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【开屏新闻】家门口的生物多样性|显微镜下,他们推开了种子奇妙世界之门

文章来源:  |  发布时间:2023-05-22  |  作者:  |  浏览次数:  |  【打印】 【关闭

 

  木蝴蝶的种子,具有薄薄的白色宽翅,可以借风滑翔;

  兰科的种子非常细小,只有在显微镜下才能看清,被称为“粉尘种子”;

  异果黄堇的种子具有短发一样、富含营养的油脂体,可以吸引蚂蚁前来搬运,实现传播;

  旅人蕉的种子表面具有罕见的蓝色假种皮,专门吸引狐猴等动物来取食,从而达到传播目的……

[video:【开屏新闻】家门口的生物多样性|显微镜下,他们推开了种子奇妙世界之门(20230518)]

  如此有趣、迷人的“智慧”,就藏在种子的世界里。中国西南野生生物种质资源库(以下简称“种质资源库”)正高级工程师杜燕及其同事们,在显微镜、X光机等仪器的帮助下,进入了神奇的种子世界。

  显微镜下 

  他们看到了种子生存智慧   

  在日常生活中,人们关注的往往是可以食用的果实,如苹果、梨、葡萄、板栗、向日葵等,或烂漫有趣的,如用嘴一吹就能飞舞而去的蒲公英等,而对果实内的种子关注甚少。

 

  种子不仅是裸子植物和被子植物的繁殖器官,还是其散布器官。它虽只由种皮、胚乳和胚三个部分构成,但在形态和结构上却千变万化,并且每种种子都有其独特的传播特性,如有的种子仅靠自身就能传播,而有的必须借助风、水和动物才能进行传播,其中蕴藏着独特的生存智慧。

  借助光学显微镜、电子显微镜、X光机、冷冻切片机等仪器,杜燕和同事们给种子拍了许许多多精美的照片,也揭示了许多种子的生存智慧。 

  在显微照相室里,实验师李涟漪向记者介绍了他们拍照的仪器,“这几台设备就是我们用来给种子拍照的光学显微镜,通常可以将种子放大500-1500倍。” 

 

  李涟漪坐在凳子上,打开电脑,点开了一张张精美的种子显微照片。他指着一张照片说:“这是红花栝楼的种子,两侧各有一个气室,胚长在中间。葫芦科栝楼属的种子大都具有这个特征。”

  “这个藜的种子很有特点,外面一圈是胚,中间的是胚乳。”李涟漪介绍,“别的种子大都是胚乳长在外面,保护着中间的胚,而它却反着长。”胚弯曲,并长于胚乳外,比胚直生于种子中的尺寸要大,形成的幼苗就会比周围其他草本植物的大,从而更具竞争优势。

 

  在显微照相室,李涟漪向记者介绍了他们拍照的仪器,“这几台设备就是我们用来拍照的显微镜,一般放大到500倍-1500倍。有一台显微镜可以放大到2000倍,但会发生衍射现象,不会放大到2000倍。”李涟漪坐在凳子上,打开电脑,点开一张张精美的种子微观照片。他用鼠标指着一张照片,说:“这是葫芦科的种子,两边有两个气室,胚在中间。葫芦科的很多种子都有这个特征。”

  “这个种子很有特点,外面这一圈是胚,中间的是胚乳。”李涟漪说,“别的种子大都是胚乳在外面,保护着中间的胚,而它反着来。”胚长在外面,胚的个体就大,萌发速度也快,一旦萌发成小苗就会比其他植物的小苗大,从而获得竞争优势。 

 

  杜燕也常感叹种子的生存智慧。

  她介绍,龙脑香科常绿大乔木东京龙脑香的植株可高达45米,且果实较大,为了散布时不摔伤种子,在果实顶端由萼片特化形成了2枚长达10多厘米的大翅膀;果实脱离母株后就会螺旋旋转,减缓果实降落的速度,并使果实能随风飘离母株一段距离,从而保证种子安全落地,同时有更大生存机会。兰科附生草本植物垂花兰生长于缺水而又少营养的大树树干上,为了能成功繁衍,它的一个果实内就孕育了数万粒种子,这些种子可借风、气流、树干径流和鸟进行广泛传播,并与真菌共生。褐色沙拐枣的瘦果较大,并在表面形成密集的尖刺,可随风在沙漠里滚动传播,不易被沙粒埋没。异果黄堇的种子具有短发一样、富含营养的油脂体,可以吸引蚂蚁前来搬运,借而达到传播的目的……类似这样的种子生存智慧,还有很多很多。

 

