Mayako Kutsukake（研究员）、Takema Fukatsu（组长）等人、日本国立先进工业技术研究院（AIST；院长：Tamotsu Nomakuchi）生物生产研究所（所长：Yoichi Kamagata）共生进化和生物功能研究小组发现了一种新现象，在某些蚜虫形成的瘿（植物巢）中，内瘿壁会迅速吸收并清除水状废物，这些废物在虫瘿内积聚时可以杀死蚜虫。

蚜虫以植物韧皮部汁液为唯一食物来源，并排出大量水状废物（蜜露）。蚂蚁和蚜虫之间的共生关系是众所周知的，蚂蚁吸收蚜虫分泌的蜜露，而蚂蚁则保护蚜虫免受外界敌人的侵害。一部分蚜虫在寄主植物上形成虫瘿，并在其中维持社会生活。在大多数情况下，士兵若虫会通过虫瘿的开口排出蜜露。然而，一些社会性蚜虫会形成没有开口的完全封闭的瘿，但如何在完全封闭的瘿内处理蜜露仍然未知。这项研究表明，蚜虫能够复杂地操纵植物的形态和生理，并诱导其虫瘿具有吸收蜜露的特性。这项研究将有助于理解植物的形态形成和功能修饰。

结果于 2012 年 11 月 14 日（日本标准时间）在线发布自然通讯，英国科学期刊。

图1：各种蚜虫的虫瘿 (a) 胆蒙泽尼帕福斯。 (b) 胆Tuberaphis styraci。 (c) 胆Ceratovacuna nekoashi。 (d) 虫瘿日本角蜂鸟。瘿 (a) 和 (c) 是完全封闭的，(b) 和 (d) 是开放的瘿。

昆虫在进化过程中为了适应各种环境而获得了巧妙的生物学功能。人类已经成功地对蚕和蜜蜂等昆虫进行了工业应用。然而，由于地球上存在着种类繁多的昆虫——远远超过1,000,000种——因此，许多有趣的生物现象、新颖的生物功能和遗传资源仍未被发现。

同时，大多数生物体并不是独立存在的，而是通过生物体之间复杂而精密的相互作用而进化的。生物体之间的这种相互作用范围从密切到松散。例如，在密切的相互作用中，昆虫等生物有时会影响植物等其他生物的生理条件，并为了自身的利益而操纵其形态和生理。植物受外界因素影响。因此，正在等待调查以阐明这一现象。

AIST 正在对各种昆虫进行研究，重点关注伴随生物体之间密切相互作用的有趣的生物现象。关于形成瘿的社会性蚜虫，AIST 致力于阐明蚜虫新颖、复杂且复杂的生物学功能 (AIST 7 月 27 日新闻稿，2004 年和 2009 年 2 月 25 日）。这一发现是这些研究的一部分。本研究中的现场实验已获得 AIST 的正式批准，并按照 AIST 的规则进行。

蒙泽尼日蓬(N。蒙泽尼) 形成有空腔的虫瘿总状二柱藻常绿树木，但有时有超过 2,000 只蚜虫成群生活。虫瘿不仅可以作为抵御敌人和环境变化的保护墙，而且还是食物供应来源，因此蚜虫只能通过用探针刺穿内壁来吸取植物韧皮部汁液。

瘿的形状因蚜虫种类而异（图 1），表明蚜虫参与了植物的特殊形态发生。N。蒙泽尼形成完全封闭的虫瘿，没有开口（图1a）。蚜虫N。蒙泽尼与外界环境隔离至少两年，直到瘿成熟并形成开口，带翅蚜虫迁移到次生寄主植物。问题是它们如何在完全封闭的虫瘿中处理排出的蜜露。一般来说，蚜虫会分泌大量富含糖分的蜜露。这里的谜团是为什么这些社会性蚜虫不会被封闭虫瘿中积累的蜜露淹没和杀死，以及蚜虫有什么机制来避免这种风险。

虫瘿N。蒙泽尼经过检查。发现了尸体、蜕皮和分泌的粉状蜡等固体废物，但虫瘿内没有观察到分泌的蜜露堆积，但其中生活着数百只蚜虫（图2a）。然而，当将虫瘿中的蚜虫置于人工饲养系统上时，第二天在蚜虫周围观察到大量的蜜露滴（图2b）。由此可见，虽然蚜虫会分泌蜜露，但蜜露并未积聚在虫瘿内。

图2：生活在虫瘿中的蚜虫 (a)N。蒙泽尼在完全封闭的虫瘿中。箭头表示成熟的蚜虫，箭头表示一龄的士兵若虫。絮凝物是蚜虫分泌的蜡的固体废物。 (二)N。蒙泽尼置于人工饲养系统上。箭头表示蜜露。 (三)Tuberaphis styraci形成开放的虫瘿。中心的昆虫是正在清洁和去除蜜露的士兵若虫（用箭头表示）。

进行了田间实验，以确认蚜虫分泌的蜜露是否被瘿组织吸收。N。蒙泽尼，通过孔注入1ml蒸馏水或蔗糖水，然后用木制品粘合剂封闭该孔。 20小时后，收集虫瘿并检查虫瘿中残留的溶液量。结果，蒸馏水被完全吸收并从几乎所有虫瘿中消失（图3a）。蔗糖水也被吸收，但吸收效率随着蔗糖浓度的增加而降低（图3b-3d）。蜜露中糖浓度的分析N。蒙泽尼显示低于05%，这是被胆组织充分吸收的水平。

