中科院植物所揭秘：花的结构与繁殖新发现
中科院植物所揭秘：花的结构与繁殖新发现
中国科学院植物研究所近期在国际学术期刊Nature Plants上发表了一篇重要综述文章，系统总结了花起源和多样化的分子机制，并首次从发育程序改变的角度探讨了花多样化的原因和机制。这一研究不仅揭示了被子植物关键创新性状的秘密，还为未来植物学和进化生物学领域的研究提供了新的方向和思路。
花瓣颜色不对称性的奥秘
中科院昆明植物研究所王红专题组的一项研究揭示了花瓣内外颜色不对称性的形成机制。研究团队对来自滇西北玉龙雪山和欧洲的100余种不同花结构植物的内面和外面，以及花苞的花色开展研究。通过紫外摄影技术，以及反射和透射光谱探究花朵在花蕾期和开放后花瓣内外面颜色的差异，以及紫外吸收和反射的色素分布的不对称性。
研究发现，大多数研究的植物花朵的内面外反面具有不同的颜色；花瓣内外面颜色在可见光和紫外光下都具有明显差异。花瓣的背面（外面），特别是暴露于外界的花苞往往具有较为均一的紫外吸收，而花正面（内面）则往往表现出紫外花色式样，即紫外吸收和反射同时出现在花瓣上。
基于上述结果，研究人员提出了三种科学假说解释花瓣内外面颜色的不对称性：
花粉保护假说：花瓣在花蕾期通过各种折叠方式包被发育中的花粉，从而起到保护花粉的作用。证据主要来源于花瓣内面或者外面包被花药的部分往往都有色素的沉积，具有紫外吸收的功能。
植食昆虫趋避假说：花蕾期的花瓣外面的颜色较为暗淡，不容易被植食昆虫发现，从而保护花朵；同时，一些暴露于外界的花瓣背面的色素具有抗虫毒性，如金丝桃属植物，能趋避植食性昆虫。
传粉昆虫吸引信号假说：花结构中吸引传粉昆虫的部分（多外内面）往往具有鲜艳的颜色或紫外花色式样，反之，花瓣外面颜色都较为暗淡。
苞片的五大功能
中科院昆明植物研究所孙航院士带领的科研团队揭示了被子植物苞片的五大功能。苞片是一种高度特化的、与花相关，但又是非花起源的似叶器官，具有丰富多样的形态特征。
研究发现，苞片具有以下五大功能：
吸引传粉者：苞片通过提供视觉信号、嗅觉信号、回声信号和特殊报酬等来吸引传粉者，并保障植物成功传粉。
防御植食者：苞片通过包裹花序等物理隔离、分泌粘性物质或有毒化合物等化学防御以及隐蔽色来隐蔽花或果实甚至营养器官，减少植食者的取食，增加植物适合度。
帮助种子扩散：苞片通过艳丽的颜色或提供可食用的组织吸引食果动物、吸水改变形状实现移动以及形成带状提供浮力帮助风传播等促进种子扩散。
适应非生物胁迫因子：苞片通过透过高热量的长波辐射等特殊解剖特征或减少对流的隔离作用来实现聚热增温、隔离紫外辐射和雨水或保湿，促进花粉萌发或种子发育，或帮助种子“逃离”火的威胁以及保护幼嫩的花器官不受土壤、风、雨或冰雹等的机械伤害。
进行光合作用促进种子发育：部分植物的苞片在开花前、花期或开花后保持绿色或转变为绿色，实现光合，为种子发育提供碳源，或在一定程度上弥补了植物为吸引传粉者或保护繁殖器官而耗费的资源成本。
研究团队还构建了一个包含256个物种或类群（来自41个科）的数据库，结果显示，83.2%的植物物种或类群的苞片具有多种功能。这表明同种植物的苞片通常具有多种功能，甚至在不同发育时期遭受不同的选择压力。
研究意义与展望
这些研究揭示了花的结构与繁殖机制的复杂性，为我们理解植物的进化和适应提供了新的视角。未来，随着研究的深入，我们有望进一步揭示植物繁衍的奥秘，为保护和利用植物资源提供科学依据。