植物也有防御体系？不仅有“武器”还会“求救”

       植食性昆虫及其天敌参与驱动了叶片挥发物的进化从而使植物具备防御功能？

　　该植物研究领域的假说提出后，尚未成功找到一种理想的植物种群和与其相应的昆虫类群来验证。

　　一次验证

　　四川农业大学、浙江大学、荷兰莱顿大学和瑞士纳沙泰尔大学，合作开展了一项名为验证植物“獠牙”进化的实验，证实植物不会如我们想象的那么任虫“宰割”——上亿年的进化，使植物也有自己聪明的“铠甲”。

　　有啥意义

　　“可以在田间形成一个自主防御系统来降低农作物遭受的虫害，不需要再人为喷施农药，既省时省力省钱，也更加绿色环保。”四川农业大学林学院副教授林恬恬说，或许还可以找到挥发性物质的成分，通过化学合成，成为新型安全的“驱虫剂”和“诱导剂”。

　　你有没有这样的疑问，不会逃跑的植物，在被虫子啃食叶片时，是不是只能白白地惨遭“蹂躏”？作为食物链“低段位”选手，植物真的这么卑微吗？

　　植物研究领域一直有这样的热点假说：植食性昆虫及其天敌参与驱动了叶片挥发物的进化从而使植物具备防御功能。

　　8月9日，四川农业大学林学院副教授林恬恬以第一作者身份在《当代生物学》上发表了名为《一种入侵植物的进化证明了植物叶片挥发物的防御功能》的研究论文，证实植物才不会如我们想象的那么任虫“宰割”——上亿年的进化，使植物也有了自己聪明的“铠甲”。

　　植物具备防御功能？

　　这个假说一直未得到验证

　　植物研究领域一直有这样的热点假说：植食性昆虫及其天敌参与驱动了叶片挥发物的进化从而使植物具备防御功能。

　　似乎超出了普通人对“逆来顺受”的植物的认识。

　　在植物研究领域，此前也并未能成功找到一种理想的植物种群和与其相应的昆虫类群来验证该假说，因此，这一假设是否真的成立，在学界也一直存在很大争议。

　　“如果单纯依靠实验室来做实验，需要将一个植物种群放在没有昆虫和其天敌存在的环境中进化100年以上，这显然不现实。”林恬恬解释说。

　　恰好，荷兰莱顿大学博士Klaas Vrieling所在的研究组，正是研究入侵植物的。

　　一种原生于欧亚大陆的多年生植物——千里光，约在150年前被人类活动带到美国、加拿大、澳大利亚、新西兰等地，成为当地的“入侵植物”，成为了此次实验的理想植物种群。“在植物入侵的‘领地’，是没有昆虫和其天敌的。”林恬恬解释说，这意味着，在这150多年间，千里光在“自由”的环境里“野蛮生长”，它自身还会产生抵抗昆虫的物质吗？

　　一次跨国合作的发现：

　　植物也有“武器”还会“求救”

　　2015年开始，验证植物“獠牙”进化的实验，在四川农业大学、浙江大学、荷兰莱顿大学和瑞士纳沙泰尔大学的合作下开展。

　　“荷兰莱顿大学组主要做植物收集、培育，在瑞士纳沙泰尔做昆虫测定，因为他们有昆虫嗅觉测定仪和专业的挥发物测定仪。”林恬恬说，实验团队在千里光的本土环境，例如荷兰、法国等地，采集了20多个不同分布区的种群，在美国、加拿大、澳大利亚、新西兰等“入侵环境”，也采集了20个种群。“把它们放在同一个实验条件下去作对比验证。”

　　在植食性昆虫的选取上，实验团队选用了千里光的专食性昆虫—朱砂夜蛾，和朱砂夜蛾的专性寄生蜂，同时，还选择了另外一种普食性昆虫—甘蓝夜蛾。

　　“千里光叶片会产生两种挥发性物质，一种是组成型挥发物，一种是诱导型挥发物。”林恬恬说。

　　组成型挥发物，是指千里光叶片自身持续性释放产生的物质，可以作为一种直接性防御避免其被普食性昆虫啃食，相当于“驱虫剂”。

　　而诱导型挥发物，是指在被专食性昆虫啃食叶片后，迅速地分泌可以吸引昆虫天敌的成分，秉承着“敌人的敌人就是朋友”的战略，发出“求救”信号，召唤昆虫的天敌前来“救驾”，相当于“诱导剂”。

　　实验设立了本土种群和入侵种群两个对照组，首先在实验室环境下利用昆虫嗅觉测试仪测试了“普食性昆虫”“专食性昆虫”“专食性昆虫的寄生蜂”的选择偏好性。

　　“简单地说，我们把来自本土和入侵两种不同种群的千里光植株放置在昆虫嗅觉仪中，看三类昆虫各自会更偏好哪种植株。”林恬恬说，同时在实验中还收集两个种群植株的组成型挥发物和诱导型挥发物，并用检测仪器分析不同挥发物质的成分和含量。

　　除了在实验环境下得到结论，团队还重新回到自然环境里，在试验田里种植本土和入侵种群的千里光，将专食性昆虫幼虫放置在叶片上，“过一段时间，测算这些幼虫是否遭到寄生蜂的寄生，以及对比哪一个千里光种群上寄生蜂的产卵量更高。”林恬恬说。

　　研究发现，与本地种群相比，入侵千里光种群释放的组成型挥发物含量更高，而专食性昆虫为害后释放的诱导型挥发物含量则显著降低。昆虫嗅觉及产卵实验结果表明，与本地种群相比，入侵种群释放的组成型挥发物对专食性昆虫具有更强的引诱作用，而对广食性昆虫则有更强的驱避作用。同时，专食性昆虫为害招致的本地种群释放的诱导型挥发物比入侵种群对寄生蜂具有更强的吸引作用。这个结果，得到了田间自然寄生率实验的佐证。

　　也就是说，在“野蛮生长”的入侵环境里，因为没有专门吃自己的天敌昆虫，千里光就不必费力地生长抵抗天敌的“铠甲”，诱导型挥发物没有“用武之地”，功能“退化”。但其他“吃杂食”的昆虫可能也会把入侵的千里光当成“盘中餐”，作为“外来客”的千里光还是要小心谨慎地用组成型挥发物让自己“隐身”，“免受荼毒”。

　　未来用途令人兴奋：

　　或将让农作物长出自己的“铠甲”

　　从2015年开始，到2021年8月正式见刊，实验和数据分析工作历时6年。“因为实验所用的昆虫只有每年五六月才出现，我们要花费许多时间进行昆虫的采集，前一年在实验室做了实验，要等到第二年才能做田间实验验证。”林恬恬说，大部分时间也在做前期准备，加上跨国合作，耗时较长。

　　植物如此聪明的行为被人类发现，自然不能白白浪费。

　　“未来，我们或许可以在其他的植株材料上得到应用，比如玉米、水稻等农作物上，寻找到植株本身挥发物的调控基因，用基因编辑的手段，提高组成型挥发物和昆虫诱导型挥发物的含量。”林恬恬说，从而在田间形成一个自主防御系统降低农作物遭受的虫害，不需要再人为喷施农药，既省时省力省钱，也更加绿色环保。

　　而另一种可能，或许可以找到挥发性物质的成分，通过化学合成，成为新型安全的“驱虫剂”和“诱导剂”。“但这些都需要科学家的进一步研究，尤其是需要田间实验的验证。”林恬恬说。