  种子形态研究 

  对正确处理和贮藏种子极为重要 

  “你看这个豆科决明种子。”李涟漪指着X光照片,记者看到照片上的种子,有的内部是好的,有的却藏着个虫宝宝,但外表看起来都一样。

  李涟漪说:“豆象将卵放入雌蕊柱头内,幼虫沿着雌蕊的花柱向下进入子房,再分散进入胚珠。胚珠所发育成的种子里就已经‘埋伏’下豆象的幼虫。”如果不用X光机拍摄,或者不切破种皮,是根本不知道哪些种子被虫蛀了。

 

  “你看这个蔷薇种子,看上去很饱满,以为是胚,待把X光照片放大后就可看出来,里面全是虫。加上它的种皮较厚,用常规水选方法是没法去除虫蛀种子的。”李涟漪说。

  给种子拍照,需要对不同种子的形态和结构有一定的了解,不然就会把那个小小的虫子当作种子的胚。

  用X光机给种子拍照,就好比人们在医院拍X光片,不会损坏种子结构,但又能清楚看到其内部情况。除了能检测种子里是否有虫,还能检测种子是否发育良好、是否受损,为萌发实验提供参考。

 

  李涟漪说,前几年他跟杜燕老师去采集水松种子。走前曾跟所里的一些前辈聊过,他们提到自己也曾采集过很多水杉水松种子,并拿去做了萌发实验,可能条件设置不对,最后都没萌发成功。水杉水松是柏科水杉水松属唯一的现存种,是中国特有的孑遗植物。

  “我们把种子采集回来后,一做X光,才发现种子的饱满率非常低,只有1%。把饱满的几粒种子拿去做萌发,一个星期后它们就全都萌发了。”所以,水松种子不好萌发不是因为温度、水分等条件设置不合适,而很可能是授粉、发育等环节出了问题,导致水松种子饱满率较低,萌发率被严重低估了,这可能也是其濒危的重要原因之一。这样的研究对水松的认识和保护都有帮助。

 

  随后,李涟漪又打开了一张照片,照片上是一个个细长的种子。李涟漪说:“这个是毛竹的种子,败育的种子也很多。”

  李涟漪接着又打开了另一张照片,照片上有50粒细长的种子,外表看起来没有区别,但种子内部有的浑然一体,有的则横裂成了几段。

  据悉,较大的禾本科植物种子,由于其富含淀粉,在相对湿度为15%的干燥间干燥一段时间后,质地就会变脆,受重压很容易断裂,因此在清理时必须选择较为轻柔的清理方法,清理人员要戴上橡胶手套在橡胶垫上揉搓。

 

  精美的种子照片 

  助力种子科学知识的传播 

  给种子拍照是一门技术活,需要对不同种子的形态和结构有所了解。同时,还需要作不少准备工作。李涟漪说,他一天最多拍15种种子。

 

△苋科 西伯利亚滨藜 Atriplex sibirica 

 

△蓼科 褐色沙拐枣 Calligonum colubrinum 

  杜燕介绍,从2015年开始,中国西南野生生物种质资源库就正式开展种子形态拍摄工作,到目前为止,已初步取得了一些科研成果,主编了《青藏高原特色植物种子》等5部专著,获得了“云南省科技进步奖三等奖”等9项奖励

  她介绍,种子形态学是一门研究种子的形成与发育、形状与结构的科学,而显微拍摄是进行种子形态学研究的辅助手段之一。另外,中国西南野生生物种质资源库五个分库之一的种子库,现已收集和保存了我国1万多种野生植物种子,但这些种子都存放于零下20℃的冷库里,公众难以接触。通过显微拍摄,就可以把这些种子的形态清晰地展示给公众,促进公众对这些种子的认识、研究和利用,同时也可用于科普宣传。

 

△防己科 粉防己 Stephania tetrandra 

  

△伞形科 野胡萝卜 Daucus carota 

 

△紫草科 斑种草 Bothriospermum chinense 

  杜燕一边介绍,一边打开一张印有日历的海报,海报标题为“种子:大自然的杰作”,上面印有几粒精美的种子。她说:“像这些带翅的、有冠毛的,或者具这种气腔的种子,都是靠风来传播的。”

  开展种子形态拍摄工作,有助于向公众展示神秘而多姿的种子世界,让公众充分认识到种质资源库的重要性,以及进行生物多样性保护的重要意义,提高公众的生物多样性保护意识,促进对馆藏种子资源的开发和利用力度。

 

△安息香科 秤锤树 Sinojackia xylocarpa 

 

△蓝果树科 珙桐 Davidia involucrata 

 

△莲科 莲 Nelumbo nucifera 

 

△松科 红松 

  作为国家的重大科技基础设施,中国西南野生生物种质资源库不仅是我国生物战略资源的保存库,也是种质资源研究和开发利用的重要平台,还是宣传种子科学知识和生物多样性保护意识的基地,在我国的生物多样性保护中发挥着重要作用。 

  (开屏新闻 2023年5月18日) 

  来源:https://cmsapi.kpinfo.cn/news/8/202305/20230518143127ANGME0.html 


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