植物分泌的茉莉酸让害虫自相残杀

水杨酸与茉莉酸等分子,是否只能启动防御机制、让植物「全面备战」而已吗?最近来自美国的研究团队发现,植物在感应到茉莉酸时,不只是自己会提高戒备,还会让虫虫自相残杀喔

植物分泌的茉莉酸让害虫自相残杀

甜菜夜蛾幼虫。图片来源:Wiki
(文/叶绿舒)

植物不会动,所以遇到虫害的时候,是否只能无奈的被咬呢?

过去许多研究发现,其实植物没有表面看起来那么无辜的样子。有些植物会招来打手消灭不受欢迎的客人,如欧洲品系的玉米以及大刍草(teosinte)在遭受西方玉米根虫(western corn rootworm,Diabrotica virgifera virgifera)的幼虫攻击时,会分泌一种倍半萜(( E )-β-caryophyllene)召来西方玉米根虫幼虫的天敌:线虫。

但是,能叫打手的毕竟是少数;大部份的植物都是透过分泌如水杨酸(salicylic acid,SA)、茉莉酸(jasmonic acid,JA)等等,来启动自己的防御机制。不过近年来的研究也发现,这些防御机制并不像过去所认为的那么简单。一样是被咬,甜菜夜蛾(Spodoptera exigua,宿主包括二十科的植物)或是纹白蝶(Pieris rapae,专门以十字花科的植物为食草)幼虫的啃咬,所造成的增加与减少表现的基因,只各有21%与12%的基因是相同的;而一样被吸取筛管的汁液,桃蚜(Myzus persicae,吸食许多不同科的植物的汁液)与菜蚜(Brevicoryne brassicae,专门吸食十字花科植物的汁液)的吸食所引发的反应,也只各有7%与4%的基因是相同的。

水杨酸与茉莉酸等分子,是否只能启动防御机制、让植物「全面备战」而已吗?最近来自美国的研究团队发现,植物在感应到茉莉酸时,不只是自己会提高戒备,还会让虫虫自相残杀喔!

叫打手来已经很恐怖了,还会让虫虫们自相残杀,这根本就是恐怖片!

我们来看看到底是怎么办到的吧。当事双方是甜菜夜蛾幼虫与番茄(S. lycopersicum),研究团队以10 mM、1 mM、0.1 mM 、0 mM(控制组)的甲基茉莉酸(MeJA)连续处理两天后,于第二次处理完一小时后将八只甜菜夜蛾的三龄幼虫放到番茄叶片上,接着连续八天观察幼虫的数量以及体重。

结果发现,喷洒最高量MeJA的组别的幼虫们,自相残杀的情形最严重;而没有喷洒MeJA的组别,到后面的实验阶段才出现比较明显的自相残杀。

为什么这些虫虫要自相残杀呢?研究团队认为,可能是因为植物在启动防御机制后造成叶片的营养成分减少。过去的研究发现,甜菜夜蛾幼虫的确会在吃到低氮含量的叶片的状况下进行自相残杀。而研究团队也发现,使用被1 mM MeJA处理过的番茄叶片喂食的幼虫们几乎没怎么长,但自相残杀组的生长速度与控制组差不多。虽然没有直接测量被MeJA处理过的叶片是否养分(尤其是氮含量)较少,这些间接的证据应该也足以支持他们的论点了。

所以植物们可能是在启动防御机制时,降低了自己的营养成分,造成虫虫们自相残杀;自相残杀对植物有什么好处呢?

让敌人自相残杀有几个优点:

  • 当他们忙着互咬,就没空咬你了;所以可以降低自己的损害。
  • 敌人自相残杀完后,敌人的数目当然也减少了;这样咬你的人也变少了。

在本篇论文中可以看到,到实验结束时,还有最多叶片留下的组别,的确就是以10 mM MeJA处理的组别;其次是1 mM、而0.1 mM的又其次。至于没有用MeJA来处理的组别,几乎被吃光了。

当然这些看起来都很美妙,但有一个大问题是:在自然环境中,植物通常是被咬以后才会分泌茉莉酸喔!所以说了半天,难道这只是研究团队在耍笨、浪费研究经费吗?

当然不是啰!虽然植物通常不被咬就不会分泌茉莉酸,但先前也有研究发现,植物在受到伤害时,会释放出VOC(挥发性物质)来通知隔壁的植物。虽然在那篇文章中只是单纯的受伤,但茉莉酸也是可挥发性的,在被咬了以后放出茉莉酸,邻居感应到赶紧提升装备、同时叶片营养含量减少;等可恶的害虫到邻居那里去作乱后,就因为养分不足而开始互相吞食…谁曰不可?

所以,还是一句老话:植物没有它们表面上看起来的那么无辜喔!


参考文献:
  1. Sergio Rasmann et. al., 2005.  Recruitment of entomopathogenic nematodes by insect-damaged maize roots . Nature 434, 732-737 (7 April 2005) | doi:10.1038/nature03451
  2. Heidi M. Appel, Howard Fescemyer, Juergen Ehlting, David Weston, Erin Rehrig, Trupti Joshi, Dong Xu, Joerg Bohlmann, Jack Schultz.  Transcriptional responses of Arabidopsis thaliana to chewing and sucking insect herbivores . Frontiers in Plant Science, 2014; 5 DOI : 10.3389/fpls.2014.00565
  3. John Orrock et. al., 2017.  Induced defences in plants reduce herbivory by increasing cannibalism  Nature Ecology & Evolution 1, 1205–1207. doi:10.1038/s41559-017-0231-6

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