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2002年第2期

追寻找作物天敌

哭泣的力量

  很早以前研究人员就发现,植物(作物)在遇到虫害时会于以反击,方法之一是分泌一些化学物质来杀灭害虫。但是,仅有植物自身分泌的化学毒素也不一定能有效或完全阻止害虫的蚕食。后来,研究人员又发现,植物在打不赢敌人(害虫)时,会像人类一样,会大声疾呼,或拼命哭泣,以此来呼唤援兵,让害虫的天敌火速赶来吃掉害虫。当然,这种“呼唤”和“哭泣”同样是分泌一些化学物质,后者正是吸引害虫天敌的易挥发的诱导素。它们传递给害虫天敌的信息是:这里有你们最喜欢的美味,赶快来美餐一顿吧!
  植物在被害虫攻击时,它们不仅会释放挥发性有机化学物质来吸引害虫的天敌,而且还会吸引害虫的寄生虫,害虫便成为寄生虫的宿主。这些寄生虫把虫卵下在害虫幼虫体内,寄生虫虫卵在生长发育时便以害虫为食,吃掉害虫。
  植物在遭遇害虫吃食时能释放挥发性物质是在十多年前被发现的。后来的研究又发现,害虫的天敌和寄生虫能把这种挥发性物质与它们的“美餐”和美筵的宿主的出现联系起来。天敌和寄生虫知道,只要有这种挥发性物质出现,就说明那个地方有美味等着它们。但是,植物释放化学信号主要是对害虫唾液中的化学物质作出的反应,而非对自身身体损害作出的反应。此外,植物的一种叫做jasmonate的激素也可能诱发植物释放吸引害虫天敌的化学信号

从生态链中寻找除害方法

  人类和生物都生活在一个相互制约的生态链中,生态链的基本形式是大鱼吃小鱼,小鱼吃虾米,虾米吃微生物,微生物吃植物,反过来大鱼、小鱼等的排泄物又滋养植物微生物。这种相生相克的形式为寻找生态治虫提供了理论依据。
  食草动物吃作物,而食肉动物又以食草动物为生,这一特点为创造无毒、不破坏生态环境的生物杀虫的最佳之道提供了基础和机会。但是,这必须投人大量的植物、遗传、生态和化学研究,以确定哪些植物的化学救援信号是最适宜最安全,同时也是最容易取得实用地位并因此可以获得广泛的市场。国外许多研究所已经进军这一领域了,如德国马克思·普朗克化学生态学研究所。
  1999年,美国加利福利亚大学的杰里非·泰勒把jasmonate喷洒到西红柿上时,她发现,一种稀有的黄蜂对某种灰毛虫的寄生现象增加了两倍。这表明,可以直接把吸引害虫天敌和寄生虫的挥发性化学物质播洒到植物表面来诱导害虫天敌和寄生虫。
  但是许多研究人员还是怀疑这种简单的喷洒方法。在佛罗里达的美国农业部医学、农业和畜牧昆虫中心的莫雷斯认为,没有害虫宿主出现就播洒吸引寄生物的有机化学物质这种方法可能并不吸引农民。农民们不喜欢在使用杀虫剂以前就让作物受到另一类化学物质的感染,而且经济负担也是一个重要原因。

  一些专家认为,最好是选择一些作物品种,让作物自己来吸引害虫的天敌和寄生虫,从而更有力地应对害虫的攻击。农业部医学、农业和畜牧昆虫中心的一位化学家杰姆斯·图姆林森认为,他们还做不到这一点,但是在未来几年他们将向这一方向努力。他的研究小组已经确认了一种野生棉花株,比起栽培的家种棉花来能产生10倍多的寄生虫(物)吸引剂。他认为,过去的几十年由于忽略了这种微妙的化学物质,似乎造成了棉花呼救能力的下降。

让植物自己呼唤救兵

  让植物自己呼唤救兵来杀灭害虫的方法在许多国家已经有初步成功的例子。在荷兰,栽培业从业者正在用这样的方法来保护本国的鲜花种植业,因为荷兰的鲜花出口是换取外汇的重要途径。比如,荷兰威格林根大学的马塞尔·迪克等研究人员正与植物栽培公司和荷兰技术基金会合作,发现和选择了一种非洲维菊,它对食草螨更能忍受,而且对食草螨的天敌更有吸引力。迪克主要致力于研究挥发性气

