近日，四川農業大學林學院森林保護系朱天輝團隊在國際環境科學與生態學領域Top期刊《總環境科學期刊》（Science of The Total Environment）上在線發表了名為《土壤鎘脅迫通過改變楊樹葉片揮發物以降低食葉害蟲對寄主的嗅覺及產卵選擇的偏好性》的研究論文。林學院副教授林恬恬為第一作者，森保系研究生朱國慶和赫萬詞為共同第一作者，教授朱天輝為通訊作者，四川農業大學為唯一完成單位。
元素防御假說認為重金屬被植物吸收并富集在體內后，因為其具有生物學毒性，可以在一定程度上增強植株的抗蟲性。前期有學者發現，重金屬除了可以降低害蟲的生長發育和取食偏好性，還可以改變植株葉片揮發物的成分和釋放量。但是這些葉片揮發物的變化是否會進一步影響食葉害蟲的寄主選擇行為還尚未見報道。由于昆蟲的雌性成蟲一旦在植株上產卵并孵化出幼蟲后，這些幼蟲很難進行大范圍的遷移，因此選擇適合后代生存的植株將會大大提高幼蟲的存活率。而該團隊認為雌性成蟲會通過識別植物葉片揮發物的變化來趨避富集了重金屬的植株。
為了驗證這一假說，本研究以滇楊作為研究材料，通過測試對照和鎘處理下滇楊植株葉片揮發物的差異性，結合開展專食性昆蟲楊直角葉蜂和廣食性昆蟲柳藍葉甲的雌性成蟲的嗅覺選擇及產卵選擇實驗，探究了鎘脅迫下滇楊植株對食葉害蟲的雌性成蟲的寄主選擇行為的影響及其原因。研究結果發現，土壤鎘處理可以顯著誘導滇楊植株葉片的揮發性氣味物質的釋放，且釋放總量與植株葉片鎘含量呈正相關。在嗅覺選擇實驗中團隊發現兩種昆蟲的雌性成蟲均明顯偏好于對照植株的葉片揮發物且排斥鎘脅迫植株葉片散發的氣味物質。隨后的產卵選擇實驗發現兩種昆蟲的雌性成蟲在對照植株上的產卵數量均顯著多于受鎘脅迫的植株。最后，相關性分析表明兩種昆蟲的嗅覺選擇和產卵選擇偏好性均和植株葉片中的鎘含量及揮發性氣味物質的總量呈負相關，進一步驗證了鎘脅迫所誘導的葉片揮發物的抗蟲功能。這一結果不僅首次從植物葉片揮發物的角度證明了元素防御假說的適用性，還可以為預測在重金屬污染地區的林木自然種群所遭受蟲害發生的程度具有重要的理論意義。
該研究得到國家自然科學基金青年項目和國家級大學生創新創業訓練計劃的資助。