傳粉是自然界中常見的植物繁殖現象。在自然條件下,傳粉包括自花傳粉和異花傳粉兩種形式。傳粉媒介有昆蟲和風;此外蜂鳥、蝙蝠和蝸牛等也能傳粉,還有些植物通過水進行傳粉,其中風和昆蟲是最常見的傳播媒介。
昆蟲傳粉
風力傳粉
據統計,全球87%野生植物依賴於昆蟲傳粉,兩者在漫長的進化過程中形成了密切的互惠共生關係。這種協作關係在陸地生態系統和人類生活中都起著奠基者的作用。大家最為熟悉的被子植物中的蘭科,其生活史多樣化,在與昆蟲長期協同進化的選擇作用下形成了許多「設計」精巧的傳粉系統,花部結構高度特化。
那麼同樣作為種子植物,但種子裸露在外的裸子植物是如何進行傳粉的呢?
資料卡片
有花植物:花為被子植物特有的生殖器官,具有花是被子植物與其它植物的主要區別之一,因此被子植物亦稱「有花植物」,或稱「顯花植物」(與「隱花植物」相對)。
裸子植物(gymnosperms)的歷史悠久,又被植物學家們稱為孑遺植物,最早出現約在距今約3億多年前的泥盆紀。隨著地球地質氣候多次變化,裸子植物種系也隨之多次演變更替,老的種類相繼滅絕,新的種類陸續演化出來。現代的裸子植物有不少種類是從新生代第三紀出現的,又經過第四紀冰川時期保留下來的。
作為起源較古老的植物類群,其演替繁衍至今可分為四大類:蘇鐵類、銀杏、松杉類和買麻藤類。
其中,銀杏為雌雄異株生長,主要靠風媒傳粉;蘇鐵類約含有300個物種,種間的傳粉機制具有較高的多樣性,除了依靠風媒傳粉外,有研究人員發現一些物種還可以釋放氣味來招引如象鼻蟲和薊馬等昆蟲來為其傳播花粉;而松柏類植物雖然物種豐富,但其傳粉特徵比較穩定,目前已知的所有松柏科植物全部都是風媒傳粉的;買麻藤類中麻黃屬主要為風媒傳粉,有少數種類也存在蟲媒。
那麼,裸子植物具體是怎麼傳粉並受精的呢?我們以松樹為例向大家介紹一下它的傳粉受精機制:
裸子植物的傳粉過程一般在晚春進行,此時它的大孢子葉球的中軸伸長,使得幼嫩的苞鱗及珠鱗略微張開。與此同時,小孢子囊背面裂開一條直縫,處於雄配子體階段的花粉粒藉助風力傳播,飄落在由珠孔溢出的傳粉滴中,並隨液體的乾涸而被吸入珠孔,大孢子葉球的珠鱗重新閉合後。
雄配子體中的生殖細胞一分為二,形成1個柄細胞和1個體細胞,管細胞伸長,快速長出花粉管,此時大孢子尚未發育成熟,花粉管進入珠心後一段距離暫停生長,翌年春季或夏季頸卵器形成後,花粉管繼續延伸,體細胞此時分裂成兩個精子(不動精子)。
受精作用一般在一年之後進行,即傳粉在第一年春季,受精在第二年夏季進行,此時的大孢子葉球已經長大並達到最大體積,頸卵器發育成熟,花粉管繼續伸長至頸卵器,將頸細胞破壞到達卵細胞處後,其先端隨即破裂,釋放出兩個精子、管細胞以及柄細胞,並流入卵細胞的細胞質中,其中的一個具功能的精子細胞移向中央,接近卵核並最終結合,形成受精卵,經過一系列複雜的分化發育過程後,形成種子。
值得一提的是,松柏屬花粉特有的氣囊便於飛行,從而讓它們擴散至更遠的地方,進而擴大它們的種群。
氣囊
植物的進化歷程中,裸子植物從孢子繁殖演化到種子繁殖是植物進化過程中一次重大的革命;裸子植物具有花粉管,這是對陸生環境進一步的適應;裸子植物次生生長,不僅使大多數裸子植物成為參天大樹,次生結構的產生促使它適應陸生環境。
裸子植物是地球母親留給人類的遠古遺產,與我們的生活息息相關,同時具有極為豐富的經濟、科研和生態價值。只有不斷地了解它們,我們才能知道如何保護它們。
蘇鐵「鐵樹開花」
馬尾松裸露的種子
華山松裸露的種子
參考資料:
1.朱亞如,裸子植物買麻藤的風媒傳粉研究[D].武漢大學,2017.
2.張紅玉,蟲媒植物與傳粉昆蟲的協同進化(一)[J].四川林業科技,2005(3):38-41.
3.深圳市仙湖植物園公眾號:科普系列,裸子植物的傳粉。