植物也有防御體系？
四川專家研究證實假說：不僅有“武器” 還會“求救”
一個假說
植食性昆蟲及其天敵參與驅(qū)動了葉片揮發(fā)物的進(jìn)化從而使植物具備防御功能？
該植物研究領(lǐng)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(yīng)的昆蟲類群來驗證。
一次驗證
四川農(nóng)業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)、荷蘭萊頓大學(xué)和瑞士納沙泰爾大學(xué)，合作開展了一項名為驗證植物“獠牙”進(jìn)化的實驗，證實植物不會如我們想象的那么任蟲“宰割”——上億年的進(jìn)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(tǒng)來降低農(nóng)作物遭受的蟲害，不需要再人為噴施農(nóng)藥，既省時省力省錢，也更加綠色環(huán)保�！彼拇ㄞr(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院副教授林恬恬說，或許還可以找到揮發(fā)性物質(zhì)的成分，通過化學(xué)合成，成為新型安全的“驅(qū)蟲劑”和“誘導(dǎo)劑”。
你有沒有這樣的疑問，不會逃跑的植物，在被蟲子啃食葉片時，是不是只能白白地慘遭“蹂躪”？作為食物鏈“低段位”選手，植物真的這么卑微嗎？
植物研究領(lǐng)域一直有這樣的熱點(diǎn)假說：植食性昆蟲及其天敵參與驅(qū)動了葉片揮發(fā)物的進(jìn)化從而使植物具備防御功能。
8月9日，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院副教授林恬恬以第一作者身份在《當(dāng)代生物學(xué)》上發(fā)表了名為《一種入侵植物的進(jìn)化證明了植物葉片揮發(fā)物的防御功能》的研究論文，證實植物才不會如我們想象的那么任蟲“宰割”——上億年的進(jìn)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證
植物研究領(lǐng)域一直有這樣的熱點(diǎn)假說：植食性昆蟲及其天敵參與驅(qū)動了葉片揮發(fā)物的進(jìn)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(rèn)識。
在植物研究領(lǐng)域，此前也并未能成功找到一種理想的植物種群和與其相應(yīng)的昆蟲類群來驗證該假說，因此，這一假設(shè)是否真的成立，在學(xué)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蟲和其天敵存在的環(huán)境中進(jìn)化100年以上，這顯然不現(xiàn)實�！绷痔裉窠忉屨f。
恰好，荷蘭萊頓大學(xué)博士Klaas Vrieling所在的研究組，正是研究入侵植物的。
一種原生于歐亞大陸的多年生植物——千里光，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(dāng)?shù)氐摹叭肭种参铩�，成為了此次實驗的理想植物種群�！霸谥参锶肭值摹I(lǐng)地’，是沒有昆蟲和其天敵的�！绷痔裉窠忉屨f，這意味著，在這150多年間，千里光在“自由”的環(huán)境里“野蠻生長”，它自身還會產(chǎn)生抵抗昆蟲的物質(zhì)嗎？
一次跨國合作的發(fā)現(xiàn)：
植物也有“武器”還會“求救”
2015年開始，驗證植物“獠牙”進(jìn)化的實驗，在四川農(nóng)業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)、荷蘭萊頓大學(xué)和瑞士納沙泰爾大學(xué)的合作下開展。
“荷蘭萊頓大學(xué)組主要做植物收集、培育，在瑞士納沙泰爾做昆蟲測定，因為他們有昆蟲嗅覺測定儀和專業(yè)的揮發(fā)物測定儀�！绷痔裉裾f，實驗團(tuán)隊在千里光的本土環(huán)境，例如荷蘭、法國等地，采集了20多個不同分布區(qū)的種群，在美國、加拿大、澳大利亞、新西蘭等“入侵環(huán)境”，也采集了20個種群�！鞍阉鼈兎旁谕粋�實驗條件下去作對比驗證�！�
