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              生物

              植物:好不容易造出的”殺蟲劑”,為何還能引蟲上身?

              絡石 發表于  2018-10-08 16:42

              |· 本文來自“我是科學家”·|

              動物在面對其他生物的挑釁或欺負時,往往都是要么還擊,要么逃走。但與動物相比,植物們“沒手沒腳”,無法直接消滅掉敵人,似乎只能“無動于衷”。

              但也別小瞧它們,在這看似安靜的過程中,植物的體內已經開始“高速運轉”,去抵抗外界生物(或非生物)對它的威脅。

              其中一種形式,就是產生次生代謝產物,它們是普遍存在于植物體內的小分子有機化合物。

              次生代謝產物有什么用?

              科學家們發現,很多植物需要次生代謝產物去幫助它們獲取更多的養分,或者抵抗環境中的種種威脅。

              例如,有些植物葉表面附有一層蠟質以限制蒸騰作用,防止體內的水分在極端高溫條件下過度散失導致死亡;十字花科蔬菜中的硫代葡萄糖苷(簡稱硫苷),其中的3-吲哚甲基硫代葡萄糖苷水解產物能夠抑制微生物的生長,同時對某些昆蟲和草食動物具有威懾作用。這些次生代謝物質都對植物的生長和生存有很大的幫助,是植物的“好幫手”。

              但是也有例外——有些次生代謝在幫助植物的同時卻也會給植物引來殺身之禍,讓它們不得不面臨窘迫。

              玉米中的苯并惡嗪類就是其中一種。

              玉米。圖片來源:Pixabay

              玉米與西方玉米根蟲的愛恨糾葛?

              苯并嗪類物質(benzoxazinoid , Bx),是一類廣泛存在于禾本科植物中的次生代謝物,具有廣泛的抗病、抗蟲性,能作用于多種農作物病蟲害,也是農作物育種的一個抗性指標。

              這類化學物質以丁布為代表,是科學家們研究昆蟲與植物相互關系的一類重要化合物。從上世紀60年代開始,人們就對這一類化合物的性質、結構以及抗蟲性等多方面展開了研究[1]

              玉米就是一種能夠代謝合成的苯并惡嗪類化合物的作物。苯并惡嗪能夠幫助玉米從土壤中攝取鐵,能將有益微生物吸引到與植物根部接觸的土壤區域,也能對防御外界脅迫起到一定的促進作用。它是玉米適應外界環境的重要的組件。

              乙之砒霜,甲之蜜糖”?

              而玉米在使用苯并惡嗪的同時,卻被一種叫做西方玉米根蟲的天敵盯上了。苯并惡嗪非但對它不能產生抵御作用,反而還成了一種吸引它的香味劑”

              西方玉米根蟲(Diabrotica virgifera virgifera,WCR)是一種適應性很強的入侵害蟲,已經成為美國玉米種植帶最重要的害蟲。它能使被危害的玉米植株倒伏,產量下降,每年造成的各種損失達十幾億美元 [2]。圖片來源于文獻 [3]

              玉米需要通過苯并惡嗪類物質來幫助它攝取土壤中的鐵元素,但西方玉米根蟲卻可以通過感知苯并惡嗪-鐵絡合物來精確定位和品嘗玉米,不僅如此,它還能利用從玉米那里獲取的苯并惡嗪來幫助自己抵御其他寄生蟲,苯并惡嗪類物質被根蟲輕松利用。

              除了苯并惡嗪,之前提到的硫代葡萄糖苷也會讓一些植物陷入類似的窘境:本來它是植物產生的一種防御病原體、昆蟲和食草鳥類等捕食者的次生代謝產物,但對蚜蟲來說卻不管用。因為蚜蟲會一邊吸食植物,一邊幫助植物積累硫代葡萄糖苷以防御其他的捕食者。這導致植物陷入一個既要促進蚜蟲存活的又要被蚜蟲啃食的利用怪圈。

              蚜蟲可以幫助植物積累硫代葡萄糖苷以防御其他的捕食者,但蚜蟲又可以輕松啃食植物。圖片來源:圖蟲創意

              可能植物也不會意料到,幫助自己維生和御敵的次生代謝產物,會在對付一些動物天敵時,被另一些天敵完美利用。

              那么,植物為什么會進化出同時對自己有利又有害的物質?

