防虫高粱化合物可能是生态友好型农药

根据研究植物 - 昆虫相互作用(包括田间，温室和实验室成分)的研究人员的研究，高粱植物产生的防御昆虫饲养的化合物可以被分离，合成并用作有针对性的无毒昆虫威慑物。

研究人员研究了高粱化学物质 - 黄酮类化合物 - 特别是3-脱氧黄酮和3-脱氧花青素 - 在提供对玉米叶蚜虫的抗性中的作用，玉米叶蚜是一种从植物中吸取液体的微小蓝绿色昆虫。为了防御像蚜虫这样的害虫，高粱进化出的防御包括次生代谢产物的生物合成，包括类黄酮以毒害害虫。

先前的宾夕法尼亚州立大学研究表明，在高粱中，这些黄酮类化合物的积累受到一种称为黄色种子1的基因的调控，该基因控制对真菌病原体等胁迫的反应，宾夕法尼亚州玉米遗传学教授Surinder Chopra指出。他在农业科学学院的研究小组领导了这两项研究。

在目前在大学拉塞尔·拉森农业研究中心进行的研究中，研究人员培育了两种几乎相同的高粱系 - 一种具有产生黄酮类化合物的功能性y1基因，另一种产生了一种名为null y1的突变体，它不具备功能性黄种子1基因负责产生黄酮类化合物。

当他们比较两种植物时，研究人员发现，与具有产生黄酮类化合物的功能性y1基因的植物相比，显着更高数量的成年玉米叶蚜虫定殖无效y1植物。蚜虫积极地饲喂无效的y1植物，其中一些植物显示出黄色叶片的压力迹象。产生黄酮类化合物的功能性高粱植物具有低得多的蚜虫数量，并且没有显示蚜虫摄食的不良影响。

用类似的盆栽高粱植物进行的温室试验证明，蚜虫显然更喜欢在无效的y1植物上进食和繁殖，成虫产生更多的若虫。

在一项伴生实验室实验中，研究人员喂养了两组成年蚜虫高粱叶组织的饮食 - 但他们添加了含有黄酮类化合物的提取物。几天后，大部分以富含类黄酮的叶子组织为食的蚜虫死亡，繁殖受到限制 - 这些蚜虫在屈服之前都没有若虫。

也许令人惊讶的是，Chopra解释说，黄酮类化合物不存在于植物的韧皮部 - 维管组织中，导致蚜虫寻找的糖 - 但是在形成最外层防御的表皮细胞中。当蚜虫用它们的探针或喙反复探测和刺穿表皮细胞时，它们会吸收导致它们消亡的黄酮类化合物。

Chopra建议，该研究结果在线发表在“化学生态学杂志”上，表明黄酮类化合物可能被用作保护作物的有效昆虫威慑物。

“高粱植物已经进化为精确排放化合物，提供防御有害捕食性昆虫的防御，但这些化学物质在其防御中不会伤害有益昆虫，”乔普拉说。“如果我们能开发出无毒的杀虫剂，它将会改变游戏规则 - 鉴于合成杀虫剂的毒性非常令人担忧，它们被认为对人类健康有害。”

由宾夕法尼亚州立大学支持的乔普拉已申请使用黄酮类作为昆虫威慑物的专利。他指出，虽然还需要做更多的研究，但最重要的考虑因素是黄酮类化合物是天然植物产品，不会造成任何污染，对人体或动物健康无害。

Chopra认为，这项研究可能是开发作物防御新植物化学物质的早期步骤。“黄酮类化合物对抗其他食草动物的效果正在研究中，但我们知道玉米叶蚜虫非常非常有效，”他说。

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