植物内化学防御的变异性并不能解释小菜蛾对黄芥的取食偏好。

这篇论文主要研究了Erysimum cheiranthoides（一种一年生植物）在其早期生长阶段内的防御机制及其对植食性昆虫Plutella xylostella（小菜蛾）的影响。研究的重点在于植物的化学防御、营养质量和形态特征（如毛状体密度）的变化，以及这些变化如何影响植食性昆虫的取食行为和植物的整体适应性。

研究背景与目的

植物在其生命周期中会发展出多种防御策略以抵御植食性昆虫的侵害。化学防御（如芥子油苷和强心苷）和形态防御（如毛状体）是植物常见的防御机制。研究的目的是探讨这些防御机制在植物不同生长阶段的分布和变化，以及它们如何影响昆虫的取食选择。

方法

研究通过对四周龄和六周龄的E. cheiranthoides进行实验，分析了不同叶龄的化学和形态防御特征。使用了UPLC-MS和HPLC-UV-MS等技术对化学防御物质进行定量分析，并通过显微镜和图像分析软件ImageJ对毛状体密度进行测量。此外，研究还进行了昆虫取食偏好的实验，观察昆虫在不同叶龄上的取食行为。

主要发现

1. 防御机制的变化：研究发现，植物的化学防御和毛状体密度在不同叶龄之间存在显著差异。年轻叶片的毛状体密度和蛋白质含量显著高于老叶片，而老叶片的可溶性糖浓度较高。这表明植物在不同生长阶段对资源的分配存在差异。

2. 昆虫取食行为：实验显示，无论是四周龄还是六周龄的植物，昆虫更倾向于取食老叶片，而年轻叶片受到的损害最小。这可能与年轻叶片较高的防御物质浓度和营养价值有关。

3. 防御物质的运输和再分配：在六周龄的植物中，老叶片的防御物质浓度显著降低，可能是由于这些物质被重新分配到更年轻的叶片或生殖器官中。这种再分配可能是植物在生殖阶段的一种适应策略，以保护更有价值的组织。

讨论

研究结果支持了最优防御理论（Optimal Defence Theory, ODT），即植物会根据叶片的相对价值和生长阶段调整防御资源的分配。在植物的生殖阶段，年轻叶片由于其高光合效率和营养价值，被认为是最有价值的，因此获得了更多的防御资源。研究还指出，老叶片的防御物质减少可能与叶片的衰老和营养再分配有关。

贡献与意义

这项研究通过揭示E. cheiranthoides在不同生长阶段的防御策略变化，为理解植物防御机制的动态变化提供了新的视角。研究结果不仅丰富了植物防御理论的内容，还为农业害虫管理提供了潜在的应用价值。通过了解植物在不同生长阶段的防御特征，可以更有效地制定害虫防治策略，减少农作物损失。

术语解释

• 化学防御：植物通过合成和积累有毒或不利于昆虫取食的化学物质来抵御昆虫侵害。
• 毛状体：植物表面的一种细小结构，能够物理阻碍昆虫取食。
• UPLC-MS和HPLC-UV-MS：用于分离和定量分析化学物质的高效液相色谱技术。
• 最优防御理论：假设植物会根据不同组织的相对价值和风险调整其防御资源的分配。

通过这篇论文，研究者们揭示了植物在其生命周期中如何动态调整防御策略，以应对环境变化和生物压力。这为进一步研究植物与昆虫之间的相互作用提供了重要的基础。