日本名古屋大学的一组科学家使用专门的显微技术观察了拟南芥植物的内部繁殖过程。他们的研究结果发表在EMBO报告上，揭示了雌花选择性吸引单个雄花背后的机制。这些发现提供了可能有助于优化种子生产和改进农业育种实践的见解。

被子植物，通常称为开花植物，有雄性和雌性生殖器官。在植物繁殖过程中，当运输雄配子的花粉粒落在另一朵花的柱头上时，它就会启动花粉管的形成。该管延伸穿过花柱并进入卵巢，使精子细胞能够到达卵子和胚珠中的中央细胞进行受精。

为了更好地理解这一过程，研究人员使用双光子显微镜创建了一种独特的显微技术。主要作者水田洋子(YokoMizuta)表示，三年的努力就像一次旅程。“它涉及精密的样品处理技术和条件优化，例如激发波长，以实现花朵的深度成像，”她解释道。

利用这项技术，该团队首次观察到活雌蕊内多个花粉管的伸长及其对雌性组织的独特吸引力。这使他们能够识别母体组织发出的信号，该信号通过引导花粉管沿着雄蕊组织伸长并到达受精部位来吸引花粉管。这是实现一对一花粉管引导的精确管理的信号。

一对一的花粉管引导是植物繁殖的关键过程，涉及花粉管到单个胚珠的精确导航。这种机制通过促进胚珠和单个花粉管之间的特异性耦合来确保被子植物的成功受精。

除了促进个体之间吸引力的信号之外，水田和她的同事还惊讶地发现了排斥信号。该信号在吸引花粉管时发出，阻止进一步吸引其他花粉管。除了防止多个精子使同一个胚珠受精的45分钟阻断过程外，排斥信号还会将被拒绝的追求者引向其他未配对的胚珠。

“我发现排斥系统非常迷人，”Mizuta说道。“产生吸引系统的细胞大多是助细胞，而产生排斥系统的细胞则包括多种类型，例如体细胞和配子体细胞，它们处于多个步骤水平。我发现所有耦合都涉及这种吸引和排斥机制，这非常有趣。”

进一步分析表明，一对一花粉管引导过程十分复杂，揭示了一种复杂的调控机制，需要雌雄植物中各种细胞的参与。这种精确的调控确保了成功受精和高效的种子生产，特别是在具有挑战性的环境条件下。

Mizuta强调了这种机制在最大化种子产量方面的重要性。“通过精确地协调花粉管的行为，植物已经进化出一种机制，以确保在有限数量的追求者的情况下在旱地上成功受精和高效种子生产，”她说。

这项研究提供了有关植物如何繁殖的宝贵信息，并有可能通过增加种子产量和提高发芽率来使农业育种受益。

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