植物抗虫“防御警备”: 概念、机理与应用

植物抗虫“防御警备”是指受到某些生物或者非生物因子刺激警备后,植物会提前做好抗虫防御准备,之后当再次受到害虫袭击时,植物会产生更加快速和强烈的抗虫防御反应,从而使自身抗虫性显著提高.这是近年来新发现的植物防御害虫的一种策略,是一种特殊的诱导抗虫机制.植食性昆虫的取食、分泌物、产卵、为害诱导的植物挥发物(HIPVs)以及某些有益微生物、植物营养元素、重金属和一些化学物质均可以引起植物产生抗虫防御警备.防御警备具有抗性高效、持久、环境友好,甚至可以遗传到子代等优点.本文综述了近年来有关植物抗虫防御警备的研究,主要概括了植物抗虫防御警备的一般特征、刺激警备因子和形成机制,并对其在生产实践中的应用前景进行了简要分析,提出了这一领域尚未解决的问题和亟待深入的研究方向.通过合适的方法使植物产生抗虫防御警备可以大大减少杀虫剂的使用,成为害虫综合防治的重要手段.     

外源茉莉酸和茉莉酸甲酯诱导植物抗虫作用及其机理

综述了茉莉酸(jasmonic acid, JA)和茉莉酸甲酯(methyl jasmo nate, MJA)的分子结构和应用其诱导的植物抗虫作用及其机制。植物受外源茉莉酸或茉莉酸甲酯刺激后,一条反应途径是由硬脂酸途径激活防御基因,另一条途径是直接激活防御基因。防御基因激活后导致代谢途径重新配置,并可能诱导植物产生下列4种效应：（1）直接防御,即植物产生对害虫有毒的物质、抗营养和抗消化的酶类,或具驱避性和妨碍行为作用的化合物;（2）间接防御,即产生吸引天敌的挥发物;（3）不防御,即无防御反应;（4）负防御,即产生吸引害虫的挥发物。     

昆虫对植物抗虫性的诱导

植物的抗虫性主要表现为受遗传因素控制的遗传抗性和受环境因素控制的生态抗性两个方面。植物的抗性主要由遗传因素决定,但其抗性表达和抗虫幅度又受到环境因子的影响。环境因子可改变植物的生理状态和理化性质,使植物不合适作为某种昆虫的寄主,从而提高了植物的抗性水平。植食性昆虫对植物抗虫性的诱导是环境影响抗性表达的一个重要方面,它是植物对取食者的一种重要的防御策略,同时也是植物与植食者协同进化的结果,进一步了解和充分发挥诱导抗性的作用,对抗虫有种工作和害虫的综合治理都有指导意义。三植食性昆虫对植物抗虫性的诱导…     

萜类化合物在植物间接防御中的作用

植物受到虫害后释放萜类化合物吸引害虫天敌的间接防御是一种新颖且环保的抗虫模式。植物受到害虫危害等因素诱导后做出响应,在体内经过一系列复杂调控,释放萜类物质,害虫天敌顺着这些萜类物质找到害虫,通过捕食或寄生于害虫体内的方法来消灭害虫。在实际应用中,可考虑利用直接和间接防御相结合的防治方法。     

昆虫与植物关系的研究进展和前景

本文综述昆虫与植物之间关系的研究概况，包括历史渊源、昆虫选择寄主植物的生理机制，植物对虫害的反应、用抗虫基因在作物中移植以防治害虫和展望。着重叙述昆虫神经中枢对于植物理化特性所产生的感觉内导的综合作用，植物蒙受虫害后的补偿作用及由此诱导所产生的化学防御作用。讨论了以抗虫基因移植于农林作物来防治害虫是否会引起昆虫对这种新育成的植物产生适应或抗性。昆虫与植物之间的关系是一个重要的科研领域，对其发展前景     

