Metabolomic Profile and Feeding Preference of Diatraea Saccharalis in Sugarcane Co-inoculated With a Diazotrophic Consortium
通过将甘蔗与固氮细菌菌剂（固氮醋酸杆菌和固氮螺菌属）进行共接种，改变了植物的代谢谱，增加了应激相关可溶性代谢物的水平，从而与未接种植物相比，降低了害虫蔗螟（Diatraea saccharalis）的取食偏好和体重增量。
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在巴西广袤的田野里，甘蔗不仅仅是一种作物；它是国家经济的基石，在全球一百多个国家都有种植。然而，与许多植物一样，它面临着来自自然的持续威胁，特别是来自甘蔗螟虫——这种蛾类的幼虫会钻入茎秆，造成巨大的经济损失。几十年来，农民一直依赖化学农药来管理这些害虫，但越来越多的科学研究表明，植物拥有自身的内部防御系统，而这些系统可以通过生活在其中的微观生命得到加强。这一研究领域探索了被称为植物促生长根际细菌（PGPR）的有益细菌如何定殖在植物的根部和茎部。这些微小的生物不仅能帮助植物吸收养分，还能重新编程植物的内部化学机制，本质上是训练它对疾病和饥饿昆虫具有更强的抵抗力。研究人员长期以来的疑问是，这些微观盟友是否能在不损害植物生长的条件下，改变植物的味道或气味，使其对害虫失去吸引力。
一支来自巴西的科学家团队致力于回答这个问题，他们调查了当甘蔗接受一种由两种有益细菌组成的特定伙伴关系处理时会发生什么：即Gluconacetobacter diazotrophicus（固氮克雷伯氏菌）和Azospirillum sp.（固氮螺菌属）。这些细菌是甘蔗的天然居民，以其从空气中捕捉氮并将其转化为植物可以利用的形式的能力而闻名。研究人员想要观察引入这些细菌是否会改变甘蔗叶片的化学组成，并且至关重要的是，这些变化是否会威慑甘蔗螟虫幼虫。为此，他们在受控环境中种植了甘蔗植株，用这种细菌混合物进行处理，并将其他植株作为对照组留置未处理。随后，他们对植物进行了一系列测试，包括通过喂食幼虫来观察它们的偏好，以及分析叶片内部的化学汤以了解究竟发生了哪些变化。
结果揭示了植物内部世界的一次迷人转变。当科学家使用一种类似于分子指纹的技术分析叶片中的可溶性化合物时，他们发现经过处理的植物在化学性质上与未经处理的植物截然不同。细菌触发了代谢重组。在处理过的植物中，某些应激相关化学物质（如脯氨酸和特定的有机酸）的水平显著下降。与此同时，植物积累了更高水平的蔗糖、一种名为丙氨酸的氨基酸以及一种被称为没食子酸的强效抗氧化化合物。这表明细菌帮助植物更有效地管理其能量，减少了对压力化合物的需求，同时提升了防御盾牌物质的生产。没食子酸的存在尤其值得注意，因为这种化合物已知能帮助植物对抗生物胁迫，充当对抗攻击者的天然屏障。
为了观察这些化学变化如何影响害虫，研究人员进行了喂食实验。在一次测试中，他们给幼虫一个选择，让它们在经过处理的甘蔗和未经处理的甘蔗之间做出选择。昆虫表现出了明显的偏好，它们选择未经处理的植物的频率明显高于经过细菌处理的植物。这表明细菌改变了植物的化学信号，使得经过处理的甘蔗对饥饿的幼虫失去了吸引力。然而，故事并未止步于偏好问题。在第二次测试中，当幼虫被迫只能食用其中一种类型的植物时，无论植物是否经过处理，它们的生长速度都是一致的。这一发现至关重要：它证明了细菌并没有使植物产生毒性或营养贫乏。如果别无选择，幼虫在处理过的植物上依然可以长得一样好，但当有选择时，它们仅仅是不想吃这些植物。
这种“偏好”与“表现”之间的区别凸显了一种复杂的植物防御机制。细菌并没有毒害昆虫；相反，它们改变了植物的特征，从而排斥了害虫。研究表明，这些有益细菌扮演了一种生物启动器的角色，通过转移其代谢资源，使植物在面对食草动物时变得不再那么具有吸引力。没食子酸的增加和应激标记物的减少指向了一个处于优化准备状态而非挣扎求生的植物。尽管这项研究是在单一品种甘蔗的受控环境下进行的，但其发现为可持续农业提供了一个充满希望的愿景。通过利用这些天然的细菌伙伴关系，农民或许能够减少对化学农药的依赖，通过增强植物自身的化学机制而非通过外部喷洒来保护庄稼。这项研究证实，植物内部的微观世界可以对害虫和收获的宏观世界产生深远且切实的影响。
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