植物细胞能够感知各种胁迫信号（离子浓度、机械刺激、声波等）并作出自适应响应。Appel和Cocroft在2014年研究发现，拟南芥对食草昆虫咀嚼的声音产生特异性响应，并加速防御性毒素合成。他们首先用麦克风录制食草性昆虫咀嚼拟南芥叶片的声音的音频信号，然后用压电陶瓷微型致动器将录制好的音频信号重新播放用来激发叶片的振动，发现叶片中脂肪族芥子油苷的含量相对于对照组有50%左右的上升，且随着激励幅值的增大这种上升趋势越明显。更为有意思的是，拟南芥叶片还会对这种昆虫咀嚼信号产生特异性反应，而风和昆虫鸣叫发出的声音信号并不能触发脂肪族芥子油苷含量的变化。同时还发现咀嚼声波信号的频谱与昆虫鸣叫、风声的频谱相比较，有较大的差异性。然而植物对昆虫咀嚼产生这种特异性反应的动力学机制并不清楚，因此识别和认识拟南芥的“耳朵”是理解和利用这种反应机制的关键。
研究发现拟南芥叶片上的表皮毛细胞个体和整体在毛虫的声发射范围内都表现出共振。且共振频率与表皮毛细胞的大小成反比，随着表皮毛细胞尺寸的增加，振幅谱的峰向较低的频率移动。表皮毛细胞的第一阶模态与其他高阶模态形成了两个接收带，Pieris毛虫的声发射穿越了这两个接收带，这可能有助于拟南芥对声学信号的选择性转导。（图1）
图1. 表皮毛细胞的能量谱密度与不同物种的声频对比。（a)拟南芥叶片上表皮毛细胞的能量谱密度；(b)不同物种的声频发射范围。
近日，该成果以“Ensembles of the leaf trichomes of Arabidopsis thaliana selectively vibrate in the frequency range of its primary insect herbivore”为题发表在Extreme Mechanics Letters上。文章的第一作者为卢天健教授博士生殷俊，卢天健教授及刘少宝副研究员为共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金等的支持。