韧皮部取食昆虫诱导的植物防御反应

刺吸式昆虫与寄主植物之间具有特殊的生物互作关系。本文对刺吸式昆虫取食韧皮部诱导的植物防御反应类型、 防御物质变化、 信号途径以及植物反应转录组学研究等方面进行综述。韧皮部取食昆虫取食诱导的植物防御反应机制主要包括： (1)改变自身的营养状况; (2)产生有毒的次生化合物; (3)产生防御蛋白。防御反应与植物水杨酸、 茉莉酸、 乙烯等信号分子密切相关。研究表明, 刺吸式昆虫取食诱导的植物防御反应主要引发以水杨酸为主的信号途径, 但相关分子互作机制还有待明确。日益丰富的基因组资源和不断发展的分子生物学技术为揭示植物防御反应中信号分子的作用机制、 找出植物内生抗性的特异因子以及阐明诱导防御机制奠定了基础。了解刺吸式昆虫取食诱导的植物防御反应, 为深入理解植物-昆虫间协同进化关系提供了依据, 为害虫治理和抗虫植物的培育提供了新的思路。     

蚜虫诱导的植物免疫反应

在植物与昆虫长期的互作过程中,植物建立起一系列精密而又复杂的防御机制以应对昆虫取食为害,并且能够识别不同取食类型昆虫的效应因子作出不同的防御应答。最近研究揭示了许多植物与蚜虫之间相互抗争的分子机制,这不仅包括植物激素介导的诱导防御途径、植物先天免疫系统和基于gene-for-gene的R抗性识别和作用机制,而且还包括蚜虫在取食过程中分泌的唾液成分,它有助于蚜虫取食韧皮部组织,抑制植物病原相关分子模式激活的免疫反应(Pathogen-associated molecular patterns triggered immunity,PTI)防御,以及被植物核苷酸结合位点区-亮氨酸重复序列区(NBS-LRR)膜受体识别激活效应因子免疫反应(ETI)防御等方面。本文综述了蚜虫诱导的植物防御途径、蚜虫诱导的植物免疫反应、蚜虫效应因子的鉴定与功能分析三方面的最近研究进展,提出了未来发展的研究方向。这些基于病原微生物提出的"zig-zag"模型为进一步理解植物先天免疫、诱导防御系统和蚜虫唾液腺组分的互作提供新理论支撑,为揭示了植物与蚜虫抗性互作的分子机制及有效安全地防治害虫提供了新思路。     

蚜虫诱导的植物免疫反应

在植物与昆虫长期的互作过程中,植物建立起一系列精密而又复杂的防御机制以应对昆虫取食为害,并且能够识别不同取食类型昆虫的效应因子作出不同的防御应答。最近研究揭示了许多植物与蚜虫之间相互抗争的分子机制,这不仅包括植物激素介导的诱导防御途径、植物先天免疫系统和基于gene-for-gene的R抗性识别和作用机制,而且还包括蚜虫在取食过程中分泌的唾液成分,它有助于蚜虫取食韧皮部组织,抑制植物病原相关分子模式激活的免疫反应(Pathogen-associated molecular patterns triggered immunity,PTI)防御,以及被植物核苷酸结合位点区-亮氨酸重复序列区(NBS-LRR)膜受体识别激活效应因子免疫反应(ETI)防御等方面。本文综述了蚜虫诱导的植物防御途径、蚜虫诱导的植物免疫反应、蚜虫效应因子的鉴定与功能分析三方面的最近研究进展,提出了未来发展的研究方向。这些基于病原微生物提出的"zig-zag"模型为进一步理解植物先天免疫、诱导防御系统和蚜虫唾液腺组分的互作提供新理论支撑,为揭示了植物与蚜虫抗性互作的分子机制及有效安全地防治害虫提供了新思路。     

茉莉酸类化合物:从植物的诱导抗虫防御反应到生长-防御权衡

茉莉酸类化合物(jasmonates, JAs)可外源诱导植物产生抗虫防御反应.因此,JAs在植物生理及植物保护学领域具有十分重要的研究价值.本文归纳了近20年来在约40种植物上外源施用JAs对鳞翅目、半翅目等植食者及其天敌所产生的生态影响,并从JAs诱导植物产生的直接与间接抗虫反应、诱导系统抗性、诱导方法、田间诱导抗虫表现、应用现状等方面对JAs诱导植物抗虫的研究现状进行了系统的总结.同时,本文结合最新研究结果,从植物体内信号交流、JA信号途径节点调控等方面,对植物体内与JA途径相关的生长-防御“权衡”进行了综述.最后,本文对今后外源JAs诱导植物抗虫研究的发展方向与重点方面进行了分析和展望,以期促进相关研究及JAs田间应用的创新发展.     

