花粉结构和功能的多样性.pdf
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1、花粉结构和功能的多样性 支崇远文宗迈 ( 1 贵州师范大学地理与生物科学学院贵阳市宝山北路1 1 6 号5 5 0 0 0 1 2C a n a d i a nM u s e u m o f N a t u r e ,O t t a w a , O n t a r i o ,C a n a d a K1P6 P 4 ) 摘要:花粉从形状、体积、萌发孔形状和数量、颜色、外壁纹饰等方面都有多样性,这都 决定了它们的生物学功能的多样性。花粉壁结构和层数也具有多样性,尤其是花粉最外层 的包衣,具有蛋白质和脂质,对花粉萌发起重要作用,对花粉贮存有重要应用意义。贮存 不同的花粉应用不同的条件。花粉具有多种
2、细胞核型,在萌发中所需的物质和能量具有多 样性,。花粉管生长的长度也决定了所需的物质和能量,这为寻找高营养价值花粉提供借鉴。 关键词:花粉结构功能多样性应用 研究花粉的结构和功能的多样性具有几个方面的重要意义。首先它是发育生物学的一 个重要领域,而发育生物学是现在最活跃的研究领域之一,花粉作为植物的生殖细胞,倍 受研究人员青睐n 2 引;其次,它是花粉资源开发及利用的基础,人们在利用花粉时应该根 据不同类型的花粉采用不同方式来采集、加工、贮藏和利用;此外它在地学和环境监测中 和在刑事侦察鉴定中的应用都有深远的意义,是当今的研究和应用的热点。 花粉形态及其生物学功能的多样性 自然界产生花粉的植物
3、的形态千差万别,有数十米高的大树,如 马尾松;也有几厘米到几米高的灌木,如黄刺莓;还有草本植物,如 油菜。所以植物花粉形形色色就是理所当然的。传统的中医认为不同 的植物具有不同的医用价值H 3 ,现代生物化学的分析结果也证实不同 的植物所具有的营养元素的种类和数量是不相同的随3 。很多花粉研究 报告表明,来源于不同植物的花粉,其营养成分也不相同,甚至有很 大的差别拍,。花粉壁的多样性非常典型,以至予长期以来人们都把花 粉壁的外形作为花粉分类的重要依据。 花粉在形态上的差别主要有如下几方面1 : 一外形的多样性:花粉的外形差别很大,有球形、椭圆形、三 角形、长方体形、肾形、不规则形等。( 图1
4、) 。 二体积大小:常见的花粉直径( 非球形花粉用相应体积的长度) 在1 0p 到1 0 0I l 之间,最常见是3 0u 到7 0u 之间。 三:萌发孔形态和结构的多样性:萌发孔也是花粉鉴定的重要依 据。萌发孔的形状有孔、沟及孔沟形几种。萌发孔的数量在不同的植 物花粉是不相同的。有的花粉是单萌发孔的,有的是三萌发孔的,一有 的是四萌发孔的,多于四个萌发孔的,称为周壁萌发孔花粉。 四花粉外壁纹饰多样性:花粉外壁上有一些结构,在孢粉学上称为花粉壁纹饰。主 要有粒、杆、刺、钩、脑纹等等形状。 五颜色的多样性:黄、橙、紫、绿、蓝色、粉红、红等等。 六有些花粉具有翅片或气囊,这有助于它们飞行。松科花粉
5、一般都有气囊,有些松 花粉可以随风飘到数千米到数千千米的地方,这就有效地防止了自体受精和近亲繁殖。有 的花粉有钩,钩有利于附着动物身上以便受精。 七萌发孔的作用为:在花粉萌发前利于干燥的抵御外界难预测的环境,防止真菌类 的入侵,加速干燥过程,减缓机械性冲击力,在水合作用过程中是水分进入花粉的主要通 道,并在水合作用过程中允许大量的物质进行交换。当然,在花粉萌发时,它是花粉管从 花粉中出来的通道。 花粉壁的多层结构及生物学功能 花粉壁是近期研究的热点,这主要是因为它和花粉的发育直接相关,花粉萌发的启动 和花粉管的形成都要通过花粉壁来进行。同时,花粉壁也为花粉营养学有关的人们所关注。 花粉营养为人
6、类所利用效率如何,与花粉壁有密切关系,虽然多数人认为花粉不需要破壁 就可以很好地被消化吸收,但是有些研究认为破壁花粉更容易吸收。 花粉细胞有一个完整的壁,它在细胞进行减数分裂时就开始形成,成熟花粉壁可分为 三个基本层,每一基本层又可包含数个亚层。这三个基本层由外向内依次是: 1 花粉包衣,是花粉的最外层,也是最活跃和最敏感的一层。它主要由脂类、蛋白 质、色素、芳香物质组成,它填充于花粉外壁的凹陷之中。它保护花粉避免过度干燥,防 止病源物的入侵,防止紫外线辐射,具有粘性利于附着动物身上和雌蕊上i r 颜色和芳香的 特性易于吸引传媒动物,蛋白质( 特别是酶) 在与雌蕊柱头相互识别时起关键作用。有些
7、花 粉在现代西方成为使人过敏的因子,也与花粉包衣的蛋白质物质密切相关。 2 花粉外壁,主要由化学性质稳定的多聚孢粉索构成,其上有花粉萌发孔或沟,此 层系多层结构,可进一步分为:外壁成型层,外壁多孔层。 外壁成型层由于有刺、钩、杆等等结构,使得花粉易于附着传媒动物赛上,也易于饼寸 着于雌蕊柱头上。它要维持花粉的强度和弹性,并承载花粉包:衣。 外壁多孔鏖由于具有多孔结构,在花粉成熟离开雄蕊时的干燥过程中,它让花粉内的 水分流出,而在萌发时水合作用过程中,它让雌蕊柱头上的水分进入花粉细胞中。多孔层 使水分流出和进入的速度都较慢,以保证花粉的活力。 3 花粉内壁,此层也可是多层结构,但不同的花粉层数不
8、同。它主要由纤维素组成。 此层较厚且分层多少因植物种类而异。在花粉萌发时,它将参与花粉管的萌发和入侵到雌 蕊柱头内。 我们应该注意到,花粉壁的多样性不仅表现在外观上的不同,而且表现在不同植物花 粉壁结构不同,层数也不相同,更重要是它们的化学成分各不相同。其结果是,有些花粉 可能较能抵御不良环境,因此可以贮藏较长时间,而另一些花粉则比较脆弱,贮藏时间稍 长就会导致花粉本身失活,也使其营养物质失去原有的价值。 花粉并不是只有在雌蕊柱头上才能萌发,在实验室里,把花粉撒在培养基上,花粉也 能产生出独立的植株来。所以,花粉在很多条件下都会启动萌发的动力,而一旦启动,里 面的营养物质就开始大量消耗。包衣在
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