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，观察倍數2500倍)。

    自然界永远是人类所不及的艺术大师，多姿多彩的有形世界让人类尽情享受“免费的“视觉大餐。但人类的视觉难以延伸到超越肉眼可视极限的微小物质。借助放大功能强劲的仪器则可观察到令人惊叹的微观世界。比如，科学家为了满足“窥视”花粉微观世界的好奇心，就要付出“昂贵的”金钱代价。因为花粉粒需要经过细致的前期处理，镀金之后才能利用扫描电子显微镜来观察微小花粉粒形态与精细的结构。本文通过图片的形式介绍花粉及其形态的基础知识，最后向读者介绍利用最简单快捷的办法来认识、接触并观察花粉。花粉微观形态结构大多数具有完美的形态对称和规则的表面雕纹，最近分子材料科学研究从花粉粒表面丰富多彩的纹饰中得到启示进行仿生结构的研究(有些网状花粉表面类似纳米结构)。比较典型的花粉表面雕纹有网状、刺状、棒状、条纹状，这些丰富的雕纹特征成为鉴别花粉种类的重要元素。经过“显微美容手术”(在保持花粉粒本身形态特征的科学内容不变的前提下进行虚拟色彩的图像艺术处理)，无形的微小颗粒倍显眩目亮丽。
    花粉科普知识与科学研究
    花粉源自种子植物的雄蕊，是植物的雄性生殖细胞。事实上，花粉无时不与人类保持“亲密接触”，从呼吸的空气到饮用的水，甚至食用的蔬菜，都可能含有花粉粒。围绕花粉，科学家可以提出很多复杂而有趣的科学问题。比如，为什么花粉粒富含信息、植物在时间序列上如何演化与多样化等等，这些问题可以直接或间接从花粉粒身上寻找显微线索。上帝似乎有意创造花粉粒外壁耐受酸碱腐蚀的有机高分子物质，所以能在漫长的地质历史时期历经地球沧海桑田而难以被破坏，也许这也是上帝有意给人类留下打开植物演化历史之迷的显微钥匙?花粉形态学则是研究这些科学问题的基础。丰富多彩的植物多样性，与其对应的花粉粒特征同样存在着一致的多样性现象。形态学研究的主要目的是对不同类型的花粉特征进行描述与分类，依据花粉粒的萌发器官的数量、位置与特征，并结合花粉表面雕纹等信息，为不同植物种类的花粉特征建立检索信息库，依据现代花粉形态信息库，则可为化石花粉类型的种类鉴定提供不可或缺的对比信息。
    微小花粉粒蕴含种子植物的遗传基因信息，在植物界的遗传、发育与演化过程中扮演着重要角色。在传粉生态学，系统与进化植物学研究领域，花粉与昆虫以及花粉与环境之间的相互作用，植物与环境的协同进化等研究日渐深入。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与形成机理、花粉外壁层次的功能等研究领域，目前仍然有很多科学问题等待科学家去回答，在植物的起源、进化与演化研究领域，花粉外壁的结构与花粉颗粒表面的丰富特征，给植物的系统发育与演化等研究提供了非常有价值的信息。总之，小小花粉粒给科学家以宽广的遐想空间，虽然花粉粒本身将永远保持沉默，但科学研究的脚步却永往直前，隐藏在小小花粉粒背后的尚未发现或解决的科学问题正等待着科学家去发现和解决。
    认识与接触花粉
    最简单直接认识花粉的途径是利用数码相机给植物的雄蕊进行近距离放大拍照，当然不是所有植物的花蕊经过普通数码相机就能看到，因为不同植物的花粉粒大小相差很大。常见的松科类型(松，云杉，罗汉松等)，锦葵科植物(草芙蓉，木槿，锦葵，蜀葵等)，部分旋花科植物(如茑萝松)的花粉都可用数码相机拍摄清楚花粉粒。如果想让雄蕊上的花粉看得更清楚一些，那就要用立体显微镜来观察(如海州常山花药局部的花粉粒)。此外，如果要看清楚花粉表面的细节，则需要把花粉放在载玻片子上使用生物显微镜来观察(不是所有的植物花粉都可在光学显微镜下直接观察到表面细节，对那些表面特征明显，花粉粒较大者则可看清楚，如草芙蓉的花粉粒，表面具有较长的刺)。如果希望花粉粒表面的细节特征一览无余，就需要用扫描电子显微镜，对样品的处理、观察的技术与设备要求也非常严格。
    作者简介
    毛礼米，博士。中国科学院南京地质古生物研究所副研究员。主要从事花粉形态学与古生态学研究。