过氧化氢有助于云杉的有性繁殖

来自密歇根州立大学的植物生理学家首次证明，针叶树需要通常被认为是细胞能量产生的副产物的危险活性氧物质才能使卵细胞受精。蓝云杉(Picea pungens)花粉的实验导致了一种蛋白质的发现，使整个系统发挥作用。科学家认为，获得的数据将导致针叶林恢复的最优化。该研究的结果发表在植物再生产中。

“对针叶树有性繁殖的研究还处于早期阶段，其中许多方面实际上都是未知的，”共同作者，密歇根大学高级科学研究员Maria Breygina说。“这些研究具有重要意义，因为针叶树的花粉是一种比开花植物更具古老的定向生长对象。”

开花植物有花，雄蕊分布花粉和雌蕊在受精的地方。异花授粉通常对植物更有利，因为它有助于增加遗传多样性。开花植物中的种子在卵巢内形成，而卵巢又形成果实(这就是开花植物也被称为被子植物的原因)。然而，裸子植物(其中针叶树是最着名的群体)也具有异花授粉的机制。在针叶树中，这些是实际上经过改良的豆芽的锥体。针叶树的锥体是连贯的;雄性球果相对较小，产生的花粉由风分布，雌性球果较大，形成种子。到达雌性锥体后，花粉粘在特殊液体(松树和云杉)或小毛(如道格拉斯冷杉)中。

落在正确的地方(在开花植物的雌蕊上或在裸子植物的种子规模下)，花粉开始生长，形成花粉管。通过这个管，精子细胞到达卵细胞使其受精。在开花植物中，第二个精子与中央细胞融合以形成胚乳(种子的营养部分，例如，如小麦种子)。这就是为什么这种受精类型被称为双受精。

很久以前就描述了所有这些过程，但现代科学关注的是它们的分子和生物化学方面。最近已经确定活性氧(ROS)在被子植物的花粉萌发中起关键作用。ROS是中性或带负电的粒子，其中氧具有不成对的电子。ROS包括过氧化物(特别是过氧化氢)和自由基，例如超氧自由基O2- 。

未配对的电子使ROS具有高反应性。如果细胞内形成大量的ROS，后果可能会很严重。这些化合物可能影响复杂生化反应，损伤膜，DNA和细胞其他部分的平衡。这就是为什么，无论其来源如何，ROS通常被认为是需要尽快中和的危险副产品。仍然，某些细胞以少量合成它们并用作信使。由于这些化合物的模糊性，研究ROS的有用功能非常重要，例如它们在植物受精中的作用。

来自密歇根州立大学的植物生理学家首次研究了ROS在针叶树(即蓝云杉)花粉萌发中的作用，并发现花粉粒在发芽前分泌过氧化氢和O2-进入环境。随后在花粉管中形成过氧化氢梯度，即其尖端中的浓度增加。这种梯度似乎是管子生长到卵细胞所必需的，以及支持膜电位(负电荷)梯度(这是第一次在针叶树中描述)，尽管这些梯度似乎没有相关性直。

科学家们还发现了什么蛋白质调节这个过程。它变成位于细胞膜中的NADPH氧化酶。该蛋白质负责将电子移出细胞并形成细胞外超氧化物。ROS很快地相互转化，O2-变成过氧化物，重新进入细胞。由于该过程，过氧化氢在花粉管中梯度分布。实验表明，在NADPH氧化酶抑制后，花粉粒不发芽，花粉管变得不能生长。因此，施肥不会发生。

“这项研究和进一步研究的结果可用于优化森林恢复，特别是杉树，雪松，松树和银杉，以及它们在俄罗斯的选择和形成一系列森林品种，”Maria Breygina说。

本文的所有作者都在密歇根州立大学学习或工作。玛丽亚负责起草文章并处理由博士获得的实验数据。学生Nikita Maksimov和本科生Anastasiya Evmenyeva。这个想法是由生物学博士，植物生理学教授，研究协调员Igor Ermakov开发的。

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