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在植物授粉研究中，水稻等禾本科植物花粉渗出的作用及机制不明，且高温影响水稻颖花育性。研究人员对水稻花粉渗出过程开展研究，发现花粉有 “不倒翁” 样运动，渗出物成分独特。这有助于理解水稻授粉机制，为应对高温对水稻的影响提供思路。
在繁花似锦的植物王国中，授粉就如同一场神秘而关键的生命之舞，决定着植物繁衍的成败。对于被子植物而言，花粉在柱头成功黏附和水合，是花粉萌发和花粉管伸长的基石，关乎物种的延续。像水稻这类自花授粉的禾本科植物，在授粉前会出现黏性的 “花粉渗出（pollen exudation）” 现象，但长期以来，这一过程的细胞动态变化，包括其化学成分等，始终如一团迷雾，困扰着科研人员。
如今，全球气候变幻莫测，高温天气频繁侵袭。在水稻种植领域，花期遭遇高温（≥35°C）常常导致颖花不育，严重威胁粮食产量。在众多影响因素中，柱头花粉数量减少的原因一直悬而未决。而花粉渗出极有可能是花粉黏附柱头的前提条件，因此，深入探究花粉渗出时的行为和化学组成，或许是解开高温影响水稻授粉谜题的关键钥匙。
为了揭开这些谜团，来自日本爱媛大学（Ehime University）研究生院农学系、九州冲绳农业研究中心等机构的研究人员，针对水稻花粉渗出过程展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Communications Biology》上，为我们呈现了一个全新的水稻授粉世界。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：一是利用数字显微镜（digital microscope）对花粉从捕获到萌发的全过程进行细致观察、录像，并借助 ImageJ 软件分析相关数据；二是采用皮升压力探针电喷雾电离质谱技术（picolitre pressure-probe electrospray-ionisation mass spectrometry，picoPPESI-MS），直接采集水稻植株上的皮升渗出液，进行现场代谢组学分析，从而鉴定出各类代谢物。
花粉行为
研究人员对水稻进行人工授粉后，通过显微镜仔细观察。他们发现，水稻花粉落在柱头后，先是有一段看似静止的状态，大约 20 秒后，花粉表面开始出现多个水生皮升渗出物，这些渗出物不断分泌并融合，流向花粉与柱头的接触部位。此时，花粉粒就像在润滑剂上的不倒翁一样，开始前后左右摇晃，沿着蜿蜒的路径滑动，最终实现最佳定位并黏附在充满渗出物的柱头上。研究还测量了花粉捕获时的体积（Vpollen）、花粉粒膨压、花粉渗出和摇晃运动的起始时间、花粉移动距离、旋转角度以及花粉黏附时渗出液与柱头表面的接触角等数据。此外，在油中及胶带表面的实验表明，即使没有柱头，水稻花粉也能渗出，且在油中还能萌发，在胶带表面则会因脱水逐渐萎缩。
授粉时代谢物的位点特异性差异
借助 picoPPESI-MS 技术，研究人员对花粉粒、柱头细胞和花粉渗出物中的代谢物进行分析。结果显示，成熟花粉粒富含多种代谢物，如有机酸、抗坏血酸等；柱头细胞中检测到四种强未知信号，经鉴定为两种糖基化黄酮类化合物 —— 黄芪甲苷（Astragalin，Kaempferol-3-O-glucoside）和桑色素苷（Sambicyanin，Cyanidin 3-xyloglucoside）；花粉渗出物主要包含糖类（己糖 Hex 和己糖二聚体 Hex2 ）、脂肪酸、氧化还原相关代谢物等，且 Hex2相关簇离子信号较强，表明蔗糖可能是渗出物的主要成分。
在讨论部分，研究人员指出，水稻花粉的 “不倒翁” 样运动和渗出行为，对实现快速自花授粉意义重大，这可能是栽培水稻在长期驯化过程中为实现快速自花授粉而获得的特性。从植物水分关系角度来看，水稻的授粉模式与拟南芥等植物截然不同。水稻花粉在授粉前保持较高膨压，授粉后因渗出体积先下降，之后又因从柱头吸水而增加。
花粉渗出物中的溶质在花粉与柱头的相互作用中扮演着重要角色，不仅作为渗透信号，还能增加液体黏度促进黏附，同时参与花粉水合的分子信号传导。此外，水稻花粉的摇晃运动可能与细胞器重排，如淀粉体沉降有关，也可能受到重力和表面张力的共同影响。柱头细胞中积累的黄芪甲苷和桑色素苷等抗氧化剂，可能调节细胞氧化还原状态，促进水稻自花授粉。
然而，目前仍有诸多问题亟待解决。例如，耐热水稻品种的花粉渗出模式是否相同？其不依赖柱头水就能萌发的机制是什么？水稻花粉渗出物中的脂质对花粉过敏炎症有何具体影响？未来，从细胞水平进一步深入研究，有望为应对气候变化下的禾本科作物育种提供有力支持，也能让我们更深入地理解高温导致颖花不育的机制。这项研究为植物授粉领域打开了新的大门，照亮了后续研究的方向，让我们对植物生命奥秘的探索又迈进了一步。
