帶有天然殺蟲劑的植物，蟲子就不敢吃？

+ 植 物 體 內(nèi) 的 天 然 殺 蟲 劑 +

在自然界中，植物和昆蟲這對CP已經(jīng)相愛相殺了數(shù)億年的時間，它們既可以是合作密切的搭檔，也能是互相提防的對手。

尤其是在吃與被吃、防與被防這件事上，昆蟲和植物一直都在上演著一場場精彩紛呈的對手好戲。

為了避免被蟲子吃掉，植物想出了許多制敵的策略，比如植物體內(nèi)生成的數(shù)量龐大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的次生物質(zhì)，這些次生物質(zhì)不僅構(gòu)成每種植物獨特的味道，而且其中許多種類還對植食性昆蟲有防御作用，能夠阻礙昆蟲的取食。

來源：www.rodalesorganiclife.com

芥子油苷，又稱硫代葡萄糖苷，就是這樣的一類植物次生物質(zhì)，主要分布于十字花科植物中。

? Vladimir J. Lozanovski

芥子油苷是天然的殺蟲劑，它不僅能分解出辛辣氣味（生蘿卜那股刺鼻的辣味就是它），還能削弱食草昆蟲的新陳代謝能力而導(dǎo)致昆蟲生長緩慢甚至死亡。

來源：www.wildlifeinsight.com

實驗表明，甘藍夜蛾Mamestra brassicae取食芥子油苷含量較高的野生甘藍后，成活率明顯降低。

芥子油苷能有效地保護植物免受食草昆蟲的侵害，很多研究都證明芥子油苷或直接抵御草食者，或通過吸引草食者的天敵而間接地對植物起到保護作用。

來源：asknature.org

十字花科植物受到昆蟲為害時，其體內(nèi)的芥子油苷與黑芥子酶就會發(fā)生水解反應(yīng)，產(chǎn)生具有抗蟲作用的異硫氰酸酯，這一防御特性又被稱為“芥子油彈”。

然而，道高一尺，魔高一丈，芥子油苷并不是一直有效，一些取食十字花科植物的專食性昆蟲，如小菜蛾、菜粉蝶和大菜粉蝶等，在漫長的演化中適應(yīng)了芥子油苷。

對于它們來說，芥子油苷不僅對植物起不到保護的作用，甚至還成為了昆蟲識別寄主植物的標(biāo)志刺激物，誘導(dǎo)它們?nèi)∈澈彤a(chǎn)卵。

小菜蛾 來源：en.wikipedia.org

嘖嘖，真的是吾之蜜糖，彼之砒霜，芥子油苷明明是植物的“保命武器”，卻陰差陽錯地成為了自己的“催命符咒”。

小菜蛾幼蟲取食葉片 來源：www.koppert.com

那為什么這些昆蟲會對芥子油苷情有獨鐘？它們又是如何精確識別到植物生成的芥子油苷呢？

為了揭開昆蟲和芥子油苷之間的神秘面紗，科學(xué)家們做出了大量的努力。

+ 昆 蟲 對 芥 子 油 苷 成 癮 的 研 究 +

1910年，Verschaffelt最先發(fā)現(xiàn)了大菜粉蝶和菜粉蝶對芥子油苷取食成癮。而且這一發(fā)現(xiàn)也成為了植物和昆蟲關(guān)系領(lǐng)域的開篇之作，意義重大。

