人民網
人民網>>四川頻道>>綜合欄目>>社會

植物也有防御體系?

四川專家研究証實假說:不僅有“武器” 還會“求救”

2021年08月20日08:01 | 來源:成都商報電子版
小字號
原標題:四川專家研究証實假說:不僅有“武器” 還會“求救”

  林恬恬(左一)和學生

  一個假說

  植食性昆虫及其天敵參與驅動了葉片揮發物的進化從而使植物具備防御功能?

  該植物研究領域的假說提出后,尚未成功找到一種理想的植物種群和與其相應的昆虫類群來驗証。

  一次驗証

  四川農業大學、浙江大學、荷蘭萊頓大學和瑞士納沙泰爾大學,合作開展了一項名為驗証植物“獠牙”進化的實驗,証實植物不會如我們想象的那麼任虫“宰割”——上億年的進化,使植物也有自己聰明的“鎧甲”。

  有啥意義

  “可以在田間形成一個自主防御系統來降低農作物遭受的虫害,不需要再人為噴施農藥,既省時省力省錢,也更加綠色環保。”四川農業大學林學院副教授林恬恬說,或許還可以找到揮發性物質的成分,通過化學合成,成為新型安全的“驅虫劑”和“誘導劑”。

  你有沒有這樣的疑問,不會逃跑的植物,在被虫子啃食葉片時,是不是隻能白白地慘遭“蹂躪”?作為食物鏈“低段位”選手,植物真的這麼卑微嗎?

  植物研究領域一直有這樣的熱點假說:植食性昆虫及其天敵參與驅動了葉片揮發物的進化從而使植物具備防御功能。

  8月9日,四川農業大學林學院副教授林恬恬以第一作者身份在《當代生物學》上發表了名為《一種入侵植物的進化証明了植物葉片揮發物的防御功能》的研究論文,証實植物才不會如我們想象的那麼任虫“宰割”——上億年的進化,使植物也有了自己聰明的“鎧甲”。

  植物具備防御功能?

  這個假說一直未得到驗証

  植物研究領域一直有這樣的熱點假說:植食性昆虫及其天敵參與驅動了葉片揮發物的進化從而使植物具備防御功能。

  似乎超出了普通人對“逆來順受”的植物的認識。

  在植物研究領域,此前也並未能成功找到一種理想的植物種群和與其相應的昆虫類群來驗証該假說,因此,這一假設是否真的成立,在學界也一直存在很大爭議。

  “如果單純依靠實驗室來做實驗,需要將一個植物種群放在沒有昆虫和其天敵存在的環境中進化100年以上,這顯然不現實。”林恬恬解釋說。

  恰好,荷蘭萊頓大學博士Klaas Vrieling所在的研究組,正是研究入侵植物的。

  一種原生於歐亞大陸的多年生植物——千裡光,約在150年前被人類活動帶到美國、加拿大、澳大利亞、新西蘭等地,成為當地的“入侵植物”,成為了此次實驗的理想植物種群。“在植物入侵的‘領地’,是沒有昆虫和其天敵的。”林恬恬解釋說,這意味著,在這150多年間,千裡光在“自由”的環境裡“野蠻生長”,它自身還會產生抵抗昆虫的物質嗎?

  一次跨國合作的發現:

  植物也有“武器”還會“求救”

  2015年開始,驗証植物“獠牙”進化的實驗,在四川農業大學、浙江大學、荷蘭萊頓大學和瑞士納沙泰爾大學的合作下開展。

  “荷蘭萊頓大學組主要做植物收集、培育,在瑞士納沙泰爾做昆虫測定,因為他們有昆虫嗅覺測定儀和專業的揮發物測定儀。”林恬恬說,實驗團隊在千裡光的本土環境,例如荷蘭、法國等地,採集了20多個不同分布區的種群,在美國、加拿大、澳大利亞、新西蘭等“入侵環境”,也採集了20個種群。“把它們放在同一個實驗條件下去作對比驗証。”

