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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”的低成本優先防御策略，如今被發現同樣存在于植物界！中國科學院武漢植物園入侵生態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實驗。
圖1: 豚草及取食它的代表性昆蟲 (萬金龍拍攝)。
研究發現：
- 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）具有更高的生產成本（圖2）。
圖2: 不同防御性狀的生產成本（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先誘導合成，而高成本的防御性狀只有在蟲害持續加劇、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控機制，還表明這種“低成本優先”的防御策略可能是跨越植物和動物界的普遍防御規律，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計劃，中國科學院青年創新促進會和國家自然科學基金的資助。
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