挥发性有机化合物 (VOC) 是重要的空气传播信号或气味，使植物能够与其他生物和植物进行短距离和长距离的交流。这种交流的一个关键方面是当植物受到食草害虫的破坏时，触发 VOC 的释放。

挥发性有机化合物如何增强植物防御能力并提供可持续的害虫防治解决方案

这些化合物可以被邻近的植物检测到，从而促使它们增强对潜在威胁的防御能力。这种复杂的生化策略使植物能够有效地保护自己免受各种压力。

该研究领域最近因其在农业领域的应用前景而引起了人们的极大兴趣。为此，日本东京理科大学的 Gen-ichiro Arimura 教授和他的同事 Takuy​​a Uemura 先生着手探索这种通讯背后的分子途径及其在可持续农业中的潜在应用。

他们的评论于 2024 年 10 月 11 日在线发表在《植物科学趋势》上，阐明了这些复杂的过程及其对农业进步的影响。该研究探索了如何通过了解植物与植物之间的交流来制定创新的作物保护和产量提高策略，从而有可能彻底改变可持续农业。

“虽然植物不具备像动物那样复杂的嗅觉系统，但它们能够根据与它们或它们的祖先在与各种生物进行有益或有害的相互作用时遇到的化合物的结构相似性，检测各种挥发性有机化合物并对其做出反应，”Arimura 教授解释道。

植物在受到侵蚀时会释放各种类型的挥发性有机化合物，例如异戊二烯、萜类化合物和绿叶挥发物。人们早已认识到这些化合物在跨物种信号传递、吸引有益昆虫或驱赶食草动物方面发挥着重要作用。

值得注意的是，薄荷植物中富含的单萜类化合物因其驱虫、抗菌和杀卵特性而得到了商业化。这项研究表明，这些植物与植物之间的相互作用不仅限于相关植物，也可能发生在非亲属植物之间。

一旦排放，VOC 就会通过气孔吸收，并扩散到邻近植物的叶肉细胞中。植物的反应涉及复杂的细胞内和细胞间信号传导机制。例如，钙通量在信号级联中起着关键作用。

在接收挥发性有机化合物的植物中，β-石竹烯等碳氢化合物可以通过与染色质(一种控制 DNA 可及性的结构)相互作用来调节基因表达。这一过程称为染色质重塑，可触发基因转录的激活，从而使植物做好增强防御反应的准备。

目前，化学农药被广泛用于保护农作物，但它们对环境的有害影响，加上对更高粮食产量的需求不断增长，凸显了对更安全替代品的需求。VOC 的使用提供了一种可持续的解决方案，既能促进农作物防御和生产力，又能减少对农药和其他有害化学物质的依赖。

此外，这种新方法将降低生产成本并提高农产品的价值，因为大多数消费者为了他们的整体健康更喜欢“无农药作物”。

“一种有希望的方法是加入盆栽薄荷、糖薄荷和胡椒薄荷等伴生植物，这些植物会持续释放有益的挥发性有机化合物。此外，开发生物刺激剂(促进植物生长和抗逆性的物质)可以进一步增强植物间的相互作用，”Arimura 教授声称。他进一步补充说，基于他们的新发现的商业产品将很快用于农业。

然而，基于VOC的技术在农业中的实际实施面临着一些挑战，例如剂量依赖性反应、植物之间不适当的距离以及高浓度的VOC(化感物质)，这些都可能抑制邻近植物的生长。

本综述为进一步探索农业环境中的 VOC 奠定了基础，并敦促科学界与农民和政策制定者合作，利用植物通信的力量。通过利用植物的天然信号机制，可以开发可持续的农业实践，不仅可以提高作物生产力，还可以促进环境健康。