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植物也“唠嗑”,听听它们都聊啥

2020-03-26 07:15:43 科技日报

  通过“口令”决定是战是和

  除了进行“交流”之外,植物还能通过感知“邻居”的“信息”来决定是否要对其发起攻击。

  植物在什么情况下会对临近植物“出手”呢?为了弄明白这个问题,中国农业大学资源与环境学院教授孔垂华带领团队用了7年时间,从植物的根系入手进行研究,最终揭开了这层神秘面纱。

  他们把小麦种植在营养液里,并通过树脂收集液体中的各种化学物质,再一一进行分析。通过这种方法对小麦根系分泌物进行活性追踪分离,孔垂华团队得到了4个已知化合物,分别为茉莉酸、水杨酸、黑麦草内酯以及木犀草素。同时,他们选取了自然界中常出现在小麦附近的大狼杷草、野燕麦、节节草等100种伴生植物,然后分别对它们的根部、根系分泌物和根际土进行了分析。通过研究发现,这些植物根部、根系分泌物和根际土壤中都含有小麦根系分泌物中所含的前3种物质,其中特别是黑麦草内酯和茉莉酸,在较低浓度下就能极大程度地诱导小麦根系化感物质DIMBOA浓度的升高。而DIMBOA这种物质在小麦抗菌、抗虫和防御杂草等方面都具有重要作用。

  也就是说,黑麦草内酯和茉莉酸可以看做是小麦辨认其伴生植物的“信号”,通过感知这些化学物质的浓度,小麦就能判断对方的存在。如果周围的伴生植物达到了一定的密度,开始威胁到小麦的水分和养分吸收,小麦就会开始大量分泌DIMBOA抑制其生长,就像是拿起武器发动战争。

  随后,孔垂华和研究团队通过对水稻的研究进一步证实,有亲缘关系的水稻种植在一起,根系会尽量小心翼翼地避开彼此,从而最大程度减少竞争,而且不论是否存在与稗草的种间竞争,水稻与“亲属”之间的这种“关照”都会存在;而非亲缘关系的水稻种植在一起结果则相反,它们的根系会扎得更深,更具活力和侵入性,力图挤压对方的生存空间。此外,研究人员还发现,在根系分泌物抑制剂作用下,或者完全阻断根系物质交流后,这种亲缘识别现象就会随之消失。

  “这与人或动物的家族关系非常一致,亲人之间大多是相互关照,而对外人则保持警惕和防范。”孔垂华用确凿的证据表明,植物也有亲属观念并具备相应的辨识能力,对内相互协调,对外扩张领土。

  听懂植物语言促进农业生产

  破译植物语言、搞清植物亲疏并不是因为科学家们太“八卦”,促进生产才是科学研究的终极意义。

  孙波说:“搞清这些‘对话’如何进行,就有机会解开更多植物的‘生长密码’,也能帮助人类更加科学有效地种植农作物。”

  以禾本科植物为例,它们所释放的次生代谢物质诸如DIMBOA之类,不仅能抑制竞争对手的生长,同时也会使自己的果实产量下降。此外,如果周围生存所需的资源有限,有些植物甚至会释放毒素杀死一部分同类,以维持家族生态平衡。因此,科学家断定,通过监测植物的“化学对话”,能有效帮助把植物次生代谢物质的产生与作物产量维持在一个平衡点。

  孔垂华也认为,解开植物交流的密码,不仅对植物生态研究具有重大的理论价值,对农作物种植和环境保护也会起到很大的帮助作用,比如可以利用植物这种特性,将适宜合种的植物相邻种植,以便增加农作物产量,或者减少除草剂使用。

  现在已经有科学家对此开始进行实践了。德国波恩大学的研究者在对植物发出的声信号进行测定后,给当地的农场配置了合适的“窃听”装置,通过这些信号农民就能够辨别作物是否出现了病虫害。

  科学家还利用植物对其“敌对者”释放的化学物质,成功研制出可以有效抑制病害的生物农药。以烟草花叶病毒为例,这种病毒可感染的植物高达500多种。中国科学院昆明植物研究所的研究人员发现,云南的某种野生植物,在遇到携带这种病毒的植物时,会大量分泌出一种次生代谢物,并能有效抵御这种病毒的攻击。他们根据从植物马蓝提取物中分离得到的活性成分,成功研制了一种新型生物农药,不仅能有效防治烟草花叶病毒传染,还最大限度地保护了生态环境。

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编辑:韩瑞敏
 
 

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