花儿如何做到精确授粉？
花儿如何做到精确授粉？
蘇蘇蘇蘇子 2012-05-27 15:14:00
授粉可能会演变成一场混乱的灾难。花朵是如何确定可育的精子正好能达到每个胚珠上的？生物学家报告了植物们为了成功繁殖后代是如何完善花粉的分配的。
授粉可能会演变成一场混乱的灾难。随着数百花粉粒向子房中的胚珠长出花粉管并向雌配子送出它们的"精子"雄配子，花朵是如何确定两个可育的精子正好能达到每个胚珠上的？在一项新的研究中，来自美国布朗大学的生物学家报告了植物们为了成功繁殖后代是如何完善花粉的分配的。
下一次送她花的时候，告诉她花是怎么进化出如此有效的运筹模式的吧。一项新发现分析了精子在雌配子周围的高精度排布。
在授粉时，数以百计携带精子的花粉粒会粘在花朵中央的柱头上，并迅速向胚珠们长出花粉管，胚珠含有两个雌性生殖细胞（一个卵细胞和两个极核。受精时一个精子和卵子结合形成受精卵，另一个精子和两个极核结合。这被称为双受精），这可能会引发混乱，但植物却能成功处理，将两个精子恰好和胚珠中的两个细胞相结合，不多不少。没有胚珠会被遗落。
在5月17日的《当代生物学》（Current Biology）杂志上，美国布朗大学的生物学家 报告 称，花卉已经会逐渐形成了一个优雅的保障系统，确保到达每一个胚珠的花粉管数量刚好达到必须水平。
“这样一个机制能防止过多的花粉管传递太多的精子”，布朗大学的生物学副教授马克.约翰逊（Mark Johnson）说“而且如果第一个精子不可育植物仍有方法来挽救失败的受精。”
约翰逊实验室的研究生、论文第一作者克里斯汀.比尔（Kristin Beale）发现原则上雌雄配子一旦成功融合立即就会发出终止胚珠吸引花粉管的信号。
“以前的模型显示一旦一个花粉管进入，其他花粉管就会被排斥，”比尔说，“我们认为与此同时发生的就是配子融合的过程。”约翰逊补充说：“直到融合完成，谁也不能保证你会有成功的种子形成。”
突变体解决了一个谜
尽管科学家们已经研究了数百年植物繁殖，但使比尔有所发现的工具是近几年才变得可用的。用新的工具进行武装，用模式植物拟南芥进行了一系列的实验。
最重要的工具是这个小组发现的hap2花粉突变。该突变体向胚珠长出花粉管并阵阵释放精子，但是这些精子不能和雌配子融合。这是一个方便的哑弹，该小组用新技术将花粉管和它们运输的精子植入绿色或红色荧光。这样他们就能观察不同管与胚珠的相互作用。
在他们的第一个实验中，小组释放了健康的精子，一半由红色荧光标记的花粉管运输，另一半则由绿色荧光标记的花粉管运输。只有1%的胚珠以同时被多个花粉管受精而告终，这一现象被比尔称为“多管受精”。在绝大多数时候胚珠是能避免多管受精的。小组又释放了一组精子，这组精子中四分之一是不可育的，多管受精的现象增加了十倍，一个受精失败的胚珠最后吸引了四个花粉管，这表明多管受精的现象会一直持续到健康的精子出现为止。
在另一个实验中，突变体精子的花粉管被标记为红色，正常的或“野生型”花粉管被标记为绿色，在显微镜下，研究人员发现多管受精现象只出现在有红光的地方。
“我们并没有观察到一个胚珠同时被两个带有健康精子的花粉管作为目标的情况，”科学家在论文中写道，“胚珠遇到有缺陷的精子的时候会吸引其他的花粉管，但健康的精子到达之后其他的花粉管就会被阻塞。”
论文没有确定负责在配子融合之后发出阻碍多管受精信号的确切分子，但这项研究帮助科学家确定了这种信号分子的特点，它必须是速效而有力的。
约翰逊说，研究最终可能被应用于农业，例如可以在恶劣的环境条件或商业化的玉米生产中帮助受精。种子公司用人工采集的花粉受精创造出新品种的杂交玉米，为此他们需要能被控制的可育精子变种。自然界自身的系统，似乎在无形中保障了每个胚珠都能分配到适量的精子。通过这一新发现的机制，鲜花成为了最多产的母亲。
本文编译自: ScienceDaily,Pollination With Precision: How Flowers Do It 图片: Mike Cohea/Brown University相关知识
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