病虫害可以导致全球粮食减产10％-16％。农药防治虽然是有效手段，但也严重影响农产品的质量安全与人类健康，同时加剧环境污染。相比之下，生物防治可以有效避免这些缺点。植物性杀虫技术是一种有效的生防技术。因此，有必要对植物防御能力与防御物质在不同时空下的分布进行全面分析，这不仅可以促进对植物防御机制的全面理解，而且有助于在农业生产中加快对作物抗性的特定靶标的鉴定。　　植物产生的防御物质有直接防御、间接防御和信号转导等多种生态学功能。最佳防御理论(Optimal Defense theory，ODT)认为:起防卫作用的代谢物在植物体内被优先分配到有着高适应值的组织部位和容易受伤害的部位。以往大田实验显示，斜纹夜蛾(Spodoptera litura(Fabricius)larva)主要分布在烟草(Nicotiana)的下部叶位，但有关的机制尚不清楚。本研究的前期实验选择了模式植物烟草(Nicotiana benthamiana)作为研究对象，发现不同叶位的烟草对主要害虫斜纹夜蛾幼虫的直接防御能力不同，斜纹夜蛾幼虫取食上层叶片的量显著性低于中、下层叶片。上层叶片的防御能力显著低于下层叶片。有趣的是，上层叶片对斜纹夜蛾幼虫较强的防御能力并不是主要由已知抗虫代谢物质如烟碱所引起的。因此本研究旨在解决如下两个科学问题:(1)引起烟草直接防御斜纹夜蛾幼虫侵害的空间差异的具体物质是什么？(2)其防御物质空间分布差异的机制是什么？　　为了回答上述问题，我们做了一下研究。主要结论如下:　　(1)发现烟草对斜纹夜蛾幼虫的直接防御能力呈现空间的差异，斜纹夜蛾幼虫取食上层叶片的量显著低于中、下层叶片。为了探索已知的抗虫代谢物是否参与了烟草直接防御斜纹夜蛾幼虫侵害的空间差异，首先观察了烟草中已知的主要抗虫代谢物-烟碱的叶位分布，并通过外源烟碱添加处理实验发现，尽管烟碱在上层叶片中的含量高于中、下层叶片，但烟碱对斜纹夜蛾幼虫的取食并没有产生显著性的影响，由此表明了烟草直接防御斜纹夜蛾幼虫侵害的空间差异性并不是由烟碱所引起的。此外我们也观察了烟草中另一个已知的主要抗虫代谢物-绿原酸，发现绿原酸也与烟草直接防御斜纹夜蛾幼虫侵害的空间差异不相关。　　(2)为了进一步发掘引起烟草直接防御斜纹夜蛾幼虫侵害的空间差异的具体物质，我们观察了烟草中可能与抗虫相关的挥发性物质的叶位分布。结果表明烟草叶片受侵害后可释放高含量的挥发性物质(Z)-3-己烯-1-醇，此外中、下层叶片释放的含量显著高于上层叶片。外源(Z)-3-己烯-1-醇添加处理实验和昆虫吸引实验表明(Z)-3-己烯-1-醇对斜纹夜蛾幼虫具有直接吸引作用，同时能显著提高斜纹夜蛾幼虫取食烟草叶片量。为了进一步探究烟草叶片受侵害后(Z)-3-己烯-1-醇释放空间差异的机制，研究了(Z)-3-己烯-1-醇合成相关的基因表达的时空分布，发现受侵害后(Z)-3-己烯-1-醇释放的空间差异主要是由其合成的上游关键基因-脂氧合酶(lipoxygenase，NbLOX2)的基因表达的空间分布差异所引起。通过病毒诱导基因沉默(virus-induced gene silencing，VIGS)实验进一步证实了NbLOX2参与了(Z)-3-己烯-1-醇合成与释放。此外本研究观察了与植物挥发性物质密切相关的植物激素-茉莉酸的时空分布，并通过外源茉莉酸添加处理实验，发现受侵害后(Z)-3-己烯-1-醇的空间分布差异与茉莉酸无直接关联。　　(3)除了观察斜纹夜蛾幼虫的吸引物质(Z)-3-己烯-1-醇的合成外，我们也观察了(Z)-3-己烯-1-醇的转化。研究发现(Z)-3-己烯-1-醇在醇酰基转移酶(alcohol acetyltransferase，AAT)的作用下可转化为对斜纹夜蛾幼虫不具吸引作用的(Z)-3-己烯乙酸酯。从烟草中筛选出多个AAT基因，通过大肠杆菌E.coli原核表达体系验证发现NbAAT3具有催化(Z)-3-己烯-1-醇形成(Z)-3-己烯乙酸酯的能力。烟草瞬时过表达和VIGS实验进一步证实了NbAAT3在体内同样具有催化(Z)-3-己烯-1-醇形成(Z)-3-己烯乙酸酯的功能，此外亚细胞定位观察显示NbAAT3主要定位于细胞核中。　　本研究提出了最佳防御理论的一个新视角，首次揭示植物可以通过在容易受伤害的部位降低害虫吸引物质的含量进而达到最佳防御作用。这将有助于我们对植物防御机制的全面理解，并对最佳防御理论做更深层次的解析。本研究的结果进一步完善了植物次生代谢物质抵御外界胁迫的最佳防御理论，并在实践中为作物抗逆性的分子改良提供了理论依据。