植物界繁育系統(tǒng)呈現(xiàn)的萬千現(xiàn)象吸引著人們的眼光,，其中，不斷刷新,、擴充的傳粉機制便是這多棱鏡中的一個維度,。近日，清華大學深圳研究生院生物醫(yī)藥研究中心主任,、生命學部黃來強教授等人的研究成果《一個蘭花的自發(fā)授精策略》又刷新了傳粉機制,。該論文發(fā)在了6月22日的《自然》上。
約在公元前1500年,，亞述王宮就有對棗椰樹進行人工授粉的浮雕,。18世紀初，首次發(fā)現(xiàn)植物異交現(xiàn)象,。18世紀下半葉,，德國學者發(fā)明人工雜交。進而,，達爾文利用人工雜交方法建立起植物繁育系統(tǒng)研究的基本理論和方法,。在這一龐大的繁殖系統(tǒng)研究中，植物的傳粉機制一直是研究的入門和基點,。
研究人員發(fā)現(xiàn),，植物界中多數(shù)采用異花傳粉機制，當然也有自花傳粉,，只不過是少數(shù),，基本上也需要依靠外力或者媒介。
此次刷新的自花傳粉新機制的大根槽舌蘭讓我們看到,，植物界的傳粉也可不借助任何外力和媒介,，完全主動地傳粉,。研究者黃來強指出，大根槽舌蘭的傳粉機制中甚至有一部分反重力的行為,，類似于動物之間的交配,。植物和其傳粉者之間的關系遠比人們以前想象的要復雜，或者說更為精彩,。
自花傳粉揭示進化密碼
學者稱,，自花傳粉是植物適應環(huán)境的“無奈之舉”
大根槽舌蘭是一種觀賞價值很高的蘭花，原生于云南地區(qū),。
植物在其系統(tǒng)發(fā)育過程中,，產生許多變異，以適應不斷變化的周圍環(huán)境,。而植物的花,，同樣產生了許多奇特的變異，從而保證了物種生存并促進種屬的繁衍和發(fā)展,。自花傳粉就是其中的一種,。
植物很少自花傳粉
世界上大多數(shù)有花植物是異花授粉，只有少數(shù)為自花授粉,。中國科學院華南植物園系統(tǒng)演化中心張奠湘研究員表示植物界能以各種方法避免自花授粉,。
有些雌雄異株植物，例如柳樹,、大麻等,，就完全沒有自花授粉的可能性。另外,，一般植物花柱長短差異很大,，由此便能避免自花授粉。類似蕎麥,、櫻草等,，均具有不同長度（兩種大小）的雌雄花蕊,。有些植物的雌蕊和雄蕊不同期成熟,，這也是避免自花授粉的途徑，如核桃,、車前草等,。更為奇特的是某些巴西蘭科植物，它的花粉對自己的花是有毒的,，花粉一旦落在同株雌花柱頭上,，就會引起衰萎現(xiàn)象，由此避免了自花授粉。
“不過,，自花授粉卻也并非罕見,，應該是比較普遍的現(xiàn)象了。”張奠湘指出自花傳粉的研究一直是個熱點,。長久以來,，科學研究人員總結出自花傳粉植物的花必然是兩性花，雌,、雄蕊挨得很近，花粉易于落到本花的柱頭上,；雌,、雄蕊應是同時成熟。
自花傳粉不斷增加新模式
植物的繁衍一直是個研究熱門,，張奠湘長期從事的植物系統(tǒng)演化研究牽涉的一大塊內容便是植物繁衍,。“植物繁衍過程中，會出現(xiàn)很多新的模式,，即使是自花傳粉也會有新的模式不斷刷新我們以往的認識,。”
2004年，張奠湘領導的研究小組就發(fā)現(xiàn)了黃花大苞姜在傳粉中采用了一種自花傳粉的新機制———花粉滑動自花傳粉,。這一研究成果刊發(fā)在2004年9月2日的《自然》雜志上,。
黃花大苞姜是我國特有的姜科多年生宿根草本植物，黃色花朵酷似蘭花,，生長于我國廣東,、廣西的亞熱帶季雨林中。2002年,，在華南植物園系統(tǒng)演化中心攻讀博士的王英強在野外調查和實驗過程中,，觀察到了黃花大苞姜奇特的傳粉現(xiàn)象。
張奠湘指出,，他們在研究過程中發(fā)現(xiàn),，黃花大苞姜于早6時許花開。此時花藥的花粉囊同時開裂,，油質液漿狀的花粉從花粉囊溢出成球形,，很快鋪滿于花藥面，慢慢流向柱頭的喇叭口,，實現(xiàn)自花傳粉,。
“這種方式便與以往我們所知道的自花傳粉模式不一樣，”張奠湘表示,，不同的植物采用的自花傳粉模式會有所不同,，此次發(fā)現(xiàn)的大根槽舌蘭的自花傳粉模式，也是一次刷新。“我們相信,，不斷深入的研究,，即使是在自花傳粉領域里，也可能會出現(xiàn)其他新的模式,。在這一研究領域里,，是不會封頂?shù)摹?rdquo;
自花傳粉透露進化進程
自花傳粉
