植物的自卫机制可以以令人惊讶的方式污染我们呼吸的空气

多年来，我们一直钦佩植物净化空气、对抗空气污染的能力。然而，我们的绿色盟友可能正以意想不到的方式加剧空气污染。虽然它们可能只是在试图抵御害虫，但这种特殊的自我防御机制也在危害环境。

研究人员早已知道植物会分泌一种名为异戊二烯的天然化学物质，但植物究竟为何以及如何分泌这种物质，却一直是个谜。尽管有人推测这是一种抗虫策略，但并没有实证证据证实这一点。如今，一项历时近四十年的研究发表在《科学进展》杂志上，揭示了异戊二烯如何作为一种天然杀虫剂，保护植物叶片免受昆虫侵害。

在高温等极端环境条件下，植物往往会产生更多的异戊二烯。为此，植物会释放高达2%的储存碳来合成异戊二烯。植物将大量资源分配给异戊二烯的形成，这表明了其重要性。为了证明这种化合物的关键作用，密歇根州立大学的研究人员进行了实验室实验。

在温室试验中，研究人员对烟草植株进行了生物工程改造，使其能够释放异戊二烯，并将观察结果与不产生异戊二烯的烟草植株进行了比较。研究小组发现，饥饿的烟草天蛾（Manduca sexta）会集中攻击不释放异戊二烯的叶片，而不会攻击释放异戊二烯的叶片。

为期10天的观察表明，植物在两小时内对害虫的侵袭做出了反应。结果显示，以异戊二烯叶片为食的昆虫生长发育迟缓，这可能是由于接触该化学物质引发的消化问题，而不像那些啃食正常叶片的昆虫那样。

但异戊二烯的作用机制可能和你想象的不一样。异戊二烯本身对昆虫无毒。相反，它会引发植物内部的反应，提高茉莉酸的含量。这使得植物的蛋白质难以被昆虫消化。

“防御的不是异戊二烯本身，而是异戊二烯对植物的影响的后果，”主要作者汤姆·沙基说。

然而，这种天然的害虫防治机制也伴随着环境成本。异戊二烯是一种挥发性有机化合物 (VOC)，由橡树和杨树等植物产生。它是地球上排放量第二高的碳氢化合物，仅次于人类活动产生的甲烷。一旦进入环境，它会与阳光和氮氧化物发生反应，形成地面臭氧，这是一种与呼吸问题和环境问题相关的有害污染物。

现在，这种异戊二烯机制的发现让研究人员面临一个艰难的选择：我们是否应该培育更多释放异戊二烯的植物来抑制害虫的侵袭并提高粮食安全，还是限制经济作物产生这种化学物质的能力以期保护我们呼吸的空气？

“我们是否应该在农作物中添加异戊二烯，保护它们免受昆虫侵害，并承受昆虫对臭氧层的影响？还是我们应该通过基因工程，尽可能地关闭植物的异戊二烯合酶，以改善大气环境？”夏基问道，总结了未来生物工程师将面临的困境。

该研究已发表在《科学进展》上