克隆植物利用智能连接增强对饥饿昆虫的抵抗力

新的研究表明，克隆植物如何重组它们的叶子，以应对模拟的昆虫伤害。徐徐·柴和同事的一篇文章描述了像水牛草这样的无性系植物Bouteloua dactyloides,通过地下茎(匍匐茎)传播，匍匐茎连接多个根茎(分株)。这些匍匐茎连接允许植物在分株之间共享资源和信号。

植物通常通过增厚叶子和增加叶脉密度来应对食草性，这提供了更多的结构支撑。它们还可以通过血管系统传递“食草信号”，以警告未受损的叶子，并诱导系统防御。柴和同事们调查了水牛草的分株是否像单株植物一样，或者它们是否通过匍匐茎在分株之间交换信息。

为了研究无性系整合如何影响这些反应，研究人员对水牛草的分株对进行了不同程度的叶片去除，要么切断它们之间的匍匐茎连接，要么保持完整。总共有六种处理，“女儿”分株遭受0%、40%或80%的落叶，而“母亲”分株没有受到干扰。这三种条件在分株间有匍匐茎连接和没有匍匐茎连接的情况下重复进行，以产生六个实验。

用匍匐茎连接分株有明显的效果。柴静和他的同事们写道，虽然这些子株是克隆的，但“母亲”和“女儿”并不相同。

在没有模拟草性的情况下，克隆整合通过增加叶脉密度、减少叶片数量、叶片厚度、中脉直径和前后轴表皮细胞大小来增强母分株的维管束系统。相反，克隆整合对非胁迫子分株的叶脉发育有负面影响，且除束鞘细胞数量外，大部分叶片解剖性状也受到克隆整合的负面影响。

柴et al。2023

从“子”分株中去除40%的叶片会导致叶片两侧的叶脉密度和角质层厚度增加，叶宽和细胞大小减小。然而，去除80%的叶片对子分株的影响要小得多。相反，分株会试图长出新的叶子，而不是改变它们所剩下的叶子的结构。

而“母亲”系列的情况则略有不同。远程去叶40%的分株会导致连接的、未受损的分株增加叶宽和细胞大小，降低叶脉密度。当偏远的分株遭受80%的落叶时，“母”分株采取了不同的策略。降低了叶片机械施工成本，叶片数量减少，但增加了叶片宽度。

在天然草地和草坪生态系统中，昆虫和食草动物可能对植物生长施加持续的生物食草胁迫，这可能导致落叶和匍匐茎/根茎分离。我们的研究表明，诱导防御信号可以从叶片脱落的年轻分株中传递b . dactyloides到较老的分帧;无性系整合可根据草性胁迫的程度调节互联分株的叶片微观结构。然而，由于昆虫的食草性是一个相当不确定和复杂的事件，叶片微观结构响应也可能与资源储备和资源吸收效率有关;信号与资源之间的传输b . dactyloides因此，ramet可能比我们实验中显示的要复杂得多。我们认为匍匐茎的功能远不止于资源的转运，而是协调不同无性系部位的微观结构，特别是连接分株的叶片维管系统，以获得更好的整体性能。

柴et al。2023

无性系整合有助于年轻分株根据食草程度调整其叶片结构，特别是通过改变叶脉密度。这使得植物作为一个整体在面临损害时优化生长和防御。这一发现揭示了克隆植物感知和应对威胁的复杂机制。

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柴X.，孙X.，崔X.，约翰逊，P.G.，傅Z. (2023) "克隆整合系统调节叶片微观结构Bouteloua dactyloides相互连接的分株，以更好地适应不同水平的模拟昆虫食草”,国内植物,15 (2), plac062。可以在:https://doi.org/10.1093/aobpla/plac062