研究人员发现种子荚中的自我修复机制

来自西澳大利亚州珀斯附近的班克西亚可可树的成熟果实。该物种的植物还开放了许多种子荚，而没有暴露于火中。这主要发生在高度降水的地区，在这些地区，自发释放的种子具有相对较高的建立自身能力的可能性。一个豆荚通常包含两个种子。它嵌入在木质化的圆锥体中，在这里它被枯死的花朵残留物包围。© 杰西卡·胡斯（Jessica Huss）

一个国际研究团队，包括马克斯·普朗克胶体与界面研究所的成员，在班克西亚植物的种子荚中发现了一种自密封机制：两个荚果瓣之间的交界区中的特殊蜡在升高的环境温度下熔化，从而密封小裂缝。

丛林大火可能造成破坏，但同时又创造新的生命：澳大利亚常见的许多班克西斯属物种都需要加热，才能将其种子从豆荚中释放出来。由于火灾以不规则的间隔发生，因此成熟的种子通常会长时间留在两个瓣荚中，在某些物种中长达17年。在很长的一段时间内，种荚不断地面临环境挑战。这会在水分或病原体进入的地方造成微小的裂缝，并有破坏种子的危险。

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以及西澳大利亚州金斯公园和植物园的同事合作，展示了该植物如何保护种子：种子荚的两个阀门之间的特殊蜡会在升高的环境温度下融化，以确保有效密封这些微小的开口。

研究人员进行的研究集中在三种不同的山龙眼物种：锯齿山龙眼（Bansia serrata）发生在澳大利亚的东部，而弱势芽孢杆菌（B.衰减）和B. candolleana在西南地区很常见。山龙眼属包括许多常绿乔木和灌木。花序由许多由昆虫，鸟类或有袋动物授粉的个体花组成。

吊舱两个阀之间的接合区的电子显微照片。当容器关闭时，该富含蜡的区域能够密封微裂缝。打开的吊舱的高放大倍率显示了该区域的复杂3D结构：可以在粗糙的高程之间看到蜡（明亮的区域）：蜡在45到55摄氏度之间熔化，从而密封了该区域的细微裂缝。© 人民警察

许多物种的种子荚需要很高的温度才能打开，例如由灌木丛火灾引起的。直到最近，还不清楚这种与温度有关的打开机制是如何工作的：“人们普遍认为，种子荚的两个阀门是通过加热时融化的树脂固定在一起的，从而打开阀门，”波茨坦研究所的博士生，该研究的第一作者杰西卡·胡斯（Jessica Huss）说。“但是在阀门之间的连接区域中，我们检测到的是蜡而不是树脂。”为了获得详细的化学特征，研究人员通过拉曼光谱法分析了这些物质。

进一步的调查显示，蜡融化在45至55摄氏度之间，而种子荚直到温度达到54至76摄氏度时才打开。这清楚地表明蜡并未触发阀门的打开。

在先前发表的一项研究中，研究人员提出了证据，证明其打开机理是基于三层豆荚中纤维素纤维的机械性能和不同取向的。杰西卡·胡斯（Jessica Huss）说：“种子成熟时，组织会变干。”“在此过程中，纤维会收缩到不同程度，从而产生预应力。”热量软化了最里面的豆荚层，从而释放了预应力，并导致种子豆荚的两半分裂开。

但是，如果蜡与打开机制无关，它们的功能是什么？“由于某些Banksia物种的种子在植物上保留的时间非常长，并且豆荚永久暴露于紫外线辐射，高温和雨水以及饥饿的鸟喙，因此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，温度通常在45至55摄氏度之间：蜡在炎热的天气中融化，并且在这种液态下，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。他们使用了小块松木板，上面覆盖着一层薄薄的巴西棕榈蜡，然后进行了切割。随后，它们使蜡在某些木板上融化。染色测试表明，液态蜡在短短15分钟内有效地密封了切口：虽然可以对未加热的面板中的空腔进行染色，但加热后的面板中的空腔可以防止染色。

Michaela Eder说：“已证明的自密封机制可能是Banksia属中广泛采用的一种适应方法。”“这种基于温度的自密封系统可能对于诸如以下应用而言很有趣。用于室外结构中尺寸稳定的木材。”

刊物：

Huss JC，Spaeker O，Gierlinger N，Merritt DJ，Miller BP，Neinhuis C，Fratzl P，Eder M（2018）温度诱导的山龙眼卵泡自我封闭能力。皇家学会学报接口15，20180190; DOI：10.1098 / rsif.2018.0190

Huss JC，Schoeppler V，Merritt DJ，Best C，Maire E，Adrien J，Spaeker O，Janssen N，Gladisch J，Gierlinger N，Miller BP，Fratzl P，Eder M（2018）山龙眼种子荚。先进科学5，1700572; doi：10.1002 / advs.201700572