在植食性昆蟲的選取上，實驗團(tuán)隊選用了千里光的專食性昆蟲—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蟲—甘藍(lán)夜蛾。
“千里光葉片會產(chǎn)生兩種揮發(fā)性物質(zhì)，一種是組成型揮發(fā)物，一種是誘導(dǎo)型揮發(fā)物。”林恬恬說。
組成型揮發(fā)物，是指千里光葉片自身持續(xù)性釋放產(chǎn)生的物質(zhì)，可以作為一種直接性防御避免其被普食性昆蟲啃食，相當(dāng)于“驅(qū)蟲劑”。
而誘導(dǎo)型揮發(fā)物，是指在被專食性昆蟲啃食葉片后，迅速地分泌可以吸引昆蟲天敵的成分，秉承著“敵人的敵人就是朋友”的戰(zhàn)略，發(fā)出“求救”信號，召喚昆蟲的天敵前來“救駕”，相當(dāng)于“誘導(dǎo)劑”。
實驗設(shè)立了本土種群和入侵種群兩個對照組，首先在實驗室環(huán)境下利用昆蟲嗅覺測試儀測試了“普食性昆蟲”“專食性昆蟲”“專食性昆蟲的寄生蜂”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里光植株放置在昆蟲嗅覺儀中，看三類昆蟲各自會更偏好哪種植株�！绷痔裉裾f，同時在實驗中還收集兩個種群植株的組成型揮發(fā)物和誘導(dǎo)型揮發(fā)物，并用檢測儀器分析不同揮發(fā)物質(zhì)的成分和含量。
除了在實驗環(huán)境下得到結(jié)論，團(tuán)隊還重新回到自然環(huán)境里，在試驗田里種植本土和入侵種群的千里光，將專食性昆蟲幼蟲放置在葉片上，“過一段時間，測算這些幼蟲是否遭到寄生蜂的寄生，以及對比哪一個千里光種群上寄生蜂的產(chǎn)卵量更高�！绷痔裉裾f。
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，而專食性昆蟲為害后釋放的誘導(dǎo)型揮發(fā)物含量則顯著降低。昆蟲嗅覺及產(chǎn)卵實驗結(jié)果表明，與本地種群相比，入侵種群釋放的組成型揮發(fā)物對專食性昆蟲具有更強(qiáng)的引誘作用，而對廣食性昆蟲則有更強(qiáng)的驅(qū)避作用。同時，專食性昆蟲為害招致的本地種群釋放的誘導(dǎo)型揮發(fā)物比入侵種群對寄生蜂具有更強(qiáng)的吸引作用。這個結(jié)果，得到了田間自然寄生率實驗的佐證。
也就是說，在“野蠻生長”的入侵環(huán)境里，因為沒有專門吃自己的天敵昆蟲，千里光就不必費(fèi)力地生長抵抗天敵的“鎧甲”，誘導(dǎo)型揮發(fā)物沒有“用武之地”，功能“退化”。但其他“吃雜食”的昆蟲可能也會把入侵的千里光當(dāng)成“盤中餐”，作為“外來客”的千里光還是要小心謹(jǐn)慎地用組成型揮發(fā)物讓自己“隱身”，“免受荼毒”。
未來用途令人興奮：
或?qū)⒆屴r(nóng)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(shù)據(jù)分析工作歷時6年�！耙驗閷嶒炈玫睦ハx只有每年五六月才出現(xiàn)，我們要花費(fèi)許多時間進(jìn)行昆蟲的采集，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證�！绷痔裉裾f，大部分時間也在做前期準(zhǔn)備，加上跨國合作，耗時較長。
植物如此聰明的行為被人類發(fā)現(xiàn)，自然不能白白浪費(fèi)。
“未來，我們或許可以在其他的植株材料上得到應(yīng)用，比如玉米、水稻等農(nóng)作物上，尋找到植株本身揮發(fā)物的調(diào)控基因，用基因編輯的手段，提高組成型揮發(fā)物和昆蟲誘導(dǎo)型揮發(fā)物的含量。”林恬恬說，從而在田間形成一個自主防御系統(tǒng)降低農(nóng)作物遭受的蟲害，不需要再人為噴施農(nóng)藥，既省時省力省錢，也更加綠色環(huán)保。
而另一種可能，或許可以找到揮發(fā)性物質(zhì)的成分，通過化學(xué)合成，成為新型安全的“驅(qū)蟲劑”和“誘導(dǎo)劑”。“但這些都需要科學(xué)家的進(jìn)一步研究，尤其是需要田間實驗的驗證�！绷痔裉裾f。
成都商報-紅星新聞記者 于遵素 實習(xí)生 成佳熾
