過氧化氫有助于云杉的有性繁殖

來自密歇根州立大學的植物生理學家首次證明，針葉樹需要通常被認為是細胞能量產(chǎn)生的副產(chǎn)物的危險活性氧物質(zhì)才能使卵細胞受精。藍云杉(Picea pungens)花粉的實驗導致了一種蛋白質(zhì)的發(fā)現(xiàn)，使整個系統(tǒng)發(fā)揮作用?？茖W家認為，獲得的數(shù)據(jù)將導致針葉林恢復的最優(yōu)化。該研究的結(jié)果發(fā)表在植物再生產(chǎn)中。

“對針葉樹有性繁殖的研究還處于早期階段，其中許多方面實際上都是未知的，”共同作者，密歇根大學高級科學研究員Maria Breygina說。“這些研究具有重要意義，因為針葉樹的花粉是一種比開花植物更具古老的定向生長對象。”

開花植物有花，雄蕊分布花粉和雌蕊在受精的地方。異花授粉通常對植物更有利，因為它有助于增加遺傳多樣性。開花植物中的種子在卵巢內(nèi)形成，而卵巢又形成果實(這就是開花植物也被稱為被子植物的原因)。然而，裸子植物(其中針葉樹是最著名的群體)也具有異花授粉的機制。在針葉樹中，這些是實際上經(jīng)過改良的豆芽的錐體。針葉樹的錐體是連貫的;雄性球果相對較小，產(chǎn)生的花粉由風分布，雌性球果較大，形成種子。到達雌性錐體后，花粉粘在特殊液體(松樹和云杉)或小毛(如道格拉斯冷杉)中。

落在正確的地方(在開花植物的雌蕊上或在裸子植物的種子規(guī)模下)，花粉開始生長，形成花粉管。通過這個管，精子細胞到達卵細胞使其受精。在開花植物中，第二個精子與中央細胞融合以形成胚乳(種子的營養(yǎng)部分，例如，如小麥種子)。這就是為什么這種受精類型被稱為雙受精。

很久以前就描述了所有這些過程，但現(xiàn)代科學關(guān)注的是它們的分子和生物化學方面。最近已經(jīng)確定活性氧(ROS)在被子植物的花粉萌發(fā)中起關(guān)鍵作用。ROS是中性或帶負電的粒子，其中氧具有不成對的電子。ROS包括過氧化物(特別是過氧化氫)和自由基，例如超氧自由基O2- 。

未配對的電子使ROS具有高反應性。如果細胞內(nèi)形成大量的ROS，后果可能會很嚴重。這些化合物可能影響復雜生化反應，損傷膜，DNA和細胞其他部分的平衡。這就是為什么，無論其來源如何，ROS通常被認為是需要盡快中和的危險副產(chǎn)品。仍然，某些細胞以少量合成它們并用作信使。由于這些化合物的模糊性，研究ROS的有用功能非常重要，例如它們在植物受精中的作用。

來自密歇根州立大學的植物生理學家首次研究了ROS在針葉樹(即藍云杉)花粉萌發(fā)中的作用，并發(fā)現(xiàn)花粉粒在發(fā)芽前分泌過氧化氫和O2-進入環(huán)境。隨后在花粉管中形成過氧化氫梯度，即其尖端中的濃度增加。這種梯度似乎是管子生長到卵細胞所必需的，以及支持膜電位(負電荷)梯度(這是第一次在針葉樹中描述)，盡管這些梯度似乎沒有相關(guān)性直。

科學家們還發(fā)現(xiàn)了什么蛋白質(zhì)調(diào)節(jié)這個過程。它變成位于細胞膜中的NADPH氧化酶。該蛋白質(zhì)負責將電子移出細胞并形成細胞外超氧化物。ROS很快地相互轉(zhuǎn)化，O2-變成過氧化物，重新進入細胞。由于該過程，過氧化氫在花粉管中梯度分布。實驗表明，在NADPH氧化酶抑制后，花粉粒不發(fā)芽，花粉管變得不能生長。因此，施肥不會發(fā)生。

“這項研究和進一步研究的結(jié)果可用于優(yōu)化森林恢復，特別是杉樹，雪松，松樹和銀杉，以及它們在俄羅斯的選擇和形成一系列森林品種，”Maria Breygina說。

本文的所有作者都在密歇根州立大學學習或工作?，旣悂嗀撠熎鸩菸恼虏⑻幚碛刹┦揩@得的實驗數(shù)據(jù)。學生Nikita Maksimov和本科生Anastasiya Evmenyeva。這個想法是由生物學博士，植物生理學教授，研究協(xié)調(diào)員Igor Ermakov開發(fā)的。

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