝗葉片表面不利因素等短程機制的影響。"
"在「推拉式」種植模式下，變葉山螞蝗間作對抑制雜草、提高土壤肥力以及可能改善玉米植株健康和生長 vigor 同樣重要，甚至可能比揮發物介導的對草地貪夜蛾的驅避作用更為重要。"

핵심 통찰 요약

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

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

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

더 깊은 질문

除了植物揮發物之外，還有哪些因素可能影響草地貪夜蛾對寄主植物的選擇？

除了植物揮發物，以下因素也可能影響草地貪夜蛾對寄主植物的選擇：

植物的物理特性: 草地貪夜蛾幼蟲的取食和發育會受到植物物理特性的影響。例如，研究指出變葉山螞蝗上的矽質毛狀體可能會對草地貪夜蛾幼蟲造成危害，從而影響成蟲的產卵選擇。其他物理特性，如葉片厚度、毛刺密度、蠟質層等，也可能影響草地貪夜蛾的選擇。
植物的營養成分: 植物中的營養成分，如蛋白質、醣類、脂肪酸等，是草地貪夜蛾幼蟲生長發育的必要物質。不同植物的營養成分差異會影響草地貪夜蛾幼蟲的生长速度和存活率，進而影響成蟲的產卵選擇。
植物的次級代謝產物: 植物會產生各種次級代謝產物，如生物鹼、萜類化合物、酚類化合物等，這些物質可能具有驅蟲、抗蟲或毒殺作用。不同植物的次級代謝產物種類和含量不同，會影響草地貪夜蛾的取食、產卵和發育。
天敵的影響: 草地貪夜蛾的天敵，如寄生蜂、捕食性昆蟲等，會影響草地貪夜蛾的種群數量。如果某種植物上存在較多的天敵，草地貪夜蛾可能會避免在該植物上產卵。
環境因素: 溫度、濕度、光照等環境因素也會影響草地貪夜蛾的行為和生理。例如，高溫和乾旱環境可能會降低草地貪夜蛾的存活率，進而影響其對寄主植物的選擇。

如果將變葉山螞蝗替換成其他具有驅蟲特性的植物，是否也能達到類似的害蟲防治效果？

將變葉山螞蝗替換成其他具有驅蟲特性的植物，有可能達到類似的害蟲防治效果，但也需要考慮以下因素：

目標害蟲的種類: 不同的植物對不同的害蟲具有不同的驅避效果。在選擇替代植物時，需要考慮目標害蟲的種類以及該植物對其的驅避效果。
替代植物的生長習性: 替代植物的生長習性應與主要作物相適應，以避免競爭養分、水分和光照，影響主要作物的生長。
替代植物的生態適應性: 替代植物應適應當地的氣候和土壤條件，以確保其正常生長和發揮驅蟲作用。
替代植物的經濟價值: 選擇具有經濟價值的替代植物，可以提高農民的種植意願，並增加農田的經濟效益。
一些具有潛力的替代植物包括：

其他山螞蝗屬植物: 例如銀葉山螞蝗 (Desmodium uncinatum) 也被證明具有驅避草地貪夜蛾的效果。
其他豆科植物: 許多豆科植物都具有驅蟲特性，例如豇豆、扁豆等。
菊科植物: 一些菊科植物，例如萬壽菊、孔雀草等，也具有驅蟲效果。
在選擇替代植物時，需要進行田間試驗，以評估其對目標害蟲的驅避效果、對主要作物的影響以及對當地環境的適應性。

在應對全球氣候變化和糧食安全挑戰的背景下，「推拉式」農業系統如何得到更廣泛的應用和推廣？

「推拉式」農業系統作為一種生態友好的害蟲管理策略，在應對全球氣候變化和糧食安全挑戰的背景下具有巨大的應用和推廣潛力。以下是一些可以促進其更廣泛應用的策略：

加強科學研究: 進一步研究「推拉式」農業系統的作用機制，包括不同植物組合的驅蟲和引誘效果、土壤微生物的影響、對不同害蟲和環境的適應性等。
開發適應性強的植物組合: 針對不同的氣候、土壤和害蟲種類，開發適應性強的植物組合，以提高「推拉式」農業系統的應用範圍。
降低應用成本: 探索降低「推拉式」農業系統應用成本的方法，例如培育抗病蟲害的作物品種、利用本地植物資源等。
加強政策支持: 政府可以通過政策扶持、資金補助等方式鼓勵農民採用「推拉式」農業系統。
推廣教育和培訓: 向農民普及「推拉式」農業系統的知識和技術，提高農民的應用意識和技能。
建立示範基地: 建立「推拉式」農業系統示範基地，展示其效益，促進技術的推广和应用。
通過以上措施，可以促進「推拉式」農業系統的更廣泛應用，為應對全球氣候變化和糧食安全挑戰做出貢獻。