抵抗:昨天,今天和明天

据密歇根州立大学的研究人员称,耐药性不是一个新现象,也不是转基因生物引入的直接结果。BOB体育bob体育登录

克里斯蒂·斯普拉格(左)和安迪·威尔登

“杀不死你的,让你更强大”这句古老的格言适用于杂草、昆虫和对杀虫剂产生抗药性的疾病。

几个世纪以来,农民们通过多种方式与害虫作斗争,包括种植、化学品、数据驱动的侦察、害虫综合管理和作物转基因等技术进步。

抗性已经存在很长时间了

据密歇根州立大学(MSU)的研究人员称,耐药性不是一个新现象,也不是转基因生物引入的直接结果。BOB体育bob体育登录相反,这是一个自然过程,随着时间的推移,已经对某种清除机制有抵抗力的害虫找到了生存和繁殖的方法。

密歇根州立大学的杂草科学家克里斯蒂·斯普拉格说:“对于杂草来说,抗药性归结于过度使用某种特定的除草剂,而这种除草剂在植物的同一部位起作用。”

斯普拉格很快指出,除草剂本身并不能使植物具有抗性;相反,有一小部分植物天生对任何除草剂都有抗性。这种情况被称为“选择压力”,是由一遍又一遍地使用相同的除草剂引起的,这种情况在作物上已经发生了近半个世纪。

斯普拉格说:“一旦这些抗性植物生长,它们就不会死亡,它们会产生更多的种子,突然之间(抗性)种群就会扩大。”“20世纪70年代初,在密歇根州发现的第一批抗阿特拉津的杂草之一是抗普通小羊羔。从那以后,我们看到多种杂草已经对除草剂产生了抗药性。”

即使用于防治植物病害的杀菌剂通常比用于杂草的除草剂使用得少,选择压力仍然可能发生。

“就密歇根州的大田作物生产而言,我们通常不需要频繁喷洒,”密歇根州立大学大田作物病理学家马丁·奇尔弗斯(Martin Chilvers)说。“甜菜可能是一个例外,我们必须进行多种应用来对抗褐斑病,这就是我们看到抗性发展的地方。就杀菌剂而言,如果过度使用,就会对种群施加选择压力,总有一小部分种群会产生耐药性。”

昆虫对杀虫剂的抵抗力与疾病抵抗力的原理大致相同。如果一种杀虫剂被频繁使用,昆虫会很快对这种杀虫剂产生抗药性。

密歇根州立大学农田作物昆虫学家Chris DiFonzo说:“家蝇在第一次使用DDT后的一年左右就对DDT产生了抗药性,因为苍蝇数量太多,DDT被广泛使用。”“在某些系统中,如水果、蔬菜甚至家庭使用,杀虫剂的使用频率往往更高,抗药性的病例也更多。”

抗性不是转基因作物发明的

在转基因作物被开发出来之前,农民通常不得不比现在更频繁地使用更多种类的除草剂和杀虫剂来控制害虫和杂草。20多年来,转基因作物使农民减少了杀虫剂的喷洒,使用更少类型的除草剂,并减少了在农田中穿行的次数,使他们能够在经济和环境方面更加可持续地耕作。虽然转基因作物的杂草控制和昆虫控制有一些相似之处,但它们在对付害虫的方式上确实有所不同。

用于杂草控制的转基因技术使用的种子中插入了天然抗草甘膦或其他广谱除草剂的基因。当这种除草剂被应用到田里时,杂草会死亡,但作物会存活。然而,近年来,选择压力已经导致一些杂草对草甘膦产生了抗药性,就像以前的除草剂一样。

斯普拉格说:“(抗性)真的与转基因作物无关,这只是管理系统如何发生的问题,它只是对杂草物种施加了同样的选择压力。”“当抗草甘膦或抗草甘膦作物首次引入时,草甘膦被广泛使用,而没有大量其他投入来帮助管理杂草。如果只关注草甘膦,就会产生草甘膦抗性。”

斯普拉格说,研究人员和农业公司现在正在研究杂bob体育登录草控制策略,比如使用一种针对特定bob体育合法吗杂草的除草剂,同时使用一种广谱除草剂,如草甘膦。

“我们现在面临的最大问题之一是,我们看到越来越多的杂草对不同类型的除草剂产生了抗药性。我们也有杂草品种对不止一种,而是多种类型的除草剂产生了抗性,”斯普拉格说。“我们的许多杂草不仅对草甘膦表现出抗性,可能还对另一类化学物质表现出抗性。如果没有新的除草剂进入市场,我们就没有办法管理了。我们还试图回顾一些很久以前就在工作的老产品。”

