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華中農大*揭示美麗除蟲菊防御害蟲的新機制(圖)
農業網   時間:2019/6/5 10:28:00  來源:植物科學最前沿  閱讀數:405

除蟲菊

  近日,華中農大“雙*”園藝學科園藝植物生物學教育部重點實驗室王彩云教授課題組在New phytologist雜志上在線發表題目為“Defense of pyrethrum flowers:Repelling herbivore and recruiting carnivore by producing aphid alarm pheromone”(蚜蟲報警素介導的除蟲菊花兒驅避草食昆蟲,招募捕食性昆蟲的防御機制)的研究。

  早在上世紀80年代初,科學家在其它植物的葉片中發現了E-beta法尼烯報警信息素,并猜測它能自然驅避蚜蟲,并吸引捕食性昆蟲天敵。但這一假說只在轉基因模式植物中得到驗證,至今仍缺乏有效的田間證據。除蟲菊以其花頭產生天然除蟲菊酯而著稱,成為世界上*集約化種植的植物源殺蟲劑植物。王彩云課題組通過長達十幾年的研究,發現我國云南紅河、玉溪等地區規模化種植的田間除蟲菊(Tanacetumcinerariifolium,pyrethrum)每年2-3月份除蟲菊進入初花期,在沒有食物源蚜蟲的情況下,花頭能吸引大量的瓢蟲造訪。同時,當地農戶習慣將除蟲菊套種在果園和菜園里,認為這種套作方式可減少農作物或果蔬上的害蟲,降低農藥的使用量。這一現象很難用深藏于花發育后期子房和瘦果的非揮發性除蟲菊酯解釋。

  我們研究發現,除蟲菊初花期花頭高量釋放的揮發性蚜蟲報警信息素E-beta-法尼烯(E-beta-farnesene,EbF)與其吸引瓢蟲密切相關。EbF在其初花期的花托和花梗部位特異性地高量表達并合成,組織染色發現其只在靠近維管束的皮層細胞特異性積累。同步比較觀測還發現,其他菊科植物如菊花的幼嫩花梗和花托也是*易受蚜蟲侵害的部位。隨著除蟲菊花朵的開放,高量儲存的EbF從花頭釋放到環境中,一方面報警蚜蟲,使其遠離除蟲菊;另一方面吸引蚜蟲天敵瓢蟲,充當初花期花頭防御蟲害的“護花使者”。這一特征具有模擬蚜蟲報警的現象,蚜蟲體內EbF是受到攻擊后由腹管釋放的報警信號分子,具有警示同伴盡快停止取食、躲避危險的作用;同時,蚜蟲天敵如瓢蟲很可能截獲了這個信號進行食物源定位。研究還表明,一旦有蚜蟲識破這一“騙局”來取食除蟲菊,蚜蟲口器在刺探過程中將少量攝取花兒皮層細胞儲存的EbF并從蚜蟲蜜露中釋放出來,蜜露中的EbF又進一步對蚜蟲起到“假報警”(falsealarm)的效果,使其離開取食點。

  除蟲菊、蚜蟲與瓢蟲三者之間的分子生態關系構成了一個非常復雜的化學模擬防御系統,是生物間長期進化與適應的結果。除蟲菊花頭高量較純的E-beta-法尼烯的合成、儲藏與釋放規律的研究,不僅更新了以往其它植物主要在營養器官、誘導條件下植物與昆蟲互作的研究報道,而且為非揮發性除蟲菊酯途徑難以解釋的“瓢蟲現象”與“套種模式”提供更有力的理論支撐。這一研究不僅闡述了除蟲菊直接與間接的雙重防御機理,也開拓了我們利用除蟲菊天然抗蟲特性進行生物防治的新思路。同時,這一研究也具有探究新型復合產業種植模式的環保意義。

  園藝林學學院博士研究生李進進和荷蘭瓦赫寧根大學的楊司馬.馬丁博士(Dr.MaartenJongsma)為該論文的共同*作者,王彩云教授和楊司馬.馬丁博士為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金(Nos. 31572163和31372103)、中國博士后科學基金(2018M640720)和華中農業大學自主創新項目(No. 2662019FW016)的支持。

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