《American Journal of Botany》：The intensity and spatial dispersion of within-plant herbivory drive trait-specific resistance and tolerance in wild cotton
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：植食性可诱导植物产生复杂的防御反应，这些反应可能因植物受损的总量及损伤在植株内的空间分散程度而异；然而，在这两个变量中，损伤分散度受到的关注远少于损伤总量。为弥补这一研究空白，研究人员以野生棉花（Gossypium hirsutum）为研究对象，利用专食性毛
：植食性可诱导植物产生复杂的防御反应，这些反应可能因植物受损的总量及损伤在植株内的空间分散程度而异；然而，在这两个变量中，损伤分散度受到的关注远少于损伤总量。为弥补这一研究空白，研究人员以野生棉花（Gossypium hirsutum）为研究对象，利用专食性毛虫 Alabama argillacea（裳蛾科，Erebidae），研究了植物对不同植食损伤量及叶片间损伤分散程度的防御反应。实验对4月龄植株施加四种在损伤总量和空间分布上存在差异的植食处理：无植食（对照组）、低量损伤（两条毛虫：分别置于两片叶上）、高量集中损伤（四条毛虫：每两片叶各放置一对）及高量分散损伤（四条毛虫：四片叶各放置一条）。研究人员分别测定了花外蜜腺（EFN）和酚类化合物这两类与抗性相关的性状，并以再生长能力（植食后新生叶片生物量）作为耐受性的替代指标。为区分局部诱导与系统诱导，研究人员对受损叶和未受损叶分别测定了EFN和酚类化合物含量。结果表明，EFN在受损叶中显著且更为稳定地被诱导（即更强的局部诱导），并且对高量分散损伤的响应更为显著，而酚类化合物则未受处理显著影响。多数处理组植食后新生叶片的生物量与对照组相近，唯独高量集中损伤处理组显著低于对照组，提示该损伤模式产生了更高的成本。上述结果凸显了在不同植食模式条件下研究植物诱导防御的重要性，并表明植内损伤的空间分布对野生棉花与抗性（即EFN）及耐受性相关的诱导反应具有对比性影响，这些影响对野生棉花生长及蚂蚁–植物互作具有重要意义。
论文解读文章
一、研究背景与科学问题
植食性对植物的生态与进化具有深远影响。为缓解植食性带来的不利影响，植物演化出多种防御策略，可分为抗性（resistance）与耐受性（tolerance）两大类。抗性机制包括直接抗性（如毛状体、次生代谢物等拒避或毒害植食者的性状）和间接抗性（如通过花外蜜腺（extrafloral nectar，EFN）吸引天敌），而耐受性则通过补偿生长或资源再分配来减轻损伤对适合度的负面影响。已有研究表明，植食损伤的总量是驱动植物防御反应的关键因素，诱导防御往往具有剂量依赖性，高损伤通常触发更强的诱导反应，但反应也可能呈非线性。相比之下，损伤在植株内的空间分散程度——即损伤集中于少数叶片还是分散于多个叶片——受到的关注明显不足。植物的模块化结构限制了模块间的资源交换，理论上植物对均匀分散的损伤具有更强的耐受能力，而高度集中的损伤因资源再分配受限，可能导致亚补偿。然而，损伤空间分布对诱导抗性反应的影响研究甚少，且迄今尚无研究同时评估损伤均匀性（及总量）对植物抗性与耐受性相关反应的影响。基于此，研究人员以野生棉花（Gossypium hirsutum）为对象开展本研究，旨在填补这一空白。
二、研究内容与主要结论
研究人员利用专食性毛虫 Alabama argillacea 对4月龄野生棉花植株施加四种损伤处理：对照（无损伤）、低量损伤（两条毛虫分布于两片叶）、高量集中损伤（四条毛虫集中于两片叶）及高量分散损伤（四条毛虫分散于四片叶）。高量两种处理的总损伤量保持一致，仅空间分布不同。研究人员分别测定了EFN和酚类化合物两类抗性相关性状，并以损伤后新生叶片干重作为耐受性（再生长能力）的替代指标，同时区分了受损叶（局部诱导）与未受损叶（系统诱导）的反应。研究假设植物对低量损伤和分散损伤的耐受性更强，且高量及集中损伤会诱导更强的抗性反应以抵消较高成本，但EFN（局部诱导为主）与酚类（系统诱导为主）的响应模式可能存在差异。
