银杏风媒传粉机制研究

Due to the complicated pollination characteristics found in gymnosperms, the mechanism for wind pollination in gymnosperms has received considerable attention. However, Ginkgo biloba L., usually described as a "living fossil", whose wind pollination mechanism is still unclear. Here, we focus on some key questions during pollination: (1) Morphological and structural features of ovule and pollen during wind pollination. (2) Mechanism for pollination drop secretion and withdrawal as well as the capability of pollination drop in pollen selectivity. (3) Regulatory factors for movements of pollen in ovule and subsequent pollen tube growth. Morphological and structural observations will be carried out by combining conventional light microscopy, electron microscopy, confocal microscopy, mass spectrometry and dye loading methods with an aim to reveal the mechanism of pollen capture and pollen selection. The present study may provide deeper insight into the mechanism for wind pollination of G. biloba and reveal the pollination law of ancient gymnosperms.

随着裸子植物各种复杂风媒传粉适应特征被发现，裸子植物传粉机制研究日益得到关注。然而，在裸子植物系统演化上居特殊地位的银杏(Ginkgo bioloba L.)，其传粉机制研究长期以来却被忽视。本项目围绕银杏传粉中的关键问题，即胚珠如何有效捕获和识别花粉，进行以下研究：(1)胚珠和花粉结构特征在传粉中的功能；(2)传粉滴分泌与收缩规律以及传粉滴与花粉之间相互作用机制；(3) 花粉粒在胚珠体内运动以及花粉管向性生长。在上述研究中通过田间定位观测及动态观察，并采用激光共聚焦显微观察、质谱分析以及荧光探针等技术，旨在揭示胚珠捕获和识别花粉的机制。研究结果对深入阐明银杏风媒传粉机制以及揭示古老裸子植物风媒传粉规律具有重要科学意义。

随着裸子植物各种复杂的风媒传粉适应特征被发现，裸子植物传粉机制研究日益得到关注。然而，银杏作为现存最古老的裸子植物之一，其传粉机制研究长期以来却被忽视。本项目紧紧围绕银杏传粉中的关键问题，从以下几个方面展开研究：（1）系统观察了银杏小孢子叶球和花粉的结构特征及其在传粉中的功能。发现银杏小孢子叶球在散粉过程中，单个小孢子囊开裂沟由中间向两端一次开裂，小孢子叶从基部到顶端依次开裂，这种开裂顺序是花粉的一种时间呈现方式，可以避免恶劣天气对传粉的破坏，延长散粉时间。（2）对银杏胚珠结构和传粉滴形成规律进行了研究，发现珠心组织顶端细胞解体形成贮粉室，贮粉室下方细胞具有分泌特征，可持续不断分泌液体，经过珠孔道，最终在珠孔处形成传粉滴。传粉滴约在夜间开始形成，至凌晨体积达到最大，呈球形，直径约为400-600 μm。未授粉条件下传粉滴可持续10 d左右，若在传粉滴达到最大体积时将其抹去，传粉滴可再次产生，累积产生的总体积可达0.4 μL。（3）对传粉滴的收缩机制和捕获花粉等能力进行了研究。发现影响到传粉滴收缩的因素包括：环境中的湿度对传粉滴收缩起到显著作用，湿度越大传粉滴存在的时间越长；花粉是影响银杏传粉滴收缩的重要因子，若对传粉滴授以大量具活力银杏花粉，传粉滴迅速消失, 而失去活力的花粉与丙酮处理后的花粉并不能引起传粉滴收缩过程的明显加速，表明花粉外壁中的活性物质会与传粉滴发生相互作用，并引起传粉滴的快速收缩；胚珠的主动吸收作用也影响银杏传粉滴收缩；不同植物花粉影响银杏传粉滴收缩的速率不同，系统位置较近的花粉引起银杏传粉滴收缩速率较快。（4）对传粉滴和花粉的成分进行了检测。结果表明传粉滴中总糖含量约为5.908g，约占传粉滴5.9%，主要包括果糖、葡萄糖和蔗糖。此外还有Ca、S、Mg、C、B等常量和微量元素，对花粉萌发等具有重要作用。建立了银杏花粉脱外壁技术，并运用免疫荧光标记技术观察到脱外壁花粉的表面存在胼胝质、纤维素和果胶质。应用蛋白组学分别对传粉滴和脱外壁花粉进行分析，鉴定出与花粉管生长和导向相关蛋白、防御蛋白、识别蛋白等。上述研究结果表明银杏风媒传粉这一被曾认为简单的过程，事实上存在着复杂的调控机制，从胚珠和花粉的结构到成分组成上均呈现出有利于风媒传粉的特征，这些研究结果将为进一步揭示古老裸子植物风媒传粉规律奠定基础。