玉米玉米和植物提取物在秋季植物中的作用（Spodoptera frugiperda）侵犯

抽象的

非洲农民目前正在努力与侵入性秋季蚯蚓（FAW）的潜在控制措施（Spodoptera frugiperda），最近被出现为一个重要的经济害虫，这是在整个大陆蹂躏玉米领域。我们评估了西非黑辣椒提取物和豆类间作系统作为可行的一汽控制措施和对玉米产量的影响的疗效。该实验包括五种治疗（对照 - 无输入，矮豆豆，攀爬豆类蛋白，西非黑胡椒提取物和杀虫剂），每次复制。在种植（WAP）后三到七周评估一汽严重程度，而七个WAP评估玉米侵扰。一汽严重程度显着增加（ ）跨越WAP对控制和矮人豆类，分别为四和六个WAP。一汽严重程度也不同（ ）显著高于4至7个WAP处理，西非黑胡椒提取物的WAP最低(Piper Guineense.）和控制治疗中最高。玉米侵扰从13％到93％，西非黑辣椒提取物和合成杀虫剂中最低，其次是矮化和爬豆段，然后对照。在生理成熟时测定的玉米产量范围为2.2至6.3 t ha^-1在治疗中和显着不同，西非黑胡椒提取物和合成杀虫剂的最高，随后是矮化和攀爬豆类段，与对照相比。总体而言，西非黑胡椒萃取物和豆类推动裁剪系统表现为玉米域内侵入性秋季蚯蚓的可行可持续替代控制措施的疗效。

1.介绍

全球粮食不安全是一种慢性问题，可能会随着土壤肥力的进一步减少而导致害虫和疾病压力的增加。玉米（Zea Mays.L.）生产有助于撒哈拉以南非洲的许多小农农民的粮食安全和收入生成（SSA）[1］．然而，玉米产量受到贫困矿物营养的组合的限制[2]和虫害[3.那4.］．入侵性秋粘虫(FAW)的新出现Spodoptera frugiperda(鳞翅目:夜蛾科)在非洲已经遮蔽了茎蛀虫Busseola fusca（Lepidoptera：Noctuidae）作为玉米的主要害虫[3.那5.］．一汽是一种多功能害虫，具有广泛的宿主范围和长途徒游害虫，可以在一夜飞行100公里[6.那7.］．FAW以玉米幼嫩的叶轮、穗和穗子为食，造成严重损害，偶尔会造成总产量损失[8.那9.］．一汽幼虫导致成年人造成作物损害，同时通过飞越长距离飞行并迅速再现害虫迅速蔓延[10.］．一汽是美国美洲原住民中玉米的重要经济害虫[11.]，最近通过入侵非洲扩大了生态利基[12.-15.］．因此，最近在喀麦隆的玉米领域报道了一汽，并迅速遍布了国家的不同农业生态区[16.那17[似乎农民似乎正在使用各种管理选择，包括合成杀虫剂来抓住侵袭性害虫。虽然合成杀虫剂通常用于控制野害虫，但它们的连续使用可导致害虫抵抗力并增加对化学对照的依赖，这可能导致高生产成本和严重的环境影响[18那19］．因此，整体方法是控制玉米领域的一只虫害的野生害虫所必需的，这些方法集成了可持续的替代管理策略，适应了农民的具体需求，特别是缺乏财政资源和技术专业知识的SSA中的小规模生活方式。

潜在的可持续害虫管理策略包括间作系统和使用有益微生物和植物杀虫剂[5.那20.那21］．间作是推挽种植系统，包括伴生植物作为害虫的“推挽”成分，或者在主要作物的边缘种植伴生植物作为“推挽”成分[22-24］．一些伴生植物释放信号化学物质，通过提供更好的生态位和食物资源来击退主要作物的害虫(如推系统)或吸引主要作物的害虫(如拉系统)[25］．豆类植物如豆类（phoudolusulus vulgaris.L.)作为伴生作物可以为FAW幼虫提供不同的生态位，同时也释放出可能阻止FAW和产卵的信号化学物质[26］．被广泛鼓励豆类银行作为可行的综合土壤生育管理策略[27那28作为豆类还可以作为对抗虫害的推动因素[24那25］．一些植物生物活性材料还表现为植物杀虫剂的疗效，以控制各种经济意义的害虫[26那29］．除了对害虫的直接影响，伴侣作物和植物可以增强野外害虫的天敌群体。与大型工业单一养殖养殖系统相反，间作系统与小规模的生存农业系统很常见，小农农民不可避免地需要有关可持续管理方案的可行信息，提高生产力和环境保护。因此，本研究旨在评估西非黑胡椒提取物和豆类推动裁剪系统作为玉米田地侵入式急性控制措施的直接和间接影响。假设西非黑胡椒和豆类间作系统的提取物应对一只大一只施加不良影响，减少严重程度和侵袭导致玉米产量更高。