大菜粉蝶 來源：www.learnaboutbutterflies.com

1964年，Ehrlich和Raven以粉蝶利用芥子油苷識別寄主植物為例證，第一次提出昆蟲與植物協(xié)同進化的理論。

菜粉蝶 來源：www.learnaboutbutterflies.com

1967年，Schoonhoven首次鑒定到大菜粉蝶對芥子油苷成癮的味覺感受神經(jīng)元，奠定了昆蟲對芥子油苷成癮的生理基礎(chǔ)。

大菜粉蝶幼蟲 來源：www.geograph.org.uk

直到今天，這個困擾了人們百年的謎團仍未被完全解開，科學(xué)家一直在苦苦追尋昆蟲感受芥子油苷的分子機制。

+ 菜 粉 蝶 VS 十 字 花 科 植 物 +

來源：en.wikipedia.org

菜粉蝶Pieris rapae在世界各地分布非常廣泛，主要為害十字花科蔬菜，尤以芥藍、甘藍、花椰菜、油菜、白菜、蘿卜等受害比較嚴(yán)重。

肉嘟嘟胖乎乎的菜粉蝶毛毛蟲極其喜食植物葉片，“咔嚓咔嚓”吃個不停，嚴(yán)重時甚至可以把葉片全部吃光，只殘留粗葉脈和葉柄，造成絕產(chǎn)。

來源：en.wikipedia.org

而且重要的是，在研究昆蟲對芥子油苷成癮的問題中，菜粉蝶是研究人員的重要關(guān)注對象之一。

來源：researchgate

人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)芥子油苷可以激發(fā)菜粉蝶幼蟲口器和成蟲跗節(jié)上特別的味覺感受細胞，產(chǎn)生神經(jīng)放電，刺激幼蟲取食和成蟲產(chǎn)卵。

這些味覺感受細胞中表達的味覺受體（gustatoryreceptor, Gr），對特異性識別不同種類的芥子油苷起關(guān)鍵作用。

不過，一直以來，人們對昆蟲感受芥子油苷的味覺受體的了解都處于空白狀態(tài)。

直到2021年7月15日，中國科學(xué)院動物研究所王琛柱團隊在PLoS Genetics發(fā)表題為“Identification of a gustatory receptor tuned tosinigrin in the cabbage butterfly Pieris rapae”的研究論文，首次揭示了菜粉蝶感受一種重要的芥子油苷----黑芥子苷（sinigrin）的味覺受體。

該團隊利用行為、電生理、細胞生物學(xué)和分子生物學(xué)、組學(xué)等技術(shù)和方法，從行為、細胞、分子三個水平上研究了菜粉蝶對芥子油苷成癮的味覺感受機制。

這項研究為揭示十字花科植物和它們的專食性昆蟲之間關(guān)系的分子基礎(chǔ)開辟了新的道路。

PLoS Genetics同期發(fā)表了美國加州大學(xué)伯克利分校Noah K. Whiteman 和Julianne N. Peláez對該研究的前瞻性評述，認(rèn)為這項研究是在植食性昆蟲的神經(jīng)行為學(xué)和感覺生態(tài)學(xué)領(lǐng)域取得的重要進展，對全面揭示十字花科專食性昆蟲對芥子油苷成癮的味覺分子基礎(chǔ)，以及植食性昆蟲復(fù)雜的味覺系統(tǒng)的秘密邁出了堅實的一步。

在科學(xué)家的努力下，昆蟲對芥子油苷成癮之謎已經(jīng)揭開了神秘的一角，相信不久的將來，它們背后的秘密一定能被我們?nèi)拷衣丁?/p>

致謝

感謝中科院動物所王琛柱研究員提供資料并審閱。

博士后楊軍為上述研究論文的第一作者，王琛柱研究員為通訊作者，郭浩、江南紀(jì)、唐睿、李國成、黃玲巧，以及瓦赫寧根大學(xué)Joop J. A. van Loon教授參與該課題的研究。這項成果的取得，獲益于傳統(tǒng)電生理技術(shù)與現(xiàn)代組學(xué)和分子生物學(xué)手段相結(jié)合，為昆蟲與植物協(xié)同進化理論提供了有力的證據(jù)。該研究得到中國科學(xué)院先導(dǎo)專項培育項目和國家自然科學(xué)基金項目的資助。

如果想了解更多內(nèi)容，可以查詢論文：

https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1009527;

https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1009616

圖片來源：Google 來源見水印

物種日歷 《準(zhǔn)備走心禮物給愛人，卻被隔壁老王搶了先》王琛柱,欽俊德.昆蟲與植物相互作用的研究進展[J]世界農(nóng)業(yè),1998,4:33-35蔡曉明,胡秀卿.芥子油苷在十字花科植物

與昆蟲相互關(guān)系中的作用[J]應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,

2012,2（2）:73－580

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本期小編：桃花島主

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《植物保護學(xué)報》

來源：人呆手戶