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科學探索：紅薯的預警信號
圖片來源：Pixabay
有一種紅薯，一旦它的葉片受到蟲子啃咬，就會釋放刺鼻的化學信號，促使葉片（無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，一項新的研究持續(xù)追蹤了這種氣味預警系統(tǒng)，相關(guān)內(nèi)容發(fā)表于《科學報告》（Scientific Reports）。
阿克塞爾·米特霍夫（Axel Mit-h?fer）是德國馬克斯·普朗克化學生態(tài)學研究所的植物生態(tài)學家，也是這篇論文的共同作者之一。他說：“這種紅薯的防御反應(yīng)非常迅速。”在其他種類的植物中，也存在化學預警現(xiàn)象。通常，預警信號會讓鄰近的植株進入防御狀態(tài)，但只有當葉片真的被啃咬后才會合成防御性物質(zhì)。但是，這種紅薯的葉片在附近的葉片被啃咬時，立馬就會合成防御性物質(zhì)。
為了實驗，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農(nóng)57（TN57）號；另一種則是TN66號（TN57號的近親品種），它的抗蟲能力較差。兩者均為中國臺灣出產(chǎn)的品種。在受到毛蟲攻擊后，兩種紅薯都“呼出”了至少40種化學物質(zhì)，但是，TN57葉片釋放的DMNT（在植物的防御反應(yīng)中常見的一種信號物質(zhì)）是TN66的近2倍。
在另一個密閉的玻璃罩中，放著一株TN57，研究人員預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小時的時間里，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)，它能讓沒有被煮熟的塊莖難以消化。而當研究人員向玻璃罩內(nèi)釋放人工合成的DMNT時，即便植株完整健康，葉片也會迅速合成貯藏蛋白。
米特霍夫的研究團隊正在進行下一步的工作，深入探究TN57的葉片“聞”和“認”DMNT的機制。此外，他們還希望研究葉片釋放的其他化學成分，明確是否存在更多能夠激發(fā)植物防御反應(yīng)的物質(zhì)。
美國羅格斯大學的昆蟲學家西澤·羅德里格斯-紹納（Cesar Rodriguez-Saona，并未參與這項研究）認為，相關(guān)研究展示了一種非常有趣的植物防御機制。但他也指出，由于密閉性，玻璃罩內(nèi)的DMNT濃度可能遠遠高于空氣流通的實際空間。他認為還有一種可能性：TN57的葉子不一定總是會“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
文章來源：環(huán)球科學
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