你一定见过路边的树叶被吃的惨不忍睹,你也一定听过虫害肆虐的报道,因此,你会不会觉得我们今天要讨论的这个话题有点儿哗众取宠?但我要告诉你,No!不信?我们就来看看植物的防虫术吧!
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。大多数昆虫普遍以植物为食。据统计,全世界大约存在792000种昆虫,这些昆虫中,大约45%以植物为食,我们称之为植食昆虫,以下简称昆虫。
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(co-evolution)。有化石证据表明,昆虫对植物的取食行为最早发生在大约3.5亿年前。3.5亿年前是个什么概念呢?那个时候恐龙都还没有出现呢。
那么,什么是共进化理论呢?共进化,也叫协同进化,最初由Ehrlich和Raven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(植物中一大类并非生长发育所必需的小分子有机化合物),保护了自身;与此同时,昆虫种群通过新的进化重新适应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,同样也增加了昆虫的多样性,这是相互促进的。
植物究竟进化出了什么法宝呢? 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,有些植物会让自己变得很难吃,于是虫子吃得就少了,或者干脆不吃了;有些植物通过自身含有的蛋白酶抑制剂,使得吃了它们的的虫子消化不良,久而久之虫子也就不吃了;有些植物长出坚硬锋利的刺、毛,严禁虫子靠近,或者给自己穿上厚厚的盔甲,增强角质层的厚度,增多蜡质的合成,让虫子们咬不动;还有些植物更狠,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,任你再厉害的虫子,终究还是有天敌的。既然我搞不定你,那我就请你的天敌来搞定你。于是乎,有的植物在遭受虫子袭击的时候就释放出一些挥发性化合物,释放到空气中,引诱植物的天敌前来捕食虫子。
作为云南的支柱产业之一,烟草这种植物里有种化合物叫尼古丁,这是一种存在于烟草属(茄科)植物中的生物碱,也是烟草的重要成分之一。它会使人上瘾或产生依赖性(为最难戒除的毒瘾之一),重复使用尼古丁会增加心跳速度、升高血压并降低食欲。大剂量的尼古丁会引起呕吐以及恶心,严重时人会死亡。烟草中通常会含有尼古丁,这是许多吸烟者无法戒掉烟瘾的重要原因。但是,尼古丁是非常好的抗虫化合物。
烟草属植物被虫子咬食后,“哨兵”——也就是植物的感受系统就会发出被攻击的信号,这个信号通过一套非常复杂的机制最终传到 “生产工厂”,命令其生产尼古丁,然后利用这种神经毒素来进行防御。比较有意思的是,烟草属植物中尼古丁只在根部进行合成,叶片和茎杆部位无法合成尼古丁。也就是说,叶片感受到虫咬后,一个信号会传到根部的尼古丁工厂,使其开工生产尼古丁。当然,植物防御昆虫并不是没有代价的。
比如,合成尼古丁是非常昂贵的,因为尼古丁里头含有氮元素,而氮是用来合成植物生长所需要的营养成分。因此,合成抗虫用的尼古丁又会降低植物的生长速率。