當(dāng)你漫步在公園中，被蔥蘢的植物環(huán)繞時(shí)，是否曾思考過這些問題：植物不會(huì)說(shuō)話，怎么與周圍的生物交流？蜜蜂怎么找到視線之外的花朵？割草的時(shí)候，為什么會(huì)聞到青草的氣味？這些問題的答案，都與一門特殊的“化學(xué)語(yǔ)言”有關(guān)——植物揮發(fā)物。

植物揮發(fā)物：無(wú)形的化學(xué)信使

當(dāng)我們走進(jìn)森林、花園和草地時(shí)，常常會(huì)聞到各種清新的氣息——松樹的樹脂香、薄荷的清涼、玫瑰的芬芳。這些氣味并非偶然，而是植物釋放的揮發(fā)性有機(jī)化合物。

植物揮發(fā)物是一類低分子量、易揮發(fā)的有機(jī)分子，主要由葉片、花朵、果實(shí)和根系釋放，主要分為萜類、苯丙烷類/苯類、脂肪酸衍生物和氨基酸衍生物。這類化合物種類繁多，目前已鑒定出超過1700種植物揮發(fā)物。

植物每年會(huì)釋放超過10億噸揮發(fā)物，其中最高多達(dá)40%的光合作用固定的碳以揮發(fā)物形式釋放到環(huán)境中。這些化合物不僅賦予植物獨(dú)特的氣味，還在生態(tài)系統(tǒng)中扮演著重要角色，幫助植物適應(yīng)環(huán)境、抵御威脅、進(jìn)行信號(hào)交流。

植物揮發(fā)物的防御功能

植物無(wú)法像動(dòng)物一樣逃跑或反擊，但它們演化出了精妙的化學(xué)防御系統(tǒng)，揮發(fā)物就是植物防御的“關(guān)鍵武器”。

（1）直接防御：驅(qū)趕或毒殺敵人

許多植物釋放的揮發(fā)物對(duì)昆蟲或微生物具有毒性。例如：薄荷、桉樹、艾草和傘形科植物（芹菜、香菜、茴香等）釋放的揮發(fā)性物（如薄荷醇、桉葉素）能驅(qū)避植食性昆蟲。

（2）間接防御：召喚“保鏢”

植物無(wú)法自己對(duì)抗害蟲，但它們可以“呼救”——釋放特定揮發(fā)物，吸引害蟲的天敵。例如：玉米和棉花在遭受昆蟲取食時(shí)，會(huì)釋放β-石竹烯，吸引寄生蜂等天敵昆蟲。利馬豆被螨蟲侵害時(shí)，會(huì)釋放（E）-β-羅勒烯，吸引天敵昆蟲捕食螨來(lái)消滅螨蟲。這種“化學(xué)求救信號(hào)”讓植物在生態(tài)系統(tǒng)中建立了復(fù)雜的防御聯(lián)盟。

同樣，害蟲也能利用植物的誘導(dǎo)反應(yīng)，改變揮發(fā)物釋放，從而抑制植物防御。例如：紅胸律點(diǎn)跳甲幼蟲取食植物根部后，植物啟動(dòng)根部誘導(dǎo)防御反應(yīng)，抑制幼蟲生長(zhǎng)。同時(shí)也會(huì)誘導(dǎo)葉部揮發(fā)物改變，通過提高揮發(fā)物壬醛和2-乙基己醇的釋放量吸引紅胸律點(diǎn)跳甲的地上成蟲。成蟲取食會(huì)誘導(dǎo)植物降低根部防御物質(zhì)的含量，改善地下幼蟲的生存環(huán)境（圖1）。二化螟危害水稻后，會(huì)提高揮發(fā)物α-蒎烯、D-檸檬烯和β-石竹烯的釋放量，吸引褐飛虱取食和產(chǎn)卵，二者同時(shí)取食會(huì)促進(jìn)彼此的生長(zhǎng)和適合度（圖2）。

圖1. 紅胸律點(diǎn)跳甲幼蟲通過植物揮發(fā)物向其成蟲發(fā)出求救信號(hào)，改善自身周圍的生存環(huán)境。（孫曉團(tuán)隊(duì)供圖）

圖2. 水稻害蟲二化螟和褐飛虱通過“種間協(xié)作”抑制植物防御，從而實(shí)現(xiàn)互惠共存。（李云河團(tuán)隊(duì)供圖）

植物揮發(fā)物的“社交功能”：與其他生物的信號(hào)交流

植物揮發(fā)物不僅是防御工具，還是植物與周圍生物“對(duì)話”的化學(xué)語(yǔ)言。

（1）植物間的警告系統(tǒng)

當(dāng)某些植物（如柳樹、利馬豆）遭受蟲害時(shí)，會(huì)釋放揮發(fā)物，鄰近的同種植物“接收”到信號(hào)后，會(huì)提前啟動(dòng)防御機(jī)制，如增加有毒物質(zhì)的合成。這種現(xiàn)象被稱為“植物間防御信號(hào)傳遞”。

（2）吸引傳粉者與種子傳播者

花朵的芳香（如玫瑰的苯乙醇、茉莉的茉莉酸甲酯）能吸引蜜蜂、蝴蝶等傳粉者，確保繁殖成功。某些果實(shí)成熟時(shí)釋放的揮發(fā)物（如香蕉的乙酸異戊酯）能吸引動(dòng)物取食，幫助種子傳播。

（白旭光拍攝）

（3）與微生物的互動(dòng)

一些植物根系釋放的揮發(fā)物能招募有益土壤微生物（如固氮菌、菌根真菌），促進(jìn)自身生長(zhǎng)。

未來(lái)應(yīng)用：植物揮發(fā)物的潛力

科學(xué)家正在探索如何利用植物揮發(fā)物改善農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥和環(huán)境。

（1）生態(tài)農(nóng)業(yè)：減少農(nóng)藥使用

通過人工合成植物“求救信號(hào)”（如β-石竹烯），吸引天敵昆蟲來(lái)控制害蟲，減少化學(xué)農(nóng)藥依賴。利用揮發(fā)物監(jiān)測(cè)作物健康，早期發(fā)現(xiàn)病蟲害。

（2）醫(yī)藥與健康

某些植物揮發(fā)物（如薰衣草的芳樟醇、桉樹的桉葉素）已被用于芳香療法，緩解焦慮、改善睡眠。森林揮發(fā)物（如日本柳杉的芬多精）被證明能增強(qiáng)人體免疫力，“森林浴”已成為健康生活方式。

（3）環(huán)境修復(fù)

某些植物揮發(fā)物能分解空氣污染物（如甲醛、苯），未來(lái)可能用于室內(nèi)空氣凈化。

植物揮發(fā)物是自然界最精妙的化學(xué)語(yǔ)言之一，它們幫助植物生存、繁衍，并與整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)互動(dòng)。未來(lái)，隨著科學(xué)的發(fā)展，我們或許能更深入地利用這些“看不見的信號(hào)”，讓農(nóng)業(yè)更環(huán)保、醫(yī)學(xué)更自然、環(huán)境更健康。

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作者：孫曉 河南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授

審核專家：劉清松 河南大學(xué)特聘教授

策劃：謝蕓

來(lái)源: 大國(guó)糧策

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