除草剂干扰：草甘膦推动植物与食草动物相互作用的生态学和进化

IF 8.3 1区生物学 Q1 PLANT SCIENCES

New Phytologist Pub Date : 2024-11-20 DOI:10.1111/nph.20238

Grace M. Zhang, Regina S. Baucom

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摘要

引言植物与昆虫食草动物共存和相互作用已有 4 亿年之久（Ehrlich & Raven, 1964; Labandeira & Currano, 2013），这种相互作用影响着植物性状、种群动态甚至群落稳定性的进化（Myers & Sarfraz, 2017; De-la-Cruz et al.）事实上，植物与食草动物之间的相互作用会相互影响各自的进化轨迹--食草动物对植物施加选择性压力，导致反食草防御系统的进化和多样化；反过来，对食草动物的进化反应也会改变植物与食草动物相互作用的生态条件（Agrawal 等人，2006 年）。这种生态进化反馈回路可能发生在人类介导的压力形式背景下，如与农业制度、城市化和气候变化相关的压力（Turcotte 等人，2017 年；Hamann 等人，2021 年；Santangelo 等人，2022 年）。然而，这些人类介导的压力因素如何改变植物与食草动物之间的相互作用，进而改变植物与其昆虫食草动物之间更广泛的生态进化动态，仍然是我们知识中的一大空白。化学除草剂是一种相对新颖的人类介导选择形式，用于农业生态系统控制和根除杂草植物（Shaner，2014 年）。不幸的是，植物很快就适应了除草剂的使用；迄今为止，有数百种杂草被认为对某种形式的除草剂具有抗性或耐受性（Baucom & Mauricio, 2004; Vila-Aiub 等人, 2009; Délye 等人, 2013）。大多数针对天然杂草和除草剂使用的研究都会考察植物种群中抗性或耐受性进化的某些方面--无论是关注抗性或耐受性的频率，还是防御特征的遗传基础，抑或是与除草剂防御相关的潜在适应成本（Baucom，2019 年）。考虑除草剂对杂草群落中食草昆虫或传粉昆虫等非目标生物影响的研究要少得多（Motta 等人，2018 年，2020 年）。虽然一些研究已经探讨了除草剂暴露如何直接影响昆虫的发育、适应性和免疫反应（Schneider 等人，2009 年；Baglan 等人，2018 年；Capinera，2018 年；Smith 等人，2021 年），但对除草剂间接影响的潜在可能性--即除草剂暴露会改变或改变植物的某些方面，进而影响昆虫或其他群落成员（Fuchs 等人，2021 年）--的了解却较少。这是一个明显的知识空白，因为植物化学、生理和物候会因接触除草剂而直接改变（Baucom 等人，2008 年；Londo 等人，2014 年；de Freitas-Silva 等人，2022 年）；此外，植物大小和交配系统的某些方面也会随着除草剂抗性而进化（Van Etten 等人，2016 年；Kuester 等人，2017 年）。这些变化中的每一种--无论是因接触除草剂而导致的性状变化，还是因与除草剂抗性相关的进化而导致的性状改变--都有可能干扰植物与昆虫食草动物、授粉者和其他生物之间的既定互动关系。例如，在耐草甘膦的甜菜（Beta vulgaris）中，施用草甘膦会导致食草动物桃蚜（Myzus persicae）的增加（Dewar 等人，2000 年）。同样，暴露于低剂量除草剂麦草畏（dicamba）的绒毛草（Abutilon theophrasti）显示，以韧皮部为食的银叶粉虱（Bemisia tabaci）数量增加（Johnson & Baucom, 2022）。此外，在水稻上施用四种除草剂（2,4-D、Command、Newpath、Ricebeaux）会适度但不同程度地影响消耗组织的稻水象鼻虫（Lissorhoptrus oryzophilus）的数量水平以及茎蛀甲虫造成的草食危害（Kraus & Stout，2019 年）。暴露于除草剂的植物和昆虫食草动物经历的这种食草变化的后果通常是未知的。例如，施用除草剂导致的食草动物数量增加是否会给植物种群带来比正常情况下更大的选择性压力？或者是否会导致不同类型的取食，从而可能以意想不到的方式影响植物和食草动物种群/群落的抗药性轨迹？同时，植物也有可能在防御除草剂和食草动物之间进行权衡，这可能会限制其中任一性状水平的提高（Simms &ampamp; Rausher, 1987）。事实上，在组成型抗食草动物防御和诱导型抗食草动物防御之间已经发现了权衡（Koricheva et al.

本文章由计算机程序翻译，如有差异，请以英文原文为准。

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