间作和覆盖作物对玉米的次生代谢有不同程度的影响，并进而影响其对食草动物的抗性

《Journal of Applied Ecology》：Intercropping and cover cropping differentially alter maize secondary metabolism and affect herbivore resistance

本研究通过微宇宙实验模拟间作和覆盖作系统，探讨三种伴生豆科植物对玉米次生代谢物的影响及其对玉米抗虫性的作用。结果表明，间作显著提高苯氧azinoids含量，降低叶片虫害率，而覆盖作效果较弱。伴生植物种类差异显著，如豆类增强抗虫性，苜蓿则降低抗虫性。该技术对GM玉米仍有效，为可持续农业提供新策略。

　　

摘要

1. 多样化的农业系统，如间作和覆盖作物，能够带来多种有益的特性，从而对农业绩效指标产生积极影响。这两种种植系统通过利用不同的生态过程（如协同抗性及植物-土壤相互作用），不仅有助于改善土壤健康，还能增强作物抗虫性和提高产量。然而，关于种植系统（尤其是伴生植物种类）如何通过改变植物代谢来增强抗性机制的研究仍较为有限，这限制了伴生作物技术的广泛应用。
2. 为填补这一研究空白，我们采用了微宇宙实验方法，通过调整植物邻域关系和土壤条件，研究了三种不同的伴生豆科植物如何改变玉米植物的次生代谢物组成，并进一步探讨这些变化对玉米抗食草动物能力的影响。我们使用了传统的玉米品种（经过基因改造，含有Bt抗性基因），以验证这类生态系统服务在工业化农业系统中的持久性。
3. 研究发现，玉米叶片和根部的非挥发性次生代谢物组成在间作和覆盖作物系统中存在差异，而挥发性有机化合物的排放量基本保持不变。
4. 在间作条件下，与防御相关的化合物（如苯氧唑啉类物质）的含量通常会增加；伴生植物的种类进一步影响了玉米的防御特性，其中豆类间作显著提升了苯氧唑啉类物质的含量。使用广食性害虫Spodoptera frugiperda进行的抗性生物测定表明，间作相比覆盖作物能更有效地减少叶片损伤。在各种间作组合中，豆类作物能够提高幼虫死亡率，而紫花苜蓿则降低了玉米植株上的幼虫死亡率。
5. 合成与应用：研究表明，间作和覆盖作物能够改变玉米的次生代谢物组成，从而增强其对食草动物的抗性。这些发现表明，作物多样化策略能够有效调节与抗食草动物相关的化学防御物质的表达。从实际应用角度来看，这意味着可以通过优化多样化种植系统来提升作物的固有抗虫能力，减少对杀虫剂的依赖，提高农业的可持续性并增加产量。即使使用抗虫转基因作物，这种抗性效应依然存在，说明伴生作物种植是一种有效的手段，有助于实现昆虫害虫的可持续管理。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

数据获取方式

数据和R脚本可从康奈尔大学图书馆的eCommons存储库获取：https://doi.org/10.7298/zrbh-z633（Jordán & Kessler, 2026）。