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天然激素:对抗害虫的屏障

作者:中国科学报记者 袁一雪

植物的生长过程中,激素的使用似乎从未缺席,不论是让瓜果更好看的“美容”激素,还是防虫、除草等抗击病虫害的激素。虽然,激素的适当使用并不会引起过多问题,但是激素的滥用会给人体健康带来威胁。土耳其伊斯坦布尔大学生物系植物学教授因萨尔就曾经警告说,果菜中含有的过量激素,聚集在人体内对健康非常有害。

为了应对化学制剂给人体健康带来的威胁,科学家不停寻找可以替代化学制剂的天然制剂。

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天然激素保护植物

近日,来自日本理化学研究所和东京大学等机构的研究小组发现,将一种植物激素喷洒到作物上能够驱除害虫,而另外一种植物激素则能吸引害虫。如果可以在农作物和周边植物上配合使用两者,或可实现不依赖化学农药来保护作物。

这两种“神奇”的植物激素分别为茉莉酸和水杨酸。在实验过程中,研究人员给园艺花卉洋金花的幼苗喷洒一次茉莉酸后,两周后平均每两株洋金花上只有一只蓟马,只有未喷洒茉莉酸的幼苗的约四分之一。反之,如果给洋金花幼苗喷洒水杨酸,则每株幼苗上的蓟马数量是未喷洒时的1.5倍以上。研究人员在西红柿实验中也观察到了类似情况。

在自然界中,植食性蓟马是一类以吸取植物汁液为生的昆虫,体长通常只有1毫米至2毫米,会给西红柿、草莓、叶菜等多种农作物造成危害,还会传播植物病毒。虽然可以利用杀虫剂消灭蓟马,但具有抗药性的蓟马也已经出现。而茉莉酸是存在于高等植物体内的内源生长调节物质,植物遭到虫咬后会在体内合成茉莉酸,与细胞的受体结合后会产生苦味的生物碱和害虫讨厌的气体以抗击害虫。水杨酸则会吸引蓟马。

由此,研究人员得出结论,如果给有用的作物喷洒茉莉酸,而给周围的其他植物喷洒水杨酸,就可以不依赖化学农药来保护作物。研究小组还计划进行大规模实验,确认利用植物激素防虫的效果。

天然激素优势明显

“无论水杨酸还是茉莉酸都是作物受到害虫攻击时产生的抵抗害虫的次生性防卫物质。”中国农业大学昆虫学系教授石旺鹏告诉《中国科学报》记者。在自然界,不同作物采取的防卫物质不一样,但是这些次生物质都是作物本身合成的。当“害虫警报”解除后,植物可以通过相应的通路将这些自然激素分解,变为无害甚至有益的成分,不会有残留而污染环境。

不过,“这类物质多只是起到保护作物的作用,而不会杀死害虫,更不会杀死天敌,所以我们又把它称作植物保护剂,这类物质有利于生态系统的保护。”石旺鹏解释道。此外,这类物质是作物与害虫之间长期协同进化的结果,害虫短期内不会产生抗药性。而化学农药与上面相反。

未来应用仍需时间

这并非第一次有科学家证实水杨酸和茉莉酸对植物的作用。在2014年,一项发表在《科学》的研究就发现了防御激素在地上和地下塑造植物健康的机制。研究结果揭示了一种拟南芥防御激素水杨酸,是如何在帮助植物保护嫩芽和叶子健康的同时,引导其根内部及周围的微生物群落生长的。

研究人员培育出了一些拟南芥突变株,它们的生物合成或是对于不同的关键防御免疫激素。然后,他们发现在拟南芥的嫩芽和叶子中生成的水杨酸,通过触发广泛的免疫反应帮助植物抵御了病原菌,包括提高了一些抗菌剂生成。然而这一化合物似乎在根系统中发挥了略微不同的作用,其提高了一些微生物的丰度,并降低或是消除了另一些微生物。2015年,这个团队又发现水杨酸是一种重要的免疫信号,能够启动植物的抗病防御机制。

不过,距离真正将水杨酸和茉莉酸应用到农业上尚需时间。

文章来源:中国科学报

原文链接:http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2016/3/339664.shtm

图片来源:网络

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