科學(xué)探索：紅薯的預(yù)警信號(hào)

圖片來(lái)源：Pixabay

有一種紅薯，一旦它的葉片受到蟲子啃咬，就會(huì)釋放刺鼻的化學(xué)信號(hào)，促使葉片（無(wú)論是同一株植物上的還是周圍同種植株上的）合成防御性蛋白質(zhì)，從而讓葉肉變得難以消化。最近，一項(xiàng)新的研究持續(xù)追蹤了這種氣味預(yù)警系統(tǒng)，相關(guān)內(nèi)容發(fā)表于《科學(xué)報(bào)告》（Scientific Reports）。

阿克塞爾·米特霍夫（Axel Mit-h?fer）是德國(guó)馬克斯·普朗克化學(xué)生態(tài)學(xué)研究所的植物生態(tài)學(xué)家，也是這篇論文的共同作者之一。他說(shuō)：“這種紅薯的防御反應(yīng)非常迅速?！痹谄渌N類的植物中，也存在化學(xué)預(yù)警現(xiàn)象。通常，預(yù)警信號(hào)會(huì)讓鄰近的植株進(jìn)入防御狀態(tài)，但只有當(dāng)葉片真的被啃咬后才會(huì)合成防御性物質(zhì)。但是，這種紅薯的葉片在附近的葉片被啃咬時(shí)，立馬就會(huì)合成防御性物質(zhì)。

為了實(shí)驗(yàn)，米特霍夫和同事把毛蟲放到了兩種不同的紅薯上：一種是抗蟲能力很好的紅薯品種臺(tái)農(nóng)57（TN57）號(hào)；另一種則是TN66號(hào)（TN57號(hào)的近親品種），它的抗蟲能力較差。兩者均為中國(guó)臺(tái)灣出產(chǎn)的品種。在受到毛蟲攻擊后，兩種紅薯都“呼出”了至少40種化學(xué)物質(zhì)，但是，TN57葉片釋放的DMNT（在植物的防御反應(yīng)中常見(jiàn)的一種信號(hào)物質(zhì)）是TN66的近2倍。

在另一個(gè)密閉的玻璃罩中，放著一株TN57，研究人員預(yù)先用鑷子扎破了它的葉片。隨后，研究人員又把一株健康的TN57放入了密閉的玻璃罩中。在不到24小時(shí)的時(shí)間里，兩株植物未受傷的葉片中均出現(xiàn)了高濃度的貯藏蛋白（sporamin）。

貯藏蛋白是一種大量存在于紅薯塊莖中的蛋白質(zhì)，它能讓沒(méi)有被煮熟的塊莖難以消化。而當(dāng)研究人員向玻璃罩內(nèi)釋放人工合成的DMNT時(shí)，即便植株完整健康，葉片也會(huì)迅速合成貯藏蛋白。

米特霍夫的研究團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)行下一步的工作，深入探究TN57的葉片“聞”和“認(rèn)”DMNT的機(jī)制。此外，他們還希望研究葉片釋放的其他化學(xué)成分，明確是否存在更多能夠激發(fā)植物防御反應(yīng)的物質(zhì)。

美國(guó)羅格斯大學(xué)的昆蟲學(xué)家西澤·羅德里格斯-紹納（Cesar Rodriguez-Saona，并未參與這項(xiàng)研究）認(rèn)為，相關(guān)研究展示了一種非常有趣的植物防御機(jī)制。但他也指出，由于密閉性，玻璃罩內(nèi)的DMNT濃度可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于空氣流通的實(shí)際空間。他認(rèn)為還有一種可能性：TN57的葉子不一定總是會(huì)“非常迅速”地直接響應(yīng)這種防御反應(yīng)，畢竟這么做非常消耗能量。

撰文：普林亞克·倫瓦爾（Priyanka Runwal）

翻譯：祝錦杰

文章來(lái)源：環(huán)球科學(xué)

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