大气二氧化碳浓度升高将使烟草防御重心转移

2010-12-01 11:31 来源: 中国科学院
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  大气CO2浓度升高是未来全球变化的必然趋势。升高的CO2浓度不但影响植物的各种生理特性,而且作用于植食昆虫和植物病毒,这两种作用因素又反过来调节植物的防御反应。

  在野外开顶式CO2控制箱(OTC)中,中科院动物研究所研究人员以烟草为实验材料,以刺吸式昆虫(烟蚜)为实验对象,以黄瓜花叶病毒(CMV)为作用因子,研究和比较了目前CO2浓度(375ppm)和加倍CO2浓度(750ppm)环境下,植物(烟草)在植食性昆虫和植物病毒单独作用、联合胁迫作用下的响应。通过测定两种CO2浓度环境下生长的烟草生物量、叶绿素、氮含量、非结构性糖、可溶蛋白、总氨基酸和烟碱含量以及蚜虫种群动态、个体的重量、蜜露产量和抗氧化酶活性,发现在对照CO2浓度下,被CMV感染的植株上蚜虫密度会显著上升;而在高CO2条件下蚜虫密度变化不明显。相对于单独的蚜虫或者病毒因子的处理而言,植物在桃蚜与黄瓜花叶病毒(CMV)两种胁迫因子下会产生更多的次生代谢物参与防御反应。

  进一步对烟草防御物质测定表明:在高CO2条件下,植物对病毒和蚜虫的防御会更加有效;植物在病毒和蚜虫双因子作用下,其防御的重点将由对植物病毒的防御转为对蚜虫的防御。该研究首次阐明了在高浓度CO2下多种生物胁迫因子对植物的潜在影响,为未来大气CO2浓度升高下植物害虫及其病毒的传播控制提出预警。

  以上研究发表在Plant, Cell & Environment(Fu X., Ye L., Kang L. & Ge F. 2010. Elevated CO2 shifts the focus of tobacco plant defences from cucumber mosaic virus to the green peach aphid. (2010) 33, 2056–2064)。

  该研究得到了国家重大基础研究计划(973)和国家自然科学基金的资助。