2.材料和方法

２.１.实验场地及设置

本研究于2018年8月至11月在Molyko，Buea，Cameroon的小型农场进行，位于纬度4°3'n和4°12'n和纵向9°12'e和9°20'e之间。土壤来自风化的火山岩，Buea有单体降雨制度，干燥季节较少和86％的相对湿度。干燥的季节是11月至3月，平均年降雨量为2800毫米，平均每月空气温度范围为19至30°C。10厘米深度的土壤温度从25至15℃降低，分别增加200至2200米，海平面上升至2200米[27那30.那31］．

实验包括五种治疗（对照 - 无输入，Dwarf Beans Intercrop，攀爬豆类交联剂，西非黑辣椒提取物和合成杀虫剂），其排列在随机的完整块设计中，每个都有三种复制。现场现场使用粘屑手动清除，并将其分成3×4米的十五个实验图（12米²)，用1m的缓冲带将地块彼此分隔开来。用锄头在土壤深度约30厘米处人工耕作。

2.2。农作物培养

玉米和矮人或爬豆的三种子（phoudolusulus vulgaris.从喀麦隆布埃亚的一家农用商店购买，种植间距为80 × 50厘米，之后再减薄至每个林分两棵活力旺盛的幼苗。玉米单作地60株，间作地60株矮生或攀高豆，每行5个，共120株。矮生豆和攀缘豆与玉米间作，作为防治秋粘虫的推动成分。所有试验田在萌发后2周和4周修改2次，使用颗粒无机肥料(NPK 20: 10: 10)，每株5 g，在离株5 cm处环施。整个试验期间的土壤湿度取决于当地的降雨情况，同时定期监测杂草的出现，并使用锄头手动除草。

2.3。植物提取物和合成杀虫剂的应用

玉米植株使用伴生豆作间作(见第2.2节)或西非黑胡椒提取物或合成杀虫剂来防止秋粘虫。西非黑胡椒提取物和杀虫剂(K-Optimal: SCPA SIVEX International®France，包含高效氯氟氰菊酯15 g/l +对乙酰氨基苄酯20 g/l)使用背包喷雾器喷洒，每株约0.03 ml。西非黑胡椒提取物是用干辣椒种子制成的Piper Guineense.用厨房的搅拌机碾碎制成细粉[29］．200克风笛手power was dissolved in 0.25 L vegetable oil (KING’S®, Lagos, Nigeria) and 25 g detergent (SABA®, Douala, Cameroon) was added and then was thoroughly stirred to produce a sticky emulsion and stored in a plastic container at room temperature prior to laboratory and field tests. For weekly field application, 16.7 ml of the West African black pepper extract was filtered into 5 L water using a double 169-folded muslin cloth and stirred thoroughly to achieve homogeneity before spraying on the maize plants.

2.4。西非黑胡椒提取物的实验室生物测定反对一汽

在喀麦隆大学的农业和兽医学院的实验室，在喀麦隆大学的实验室进行了生物测定。进行死亡率试验以确定用于获得最佳场地结果的西非黑辣椒提取物的适当浓度。对于实验室试验，从布亚玉米田内随机收集大约相等大小的一汽幼虫，将六只幼虫置于每种培养皿中。玉米叶从田地收获，将0.02g（鲜重）加入每个培养皿中作为幼虫的食物底物。制备六种治疗，包括对照（仅自来水）和五个浓度的西非黑胡椒提取物：0.007（100：15），0.005（80：15），0.004（60：15），0.003（50：15），0.001（20：15）和0.00（0：15）产品：水（ml：l）比例（表1）.使用注射器用于将西非黑胡椒提取物的不同浓度施加到含有一汽幼虫的培养皿中，并且观察到它们的毒性超过2小时（120分钟）。

