蕨类植物的食草防御

2020-09-07 175蕨类

它们统治着地球2亿年,在世界各地仍然可以找到许多不同的物种:苔藓,马尾和蕨类植物。德国耶拿市马克斯·普朗克化学生态研究所的研究人员现在发现蕨菜蕨(蕨类蕨)在受到攻击时不会释放任何挥发物,这与许多现在占主导地位和进化的年轻开花植物不同。挥发性化合物的这种排放可能吸引寄生于草食动物的害虫昆虫的敌人,例如鱼龙蜂或掠食性昆虫。但是,如果用植物激素茉莉酸处理过的蕨类植物叶,也可能引起挥发物释放。茉莉酸诱导开花植物中挥发性物质的合成。这表明蕨类原则上可以调动这种防御反应。但是,他们不使用这种间接防御来抵制草食动物(蕨类植物的食草防御)。

蕨类植物

蕨类植物被称为维管植物,因为它们不像目前最大的植物,种子植物或种子植物那样产生花朵和种子。蕨类植物完全通过孢子繁殖和传播。与开花植物相比,它们的代谢活性,尤其是它们对草食动物的防御同样有效。尽管蕨类植物的进化年龄已超过4亿年,但它们仍可在世界各地发现。

植物学家认为蕨蕨蕨菜是分布最广的植物之一。它可以在最不同的栖息地找到。草食动物对蕨类植物的攻击比开花植物少得多。对此现象的一种解释可能是蕨叶中含有特别有毒的物质,使害虫无法入睡:化学成分分析检测到了茚满酮,氰基苷和单宁酸等物质。但是,那些“活着的化石”是否也可以像其他植物一样对敌人进行间接防御?

豆类,玉米,棉花,白杨树,烟草植物和土豆:已知这些和其他开花植物在食草动物侵袭后会在其叶片中产生植物激素茉莉酸。茉莉酸刺激挥发性物质的合成,例如萜类化合物。植物可以利用这种防御策略来吸引草食性昆虫幼虫的敌人。该研究所生物有机化学系的博士生Venkatesan Radhika希望找出蕨菜蕨类在受到攻击时是否还能释放出这些引诱剂。她用两种昆虫食草动物的幼虫来破坏蕨类植物的叶:蕨类植物专长Strongylogaster multifasciata和通才食草动物斜纹夜蛾(Spodoptera littoralis),它们以许多不同的植物为食。她还使用了机械设备MecWorm,该设备连续用金属螺栓在蕨叶的有限区域上打孔,从而模仿了喂食草食动物造成的机械伤害。结果:蕨类植物的叶仅释放非常少量的挥发性化合物。即使在叶中也几乎检测不到信号分子茉莉酸。

蕨类植物的食草防御

但是,如果蕨叶直接用茉莉酸处理,它们的反应就像开花植物的叶子一样,并释放出典型的气味花束。科学家更详细地研究了这种作用,并发现甚至可以通过用茉莉酸合成的早期前体(OPDA和亚麻酸)进行处理来诱导挥发性萜类化合物从蕨类植物中释放出来。生化实验表明,这些挥发性萜类化合物是通过开花植物中已知的相同代谢途径产生的。该部门主任Wilhelm Boland说:“食草动物引起的茉莉酸积累可能不足以触发挥发性化合物的产生。”

蕨类植物的食草防御,蕨类植物可能不需要通过挥发性排放物进行间接防御吗?蕨叶中存在剧毒物质足以抵御草食动物吗?博兰德说:“我们只能推测。”间接防御策略可能是从最初的直接防御(例如在中国的梯形制动器,凤尾蕨中)发展而来的,或者在传粉媒介吸引挥发物的背景下发展起来的,挥发物是在开花和种子中自然进化的特征,科学家继续说,他们生产的是植物而不是无花蕨。令人着迷的是,即使没有明显的间接防御,蕨菜蕨类植物至今仍成功地殖民了我们的星球。

引用

Max-Planck-Gesellschaft. "Herbivore defense in ferns." ScienceDaily. ScienceDaily, 20 November 2012. www.sciencedaily.com/releases/2012/11/121120193336.htm.

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