  在植食性昆虫的選取上,實驗團隊選用了千裡光的專食性昆虫—朱砂夜蛾,和朱砂夜蛾的專性寄生蜂,同時,還選擇了另外一種普食性昆虫—甘藍夜蛾。

  “千裡光葉片會產生兩種揮發性物質,一種是組成型揮發物,一種是誘導型揮發物。”林恬恬說。

  組成型揮發物,是指千裡光葉片自身持續性釋放產生的物質,可以作為一種直接性防御避免其被普食性昆虫啃食,相當於“驅虫劑”。

  而誘導型揮發物,是指在被專食性昆虫啃食葉片后,迅速地分泌可以吸引昆虫天敵的成分,秉承著“敵人的敵人就是朋友”的戰略,發出“求救”信號,召喚昆虫的天敵前來“救駕”,相當於“誘導劑”。

  實驗設立了本土種群和入侵種群兩個對照組,首先在實驗室環境下利用昆虫嗅覺測試儀測試了“普食性昆虫”“專食性昆虫”“專食性昆虫的寄生蜂”的選擇偏好性。

  “簡單地說,我們把來自本土和入侵兩種不同種群的千裡光植株放置在昆虫嗅覺儀中,看三類昆虫各自會更偏好哪種植株。”林恬恬說,同時在實驗中還收集兩個種群植株的組成型揮發物和誘導型揮發物,並用檢測儀器分析不同揮發物質的成分和含量。

  除了在實驗環境下得到結論,團隊還重新回到自然環境裡,在試驗田裡種植本土和入侵種群的千裡光,將專食性昆虫幼虫放置在葉片上,“過一段時間,測算這些幼虫是否遭到寄生蜂的寄生,以及對比哪一個千裡光種群上寄生蜂的產卵量更高。”林恬恬說。

  研究發現,與本地種群相比,入侵千裡光種群釋放的組成型揮發物含量更高,而專食性昆虫為害后釋放的誘導型揮發物含量則顯著降低。昆虫嗅覺及產卵實驗結果表明,與本地種群相比,入侵種群釋放的組成型揮發物對專食性昆虫具有更強的引誘作用,而對廣食性昆虫則有更強的驅避作用。同時,專食性昆虫為害招致的本地種群釋放的誘導型揮發物比入侵種群對寄生蜂具有更強的吸引作用。這個結果,得到了田間自然寄生率實驗的佐証。

  也就是說,在“野蠻生長”的入侵環境裡,因為沒有專門吃自己的天敵昆虫,千裡光就不必費力地生長抵抗天敵的“鎧甲”,誘導型揮發物沒有“用武之地”,功能“退化”。但其他“吃雜食”的昆虫可能也會把入侵的千裡光當成“盤中餐”,作為“外來客”的千裡光還是要小心謹慎地用組成型揮發物讓自己“隱身”,“免受荼毒”。

  未來用途令人興奮:

  或將讓農作物長出自己的“鎧甲”

  從2015年開始,到2021年8月正式見刊,實驗和數據分析工作歷時6年。“因為實驗所用的昆虫隻有每年五六月才出現,我們要花費許多時間進行昆虫的採集,前一年在實驗室做了實驗,要等到第二年才能做田間實驗驗証。”林恬恬說,大部分時間也在做前期准備,加上跨國合作,耗時較長。

  植物如此聰明的行為被人類發現,自然不能白白浪費。

  “未來,我們或許可以在其他的植株材料上得到應用,比如玉米、水稻等農作物上,尋找到植株本身揮發物的調控基因,用基因編輯的手段,提高組成型揮發物和昆虫誘導型揮發物的含量。”林恬恬說,從而在田間形成一個自主防御系統降低農作物遭受的虫害,不需要再人為噴施農藥,既省時省力省錢,也更加綠色環保。

  而另一種可能,或許可以找到揮發性物質的成分,通過化學合成,成為新型安全的“驅虫劑”和“誘導劑”。“但這些都需要科學家的進一步研究,尤其是需要田間實驗的驗証。”林恬恬說。(成都商報-紅星新聞記者 於遵素 實習生 成佳熾 圖據受訪者)

(責編:章華維、羅昱)

分享讓更多人看到

返回頂部