生物有趋利避害行为，动物的防御行为是大家熟知的，那么植物呢?是否完全被动没有防御行为呢？不然，植物也会有防御反应。和动物的神经系统类似，植物也具有信号传导系统：如果一片叶子受伤，植物体的其他部分也会很快触发防御反应。植物生理学家早已观察到，受伤的叶片会发生电化学改变，这种变化会扩散到整株植物体。但没有人确切地知道这种电荷改变是如何被触发的、又如何在植物体中发生扩散。
最近，科学家使用一种表达特殊荧光蛋白的拟南芥，清晰地看到了植物防御系统对毛虫取食、剪刀剪切等损伤产生反应的过程。实验证明，电荷改变是由谷氨酸受体样蛋白家族（GRL-family）触发的。谷氨酸是植物体内重要的损伤信号，而谷氨酸受体样蛋白家族则担任了植物损伤感受器的角色，它能够诱导植物细胞内的钙离子浓度升高。
下面我们一起来看看这个有趣的实验：
损伤信号是如何在植物体中扩散的？在受到损伤的短时间内，钙离子浓度变化就能传播到远处的器官，并在那里诱导防御反应。以下图片展示了这一过程。图A的虚线框是一只正在啃食拟南芥叶片的毛虫。从左到右，可以直观地看出，被毛虫啃食的叶片首先发出荧光，在短短1分钟的时间里，荧光迅速扩散到了远端的其他叶片中。这些荧光信号在植物的维管系统中尤其明显。在图B中，损伤信号由被剪刀剪断的叶片（L1）产生，也在同样的短时间内传导到了远端叶片（L5、L6）处，证明这种损伤信号不会特异性识别食草动物的化学气味。
荧光蛋白标示出了钙离子浓度升高的区域，颜色越亮，浓度越高。
来源：Science
该研究找出了植物损伤信号的产生和扩散之间的联系：谷氨酸受体蛋白。在哺乳动物中，谷氨酸是一种在突触间短距离作用的神经递质，谷氨酸受体在兴奋性神经信号迅速传导过程中十分关键。但研究揭示出的谷氨酸在植物防御系统中所扮演的角色更像某种激素，而不同于哺乳动物中的神经递质。
荧光蛋白标示出了谷氨酸浓度升高的区域，颜色越亮，浓度越高。
来源：Science
这项研究也提出了新的问题：植物没有神经系统，那么谷氨酸是如何诱导钙离子浓度变化进行长距离传导的？图中，荧光标记的谷氨酸最初在损伤处信号最强，随后离开损伤叶片，并沿着维管系统延伸。科学家据此提出假说，认为植物的胞间连丝和维管系统可能在其中发挥了重要作用。而真相究竟如何，还需要后续研究继续探索。
看来植物也是很腻害的，下面我们再来聊聊植物们和食草性害虫特别是农业害虫之间的出人意料的神奇互动：
一．农业害虫可以提升水稻的“口感”和“营养”
说起农业害虫大家通常都是咬牙切齿，欲除之而后快。然鹅，现在科学家发现害虫的啃食可以提升水稻的“口感”和“营养”哦，不信一起看看：
五羟色胺是一种让人的大脑产生愉悦感的化合物，浙江大学农学院舒庆尧及其合作者最新研究发现：害虫也喜欢五羟色胺。害虫啃食水稻时，植株体内的五羟色胺含量会增加，对害虫来说，这使水稻的“口感”和“营养”都提升了。据了解，这是科学界第一次揭示五羟色胺与水稻抗虫性之间的关系，将对下一步培养更优抗性的水稻和发展防虫治虫策略提供新的思路。
褐飞虱和螟虫是稻田中两种破坏性最大的害虫。浙江大学昆虫所的娄永根教授长期关注植物化合物与昆虫的互动机制，他发现在遭到害虫侵害时，植物机体会分泌出不同的化学物质。通过研究发现，害虫在侵食水稻时，水稻体内的五羟色胺含量升高了。它主要由一个叫CYP71A1的基因合成。“当害虫侵食水稻时，这个合成五羟色胺的‘开关’就被打开了。”舒庆尧说。
为了探究五羟色胺对害虫的影响，博士生罗婷开始了“数虫子”工作：数出15只褐飞虱，放到装有两株水稻的容器中：一株水稻是自然野生型水稻，另一株是敲除了CYP71A1基因的水稻。“我们发现一个很有趣的现象：刚开始分布均匀的褐飞虱，一段时间后会表现出明显的分离。”罗婷说，大部分褐飞虱选择去自然野生型水稻。显然，被敲除了CYP71A1基因的水稻被害虫“嫌弃”了。原因则是无法调高五羟色胺的分泌。
