抗草地贪夜蛾玉米品种在农户管理下叶片损伤较低

《Crop Protection》：Fall Armyworm-Tolerant Maize Varieties Exhibit Lower Leaf Damage under Farmer Management

　　**摘要**草地贪夜蛾（FAW，*Spodoptera frugiperda*（J.E. Smith））自2016年入侵以来，已成为非洲玉米生产的主要威胁。化学防治仍是农民应对FAW的主要手段。然而，对杀虫剂抗性、环境风险及成本的日益关注，使得宿主植物耐性作为一种可持续管理策略受到越来越多的重视。本研究在2024/2025生长季，于赞比亚三个农业生态区的小农管理条件下，评估了一个新发布的FAW耐受型玉米杂交种（FAWTH）的表现。研究人员分析了127个拥有完整非FAWTH和FAWTH小区配对的农场样本，采用标准评分量表在种植后约60天进行评分。结果显示，FAWTH品种在叶片受损方面始终显著低于同一农场中农民自行选育的混作杂交种，平均受损评分在1-9分制上低约1.2分（大约降低三分之一）。叶片受损的减轻在低海拔、低降雨量的农业生态区I和中等降雨量（年均约800毫米）的II区最为明显，而在高海拔、高降雨量（年均>1200毫米）的III区则未观察到此效果。FAWTH与豆科作物（主要为大豆、豇豆和花生）间作并未带来具有统计学意义的额外效益。FAWTH品种可在综合FAW害虫管理中推广应用给小农，尤其是在FAW高风险区域。**引言**草地贪夜蛾（FAW，*Spodoptera frugiperda*，J.E. Smith）是一种原产于美洲的入侵性害虫，自2016年在非洲首次被发现以来，已成为全非洲粮食安全与农业生计的重大威胁（Day等，2017）。该害虫传播迅速，目前已在超过43个非洲国家被发现，而这些国家的玉米作为数百万家庭的主食作物，极易受到严重损害（Goergen等，2016）。除非洲外，FAW持续向亚洲扩展（Rane等，2023），引发了在有利气候条件下及通过贸易途径向新区域进一步扩散的担忧（Early等，2018）。在非洲，FAW入侵的影响十分严重。该害虫造成的产量损失从20%到严重入侵下的绝收不等（Baudron等，2019；Mulungu等，2025）。仅2017年，仅12个非洲国家的玉米产量损失估计就达830万至2060万公吨（Day等，2017）。这些损失往往因与干旱、病害及虫害（如茎螟）等胁迫的并发而加剧，进一步加大了生产风险（Tanyi等，2024）。因此，FAW入侵直接导致了家庭食物不安全及农场收入下降（Mulungu等，2025；Tambo等，2021），年均经济损失达24.8亿至61.9亿美元（Tambo等，2021）。除个体家庭外，FAW还对农村生计、区域粮食安全和以玉米为主的耕作系统的稳定性构成了重大挑战（Tambo等，2020）。在撒哈拉以南非洲（SSA），早期应对FAW入侵的措施高度依赖化学杀虫剂（Fiaboe等，2023；Kasoma等，2021；Matova等，2020）。然而，由于该害虫对部分化学品产生抗性、环境污染、人体健康风险以及反复施药的高成本，这一方式已被证明不可持续（Chen等，2023；Jepson等，2020）。这些局限促使人们对更可持续的FAW管理策略兴趣大增。生物防治方法，如利用本地寄生蜂，在抑制FAW种群方面显示出良好的潜力（Sisay等，2018）。此外，"推-拉"技术等农业生态学方法在减少FAW入侵的同时提供了其他生态系统服务，已显示出有效性（Midega等，2018）。农艺管理措施，包括施肥时机及化肥-生物杀虫剂组合，也能影响FAW的发生率和作物韧性（Fiaboe等，2024）。然而，最具前景的长期解决方案之一是开发和推广对FAW具有内在抗性或耐性的玉米品种（Prasanna等，2022）。由包括国际玉米小麦改良中心（CIMMYT）在内的国际研究中心牵头，与多个国家农业研究体系（NARS）合作进行的预育种和育种工作，主要采用常规育种方法，在开发FAW耐受型玉米品种方面取得了重大进展（Prasanna等，2022a）。该过程涉及在自由选择和强迫接种条件下对多样化种质进行系统筛选。耐受性种质的选择标准包括叶片受损评分降低、幼虫存活率和生长率下降、植株活力持续保持，以及在FAW压力下产量损失极小。耐性主要是一种数量性状，由与抗生和拒避机制相关的多基因性状控制（Prasanna等，2022；Wiseman等，1981）。这些机制包括高水平的防御性次生代谢产物（如黄酮类化合物，例如玉米黄酮酸及其相关C-糖基黄酮）、叶片韧性和角质层增厚、紧密的叶鞘结构以限制幼虫定殖、快速叶片再生能力以及诱导性防御信号通路（Togola等，2025）。