使得植物群體內的每個個體都是由遺傳型相同的兩性配子受精結合而產生的合子，這是一種同質結合子,。由此,，也使得個體間的遺傳型和表現(xiàn)型上總是呈現(xiàn)出相似。長久以來,，自花傳粉被視為一種比較原始的傳粉方式,。植物如果長期自花傳粉，必定會引起后代生活能力的逐漸衰退,。
為什么自花傳粉能在自然選擇中被保留呢,？張奠湘指出這是因為自花傳粉是植物對缺乏異花傳粉條件時的一種適應。在干旱無風,、無昆蟲的環(huán)境下,，大根槽舌蘭為了生存下去，必須做出適應環(huán)境的調整,。由此,，“花粉滑動自花授粉”機制恰恰是適者生存法則的生動演繹。黃花大苞姜為了長期適應高度潮濕的環(huán)境,，同時也缺乏傳粉昆蟲的生活環(huán)境,，由此出現(xiàn)了“花粉滑動自花授粉”。這種另類的繁衍方式甚至有可能同樣存在其他生長于相似環(huán)境下的植物中,。
而類似的自花授粉植物往往也呈現(xiàn)出能自交的特征,。在自然條件下，自花授粉植物通過自交,，能保持群體的一致性和穩(wěn)定性,。“它是植物進化過程中對自身生存環(huán)境的一種適者生存的自然反應，并不能簡單地說是退化,，”張奠湘指出這一發(fā)現(xiàn)恰能研究有花植物繁育系統(tǒng)的演化及其對環(huán)境的適應機制,。
而為了適應花粉流動的自花授粉機制，黃花大苞姜在花的形態(tài)和開花特征上都有所變化,。類似的,，大根槽舌蘭從異花傳粉轉變?yōu)樽曰▊鞣郏彩墙洑v了花的形態(tài)和開花特征的變化,。而這些變化,，在張奠湘看來是一種明智的選擇。
鏈接
成果屬于誰？
黃來強等人的論文《一個蘭花的自發(fā)授精策略》刊登于《自然》雜志上,。作為世界頂尖學術刊物的《自然》雜志分三個欄目,，分別是Brief Communication（簡報），Letters（通訊）和Articles（論文）,。其中本次研究成果所在的簡報欄目,，對新穎程度和趣味性要求最高，在拒稿率高達90%以上的《自然》雜志中,，每期更只采用1-2篇,。1953年劍橋大學兩位年輕學者Francis Crick和James Watson發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結構的消息正是刊登于同一個欄目。
根據(jù)《自然》雜志的傳統(tǒng),，在每期雜志出版前一周,，都會通過互聯(lián)網(wǎng)向國際上各大媒體通報本期的重點文章，在6月15日的通報上,，《一個蘭花的自發(fā)授精策略》便是三篇重點推薦文章之一。
不過由于這一成果背后由多個機構和多位作者參與,，一些報道讓讀者對成果的歸屬產生了困惑,。論文的研究團隊中，清華大學深圳研究生院的黃來強教授為通訊作者,，是對這篇論文負主要責任的人,，一般也就是課題負責人。黃來強指出自己與深圳國家蘭科植物種質資源保護中心首席科學家的劉仲建教授同為項目的負責人,。
黃來強介紹,，另外兩名署名作者中，劉可為是第一作者,，中國科技大學二年級學生,，數(shù)年來利用假期和課余時間跟隨黃來強教授學習，目前是清華大學深圳研究生院的實習生,。另一作者唐光大是華南農業(yè)大學研究生,，目前跟隨劉仲建教授學習，也是以實習生的身份,。根據(jù)國際慣例,，本項研究的權益與解釋權應歸屬清華大學，各大國際媒體也正是這樣報道的,。
新知補丁
大根槽舌蘭
蘭科槽舌蘭屬,，附生草本，花淡粉紅色,，長于海拔1200到2000米的地方,，分布于云南思茅等地區(qū)。
自花傳粉
由花粉囊散出的成熟花粉落在同一朵花的柱頭上的傳粉方式。自花傳粉的植物和花,，具有適應自花傳粉的結構和生理特征,。這一方式在自然界居于少數(shù)位置。
異花傳粉
一朵花的花粉傳送到同一植株或不同植株的另一朵花的柱頭上的傳粉方式,。異花傳粉為植物界比較普遍的現(xiàn)象,，與自花傳粉相比,，是一種進化的方式，能提高后代的生活力和建立新的遺傳性,，對植物的種族繁衍有利,。傳送花粉的媒介主要是風力和昆蟲,，此外還有鳥和水,。借助風力傳粉的稱風媒傳粉，借助昆蟲傳粉的叫蟲媒傳粉,。
雄蕊
一朵花的雄性生殖器官,，著生在花托上雌蕊的外圍,，由花絲和花藥兩部分組成。
蕊柱
是一條由雄蕊和雌蕊共同結合構成的生殖器官,。它位于花的中央,，唇瓣的上部,，由1枚雄蕊、1個柱頭和1個蕊喙共同組成,。
本專題感謝：
黃來強（清華大學深圳研究生院生物醫(yī)藥研究中心主任,、教授）
張奠湘（中國科學院華南植物園系統(tǒng)演化中心研究員）
