植物如何防虫？川农团队为你揭秘
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植物研究领域中一直有一个热点假说——植食性昆虫及其天敌的存在驱动了植物叶片挥发物发生自然选择进化，从而具备了不同的防御能力。近日，这一假说被我校学者首次证明。
近日，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》上在线发表了名为《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。本研究是林恬恬与国内外学者合作完成，其中浙江大学教授娄永根、莱顿大学博士Klaas Vrieling、瑞士Neuchatel大学教授Ted Turlings为本文的共同通讯作者。
该研究的设计为了验证植物研究领域的热点假说：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。但是迄今尚未有研究能找到一种理想的植物种群和及其相应的昆虫类群来验证该假设，因此，该假设是否成立在学界一直存在很大争议。
本研究利用千里光的专食性昆虫朱砂叶蛾和其专性寄生蜂以及另外一种普食性昆虫甘蓝夜蛾，对千里光入侵种群挥发物的进化变化及其组成型挥发物、诱导型挥发物各自的防御作用进行分析。千里光是多年生植物，原产于欧亚大陆，大约在150年前入侵了澳大利亚、新西兰等国。在这些入侵领域，不存在千里光的专食性昆虫及其天敌。
本研究发现，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要则显著降低。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，专食性昆虫为害后诱导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，并且得到了田间自然寄生率实验的佐证。
这一研究结果首次揭示了叶片挥发物介导的对植食性昆虫的直接和间接防御驱动了植物挥发物的进化，证实了植物挥发物的重要防御功能。
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植物的聪明，你知道吗？
由于遇到采食的昆虫不能主动逃跑，它们就学会了被动防御的技能。在正常情况下，植物随时都在释放一种“驱虫剂”——组成型挥发物，可以直接趋避普食性害虫。
在昆虫采食后，植物会释放另一种“引诱剂”—昆虫诱导型挥发物，来召唤昆虫的天敌前来“救驾”。
这两类物质在数量和质量上都有差异。昆虫诱导型挥发物含量要远远高于组成类挥发物，且多是萜类物质。
在揭示植物奥秘的同时，也需要对与之紧密联系的昆虫进行研究。这次研究就以千里光、该植物的专食性昆虫朱砂蛾及其专性寄生蜂、广食性昆虫甘蓝夜蛾为研究系统，通过开展昆虫嗅觉行为和产卵选择测试，探索不同昆虫种类对千里光入侵和本土基因型的选择偏好性，从而了解不同挥发物的具体防御功能。
单丝不成线，独木不成林。本次研究是一个交叉学科领域的研究项目，包括进化生物学和化学生态学。而不同领域的专家合作，可以把大家的优势互补，集思广益，避免了很多弯路。
未来,这项研究还可以在其他的植株材料上得到应用，比如在玉米、水稻等农作物上寻找挥发物的调控基因，用基因编辑的手段来提高组成型挥发物和昆虫诱导型挥发物的含量，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。
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图片 丨陈妍妃 中国科学报 本人提供
文字 丨杨默涵 中国科学报 科学网 科学新闻杂志
编辑 丨 史泽东
责编 丨 朱梦佳
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