古代东方侧柏（Platycladus orientalis）花粉滴的分泌与回缩过程及其对不同类型花粉的响应

《Frontiers in Plant Science》：The secretion and retraction processes of pollination drops of ancient Platycladus orientalis and their response to different pollen types

花药滴分泌与 retract 机制随古圆柏树龄变化的研究，以不同树龄（千年、百年、30年）的圆柏为材料，揭示其 PD 在自然和人工条件下分泌 retract 的 circadian 节律及对花粉活力、物种识别的差异响应，发现老树 PD retract 更快，分泌 retract 机制受年龄调控，且繁殖能力随树龄增加而增强。

　　### 植物繁殖机制中的花粉识别与分泌动态：以古树侧柏为例

在植物的繁殖过程中，花粉的识别与传递是至关重要的环节，而这一过程在裸子植物中尤为显著。其中，授粉滴（Pollination Drop, PD）作为一种重要的卵细胞分泌物，不仅在吸引和捕获花粉方面发挥关键作用，还在确保花粉与卵细胞之间有效信息交流中起到桥梁作用。PD通常在授粉阶段被分泌出来，通过其粘性特性帮助花粉附着并被引导至胚囊内部，从而提高授粉效率。此外，PD的收缩过程也受到多种因素的影响，包括花粉的活性、植物种类的亲缘关系以及树木的年龄等。

本研究聚焦于古树侧柏（*Platycladus orientalis*），选取了不同年龄的样本，包括千年古柏（TAC）、百年古柏（HAC）和成年侧柏（AC），以探讨PD的分泌与收缩过程及其对不同花粉类型的响应。研究结果表明，PD的分泌和收缩具有明显的昼夜节律，且不同年龄的树木表现出不同的分泌与收缩特征。这种差异可能与植物长期进化过程中形成的适应机制有关，也可能反映出古树在繁殖效率方面的优势。

#### PD的分泌与收缩规律

在自然条件下，PD通常在清晨开始分泌，并在正午前后逐渐收缩。分泌时间的分布呈现对称性，围绕早上6点展开，且每天重复一次，表明PD的分泌与收缩可能受到植物内部的生物钟调控。在实验室的体外实验中，这一现象同样存在，但收缩速率的变化更为复杂。观察发现，授粉后PD的收缩过程分为几个阶段：最初收缩非常迅速，持续约20分钟，随后收缩速率逐渐减缓，最终趋于稳定。这种模式表明PD的收缩可能涉及多个生理和物理机制的协同作用。

值得注意的是，PD的收缩速率与树木的年龄密切相关。随着树木年龄的增加，PD的收缩速度显著加快。在自然环境中，千年古柏的PD在授粉后平均需要59分钟完成收缩，而百年古柏则需要1小时35分钟，成年侧柏则需要2小时34分钟。相比之下，在体外实验中，千年古柏的PD收缩时间更长，平均为1小时8分钟，百年古柏为3小时49分钟，成年侧柏为11小时32分钟。这可能与自然环境中更丰富的水分供应以及更稳定的环境条件有关。

此外，PD的分泌和收缩还受到花粉类型的影响。当PD接触活性花粉时，收缩速率较慢，而在接触非活性花粉时，收缩速率更快。这一现象可能表明PD在识别花粉活性方面具有一定的能力，能够通过某些物质与花粉进行相互作用，从而影响其收缩行为。同时，PD对不同植物种类的花粉表现出不同的响应，尤其是与侧柏亲缘关系较远的花粉类型，PD的收缩时间显著延长，甚至未能完全收缩。这说明PD可能具有某种“识别机制”，能够筛选出适合的花粉，并通过某种方式与之进行信息交流。

#### 树木年龄对PD分泌与收缩的影响

本研究发现，树木的年龄对PD的分泌和收缩具有显著影响。对于未授粉的PD，随着树木年龄的增加，其分泌时间、持续时间以及表面面积均有所减少。然而，尽管表面面积随年龄下降，PD的分泌速率在年轻树木中更高，这表明年轻树木在分泌PD方面更具优势。而在授粉后，PD的收缩速率与树木年龄呈正相关，即树木越老，PD的收缩越快，说明其在花粉识别和响应方面的能力更强。

进一步的分析表明，PD的分泌和收缩可能是两个相互独立的过程，且在不同条件下表现出不同的主导因素。年轻树木的PD分泌能力更强，但收缩能力较弱；而年老树木的PD收缩能力显著增强，且其收缩速率的变化更稳定。这种差异可能与树木在长期进化过程中对资源的分配策略有关。例如，年老树木可能将更多资源投入到PD的快速收缩和花粉识别中，从而提高授粉效率和繁殖成功率。

#### PD的收缩机制与花粉识别

PD的收缩不仅是一个物理过程，还可能涉及复杂的生理机制。在授粉初期，PD的收缩速度较快，随后逐渐减缓，最终趋于稳定。这一现象表明PD的收缩可能由多种因素共同驱动，包括花粉的吸附、水分的流失以及PD内部的物质变化。此外，PD的收缩速率与花粉的活性和亲缘关系密切相关。当花粉的活性降低或亲缘关系较远时，PD的收缩速度明显减慢，这可能意味着PD内部存在某种“识别物质”，能够感知花粉的活性和种类，并据此调整收缩行为。

进一步的实验发现，PD对不同种类花粉的响应存在显著差异。例如，侧柏的PD在接触同种花粉时收缩迅速，而在接触其他种类花粉时则表现出明显的延迟。这表明PD具有一定的选择性，能够优先识别并响应与自身亲缘关系较近的花粉。此外，PD的收缩过程可能受到多种物质的调控，包括参与水分子转运的蛋白，如水通道蛋白（aquaporins）。这些物质可能在PD的收缩过程中发挥关键作用，通过调节水分流动和细胞膜的通透性，影响PD的收缩速率。

#### 未来研究方向

尽管本研究已经揭示了PD的分泌与收缩过程以及其对花粉的响应特性，但仍有许多问题需要进一步探索。例如，PD的收缩是否完全由物理因素驱动，还是涉及复杂的生理机制？PD内部是否存在专门用于识别花粉的物质，这些物质如何与花粉相互作用？此外，PD的收缩速率是否与树木的基因表达有关，是否可以通过基因组和转录组研究进一步揭示其分子机制？

为了更深入地理解PD的功能和机制，未来的研究可以聚焦于以下几个方面：首先，对PD的成分进行系统分析，尤其是其内部的激素和蛋白质，以明确这些物质在花粉识别和收缩过程中的作用。其次，通过蛋白质组学和代谢组学研究PD与花粉之间的相互作用，探索是否存在某种“协同机制”或“识别信号”。此外，还可以通过基因组和转录组分析，研究PD收缩是否与特定基因的表达相关，特别是那些与水通道蛋白相关的基因。这些研究将有助于揭示PD的生物学意义，并为裸子植物的繁殖机制提供更全面的理论支持。

#### 结论

综上所述，PD在裸子植物的繁殖过程中起着至关重要的作用，其分泌和收缩过程受到多种因素的影响，包括树木的年龄、花粉的活性和种类等。本研究发现，随着树木年龄的增加，PD的收缩能力显著增强，而分泌能力则有所减弱。然而，PD的收缩速率变化趋势表明，年老树木在繁殖效率方面具有优势，这可能与其更强的花粉识别能力和更高效的资源利用有关。未来的研究需要进一步探索PD的分子机制，特别是其内部的识别物质和水通道蛋白的作用，以更全面地理解PD的功能及其在植物繁殖中的重要性。