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浙江大学Current Biology发文揭示植物精细调控天敌生物聚集行为的机制

花匠小妙招
2024-11-12 06:53

植物与捕食者的互利共生现象在自然界普遍存在，但植物在“招募”捕食者后如何“精细”调节它们互作关系的问题尚不清楚。在农业生境中，农作物常通过释放众多挥发物来“招募”周边的天敌生物，这些天敌除了捕食或寄生农作物的害虫，也能利用作物的花蜜、花粉等营养物质促进自身生存和繁衍，从而与作物形成了一种互利共生的关系，深入探究这种生态现象的机理有助于促进对农业害虫的生物防治和生态治理。

2023 年5月23 日，浙江大学农业与生物技术学院祝增荣/周文武团队在Current Biology上发表了题为Tissue-Specific Regulation of Volatile Emissions Moves Predators from Flowers to Attacked Leaves的研究论文， 报道了植物挥发物促进捕食性天敌和马铃薯互作的生态现象及其机制。

加州新小绥螨（Neoseiulus californicus）是世界范围内广泛存在的捕食螨，作为国际上重要的规模化生产的天敌生物，其对于作物上的二斑叶螨、蓟马等有害生物有较好的控制效果。该研究在马铃薯野生种（Solanum kurtzianum，库尔茨马铃薯）和栽培种中均发现，加州新小绥螨在植株上表现出“上-下聚集”的行为：当该捕食螨被释放到植上时，它们会迅速“向上聚集”到花中取食花粉，表现为植食性；而当植株受到二斑螨危害时，捕食螨会快速“向下聚集”到叶片上捕食这些叶螨，表现为肉食性。深入研究发现，加州新小绥螨在马铃薯叶片上无法长期生存，特别是在缺乏猎物二斑叶螨等猎物时，植物花粉能有效保障其存活。因此，这种“荤素搭配”的资源利用方式不仅有利于该捕食螨的生存，也有利于控制植株上的有害螨类。

马铃薯又是如何调控加州新小绥螨的“上-下聚集”行为的呢？该研究发现，马铃薯的花和叶片释放的挥发性次生化合物（volatile organic compounds）可能是调控该捕食螨聚集的主要信号之一。在植株未受二斑叶螨危害时，花中释放的众多挥发物对捕食螨有强烈的引诱作用；而叶片在受二斑叶螨危害后会释放大量虫害诱导挥发物（herbivory induced plant volatiles），这些物质对捕食螨的引诱作用比花释放的挥发物的作用更强。研究还发现，马铃薯花中挥发物的释放主要受防御激素水杨酸调控，而被二斑叶螨危害的叶片中挥发物的释放受另一种防御激素茉莉酸的影响更大。因此，马铃薯对挥发物的时空释放存在精细的生理调节，从而促进了这些化合物对植物-植食者-天敌互作关系的调控。此外，由于栽培马铃薯的繁殖方式是营养繁殖，马铃薯花的生态功能常被忽视。这项研究发现了马铃薯的花可为天敌提供食物资源，因而在马铃薯有害生物的田间生态防控中可能具有生态功能。

浙江大学博士研究生Asim Munawar为论文的第一作者，博士研究生 张亚东、仲键、毛植尧、陈暄、张超，博士后 AmrAbou El-Ela，以及神农班本科生 孙一桥参与了本研究。浙江大学农学院周文武研究员为论文通讯作者， 祝增荣教授、南京农业大学徐毅教授、中国科学院昆明植物研究所郭晗研究员、德国马克斯普朗克化学生态研究所 IanBaldwin教授等也参与了本研究。相关工作得到浙江省重点研发项目、国家自然科学基金等支持。

原文链接：

www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(23)00556-0

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