当植物遇到危险时，它们如何相互沟通？

研究发现，受感染的植物会释放出某些化合物，这些化合物可以渗透到健康植物的内部组织并激活其细胞内的防御。 更好地了解这种机制可以让科学家和农民在昆虫袭击或干旱发生之前就帮助植物免疫。

丰田正嗣表示，这项研究代表研究人员首次能够“可视化植物之间的交流”。, 是周二发表在《自然通讯》杂志上的这项研究的资深作者。 “也许我们可以劫持这个系统，告诉整个植物激活各种应激反应，以应对未来的威胁或环境威胁，例如干旱。”

“会说话”的树木的想法在20世纪80年代开始扎根。 两名生态学家将数百只毛毛虫和网虫放在柳树和桤木树枝上，观察树木的反应。 他们发现，受到攻击的树木开始产生化学物质，使它们的叶子变得无味且难以消化，以阻止昆虫。

但更令人好奇的是，科学家们在 30 或 40 米外发现了同一物种的健康树木，这些树木没有根部附着在受损的树木上，并且也建立了相同的化学防御系统以防止昆虫侵扰。 当时的另一对科学家 发现类似结果 检查受损的枫树和杨树时。

这些早期的研究团队有一个新生的想法： 树木通过空气相互发送化学信号，这就是今天所说的植物窃听。 在过去的四十年里，科学家们在 30 多种植物中观察到了这种细胞间通讯，包括利马豆、烟草、番茄、山艾树和芥菜科的开花植物。 但直到现在，没有人知道哪些化合物是重要的以及它们是如何被感知的。

“这个领域一直存在这样的争议，”未参与这项研究的植物生态学家安德烈·凯斯勒 (Andre Kessler) 说。 “首先，这些化合物通常如何给药 [by the plant]然后他们如何根据他们的感知改变植物的新陈代谢。

凯斯勒说，这项研究有助于回答其中一些长期存在的问题。

植物显然没有耳朵和眼睛，但之前的研究表明，它们通过释放我们可以闻到的称为挥发性有机化合物的化学物质与周围环境进行交流。 但就像人们可以说很多词一样，植物也可以产生一系列用于不同目的的化合物。 有些用于吸引传粉者或防御掠食者。

然而，当植物被感染时，会释放出一类化合物：绿叶挥发物。 顾名思义，几乎所有绿叶植物都会排放这些物质，并且是在植物遭受物理损伤时产生的。 这种化合物的一个例子是新鲜草散发的气味。

在这项新研究中，丰田和他的同事手动压碎树叶并将毛毛虫放在上面 拟南芥 芥菜或番茄植物能刺激绿叶中各种挥发物的散发。 然后，他们将单独的蒸气扩散到健康的植物上，看看植物是否会发生反应。

为了追踪健康的植物反应，研究小组对植物进行了基因改造，以便钙离子能够做到这一点 当它在单个细胞内被激活时会发出荧光。 钙信号传导对于地球上大多数生物体（包括人类）的细胞功能非常重要。 当电信号发送到我们的运动神经元时，离子通道打开并允许钙流入。 钙的增加可以触发神经递质的释放，从而引起肌肉细胞的肌肉收缩。

丰田表示，钙信号在植物中发挥着类似的作用。 根据植物的不同，它可以释放信息来关闭叶子或消化昆虫。

在测试了几种绿叶挥发物后，研究小组发现只有两种似乎可以增加细胞内的钙离子。 此外，他们发现形成植物叶子孔或气孔的保卫细胞中的钙信号首次增加，这是一个重要的发现，因为它表明这些化合物正在被吸收到植物的内部组织中。

“它不能轻易渗透到植物表面，”康奈尔大学教授凯斯勒说。 “他们必须穿过缝隙， [which] 让植物吸入二氧化碳并释放氧气进行光合作用。

丰田表示，钙信号就像一个开关，可以启动植物的防御反应。 增加信号后，研究小组发现植物增加了某些保护性基因表达的产生。 例如，丰田表示，这种植物可能会开始产生某些蛋白质，以防止昆虫咀嚼它，从而导致昆虫腹泻。

丰田说：“如果一种植物有很多这样的基因，那么它现在对食草昆虫的抵抗力非常强。”

有了这一新的认识，研究人员表示，可以在威胁和压力发生之前增强植物的抵抗力，这相当于给植物注射了疫苗。 例如，凯斯勒说，将健康的植物暴露在被昆虫或叶子相关挥发物侵染的植物中可以增强它们的基因防御能力，因此农民可以减少使用农药。 启示也能有所帮助 使植物在干旱期间更具恢复能力，向植物发出信号以保留更多水分。

“如果你的植物在生命早期就经历过干旱，它会比没有经历过干旱的植物更好地应对干旱，”凯斯勒说。 “这也是植物新陈代谢彻底改变的结果”。

丰田表示，这项研究为未来的研究埋下了许多种子。 例如，研究人员 “我不知道”为什么只有两种绿叶挥发物进入气孔并刺激钙信号传导。 下一步是识别植物中的不同受体，这些受体可能特定于两种化合物的化学结构。

为了应对昆虫的攻击，植物还可以根据它们所吃的食草动物的种类产生特定的反应，凯斯勒正在进一步研究这一令人印象深刻的行为。

“如果这种植物能够提供适应性反应……这就是智力的定义，”凯斯勒说。 “如果你了解这些事情以及植物如何做到这一点，你就会质疑我们如何理解世界。”