植物防御的“烽火臺”

房裕東

作為古代邊防軍事的重要通信手段，烽火臺有接收、傳遞軍政信息的重要作用。那么，當自然界中出現危險時，動植物該如何傳遞信息呢？動物一般通過搖尾、抓咬、奔跑、排泄尿糞、分泌信息素和鳴叫等方式來傳遞信息。植物雖然不能逃跑、不能鳴叫，但是它們也不是完全沒有防御能力?？茖W家多年的研究讓人們對植物防御機制和信號傳導有了更多了解，還因此獲得一些意外收獲。

抗蟲物質和茶小綠葉蟬

中國是茶的故鄉，也是茶文化的發源地。中國地域廣闊，茶葉種類繁多?！皷|方美人茶”是茶中精品，又名“椪風茶”“白毫烏龍茶”，主要產于我國臺灣地區。

關于這種茶的來歷，有這樣一個傳說。一天，一位茶農發現本應嫩綠舒展的茶樹嫩葉上出現了很多褐色的斑點，有些還卷了起來。顯然，這些茶樹遭了蟲害。不甘心沒有收成的茶農將這些被蟲咬過的“劣質茶葉”采摘下來，再以重發酵的方式將其制成茶，然后拿到茶行售賣。沒想到，茶行的人試喝之后，發現相較于其他茶，這種“劣質茶”的茶湯更黃澄、清透，口感更醇厚、甘甜，而且散發著特殊的蜜香和果香。大賺一筆的茶農高興地跑回家向鄰居們炫耀，但是大家都不相信，覺得他是在吹牛。由于客家話管吹牛叫“椪風”，于是椪風茶的名聲便不脛而走。后來，英國商人將椪風茶獻給了維多利亞女王。女王看到沖泡在水晶杯里的茶葉上下翻飛，仿佛婀娜的美人在翩翩起舞，于是稱它為“東方美人茶”。

東方美人茶之所以有著獨特的香氣和醇厚、甘甜的口感，與一種小蟲密不可分。這種小蟲名叫“茶小綠葉蟬”，是半翅目葉蟬科的一種昆蟲。它們專吃茶樹的嫩芽，被禍害過的茶葉嫩芽因為無法進行正常的光合作用，葉片顏色會逐漸變得褐黃。此時，茶樹的自我防御系統會迅速作出響應，合成并釋放出一系列抗蟲物質，以趕走茶小綠葉蟬，保護葉片。正是這些抗蟲物質和茶小綠葉蟬的唾液陰差陽錯地混合在一起，才成就了醇香可口的東方美人茶。

茉莉酸——植物點起的“烽火臺”

在植物分泌的眾多抗蟲物質中，功能最強大的非茉莉酸莫屬。茉莉酸是一種主要和植物防御反應相關的植物激素，因為最早是從大花茉莉的精油中提取而來的，故名“茉莉酸”。

1962 年，科學家發現，往健康的植物中添加茉莉酸后，植物葉片會加快衰老甚至脫落。所以，在早期研究階段，茉莉酸一直被認為是植物“衰老的荷爾蒙”。1990 年，科學家法默通過對番茄的研究發現，茉莉酸對于蟲害這類生物性刺激存在響應。1992 年，科學家科拉曼在研究中發現，在胚軸組織受損后，大豆體內會迅速積累茉莉酸及其類似物茉莉酸甲酯，同時啟動3 個與損傷反應有關的基因表達。這是茉莉酸第一次展露它作為信號分子的功能。從此以后，茉莉酸開始被科學家視為植物應對不良環境的“防御首領”。

茉莉酸有抑制植物生長、花粉粒萌發，促進葉片衰老、氣孔關閉和提高抗性等生理作用。更重要的是，茉莉酸還與抵抗病原侵染有關，是植物對外界傷害（如機械傷害、動物傷害等）和病原菌侵染作出反應、誘導抗性基因表達的信號分子。研究發現，植物對于寒冷、干旱、鹽脅迫以及病蟲害等的抵御均在茉莉酸的“管轄范圍”之內?？梢哉f，茉莉酸就是植物受到威脅時點起的“烽火臺”。當植物的生存受到環境脅迫時，茉莉酸會首先作出響應。然后，植物的各種生理活動會根據茉莉酸濃度的變化進行調整，從而讓植物能夠更好地應對外界不良環境。

五花八門的植物防御反應

為了更好地了解茉莉酸，我們再來認識一種神奇的植物——南非茅膏菜。茅膏菜雖為植物，但它可不是“吃素的”。它的葉子會分泌出多糖黏液，一旦有昆蟲被香甜的黏液吸引而爬上葉片與黏腺接觸，整個葉片就會彎曲起來將昆蟲完全包住。在昆蟲無處逃生后，茅膏菜會分泌消化酶以分解獵物，最后攝取其中的營養物質供自己食用。

究竟是什么物質誘導茅膏菜葉片彎曲的呢？科學家推斷，和植物防御息息相關的茉莉酸很可能參與了此過程。他們做了以下實驗：將果蠅作為獵物以模擬茅膏菜的捕食過程，記錄并發現茅膏菜葉片的彎曲度和其中茉莉酸含量變化的關系。實驗顯示，在捕到獵物3 小時后，茅膏菜葉片中的茉莉酸含量就大幅增加，而且這種現象僅存在于葉片卷曲的中段。進一步的實驗顯示，在沒有獵物的情況下，僅外源施加茉莉酸，同樣會觸發茅膏菜葉片彎曲。以上實驗證明，捕獵時，茅膏菜葉片的彎曲源于其內部茉莉酸積累觸發的化學運動。

茉莉酸還是植物體內重要的抗凍信號分子。外源施加茉莉酸能顯著提高植物的耐低溫能力；相反，阻斷植物內源茉莉酸信號轉導會導致植物對凍害敏感。所以，研究茉莉酸調控植物葉片衰老和抗冷性的信號網絡，可以為培育抗逆優質作物新品種提供理論基礎。不過，目前關于茉莉酸與其他激素交互調控的研究還較少。

當遭遇蟲害時，植物的反應主要有3 種：直接防御、間接防御、不防御。當蟲害不太嚴重且植物認為依靠自身力量足以防御時，便會“以攻為守”，采取主動進攻的方式——或制造煙堿等天然化學物質以驅蟲，或分泌多酚氧化酶以降低自身營養價值。當蟲害比較嚴重且植物覺得僅靠自身力量難以自保時，便會發出求救信號，借助外界的力量來保護自己——植物會合成、釋放揮發性物質，以吸引昆蟲的天敵來吃掉它們，從而間接達到保護自己的目的。

無論是直接防御還是間接防御，都會消耗植物大量的能量，所以當受侵害部分的生長狀態很差，甚至“奄奄一息”時，植物干脆選擇不防御，它會將所有能量用在維持自身生長上，其他的就聽天由命了。

文章來源：《百科知識》

（責任編輯：嵇刊）