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(diǎn)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(jìn)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(xué)林學(xué)院副教授林恬恬告訴記者,通過與國內(nèi)外專家團(tuán)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(hù)
近日,林恬恬副教授以第一作者的身份在國際生物學(xué)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(jìn)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(diǎn),就在于植物葉片揮發(fā)物的自我防御功能以及進(jìn)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(dǎo)型揮發(fā)物,也就是它們的“驅(qū)蟲劑”和“引誘劑”。
科學(xué)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(dāng)受到專食性昆蟲為害時,則會大量釋放誘導(dǎo)型揮發(fā)物,以引誘該昆蟲的天敵前來捕食,達(dá)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(rèn)為植食性昆蟲及其天敵應(yīng)該參與驅(qū)動了葉片揮發(fā)物的進(jìn)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(jī)制和實證案例一直缺少印證。
隨機(jī)應(yīng)變不斷進(jìn)化“對蟲下藥”
為了證明這一觀點(diǎn),該團(tuán)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(lán)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(dǎo)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(yīng)該多用“驅(qū)蟲劑”還是“引誘劑”,進(jìn)行自我防御功能的進(jìn)化。
為了進(jìn)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(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,專食性昆蟲為害后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,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(dǎo)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(jìn)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(rèn)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(hù)能力的方法,達(dá)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)