发现一朵爱上自己的花

　　植物界繁育系统呈现的万千现象吸引着人们的眼光，其中，不断刷新、扩充的传粉机制便是这多棱镜中的一个维度。近日，清华大学深圳研究生院生物医药研究中心主任、生命学部黄来强教授等人的研究成果《一个兰花的自发授精策略》又刷新了传粉机制。该论文发在了6月22日的《自然》上。

　　约在公元前1500年，亚述王宫就有对枣椰树进行人工授粉的浮雕。18世纪初，首次发现植物异交现象。18世纪下半叶，德国学者发明人工杂交。进而，达尔文利用人工杂交方法建立起植物繁育系统研究的基本理论和方法。在这一庞大的繁殖系统研究中，植物的传粉机制一直是研究的入门和基点。

　　研究人员发现，植物界中多数采用异花传粉机制，当然也有自花传粉，只不过是少数，基本上也需要依靠外力或者媒介。

　　此次刷新的自花传粉新机制的大根槽舌兰让我们看到，植物界的传粉也可不借助任何外力和媒介，完全主动地传粉。研究者黄来强指出，大根槽舌兰的传粉机制中甚至有一部分反重力的行为，类似于动物之间的交配。植物和其传粉者之间的关系远比人们以前想象的要复杂，或者说更为精彩。

自花传粉揭示进化密码

　　学者称，自花传粉是植物适应环境的“无奈之举”

　　大根槽舌兰是一种观赏价值很高的兰花，原生于云南地区。

　　植物在其系统发育过程中，产生许多变异，以适应不断变化的周围环境。而植物的花，同样产生了许多奇特的变异，从而保证了物种生存并促进种属的繁衍和发展。自花传粉就是其中的一种。

　　植物很少自花传粉

　　世界上大多数有花植物是异花授粉，只有少数为自花授粉。中国科学院华南植物园系统演化中心张奠湘研究员表示植物界能以各种方法避免自花授粉。

　　有些雌雄异株植物，例如柳树、大麻等，就完全没有自花授粉的可能性。另外，一般植物花柱长短差异很大，由此便能避免自花授粉。类似荞麦、樱草等，均具有不同长度（两种大小）的雌雄花蕊。有些植物的雌蕊和雄蕊不同期成熟，这也是避免自花授粉的途径，如核桃、车前草等。更为奇特的是某些巴西兰科植物，它的花粉对自己的花是有毒的，花粉一旦落在同株雌花柱头上，就会引起衰萎现象，由此避免了自花授粉。

　　“不过，自花授粉却也并非罕见，应该是比较普遍的现象了。”张奠湘指出自花传粉的研究一直是个热点。长久以来，科学研究人员总结出自花传粉植物的花必然是两性花，雌、雄蕊挨得很近，花粉易于落到本花的柱头上；雌、雄蕊应是同时成熟。

　　自花传粉不断增加新模式

　　植物的繁衍一直是个研究热门，张奠湘长期从事的植物系统演化研究牵涉的一大块内容便是植物繁衍。“植物繁衍过程中，会出现很多新的模式，即使是自花传粉也会有新的模式不断刷新我们以往的认识。”

　　2004年，张奠湘领导的研究小组就发现了黄花大苞姜在传粉中采用了一种自花传粉的新机制———花粉滑动自花传粉。这一研究成果刊发在2004年9月2日的《自然》杂志上。

　　黄花大苞姜是我国特有的姜科多年生宿根草本植物，黄色花朵酷似兰花，生长于我国广东、广西的亚热带季雨林中。2002年，在华南植物园系统演化中心攻读博士的王英强在野外调查和实验过程中，观察到了黄花大苞姜奇特的传粉现象。

　　张奠湘指出，他们在研究过程中发现，黄花大苞姜于早6时许花开。此时花药的花粉囊同时开裂，油质液浆状的花粉从花粉囊溢出成球形，很快铺满于花药面，慢慢流向柱头的喇叭口，实现自花传粉。

　　“这种方式便与以往我们所知道的自花传粉模式不一样，”张奠湘表示，不同的植物采用的自花传粉模式会有所不同，此次发现的大根槽舌兰的自花传粉模式，也是一次刷新。“我们相信，不断深入的研究，即使是在自花传粉领域里，也可能会出现其他新的模式。在这一研究领域里，是不会封顶的。”

