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                    《科學畫報》

                    開博時間:2016-07-01 14:43:00

                    由中國科學社于1933年8月創刊,距今已有80年的歷史?!犊茖W畫報》在80年的辦刊歷程中,形成了通俗生動、圖文并茂地介紹最新科技知識,形式多樣地普及科學技術的特點,對提高廣大群眾的科學水平,啟發青年愛好科學、投身科學事業起了很大的作用,當今的不少著名學者、教授、科學家,青少年時代都曾受到它的熏陶和啟發。

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                    植物和昆蟲的博弈

                    2020-10-27 12:37:00

                      地球上約有35萬種植物和100萬種昆蟲,多樣的物種組成了繽紛的大自然。昆蟲和植物之間的相互作用,是物種多樣性發展的重要驅動力?;ǘ涞孽r艷色彩和芬芳氣味取悅了賞花人,而它的初衷是在告訴那些傳粉的昆蟲:“嗨,我在這里?!?/p>

                    昆蟲

                      植物抗蟲的十八般武藝

                      植物為昆蟲提供食物,昆蟲幫助植物傳粉,互惠互利。但植物和昆蟲之間,并不總是那么和諧。

                      植物的足跡遍布了七大洲、四大洋的各個角落,為動物和人類提供食物,是整個食物鏈中最主要的生產者。植物固著生長,無法主動躲避昆蟲的襲擊。于是,在漫長的自然選擇和協同進化的過程中,植物進化出一套復雜的防御系統。

                      一些植物在外表進化出厚厚的蠟質、尖銳的表皮毛等,從物理上減少昆蟲的取食和附著。另外,針對昆蟲的取食行為,植物能夠合成有毒的次生代謝物,或是在傷口處產生有毒的揮發物質,或是像“壁虎斷尾”一樣讓被咬的葉子死亡,從而阻止受傷范圍的擴大。同時,有的受傷植物會釋放類似“狼煙”一樣的信號,告訴周圍的植物:“敵軍即將到達戰場,請做好準備!”

                      植物次生代謝物是一類小分子化合物,其中,萜類是植物次生代謝物中最豐富的一類。有些萜類具有揮發性,可吸引傳粉的昆蟲或害蟲的天敵;有些萜類具有抑制草食性昆蟲生長的活性,參與植物的直接防御反應。

                      棉花是重要的經濟作物,棉纖維是紡織工業主要的天然原料。在棉花的莖稈、葉片等組織表面有黑色點狀的腺體,那是植保素的儲存倉庫,含有大量棉酚、半棉酚酮等萜類衍生物。

                      棉酚具有普遍的生物毒性,是棉花抵御病原微生物和草食性動物的主要成分。經過多年研究,中國科學院上海生命科學院植物生理生態研究所的陳曉亞(中國科學院院士)研究團隊解析了棉酚的生物合成途徑及其調控,先后克隆了催化棉酚合成的3個關鍵合酶。

                      昆蟲的適應策略

                      所謂“道高一尺,魔高一丈”,生物的進化總是相輔相成,昆蟲大軍也發展了多種適應性策略來應對植物的防御。它們有些長出了更細長、更堅硬的口器來吸取莖稈汁液,搗碎葉肉細胞;有些在自己肚子里合成解毒劑,面對有毒的植物也不怕;有些不直接吃植物,而是把植物葉片切下來飼喂細菌,坐享細菌消化分解后留下的營養物質。

                      按照昆蟲選擇的宿主植物種類的多寡,植食性昆蟲分為單食性、寡食性和廣食性三類。廣食性昆蟲擁有種類復雜的解毒酶,有了解毒酶,昆蟲就能迅速有效地對攝入的有毒化合物進行代謝解毒。

                      棉鈴蟲是一種廣食性昆蟲,嚴重危害農作物生產。雖然棉酚具有普遍的生物毒性,但棉鈴蟲并不懼怕棉花中高度積累的植保素。低濃度的棉酚甚至還能促進棉鈴蟲的生長。

                      陳曉亞研究團隊發現:取食含有棉酚的食物,會誘導棉鈴蟲P450基因CYP6AE14的表達,且誘導程度與棉鈴蟲對棉酚的抗性正相關。如果抑制棉鈴蟲P450的活性,就能顯著降低棉鈴蟲對棉酚的耐受性。

                    植物

                      抗蟲作物的改良

                      為了緩解過度使用農藥給生態環境造成的壓力,轉基因技術被廣泛應用于作物栽培,實現了更環保的生物防治。但這一技術有一定的局限性:由于長期種植,有些害蟲對傳統轉基因作物產生了抗性。因此,需要發展新的抗蟲技術。

                      陳曉亞研究團隊發展了一種植物介導的昆蟲RNA干擾(RNAi)技術:將與昆蟲基因匹配的雙鏈RNA在植物中表達,取食了這類轉基因植物的昆蟲的相應靶基因的表達會受到抑制。這一技術的顯著優點是能夠特異性地抑制昆蟲防御基因的表達,從而抑制昆蟲取食,達到抗蟲效果。這為農業害蟲的安全有效防治提供了新思路和新方法,為開發新一代安全有效的抗蟲植物奠定了基礎。

                      植物對昆蟲的抗性和昆蟲對植物的適應性都是相對的,沒有一種植物可以抵抗所有的植食性昆蟲,也沒有一種昆蟲能耐受所有的植物毒素。兩者在不斷地競爭和較量中協同演化,越來越多樣化和復雜化。對植物和昆蟲攻防互作的研究,不僅助力我們了解物種的多樣性,也幫助我們研發更先進的技術手段去保護農作物不受蟲害的侵擾。

                      文/毛穎波 陳雪瑩

                    本文來自《科學畫報》

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