这些性状降低了产卵偏好，损害了幼虫的摄食效率和发育，并增强了植物耐伤及恢复能力，从而在持续FAW入侵下维持籽粒产量和农艺性状表现（Togola等，2025）。在赞比亚，CIMMYT与赞比亚农业研究所（ZARI）合作，评估适应当地农业生态条件的FAW耐受型杂交种。结果是FAW耐受型杂交种ZMS602于2023/2024农业季节在赞比亚发布并商业化。ZMS602（由ZAMSEED种子公司市场营销）是一个常规育种（非转基因）的中熟杂交种，通过人工接种条件下的多地点筛选选育出本地FAW耐受性；由于其非转基因特性，无需特殊的托管或避难种植。该品种中熟（125天达到成熟期），潜在产量为每公顷8至10吨。在受控试验条件下，该新杂交种显示出赋予FAW耐受性的潜力，为FAW可持续管理提供了有希望的选择（CIMMYT，2020；Kamweru等，2023）。然而，宿主植物抗性的大规模推广需要农户管理和真实田间条件下表现证据。尽管ZMS602在肯尼亚和赞比亚的农户管理条件下（未喷洒任何杀虫剂）与商业对照品种进行了评估，但尚未在赞比亚小农中产生田间数据。因此，有必要在赞比亚小农条件下对其进行评估。尽管ZMS602在受控和发布前试验中表现出FAW耐受性，但在赞比亚不同农业生态区的小农管理田地中尚缺乏独立证据。因此，本研究在代表低、中、高FAW压力的赞比亚三个农业生态区的小农管理条件下评估了FAW耐受型玉米杂交种ZMS602。由于本研究评估的结果是叶片受损而非籽粒产量，我们将本研究的定位具体设定为测试该耐受性状是否能在农户管理条件下降低叶片受损；产量和经济效益则由正在进行的母试验来评估。**研究地点描述**根据赞比亚农业研究所（ZARI）关键信息提供者提供的FAW历史入侵档案，通过性信息素陷阱进行的FAW入侵调查选取了三个玉米种植区。这三个区共同代表了赞比亚的三个农业生态区，包括西亚永加（I区）、马扎布卡（II区）和姆巴拉。**各地区及种子类型的FAW叶片受损情况**图1展示了在姆巴拉、马扎布卡和西亚永加三个地区中，按FAW耐受性（FAWTH，即ZMS602）与非FAWTH杂交种分类的玉米杂交种FAW叶片受损评分分布情况。该分析将T1和T2合并为一个类别，因为主要分析是将耐受型杂交种与非耐受型农民选育杂交种（归为一组）进行比较。ZMS 602与非FAW耐受型品种之间FAW相关叶片受损评分的对比一致显示，前者的叶片受损较低。**本研究贡献的定位**一种草地贪夜蛾耐受型玉米杂交种ZMS 602在站内设施的人工接种条件下经过系统筛选、叶片和穗部受损评估，以及在受控条件下籽粒产量评估后被发布（Prasanna等，2022）。品种发布前进行的后期田间试验（OFTs）提供了ZMS 602赋予FAW耐受性的初步证据（CIMMYT，2020；Kamweru等，2023）。ZMS 602在农户条件下与商业对照品种进行了评估。**结论**本研究旨在评估在研究人员管理条件下识别出的FAW耐受性是否在真实小农管理条件下转化为可衡量的效益。结果证实确实如此：该耐受型杂交种与较低的FAW叶片受损（在1-9分制上约低1.0至1.6分）相关，这种效果集中在中等和高入侵率地区，而在低入侵率地区则未表现出统计学上的显著差异，即便管理决策完全由农户掌控也是如此。**CRediT作者贡献声明****Paswel Marenya：** 写作—审阅与编辑、监督、资源、调查、概念构思。**Chapwa Kasoma：** 写作—审阅与编辑、写作—初稿、方法论、调查。**Andrew Chisopo：** 写作—审阅与编辑。**Abou Togola：** 写作—审阅与编辑、写作—初稿、验证。**Walter Chivasa：** 写作—审阅与编辑、验证。**Kelvin Mulungu：** 写作—审阅与编辑、写作—初稿、可视化、方法论、调查、正式分析。**在稿件准备过程中生成式AI及AI辅助技术的声明**在本文撰写过程中，作者使用了Claude以检查语法错误并改善部分章节的写作质量。使用Claude后，作者对内容进行了审阅和必要编辑，并对所发表文章的内容承担全部责任。**资助声明**作者感谢可持续农业科学计划（SFP）以及由CGIAR信托基金资助的植物健康倡议提供的资金支持。**利益冲突声明**作者声明不存在利益冲突。---Kelvin Mulungu | Chapwa Kasoma | Andrew Chisopo | Abou Togola | Walter Chivasa | Paswel MarenyaCIMMYT，卢萨卡，赞比亚