Effects of Drought Stress on Maize Susceptibility and Response to Fall Armyworm Infestation

In de gebieden van sub-Sahara Afrika is maïs meer dan alleen een gewas; het is het fundament van de voedselzekerheid voor miljoenen mensen. Toch wordt deze vitale plant geconfronteerd met een dubbele dreiging die steeds gebruikelijker wordt naarmate het klimaat verandert. Aan de ene kant lijdt het land onder droogte, een gebrek aan water dat de groei vertraagt en de oogsten krimpt. Aan de andere kant verslindt een gulzig insect, bekend als de fall armyworm (rugstengelvlieg), de gewassen door de bladeren op te eten en zich in de maïskolven te boren. Decennialang hebben wetenschappers begrepen dat planten onder stress vaak aantrekkelijker worden voor plagen, of dat plagen misschien moeite hebben wanneer hun voedselbron droog en taai is. Maar de realiteit van hoe deze twee krachten interageren wanneer ze tegelijkertijd toeslaan, is onduidelijk gebleven. Wordt een dorstige plant een gemakkelijker doelwit voor het hongerige insect, of beschermt het gebrek aan water het gewas op de een of andere manier door het minder voedzaam te maken? Het begrijpen van deze relatie is cruciaal voor boeren die moeten weten of hun gewassen kunnen overleven in een seizoen waarin regen schaars en insecten talrijk zijn.

Om dit te beantwoorden, zetten onderzoekers van het International Maize and Wheat Improvement Center een gecontroleerd experiment op in Kenia om te observeren hoe maïs reageert wanneer het gedwongen wordt tegelijkertijd om met watertekort en insectenplagen om te gaan. Ze kweekten een populaire commerciële variëteit van maïs in grote percelen, waarbij ze de watertoevoer zorgvuldig beheerden om twee verschillende omgevingen te creëren: één groep planten kreeg voldoende water, terwijl een andere groep werd onderworpen aan een strikt droogteregime waarbij irrigatie wekenlang werd achtergehouden. Binnen deze natte en droge zones introduceerden de wetenschappers de fall armyworm op verschillende manieren. Sommige percelen werden met rust gelaten om als baseline te dienen, sommige werden geïnfestieerd door nabijgelegen rijen van een zeer vatbare maïsvariëteit te planten zodat de insecten er natuurlijk naartoe konden dwalen, en andere werden direct geïnfestieerd door de larven met de hand op de planten te plaatsen. Deze opzet stelde het team in staat om exact te vergelijken hoeveel schade de insecten veroorzaakten onder natte omstandigheden versus droge omstandigheden, en hoe de groei en de uiteindelijke oogst van de planten werden beïnvloed door de combinatie van stressfactoren.

De resultaten onthulden een harde realiteit voor het maïsgewas. Wanneer de planten droog waren, werden ze aanzienlijk kwetsbaarder voor de fall armyworm. De onderzoekers ontdekten dat de insecten ongeveer zes-en-veertig procent meer schade toebrachten aan de bladeren en vijftig procent meer schade aan de maïskolven op de door droogte gestreste planten vergeleken met de goed bewaterde planten. Het lijkt erop dat het watertekort de planten niet taaier of minder smakelijk maakte; in plaats daarvan verzwakte het hun vermogen om zichzelf te verdedigen of te herstellen van de vraat. De droge planten konden simpelweg het weefsel dat de insecten aten niet zo snel vervangen als de gezonde, bewaterde planten dat konden. Dit gebrek aan veerkracht betekende dat de schade niet alleen cosmetisch was; het vertaalde zich direct in een verlies aan voedsel. De planten die zowel droog als geïnfestieerd door de armyworms waren, produceerden de kleinste oogsten, met een opbrengst van minder dan één ton graan per hectare. Dit was een drastische daling vergeleken met de gezonde, bewaterde en plaagvrije planten, die meer dan twee en een halve ton graan per hectare produceerden.

De studie toonde ook aan dat de impact van de insecten volledig afhankelijk was van de hoeveelheid water die de planten hadden. Onder ideale bewateringsomstandigheden verminderde de fall armyworm-infestatie de graanopbrengst met ongeveer tweeëndertig procent. Echter, wanneer diezelfde infestatie de droogtestressed planten trof, sprong het opbrengstverlies naar drieënveertig procent. De combinatie van de twee stressfactoren was veel erger dan de som van hun individuele delen. De planten die droog waren en vervolgens werden aangevallen door insecten, groeiden veel kleiner en produceerden kleinere maïskolven dan die die alleen droog waren of alleen werden aangevallen. Sterker nog, de kortste planten en de kleinste kolven werden gevonden in de percelen waar de droogte en de kunstmatige insectenaanval samen plaatsvonden. De onderzoekers merkten ook op dat de insecten meer oorrot veroorzaakten, een schimmelziekte die de korrels bederft, met name wanneer de planten goed bewaterd waren, wat suggereert dat de door insecten gemaakte wondjes ervoor zorgden dat schimmels gemakkelijker voet aan de grond kregen in de vochtige omgeving.

Uiteindelijk laat dit werk zien dat droogte de maïs niet beschermt tegen de fall armyworm; het maakt de situatie veel erger. De stress van een gebrek aan water laat de plant te zwak achter om de insecten te bevechten of om te herstellen van de schade die zij aanrichten. Voor boeren en kwekers betekent dit dat het zoeken naar maïsvariëteiten die resistent zijn tegen insecten niet genoeg is als diezelfde variëteiten ook niet tegen droge periodes kunnen. Om voedselzekerheid te garanderen in een veranderend klimaat, moeten nieuwe gewassen worden ontwikkeld die zowel de dorst van de bodem als de honger van de plaag tegelijkertijd kunnen weerstaan. De bevindingen suggereren dat het testen van gewassen onder deze gecombineerde druk essentieel is om de variëteiten te vinden die voedsel blijven produceren wanneer het weer zich tegen hen keert.