令科学家好奇的是：害虫为什么喜欢五羟色胺？研究发现，摄入更多的五羟色胺之后，虫子的生长发育加快了，身躯也更加“壮硕”了，这在螟虫的身上表现得特别明显。“虫子很聪明，它不但懂得‘吃’，还能把食物变得更加‘营养美味’。”舒庆尧说，这是害虫的智慧。这一发现对提高水稻的抗性，维护粮食产量和品质有很重要的科学价值。
科研团队进一步探究发现，在植物体内，五羟色胺和水杨酸的合成有一个共同的源头物质——分支酸，水杨酸是一种已知的能够提高水稻抗病性的化合物。论文第一作者芦海平博士介绍，五羟色胺和水杨酸合成过程存在相互负调控，本身又可以主动抑制对方合成基因的活性，如水杨酸可以抑制CYP71A1基因的开启，从而减少五羟色胺的含量。简单来说，当害虫啃食水稻致五羟色胺增加时，原本帮助抗病的水杨酸就减少了。
舒庆尧介绍，很多植物中都存在五羟色胺和水杨酸合成代谢通路，这项研究将对水稻及其它作物的抗虫育种带来启发意义。相关论文《基于五羟色胺生物合成抑制的水稻抗虫性》发表在《自然·植物》杂志上。
看起来害虫有大智慧，但植物也不是好惹的，再看个大反转：
二．番茄类植物能够直接促使毛毛虫同类相食
害虫之间同类相食的状况就像它们吃主食蔬菜一样不足为奇。但现在有研究表明，番茄类植物能够直接促使毛毛虫同类相食！
食草性害虫经常在食物质量低或耗尽的情况下互相攻击。且一些植物已知能影响其害虫的行为，这种影响表现在其使得害虫对其他物种更具掠夺性。但植物是否直接导致毛毛虫同类相食，至今还不清楚。
美国威斯康星大学麦迪逊分校John Orrock研究员和他的同事通过将番茄类植物(Solanum lycopersicum)暴露在不同量的茉莉酸甲酯(MeJA)中，诱发番茄类植物的防御反应。MeJA是一种通过空气传播的化学物质，植物释放MeJA以互相警示害虫的威胁。当番茄类植物收到MeJA的提示时，它们就作出反应产生毒素，使自己对于昆虫的营养价值降低。
研究人员随后让一类常见的毛虫——小斑点柳树蛾(Spodopteraexigua)攻击这些番茄类作物。8日后，他们观察到，与对照组或那些受到较弱诱导的植物相比，接收到MeJA强烈信号的植物减少的生物量较小。这表明，这种反应在某种程度上能有效保护植物。
下一步，研究团队想要测试植物的这种反应是否会触发毛虫的同类相食行为。因此，他们先用MeJA给番茄类植物提示，然后将经过提示的植物和未提示的对照组植物的叶片喂给容器中的毛毛虫，容器中也放置了一定数量的死毛毛虫。2日后，研究团队观察到，相比那些食用对照组植物叶片的毛毛虫，食用了经处理植物叶片的毛毛虫更早地攻击死去的幼虫，并且吃掉了更多的幼虫。
Orrock说，这些毛毛虫最终总会自食同类，但时间上的差异十分重要，“如果植物能够诱导害虫更早地吃掉自己的同类，那将会有更多的植物完好地保存下来。”但他也警示道，植物激活防御反应的成本非常高。“植物很可能打破平衡，判定攻击的程度是否足够严重到需要激活自身的防御反应。”
在康奈尔大学从事植物与动物互动研究的Anurag Agrawal表示，这项研究表明农民可能把培育毛虫自食同类作为一种防治害虫的策略。“尽管如此，在一些野外条件下，同类相食的害虫可能反而更具适应性。因此这是需要小心的情况。”他补充道，“我们不希望培育出超级害虫。”并未参与此研究的加州大学戴维斯分校生物学家Richard Karban说：“这是一种全新的诱导抗虫性的生态机制，有效地改变了昆虫的行为。”（来源：Induced defences in plants reduce herbivory by increasingcannibalism, Nature Ecology & Evolution, 2017）
