植物大战昆虫,究竟是谁更胜一筹?

人呆手户

“人呆手户”即保护:保护植物,保护绿色,保护自然,保护生命!

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来源:见水印

在自然界中,植物和昆虫这对CP已经相爱相杀了数亿年的时间,它们既可以是合作密切的搭档,也能是互相提防的对手。尤其是在吃与被吃、防与被防这件事上,昆虫和植物一直都在上演着一场场精彩纷呈的对手好戏。

+ 植 物 VS 昆 虫  +

来源:researchmatters.in

无论是植物还是昆虫,为了能够很好地生存下去,它们都必须提前做好准备,随时和彼此来一场生死battle。

谁准备的更充分,谁的胜算肯定也就越大。

来源:littletonandharestockgardeningclub.co.uk

对于植物来说,它们本身往往就具有一些防止昆虫或病菌等入侵的物理和化学屏障,比如叶片茸毛、蜡质和刺等,这也可以被称为组织型防御

比如,呐呐,瞅瞅这叶片上锋利的尖刺,看着就让虫无处下嘴:

Solanum pyracanthos 来源:snaplant.com

Urtica ferox 来源:en.wikipedia.org

荨[qián]麻属的植物上常分布有刺毛,上半部分的中间是空腔,基部是由许多细胞组成的腺体,一旦被碰到就很容易折断,扎在皮肤里,并且其中的蚁酸等会被释放出来,刺激皮肤引起红肿痛痒。

Dieffenbachia seguine 来源:en.wikipedia.org

花叶万年青是一类常见的观赏植物,但全株有毒,其组织中普遍存在草酸钙晶体,此晶体很容易渗透口腔粘膜,引起损伤。

而植食性昆虫为了适应植物的组织型防御性状,逐渐在形态上发生遗传变异,包括长出多型翅、分化出不同类型的口器,如咀嚼式、刺吸式以及锉吸式口器等。

植物:我的叶子这么硬,看你怎么咬?

昆虫:我的牙口相当好,肯定啃得动!

君主斑蝶幼虫 来源:www.learnaboutbutterflies.com

马利筋属植物一般全株有毒,尤以乳汁毒性较强,其内含有强心甙,让许多昆虫望而却步。然而,君主斑蝶幼虫却可以以它为食,甚至还能将毒素贮存在自己的体内,作为化学武器防身。

看到这里,你或许会想,难道植物真的要败给昆虫了吗?

其实当然不是,植物的组织型防御只是它们对付昆虫的基础措施,既不够灵活又有很大的局限性。

它们真正的防虫“秘技”往往是在被昆虫为害时才开始启动,因此我们把这种防御措施称为诱导型防御

来源:www.youtube.com

这时的植物一方面能产生防御蛋白或者有毒次生代谢物,直接导致昆虫死亡或发育不良,实现直接防御

另一方面,它们也可以释放挥发物或产生蜜露以吸引天敌昆虫寄生或捕食害虫,实现间接防御

当然,昆虫对于植物的诱导型防御也不是束手无策,它们与植物之间的交锋可是相当精彩。

Round 1

植物在被昆虫咬伤时,可以通过识别机械损伤和昆虫唾液中的特异性物质来引发后续一系列的防御反应。

美国威斯康辛大学和日本埼玉大学的科学家让菜粉蝶幼虫Pieris rapae去吃“改装”过的拟南芥,清晰地看到植物应对伤害的反应过程。

研究人员发现,幼虫咔哧咔哧咬了一口叶子后,伤口处就会产生谷氨酸,它是植物体内重要的损伤信号。而谷氨酸也会进一步诱导钙离子产生,我们知道钙离子在植物中执行信号传递任务,像一个勤劳的信使一样到处“送信”。

于是,通过给拟南芥中的含钙物质加盏“绿灯”——绿色荧光蛋白,就能实时观察它的变动:

2s内,伤口处荧光就会变亮,之后,又以1mm/s的速度向其它部位扩散。2min后,就连远处的叶片也会变亮。

对此,昆虫想出了一些应对办法,它们在取食过程中,会将其唾液中某些物质注入到受损的植物组织中,进而干扰甚至抑制植物防御反应。

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巢菜修尾蚜Megoura viciae利用口器刺穿蚕豆韧皮部时,会分泌唾液封闭植物筛管细胞所形成的伤口,导致钙离子在筛管细胞内外无法产生浓度差,进而阻断钙离子信号途径,抑制植物防御反应。

来源:见水印

当灰飞虱Laodelphax striatellus口针穿刺植物时,一些植物细胞会受到损伤并释放DNA到细胞间隙,这时植物可以通过识别DNA诱导防御反应。为了阻止植物细胞检测到“危险信号”,灰飞虱的唾液具有很强的DNA降解能力,能够麻痹植物,不让其发现。

Round 2

植物在受到虫害时,也会产生一些特异性、具有抗虫作用的次生代谢物

比如,十字花科植物受到昆虫为害时,其体内的芥子油苷与黑芥子酶就会发生水解反应,产生具有抗虫作用的异硫氰酸酯,这一防御性状又被称为“芥子油弹”。

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然而,道高一尺,魔高一丈,小菜蛾Plutella xylostella的肠道中就含有芥子油苷硫酸酯酶,能够与芥子油苷发生反应,使其无法与黑芥子酶发生水解,最终导致异硫氰酸酯等抗虫物质减少。

小菜蛾

小菜蛾 来源:en.wikipedia.org

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