植物“疫苗”对抗玉米根虫——一种可怕的害虫

内布拉斯加大学林肯分校的昆虫学家朱莉·彼得森表示：‘对付玉米根虫没有万能之策。’令农民深恶痛绝的西部玉米根虫（Diabrotica virgifera virgifera）会啃食玉米根部，导致植株虚弱，易被风吹倒。仅在美国，这种虫害每年造成的损失就超过10亿美元。而且，由于它已对合成杀虫剂、转基因作物甚至轮作制度产生了抗药性，防治难度越来越大。

如今，研究发现玉米植株可以被诱导进行自我防御。在一项针对‘诱导系统性抗性’这一‘疫苗’策略的迄今为止最全面的测试中，研究人员报告称，用一种微生物处理种子可以激活玉米的防御系统，有助于抵御根虫并保护产量。这项本月发表在《植物生物群落期刊》（Phytobiomes Journal）上的研究结果表明，这种菌株是‘一种可行、田间有效且环保的有毒合成杀虫剂替代品’，未参与该研究的米却肯州立大学圣尼古拉斯德伊达尔戈分校分子生物学家古斯塔沃·桑托约如此评价。

玉米根虫在很久以前墨西哥玉米驯化时就与原始玉米共同进化，在过去一个世纪里不断向北扩散。其幼虫以根部为食，在农民连年在同一块土地种植玉米并反复使用相同防治方法（尤其是杀虫剂）的地区，危害最为严重。密苏里州的新叶共生公司（NewLeaf Symbiotics）的研究人员基于诱导系统性抗性，寻求一种更持久的防治策略。众所周知，有益细菌可以像疫苗一样，激活植物的防御系统，使其在害虫或病原体出现时能更快、更有效地做出反应。多家公司已将这一现象开发成防治植物病害的通用方法，但获得大规模的有效性证据一直颇具挑战。相比之下，这种新的微生物菌株似乎能在多地有效对抗昆虫。

自20世纪80年代起，大学研究人员发现，一类名为粉色色素兼性甲基营养菌的常见土壤细菌对植物有益，例如能提高种子发芽率和促进生长。新叶公司花了数年时间尝试利用这种效应改善作物健康。在2013年使用TS201菌株进行的田间试验中，一位农民注意到，在一场风暴将其他作物吹倒后，接种了该细菌的地块里的植株依然挺立。新叶公司首席科学官、新论文的资深作者娜塔莉·布雷克菲尔德回忆道，这位农民在电话中告诉研究人员：‘你们一定要来看看这个。’她的团队发现，这些植株的根系比其他地块的更多，这表明它们抵抗了土壤中根虫的啃食。

随后在小地块进行的为期7年的TS201研究显示，种植这种菌株处理的玉米，其根部损伤程度低于对照地块。这些地块的谷物产量也增加了约1.5%，相当于每公顷多产220公斤。

2022年，美国环境保护署（EPA）批准TS201可安全商业使用，为更大规模的试验铺平了道路。这些试验在八个州都发现了类似的产量提升效果。未参与该研究的伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校昆虫学家尼克·塞特说：‘这效果似乎相当稳定，令人鼓舞。’

在实验室测试中，密苏里大学和美国农业部的农业昆虫学家曼·黄（Man Huynh）及其同事发现，根虫幼虫会避开用TS201种植的玉米根系。新论文中还描述的其他实验表明，接触TS201的玉米植株会激活基因，产生一种名为邻氨基苯甲酸甲酯（methyl anthranilate）的挥发性有机化合物，这种物质会在根部积累并释放。这一过程的启动无需根虫存在，说明是微生物而非根虫触发了抗性。黄表示：‘能从田间观察一直追踪到分子生物学和昆虫行为测定的微生物信号，这种情况并不常见。’他的研究由新叶公司资助。

谢菲尔德大学植物生物学家尤里亚安·托恩表示，近期研究表明植物通常受益于有益微生物群落，但在这种情况下，保护作用似乎来自单一菌株。托恩说：‘这是规则的一个例外。’他认为TS201可能在田间招募或协调其他微生物。但黄指出，在他的实验室实验中，他接种的是无菌土壤，因此推测其中只含有TS201。

塞特指出，TS201的效果似乎不如合成杀虫剂。但未参与该研究的彼得森表示，从长远来看，偶尔使用这种微生物产品可以减少其他产品产生抗药性的几率，对农民有益。她说：‘五年后，那种（合成杀虫剂）仍能在轮用方案中使用，不会被‘用尽’。’

TS201还可能对其他作物有益。新叶公司表示，其未发表的研究表明，该菌株不仅能防治根虫，还能对抗包括象鼻虫和金针虫在内的其他七种害虫。EPA最近批准TS201用于大豆、水稻和棉花。彼得森说：‘我认为它很有前景。’