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【大国粮策】植物的“化学语言”：挥发物的奥
当你漫步在公园中，被葱茏的植物环绕时，是否曾思考过这些问题：植物不会说话，怎么与周围的生物交流？蜜蜂怎么找到视线之外的花朵？割草的时候，为什么会闻到青草的气味？这些问题的答案，都与一门特殊的“化学语言”有关——植物挥发物。
植物挥发物：无形的化学信使
当我们走进森林、花园和草地时，常常会闻到各种清新的气息——松树的树脂香、薄荷的清凉、玫瑰的芬芳。这些气味并非偶然，而是植物释放的挥发性有机化合物。
植物挥发物是一类低分子量、易挥发的有机分子，主要由叶片、花朵、果实和根系释放，主要分为萜类、苯丙烷类/苯类、脂肪酸衍生物和氨基酸衍生物。这类化合物种类繁多，目前已鉴定出超过1700种植物挥发物。
植物每年会释放超过10亿吨挥发物，其中最高多达40%的光合作用固定的碳以挥发物形式释放到环境中。这些化合物不仅赋予植物独特的气味，还在生态系统中扮演着重要角色，帮助植物适应环境、抵御威胁、进行信号交流。
植物挥发物的防御功能
植物无法像动物一样逃跑或反击，但它们演化出了精妙的化学防御系统，挥发物就是植物防御的“关键武器”。
（1）直接防御：驱赶或毒杀敌人
许多植物释放的挥发物对昆虫或微生物具有毒性。例如：薄荷、桉树、艾草和伞形科植物（芹菜、香菜、茴香等）释放的挥发性物（如薄荷醇、桉叶素）能驱避植食性昆虫。
（2）间接防御：召唤“保镖”
植物无法自己对抗害虫，但它们可以“呼救”——释放特定挥发物，吸引害虫的天敌。例如：玉米和棉花在遭受昆虫取食时，会释放β-石竹烯，吸引寄生蜂等天敌昆虫。利马豆被螨虫侵害时，会释放（E）-β-罗勒烯，吸引天敌昆虫捕食螨来消灭螨虫。这种“化学求救信号”让植物在生态系统中建立了复杂的防御联盟。
同样，害虫也能利用植物的诱导反应，改变挥发物释放，从而抑制植物防御。例如：红胸律点跳甲幼虫取食植物根部后，植物启动根部诱导防御反应，抑制幼虫生长。同时也会诱导叶部挥发物改变，通过提高挥发物壬醛和2-乙基己醇的释放量吸引红胸律点跳甲的地上成虫。成虫取食会诱导植物降低根部防御物质的含量，改善地下幼虫的生存环境（图1）。二化螟危害水稻后，会提高挥发物α-蒎烯、D-柠檬烯和β-石竹烯的释放量，吸引褐飞虱取食和产卵，二者同时取食会促进彼此的生长和适合度（图2）。
图1. 红胸律点跳甲幼虫通过植物挥发物向其成虫发出求救信号，改善自身周围的生存环境。（孙晓团队供图）
图2. 水稻害虫二化螟和褐飞虱通过“种间协作”抑制植物防御，从而实现互惠共存。（李云河团队供图）
植物挥发物的“社交功能”：与其他生物的信号交流
植物挥发物不仅是防御工具，还是植物与周围生物“对话”的化学语言。
（1）植物间的警告系统
当某些植物（如柳树、利马豆）遭受虫害时，会释放挥发物，邻近的同种植物“接收”到信号后，会提前启动防御机制，如增加有毒物质的合成。这种现象被称为“植物间防御信号传递”。
（2）吸引传粉者与种子传播者
花朵的芳香（如玫瑰的苯乙醇、茉莉的茉莉酸甲酯）能吸引蜜蜂、蝴蝶等传粉者，确保繁殖成功。某些果实成熟时释放的挥发物（如香蕉的乙酸异戊酯）能吸引动物取食，帮助种子传播。
（白旭光 摄）
（3）与微生物的互动
一些植物根系释放的挥发物能招募有益土壤微生物（如固氮菌、菌根真菌），促进自身生长。
未来应用：植物挥发物的潜力
科学家正在探索如何利用植物挥发物改善农业、医药和环境。
（1）生态农业：减少农药使用
通过人工合成植物“求救信号”（如β-石竹烯），吸引天敌昆虫来控制害虫，减少化学农药依赖。利用挥发物监测作物健康，早期发现病虫害。
（2）医药与健康
某些植物挥发物（如薰衣草的芳樟醇、桉树的桉叶素）已被用于芳香疗法，缓解焦虑、改善睡眠。森林挥发物（如日本柳杉的芬多精）被证明能增强人体免疫力，“森林浴”已成为健康生活方式。
（3）环境修复
某些植物挥发物能分解空气污染物（如甲醛、苯），未来可能用于室内空气净化。
植物挥发物是自然界最精妙的化学语言之一，它们帮助植物生存、繁衍，并与整个生态系统互动。未来，随着科学的发展，我们或许能更深入地利用这些“看不见的信号”，让农业更环保、医学更自然、环境更健康。
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作者：孙晓 河南大学生命科学学院教授
审核专家：刘清松 河南大学特聘教授
策划：谢芸
