“三姐妹”如何击退害虫

科学家正在梳理间作的好处，但获得正确的植物组合是关键

数千年来，墨西哥和中美洲部分地区的小农一直在实践一种被称为milpa的农业形式，这种农业形式可以回溯至古代玛雅。传统认为，在一块田里混合种植作物——通常是玉米、豆类和南瓜，即“三姐妹”，可以提高产量。

科学家已经知道，豆类将氮固定在土壤中，为所有植物提供养分；玉米秆为豆类攀爬提供了支撑；南瓜覆盖地面，抑制杂草，保持土壤湿润。但研究人员现在认为这种“间作”还有额外的好处——有助于减少植物害虫的危害。

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在本月举行的美国生态学会年会上发表的一项新研究表明，在这些系统中，害虫的危害确实减少了，这是植物集体合作的结果。通过展示玉米如何向豆类发出信号并引诱害虫的天敌吃掉害虫，这项工作可能会给其他研究启发，最终为现代农民减少农药使用提供新途径。

但会议上展示的其他研究表明，复制“三姐妹”的成功可能并不容易。一项研究表明，将不同品种的西红柿种植在一起，只有当这些品种产生了正确的挥发性化学物质混合物时，才能保护它们免受虫害。对此，美国康沃斯大学植物昆虫生态学家Patrick Grof-Tisza说：“使用哪种作物品种很重要。”

3年前，瑞士纳沙泰尔大学昆虫学家Betty Benre和Grof-Tisza合作，部分原因是为了弄清楚“三姐妹”如何相互帮助减少虫害。”

在墨西哥瓦哈卡州，Grof-Tisza团队分别在实验田里单独种植、成对种植和组合种植这3种作物。除了记录虫害外，他们还追踪了造访每个地块的所有节肢动物，并将它们归类为害虫，如毛虫，或害虫的天敌，如寄生蜂。虽然分析尚未完成，但已有研究似乎证实，单独种植的植物受到的保护不如成对或“三姐妹”组合种植，因此混合种植可能更有生产力。

研究表明，多样性之所以有帮助，是因为每个物种自然地吸引了一组不同的害虫天敌，帮助汇集一支庞大的防御大军。Grof-Tisza在会议上报告说，这是“三姐妹”成功的关键。

为了了解植物如何吸引它们的防御者，他和同事在实验室里种植了玉米，并收集了当植物受到玉米螟攻击时释放的挥发性化学物质，这些气味可以刺激植物未受损部分和其他附近的玉米产生更多针对害虫的毒素。现在，实验室和田间试验表明，这些信号还触发了邻近豆类植物的化学反应——它们增加了叶子下方微小腺体产生的花蜜中糖的浓度和数量。研究发现，相比平时，这些花蜜腺似乎吸引了更多的蚂蚁和黄蜂，它们会吃掉破坏作物的毛虫。

美国加利福尼亚大学欧文分校生态学家Kailen Mooney指出，黄蜂和蚂蚁的新成员“既保护了豆类，也保护了玉米”。令美国地质调查局生态学家Ian Pearse印象深刻的是，Grof-Tisza不仅观察到更多的寄生黄蜂——这些寄生蜂通过在毛虫体内产卵来杀死毛虫，而且还观察到直接攻击并吃掉毛虫的掠食性黄蜂。此外，吸食丰富花蜜的寄生蜂的寿命几乎延长了一倍，因此它们攻击了更多的草食动物。

并非所有的植物组合都能成功地协同合作。在查阅了文献后，美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校昆虫生态学家Carmen Blubaugh和同事去年得出结论，植物混合种植的好处取决于许多因素，比如地块的大小以及当地害虫是只吃一种植物物种还是多种植物，此外，特定的植物和所涉及的昆虫也有很大影响。

美国路易斯安那州立大学化学生态学家Andrea Glassmire研究了混合单一物种的不同品种能否像多种物种间作一样具有保护作用。番茄有多种大小、形状、颜色和口味，品种有数百个，Glassmire在户外地块种植了由1到4种品种组成的4个番茄组合，并计算了造访每一组番茄的的草食动物以及捕食这些害虫的节肢动物的数量。她报告说，仅仅有多样性并不一定会产生影响。相反，一个关键因素似乎是植物产生的某些挥发性化合物的类型和浓度。

她发现，萜类化合物对草食动物及其捕食者有很大影响，但只有某些组合是有帮助的。产生大量单萜类化合物的番茄品种比产生更复杂萜类化合物的品种吸引了更少的草食动物以及更多的捕食者。这种保护作用扩展到了同一地块的其他番茄植株上。"你的邻居是谁确实很重要。"Glassmire说。

加利福尼亚大学戴维斯分校生态学家Richard Karban说，最终这些发现应该帮助农民减少化学杀虫剂的使用。“我们对植物如何相互作用的细微差别和机制了解得越多，就越能提出好的农业的创新解决方案。”