植物抗虫“防御警备”:概念、机理与应用

植物抗虫"防御警备"是指受到某些生物或者非生物因子刺激警备后,植物会提前做好抗虫防御准备,之后当再次受到害虫袭击时,植物会产生更加快速和强烈的抗虫防御反应,从而使自身抗虫性显著提高.这是近年来新发现的植物防御害虫的一种策略,是一种特殊的诱导抗虫机制.植食性昆虫的取食、分泌物、产卵、为害诱导的植物挥发物(HIPVs)以及某些有益微生物、植物营养元素、重金属和一些化学物质均可以引起植物产生抗虫防御警备.防御警备具有抗性高效、持久、环境友好,甚至可以遗传到子代等优点.本文综述了近年来有关植物抗虫防御警备的研究,主要概括了植物抗虫防御警备的一般特征、刺激警备因子和形成机制,并对其在生产实践中的应用前景进行了简要分析,提出了这一领域尚未解决的问题和亟待深入的研究方向.通过合适的方法使植物产生抗虫防御警备可以大大减少杀虫剂的使用,成为害虫综合防治的重要手段.

烟草植株对斜纹夜蛾的警备防御

【目的】植物的诱导防御反应在植物应对植食性昆虫取食时发挥重要作用。在自然界中,植物会频繁遭受植食性昆虫的取食,然而,植物遭受昆虫多次取食时是否会产生警备防御,进而诱导更强烈的防御反应尚未阐明。本研究旨在深入探究植物对昆虫的警备防御。【方法】以烟草-斜纹夜蛾为体系,通过生测实验研究烟草植物警备防御对昆虫生长发育的影响;通过检测单次取食和多次取食的烟草植株茉莉酸、水杨酸和脱落酸,在激素水平分析烟草警备防御的调控途径;通过检测单次取食和多次取食的烟草叶片次生代谢物质,在代谢水平分析烟草警备防御的作用方式。【结果】斜纹夜蛾Spodoptera litura诱导导致烟草植株对斜纹夜蛾的防御能力增强。与取食对照烟草植株相比,遭受斜纹夜蛾多次取食和单次取食的烟草植株使斜纹夜蛾的体重分别下降了30.3%和14.6%,二次诱导后的烟草植株比一次诱导后的烟草植株对斜纹夜蛾的防御作用更强。与对照相比,二次诱导导致烟草植株体内茉莉酸含量的显著升高,二次诱导后烟草植株茉莉酸的含量比一次诱导的烟草植株增加78.9%。斜纹夜蛾取食对烟草植株水杨酸和脱落酸的含量无显著影响。斜纹夜蛾取食诱导导致烟草植株中尼古丁、绿原酸和胰蛋白酶抑制剂的含量均显著升高,且二次诱导的增加量显著高于一次诱导的增加量。【结论】烟草对植食性昆虫斜纹夜蛾存在警备防御,植物的警备防御使植物对植食性昆虫的诱导防御反应更强。

组蛋白修饰调控植物对胁迫的记忆与警备抗性的研究进展

植物扎根土壤,面对不利的环境胁迫无法逃避。然而,植物已经进化出对环境胁迫的记忆(stress memory)与警备抗性(或防御警备defense priming)等机制适应环境。环境胁迫在短时间内无法改变植物的DNA碱基序列,因此表观遗传被认为是植物对环境胁迫产生记忆和产生防御警备的主要机制,而组蛋白修饰被认为是最重要的机制,为胁迫记忆提供了可能。本文综述了非生物和生物胁迫下植物分别以胁迫记忆和防御警备机制为主导的组蛋白修饰参与抵御不良环境的最新进展,并提出该研究领域存在的问题和今后研究的重点与方向。深入探究组蛋白修饰与植物适应环境胁迫的关系,可为提高植物抗性、植物表型塑造、器官再生和作物改良等方面提供理论和技术指导。

丛枝菌根真菌摩西管柄囊霉侵染增强番茄对机械损伤的响应

植食性昆虫取食会给植物造成机械损伤并激活植物的防御反应,而与有益微生物共生是否可以增强植物对机械损伤的响应对植物抗虫有重要意义.本研究在番茄根系被丛枝菌根真菌摩西管柄囊霉侵染后,研究机械损伤对番茄防御反应的影响.结果表明:预先接种菌根真菌的番茄叶片受到机械损伤处理(FD)后,叶片苯丙氨酸解氨酶(PAL)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)和过氧化氢酶(CAT)活性,以及叶片和根系苯丙氨酸解氨酶基因(PAL)和β-1,3-葡聚糖酶基因(PR2)的转录水平均显著高于只进行机械损伤的处理(D)、只接种摩西管柄囊霉的处理(F),以及既未接种菌根菌也未进行机械损伤的健康番茄植株(CK).虽然D和F处理也可诱导部分酶活性及基因转录水平升高,但FD处理诱导的防御反应更迅速和强烈.表明丛枝菌根真菌侵染可以警备(prime)番茄对机械损伤做出更快速和强烈的响应.