由于持续的环境变化和生存挑战，自然界中的植物必须具备敏锐的感知能力。它们不仅要与邻近植物竞争光照和资源，还要抵御食草动物、昆虫和病原菌的侵袭。为了生存和繁衍，植物进化出了一套复杂的机制来感知外界环境。光，尤其是红光与远红光的比例(R:FR)，对植物而言是一个关键的环境信号。在植被茂密的区域，叶片对光的吸收和反射导致到达地面的光质发生变化，特别是红光与远红光的比例(R:FR)降低。植物将这一变化感知为邻近植物的接近，预示着潜在的遮荫威胁。除了光信号，植物还可以感知和响应食草动物和邻近植物释放的挥发性有机化合物(VOCs)。在植物被食草动物攻击时，这些有机化合物被释放，从而警告周围的植物采取防御措施。然而，尽管我们对植物如何单独响应光信号或挥发性信号有一定的了解，但植物如何整合这两种不同类型的环境信号尚不清楚。
近期，瑞士伯尔尼大学植物科学研究所的Matthias Erb团队在Plant Cell & Environment 在线发表了题为“Far‐red light increases maize volatile emissions in response to volatile cues from neighbouring plants”的文章，深入探讨了远红光如何调节玉米(Zea mays)对邻近植物释放的挥发性信号的感知和响应。通过精心设计的实验和先进的技术手段，研究团队发现了远红光能够显著增强玉米对食草动物诱导的挥发性化合物的释放，从而揭示了植物信号整合的新机制。
首先，研究团队通过调整红光与远红光的比例，模拟自然环境中可能遇到的光照条件。然后，通过使用食草动物诱导的植物挥发性化合物处理水稻，来模拟食草动物的攻击(图1a)。此外，研究人员利用自动化高通量挥发性筛选平台和Vocus PTR-TOF-MS系统，详细测定了不同光照条件下玉米的挥发性化合物排放模式。实验结果显示，短期的远红光补充显著增强了玉米对这些挥发性信号的响应，表现为特定挥发性化合物排放的增加(图1b)。研究还发现，远红光通过提高光合作用和气孔导度(图2、图3)，以及增加茉莉酸甲酯水平，促进挥发性化合物的释放。最后，对phyB1phyB2突变体的分析揭示了光敏色素B(phyB)在调节挥发性化合物排放中的关键作用，而短期与长期暴露于远红光的不同效应则表明，植物可能通过调整phyB的活性来精细调控其对环境信号的响应。
图1 远红光增强了玉米对食草动物诱导的植物挥发物的反应
图2 远红光增加玉米气孔导度
图3 远红光增强玉米的光合作用
该研究揭示了远红光如何显著增强玉米对邻近植物释放的挥发性有机化合物的响应。实验表明，短期远红光补充提升了玉米的挥发性化合物排放，特别是增加了对食草动物诱导信号的敏感性。这一现象可能通过提高光合作用效率和气孔导度，以及调节茉莉酸甲酯水平来实现。此外，研究发现光敏色素B在调节这些挥发性化合物的排放中扮演关键角色。这些结果不仅增进了我们对植物如何整合光信号和挥发性信号的理解，也为农业中利用这些机制提高作物抗性提供了新的视角。
原文链接：https://doi.org/10.1111/pce.14995
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