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植物反击战:有一天你的植物也会反抗!
2015-01-16   来源:吾谷网   

植物反击战:有一天你的植物也会反抗!
       如果植物是人类,你可能认为它们是与世无争、任打愿挨的和平主义者。

       你想错了。

       通过检测它们的环境,植物能够操纵某些因素来满足自己的需要。植物有味觉或嗅觉,用来测量和检测不同颜色的光,它们还有触感的能力,然后它们使用这些能力对不同类型的攻击作出响应。密苏里大学邦德生命科学中心主任杰克·舒尔茨(Jack Schultz)表示。

       “植物有一套蛋白质,这些蛋白质与人类味蕾中的蛋白质类似。”舒尔茨解释道。“他们被称为受体样激酶。人类只有少数几种,但一株小小的杂草有超过640种受体样激酶。”

       植物通过受体样激酶以及多种少有研究的感官分子化学感测其环境。当疾病或昆虫攻击的植物,它们会释放特定气味。这种气味或挥发物用以警告周边的植物。

       舒尔茨研究的目标是要利用这些独特的能力。由于只有受影响的植物发出的信号,它们可以在整片土地被侵染之前被及早发现和治疗。

       每一种攻击都有不同的相关气味。

       “当一株植物对攻击做出响应,它向空气中发出挥发物,这有助于附近的植物在受到攻击前做出反应。”舒尔茨说。

       植物如何交流?

       “所有证据都表明植物是知道彼此存在的,主要通过检测化学物质相互响应。”舒尔茨说。“这些化学物质可以通过空气传播,有的可以通过土壤传播。这就是为什么植物可以知道附近有同类。”

       植物对攻击者,包括疾病和昆虫做出反应,释放化学物质,驱赶捕食者或使其中毒。

       “所有的植物在受到昆虫和疾病的袭击时都是通过释放或改变化学产物来回应的。”舒尔茨说。“很多这些化学产物都是我们熟悉的,因为我们已经在利用它们了。”

       你知不知道你的午后提神饮料中的咖啡因实际上是咖啡植物对昆虫的防护剂?

       “尼古丁是烟草植物的保护剂。”舒尔茨说。“我们的许多药物,无论是娱乐还是药用,都是从植物中提取的,因为它们或在动物体内有活性,或对细菌和其他微生物有毒性,或两者都有。”

       植物能够适应的压力有哪些?

       植物对许多压力都能够响应,以下是常见的三种压力:

       虫害压力

       “世界上有足够的昆虫,如果它们繁殖得够好,在理论上可以吃掉自古以来的所有植物。”舒尔茨说。

       虽然可能发生暴发,但这只是一个例外,而不是一定的。昆虫只会吃掉全球植物量的大约10%,舒尔茨解释道。这是因为植物开展反击,阻止昆虫吃掉它们。

       植物采用的另一种方法是释放信号吸引害虫的天敌前来吃袭击者。

       “这些植物控制整个过程。”舒尔茨说。“它们帮助其保镖发现造成损害的害虫。它们通过释放气味告诉友好的昆虫在哪里可以找到它们的猎物或寄主。”

       竞争压力

       “如果植物检测到它要接收的光的颜色穿过了或被一些绿色的东西反弹了,快速长高的遗传程序将被打开。”舒尔茨说。

       于是它能过逃过其他植物的遮挡。

       环境压力

       当受到干旱胁迫时,植物关闭其气孔。研究表明,他们将干旱的信息传递给其他植物,舒尔茨说。这可能是由于土壤中的化学运动。这个线索使其他仍自我感觉良好的植物关闭自己的气孔。

       我们大多数人看一株萎蔫的植物都认为它徘徊在死亡的边缘。然而,萎蔫是一种植物节水的行为。

       “不同于把萎蔫看做糟糕状态的症状,另一种看待它的方式是将它是作为一种适应性行为,以节约用水。”舒尔茨说。

       那是什么气味?

       当植物遭受胁迫时会产生低浓度的挥发性有机分子。植物发出这些气味用于响应于不同的攻击。

       当植物被踩踏,或受到疾病或昆虫攻击,发出气味的混合物是不同的,舒尔茨说。

       如果可以辨认出植物发射气味的组合物,就可以诊断问题。

       “如果你能够发现这些不同,你就可以知道哪些植物在遭受攻击,哪些没有。”舒尔茨指出。

       “这项研究的很多工作最初是由军方资助,因为他们对植物能够从战场报告些什么感兴趣。”舒尔茨说。

       田间应用

       舒尔茨的研究团队已经与工程师合作开发了一种可以报告植物发出的具体气味的传感器。该传感器将被安装在机器人车辆上。当它在农田中穿行,它能够检测出受胁迫的植物,确定害虫,并且对受害植物进行处理。然后,它会继续穿行,直到找到下一个受侵染的植物。一旦你知道哪些植物受到攻击,你就可以只处理被攻击的植物,避免使用农药喷洒整个领域。

       这种技术的优点是可以在植物损伤变得可见之前对其进行处理,舒尔茨说。当你看到损伤的时候,它已经在经济上显著的受损了。

       例如,假设你有一片蚜虫出没的大豆田。当蚜虫病害到达一定程度会降低大豆产量。当蚜虫引起的损坏对肉眼足够明显时,已经对产量造成了严重影响。传感器的目标是在达到经济阈值之前找到问题。

       “这是精准农业的一种形式。”舒尔茨说。它会定点处理受侵染的植物,而不处理那些未受侵染的植物。它会节省大量的金钱和时间,当然也会减少对环境的影响。”

       目前困难

       我们面临的挑战是传感器在露天环境中工作。为了正确地识别的气味,它必须能够在露天中检测,而露天条件下气味是被稀释了的。另一个因素是速度,因为响应时间将是至关重要的,舒尔茨说。

       “我们研制这款小器械花了不少时间,因为很难让它工作得很好。”舒尔茨说。“如果我们做到了,我们将是在露天使用它的第一批人。大多数的研究仅能在实验室内完成。“

       植物发出的气味是复杂的混合物,有许多不同的化学物质。这使检测和鉴别工作变得更为困难。研究人员正在缩小确认植物被攻击所需鉴别的分子种类数量。

       “我们正在努力降到三到四种化学物质作为确认植物受到攻击的标志。”舒尔茨说。“每一种情况的标志都不同。第一步先确定某一种植物在受到某一种攻击时的标志,我们会按这种方法把每一种情况都确认一遍。”

       舒尔茨预计投入市场需要几年的时间。他认为如果一切进行得顺利,最好的情况是5年内进入市场。

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标签:植物 反击战 舒尔茨 精准农业

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