离开机场后,考察队员驾车直接到了新西兰水文及大气研究中心,并看到了冷冻卡车,这样考察队员就知道了这条巨型鱿鱼已经被冷冻了。考察队员划开了裹在外面的塑料裹尸布,好一个大家伙!但由于处
于冷冻状态,看不出什么东西,但可以判断出这条鱿鱼保存良好。完全结束这条鱿鱼的冷冻状态井采取必要的保存措施要等到下个星期。这条鱿鱼使我们对本次考察充满期待。考察队员在以前就预测了在新西兰的南岛地区,在550米附近的水深可以发现大约两条巨型鱿鱼。体的分子成分,以及它们是如何产生的。现在已知有些酶参与到挥发性气体的构成中。这可能加速选择植物用于培植的进程,其方式是通过普查适应酶活性的品种栽培。这可以避开涉及直接选用样本昆虫的费力的实验。
  迪克也打算用DNA的微观排列以确定植物对食草动物进攻做出反应的基因表达类型。拟南芥的基因图谱破译给他们的设想带来了希望。
  不过,想要了解寄生物和天敌是如何理解植物受食草动物攻击时产生的复杂的挥发性气体,还有大量的工作要做。因为挥发性化合物的成分有时就像“鸡尾酒”一样,成分多样,且五光十色。例如,玉米品种可以释放大量的含有或多或少达十多种成分的化合物。这些化合物是如何吸引寄生物的,现在还不清楚。当然,不清楚的地方还有,寄生物是怎么知道把植物的挥发性物质与其宿主联系起来。还有一些研究人员认为,植物释放一些什么物质可能无关紧要,但只要这种物质有特殊性,而且能迅速地大量地释放,就可以吸引害虫的天敌或寄生物。

肉食昆虫消灭害群之马

  迄今还没有什么人投入大量资金进行这方面的研究,但德国马克思·普朗克研究所的另一位研究人员波迪温创造了一些奇迹。2001年3月,波迪温报道了在美国犹他州野生尖叶烟草的研究。这种植物被五色斑点蛾的毛虫侵袭,但毛虫的卵却被另一种昆虫吃掉。波迪温等人研究这种烟草植物释放的挥发性气体后,鉴定出了三种化合物,然后把它们单独和结合使用到田间正在生长的作物杆茎上。结果显示,它们都极大地增强了这种昆虫捕食五色斑点蛾卵子的能力。而且,这三种化合物的混合物能减少飞蛾产卵。
  从这一研究结呆,研究人员推论,通过释放挥发物质,烟草植物可以减少食草动物对烟草的食用达90%以上,也即意味着烟草可以增产90%以上。
  一个特别有希自的特点是, Geocoris pallensj昆虫并非是一种过分挑剔的捕食者,而是一种能捕食许多食草动物的肉食昆虫。这意味着科学家不必顾虑每一种植物一食草动物一食肉动物相互作用的生态循环,因为捕食较广泛的食肉动物不会只吃一种食物而造成生态链的分裂。但是值得注意的问题也由此而产生。作物能否产生较多的挥发性物质以吸引足够的天敌,从而有效而廉价地除去害虫呢?研究人员认为这将取决于附近有无天敌和寄生物的资源库,以便及时赶来保护作物。
  这个问题对集约性农业至关重要,这种农业只是以单一栽培为主,在广表的田野中也许缺乏必要的生物多样性。所以对于种植者来说,如果想利用作物的天敌来杀灭害虫,那么利用自然天敌是非常重要的,更重要的是要考虑它们来自何方。只有有充足的天敌,才会有效地杀灭害虫。在利用天敌方面,实际上有一条比较好的途径,即利用植物一天敌联系。这意味着不能把所有的地方都种上庄稼,而要保留一些区域来生长其他植物,例如野草、树篱或保持未耕种区域的存在,这才能贮存众多的天敌和寄生物。

套种(间种):作物生存的“双簧戏”

  但是发展中国家早就为有效地利用作物天敌消灭害虫指明了方向。发展中国家的间种或套种是把两种以上的作物种植在一起,除了能增加产量,还可以吸引大量的害虫的天敌和寄生虫来消灭害虫。
  例如,在东非广泛栽种的玉米和高梁经常受到玉米蛀虫(一种毛虫)的侵害,害虫吃食庄稼造成约80%的减产。但非洲农民几乎不用什么化学杀虫剂,他们使用的是简单的间种或套种方法来引诱害虫的天敌,杀灭害虫。比如,玉米可以靠吸引天敌的间种作物来阻止害虫的吃食。
  受这一结果的启发,在肯尼亚内罗毕的昆虫生理和生态国际中心与英国可耕作物研究所(IACR)设计了一种“推拉式”两种植物混栽的方法,在肯尼亚进行了一项试验。在玉米和高梁地周围,他们栽种了一种蛀虫喜欢吃的植物,把害虫从玉米和高梁那里吸引过来。在玉米高梁地中间,他们又栽种一些抗御蛀虫和吸引蛀虫的寄生虫的植物,包括一类细小的植物群或糖浆草。甚至在害虫尚未接触到这些植物时,它们都能释放寄生虫引诱剂。在这样的栽培区蛀虫感染作物的数量下降了80%多,在害虫身上寄生的幼虫增长了约4倍。
  肯尼亚的试验取得成功后,IACR的人员认为“推拉式”栽种可以大量推广。现在,乌于达政府正在计划推广,马拉维政府也对此感兴趣,埃塞俄比亚的农民则自愿地采用这种方法。南美国家,南亚的印度,还有我国都表现出了兴趣。虽然发达国家还没有表现出兴趣,但植物一天敌联系方式有可能在发展中国家和发达国家都得到广泛推广,尤其是当遗传改造的抗病虫害作物对人、对生态的安全性还难以保证之时,这种方法不失为可以探索的控制害虫的有效途径。

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