(中国农科新闻网)植物的聪明难以想象!川农大专家发现植物驱虫机理

2021-07-20 11:27:09作者: 来源:林学院 点击数:

  

 

 植物研究领域中一直有一个热点假说——植食性昆虫及其天敌的存在驱动了植物叶片挥发物发生自然选择进化,从而具备了不同的防御能力。也就是说,聪明的植物会随身携带“驱虫剂”用来驱散想要咬食自己的昆虫,或者在被咬时拿出“引诱剂”吸引这种昆虫的天敌来“救驾”。

 “之前这一直是个假说,直到我们在一种植物——千里光身上得到了实证。”四川农业大学林学院副教授林恬恬告诉记者,通过与国内外专家团队合作研究,这个假说终于得到了证明。

 自带“驱虫剂”植物也会自我保护

 近日,林恬恬副教授以第一作者的身份在国际生物学领域 权 威 期 刊 《Current Biology》上在线发表了名为《一种入侵植物的进化证明了植物叶片挥发物的防御功能》的研究论文。这篇论文的关注点,就在于植物叶片挥发物的自我防御功能以及进化。

 林恬恬告诉记者,植物叶片在正常情况下通常会释放两种不同类型的挥发物。一种是随时都在释放的组成型挥发物,另一种是在被植食性昆虫取食叶片后释放的昆虫诱导型挥发物,也就是它们的“驱虫剂”和“引诱剂”。

 科学家前期研究发现,在未受昆虫为害时,植物往往只释放少量的组成型挥发物直接趋避普食性昆虫;而当受到专食性昆虫为害时,则会大量释放诱导型挥发物,以引诱该昆虫的天敌前来捕食,达到“搬救兵”的目的。而且研究还发现,这两种挥发物的释放与取食叶片的植食昆虫种类具有高度专一性,可以说是为其“量身定制”。

 于是,有专家认为植食性昆虫及其天敌应该参与驱动了叶片挥发物的进化从而使植物具备上述防御功能。虽然这种现象在植物研究领域中被普遍观测到,然而其背后的机制和实证案例一直缺少印证。

 随机应变不断进化“对虫下药”

 为了证明这一观点,该团队对本地和外来入侵不同种群的植物千里光、这种植物的专食性昆虫朱砂夜蛾及其寄生蜂、广食性昆虫甘蓝夜蛾展开了研究。

 据介绍,千里光是多年生植物,原产于欧亚大陆,大约在150年前入侵了澳大利亚、新西兰等国,研究也就在这些地方开展。在这些入侵领域,不存在入侵千里光种群的专食性昆虫及其天敌,便于与本地种群做对比。

 有趣的是,研究发现与本地种群相比,入侵千里光种群释放的组成型挥发物含量更高,而被专食性昆虫为害后释放的诱导型挥发物含量则显著降低。这也就说明了,植物会根据昆虫情况而调整自己应该多用“驱虫剂”还是“引诱剂”,进行自我防御功能的进化。

 为了进一步搞清楚昆虫与千里光叶片挥发物之间的关系,研究人员通过昆虫嗅觉及产卵实验发现,与本地千里光种群相比,入侵种群释放的组成型挥发物对专食性昆虫具有更强的引诱作用,而对广食性昆虫则有更强的驱避作用。

 同时,专食性昆虫为害后本地种群释放的诱导型挥发物比入侵种群对寄生蜂具有更强的吸引作用,并且得到了田间自然寄生率实验的佐证。这一研究结果首次揭示了叶片挥发物介导的对植食性昆虫的直接和间接防御驱动了植物挥发物的进化,证实了植物挥发物的重要防御功能。

 “这项研究帮助我们更好地认识了植物叶片挥发物的抗虫功能,在此基础上,有望研究出提高植物自我保护能力的方法,达到生物防治害虫的效果。”林恬恬告诉记者。

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