植物为什么会闭花受精?
2006/1/15 

      春华秋实,开花结籽,这是植物世界繁殖后代的一般规律。然而有的植物却偏偏不“循规蹈矩”,有花不开放,但却照样能够繁殖后代。例如,堇菜科的一些植物,它们的花就永远不开放。在这些关闭着的花朵里,早在花芽时期就进行自花受精。这时候,它们的花粉可以直接传递到同朵花内的雌蕊上,或者花粉在花粉囊内萌发,花粉管穿过药壁而伸入子房,从而完成受精过程。这种特殊的生理现象在植物学中被称为“闭花受精”。植物为什么会闭花受精呢?

  早在100多年前,英国著名生物学家达尔文,曾在研究植物受精的过程中指出,闭花受精是自花传粉植物的一种受精方式。而凡是属于自花传粉的植物往往对后代产生不利影响。因为雌雄两方的生殖细胞处于类同的生活条件中,它们的遗传性非常相似,受精卵内的遗传物质单纯,所以其后代必然会缺少适应环境的能力。可是,既然有如此不利的因素,那末自然界里它们为什么还没有被淘汰呢?达尔文和以后的一些植物学家解释说,那是与保证繁殖后代有关系,例如闭花受精的植物能避免大量的花粉被昆虫吃掉,或者能防止花粉因受潮湿而失去繁殖能力。

  然而以上的解释似乎显得有些牵强附会,植物学家们一直猜不透其中的原因。直到本世纪80年代,美国植物学家敏特和劳德两人,通过两个有趣的实验,提出了一个植物之所以会闭花受精的新奇论点。他们认为,植物有花不开,进行闭花受精,也许是植物所采取的巧妙的节能“策略”。

  这两位学者的研究对象是生长在美洲的一种植物,名叫大花寇洛玛草。这种植物有一个十分有趣的特点,就是既产生能开的花朵,进行开花受精,同时也产生不开的花朵,而那些不开的花朵内则进行的是闭花受精,也就是说,两种受精现象兼而有之。敏特和劳德在研究中发现,当气候干燥,植物缺水时,这种植物会开的花朵数量就减少,不会开放的花朵数量则增加,结果植物便以闭花受精作为它的主要受精方式。可是当水分充足,植物不缺乏水时,会开放的花朵就增加了,而进行闭花受精的不会开放的花少了。这种奇怪的开花现象是由什么来控制的呢?后来他们在分析测量植物体内物质成分时注意到,当缺水时,植物体内的一种激素——脱落酸的水平明显增加。根据这一现象他们推测,会不会是脱落酸控制着植物的闭花受精呢?

  敏特和劳德为了证实以上的推测,就用稀释的脱落酸激素喷酒在供水充足的植物上,结果这些并不缺水的植物也象缺水植物一样,产生大量闭花受精的花朵。显然,第一步的设想得到了证实,这使他们联想到,脱落酸与植物体内的另一种激素——赤霉素,是互相拮抗的激素,那么,赤霉素会不会控制植物的开花受精呢?他们又用赤霉素喷洒干旱环境中的大花寇洛玛草,结果,干旱缺水的植株开放出大量的花朵,闭花受精的花朵则明显减少。这一实验表明,植物控制开花受精和闭花受精的机理已经找到了。那就是缺水水分时,植物体内脱落酸增加,使植物闭花受精。而水分充足时,植物体内赤霉素增加,使植物开花受精。

  为什么植物在干旱时要大量依靠闭花受精呢?敏特和劳德通过进一步研究后发现,植物开花受精消耗的能量要比闭花受精多,于是提出闭花受精是为了节约能量的新论点。他们认为,植物开花后,要使花朵维持到受精,这一过程需要消耗相当多的能量。在缺水情况下,植物体内往往会发生“能源危机”,无法供应开花所需的能量。这时如通过闭花受精,甚至在花芽时期就完成受精,便可以缩短花期,节约能量,保证了后代的繁殖。