              一些科學家根據已有現象提出了假設:植物可能首先利用特定次生代謝產物來幫自己獲取營養、抵御外界脅迫,然后類似玉米根蟲這樣的天敵再進化出依靠跟蹤次生代謝產物定位食物的能力。

              也有人質疑這個線形途徑的不唯一性,也就是說這些次生代謝產物可能具有其他不相關的生物學機制,只是還不為人知。也許只有等人們完全解鎖次生代謝產物的作用機制,這些疑問才能徹底解答。(編輯:Yuki)

              參考文獻:

              1. 蔣金煒.苯并噁嗪類化合物研究進展.01:2007.
              2. 葉萱.RNAi可作為管理西方玉米根蟲_WCR_的工具.39(2):2017.
              3. Daniel J. Kliebenstein.Plant nutrient acquisition entices herbivore-Maize defense metabolites enable iron uptake and attract herbivore attention

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              全部評論(8)
              • 1樓
                2018-10-08 17:47 天降龍蝦

                自然界里的生物化學戰。。。

                [2] 評論
              • 2樓
                2018-10-09 19:01 漢尼拔wang

                看到結尾發現作者是我隔壁學校的校友~

                [1] 評論
              • 3樓
                2018-10-11 14:26 吾有吾慮

                高能君呢?前排提示有蟲。

                [0] 評論
              • 4樓
                2018-10-14 21:25 流淌-清渠

                利用化學物質對周圍生物進行殺傷,青霉素也有異曲同工之妙。

                話說早年看過一個報道,某些雜草會分泌物質抑制周圍樹木的生長(搶奪陽光與養分),不知是不是真的?

                另外如果將植物看作國家,蚜蟲看作城管,不良城管損害國家利益,但他可以幫助穩定秩序。。。所以反過來說,會不會是植物本身馴化或者說圈養了蚜蟲呢,以敵御敵。用以在復雜的環境中生存,達成一個微妙的平衡。

                [0] 評論
              • 5樓
                2018-10-18 22:21 巧克力叉燒包
                引用@流淌-清渠 的話:利用化學物質對周圍生物進行殺傷,青霉素也有異曲同工之妙。話說早年看過一個報道,某些雜草會分泌物質抑制周圍樹木的生長(搶奪陽光與養分),不知是不是真的?另外如果將植物看作國家,蚜蟲看作城管,不良城管損害...

                城管不啃食國家啊……總不能說發工資就是啃食吧……工資是勞動合同雙方定的,植物又沒求著蚜蟲來啃自己……

                [0] 評論
              • 6樓
                2018-10-19 10:25 林嘉祥

                有用

                [0] 評論
              • 7樓
                2018-10-24 23:26 流淌-清渠
                引用@巧克力叉燒包 的話:城管不啃食國家啊……總不能說發工資就是啃食吧……工資是勞動合同雙方定的,植物又沒求著蚜蟲來啃自己……

                好吧,我說的是不良城管,就是那種視頻里隨意掀翻攤位,把老百姓推到地上邊踩邊表演大鵬展翅的那種。嗯,我承認用城管這個詞有失偏頗。事實上我指的是,古來便存在一種現象,將曾經犯過事的人收納為警備力量的附屬,這部分人有前科,但也確實可以一定程度上幫助穩定社會治安,在打擊犯罪的時候還能提供一定幫助,壞人更了解壞人。而他們的存在本身也是國家的不穩定因素,如果不管控就會帶來更大的破壞。

                啃食國家指的就是,非法獲取利益,并且利用職權之便獲取更多。

                [0] 評論
              • 8樓
                2018-10-26 17:23 巧克力叉燒包
                引用@流淌-清渠 的話:好吧,我說的是不良城管,就是那種視頻里隨意掀翻攤位,把老百姓推到地上邊踩邊表演大鵬展翅的那種。嗯,我承認用城管這個詞有失偏頗。事實上我指的是,古來便存在一種現象,將曾經犯過事的人收納為警備力量的附屬,...

                這不是澳大利亞嘛QwQ

                [0] 評論

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              絡石
              絡石 北京林業大學園林植物與觀賞園藝專業研究生,主要從事分子種質創新與育種相關的研究。

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