昆虫与植物协同进化.ppt

诱导型防御 是植物最为经济的防御机制, 因为防御物质仅当昆虫取食时才大量合成。 如蛋白酶抑制素，昆虫的消化道内存在多种蛋白酶,它能与蛋白酶的活性部位或变构部位结合, 抑制酶的催化活性, 使昆虫活活饿死。 有些植物如番茄和马铃薯, 在其不受损伤时 蛋白酶抑制素含量很低，当昆虫取食后, 植物体内迅速诱导合成这种物质。 昆虫对植物化学防御的适应 对于植物的次生有毒物质，有的昆虫发展了避毒、解毒、贮毒的适应能力。 香豆素是伞形花科植物的主要防御物质, 代表性的有羟基香豆素、线型呋喃香豆素和角型呋喃香豆素, 三者对昆虫的毒性依次 升高。呋喃香豆素还是光 敏性毒素, 经紫外线照射后 对昆虫的毒性显著增加。 旱芹属 这类植物的专食性昆虫, 对毒素产生了很强的适应性：织叶蛾在取食前先将叶片卷起, 而后入内取食, 这样就可避免紫外线对毒素毒性的诱导；有的昆虫如乌凤蝶则发展了以细胞色素P450氧化酶为主的解毒机制, 该酶可打开毒素内的呋喃环。相反, 不适应的昆虫则很难在这类植物上生存。 乌凤蝶 避毒 冬尺蛾的幼虫在春季很早就孵化， 并在栎树叶聚积大量单宁以前就以栎树的嫩叶为食， 完成了发育， 从而避开了单宁对它们生长和发育的不利影响。 尺蛾 栎树 贮毒 茴香凤蝶的幼虫在前胸背板的一个袋中积聚茴香油， 当幼虫受到侵犯时， 就把这个袋子里的茴香油翻了出来。取食曼陀罗叶的一种幼虫，在它们的背上堆积它们自己的粪便以进行保护， 粪便中含有从寄主体中得来的不适口的生物碱。 茴香凤蝶幼虫 虫媒植物吸引昆虫为其传粉的策略 1 花的颜色 大都具有色彩鲜艳的花, 其中以白、黄、红三色最为常见。 蜜蜂嗜好白、黄色；蝶类善辨红色；而夜间活动的蛾类则对白色更为偏好。 在北半球原野上, 植物的花往往是黄、白、紫色或蓝色（蜂类）；而在靠近热带和亚热带的地方却常为鲜红色（蝶类）。 虫媒植物花的颜色, 是和昆虫的演变相互适应的。 较原始的如木兰属颜色较淡 甲虫类 独活属、冬青属等花色浅而无光彩 蝇类 蜂类 花的颜色趋于鲜艳（黄色和蓝色） 鳞翅目蝶蛾和膜翅目蜜蜂、胡蜂等繁盛之时, 花的颜色更加多样。 2 花的结构 虫媒花的结构经历了复杂的演变过程。花的各部分在花托上的排列由螺旋状到轮生, 由辐射对称到两侧对称, 甚至不对称。花冠的形状由辐射状、十 字状到筒状舌状、喇 叭状、漏斗状等类型。 昆虫与植物相互选择。 3 蜜腺的部位 毛茛的蜜腺外露花瓣基部, 可使蚂蚁、甲虫、苍蝇、蜜蜂等在取食花蜜时为其传粉。（蜜腺浅） 油菜的蜜腺位于花托上,花萼和花瓣把蜜腺围合在花较深的部位。因此, 只适宜于较长的口器的蜜蜂和蝶类取食花蜜。 油菜花 如马达加斯加岛上的长距武夷兰, 蜜腺藏在长达23cm的距底, 有一种长着33cm喙的蛾子专门为它传粉，这种固定的访花传粉, 有利于种间隔离, 减少杂交, 从而加快了被子植物的演化。 植物蜜腺分 泌花蜜的量 武夷兰 4 化学信息 虫媒植物一般都能发出一定的气味以吸引昆虫，而昆虫则对不同气味表现得非常专 一, 如蜂类喜欢甜蜜味, 蝇类喜欢腐臭味, 而甲虫则对果香味和发酵味有所偏爱。 有些气味在昆虫取走花粉后立即停止发出。 苹果花 霸王花 植食性昆虫与植物之间主要问题探讨 1 昆虫对寄主植物的选择, 尽管受到多种因素如种间竞争、天敌作用等的影响, 但起决定作用的是植物的理化性质,主要是植物的次生物质。它们 具有种属特异性, 造成 植物种类特有的气味。 2 植物次生物质是否作为植物防御昆虫取食的重要屏障? 研究表明次生物质确实在保护植物、减少昆虫和其它动物的取食方面起重要作用。 上面提到的凤蝶与伞形花科香豆素的关系 植物是如何感知昆虫的危害并能主动地启动诱导防御系统？ 当昆虫取食时,植物的组织细胞被破坏, 细胞壁的果胶碎片被水解酶分解为寡聚的半乳糖醛酸片段, 由此激活伤口周围组织的蛋白酶抑制素基因。与此同时, 内源产生的一种称为“ systemin ”的多肽运输于整个植株, 并激活远离伤口组织的蛋白酶抑制素基因。局部和系统活化的结果, 导致新的大量抑制素mRNA被转录, 并以mRNA为模板合成抑制素原体。原体经修饰成为蛋白酶抑制素, 贮存在叶细胞的中央液泡内, 与胞质隔离, 用来阻止昆虫的进一步侵害 3 昆虫是怎样适应植物化学防御的? 除了行为上的躲避外，更多见的是在生理生化上增强解毒作用。 Musser等发现, 美洲棉铃虫唾液中有一种葡萄糖氧化酶, 当昆虫取食时该酶能抑制烟草启动其诱导防御系统, 这种功能是通过直接抑制茉莉酸信号的生成或作用于其它信号途径而实现的。不仅如此, 昆虫在取食时可探测到引起植物防御反