线粒体交替呼吸途径在植物间接防御反应中生理学功能的研究

间接防御反应是植物通过释放挥发性化合物吸引害虫天敌，从而控制害虫在寄主中生存和繁殖的一种独特的抗虫机制。现有的研究表明，挥发性化合物是植物次生代谢的产物，而其释放依赖于光合作用和温度的升高。然而，作为植物物质代谢和能量代谢的中心环节，线粒体呼吸在间接防御反应中的作用却不被人们所了解，这成为一个急需探索且无法回避的重要理论问题。交替呼吸是植物线粒体特有的呼吸行为。早期发现产热植物可以利用交替呼吸途径提高组织温度，从而提升挥发性物质的释放以吸引昆虫授粉，而目前交替呼吸途径也被认为是植物与环境互作过程中植物调节能量代谢、光合作用和抗性反应的关键位点。交替呼吸途径的这些特性使其很可能是植物间接防御反应生理学中一个尚不为人知的重要机制。本项目拟在模式植物拟南芥中对交替呼吸途径在间接防御反应中的生理学功能进行系统研究。相信该研究对探索植物在自然环境中如何利用自身的生理代谢来抵抗虫害有着一定的理论价值。

间接防御反应是植物通过吸引害虫天敌，从而限制害虫在植物寄主中生存和繁殖的一种独特的抗虫机制。本项目对植物线粒体交替呼吸途径在间接防御反应中的生理学功能及其内在机理进行了系统研究：1）害虫的侵害会引起植物总呼吸和交替呼吸活性以及容量的上升，并诱导了交替氧化酶编码基因AOX1a的表达。2）短时期交替呼吸活性的抑制能降低光照下害虫侵害叶片对害虫天敌的吸引作用，但降低并不显著；而长时期交替呼吸活性的抑制能显著降低光照下害虫侵害叶片对害虫天敌的吸引作用。3）光照强度的上升能显著提升害虫侵害叶片对害虫天敌的吸引作用，表明间接防御反应可能和植物接受的光或光合作用密切相关；交替呼吸具有维持植物叶片光合作用的功能，尽管这种作用在短时期不会影响间接防御反应，但在长时期下可能有助于间接防御反应的运行。4）害虫侵害并未显著影响叶片温度，交替呼吸活性的抑制也没有显著改变叶片温度，表明植物中可能并不存在通过交替呼吸途径的产热来吸引害虫天敌的生理机制。5）植物挥发性化合物的合成释放和光合作用以及线粒体呼吸之间存在着较为复杂的可变关系，本项目对其进行了初步的研究和探讨。6）在高盐胁迫条件下，植物交替呼吸途径能缓解植物体内的氧化压力和细胞死亡，并有助于维持植物的间接防御反应，表明交替呼吸途径也可能通过降低盐胁迫对植物的伤害而有助于间接防御反应在逆境下的运行。上述结果上述揭示或回答了线粒体交替呼吸途径在间接防御反应中作用和内在机理，使植物间接防御反应这一抗虫机制和植物呼吸和光合代谢之间的关系得到了更加充分和深入的认知。