2.5。数据采集

2.5.1。秋季植物和玉米侵染的严重程度

秋粘虫是一种玉米落叶害虫，根据环境条件，每年可繁殖许多代。成年雌性可以活10-21天，一生中产卵多达1000个卵团。成批产卵100-200枚，2-4天孵化，6个幼虫期14-22天，蛹期8-30天。害虫的生态和环境条件影响其严重程度和侵害寄主作物。对FAW幼虫的头囊和腹部标本进行了观察，以发现其特有的鉴别特征。布朗和浅绿色一汽幼虫被确定基于视觉特征的观察标志和点缀景点如倒“Y”标记的头区,四个大背点在广场附近安排在第二段,轻背区域,苍白的背线,苍白laterodorsal线,和更轻的腹侧区(28那32］．每周一汽严重程度（例如，每株植物±标准偏差（SD）的平均幼虫数量）在种植（WAP）后三到七周的七种随机选择的植物上被记录在七个随机选择的植物上。在整个植物上评估一汽严重程度，特别是在叶子和叶螺纹上。在种植后的七周内，还评估了一只侵袭（例如，每种绘图的侵染玉米植物数量）。目视观察所有六十个植物在叶子和叶螺纹上的一汽幼虫损伤的症状（例如，带有部分受损表皮的小孔，划痕或叶片的小孔，划痕或骨骼损伤，带来窗玻璃外观）。向一汽玉米侵染（平均值±SD）的速率计算为每绘制侵染植物的百分比与植物总数的百分比：

2.5.2。评估玉米产量

从生理成熟度的每种曲线中（2018年11月15日）随机收获十种玉米植物，每个植物记录了玉米棒和玉米棒长（使用校准胶带测量）。用手手动脱粒玉米玉米棒，将晶粒在60℃下烘箱5天，并在规模平衡上记录干重（g）以计算T HA的总收益率^-1．同时记录每个小区随机选取的玉米粒的千粒重(g)。

2.6。统计分析

使用Windows的STATISTICA 9.1对数据集进行统计分析[33］．依赖变量（例如，秋季鳞片虫严重程度，玉米侵扰和玉米产量参数）进行了方差分析（ANOVA， ）测试治疗的影响（N= 5)作为分类预测因子。Tukey的HSD ( ），在适用的情况下，Spearman排名相关（ ）进行了确定从属变量和分类预测器之间的关联程度。

3.结果

3.1。西非黑胡椒提取物的实验室生物测定反对一汽

直到高浓度的西非黑胡椒提取物的实验室死亡率增加，幼虫死亡率在40分钟后观察到60分钟后的总死亡率，除了西非黑胡椒提取物的最低浓度（0.001mL）（表1）.相比之下，自来水控制处理中没有发生这种幼虫死亡率。基于这种幼虫死亡率评估，将浓度为0.003ml的西非黑胡椒提取物被认为是最具成本效益的，并且采用现场申请。

３．２．秋粘虫严重程度和玉米虫害

秋季蚯蚓的严重程度不同（ ）在不同处理，种植后的几周，以及它们之间的相互作用中。对照和矮豆间作作物的FAW严重程度在种植后几周显著增加，分别在种植后4周和6周最高( ;桌子2）.一汽严重程度也不同（ ）在种植后4至7周的治疗之间显着，在西非黑胡椒提取物中具有最低的严重程度，以及对照治疗的最严重程度。玉米侵扰在种植后七周的治疗中的13至93％范围为13至93％（ ）显著高于对照，其次是矮豆和攀缘豆间作(图2)1）.在西非黑胡椒提取物和合成杀虫剂治疗中记录了最低玉米侵扰（图1）.

3.3。治疗对玉米产量的影响

玉米籽粒产量从2.2到6.3 t ha^-1治疗中有显着不同（ ），具有合成杀虫剂和西非黑胡椒提取物的最高产量，其次是矮人和攀爬豆类段，而对照中最低的产量（图2）.玉米产量与FAW严重程度和虫害率呈负相关，随着FAW严重程度的增加，玉米产量显著下降(R. = −0.78, ）和侵犯（R.=−0.83, ）.玉米玉米棒的长度范围为24.7至30.7厘米，治疗中有显着差异（ ），与对照相比，人工合成杀虫剂和攀缘豆间作中含量最高(见表)3.）.1000米玉米晶粒的重量范围为0.8至1.1g，但谷物重量没有（ ）不同处理之间的差异(表3.）.

