當我們在野外被蚊子叮咬時，往往先揮手驅趕(低成本)，實在無法忍受才會使用驅蚊液(高成本)。這種“精打細算”的低成本優(yōu)先防御策略，如今被發(fā)現(xiàn)同樣存在于植物界!中國科學院武漢植物園入侵生態(tài)學研究組的最新研究證實：面臨蟲害威脅時，植物像精明的理財高手，優(yōu)先啟動低成本防御，僅在危險升級時才動用“昂貴武器”。

研究團隊以在中國廣泛分布的一年生草本植物——豚草(Ambrosia artemisiifolia)為研究對象，結合來自鱗翅目、鞘翅目、直翅目的12種植食性昆蟲(圖1)，針對豚草的多種機械和化學防御性狀開展了系統(tǒng)實驗。

圖1: 豚草及取食它的代表性昆蟲 (萬金龍拍攝)。

研究發(fā)現(xiàn)：

成本核算：豚草的物理防御(如毛狀體)以及大分子量防御化合物(如木質素)比小分子化合物(如綠原酸)具有更高的生產(chǎn)成本(圖2)。

圖2:不同防御性狀的生產(chǎn)成本(以植物生物量為成本指標)。

精妙策略：遭受昆蟲攻擊后，豚草中低成本的防御性狀總是會被優(yōu)先誘導合成，而高成本的防御性狀只有在蟲害持續(xù)加劇、葉片受損面積達到一定閾值時才會被激活(圖3)。這種依賴于成本的順序型誘導在12種不同昆蟲的攻擊中都表現(xiàn)一致。

圖3:豚草被不同類群的昆蟲取食后，防御性狀的誘導順序。

研究不僅揭示了植物防御的精細化調(diào)控機制，還表明這種“低成本優(yōu)先”的防御策略可能是跨越植物和動物界的普遍防御規(guī)律，為理解自然界中物種如何平衡防御成本與生存收益提供了新視角。研究成果以“Plants respond to herbivory through sequential induction of cheaper defenses before more costly ones”為題發(fā)表于國際生物學主流期刊PLOS Biology，并獲期刊特別邀請，刊登國際同行的專文Primer點評。武漢植物園副研究員萬金龍為論文的第一作者，黃偉研究員為論文的通訊作者，美國萊斯大學Evan Siemann教授和瑞士伯爾尼大學Matthias Erb教授參與了研究。本研究得到國家重點研發(fā)計劃，中國科學院青年創(chuàng)新促進會和國家自然科學基金的資助。