2021-07-14 15:47:34
林恬恬在用昆蟲嗅覺儀開展昆蟲行為測定。 受訪者供圖
植物研究領(lǐng)域中一直有一個熱點假說——植食性昆蟲及其天敵的存在驅(qū)動了植物葉片揮發(fā)物發(fā)生自然選擇進化，從而具備了不同的防御能力。也就是說，聰明的植物會隨身攜帶“驅(qū)蟲劑”用來驅(qū)散想要咬食自己的昆蟲，或者在被咬時拿出“引誘劑”吸引這種昆蟲的天敵來“救駕”。
“之前這一直是個假說，直到我們在一種植物——千里光身上得到了實證。”四川農(nóng)業(yè)大學林學院副教授林恬恬告訴記者，通過與國內(nèi)外專家團隊合作研究，這個假說終于得到了證明。
自帶“驅(qū)蟲劑”植物也會自我保護
近日，林恬恬副教授以第一作者的身份在國際生物學領(lǐng)域 權(quán) 威 期 刊 《Current Biology》上在線發(fā)表了名為《一種入侵植物的進化證明了植物葉片揮發(fā)物的防御功能》的研究論文。這篇論文的關(guān)注點，就在于植物葉片揮發(fā)物的自我防御功能以及進化。
林恬恬告訴記者，植物葉片在正常情況下通常會釋放兩種不同類型的揮發(fā)物。一種是隨時都在釋放的組成型揮發(fā)物，另一種是在被植食性昆蟲取食葉片后釋放的昆蟲誘導型揮發(fā)物，也就是它們的“驅(qū)蟲劑”和“引誘劑”。
科學家前期研究發(fā)現(xiàn)，在未受昆蟲為害時，植物往往只釋放少量的組成型揮發(fā)物直接趨避普食性昆蟲；而當受到專食性昆蟲為害時，則會大量釋放誘導型揮發(fā)物，以引誘該昆蟲的天敵前來捕食，達到“搬救兵”的目的。而且研究還發(fā)現(xiàn)，這兩種揮發(fā)物的釋放與取食葉片的植食昆蟲種類具有高度專一性，可以說是為其“量身定制”。
于是，有專家認為植食性昆蟲及其天敵應該參與驅(qū)動了葉片揮發(fā)物的進化從而使植物具備上述防御功能。雖然這種現(xiàn)象在植物研究領(lǐng)域中被普遍觀測到，然而其背后的機制和實證案例一直缺少印證。
隨機應變不斷進化“對蟲下藥”
為了證明這一觀點，該團隊對本地和外來入侵不同種群的植物千里光、這種植物的專食性昆蟲朱砂夜蛾及其寄生蜂、廣食性昆蟲甘藍夜蛾展開了研究。
據(jù)介紹，千里光是多年生植物，原產(chǎn)于歐亞大陸，大約在150年前入侵了澳大利亞、新西蘭等國，研究也就在這些地方開展。在這些入侵領(lǐng)域，不存在入侵千里光種群的專食性昆蟲及其天敵，便于與本地種群做對比。
有趣的是，研究發(fā)現(xiàn)與本地種群相比，入侵千里光種群釋放的組成型揮發(fā)物含量更高，而被專食性昆蟲為害后釋放的誘導型揮發(fā)物含量則顯著降低。這也就說明了，植物會根據(jù)昆蟲情況而調(diào)整自己應該多用“驅(qū)蟲劑”還是“引誘劑”，進行自我防御功能的進化。
為了進一步搞清楚昆蟲與千里光葉片揮發(fā)物之間的關(guān)系，研究人員通過昆蟲嗅覺及產(chǎn)卵實驗發(fā)現(xiàn)，與本地千里光種群相比，入侵種群釋放的組成型揮發(fā)物對專食性昆蟲具有更強的引誘作用，而對廣食性昆蟲則有更強的驅(qū)避作用。
同時，專食性昆蟲為害后本地種群釋放的誘導型揮發(fā)物比入侵種群對寄生蜂具有更強的吸引作用，并且得到了田間自然寄生率實驗的佐證。這一研究結(jié)果首次揭示了葉片揮發(fā)物介導的對植食性昆蟲的直接和間接防御驅(qū)動了植物揮發(fā)物的進化，證實了植物揮發(fā)物的重要防御功能。
“這項研究幫助我們更好地認識了植物葉片揮發(fā)物的抗蟲功能，在此基礎(chǔ)上，有望研究出提高植物自我保護能力的方法，達到生物防治害蟲的效果。”林恬恬告訴記者。（四川農(nóng)村日報全媒體記者杜鎧兵）
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