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在漫長(zhǎng)的進(jìn)化歷程中,植物練就一身本領(lǐng),防御昆蟲(chóng)咬食 人從呱呱墜地那一刻起,就要與各種病菌戰(zhàn)斗,幸運(yùn)的是嬰兒的免疫系統(tǒng)會(huì)慢慢發(fā)育成型,可以殺死很多病菌。同樣,植物在生長(zhǎng)過(guò)程中也會(huì)碰到侵害它們的各種蟲(chóng)子、病菌等,在長(zhǎng)期的進(jìn)化歷程中,植物已經(jīng)進(jìn)化出一套復(fù)雜的防御手段來(lái)抵抗昆蟲(chóng)、病菌的入侵。 一些研究人員對(duì)植物抗蟲(chóng)的手段產(chǎn)生了濃厚興趣,希望通過(guò)研究植物防蟲(chóng)的辦法來(lái)了解自然并為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供幫助。 昆蟲(chóng)來(lái)咬,哨兵發(fā)出信號(hào) 工廠開(kāi)工,生產(chǎn)毒藥尼古丁 煙草是云南的支柱產(chǎn)業(yè)之一,這種植物里有種化合物叫尼古丁。尼古丁,是一種存在于煙草屬(茄科)中的生物堿,也是煙草的重要成分之一。它會(huì)使人上癮或產(chǎn)生依賴(lài)性(為最難戒除的毒癮之一),重復(fù)使用尼古丁會(huì)增加心臟速度和升高血壓并降低食欲。大劑量的尼古丁會(huì)引起嘔吐以及惡心,嚴(yán)重時(shí)人會(huì)死亡。煙草中通常會(huì)含有尼古丁,這是許多吸煙者無(wú)法戒掉煙癮的重要原因。 但是,尼古丁是非常好的抗蟲(chóng)化合物。煙草屬植物被蟲(chóng)子咬食后,“哨兵”也就是植物的感受系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出被攻擊的信號(hào),這個(gè)信號(hào)通過(guò)一套非常復(fù)雜的機(jī)制最終傳到 “生產(chǎn)工廠”命令生產(chǎn)尼古丁,從而用這種神經(jīng)毒素來(lái)進(jìn)行防御。 比較有意思的是,煙草屬植物中尼古丁只在根部進(jìn)行合成,葉片和莖桿部位無(wú)法合成尼古丁。也就是說(shuō),葉片感受到蟲(chóng)咬后,一個(gè)信號(hào)會(huì)傳到根部的尼古丁工廠,使其開(kāi)工生產(chǎn)尼古丁。當(dāng)然,植物防御昆蟲(chóng)并不是沒(méi)有代價(jià)的。比如,合成尼古丁是非常昂貴的,因?yàn)槟峁哦±镱^含有氮元素,而氮是用來(lái)合成植物生長(zhǎng)所需要的營(yíng)養(yǎng)成分。因此,合成抗蟲(chóng)用的尼古丁又會(huì)降低植物的生長(zhǎng)速率。 尼古丁生產(chǎn)出來(lái)后,被運(yùn)送到莖葉。蟲(chóng)子吃了含有尼古丁的葉片后,需要有個(gè)“解毒”的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程對(duì)昆蟲(chóng)來(lái)說(shuō)也是一個(gè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力的事情。如果蟲(chóng)子沒(méi)有進(jìn)化出解毒機(jī)制,就會(huì)中毒身亡。但是,昆蟲(chóng)也會(huì)進(jìn)化,進(jìn)化出對(duì)植物抗蟲(chóng)化合物產(chǎn)生抵抗力的本領(lǐng)。比如,煙草天蛾就是一種非常耐受尼古丁的昆蟲(chóng)。如果把煙草天蛾的耐受量和人的相比,人的耐受程度就太低了。這是昆蟲(chóng)適應(yīng)進(jìn)化的結(jié)果。 尼古丁只是煙草屬植物所特有的抗蟲(chóng)方式之一。植物都含有多種多樣的次生代謝產(chǎn)物,而其中很多都有抗蟲(chóng)功能,如棉花里的棉酚和辣椒里的辣椒素等,也是植物抗蟲(chóng)用的化合物。 兩個(gè)煙草品種的不同手段 生長(zhǎng)還是防御 對(duì)于植物來(lái)說(shuō),當(dāng)有蟲(chóng)子來(lái)咬吃時(shí),它要做出決定,是集中進(jìn)行防御,還是重點(diǎn)繼續(xù)快速生長(zhǎng)。如果防御的代價(jià)高到一定程度,有的植物寧可不充分防御,而是選擇快速生長(zhǎng)。 人們很早就提出了這個(gè)理論,而驗(yàn)證這個(gè)理論的好例子也是煙草屬植物。在美國(guó)猶他州和亞利桑那州,生長(zhǎng)有同一野生煙草的兩個(gè)品種。研究人員曾做過(guò)一項(xiàng)研究,把同一種蟲(chóng)子放在這兩種煙草上,看看它們的反應(yīng)是否相同。研究發(fā)現(xiàn),猶他州野生煙草的抗性非常強(qiáng)烈,采用生產(chǎn)較大量尼古丁的方式來(lái)防御昆蟲(chóng);而亞利桑那州的野生煙草響應(yīng)不強(qiáng)烈,但卻長(zhǎng)得很快。 亞利桑那州的野生煙草,乘著蟲(chóng)子慢慢咬食的時(shí)間,快快生長(zhǎng)、開(kāi)花、結(jié)果,完成播種后代的使命。也就是說(shuō),這種野生煙草并沒(méi)有采用著重于防御的手段,而是采用著重于生長(zhǎng)的方式來(lái)對(duì)付蟲(chóng)害。進(jìn)一步研究后,人們認(rèn)為這和亞利桑那州野生煙草的生活環(huán)境有一定關(guān)系。這里蟲(chóng)害不是很強(qiáng)烈,野生煙草可以不用太在乎蟲(chóng)子,盡快地完成開(kāi)花、結(jié)果的生命過(guò)程即可應(yīng)對(duì)蟲(chóng)害。 當(dāng)然,植物防蟲(chóng)的手段不止這些,還有很多種。有的植物在碰到蟲(chóng)害后,會(huì)產(chǎn)生某些特殊的氣味,吸引昆蟲(chóng)的天敵來(lái)取食,從而起到防御作用;還有的植物會(huì)利用其他植物受到蟲(chóng)害后的產(chǎn)生的警戒信號(hào),從而使自己快速地產(chǎn)生防御反應(yīng),來(lái)幫助自己御敵。 |
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