4。讨论

4．1.植物提取物和间作制度对一汽稻瘟病的防治效果

观察到的合成杀虫剂的疗效与其他报告一致，但过度使用或误用可能导致生态束性，如复兴和抵抗[34那35］．尽管杀虫剂对FAW有效果，但它们对天敌等非目标生物的潜在影响可能是不可避免的[36那37］．这突出了可持续替代品如植物和豆科植物间作的重要性[25］．此外，在实验室和现场试验中，植物学在施用中造成的四个植物幼虫死亡率超过90％的幼虫死亡率，施用中适中死亡率为51.7％，而且碳酸少28％死亡率[38］．因此，西非黑胡椒提取物对一汽的疗效可能是由于植物次级代谢产物异丁基酰胺，其具有活性成分（例如，天然亲脂酰胺，哌啶和哌林）作为神经毒素和威慑物[39］．据报道，胡椒科植物中含有大量拒食次生化合物，使食草动物望而却步[40］．同样，由于西非黑胡椒正己烷提取物含有较高的抑制细胞色素P450功能的苯丙素，FAW死亡率显著高，为3.3-96.7% [34］．一汽严重程度相对较低和玉米虫害观察大豆间作系统支持本研究的假说,可能由于混乱的嗅觉和视觉线索来自同伴豆类植物可能担任推组件,击退一汽幼虫远离玉米植株。此外，豆类推进种植制度的不利影响也支持了本研究的假设，该假设可能是通过化感作用机制介导的，即伴生豆类作物释放的绿叶挥发物使FAW幼虫远离玉米植株[25］．豆根出渗出物还可含有新的类黄酮化合物，可以破坏土壤中的一汽生命周期的蛹相并改变害虫生态学。此外，作为伴侣作物的豆类可能为一汽幼虫提供了不同的生态学利基，同时发射了在玉米上促使产卵和一汽的半化化学化学物质[35］．因此，大豆植株的驱避和/或引诱能力是一种可与合成杀虫剂和西非黑胡椒提取物相媲美的FAW防治措施。因此，一种包括植物和豆类间作系统的综合管理方法可能是玉米田中一种可行的可持续的FAW控制策略[41］．

4.2。一汽严重程度与侵袭对玉米产量的影响

未采取任何一汽控制措施的对照中记录的低玉米产量与一汽严重程度和玉米虫害相一致，这可能会降低光合固碳作用，从而降低植物生长和生产力[42那43］．与此同时，西非黑胡椒提取物和合成杀虫剂的低虫害记录可能会促进作物生长和光合作用，从而导致更高的玉米产量[44］．尽管如此，西非黑辣椒提取物和合成杀虫剂治疗之间玉米籽粒产量缺乏显着差异突出了西非黑辣椒提取物作为对尖峰可持续控制措施的效果。观察到的西非黑胡椒提取物的疗效与报告的其他作物害虫的疗效相一致[31]并与其他关于一些植物的有效性的报告相称作为玉米领域的秋季蚯蚓的控制措施[38那45］．总体而言，玉米产量与侵染率一致，随着侵染率下降而增加，反之亦然，这强烈支持本研究的假设。除了控制虫害的能力之外，豆生物质还通过生物氮固定提高了土壤肥力和植物营养的生物氮固定作用了大量的氮[46那47，这可能也提高了本研究间作地块的玉米产量。此外，通过营养丰富的豆类分解生物量添加有机质和其他养分可能会降低土壤对磷的吸附，并增强土壤生物区系和固氮，这可能有利于玉米的生长和生产力。此外，土壤有机碳驱动了大多数微生物介导的过程，包括土壤呼吸、氮矿化、养分循环和植物吸收[48那49］．因此，间作豆类地块中玉米产量的提高可能是由于低秋粘虫严重程度和玉米虫害，以及伴生豆类植株固氮改善了玉米营养。

结论

我们的研究结果突出了西非黑胡椒提取物作为一种可行的植物性杀虫剂的功效，以及大豆间作作为一种可持续的推动种植系统的功效，以控制秋粘虫，从而提高玉米产量。西非黑胡椒提取物和大豆推进种植制度对FAW有直接的致死或驱避作用。虽然矮豆间作和攀缘豆间作之间没有显著差异，但矮豆间作是更好的，因为管理攀缘豆植株的相对困难，这些植株可能最终限制玉米的生长和产量。玉米产量与FAW严重程度和虫害呈负相关关系，西非黑胡椒浸膏和合成杀虫剂处理玉米产量最高，其次是矮秆和攀枝豆套种，反映出FAW严重程度和虫害程度较低。总的来说，西非黑胡椒和豆类间作系统的提取物可作为非洲玉米田入侵秋粘虫的可持续替代管理策略。

数据可用性

所有用于支持本研究结果的数据都包含在文章中。

利益冲突

作者声明他们没有利益冲突。

致谢

作者感谢布埃亚大学农业和兽医学院和喀麦隆高等教育部的研究资助。克里斯托弗·恩戈松获得了德国洪堡基金会的财政援助。

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