來源:成都商報
植物也有防禦體系？
四川專家研究證明假說：不僅有“武器” 還會“求救”
一個假說
該植物研究領域的假說提出後，尚未成功找到一種理想的植物種群和與其相應的昆蟲類群來驗證。
一次驗證
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證植物“獠牙”進化的實驗，證明植物不會如我們想象的那麼任蟲“宰割”——上億年的進化，使植物也有自己聰明的“铠甲”。
有啥意義
“可以在田間形成一個自主防禦系統來降低農作物遭受的蟲害，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“驅蟲劑”和“誘導劑”。
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，是不是隻能白白地慘遭“蹂躏”？作為食物鍊“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：植食性昆蟲及其天敵參與驅動了葉片揮發物的進化進而使植物具備防禦功能。
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證明了植物葉片揮發物的防禦功能》的研究論文，證明植物才不會如我們想象的那麼任蟲“宰割”——上億年的進化，使植物也有了自己聰明的“铠甲”。
植物具備防禦功能？
這個假說一直未得到驗證
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，此前也并未能成功找到一種理想的植物種群和與其相應的昆蟲類群來驗證該假說，是以，這一假設是否真的成立，在學界也一直存在很大争議。
“如果單純依靠實驗室來做實驗，需要将一個植物種群放在沒有昆蟲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。
一種原生于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、澳洲、紐西蘭等地，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’，是沒有昆蟲和其天敵的。”林恬恬解釋說，這意味着，在這150多年間，千裡光在“自由”的環境裡“野蠻生長”，它自身還會産生抵抗昆蟲的物質嗎？
一次跨國合作的發現：
植物也有“武器”還會“求救”
2015年開始，驗證植物“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蟲測定，因為他們有昆蟲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，采集了20多個不同分布區的種群，在美國、加拿大、澳洲、紐西蘭等“入侵環境”，也采集了20個種群。“把它們放在同一個實驗條件下去作對比驗證。”
在植食性昆蟲的選取上，實驗團隊選用了千裡光的專食性昆蟲—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—甘藍夜蛾。
“千裡光葉片會産生兩種揮發性物質，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産生的物質，可以作為一種直接性防禦避免其被普食性昆蟲啃食，相當于“驅蟲劑”。
而誘導型揮發物，是指在被專食性昆蟲啃食葉片後，迅速地分泌可以吸引昆蟲天敵的成分，秉承着“敵人的敵人就是朋友”的戰略，發出“求救”信号，召喚昆蟲的天敵前來“救駕”，相當于“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裡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。”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，并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，将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，以及對比哪一個千裡光種群上寄生蜂的産卵量更高。”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，而專食性昆蟲為害後釋放的誘導型揮發物含量則顯著降低。昆蟲嗅覺及産卵實驗結果表明，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蟲具有更強的引誘作用，而對廣食性昆蟲則有更強的驅避作用。同時，專食性昆蟲為害招緻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證。
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蟲，千裡光就不必費力地生長抵抗天敵的“铠甲”，誘導型揮發物沒有“用武之地”，功能“退化”。但其他“吃雜食”的昆蟲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“隐身”，“免受荼毒”。
未來用途令人興奮：
或将讓農作物長出自己的“铠甲”
從2015年開始，到2021年8月正式見刊，實驗和資料分析工作曆時6年。“因為實驗所用的昆蟲隻有每年五六月才出現，我們要花費許多時間進行昆蟲的采集，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。”林恬恬說，大部分時間也在做前期準備，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蟲誘導型揮發物的含量。”林恬恬說，進而在田間形成一個自主防禦系統降低農作物遭受的蟲害，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“驅蟲劑”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證。”林恬恬說。
成都商報-紅星新聞記者 于遵素 實習生 成佳熾