中西部田间试验表明，过度使用抗根爪虫玉米减少农民利润

由普渡大学昆虫学家克里斯蒂安·克鲁普基领导的项目记录了在伊利诺伊州、爱荷华州、明尼苏达州、内布拉斯加州、北达科他州、南达科他州和威斯康星州等西部玉米带州的根虫害压力更大。在这些州，农民通常连续种植玉米。在东部玉米带州如印第安纳州、密歇根州和俄亥俄州，农民实行作物轮作，这减少了通过转基因种子或施用杀虫剂进行控制的需求。然而，针对根虫害的转基因玉米杂交种的使用在整个地区非常相似。这项研究探讨了这种脱节的后果。

克鲁普基，院长研究员和昆虫学教授，以及来自美国、中国和加拿大的其他12所大学的19位合著者在期刊Science上报告了他们的结果。回顾性研究表明，自2004年广泛采用针对玉米根虫的转基因玉米杂交种以来，美国许多主要玉米种植区的害虫格局发生了根本性变化。研究显示，随着这些杂交种的引入，该地区大部分的害虫压力急剧下降，降低了广泛使用针对根虫特性的需求。

“这项研究显示了来自公共部门田野研究的长期应用研究数据集的价值，”克鲁普基说。研究资金流的短期和优先事项的变化使得拥有这种范围和覆盖生物数据越来越罕见。“这些数据是制定政策建议中最有用的类型之一，”克鲁普基说。

2003年，第一种对玉米根虫致命的转基因玉米杂交种性状问世，源自细菌Bacillus thuringiensis（Bt）。自那以来，农民广泛使用“Bt玉米”杂交种。随后，多项田野研究自2009年以来报告了根虫对Bt的抗性，令人对Bt性状的长期可行性产生了怀疑。

这项研究源于一个玉米昆虫学工作小组的观察，该小组每年召开一次会议，讨论害虫对商品的影响。几年前，克鲁普基注意到东部和西部玉米带州的根虫报告之间存在差异。

“我们都在国家的不同地区，却做着几乎相同的事情，”克鲁普基说。“我们仍然使用Bt杂交种来管理害虫，就像根虫是印第安纳州等州产量损失的主要驱动因素一样。实际上根虫并不是，并且一段时间以来都不是。”

根据研究人员的估算，从2014年到2016年，西部州因根虫损害导致的产量损失为每英亩47.5蒲式耳，而东部州为每英亩8.5蒲式耳。

研究量化了使用Bt杂交种的两项成本。一项成本是显著的技术费用，即种植者在购买种子时支付的溢价。另一项成本是对Bt毒素的害虫易感性的削弱。

“如果你把Bt杂交种视为一种有限资源，就像一张逐渐减少的借记卡，每次使用它时，你就会稍微削弱一点易感性，”克鲁普基说。“因此，下次它的效果可能会稍微差一些。”

耕种者为自身选择最佳的杂交种种子基因，从而获得最佳产量。这些杂交种通常捆绑其他多种理想特性，包括表达多种Bt毒素，无论是否需要。

密歇根州立大学的田间作物昆虫学家克里斯蒂娜·迪丰佐将种子特性的捆绑比作以前提供的有线电视套餐。消费者为数百个频道付费，而他们只想要10或15个。流媒体服务和点播节目结束了这一切。“农民会欢迎类似的种子供应‘选择清单’，这将有助于害虫抗性管理。”

关键的区别在于，抗虫玉米具有持续的附带成本，以及自付费用。“金钱可以再生，但对技术易感性的损失只能向一个方向前进，是不可逆的，”迪丰佐说。

这些教训应应用于尚未定义的新型转基因性状技术，以进行植物内保护，研究的首席作者、来自中国人民大学农业经济与农村发展学院的助理教授叶紫维表示。她建议不要重新回到使用杀虫剂，如有机磷和拟除虫剂，以控制根虫。

“Bt技术是并且曾是净收益，有助于保护有益生物和土壤生态系统，增强抗旱能力，”叶说。“随着气候变化，这些资源被越来越多地视为满足不断增长的人口需求的关键。”

Bt和抗生素都是“生物公共资源”的例子。个人可能认为在害虫风险似乎有限时，使用它们作为保险是明智的。如果许多农民在长时间内这样做，抗性将开始出现，技术的衰退将影响所有人。

“过度使用Bt可能对每个人来说都是合理的，但最终所有人会比可能的情况更早失去这一技术，”研究共同作者、爱荷华州立大学经济系统的卡吉尔教授大卫·亨内西说。“本质上，每个人都没有考虑到由于对毒素的遗传抗性积累而对他人造成的伤害。”

因此，农民往往倾向于过度使用针对根虫的Bt种子以获得底线利润，尤其是在东部玉米带。

“在许多情况下，他们不仅为了共同利益而过度使用这一投入，也为了自己的私利，”爱荷华州立大学的亨内西说。简单地提醒农民在使用根虫Bt特性时关注其自身的财务成本和收益的比较，可能有助于保护这一特性的未来有效性。

克鲁普基指出，将转基因技术如Bt玉米作为重要的害虫管理工具的使用可能会继续。该技术对耕种者友好，并减少了杀虫剂的使用。

“保持此类技术在未来的持续使用和功能在每个人的最佳利益之内，”他说。

本项工作得到了国家食品和农业研究所（NIFA项目NC246：玉米中节肢动物生态和管理）提供的哈奇多州研究基金的国家农业实验站（SAES）资助，以及中国国家自然科学基金的支持。