昆虫对植物蛋白酶抑制素的诱导及适应机制

植物蛋白酶抑制素是植物重要的防御物质之一,一般是分子量较小的多肽或蛋白质,能够与昆虫消化道内的蛋白酶形成复合物,阻断或削弱蛋白酶对食物中蛋白的水解,使昆虫厌食或消化不良而致死。植物蛋白酶抑制素在植物体内一般是诱导表达的,昆虫取食危害后,导致某些植物在伤口产生一种寡聚糖信息素-蛋白酶抑制素诱导因子,蛋白酶抑制素诱导因子诱导叶片局部产生植物蛋白酶抑制素,并刺激产生信号物质系统肽,通过十八烷酸途径在一系列酶的作用下产生茉莉酸,茉莉酸与受体结合,活化植物蛋白酶抑制素基因。昆虫在长期取食植物蛋白酶抑制素后会在生理及行为上产生适应性而导致不敏感,适应方式主要包括：(1)改变肠道蛋白酶对蛋白酶抑制素的敏感性;(2) 水解蛋白酶抑制素;(3)过量取食及干扰产生蛋白酶抑制素的信号通道。由于昆虫能够对植物蛋白酶抑制素产生适应,因此合理利用植物蛋白酶抑制素的抗虫作用显得十分重要。     

组蛋白修饰调控植物对胁迫的记忆与警备抗性的研究进展

植物扎根土壤,面对不利的环境胁迫无法逃避。然而,植物已经进化出对环境胁迫的记忆(stress memory)与警备抗性(或防御警备defense priming)等机制适应环境。环境胁迫在短时间内无法改变植物的DNA碱基序列,因此表观遗传被认为是植物对环境胁迫产生记忆和产生防御警备的主要机制,而组蛋白修饰被认为是最重要的机制,为胁迫记忆提供了可能。本文综述了非生物和生物胁迫下植物分别以胁迫记忆和防御警备机制为主导的组蛋白修饰参与抵御不良环境的最新进展,并提出该研究领域存在的问题和今后研究的重点与方向。深入探究组蛋白修饰与植物适应环境胁迫的关系,可为提高植物抗性、植物表型塑造、器官再生和作物改良等方面提供理论和技术指导。     

植物抗虫基因工程研究进展

植物抗虫基因工程为防治农业害虫提供了一条崭新途径。本文对植物抗虫基因工程近年来所取得的某些研究进展,包括目前已发现和利用的抗虫基因、提高抗虫基因在植物体内表达的方法以及防止或延缓害虫产生抗性的策略等方面进行了综合评述,并对植物抗虫基因工程中有待解决的问题和发展前景提出了自己的看法。     

植物抗虫基因工程研究进展

植物抗虫基因工程为防治农业害虫提供了一条崭新途径。本文对植物抗虫基因工程近年来所取得的某些研究进展,包括目前已发现和利用的抗虫基因、提高抗虫基因在植物体内表达的方法以及防止或延缓害虫产生抗性的策略等方面进行了综合评述,并对植物抗虫基因工程中有待解决的问题和发展前提提出了自己的看法。     

脱落酸在植物抗虫性中的作用研究进展

脱落酸是植物的五大类激素之一,增强植物对非生物胁迫的抗逆性,在植物抵抗病菌、病毒及害虫等生物胁迫中也起到重要作用。脱落酸在植物应对病原物侵染过程中所起着复杂的作用,可以利于植物抗病或促进植物感病;与抗病原物相似的是,昆虫为害植物时,脱落酸诱导植物抗虫或感虫。植物体内的多种激素信号间是交互作用的,它们既可以互作促进,又可以相互拮抗抵消,脱落酸与其它植物激素如茉莉酸、乙烯、水杨酸等也存在互作。其中,脱落酸与茉莉酸协同抗虫的研究较多,是否有拮抗抗虫未见报道,但它们在参与植物对线虫防御中起拮抗作用;有少量研究发现脱落酸与乙烯间有拮抗抗虫作用;脱落酸与水杨酸间有拮抗作用,但互作抗虫的研究较少。该篇综述对了解植物激素互作和抗虫机制具有重要意义。     

