带有天然杀虫剂的植物，虫子就不敢吃？

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在自然界中，植物和昆虫这对CP已经相爱相杀了数亿年的时间，它们既可以是合作密切的搭档，也能是互相提防的对手。

尤其是在吃与被吃、防与被防这件事上，昆虫和植物一直都在上演着一场场精彩纷呈的对手好戏。

为了避免被虫子吃掉，植物想出了许多制敌的策略，比如植物体内生成的数量庞大且结构复杂的次生物质，这些次生物质不仅构成每种植物独特的味道，而且其中许多种类还对植食性昆虫有防御作用，能够阻碍昆虫的取食。

来源：www.rodalesorganiclife.com

芥子油苷，又称硫代葡萄糖苷，就是这样的一类植物次生物质，主要分布于十字花科植物中。

© Vladimir J. Lozanovski

芥子油苷是天然的杀虫剂，它不仅能分解出辛辣气味（生萝卜那股刺鼻的辣味就是它），还能削弱食草昆虫的新陈代谢能力而导致昆虫生长缓慢甚至死亡。

来源：www.wildlifeinsight.com

实验表明，甘蓝夜蛾Mamestra brassicae取食芥子油苷含量较高的野生甘蓝后，成活率明显降低。

芥子油苷能有效地保护植物免受食草昆虫的侵害，很多研究都证明芥子油苷或直接抵御草食者，或通过吸引草食者的天敌而间接地对植物起到保护作用。

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十字花科植物受到昆虫为害时，其体内的芥子油苷与黑芥子酶就会发生水解反应，产生具有抗虫作用的异硫氰酸酯，这一防御特性又被称为“芥子油弹”。

然而，道高一尺，魔高一丈，芥子油苷并不是一直有效，一些取食十字花科植物的专食性昆虫，如小菜蛾、菜粉蝶和大菜粉蝶等，在漫长的演化中适应了芥子油苷。

对于它们来说，芥子油苷不仅对植物起不到保护的作用，甚至还成为了昆虫识别寄主植物的标志刺激物，诱导它们取食和产卵。

小菜蛾 来源：en.wikipedia.org

啧啧，真的是吾之蜜糖，彼之砒霜，芥子油苷明明是植物的“保命武器”，却阴差阳错地成为了自己的“催命符咒”。

小菜蛾幼虫取食叶片 来源：www.koppert.com

那为什么这些昆虫会对芥子油苷情有独钟？它们又是如何精确识别到植物生成的芥子油苷呢？

为了揭开昆虫和芥子油苷之间的神秘面纱，科学家们做出了大量的努力。

+ 昆 虫 对 芥 子 油 苷 成 瘾 的 研 究 +

1910年，Verschaffelt最先发现了大菜粉蝶和菜粉蝶对芥子油苷取食成瘾。而且这一发现也成为了植物和昆虫关系领域的开篇之作，意义重大。

大菜粉蝶 来源：www.learnaboutbutterflies.com

1964年，Ehrlich和Raven以粉蝶利用芥子油苷识别寄主植物为例证，第一次提出昆虫与植物协同进化的理论。

菜粉蝶 来源：www.learnaboutbutterflies.com

1967年，Schoonhoven首次鉴定到大菜粉蝶对芥子油苷成瘾的味觉感受神经元，奠定了昆虫对芥子油苷成瘾的生理基础。

大菜粉蝶幼虫 来源：www.geograph.org.uk

直到今天，这个困扰了人们百年的谜团仍未被完全解开，科学家一直在苦苦追寻昆虫感受芥子油苷的分子机制。

+ 菜 粉 蝶 VS 十 字 花 科 植 物 +

来源：en.wikipedia.org

菜粉蝶Pieris rapae在世界各地分布非常广泛，主要为害十字花科蔬菜，尤以芥蓝、甘蓝、花椰菜、油菜、白菜、萝卜等受害比较严重。

肉嘟嘟胖乎乎的菜粉蝶毛毛虫极其喜食植物叶片，“咔嚓咔嚓”吃个不停，严重时甚至可以把叶片全部吃光，只残留粗叶脉和叶柄，造成绝产。

来源：en.wikipedia.org

而且重要的是，在研究昆虫对芥子油苷成瘾的问题中，菜粉蝶是研究人员的重要关注对象之一。

来源：researchgate

人们已经发现芥子油苷可以激发菜粉蝶幼虫口器和成虫跗节上特别的味觉感受细胞，产生神经放电，刺激幼虫取食和成虫产卵。

这些味觉感受细胞中表达的味觉受体（gustatoryreceptor, Gr），对特异性识别不同种类的芥子油苷起关键作用。

不过，一直以来，人们对昆虫感受芥子油苷的味觉受体的了解都处于空白状态。

直到2021年7月15日，中国科学院动物研究所王琛柱团队在PLoS Genetics发表题为“Identification of a gustatory receptor tuned tosinigrin in the cabbage butterfly Pieris rapae”的研究论文，首次揭示了菜粉蝶感受一种重要的芥子油苷----黑芥子苷（sinigrin）的味觉受体。

该团队利用行为、电生理、细胞生物学和分子生物学、组学等技术和方法，从行为、细胞、分子三个水平上研究了菜粉蝶对芥子油苷成瘾的味觉感受机制。

这项研究为揭示十字花科植物和它们的专食性昆虫之间关系的分子基础开辟了新的道路。

PLoS Genetics同期发表了美国加州大学伯克利分校Noah K. Whiteman 和Julianne N. Peláez对该研究的前瞻性评述，认为这项研究是在植食性昆虫的神经行为学和感觉生态学领域取得的重要进展，对全面揭示十字花科专食性昆虫对芥子油苷成瘾的味觉分子基础，以及植食性昆虫复杂的味觉系统的秘密迈出了坚实的一步。

在科学家的努力下，昆虫对芥子油苷成瘾之谜已经揭开了神秘的一角，相信不久的将来，它们背后的秘密一定能被我们全部揭露。

致谢

感谢中科院动物所王琛柱研究员提供资料并审阅。

博士后杨军为上述研究论文的第一作者，王琛柱研究员为通讯作者，郭浩、江南纪、唐睿、李国成、黄玲巧，以及瓦赫宁根大学Joop J. A. van Loon教授参与该课题的研究。这项成果的取得，获益于传统电生理技术与现代组学和分子生物学手段相结合，为昆虫与植物协同进化理论提供了有力的证据。该研究得到中国科学院先导专项培育项目和国家自然科学基金项目的资助。

如果想了解更多内容，可以查询论文：

https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1009527;

https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1009616

图片来源：Google 来源见水印

物种日历 《准备走心礼物给爱人，却被隔壁老王抢了先》王琛柱,钦俊德.昆虫与植物相互作用的研究进展[J]世界农业,1998,4:33-35蔡晓明,胡秀卿.芥子油苷在十字花科植物

与昆虫相互关系中的作用[J]应用生态学报,

2012,2（2）:73－580

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本期小编：桃花岛主

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《植物保护学报》

来源：人呆手户

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