微小花粉粒的科学与美学

玉雄蕊（桫椤科）是构成沿海红树林的半红树林植物之一。 3个组合槽（三个萌发槽在两极交汇），萌发槽区呈洞穴状结构，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，观察放大倍数2500倍）。自然世界永远是人类无法企及的艺术大师。丰富多彩的有形世界让人类享受“自由”的视觉盛宴。然而，人类的视觉很难延伸到肉眼所能看到的极限之外的微小物体。借助具有强大放大倍率的仪器，可以观察到令人惊叹的微观世界。比如，为了满足“窥视”花粉微观世界的好奇心，科学家们不得不付出“昂贵”的金钱。由于花粉粒需要经过仔细的预处理，因此可以使用扫描电子显微镜观察镀金后微小花粉粒的形态和精细结构。本文以图片的形式介绍了花粉及其形态的基础知识，最后向读者介绍了认识、触摸和观察花粉的最简单、快捷的方法。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雕刻。最近，分子材料科学的研究受到花粉粒表面丰富多彩的装饰的启发，研究仿生结构（一些网状花粉的表面类似于纳米结构）。典型的花粉表面雕刻有网状、刺状、杆状、条纹状等。这些丰富的雕刻特征成为识别花粉种类的重要元素。经过“微整容手术”（在保持花粉粒形态特征的科学含量不变的前提下），看不见的微小颗粒变得耀眼、明亮。花粉科学知识与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，花粉无时无刻不在与人类保持着“亲密接触”，从我们呼吸的空气到我们喝的水，甚至我们吃的蔬菜也可能含有花粉粒。科学家可以提出许多关于花粉的复杂而有趣的科学问题。例如，为什么花粉粒含有丰富的信息，植物如何在时间序列上进化和多样化等等。这些问题可以直接或间接地从花粉粒中寻找微观线索。上帝似乎有意创造了花粉粒外壁上耐酸碱腐蚀的有机高分子物质，使其能够在漫长的地质历史中经受住地球的沧桑，难以被破坏。或许这也是上帝留给人类植物进化史之谜的用意。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也具有一致的多样性现象。形态学研究的主要目的是描述和分类不同类型花粉的特征，并根据花粉粒萌发器官的数量、位置和特征，结合花粉的萌发器官的数量、位置和特征，建立不同植物种类花粉特征的检索信息。以花粉表面雕刻等信息为基础，以现代花粉形态信息数据库为基础，可为化石花粉类型鉴定提供不可或缺的比较信息。微小的花粉粒蕴藏着种子植物的遗传信息，在植物界的遗传、发育和进化过程中发挥着重要作用。在授粉生态学、系统进化植物学等领域，花粉与昆虫、花粉与环境相互作用、植物与环境协同进化的研究日益深入。在发育生物学和细胞生物学研究领域，花粉外壁的发育过程和形成机制、花粉外壁层的功能等研究领域，仍然有许多科学问题等待科学家解答。在植物起源、进化和进化研究领域，花粉外壁的结构和花粉粒表面的丰富特征为植物系统发育和进化的研究提供了有价值的信息。总之，小小的花粉粒给了科学家广阔的想象空间。尽管花粉粒本身将永远保持沉默，但科学研究的步伐始终在前进。小花粉粒的背后隐藏着尚未发现或未解决的科学问题。带领科学家发现并解决问题。

认识和接触花粉最简单的方法就是用数码相机近距离放大植物的雄蕊。当然，并不是所有植物的雄蕊都能用普通数码相机看到，因为不同植物的花粉粒大小差异很大。常见的松科植物（松树、云杉、罗汉松等）、锦葵科植物（草木槿、木槿、锦葵、蜀葵等）以及部分旋花科植物（如松树）的花粉都可以用数码相机拍摄花粉粒清晰。如果想更清楚地看到雄蕊上的花粉，就需要用体视显微镜来观察（如海州常山的花药花粉粒）。另外，如果想看到花粉表面的细节，需要将花粉放在载玻片上，用生物显微镜观察（并不是所有的植物花粉都可以直接在光学显微镜下观察表面细节，对于那些表面特征明显，可以清晰地看到较大的花粉粒，如木槿草的花粉粒，表面有较长的刺）。如果想要一目了然地看到花粉粒表面的详细特征，就需要使用扫描电子显微镜，而且对样品处理和观察技术和设备的要求也非常严格。作者简介毛利米，博士中国科学院南京地质古生物研究所副研究员。主要从事花粉形态和古生态学研究。 （孙晓杰编辑）