教育部：重点高校招农村和贫困地区学生严防违规

当你漫步在公园中，被葱茏的植物环绕时，是否曾思考过这些问题：植物不会说话，怎么与周围的生物交流？蜜蜂怎么找到视线之外的花朵？割草的时候，为什么会闻到青草的气味？这些问题的答案，都与一门特殊的“化学语言”有关——植物挥发物。

植物挥发物：无形的化学信使

当我们走进森林、花园和草地时，常常会闻到各种清新的气息——松树的树脂香、薄荷的清凉、玫瑰的芬芳。这些气味并非偶然，而是植物释放的挥发性有机化合物。

植物挥发物是一类低分子量、易挥发的有机分子，主要由叶片、花朵、果实和根系释放，主要分为萜类、苯丙烷类/苯类、脂肪酸衍生物和氨基酸衍生物。这类化合物种类繁多，目前已鉴定出超过1700种植物挥发物。

植物每年会释放超过10亿吨挥发物，其中最高多达40%的光合作用固定的碳以挥发物形式释放到环境中。这些化合物不仅赋予植物独特的气味，还在生态系统中扮演着重要角色，帮助植物适应环境、抵御威胁、进行信号交流。

植物挥发物的防御功能

植物无法像动物一样逃跑或反击，但它们演化出了精妙的化学防御系统，挥发物就是植物防御的“关键武器”。

（1）直接防御：驱赶或毒杀敌人

许多植物释放的挥发物对昆虫或微生物具有毒性。例如：薄荷、桉树、艾草和伞形科植物（芹菜、香菜、茴香等）释放的挥发性物（如薄荷醇、桉叶素）能驱避植食性昆虫。

（2）间接防御：召唤“保镖”

植物无法自己对抗害虫，但它们可以“呼救”——释放特定挥发物，吸引害虫的天敌。例如：玉米和棉花在遭受昆虫取食时，会释放β-石竹烯，吸引寄生蜂等天敌昆虫。利马豆被螨虫侵害时，会释放（E）-β-罗勒烯，吸引天敌昆虫捕食螨来消灭螨虫。这种“化学求救信号”让植物在生态系统中建立了复杂的防御联盟。

同样，害虫也能利用植物的诱导反应，改变挥发物释放，从而抑制植物防御。例如：红胸律点跳甲幼虫取食植物根部后，植物启动根部诱导防御反应，抑制幼虫生长。同时也会诱导叶部挥发物改变，通过提高挥发物壬醛和2-乙基己醇的释放量吸引红胸律点跳甲的地上成虫。成虫取食会诱导植物降低根部防御物质的含量，改善地下幼虫的生存环境（图1）。二化螟危害水稻后，会提高挥发物α-蒎烯、D-柠檬烯和β-石竹烯的释放量，吸引褐飞虱取食和产卵，二者同时取食会促进彼此的生长和适合度（图2）。

图1. 红胸律点跳甲幼虫通过植物挥发物向其成虫发出求救信号，改善自身周围的生存环境。（孙晓团队供图）

图2. 水稻害虫二化螟和褐飞虱通过“种间协作”抑制植物防御，从而实现互惠共存。（李云河团队供图）

植物挥发物的“社交功能”：与其他生物的信号交流

植物挥发物不仅是防御工具，还是植物与周围生物“对话”的化学语言。

（1）植物间的警告系统

当某些植物（如柳树、利马豆）遭受虫害时，会释放挥发物，邻近的同种植物“接收”到信号后，会提前启动防御机制，如增加有毒物质的合成。这种现象被称为“植物间防御信号传递”。

（2）吸引传粉者与种子传播者

花朵的芳香（如玫瑰的苯乙醇、茉莉的茉莉酸甲酯）能吸引蜜蜂、蝴蝶等传粉者，确保繁殖成功。某些果实成熟时释放的挥发物（如香蕉的乙酸异戊酯）能吸引动物取食，帮助种子传播。

（白旭光拍摄）

（3）与微生物的互动

一些植物根系释放的挥发物能招募有益土壤微生物（如固氮菌、菌根真菌），促进自身生长。

未来应用：植物挥发物的潜力

科学家正在探索如何利用植物挥发物改善农业、医药和环境。

（1）生态农业：减少农药使用

通过人工合成植物“求救信号”（如β-石竹烯），吸引天敌昆虫来控制害虫，减少化学农药依赖。利用挥发物监测作物健康，早期发现病虫害。

（2）医药与健康

某些植物挥发物（如薰衣草的芳樟醇、桉树的桉叶素）已被用于芳香疗法，缓解焦虑、改善睡眠。森林挥发物（如日本柳杉的芬多精）被证明能增强人体免疫力，“森林浴”已成为健康生活方式。

（3）环境修复

某些植物挥发物能分解空气污染物（如甲醛、苯），未来可能用于室内空气净化。

植物挥发物是自然界最精妙的化学语言之一，它们帮助植物生存、繁衍，并与整个生态系统互动。未来，随着科学的发展，我们或许能更深入地利用这些“看不见的信号”，让农业更环保、医学更自然、环境更健康。

参考文献

Bezemer, T. M., Harvey, J. A. & Cronin, J. T. Response of native insect communities to invasive plants. Annu. Rev. Entomol. 59, 119-141 (2014).

Danner, H., Desurmont, G. A., Cristescu, S. M. & van Dam, N. M. Herbivore‐induced plant volatiles accurately predict history of coexistence, diet breadth, and feeding mode of herbivores. New Phytol. 220, 726-738 (2018).

Dicke, M. & Baldwin, I. T. The evolutionary context for herbivore-induced plant volatiles: beyond the ‘cry for help’. Trends Plant Sci. 15, 167-175 (2010).

Turlings, T. C. & Erb, M. Tritrophic interactions mediated by herbivore-induced plant volatiles: mechanisms, ecological relevance, and application potential. Annu. Rev. Entomol. 63, 433-452 (2018).

Karban, R., Shiojiri, K., Huntzinger, M. & McCall, A. C. Damage‐induced resistance in sagebrush: volatiles are key to intra‐and interplant communication. Ecology 87, 922-930 (2006).

Karban, R. & Shiojiri, K. Self‐recognition affects plant communication and defense. Ecol. Lett. 12, 502-506 (2009).

Liu Qingsong, Turlings Ted C J and Li Yunhe. Can herbivores sharing the same host plant be mutualists? Trends Ecol. Evol., 38: 509-511 (2023).

Ninkovic, V., Rensing, M., Dahlin, I. & Markovic, D. Who is my neighbor? Volatile cues in plant interactions. Plant Signal. Behav. 14, 1634993 (2019).

Xiao Sun, Siemann E, Zhen Liu, Qiyun Wang, Dingli Wang, Wei Huang, Chujun Zhang, Jianqing Ding. Root feeding larvae increase their performance by inducing leaf volatiles that attract aboveground conspecific adults. J Ecol. 107: 2713-2723 (2019).

作者：孙晓 河南大学生命科学学院教授

审核专家：刘清松 河南大学特聘教授

策划：谢芸