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植物抗虫历险记

文章来源:  |  发布时间:2016-03-31  |  作者:  |  浏览次数:  |  【打印】 【关闭

 

  在漫长的进化历程中,植物练就一身本领,防御昆虫咬食 

    人从呱呱坠地那一刻起,就要与各种病菌战斗,幸运的是婴儿的免疫系统会慢慢发育成型,可以杀死很多病菌。同样,植物在生长过程中也会碰到侵害它们的各种虫子、病菌等,在长期的进化历程中,植物已经进化出一套复杂的防御手段来抵抗昆虫、病菌的入侵。

    一些研究人员对植物抗虫的手段产生了浓厚兴趣,希望通过研究植物防虫的办法来了解自然并为农业生产提供帮助。       

  昆虫来咬,哨兵发出信号 

  工厂开工,生产毒药尼古丁     

  烟草是云南的支柱产业之一,这种植物里有种化合物叫尼古丁。尼古丁,是一种存在于烟草属(茄科)中的生物碱,也是烟草的重要成分之一。它会使人上瘾或产生依赖性(为最难戒除的毒瘾之一),重复使用尼古丁会增加心脏速度和升高血压并降低食欲。大剂量的尼古丁会引起呕吐以及恶心,严重时人会死亡。烟草中通常会含有尼古丁,这是许多吸烟者无法戒掉烟瘾的重要原因。

    但是,尼古丁是非常好的抗虫化合物。烟草属植物被虫子咬食后,“哨兵”也就是植物的感受系统就会发出被攻击的信号,这个信号通过一套非常复杂的机制最终传到 “生产工厂”命令生产尼古丁,从而用这种神经毒素来进行防御。

    比较有意思的是,烟草属植物中尼古丁只在根部进行合成,叶片和茎杆部位无法合成尼古丁。也就是说,叶片感受到虫咬后,一个信号会传到根部的尼古丁工厂,使其开工生产尼古丁。当然,植物防御昆虫并不是没有代价的。比如,合成尼古丁是非常昂贵的,因为尼古丁里头含有氮元素,而氮是用来合成植物生长所需要的营养成分。因此,合成抗虫用的尼古丁又会降低植物的生长速率。 

  尼古丁生产出来后,被运送到茎叶。虫子吃了含有尼古丁的叶片后,需要有个“解毒”的过程。这个过程对昆虫来说也是一个费时费力的事情。如果虫子没有进化出解毒机制,就会中毒身亡。但是,昆虫也会进化,进化出对植物抗虫化合物产生抵抗力的本领。比如,烟草天蛾就是一种非常耐受尼古丁的昆虫。如果把烟草天蛾的耐受量和人的相比,人的耐受程度就太低了。这是昆虫适应进化的结果。

    尼古丁只是烟草属植物所特有的抗虫方式之一。植物都含有多种多样的次生代谢产物,而其中很多都有抗虫功能,如棉花里的棉酚和辣椒里的辣椒素等,也是植物抗虫用的化合物。   

  两个烟草品种的不同手段 

  生长还是防御     

    对于植物来说,当有虫子来咬吃时,它要做出决定,是集中进行防御,还是重点继续快速生长。如果防御的代价高到一定程度,有的植物宁可不充分防御,而是选择快速生长。

    人们很早就提出了这个理论,而验证这个理论的好例子也是烟草属植物。在美国犹他州和亚利桑那州,生长有同一野生烟草的两个品种。研究人员曾做过一项研究,把同一种虫子放在这两种烟草上,看看它们的反应是否相同。研究发现,犹他州野生烟草的抗性非常强烈,采用生产较大量尼古丁的方式来防御昆虫;而亚利桑那州的野生烟草响应不强烈,但却长得很快。

    亚利桑那州的野生烟草,乘着虫子慢慢咬食的时间,快快生长、开花、结果,完成播种后代的使命。也就是说,这种野生烟草并没有采用着重于防御的手段,而是采用着重于生长的方式来对付虫害。进一步研究后,人们认为这和亚利桑那州野生烟草的生活环境有一定关系。这里虫害不是很强烈,野生烟草可以不用太在乎虫子,尽快地完成开花、结果的生命过程即可应对虫害。

    当然,植物防虫的手段不止这些,还有很多种。有的植物在碰到虫害后,会产生某些特殊的气味,吸引昆虫的天敌来取食,从而起到防御作用;还有的植物会利用其他植物受到虫害后的产生的警戒信号,从而使自己快速地产生防御反应,来帮助自己御敌。 


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原本山川 极名草木