“太多是件好事”：分析显示，过度使用使Bt玉米对根虫的效果降低

玉米杂交种的广泛种植旨在对抗玉米根虫，玉米根虫是玉米带中最具破坏性的害虫，这降低了该技术的有效性和一些农民的利润

这些发现来自对包括爱荷华州在内的10个中西部玉米种植州12年田间试验和种子使用数据的新分析。这项发表在《科学》杂志上的研究表明，根虫对玉米的内在保护越来越有抵抗力，这种保护是通过基因工程产生的，可以从一种名为苏云金芽孢杆菌（Bt）的细菌中产生杀虫蛋白

爱荷华州立大学植物病理学、昆虫学和微生物学教授Aaron Gassmann说，《科学》杂志文章的标题“太多的好事：美国玉米带根虫Bt玉米受损的教训”抓住了这项研究的主要方向

该研究的20位合著者中，爱荷华州的三名教员之一Gassmann说：“‘太多的好事’确实是关键信息。”。“过度种植Bt玉米会导致农民失去抑制根虫种群和保持产量的一些好处。”

研究发现，中西部一些地区的农民以高于理想的速度种植根虫Bt玉米，这是基于一个最佳值，该值权衡了当年的利益以及害虫抑制和抗性的未来影响。研究发现，在农民很少连续种植玉米的州，过度种植的差距尤其明显

“当我们分析这些数字时，我们发现其中一些农民——从他们自己的直接私人利润角度来看，不考虑更广泛的影响——种植了比他们应该种植的更多的根虫Bt玉米，”爱荷华州嘉吉经济系统教授、该论文的合著者之一David Hennessy说

强大的工具削弱

成年玉米根虫甲虫在夏季产卵，在土壤中越冬，然后在春末孵化，此时幼虫以发育中的玉米根为食。旨在对抗根虫的Bt玉米为植物注入了对昆虫有毒但对包括人类和牲畜在内的大多数其他生物无害的蛋白质

通过比较Bt和非Bt玉米的根系损伤，研究人员可以评估Bt保护的效果。在对田间试验数据的分析中，所研究的三种Bt蛋白的有效性从2005年到2016年都有所下降。2005年，即Bt玉米根虫首次引入两年后，合并疗效为92%。到2016年，这一比例已降至80%

减缓根虫的Bt抗性很重要，因为它是一种极具破坏性的害虫，每年给美国农民带来高达20亿美元的管理成本和减产

该研究的合著者、植物病理学、昆虫学和微生物学教授、ISU推广和外展推广昆虫学家Erin Hodgson说：“我所谈论的大约80%是玉米根虫管理。如果我要提供一系列可供选择的主题，他们总是挑根虫。”

霍奇森说，Bt杂交种对农民来说是一种有吸引力的根虫解决方案，因为它们是一种简单、有效和安全的杀虫剂替代品。爱荷华州绝大多数的玉米作物是Bt玉米

霍奇森说：“当根虫Bt玉米上市时，这是一个很大的进步。农民们真的很喜欢它。无论他们面临什么样的虫害压力，他们都会继续使用它，因为它效果很好。他们不一定想退缩。”

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轮作减少了对Bt的需求

由于Bt玉米，根虫的总体种群数量有所下降，但连续种植玉米的田地为害虫提供了理想的栖息地，以发展抗性并破坏作物

在研究中包括的西部各州——爱荷华州、伊利诺伊州、威斯康星州、明尼苏达州、内布拉斯加州和达科他州——连续玉米相对常见，在分析试验的最后三年，根虫的产量损失平均为每英亩47.5蒲式耳

在该研究的东部州——印第安纳州、密歇根州和俄亥俄州——轮作的主导地位有助于减少根虫的压力，导致每英亩产量仅损失8.5蒲式耳

产量保护效益的差异使得东部各州的理想Bt率要低得多，尽管各地区的实际Bt使用量差异不大。在东部各州，2014年至2016年，Bt玉米的种植率约为50%。

如果印第安纳州、密歇根州和俄亥俄州的农民以最佳的18%的种植率种植Bt玉米，他们每年总共可以节省9900万美元，从而避免了每英亩25.7美元的Bt种子溢价。西部各州的最佳Bt率为45%至75%以上

普渡大学大田作物昆虫学教授、该研究的主要合著者克里斯蒂安·克鲁普克和中国人民大学农业经济与农村发展助理教授叶子伟说：“我们仍然在使用Bt杂交种来管理这种害虫，好像根虫是印第安纳州等州产量损失的主要驱动因素。事实并非如此，而且已经有一段时间没有了。”

西部和东部玉米理想率的巨大差异表明了轮作对控制根虫的重要性。Gassmann说，随着时间的推移，田间的根虫压力会越来越大，因此玉米种植的任何中断都有助于控制根虫的数量

霍奇森说，虽然种植连续玉米通常有经济激励，但即使每隔几年让田地休耕一次，也有助于控制根虫的压力

她说：“我对农民的谈话要点是检查你的田地。深入地下评估根系损伤。了解你的位置将有助于你在来年做出更好的选择。”

研究人员表示，为农民提供更多的种子选择也有助于减少Bt的过度使用。针对根虫和玉米螟等害虫的Bt性状通常与其他有价值的遗传属性捆绑在一起，如产量表现和抗旱性。农民几乎没有机会通过只选择他们喜欢的性状来定制

在另一项发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上的研究中，Gassmann描述了另一种导致根虫对Bt玉米生长抗性的种子设计因素。改造作物以产生两种或多种不同的Bt毒素是延缓抗性的一种常见方法，这是一种减缓自然选择的“金字塔”方法

但是种子公司经常提供Bt金字塔，其中一个特征已经出现了显著的抗性，这破坏了包含多种毒素的预期冗余。美国国家科学院的研究表明，对金字塔中的一个性状具有抗性的根虫害虫往往也会对另一个性状产生抗性

Gassmann说，Bt性状的组合都需要对这种方法有效。提高Bt玉米田中非Bt“避难所”的典型水平5%，并将Bt技术视为根虫策略的一部分而不是全部，也会有所帮助

他说：“新的金字塔和更多样化的管理将使这些Bt性状更持久。”

Gassmann说，Bt性状的开发对种子公司来说既昂贵又耗时，改进延迟抗性的策略可以帮助延长这些性状的寿命

研究价值

来自个别田间和实验室研究的报告记录了根虫对Bt玉米的抗性约15年，包括Gassmann之前的研究。但《科学》杂志的研究涵盖了多年来的多个州，由来自13个机构的昆虫学家、植物病理学家、作物科学家和经济学家组成的小组进行了分析

Hennessy说：“很少有如此好的数据。年复一年地获得这些地块是一个挑战。”

Krupke说，这项研究源于美国农业部组织的玉米昆虫学家工作组的观察，它显示了长期应用研究产生的公共数据集的价值

他说：“这些是制定政策建议最有用的数据类型之一。” More information: Ziwei Ye et al, Too much of a good thing: Lessons from compromised rootworm Bt maize in the US Corn Belt, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adm7634

Aaron J. Gassmann et al, Sequential evolution of resistance by western corn rootworm to multiple Bacillus thuringiensis traits in transgenic maize, Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2422337122

Journal information: Proceedings of the National Academy of Sciences , Science