玉米“自带农药”？科学家发现高黄酮玉米可抵御害虫

玉米耳虫每年在美国造成7600多万蒲式耳玉米的损失，而且越来越多的证据表明，越来越极端的天气事件和温度将加剧害虫对农业产量的损害。为了应对这种威胁，宾夕法尼亚州立大学的一组研究人员已经证明，玉米的遗传系具有作为杀虫剂的固有化合物，可以保护它们免受以它们为食的幼虫的侵害。

　　

美国每年因玉米螟（corn earworm）造成的玉米损失超过7600万蒲式耳，而日益频繁的极端天气和气温升高可能会加剧害虫对农作物的破坏。为应对这一威胁，宾夕法尼亚州立大学（Penn State）的研究团队发现，某些玉米品系自身含有的化合物可以作为天然杀虫剂，保护玉米免受玉米螟幼虫的侵害。

该研究结果发表在《植物胁迫》（Plant Stress）杂志3月刊的在线版上。研究人员发现，玉米螟幼虫在取食富含黄酮类化合物（flavonoids）的玉米品系的花丝、苞叶和籽粒时，生长速度明显减缓，许多幼虫甚至死亡。黄酮类化合物在植物的许多生物过程和对环境因素的响应中起着关键作用。相比之下，取食不含黄酮的玉米品系的幼虫则没有这种现象。

研究人员还发现，取食高黄酮玉米的幼虫出现了类似“漏肠综合征”的症状，这表明幼虫肠道微生物组可能发生了变化。此外，这些幼虫的肠道健康相关基因表达也发生了改变。

在研究中，研究人员比较了基因上几乎完全相同的玉米品系，唯一的区别是某些品系的花丝、苞叶和籽粒中富含黄酮类化合物，而另一些则不含。这些玉米是在宾夕法尼亚州立大学Russell E. Larson农业研究中心的农场种植的，包括一种通过基因工程改造以产生黄酮的品系，以及一种通过传统育种技术培育的品系。后者的开发工作由Chopra实验室在过去二十年中通过杂交一种突变玉米品系完成。

研究人员指出，取食高黄酮玉米品系的玉米螟幼虫与对照组相比，死亡率和体重存在“显著差异”。无论是基因工程改造的品系还是通过杂交培育的品系，对幼虫的影响都非常相似。

“这项研究非常重要，因为它可能是开发抗虫玉米品系的第一步，这些品系非常适合有机生产。”研究团队负责人、玉米遗传学教授Surinder Chopra说，“这些发现表明，高黄酮玉米有潜力被用于育种计划，开发出能够抵御多种害虫的专用玉米品系。”

Chopra指出，在植物育种者尝试开发既能产生黄酮又能抵御其他害虫的玉米品系之前，还需要进行更多的研究，以满足有机农业的需求。

“未来的研究将探索黄酮对玉米螟幼虫肠道损伤的机制，并研究黄酮含量对植物与昆虫相互作用的更广泛影响。”他说。

该研究由曾在Chopra实验室工作的博士后学者Debamalya Chatterjee主导，他目前是斯基德莫尔学院（Skidmore College）的助理教授。参与研究的还有植物科学专业的本科生Charles Colvin、植物科学系博士生Tyler Lesko、昆虫学系研究助理兼实验室经理Michelle Peiffer以及昆虫学系教授兼系主任Gary Felton。