雄蕊的花粉落到雌蕊的柱头上,萌发出花粉管和精子,花粉管将精子送入雌蕊子房的胚珠中,使胚珠受精,这个过程叫授粉和受精。
在介绍自花传粉和异花传粉之前,我们重温一下关于花的定义:
雌蕊和雄蕊长在同一朵花中,叫两性花;只有雌蕊或者只有雄蕊的花,就叫单性花,分别为雌花和雄花。雌花和雄花长在同一棵植株上,叫雌雄同株;雌花和雄花不在同一棵植株上就叫雌雄异株。雌蕊接受同一朵花、或者同一棵植株上另一朵花的花粉授精,叫自花受粉(自交),接受另一棵植株上另一朵花的花粉授精,叫异花受粉(异交或杂交)。
第一节 自花授粉
自花授粉的花朵都是两性花,即在同一朵花中长有雌蕊和雄蕊,雌、雄蕊挨得很近,它们同时成熟,成熟的花粉易于落到同一朵花的柱头上,不太需要虫、鸟等传粉媒介的帮助就能实现授粉。
自花授粉植物种类不多,农作物主要是禾本科粮食作物中的小麦和水稻,茄科作物,豆类作物中的蚕豆、豌豆、豇豆和大豆,以及草莓。
自花授粉植物中,首先是同花授粉,其中最原始的是闭花授粉,即花苞开放前就已经实现了自花授粉,蚕豆和豌豆都是闭花授粉,其蝶形花的花冠中有一对花瓣始终紧紧地包裹着雌蕊和雄蕊,在花朵开放前就已经实现了受精。
较高一级的自花授粉植物是同一花序间的邻花授粉和不同花序间的同株异花授粉,如番茄、辣椒等;邻花授粉和同株异花授粉在以往被归类到异花授粉植物,但毕竟同一植株有相同的基因,所以有了基因这一概念后,将异花授粉限定为异株异花授粉更为正确。
自花授粉植物一般不排斥异株异花授粉,只是自花授粉更近便而已。自花传粉植物的雌雄配子(精子和卵细胞)在遗传上有相同的基因,经过长期自花传粉,物种就有可能退化,因此需要进行人工育种,使其更多地接受异花授粉,譬如蚕豆和豌豆,在其开花前掰开花苞去雄(摘掉雄蕊),让一部分植株丧失自花授粉能力。
第二节 异花授粉
异花授粉植物可以是两性花的雌雄同株植物,也可以是单性花的雌雄同株和雌雄异株植物,单性花只能异花授粉。
两性花雌雄同株的异花授粉植物有白菜、甘蓝等十字花科蔬菜和桃、李、苹果等蔷薇科果树;单性花雌雄同株的有玉米和瓜类作物;单性花雌雄异株的蔬菜作物是菠菜,果树作物是猕猴桃和杨梅,以及我家乡著名的香榧。雌雄异株的果树,需要在其周围种植公树来为母树授粉。
单性花毫无疑问是异花传粉,但同是两性花的自花授粉植物和异花授粉植物似乎没有十分清晰的界限,植物本身没有特殊的自交不亲和机制,因此异花授粉植物在花的结构和生理上产生一些改变来减少或阻止自花授粉,如雌蕊的花柱高过雄蕊的花药,使装有花粉的花药不能轻易碰触到雌蕊的柱头;或者同一朵花的雄蕊和雌蕊不同时成熟,使自花授粉几率降低或达不到自花授粉。
两性花异花授粉作物与自花授粉作物相比,更不耐自交(自花授粉),譬如自交容易导致发育不全、结果不实,或者异交(异花授粉)结的果实更饱满、品质更高,譬如玉米既能自花授粉也能异花授粉,在田间隔行去雄(砍去雄花)可增加异花授粉率,提高结实率和籽粒的饱满度。
草莓原来也是异花授粉植物,因环境变化而演变为两性花的自花授粉。异花授粉的草莓坐果多、果实大,口味好,在这个意义上,草莓也应该归类于异花授粉植物。
异花授粉植物需要依靠外部媒介,把从一朵花的雄蕊散出的成熟花粉,传送到另一朵花的雌蕊柱头,这一过程被称为传粉,是高等维管植物特有的现象。传粉的媒介主要是风和昆虫(蜂、蝶、蛾、蝇等),分别称风媒和虫媒。植物本身也会对传粉媒介形成相适应的结构。
第三节 传粉媒介——风媒
依靠风力传粉的叫风媒花,与依靠昆虫传粉的虫媒花需要有鲜艳的颜色和香气去吸引传粉昆虫不一样,风媒花大多只有功能性而没有观赏性。
风媒花最典型的是玉米,玉米是雌雄同株的单性花,雄花开放叫抽穗,雌花开放叫吐丝,一株玉米顶上的雄蕊(雄穗)在5-8天的时间里可产生1500-3000万粒小而轻因而易于飞扬的花粉粒,成熟的花粉粒在微风吹过时就能撒落于植株周围成圆锥体的数十平方米的空间处,给长在同一棵植株上或其他周边植株上的雌蕊(雌穗)授粉,如果风力再大一些,花粉的传播距离可以长达300米以上,可以为邻地别人家的玉米授粉。种植甜玉米、糯玉米等鲜食玉米(水果玉米)的地块,常常要求与粮用、饲用玉米有400米以上的间隔,以免产生杂交籽粒影响口感。同一根玉米棒上产生不同颜色的籽粒,往往也是异花授粉的缘故。
玉米的雌蕊一般位于玉米雄蕊下6-7节的位置,像丝线一样的玉米须是雌蕊花柱伸长的柱头,一根玉米棒可以有数百根玉米须,每一根玉米须可以长达20-30厘米,玉米须表面有无数的茸毛和分泌的黏液,特别善于捕捉被风吹落漂浮在空中的花粉。每一个玉米须的底端连着一个子房,子房受精后发育为玉米粒。
(玉米须因含花青素而呈粉红色)
玉米棒为什么会发生缺粒秃尖?
