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自然 / pollination

传粉

传粉是花粉转移至种子植物雌性生殖结构的过程,为受精创造条件,并有助于植物繁殖、生态系统运作和作物生产。

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传粉是将花粉转移至种子植物能够接受花粉的雌性生殖结构的过程。在被子植物,即开花植物中,花粉从花药转移至柱头;在裸子植物中,花粉则到达与裸露胚珠相关的结构,这些结构通常位于雌球果内。花粉可由动物、风或水传播。传粉发生在受精之前,但两者是不同的过程:仅仅送达花粉,并不能保证生殖细胞融合或种子形成。(openstax.org)

生物学过程

花粉粒是一种简化的雄配子体,是植物特有的世代交替生活史的一部分。它携带或产生有性生殖所需的精细胞。在开花植物中,花药产生花粉,柱头则提供接收花粉的表面。柱头、花柱和子房是雌性生殖结构的组成部分;子房内含有胚珠。(openstax.org)

当亲和的花粉到达具有接受能力的柱头时,便可萌发并形成花粉管。花粉管穿过花柱,向胚珠生长,并将精细胞送入其中。在开花植物特有的双受精过程中,一个精细胞与卵细胞融合形成合子;另一个与中央细胞融合,启动胚乳的形成,胚乳为发育中的胚提供营养。受精后的胚珠发育成种子,子房通常发育成果实。(openstax.org)

这些阶段不一定在花粉到达后立即发生。在一些裸子植物中,传粉与受精之间可能相隔一年以上。这一时间间隔说明了为什么生殖生物学将这两个过程分别讨论。(openstax.org)

自花传粉与异花传粉

自花传粉是指花粉在同一朵花内转移,或在同一植株的不同花之间转移。异花传粉则是花粉在不同植株之间转移,通常发生在同一物种的个体之间。两者的区别在于花粉的来源,而不在于传播媒介:昆虫可以在同一植株的不同花之间搬运花粉,风也可以在不同植株之间传播花粉。(fs.usda.gov)

花的结构和生殖活动的时间安排会影响传粉途径。花药与柱头的位置差异可以促进花之间的花粉交换。另一些植物的雄花和雌花分别生长在不同植株上,因此必须在植株之间传递花粉,才能完成有性生殖。(openstax.org)

有些植物还具有自交不亲和性,即由遗传因素控制的识别机制,即使自身花粉到达柱头,也能阻止自体受精。因此,花粉落到柱头上和生殖亲和性是两个独立的必要条件。在果园中,许多苹果栽培品种需要另一个与之亲和、且花期重叠的品种提供花粉。授粉品种提供花粉,传粉者则负责搬运花粉。(open.lib.umn.edu)

传播媒介与机制

参与动物传粉的动物包括昆虫,如蜂类、蝇类、甲虫、蝴蝶、蛾类和胡蜂,以及鸟类、蝙蝠和一些其他脊椎动物。动物访花时,花粉会附着在其身上,随后可能接触到具有接受能力的柱头。花通常以花蜜或花粉作为食物回报,因此,花粉传播可能是动物取食带来的结果,而非其有意协助植物繁殖。(extension.umd.edu)

花的颜色、气味、形状以及动物接近和取食的难易程度,都会影响动物访花。并非所有花都会提供回报:一些兰科植物通过具有欺骗性的气味或外观吸引访花者,其中包括模拟潜在配偶的信号。这类传粉系统无需提供食物,也能实现花粉转移。(openstax.org)

在振动传粉过程中,某些蜂类利用飞行肌振动花朵,使花粉从花药中释放出来。熊蜂会在番茄、蓝莓等作物上表现出这种行为。因此,传粉者的传粉效率在一定程度上取决于其行为是否与花的花粉释放机制相匹配。(extension.umn.edu)

非生物传粉依靠非生物媒介。禾草和一些树木的花粉由风传播;玉米就是一种常见的风媒作物。某些植物的花粉也由水传播。这些机制不依赖访花动物,尽管动物仍可能造访这些植物。(extension.umn.edu)

生态与农业意义

动物传粉使许多野生开花植物得以繁殖,从而支持生物多样性。生物多样性和生态系统服务政府间科学政策平台在2016年的评估中估计,约87.5%的野生开花植物物种至少在一定程度上依赖动物传粉。这些植物的繁殖有助于维持植被,为其他生物提供食物和庇护场所,从而将传粉与食物网及生态系统的运作联系起来。(files.ipbes.net)

在农业中,传粉是一项重要的生态系统服务。同一评估指出,主要食用作物中,超过四分之三的作物种类受益于动物传粉,而对动物传粉存在一定依赖的作物,其产量约占全球作物总产量的35%。这些数字衡量的是不同的指标;两者都不意味着缺少传粉者就会使全部食物产量减少75%。(files.ipbes.net)

对传粉的依赖程度也因收获产品而异。苹果、南瓜和许多浆果作物需要有效传粉,才能获得理想的果实产量。传粉不足可能导致果实偏小或畸形。以根、叶或块茎为收获产品的作物,形成这些可食用部位时可能不需要传粉,但传粉对种子生产和育种仍可能十分重要。(extension.umn.edu)

威胁与管理

传粉系统受到生境破碎化、土地利用变化、农药、寄生生物、疾病、入侵物种和气候变化的影响。这些压力可能相互作用,同时影响传粉者种群及其与开花植物的关系。其影响因物种和地点而异,并非在全球范围内呈现一致的响应。(cbd.int)

传粉管理关注花源资源、筑巢生境、农药暴露,以及特定作物和传粉者的需求。农业系统可以同时利用野生传粉者和人工饲养的蜂类。不同蜂种在能够有效传粉的花种类、筑巢需求以及适宜觅食的天气条件方面存在差异,因此,传粉管理考虑的因素不仅是访花昆虫的数量。(extension.umn.edu)