植物可以讓蟲蟲自相殘殺!

甜菜夜蛾幼蟲。圖片來源:Wiki

撰文|葉綠舒

植物不會動,所以遇到蟲害的時候,是否只能無奈的被咬呢?

過去許多研究發現,其實植物沒有表面看起來那麼無辜的樣子。有些植物會招來打手消滅不受歡迎的客人,如歐洲品系的玉米以及大芻草(teosinte)在遭受西方玉米根蟲(western corn rootworm,Diabrotica virgifera virgifera)的幼蟲攻擊時,會分泌一種倍半萜((E)-β-caryophyllene)召來西方玉米根蟲幼蟲的天敵:線蟲。

但是,能叫打手的畢竟是少數;大部份的植物都是透過分泌如水楊酸(salicylic acid,SA)、茉莉酸(jasmonic acid,JA)等等,來啟動自己的防禦機制。不過近年來的研究也發現,這些防禦機制並不像過去所認為的那麼簡單。一樣是被咬,甜菜夜蛾(Spodoptera exigua,宿主包括二十科的植物)或是紋白蝶(Pieris rapae,專門以十字花科的植物為食草)幼蟲的啃咬,所造成的增加與減少表現的基因,只各有21%與12%的基因是相同的;而一樣被吸取篩管的汁液,桃蚜(Myzus persicae,吸食許多不同科的植物的汁液)與菜蚜(Brevicoryne brassicae,專門吸食十字花科植物的汁液)的吸食所引發的反應,也只各有7%與4%的基因是相同的。

水楊酸與茉莉酸等分子,是否只能啟動防禦機制、讓植物「全面備戰」而已嗎?最近來自美國的研究團隊發現,植物在感應到茉莉酸時,不只是自己會提高戒備,還會讓蟲蟲自相殘殺喔!

叫打手來已經很恐怖了,還會讓蟲蟲們自相殘殺,這根本就是恐怖片!

我們來看看到底是怎麼辦到的吧。當事雙方是甜菜夜蛾幼蟲與番茄(S. lycopersicum),研究團隊以10 mM、1 mM、0.1 mM 、0 mM(控制組)的甲基茉莉酸(MeJA)連續處理兩天後,於第二次處理完一小時後將八隻甜菜夜蛾的三齡幼蟲放到番茄葉片上,接著連續八天觀察幼蟲的數量以及體重。

結果發現,噴灑最高量MeJA的組別的幼蟲們,自相殘殺的情形最嚴重;而沒有噴灑MeJA的組別,到後面的實驗階段才出現比較明顯的自相殘殺。

為什麼這些蟲蟲要自相殘殺呢?研究團隊認為,可能是因為植物在啟動防禦機制後造成葉片的營養成分減少。過去的研究發現,甜菜夜蛾幼蟲的確會在吃到低氮含量的葉片的狀況下進行自相殘殺。而研究團隊也發現,使用被 1 mM MeJA處理過的番茄葉片餵食的幼蟲們幾乎沒怎麼長,但自相殘殺組的生長速度與控制組差不多。雖然沒有直接測量被 MeJA處理過的葉片是否養分(尤其是氮含量)較少,這些間接的證據應該也足以支持他們的論點了。

所以植物們可能是在啟動防禦機制時,降低了自己的營養成分,造成蟲蟲們自相殘殺;自相殘殺對植物有什麼好處呢?

讓敵人自相殘殺有幾個優點。

一、當他們忙著互咬,就沒空咬你了;所以可以降低自己的損害。

二、敵人自相殘殺完後,敵人的數目當然也減少了;這樣咬你的人也變少了。

在本篇論文中可以看到,到實驗結束時,還有最多葉片留下的組別,的確就是以 10 mM MeJA處理的組別;其次是 1 mM、而 0.1 mM的又其次。至於沒有用 MeJA來處理的組別,幾乎被吃光了。

當然這些看起來都很美妙,但有一個大問題是:在自然環境中,植物通常是被咬以後才會分泌茉莉酸喔!所以說了半天,難道這只是研究團隊在耍笨、浪費研究經費嗎?

當然不是囉!雖然植物通常不被咬就不會分泌茉莉酸,但先前也有研究發現,植物在受到傷害時,會釋放出VOC(揮發性物質)來通知隔壁的植物。雖然在那篇文章中只是單純的受傷,但茉莉酸也是可揮發性的,在被咬了以後放出茉莉酸,鄰居感應到趕緊提升裝備、同時葉片營養含

量減少;等可惡的害蟲到鄰居那裡去作亂後,就因為養分不足而開始互相吞食...誰曰不可?

所以,還是一句老話:植物沒有它們表面上看起來的那麼無辜喔!

參考文獻:

  1. Sergio Rasmann et. al., 2005. Recruitment of entomopathogenic nematodes by insect-damaged maize roots. Nature 434, 732-737 (7 April 2005) | doi:10.1038/nature03451
  2. Heidi M. Appel, Howard Fescemyer, Juergen Ehlting, David Weston, Erin Rehrig, Trupti Joshi, Dong Xu, Joerg Bohlmann, Jack Schultz. Transcriptional responses of Arabidopsis thaliana to chewing and sucking insect herbivores. Frontiers in Plant Science, 2014; 5 DOI: 10.3389/fpls.2014.00565
  3. John Orrock et. al., 2017. Induced defences in plants reduce herbivory by increasing cannibalism Nature Ecology & Evolution 1, 1205–1207. doi:10.1038/s41559-017-0231-6

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作者:葉綠舒 慈濟大學生命科學系助理教授,科教中心特約寫手,從事科普文章寫作。

 

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