图3：使用虫瘿进行吸水实验的结果N。蒙泽尼 (a) 胆中的蒸馏水N。蒙泽尼，16 加仑。 (b) 2%蔗糖水N。蒙泽尼，10 加仑。 (c) 4%蔗糖水N。蒙泽尼，10 胆。 (d) 8% 蔗糖水N。蒙泽尼，11加仑。 将每种溶液（1毫升）注入一胆中。条形图上方的数字表示每加仑的体积。

通过番红染色观察内胆壁吸收的水溶液的路径。结果表明，吸收的番红溶液通过植物的维管束排出。 （图4）

图4：吸收水溶液的跟踪实验 (a)N。蒙泽尼吸收了番红溶液的胆内部(将番红溶液涂在*所示的点)。吸收番红溶液的点(*)周围的胆组织被染成暗红色。吸收的番红溶液在胆组织内输送和分散，将静脉结构染成红色。 (b) 胆组织切片。维管束被染成红色。中，瘿内侧；出，瘿外侧。

另一方面，许多群居蚜虫的虫瘿有一个或多个开口，士兵若虫用头通过开口推动和丢弃蜜露滴，从而保持虫瘿内部清洁（图2c）。Tuberaphis styraci (T styraci)形成开放性瘿安息香落叶乔木（图1b）。研究人员用虫瘿进行了类似的吸水实验T。斯蒂拉西发现它们从不吸收水。

内胆壁N。蒙泽尼和T。斯蒂拉西进行了进一步检查。内表面开瘿T。斯蒂拉西涂有厚厚的蜡层并且具有疏水性（图5a和5b）。同时，虫瘿的内表面完全封闭N。蒙泽尼具有海绵层并且是亲水性的（图5c和5d）。对于其他蚜虫种类的瘿，而米亚贝金缕梅具有疏水性并涂有厚厚的蜡层，完全封闭的虫瘿内表面Nipponaphis distyliicola具有亲水性和海绵状。从这些结果可以认为，内瘿壁的结构可能与蚜虫瘿的吸水性能有关。

图5：各种蚜虫内瘿壁的特征 (a) 和 (b) 显示了T。斯蒂拉西（开瘿）。 (c) 和 (d) 显示了N。蒙泽尼（完全封闭的虫瘿）。 (e)和(f)显示了C粳稻（开瘿）。 (g) 和 (h) 显示的是C猫足（完全封闭的虫瘿）。 (a)、(c)、(e) 和 (g) 显示在内胆壁上添加一滴溶液时的结果。 （液体颜色的差异没有意义。） (b)、(d)、(f)和(h)显示通过透射电子显微镜观察到的内胆壁的横截面。 CW，细胞壁；中，瘿内侧； PC、植物细胞

此外，还比较了不同蚜虫种类在同一植物上形成的虫瘿。两者Ceratovacuna nekoashi (C nekoashi)和Ceratovacuna japonica (C japonica)形成瘿安息香落叶乔木（图1c和1d）。这些物种被归为同一属赛拉托真空，并具有相似的生态特征。两者之间的一个重要区别是C粳稻形成开放的虫瘿，同时C猫足形成完全封闭的虫瘿。此外，C。粳稻进行瘿清理，但是那些C猫足不要进行瘿清理。

对这两个物种的虫瘿进行了更仔细的检查。在开放的瘿中C。粳稻，蜜露在虫瘿内大量积累，内壁疏水并涂有厚厚的蜡层（图5e和5f）。另一方面，在完全封闭的瘿中C猫足，虫瘿内未观察到蜜露积聚，内壁呈亲水性和海绵状（图5g和5h）。而且，当将蒸馏水注入完全封闭的虫瘿中时C猫足，水被完全吸收。从这些结果表明，吸水性能不是由植物种类决定的，而是由形成虫瘿的蚜虫种类决定的。此外，在这项研究中始终观察到清晰的模式：虫瘿完全吸收封闭的水，但开放的虫瘿不吸收水。

从生态角度来看，开放的虫瘿的缺点是容易受到敌人的入侵，但优点是可以通过将蜜露从虫瘿中排出来保持蜂群的卫生。另一方面，完全封闭的虫瘿的优点是可以容易地阻止敌人的入侵，但缺点是蜜露无法从虫瘿中排出。因此，栖息在完全封闭的瘿中的蚜虫通过操纵植物并诱导吸水特性解决了卫生问题。据研究人员在本研究中检查，所有完全封闭的虫瘿都具有吸水特性，这表明这两个特性密切相关，并且对于实现长期的吸水特性至关重要su-gomori封闭巢穴中的生活（隐居生活）。

这些结果是关于昆虫为了自身目的而操纵植物形态发生和生理学的新发现。鉴于外部因素对植物性状的控制，这也很有趣。

研究人员将进一步阐明这种现象，重点关注从吸收的蜜露中提取的糖和氨基酸的代谢转化，以及这些物质在植物中循环利用的可能性。此外，他们将使用下一代测序仪分析蚜虫瘿中的基因表达，以了解瘿形成的分子机制。