首次发现被子植物中由水介导的受精系统

在最早期的植物类群绿藻中,受精过程是在水中实现的。苔藓植物和蕨类植物虽然登上了陆地,但是受精过程依然离不开水。水介导的受精系统因此也被认为是早期陆生植物特有的受精系统,但这种受精系统在演化过程中限制了植物的扩张,对于其陆生生境是不适应的。相比之下,种子植物不再直接传递精子,而是演化出利用动物和风来传递整个雄配子体(花粉)的机制,即:传粉机制。这一“新发明”也是被子植物在地球上演化得最多样和最具优势的原因之一。因此,现有观点认为:水介导的受精机制在早期被子植物演化过程中消失了,因为它无法很好的适应陆生环境。

版纳植物园植物进化生态研究组博士研究生范永立等,在导师李庆军研究员的指导下在姜科植物距药姜(Cautleya gracilis)中首次发现了被子植物中水介导的受精机制。距药姜的花期为6-8月,是当地降雨最集中的季节。在晴天的条件下,该植物的花粉是颗粒状的,少数居群存在传粉者(条蜂和无垫蜂),更多的居群则没有传粉者,植物主要通过不完全主动自交产生少量种子。在雨天的条件下,传粉者缺乏,雨水会浸湿花粉,使花粉萌发和花粉管伸长,部分花粉管长入旁边的柱头,精子通过花粉管到达胚珠,从而实现雨水介导的受精。研究还进一步发现,这种受精机制能够保证植物在雨季实现最大限度的种子产量,是该植物的主要繁殖方式。这一受精系统可能是陆生开花植物对极端多雨生境的适应。该受精系统和早期陆生植物的有两大相似之处:(1)水是精子从配子体释放所必需的,(2)整个过程中只传递精子。这些特点和已报道的雨媒传粉系统显著不同,在雨媒传粉中,雨水通过机械力量使花粉(雄配子体)到达柱头,整个过程中不释放精子。

通过和加拿大多伦多大学Spencer C. H. Barrett教授合作,相关研究成果以Water mediates fertilization in a terrestrial flowering plant为题,近期发表在植物学期刊New Phytologist上。

水与姜科植物受精

;