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自我修复机制保护种子

包括马克斯普朗克胶体和界面研究所成员在内的国际研究团队在山龙眼植物的种子荚中发现了一种自密封机制:两个荚阀之间的连接区域中的特殊蜡在高温环境下熔化,从而密封小裂缝。

布什火灾可能会导致破坏 - 但同时也会创造新的生命:澳大利亚常见的许多种类的班克西亚种需要加热才能使种子从豆荚中释放出来。由于火灾是以不规则的间隔发生的,因此成熟的种子通常长时间保留在双瓣荚中 - 在某些物种中长达17年。在这么长的时间内,种子荚经常面临环境挑战。这可能会导致水分或病原体进入的微小裂缝,并有破坏种子的风险。

波茨坦马克斯普朗克胶体与界面研究所的科学家与德累斯顿工业大学,维也纳自然资源与生命科学大学,西澳大利亚国王公园和植物园的同事合作,展示了植物如何保护种子:种子荚的两个阀门之间的特殊蜡在高温环境下熔化,确保这些微小的开口得到有效密封。

研究人员进行的研究主要集中在三种不同的山龙眼物种:银河系(Banksia serrata)发生在澳大利亚东部,而B。 attenuata和B。 candolleana在西南部很常见。山龙眼属包括许多常绿乔木和灌木。花序由许多单独的花组成,这些花被昆虫,鸟类或有袋动物授粉。

许多物种的种子荚需要非常高的温度来打开,例如由丛林火灾引起。直到最近,还不清楚这种与温度相关的开放机制是如何工作的:“通常认为种子荚的两个阀门由加热时融化的树脂结合在一起,从而打开阀门,”博士生Jessica Huss说。在波茨坦研究所和该研究的第一作者。“但在阀门之间的连接区域,我们检测到了蜡而不是树脂。”为了实现详细的化学表征,研究人员通过拉曼光谱分析了这些物质。

进一步的研究表明,蜡在45到55摄氏度之间融化,而种子荚直到达到54到76摄氏度的温度才打开。这清楚地表明蜡不会触发阀门的打开。

在之前发表的一项研究中,研究人员提出的证据表明,开放机制是基于三层豆荚中纤维素纤维的机械性质和不同取向。“当种子成熟时,组织会干燥,”杰西卡·胡斯说。“在此过程中,纤维会收缩到不同程度,从而产生预应力。”加热软化最里面的豆荚层,从而释放预应力并使种子荚的两半分开。“

北京赛车pk10开奖但是,如果它们与开启机制无关,那么蜡的功能是什么?“由于种子在一些山龙眼属植物中长时间留在植物上,因为豆荚永久暴露于紫外线辐射,热量和雨水以及饥饿鸟类的喙,我们认为蜡具有保护作用, “这位科学家说。“在澳大利亚的许多地区,夏季暴露在阳光下的地区45至55°C的温度并不罕见:蜡在炎热的天气融化,在这种液态下,它们能够反复密封小裂缝。”

基于一个简单的模型,研究人员测试了这种蜡是否实际上能够密封木材中的裂缝。他们使用了一小块松木,用一层薄薄的巴西棕榈蜡覆盖,然后涂上切口。随后它们使蜡在一些木板上熔化。染色测试表明,液体蜡在15分钟内有效地密封了切口:虽然可以对未加热的板中的空腔进行染色,但加热板中的空腔可以抵抗染色。

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