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2020 年 08 月 27 日 星期 放大 缩小 默认  
科普中国

植物是怎样防止被虫吃的

张井雄 吴建强

  你一定见过路边的树叶被虫吃得惨不忍睹,你也一定听过虫害肆虐的报道。但事实上,植物也不会坐以待毙,它们也有各种各样独特的防虫手段。那么植物究竟是如何防止被虫吃的呢?

  神奇的“共进化”

  从一开始,昆虫和植物的关系就很微妙。

  总体而言,植物和虫的关系可以分为两类:一类是相互受益,比如,昆虫给植物传播花粉,而植物为昆虫提供食物,可谓相得益彰,互利互惠,然而,自然界中更普遍的植物和虫的关系却是第二类——单纯的取食行为。事实上,所有的植物都会被至少一种虫类所取食,这就是共进化理论。

  那么,什么是共进化理论呢?

  共进化,也叫协同进化,最初由两位生物学家在研究粉蝶与其寄主十字花科植物关系时提出。简要说来就是,植物通过进化,产生一系列的次生代谢物,保护了自身;与此同时,昆虫种群通过新的进化重新适应这些产生次生代谢物的植物;成对的交互作用的结果造成昆虫食性的专化、形成动植物生态关系多样性。该理论还认为:昆虫对植物的取食大大增加了植物物种多样性,这种植物物种多样性又反作用于昆虫,同样也增加了昆虫物种的多样性,这是相互促进的。

  一场华丽的冒险之旅

  生物总是在进化的。很少有植物跟动物一样移动,那么植物就注定要面临更多的环境挑战。例如非生物的环境因素:干旱、洪涝、紫外线、盐碱条件等,再比如生物类的真菌、细菌和病毒的感染以及动物的取食等。在生物进化的早期,虫类的祖先们开始以植物为食,因此,为了物种的延续,植物们不得不进化出一套适应环境的机制。植物们为了生存必须拼尽全力,它们的祖先由于承受了巨大的被取食的压力,所以需要不断进化,一些优异的性状就在环境不断变化中得以保留。

  需要说明的是,这种进化是非常缓慢的,可能一万或者十万个个体中只有一个个体发生了基因变化,而且这种基因变化很多时候是非常危险的。毫无疑问,只要有朝着有利于群体生存的方向发展的可能,那么这种冒险就是值得的。同样人类社会中这种规则也是适用的。

  植物的防虫宝典

  根据防御方式的不同,我们可以将这种进化出来的优异性状防虫术统分为两类:一类是非常直接的,称之为“直接防御”。比如,有些植物长出坚硬锋利的刺、毛,严禁虫子靠近,或者增强角质层的厚度,增多蜡质的合成,让虫子们咬不动;还有些植物干脆释放毒素,让吃了它们的虫子一命呜呼。除此之外,植物还可以通过改变果实和叶片的形状、大小、颜色,改变植株性状等进行直接防御。

  另外一类植物的防御方式是间接的,称之为“间接防御”。植物确实害怕被虫子吃,可是螳螂捕蝉,黄雀在后,再厉害的虫子,终究还是有天敌的。于是,有的植物在遭受虫子袭击的时候会释放出一些挥发性化合物,释放到空气中,引诱虫子的天敌前来捕食虫子。

  生长还是防御,这是一个问题

  对于植物来说,当有虫子来咬食时,它要做出决定,是集中进行防御,还是继续快速生长。如果防御的代价高到一定程度,有的植物宁可不充分防御,而是选择快速生长。人们很早就提出了这个理论,而验证这个理论的好例子是烟草属植物。

  在美国犹他州和亚利桑那州,生长有同一野生烟草的两个品种,研究人员曾做过一项研究,把同一种虫子放在这两种烟草上,看看它们的反应是否相同,结果发现,犹他州野生烟草的抗性非常强烈,采用生产较大量尼古丁的方式来防御昆虫;而亚利桑那州的野生烟草响应不强烈,但却长得很快,快快生长、开花、结果,完成播种后代的使命。也就是说,后者这种野生烟草并没有采用着重于防御的手段,而是采用着重于生长的方式来对付虫害。

  进一步研究后,人们认为这和亚利桑那州野生烟草的生活环境有一定关系。这里虫害不是很严重,野生烟草可以不用太在乎虫子,尽快地完成开花、结果的生命过程即可足以应对虫害。

  当然,植物防虫的手段远不止这些。有的植物在碰到虫害后,会产生某些特殊的气味,吸引昆虫的天敌来取食,从而起到防御作用;还有的植物会利用其他植物受到虫害后产生的警戒信号,从而使自己快速地产生防御反应,来帮助自己御敌。

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