植物-害虫-天敌互作机制研究前沿

植物-害虫-天敌之间的三级营养互作关系是当今进化生态学和化学生态学研究领域的前沿课题,也是寻找害虫可持续控制途径的重要基础。自2006年以来,我国昆虫学家在973项目《重大农业害虫猖獗危害的机制及可持续控制》的支持下,围绕害虫、植物、天敌协同进化机理的关键科学问题,以棉花-害虫-天敌、水稻-害虫-天敌和蔬菜-害虫-天敌系统为研究对象开展研究,发现OsHI-LOX参与虫害诱导的水稻茉莉酸(JA)信号途径合成,并通过水稻对二化螟和褐飞虱不同抗性作用的调控;寄主植物烟草受到棉铃虫和烟青虫危害后将被诱导产生化学防御作用,但它们的作用不同;绿叶挥发物(3Z)-hexen-ol是寄生蜂天敌定位寄主的最关键化合物,植物-害虫-天敌之间的互作关系受到光周期和CO2浓度升高而改变;植物对害虫直接的防御和通过寄生蜂对害虫的间接防御存在"权衡"关系;转基因棉花种植加重了盲椿象灾变。这些研究成果在Science,New Phytology,Plant Journal,Plant,Cell and Environment等刊物上发表论文150余篇,极大地提高了我国在作物-害虫-天敌三者之间关系的研究水平。     

外源抗虫蛋白与内源抗虫因子的交互作用

以次生代谢物质萜烯类、黄酮类以及单宁等为基础的自身化学抗虫性一直是植物化学防御的核心.随着基因重组技术的发展,许多作物获得了一种新的化学防御形式,即以表达外源基因产物来进行防御.外源抗虫蛋白与内源抗虫物质的协调性问题,在利用外源基因工程改良植物抗虫性时是非常重要的,同时也是转基因作物安全性和生态学评价的重要方面.转基因植物中外源与内源抗虫系统间的协调性的研究取得了一些成果,但尚未引起人们足够的重视.综述了离体条件下和在转基因植物体内,外源抗虫蛋白Bt和GNA等与植物次生代谢物质以及各抗虫蛋白之间交互作用的研究进展,并探讨了研究各抗虫因子交互作用的意义.     

虫害诱导植物防御的分子机理研究进展

从虫害诱导的系统损伤信号、昆虫特异性激发子、间接防御、直接防御和负防御等方面,综述了虫害诱导植物防御的最新研究进展.在植物与昆虫的相互进化过程中,植物利用诱导防御物质对付昆虫的危害,昆虫则利用其特有的激发子降低植物的防御反应.文中比较了间接防御涉及的4种代谢途径,以及诱导挥发物释放的机制;阐明了虫害诱导植物直接防御的概念、防御物质及其作用机理;分析了虫害诱导植物负防御的机制.同时,也强调了虫害诱导林木防御反应的分子机理.     

植物创伤诱导的挥发物及其信号功能

植物在受到动物或病原侵害时,会释放特异的挥发作作为信号,这些信号分子是植物防御系统的重要组成部分,文章对植物创伤诱导挥发物的种类,诱导因子及生理作用等的研究进展,以及这一领域的研究潜力和发展方向作了评述。     

植物蛋白酶抑制素抗虫作用的研究进展

植物自身为抵抗昆虫等的为害,在长期进化过程中形成了复杂的化学防御体系,其中起主导作用的是一些植物化学物质。这些化合物能影响昆虫（或其它有机体）的生长、行为和群体生物学,因而又称为它感素（allelochemics）[1～3]。大多数它感素为植物的利己素,可以单一或协同对害虫起作用,构成植物的抗虫性。根据植物对昆虫取食的反应,可将植物的化学防御概括为两类：一类是组成型防御[4],即抗虫物质不依赖于昆虫的取食而存在于植物组织中;另一类是诱导型防御[5～9],即植物仅当昆虫取食时才大量合成抗虫物质。诱导型抗虫物质当然亦可以组…     

茶树诱导抗虫性的研究进展

为了抵御植食性昆虫的为害,植物在进化过程中形成了包括组成抗性和诱导抗性在内的复杂防御体系.在通过受体识别茶树害虫为害后,茶树会启动早期信号事件,继而激活茉莉酸、水杨酸、乙烯和赤霉素等植物激素信号通路,从而引起次生代谢物的积累,最终对害虫产生直接和间接抗性.基于近年来茶树害虫为害诱导的茶树防御反应及其相关调控机理的研究进...