主要结论如下：损伤处理对未受损叶（叶1）的EFN体积和糖含量无显著影响，但对受损叶（叶2）的EFN体积和糖含量有显著影响。高量分散损伤诱导了最强的EFN反应（糖含量显著高于所有其他处理组），低量损伤次之，而高量集中损伤与对照无显著差异。酚类化合物含量在两种叶片中均未受损伤处理显著影响。在耐受性方面，高量集中损伤处理组的新生叶片干重显著低于对照组，而低量损伤和高量分散损伤处理组与对照组无显著差异。这些结果表明，损伤的空间分布而非单纯损伤总量，对野生棉花的抗性与耐受性相关防御反应具有关键且对比性的影响：集中损伤主要损害再生长能力，而分散损伤主要增强EFN的局部诱导。
三、主要技术方法
研究于2023年在墨西哥尤卡坦州Sisal附近采集了7株野生棉花母株（半同胞家系）的种子，2024年2月萌发并移栽至2L容器，于温室培养至4月龄（10–14片完全展开叶）后开展实验。共100株植物随机分配至四种损伤处理。损伤施加采用夹叶笼（clip cage）限定毛虫取食位置，连续两个夜间（18:00至6:00）进行。损伤量通过ImageJ软件对叶片照片进行面积分析验证。EFN于损伤后次日清晨用5μL毛细管采集，以折射仪测定糖浓度（°Brix），并计算总糖产量；酚类化合物于损伤后7天采集叶片，经Folin–Ciocalteu比色法测定总酚含量（以单宁酸当量表示）；再生长能力通过损伤后2个月收获新生叶片并测定干重评估。统计分析采用广义线性混合模型（GLMM，Tweedie分布）和线性混合模型（LMM），以株高为协变量、基因型为随机效应。
四、研究结果
（一）抗性相关诱导防御
- 1.
花外蜜腺（EFN）
损伤处理对未受损叶（叶1）的EFN体积和糖含量均无显著影响，表明EFN的系统诱导较弱或不存在。相比之下，损伤处理对受损叶（叶2）的EFN体积和糖含量均有极显著影响。高量分散损伤诱导了最高的EFN体积（0.598μL）和糖含量（0.375mg），其中糖含量显著高于所有其他处理组；低量损伤的EFN体积（0.423μL）与高量分散损伤无显著差异，但两者均显著高于对照组和高量集中损伤组；高量集中损伤的EFN反应与对照无显著差异。
- 2.
酚类化合物
损伤处理对叶1和叶2的酚类含量均无显著影响，尽管高量分散损伤处理组表现出略高的趋势，但所有处理组间差异均未达到显著水平。
（二）耐受性相关防御反应
损伤处理对损伤后新生叶片干重有显著影响。高量集中损伤处理组的新生叶片干重（1.38g）显著低于对照组（1.87g），是唯一与对照差异显著的处理组；低量损伤（1.6g）和高量分散损伤（1.6g）处理组与对照组无显著差异，且两者之间亦无显著差异。
五、讨论与结论
讨论部分指出，集中损伤显著降低再生长能力，支持了空间受限的植食损伤比较相同总量但分散分布的损伤造成更大成本的假说，这与植物模块化结构对资源再分配和补偿生长的限制一致。尽管本实验所用4月龄植株尚未分枝，但结果表明这些限制在主干叶片间即已存在，且可能作用于直列线（orthostichies）水平。EFN的诱导以局部为主，且高量分散损伤诱导了最强反应，这与初始假设（集中损伤诱导更强抗性）相反，提示分散损伤可能通过跨模块累积风险信号更有效地激活EFN相关信号通路，或植物在重度受损模块中限制EFN投入以将资源分配给其他防御性状。酚类化合物未显著诱导，可能与采样时间错过诱导峰值、A. argillacea 作为专食性昆虫可能抑制植物化学防御，或系统诱导主要发生在新生叶片中等因素有关。
研究结论指出，野生棉花根据植内损伤的空间分布而非仅依据总损伤量来调整防御策略。叶片损伤特征既使植物能够在不同威胁情境下产生适应性反应，也限制了防御选项，凸显了在研究诱导防御时考察植食变异性和空间模式的重要性。未来研究应关注这些反应的时间动态、不同植食者物种（专食性与广食性）间的差异、调控信号通路机制，以及棉属其他化学与结构防御性状的测定。
