近日，华中农业大学植物科学技术学院王满囷教授团队在农林科学TOP期刊Journal of Agricultural and Food Chemistry发表了题为“Suprathreshold Water Spray Stimulus Enhances Plant Defenses against Biotic Stresses in Tomato”的研究论文。该研究揭示了超阈值强度喷水刺激增强番茄植株对害虫和病原菌防御能力的相关机制。
自然界中，植物无时不刻面临着各种机械刺激，例如风、雨、农业设备以及人类触摸。这些机械刺激会诱导植物形态改变，影响植物防御，并且展现出不同效应。已有研究发现，喷雾水滴带来的机械刺激能激活植物免疫增强对病原菌的抗性。然而，喷雾刺激作为环境中常见的机械刺激，不同雾滴大小的喷雾对作物生长和防御有何影响目前尚不得知。该研究以重要园艺作物番茄作为模式植物，调查了不同雾滴大小（HS: 200−300 μm；LS: 1000−1200 μm）的喷水刺激对番茄植株的生长、防御、化学代谢物和植物激素等指标的影响。研究发现，仅在超阈值强度喷水刺激（LS）下，番茄植株表现出株型矮小与紧凑，对棉铃虫和灰霉菌更强的防御能力，但并没有影响番茄果实的产量与品质。通过对植物激素和化学代谢物进一步分析发现，LS刺激处理是通过激活茉莉酸(JA)激素信号传导来增强植物防御反应，显著提高苯丙烷生物合成通路中关键防御代谢物绿原酸的水平，并减少了番茄植株挥发性有机化合物(VOC)的排放，从而抵御棉铃虫和灰霉菌的侵袭。这项研究发现超阈值强度喷水刺激可以提高番茄植株对生物胁迫的防御能力。这提供了一个创新的农业种植潜在应用技术，种植者可以通过关注喷水刺激过程，在种植、灌溉和病虫害管理上做出更明智的决策，最终提高生产力和效率。未来通过进一步的研究，如合理的喷洒时间、超阈值强度的范围以及合适的频率等，将有利于种植者对植物的生长和防御进行更加精确的调控。华中农业大学已毕业硕士研究生刘乐为该论文的第一作者，王满囷教授为论文的通讯作者。本研究受到华中农业大学植物科学技术学院公共平台的支持及国家自然科学基金项目的资助。