Effects of Drought Stress on Maize Susceptibility and Response to Fall Armyworm Infestation
本研究表明，干旱胁迫显著加剧了草地贪夜蛾对玉米造成的损害和产量损失，强调了在育种计划中整合这两种胁迫因素以开发适用于撒哈拉以南非洲地区具有韧性的种质资源的紧迫需求。
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在撒哈拉以南非洲的农田中，玉米不仅仅是一种作物；它是数百万人口粮食安全的基石。然而，随着气候的变化，这种至关重要的植物正面临着日益普遍的双重威胁。一方面，土地正遭受干旱之苦，水分的缺乏减缓了生长并缩减了收成。另一方面，一种被称为草韧蓟马（fall armyworm）的贪婪昆虫正在肆虐庄稼，啃食叶片并钻入玉米芯。几十年来，科学家们已经了解到，处于压力下的植物往往会对害虫更具吸引力，或者害虫在食物来源干燥且坚硬时可能会面临生存困难。但这两股力量在同时袭来时是如何相互作用的，其现实情况仍不明确。是口渴的植物会成为饥饿昆虫更容易攻击的目标，还是缺水会在某种程度上通过降低营养价值来保护作物？理解这种关系对于农民至关重要，因为他们需要知道，在降雨稀少且害虫众多的季节里，他们的作物能否生存下来。
为了回答这个问题，国际玉米小麦改良中心（International Maize and Wheat Improvement Center）的研究人员在肯尼亚设立了一个受控实验，以观察玉米在被迫同时应对水分短缺和昆虫攻击时的表现。他们在大型地块中种植了一种流行的商业玉米品种，通过精心管理水分供应，创造了两种截然不同的环境：一组植物获得了充足的水分，而另一组则经历了严格的干旱方案，即连续数周不进行灌溉。在这些湿润区和干燥区内，科学家们以不同的方式引入了草韧蓟马。一些地块被留作空白对照组，一些地块通过在附近种植高感病玉米品种，让昆虫自然迁入，而另一些地块则通过人工将幼虫放置在植株上进行直接感染。这种设置使团队能够精确比较昆虫在湿润条件下与干燥条件下造成的破坏程度，以及植物的生长和最终产量如何受到这些压力组合的影响。
结果揭示了玉米作物面临的残酷现实。当植物处于干旱状态时，它们对草韧蓟马的易感性显著增加。研究人员发现，与水分充足的植株相比，干旱胁迫下的植株受到的叶片损伤增加了约百分之四十六，玉米芯的损伤增加了百分之五十。事实证明，水分亏缺并没有让植物变得更坚韧或更难入口；相反，它削弱了植物自我防御或从取食中恢复的能力。由于缺乏水分，这些植物无法像健康的、水分充足的植株那样快速补充被昆虫啃食掉的组织。这种韧性的缺失意味着破坏不仅仅是外观上的；它直接转化为了粮食的损失。那些既干旱又遭受草韧蓟马袭击的植物产量最低，每公顷产量不足一吨。这与健康、水分充足且无害虫侵扰的植株相比是一个巨大的跌幅，后者的产量超过了两点五吨每公顷。
研究还表明，昆虫的影响完全取决于植物拥有多少水分。在理想的灌溉条件下，草韧蓟马的侵袭使谷物产量减少了约百分之三十二。然而，当同样的侵袭袭击干旱胁迫下的植株时，产量损失跃升至百分之四十三。这两种压力的结合比它们各自影响的总和更为严重。那些既干旱又遭受昆虫攻击的植物，比单纯干旱或单纯受攻击的植株长得更矮，且产生的玉米穗更小。事实上，最短的植株和最小的玉米穗都出现在干旱与人工昆虫攻击同时发生的实验地块中。研究人员还注意到，昆虫引起的穗腐（一种导致谷物变质的真菌疾病）现象在水分充足的植株上更为明显，这表明昆虫造成的伤口使得真菌在潮湿的环境中更容易扎根。
最终，这项工作证明了干旱并不能保护玉米免受草韧蓟马的侵害；反而使情况变得更加糟糕。水分短缺的压力让植物变得过于虚弱，无法抵御昆虫或从受损中恢复。对于农民和育种者而言，这意味着如果仅仅寻找能抵抗昆虫的玉米品种是不够的，如果这些品种同样无法应对干旱期。为了在变化的气候中确保粮食安全，需要开发出既能忍受土壤的干渴，又能同时抵御害虫饥饿的新型作物。研究结果表明，在测试作物时，必须考虑这些综合压力，才能找到那些在天气恶化时仍能持续产粮的品种。
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