低红光/远红光比例(Low R:FR)处理玉米释放的挥发性物质增强邻近植株的虫害诱导挥发性物质排放

本研究揭示了低红光/远红光比例(Low R:FR)在玉米挥发性介导的植物间互作中的关键作用。研究人员通过模拟遮荫环境，发现Low R:FR不仅增强玉米对邻近植株HIPVs(虫害诱导挥发性物质)的响应，还能通过释放特定VOCs(挥发性有机化合物)激活邻近植株防御系统。该发现为理解密集冠层中植物防御信号传递机制提供了新视角，对农业生态系统管理具有重要指导意义。

　　

在自然界中，植物并非孤立存在，它们通过复杂的信息网络相互交流。当一株植物遭受昆虫啃食时，会释放特殊的"求救信号"——虫害诱导挥发性物质(HIPVs)，这些化学信号能警示邻近植株提前启动防御系统，这种现象被称为"防御启动"(priming)。然而，在茂密的植物冠层中，光线条件会发生显著变化，特别是红光(R)与远红光(FR)比例降低，这种光信号变化如何影响植物间的"化学对话"一直是未解之谜。

瑞士伯尔尼大学植物科学研究所的Rocio Escobar-Bravo、Bernardus C.J. Schimmel和Matthias Erb团队在《Journal of Chemical Ecology》发表的研究，首次系统揭示了Low R:FR光环境对玉米挥发性信号传递的双重调控作用。研究发现，生长在模拟遮荫环境(Low R:FR)下的玉米植株不仅对邻近植株的HIPVs更加敏感，其自身释放的挥发性物质还能显著增强邻近植株的防御反应。这一发现为理解自然生态系统中植物防御信号的传播机制提供了重要线索，对优化农作物种植密度和病虫害防控策略具有潜在应用价值。

研究人员主要采用三类关键技术：1) 定制化高通量表型平台进行精确光环境调控(Low R:FR=0.5 vs High R:FR=2.65)；2) 质子转移反应飞行时间质谱(PTR-TOF-MS)实时监测挥发性物质动态变化；3) 标准化模拟虫害处理(机械损伤+斜纹夜蛾Spodoptera littoralis口腔分泌物诱导)确保实验一致性。所有实验均使用玉米自交系B73，昆虫样本来自实验室标准化饲养群体。

低R:FR增强玉米对HIPVs的启动响应
通过系列植物-植物互作实验发现，预先暴露于HIPVs的Low R:FR处理玉米在模拟虫害后，单萜、倍半萜以及同源萜烯DMNT[(E)-4,8-dimethyl-1,3,7-nonatriene]和TMTT[(E,E)-4,8,12-trimethyltrideca-1,3,7,11-tetraene]的排放量显著高于High R:FR处理组。值得注意的是，这种增强效应在暴露于Low R:FR处理植株释放的HIPVs时尤为明显(图1)。

挥发性物质的光环境依赖性调控
多因素实验表明，无论是否遭受虫害，Low R:FR处理的发射株都能增强接收株的HIPVs排放。这种效应不能完全用绿色叶挥发物(GLVs)排放差异解释，因为仅(Z)-3-己烯醛[(Z)-3-HAL]在Low R:FR下有轻微增加，而(Z)-3-己烯醇[(Z)-3-HOL]和(Z)-3-己烯乙酸酯[(Z)-3-HAC]无显著变化(图5)。这表明可能存在其他未知挥发性信号分子参与这一过程。

讨论与意义
该研究首次阐明光环境通过双重机制调控植物挥发性通讯：既增强接收株对HIPVs的敏感性，又改变发射株的挥发性"信号"特性。这种正反馈机制可能在密集冠层中形成放大的防御信号网络，解释为何密植作物往往表现出更强的群体抗虫性。从应用角度看，通过调控种植密度或补充特定光质，有望增强作物系统的整体防御能力。

研究还提出若干待解问题：乙烯等非PTR-TOF-MS可检测挥发物是否参与此过程？这种效应是否存在于其他作物中？田间条件下挥发性信号的传播距离如何受光环境影响？这些问题的解答将进一步完善我们对植物"社会化"防御行为的理解。该成果为发展生态友好的害虫管理策略提供了理论基础，标志着植物环境感知与防御调控研究领域的重要进展。