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植物可以准备昆虫攻击序列

元洁晴
摘要植物受到各种昆虫物种的攻击。他们有防御机制来解决这个问题,包括化学物质或更坚固的叶子。但现在发现,当野生黑芥菜植物抵御最初的敌人时

植物受到各种昆虫物种的攻击。他们有防御机制来解决这个问题,包括化学物质或更坚固的叶子。但现在发现,当野生黑芥菜植物抵御最初的敌人时,它们已经预料到以后需要抵御其他不同的敌人。事实上,他们甚至为最可能的攻击者序列做好了准备。这项非凡的研究现已发表在著名的科学杂志《自然植物》上。

这篇文章基于 Daan Mertens 和 Maite Fernandéz de Bobadilla 进行的博士研究,他们在瓦赫宁根大学与研究中心昆虫学实验室副教授 Erik Poelman 领导的团队中工作。

“我们越来越多地转向可持续的农业和园艺形式,其中包括大幅减少杀虫剂的使用,”Poelman 说。“对于可耕种的农民来说,这意味着必须应对更多种类的昆虫攻击他们的作物。植物育种者过去专注于对最有问题的昆虫的抵抗力,而广谱杀虫剂则被用来对付其他食草动物。现在我们必须改变我们的方法,这样做我们可以从野生植物物种中学习以及它们如何处理多样性的昆虫。”

Mertens 解释说,这是一个重大的方向转变。“以前,将有一个重点培育的植物是处理特定的昆虫问题。现在,植物育种有可能创造的作物,在他们的防御灵活,可以应付各种敌人。这是关于对系统的方法移动。 ”

每个敌人的具体反应

植物永远无法确定它们是否或何时会受到攻击。大多数物种只有在真正受到攻击时才完全投资防御(例如生产防御性化学品)来解决这种不确定性。这意味着当食草昆虫不存在时,植物可以将它们的资源(光合作用的产物,如糖和淀粉)充分投入到自身的生长和繁殖中。

“植物对哪些昆虫正在攻击它们有着相当具体的感觉,”默滕斯说。“他们从细胞受损的方式、随后释放的化合物以及昆虫唾液的特征中注意到昆虫的攻击。他们可以解释这些信号以进行有针对性的防御。”

然而,针对一种昆虫物种的防御可能无法有效抵御其他昆虫物种的攻击。

一个额外的复杂因素是,例如,植物对蚜虫的特定反应会降低其对毛虫的抵抗力。这是因为植物有多种机制来发展不同种类的防御。这些机制是由植物激素触发的,这些激素在调节防御反应时可能会相互作用。

风险管理

那么,一株有昆虫在其周围蜂拥而至的野生植物,如何仍然能够很好地照顾自己呢?“它们已准备好让有害昆虫按特定顺序到达,”默滕斯说。“在季节初期,它可能是特定种类的蚜虫,后来是特定种类的毛虫。他们组织防御并确保随着时间的推移能够应对这些不同的昆虫。这似乎是一种有意识的风险管理形式,但它是通过自然选择出现的。它们可以处理最常见的事件序列。”

通过一个异常大的实验,研究人员表明这确实是植物策略的运作方式。他们观察了黑芥菜对 90 种昆虫攻击组合使用的防御机制,并将这些结果与三年对野生植物相互作用频率的研究联系起来。过去的类似测试仅限于五种组合。

这种雄心勃勃的方法产生了宝贵的新见解。“我们已经将我们对植物生理学的理解与生态学联系起来,”Poelman 解释道。“昆虫以植物汁液为食会触发一种反应,然后削弱植物对毛虫的潜在防御的旧观点已经证明太简单了。我们的工作证实了对植物对蚜虫和毛虫的生理反应的研究,但也揭示了在许多情况下,植物不会变得更容易受到具有不同摄食模式的昆虫的影响。野生昆虫的特定组合或序列的存在似乎比单个昆虫物种的特征更能预测抵抗力。”