Effects of Drought Stress on Maize Susceptibility and Response to Fall Armyworm Infestation
本研究は、干ばつストレスがトウモロコシにおけるツマジロクサヨトウによる被害と収量減少を著しく悪化させることを実証しており、サハラ以南のアフリカに向けた回復力のある遺伝資源を開発するために、これら両方のストレス要因を育種プログラムに統合することの極めて高い必要性を強調している。
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サハラ以南のアフリカの分野において、トウモロコシは単なる作物ではありません。それは数百万人もの食料安全保障の基盤なのです。しかし、この極めて重要な植物は、気候が変化するにつれてますます一般的になりつつある二重の脅威に直面しています。一方で、土地は干ばつ、つまり成長を遅らせ収穫量を減少させる水不足に苦しんでいます。もう一方では、ツマグロヨトウとして知られる貪欲な昆虫が作物を荒らし、葉を食い尽くし、トウモロココブの中に潜り込んでいます。数十年前から、科学者たちは、ストレスを受けた植物はしばしば害虫にとって魅力的になることや、あるいは害虫の食物源が乾燥して硬くなると害虫が苦戦する可能性があることを理解してきました。しかし、これら二つの力が同時に襲いかかったときに、それらがどのように相互作用するかという実態は、これまで不明なままでした。喉が渇いた植物は、空腹の昆虫にとって容易な標的となるのでしょうか、それとも水不足によって栄養価が下がり、それが作物を守ることになるのでしょうか。この関係を理解することは、雨が少なく虫が多い季節を生き抜かなければならない農家にとって極めて重要です。
これに答えるため、国際トウモロコシ・コムギ改善センターの研究者たちは、ケニアで管理された実験を設定し、水不足と昆虫の攻撃を同時に強制されたときにトウモロコシがどのように振る舞うかを観察しました。彼らは、一般的な商業品種のトウモロコシを広大な区画で栽培し、灌漑による水の供給を注意深く管理することで、二つの異なる環境を作り出しました。一方のグループには十分な水を与え、もう一方のグループには、数週間にわたって灌漑を控える厳格な干ばつ体制を課しました。これらの湿ったゾーンと乾いたゾーンの中で、科学者たちはさまざまな方法でツマグロヨトウを導入しました。ある区画は基準値とするためにそのまま放置され、ある区画は非常に感受性の高いトウモロココ品種を近くに植えることで昆虫が自然に迷い込むようにし、また別の区画では幼虫を手作業で直接植物の上に配置して侵入させました。このセットアップにより、チームは、湿潤な条件下と乾燥した条件下で、昆虫がどれほどの被害を与えたのか、そしてそれらが植物の成長や最終的な収穫にどのように影響したのかを正確に比較することができました。
結果は、トウモロコシ作物にとって過酷な現実を明らかにしました。植物が乾燥しているとき、それらはツマグロヨトウに対して著しく脆弱になっていました。研究者たちは、乾燥ストレスを受けた植物では、十分に水を供給された植物と比較して、昆虫による葉への被害が約46％、コブへの被害が50％増加することを発見しました。水不足は植物を強くしたり、食欲をそそらない状態にしたりしたのではなく、むしろ植物の防御能力を弱めたり、摂食からの回復力を低下させたりしたようです。乾燥した植物は、健康で水を与えられた植物のように、昆虫に食べられた組織を素早く再生することができなかったのです。この回復力の欠如は、単なる見た目の問題にとどまりませんでした。それは直接的な食料の損失へとつながりました。乾燥し、かつヨトウウシカミによる攻撃を受けた植物は、最も小さな収穫量となり、1ヘクタールあたり1トン未満の穀物しか生産できませんでした。これは、健康で水が行き渡り、害虫のいない植物が2.5トン以上を生産していたのと比較すると、劇的な減少でした。
また、この研究は、昆虫の影響が植物がどれだけの水を持っているかに完全に依存していることも示しました。理想的な灌漑条件下では、ツマグロヨトウの発生による穀物収量は約32％減少しました。しかし、同じ発生が乾燥ストレスを受けた植物に襲いかかった場合、収量減少は43％に跳ね上がりました。これら二つのストレスの組み合わせは、個々の要素の合計よりもはるかに深刻でした。乾燥し、かつ昆虫に攻撃された植物は、乾燥のみ、あるいは攻撃のみを受けた植物よりもずっと背が低くなり、トウモロコスの芯も小さくなりました。実際、最も背が低く、最も小さなコーンが見つかったのは、干ばつと人工的な昆虫の攻撃が同時に起こった区画でした。また、研究者たちは、特に植物が十分に水分を含んでいる場合に、昆虫が菌類による病気である「耳腐病（耳腐れ）」を引き起こすことに注目しました。これは、昆虫が作った傷口から、湿った環境において菌類が定着しやすくなることを示唆しています。
結局のところ、この研究は、干ばつがトウモロコシをツマグロヨトウから守るのではなく、状況をより悪化させることを証明しています。水不足のストレスは、植物を弱体化させ、昆虫と戦ったり、受けたダメージから立ち直ったりすることを困難にします。農家や育種家にとって、これは、たとえその品種が虫に強いものであっても、それらが乾燥期にも耐えられるのでなければ、虫に抵抗できる品種を探すだけでは不十分であることを意味します。変化する気候の中で食料安全保障を確保するためには、土壌の渇きと害虫の飢えの両方に同時に耐えられる新しい作物を開発する必要があります。今回の知見は、天候が不利に働いたときでも食料を生み出し続ける品種を見つけるためには、これらの複合的な圧力の下で試験を行うことが不可欠であることを示唆しています。
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