谷物性状与臭氧暴露协同调控玉米象甲抗性机制

本研究针对仓储玉米因玉米象甲（Sitophilus zeamais）导致的20-60%全球性产后损失问题，首次系统评估了15种玉米基因型（包括甜玉米、爆米花、转基因/非转基因品种）的抗虫性，并创新性结合臭氧处理（直接与残留效应）。研究发现BAS 5802（爆米花）、30s31（非Bt）等基因型在双选择试验中表现高抗性，而KWX1005、30s31VYHR（Bt）在非选择试验中抗性显著。关键突破在于揭示谷物色饱和度（C*值）与碳水化合物含量正相关抗性，而脂质与灰分含量加剧敏感性；同时证实臭氧暴露（5 mg·L-1）与中高抗基因型协同可提升80%以上防护效能。该成果为整合宿主抗性与物理防治的可持续IPM策略提供新范式。

　　

研究背景：全球粮仓的隐形威胁

玉米作为全球第三大粮食作物，每年因仓储害虫导致的损失高达20-60%，其中玉米象甲（Sitophilus zeamais）是最具破坏性的害虫之一。这种微小甲虫在谷物储存期钻蛀繁殖，不仅直接消耗籽粒，更引发霉菌毒素污染。传统化学防治因害虫抗药性增强而失效（如磷化氢抗性品系扩散），亟需开发环境友好型替代策略。

创新研究设计

巴西利亚大学联合联邦维索萨大学团队在2018-2022年间开展多维度实验：

1. 抗性分级体系：通过双选择（15基因型环形竞技场）与非选择试验（密闭容器），结合昆虫行为、发育参数（F1代数量/体重）及谷物质量损失量化抗性等级。
2. 臭氧协同机制：采用介质阻挡放电臭氧发生器（5 mg·L^-1），测试直接致死（10-60分钟暴露）与残留驱避效应（四臂嗅觉仪）。
3. 性状关联分析：通过HunterLab色度系统测定谷物Lab*值，并基于AOAC标准分析蛋白质、脂质、灰分及碳水化合物含量。

核心发现

1. 基因型抗性分层

• 双选择试验：玉米象甲显著回避BAS 5802（爆米花）、30s31（非Bt）及KWX1002-1008（表1），偏好甜玉米BRS 400（雌虫11.31只/基因型）。
• 非选择试验：KWX1005、30s31VYHR（Bt）表现最强抗性（F1成虫≤1.5只），而BR106与BRS 400为高感品种（F1达18.92只）（表2）。

2. 臭氧协同增效

• 臭氧直接暴露对高抗基因型BAS 5802的LT₅₀（8.64分钟）显著短于BRS 400（13.35分钟）（表3）。
• 残留臭氧在嗅觉仪中使BR106与BAS 5802的对照组选择率提升70%（表4），证实其持续驱避效应。

3. 抗性生化基础

• 正相关抗性因子：色饱和度（C值）与碳水化合物含量（如BAS 5802的C=22.53）。
• 负相关因子：脂质（r=0.74）与灰分含量（表5），其中脂质每增加1%，雌虫侵袭率上升51%。

结论与意义

本研究首次构建"宿主抗性-物理防治"协同模型：

1. 抗性育种新靶点：深黄色高饱和度、高碳水化合物玉米品种（如BAS 5802）可作为抗象甲育种核心材料。
2. 绿色防控技术：臭氧与中高抗基因型联用可减少化学杀虫剂依赖，尤其适用于磷化氢抗性品系管理。
3. 经济生态双益：协同策略预计降低30%仓储损失，契合联合国可持续发展目标（SDG2）。

成果发表于《Scientific Reports》标志着仓储害虫防治从单一化学依赖向多模态整合的重大转向，为全球粮食安全提供可扩展解决方案。