许多害虫,如欧洲玉米螟虫和玉米根虫,可以通过这种细菌自然产生的一种对害虫有毒的蛋白质来控制苏云金杆菌或Bt。

这种毒素(对人类无害)被插入玉米基因组。Bt玉米具有抗虫能力,几乎不需要使用任何其他杀虫剂。不幸的是,抗bt的农田作物昆虫种群现在正在浮出水面。

“Bt作物本质上是杀虫剂,”DiFonzo说。他说:“它使杀虫剂在其组织内,每当昆虫在植物上觅食时,它就会暴露在杀虫剂中。所以,这是100%的暴露,每时每刻,在每一英亩农作物被使用的地方。这种持续的接触会导致抗药性的产生。”

与杂草的种子和孢子在作物被移除后可以在土壤中休眠不同,昆虫往往更具流动性,并在整个景观中与其他昆虫交配,这可能会稀释抗性。

“昆虫在移动,在某种程度上,有时这是有帮助的,因为种群的移动和混合更多,这可以稀释我们的抗性。但在某些方面,它也可以使抵抗移动,”DiFonzo说。“所以,仅仅是基于生物的生物学,就有一些差异。”

作物轮作减少抗性

由于密歇根州是美国农业最多样化的州之一,大多数密歇根农民能够定期轮种作物。这种做法有助于减少疾病、杂草和昆虫对农药的抗药性。

奇尔弗斯说:“从疾病的角度来看,延长轮岗时间确实有助于控制疾病。”“对于叶面和土壤传播的疾病,如果有可能摆脱玉米-大豆轮作,扩展到小麦或其他作物,实际上可以帮助减少土壤中的疾病压力。”

玉米根虫是农民通过轮作能够防治的一种昆虫。因为它只能靠玉米生存,所以在玉米生产的地方轮作可以消除这种害虫。在西部一些州,由于选择压力和缺乏轮作,玉米根虫已经对Bt玉米产生了抗性。密歇根州的作物多样性使农民有更好的机会在潜在问题出现之前轮作玉米。

在东部玉米带,出现了一些孤立的Bt根虫田间失效案例,通常发生在轮作潜力有限的奶牛场或牲畜养殖场。一旦问题被确定,大多数受影响的农场都遵循了大学和作物专家的作物轮作建议,大大减少了耐药昆虫的流行。

“我认为我们较长的作物轮作推迟了对根虫特征的抵抗,这与西部发生的情况相反。即使每三到四年一次,也比一些农场20年的轮作要好。有总比没有好。”“如果你在爱荷华州、明尼苏达州南部或达科他州,你可能在已经购买的Bt性状之外,还在使用全额的土壤杀虫剂。一旦你到了印第安纳州和密歇根州,由于作物轮作,这种抗性问题几乎就停止了。”

密歇根州立大学的研究人员表示,密歇根州多样bob体育登录化的农业产业允许作物轮作,再加上知情的农民遵循该大学农业科学家的bob体育合法吗建议,使该州在对抗抗药性方面具有轻微优势。

密歇根州bob体育登录立大学研究人员“采取行动”

bob体育登录的研究人员密歇根州立大学Agbob体育登录BioResearch而且密西根州立大学扩展与其他赠地大学的同行和农业行业代表合作,对抗农药耐药性。bob体育合法吗DiFonzo的轻便Bt性状表,帮助全国各地的农民选择在他们所在地区具有有效性状的种子。

奇尔弗斯,斯普拉格和迪方佐与其他大学专家和国家大豆委员会贡献他们的专业知识采取行动这是一个全国性的教育项目,旨在帮助农民管理除草剂、杀菌剂和杀虫剂的耐药性。这项工作的目标是鼓励农民采取管理措施,减少耐药害虫对作物的影响,同时保留当前和未来的作物保护技术。

“MSU AgBioResearch和MSU Extbob体育登录ension能够有在这些领域工作的人,这是非常棒的,而许多州都没有,”斯普拉格说。“我认为这是一个很大的积极因素,因为我认为这有助于我们走在解决方案的最前沿。”

本文发表在《未来》杂志上,该杂志由密歇根州立大学AgBioResearch每年出版两次。BOB体育bob体育登录欲查看过去的期货,请访问www.futuresmagazine.msu.edu。欲了解更多信息,请发邮件给编辑霍莉·惠茨斯通whetst11@msu.edu或打电话517-355-0123

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