玉米开花先雄后雌,待雄穗的花粉成熟时,雌穗的玉米须开始生长,但雌穗必须在吐丝后的10天内接收到花粉才能正常受精(受孕)。玉米须是整个植株中含水量最高的组织,因此对水分最为敏感,严重的干旱缺水会导致玉米须生长减慢、生长延迟甚至失败,不要说生长失败,就是生长减慢或延迟也会错过雄穗花粉的供应期,玉米须脱水失去黏液变干也会使其无法接受花粉,花粉缺水则不能萌发,因此干旱是玉米棒发生缺粒秃尖最主要的原因。授粉期发生啃食玉米须的严重虫害也有可能使玉米缺粒秃尖。
第四节 传粉媒介——虫媒
依靠昆虫传粉的虫媒花需要招蜂惹蝶来实现传粉,虫媒花不仅花冠大且彩色亮眼,还有蜜腺分泌花蜜,可以说是色香味俱全来招蜂引蝶。虫媒花的花粉粒大且有粘性,易粘附在虫体上。虫媒花的大小、结构和蜜腺的位置等,大多与传粉昆虫的虫体大小和口器结构相适应,与传粉昆虫高度协同进化。
分泌花蜜的蜜腺通常深藏于花的基部深处,蜜蜂和蝴蝶通过吸管一样的口器才能取食,有些花的花瓣上有称为蜜源标记的图案,为传粉昆虫指示出花蜜的位置。
世界上大约有80%的开花植物需要昆虫及其他动物传粉,传粉昆虫中大约有80%是蜂类昆虫(可以大略地概称为蜜蜂),如果没有了蜜蜂,据称世界上80%以上的植物将消失,以至于爱因斯坦曾预言:“如果蜜蜂从地球上消失,人类最多能活4年”。
蜜蜂等蜂类昆虫是红色盲(看不见红色),它们可见的光谱偏向冷色,因此吸引它们的是花冠相对较大的蓝色和黄色花朵;它们的嗅觉很好,能够远距离感知花的芳香;蜂类昆虫不仅吸食花蜜,也会取食花粉,它们独特的嚼吸式口器,就是为咀嚼花粉和吮吸花蜜准备的,采蜜时不断活动身体调整体位,因此口器、体毛和躯体特别是背和足上最易沾上花粉。
有些种类的蜜蜂在其后足胫节上有一种叫作花粉篮的特殊构造,便于蜜蜂将采集到的花粉携带回蜂巢。
蝶类昆虫(蝴蝶)的嗅觉较弱,但它们能感知的颜色光谱很宽,吸引它们的是明亮的红色、黄色和橙色花朵,造访的花朵大多扁平、簇生,以便取食时立在花朵上不动,仅用其细长的虹吸式口器伸入蜜腺中吸食花蜜,因此它们的传粉效率与蜂类昆虫相比要低得多。
蝇类昆虫对颜色的辨识度较低(色弱),它们主要受花朵散发的气味(臭味)吸引来寻找腐食或产卵,在花朵中左冲右突忙乱一阵,感觉受了愚弄后就会飞走,但身上会像蜜蜂一样粘上一些花粉,造访下一个花朵并再次被愚弄的时候,就实现了传粉,当然传粉效率也不能与蜂类昆虫相比。
夜间开放的花朵有受气味吸引的夜蛾和蝙蝠来传粉,这些花朵大多是白色的。其他一些如甲虫、蚂蚁等昆虫以及鸟等飞行动物也能传粉,就不一一列举了。
对虫媒传粉依赖度很高的农作物有黄瓜、南瓜等几乎所有的瓜类作物,桃、李、杏、樱桃、苹果、梨等蔷薇科水果作物,柑橘中的柑和柚,芒果和牛油果,猕猴桃、蓝莓等,同属蔷薇科的草莓对虫媒传粉的依赖度不高。
注意传媒传送花粉和传媒传播种子不是一回事,譬如狗尾巴花,它的花粉和种子都依靠风媒传播,但种子远比花粉大而重,所以种子通过风力传播距离有限。蒲公英依靠虫媒传粉,但它的种子却靠风媒传播,种子成熟后金黄色花瓣脱落,花托上是一个白色绒球,每一个绒球中有许多粒自带“降落伞”的种子,可以被风力吹到更远的地方。