植物界也有“電信運(yùn)營(yíng)商”

張井雄

菟絲子能夠幫助不同寄主之間建立起抗蟲防御的“聯(lián)盟”

人們對(duì)動(dòng)物界的寄生現(xiàn)象比較熟悉，但在植物界，寄生也是普遍存在的。菟絲子就是人們比較熟知的一種寄生植物。寄生植物通常被認(rèn)為對(duì)寄主有百害而無(wú)一利。不久前，最新研究表明，寄生植物可能還有積極的一面。在某些條件下，菟絲子能夠幫助不同寄主之間建立起抗蟲防御的“聯(lián)盟”。

所有寄生植物都具備一個(gè)特殊的器官，那就是吸器。寄生植物通過吸器與寄主的維管束組織形成連接，從寄主獲取營(yíng)養(yǎng)、水分等生長(zhǎng)所需物質(zhì)，造成寄主營(yíng)養(yǎng)的大量流失，進(jìn)而嚴(yán)重影響寄主生長(zhǎng)和繁殖。

菟絲子也不例外，它沒有根也沒有葉片，通過莖纏繞在寄主上并產(chǎn)生大量吸器而獲取營(yíng)養(yǎng)。菟絲子沒有或者只有非常微弱的光合作用，從而被認(rèn)為是一類全寄生植物。近來(lái)有科研人員發(fā)現(xiàn)，寄主和菟絲子的“物質(zhì)交流”是非常頻繁的，不僅包括水分和營(yíng)養(yǎng)，還包括蛋白質(zhì)、次生代謝物等。

一株菟絲子常常能夠同時(shí)寄生在多個(gè)鄰近的寄主上，從而將不同的寄主連接起來(lái)。既然菟絲子和寄主有廣泛的物質(zhì)交流，那么“電話線”一樣的菟絲子是否也能讓不同寄主之間相互“信息交流”呢？

“我們的研究是支持這種假設(shè)的。”中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所吳建強(qiáng)博士給出了明確的答案。自2012年從德國(guó)學(xué)成歸來(lái)，吳建強(qiáng)就對(duì)寄生植物獨(dú)特的生理形態(tài)產(chǎn)生了濃厚的興趣，他和他的團(tuán)隊(duì)一直致力于用分子的手段解析這種獨(dú)特的生態(tài)學(xué)現(xiàn)象。

近來(lái)，吳建強(qiáng)的團(tuán)隊(duì)與一位美國(guó)科學(xué)院院士合作，創(chuàng)新性地提出了“菟絲子及其連接的不同寄主形成微群落”這一嶄新概念。

他們發(fā)現(xiàn)，在這種微群落中，菟絲子起到一個(gè)“通信渠道”的作用，當(dāng)昆蟲取食一個(gè)寄主的時(shí)候，這個(gè)寄主能夠產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，這個(gè)信號(hào)不但能夠誘導(dǎo)被取食植物的抗蟲性，而且通過菟絲子這個(gè)渠道，這個(gè)抗蟲信號(hào)能夠被傳輸?shù)狡渌募闹髦参铮瑯釉鰪?qiáng)這些植物的抗蟲能力。

該團(tuán)隊(duì)的成果還證明，一種叫作茉莉酸的植物激素在這個(gè)“交流”過程中起到了非常重要的作用，而且這種信號(hào)能夠傳遞到至少一米遠(yuǎn)的寄主，并誘導(dǎo)抗蟲響應(yīng)。通過測(cè)定發(fā)現(xiàn)，這個(gè)信號(hào)的傳遞速度大約是兩個(gè)小時(shí)一米。“這種速度對(duì)于人來(lái)講是非常緩慢的，但是對(duì)于植物而言，接收到這種信號(hào)就像是被通風(fēng)報(bào)信，能提前得知附近有昆蟲取食而做出抗蟲準(zhǔn)備。”吳建強(qiáng)補(bǔ)充說。

著名科學(xué)研究雜志《美國(guó)科學(xué)院院刊》在2017年7月24日?qǐng)?bào)道了這項(xiàng)成果。這項(xiàng)研究首次從分子水平揭示了菟絲子連接的植物微群落中，菟絲子和寄主、寄主與寄主間復(fù)雜的相互作用關(guān)系。這些發(fā)現(xiàn)不僅對(duì)了解抗蟲信號(hào)具有重要的意義，也為農(nóng)業(yè)上治理寄生植物危害提供了新的啟示。