　　自花传粉透露进化进程

　　自花传粉

　　使得植物群体内的每个个体都是由遗传型相同的两性配子受精结合而产生的合子，这是一种同质结合子。由此，也使得个体间的遗传型和表现型上总是呈现出相似。长久以来，自花传粉被视为一种比较原始的传粉方式。植物如果长期自花传粉，必定会引起后代生活能力的逐渐衰退。

　　为什么自花传粉能在自然选择中被保留呢？张奠湘指出这是因为自花传粉是植物对缺乏异花传粉条件时的一种适应。在干旱无风、无昆虫的环境下，大根槽舌兰为了生存下去，必须做出适应环境的调整。由此，“花粉滑动自花授粉”机制恰恰是适者生存法则的生动演绎。黄花大苞姜为了长期适应高度潮湿的环境，同时也缺乏传粉昆虫的生活环境，由此出现了“花粉滑动自花授粉”。这种另类的繁衍方式甚至有可能同样存在其他生长于相似环境下的植物中。

　　而类似的自花授粉植物往往也呈现出能自交的特征。在自然条件下，自花授粉植物通过自交，能保持群体的一致性和稳定性。“它是植物进化过程中对自身生存环境的一种适者生存的自然反应，并不能简单地说是退化，”张奠湘指出这一发现恰能研究有花植物繁育系统的演化及其对环境的适应机制。

　　而为了适应花粉流动的自花授粉机制，黄花大苞姜在花的形态和开花特征上都有所变化。类似的，大根槽舌兰从异花传粉转变为自花传粉，也是经历了花的形态和开花特征的变化。而这些变化，在张奠湘看来是一种明智的选择。

　　链接

　　成果属于谁？

　　黄来强等人的论文《一个兰花的自发授精策略》刊登于《自然》杂志上。作为世界顶尖学术刊物的《自然》杂志分三个栏目，分别是Brief Communication（简报），Letters（通讯）和Articles（论文）。其中本次研究成果所在的简报栏目，对新颖程度和趣味性要求最高，在拒稿率高达90%以上的《自然》杂志中，每期更只采用1-2篇。1953年剑桥大学两位年轻学者Francis Crick和James Watson发现DNA双螺旋结构的消息正是刊登于同一个栏目。

　　根据《自然》杂志的传统，在每期杂志出版前一周，都会通过互联网向国际上各大媒体通报本期的重点文章，在6月15日的通报上，《一个兰花的自发授精策略》便是三篇重点推荐文章之一。

　　不过由于这一成果背后由多个机构和多位作者参与，一些报道让读者对成果的归属产生了困惑。论文的研究团队中，清华大学深圳研究生院的黄来强教授为通讯作者，是对这篇论文负主要责任的人，一般也就是课题负责人。黄来强指出自己与深圳国家兰科植物种质资源保护中心首席科学家的刘仲建教授同为项目的负责人。

　　黄来强介绍，另外两名署名作者中，刘可为是第一作者，中国科技大学二年级学生，数年来利用假期和课余时间跟随黄来强教授学习，目前是清华大学深圳研究生院的实习生。另一作者唐光大是华南农业大学研究生，目前跟随刘仲建教授学习，也是以实习生的身份。根据国际惯例，本项研究的权益与解释权应归属清华大学，各大国际媒体也正是这样报道的。

　　新知补丁

　　大根槽舌兰

　　兰科槽舌兰属，附生草本，花淡粉红色，长于海拔1200到2000米的地方，分布于云南思茅等地区。

　　自花传粉

　　由花粉囊散出的成熟花粉落在同一朵花的柱头上的传粉方式。自花传粉的植物和花，具有适应自花传粉的结构和生理特征。这一方式在自然界居于少数位置。

　　异花传粉

　　一朵花的花粉传送到同一植株或不同植株的另一朵花的柱头上的传粉方式。异花传粉为植物界比较普遍的现象，与自花传粉相比，是一种进化的方式，能提高后代的生活力和建立新的遗传性，对植物的种族繁衍有利。传送花粉的媒介主要是风力和昆虫，此外还有鸟和水。借助风力传粉的称风媒传粉，借助昆虫传粉的叫虫媒传粉。

　　雄蕊

　　一朵花的雄性生殖器官，着生在花托上雌蕊的外围，由花丝和花药两部分组成。

　　蕊柱

　　是一条由雄蕊和雌蕊共同结合构成的生殖器官。它位于花的中央，唇瓣的上部，由1枚雄蕊、1个柱头和1个蕊喙共同组成。

　　本专题感谢：

　　黄来强（清华大学深圳研究生院生物医药研究中心主任、教授）

　　张奠湘（中国科学院华南植物园系统演化中心研究员） (责任编辑：泉水)

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