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微小花粉粒的科学与美学

玉蕊(玉蕊科)是组成海岸红树林的半红树植物之一。3合沟(3条萌发沟在两极处相汇合),萌发沟区具有穴状结构,花粉表面光滑。图中花粉粒长轴为42.5微米(花粉粒比例尺10微米,观察倍数2500倍)。

自然永远是人类无法企及的艺术大师,多彩的物理世界让人类享受到一顿“免费”的视觉大餐。但是人类的视觉很难延伸到肉眼视觉极限之外的微小物质。借助具有强大放大功能的仪器,可以观察到令人惊叹的微观世界。例如,为了满足“偷窥”花粉微观世界的好奇心,科学家们不得不付出“昂贵”的金钱代价。由于花粉粒需要细致的预处理,微小花粉粒的形态和微细结构只有镀金后才能用扫描电镜观察到。本文以图片的形式介绍了花粉及其形态的基础知识,最后介绍读者以最简单快捷的方式认识、接触和观察花粉。大多数花粉微形态结构具有完美的形态对称性和规则的表面纹饰。最近分子材料科学研究受到花粉粒表面多彩纹饰的启发,研究仿生结构(有些净花粉表面类似纳米结构)。典型的花粉表面雕刻有网纹、刺纹、棒纹和条纹,这些丰富的雕刻特征成为鉴别花粉种类的重要元素。经过“微整容”(在保持花粉粒形态特征的科学含量不变的前提下,进行虚拟色彩的图像艺术处理),看不见的微小颗粒令人眼花缭乱,美不胜收。

花粉科学知识和科学研究

花粉来源于种子植物的雄蕊,是植物的雄性生殖细胞。事实上,花粉一直与人类保持着密切的联系。你呼吸的空气,喝的水,甚至吃的蔬菜中都可能含有花粉粒。围绕花粉,科学家可以提出许多复杂而有趣的科学问题。比如为什么花粉粒富含信息,植物在时间序列上是如何进化和多样化的等等。这些问题可以直接或间接从花粉粒中寻找微观线索。上帝似乎有意在花粉粒外壁创造耐酸碱腐蚀的有机大分子物质,使其在漫长的地质历史中能穿越地球的沧桑,不易被破坏。也许这也是上帝打算留给人类开启植物进化史之谜的微观钥匙?花粉形态是研究这些科学问题的基础。丰富多彩的植物多样性与其相应的花粉粒特征相一致。形态学研究的主要目的是描述和分类不同类型的花粉特征。根据花粉粒萌发器官的数量、位置和特征,结合花粉表面雕刻等信息,建立不同植物种类花粉特征检索信息库。根据现代花粉形态信息库,可以为化石花粉类型的物种鉴定提供不可或缺的比较信息。

微花粉粒含有种子植物的遗传信息,在植物界的遗传、发育和进化过程中起着重要作用。在传粉生态学、系统进化植物学等领域,对花粉与昆虫、花粉与环境的相互作用、植物与环境的协同进化的研究越来越深入。在发育生物学和细胞生物学领域,在花粉外壁的发育过程和形成机制,以及花粉外壁水平的功能等方面,仍有许多科学问题等待科学家去解答。在植物起源、进化和进化领域,花粉外壁结构和丰富的花粉颗粒表面特征为植物的系统发育和进化提供了有价值的信息。总之,小花粉粒给了科学家们做白日梦的广阔空间。虽然花粉粒本身会永远沉默,但科研的步伐会永远前进。隐藏在小花粉粒背后的未被发现或未解决的科学问题正等待着科学家去发现和解决。

对花粉的认识和接触

直接了解花粉最简单的方法就是用数码相机拍下植物雄蕊的特写。当然,不是所有植物的雄蕊都可以通过普通数码相机看到,因为不同植物的花粉粒大小差异很大。常见的松科类型(红松、青海云杉、罗汉松等。),锦葵科植物(木槿、木槿、锦葵、蜀葵等。),一些旋花科植物(如莳萝松)可以用数码相机清晰地拍摄花粉粒。如果想更清楚地看到雄蕊上的花粉,就要用立体显微镜观察(如海州常山花药中的花粉粒)。另外,要想看清楚花粉表面的细节,需要将花粉放在载玻片上,用生物显微镜观察(并非所有植物花粉都可以在光学显微镜下直接观察到表面细节,但那些表面特征明显、花粉粒大的可以看清楚,如芙蓉花的花粉粒,表面长有长刺)。如果想一目了然地看到花粉粒表面的细节,需要使用扫描电镜,对样品处理和观察的技术和设备要求也非常严格。

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