传粉技术哪家强？肥皂泡泡能帮忙 | Cell Press青促会述评

传粉，对于有花植物而言，是指成熟的花粉从雄蕊的花药散出并传递到雌蕊柱头上的过程。这一过程看似不起眼，却是有花植物世界中最重要的一项生殖活动，不仅事关下一代的“健康成长”，而且关系到我们美丽的地球家园的“可持续发展”。除去一些自花传粉的物种，异花传粉的植物通常需要借助传粉媒介的帮助来完成传粉的过程。有花植物的传粉方式多种多样：有的借助风力传送花粉，如杨树，桦树等；有的借助水力传送花粉，如金鱼藻、水鳖等水生植物；更多的植物则是借助动物，特别是昆虫进行传粉。

在传粉的昆虫中，蜜蜂是绝对的网红，妥妥的勤劳、奉献的人设（虫设）。养蜂业自身的产值也许并不算大，但它对主要经济作物的增产贡献却是无法估量的。当前，全球约四分之三的作物依靠蜂类或其他昆虫传粉。然而，杀虫剂的使用、土地开垦以及气候变化，造成了传粉昆虫数量锐减，威胁到粮食安全。虽然人工授粉能够解决一些问题，但这种方式费时费力，效率低下。机器喷射花粉比人工授粉更加快捷，但其有效授粉率很低，花粉被大量浪费，成本也相应上升。问题来了：能不能找到一种价廉物美，简单高效的方法来辅助植物传粉呢？

一个魔幻的场景出现了：一群天真烂漫的孩子，每人手持一个肥皂泡泡机，冲进田间地头玩泡泡，不一会儿的功夫，孩子们泡泡玩够了，植物传粉的工作也完成了。听起来是不是特别不可思议，像是格林童话？不，这可能是真的。近期Cell Press细胞出版社旗下开放获取期刊 iScience 报道了来自日本北陆先端科学技术大学院大学（JAIST）Eijiro Miyako团队的创新技术——肥皂泡传粉技术，只是这项技术不需要孩子们参与，而是采用无人机来吹泡泡。

可能大家不太好理解，肥皂泡不是拿来玩的么？怎么还能传粉？这是因为肥皂泡具有天然的薄膜几何结构，拥有稳定的可以溶解花粉的液膜，同时还有极大的授粉表面积（相对于花朵）。肥皂泡质量轻，柔软韧性好，直接喷射不会对花造成机械损伤。此外，肥皂泡环保易降解，成本还特别低。所有这些特性似乎表明肥皂泡就是为传粉而生。说实话，笔者也实在想不出比肥皂泡更好的传粉工具了。

当然，该研究使用的肥皂泡与大家通常玩的肥皂泡并不一样，而是添加了特殊的表面活性剂，并把花粉溶解其中。在肥皂泡离体授粉实验中（图1），作者试验了多种不同的表面活性剂，包括月桂酰胺丙基甜菜碱，聚氧乙烯十二烷基醚硫酸钠，十二烷基羟基磺基甜菜碱，聚氧乙烯烷基醚硫酸钠，以及一种乙二胺。比较分析结果显示，月桂酰胺丙基甜菜碱相比其他表面活性剂的表现更好，这种表面活性剂具有更高的肥皂泡形成能力，而且其携带的花粉在萌发和花粉管生长等方面都有更好的表现。

选出合适的肥皂泡，接下来就是与传统人工授粉比拼实操了。研究人员选取了果园中的梨树作为实验对象，结果发现相比人工授粉等其他传统授粉方式，肥皂泡授粉的花粉表现出了更高的活性（图2）。肥皂泡授粉不仅行之有效，还能降低劳动成本和花粉成本。

最后，运输泡泡的大杀器——无人机闪亮登场，但是无人机实在是“太拉风”啦，螺旋桨常常会对肥皂泡的稳定性造成影响。为解决这一问题，研究人员在肥皂液中加入了2%的羟丙基甲基纤维素（HPMC）来增强泡泡的机械稳定性。结果惊喜的发现肥皂泡的稳定性显著提高，能够抵挡无人机螺旋桨的影响，而其携带的花粉活性以及授粉成功率也能得到保证（图3）。

至此，一种全新的植物授粉技术成型了。挂载肥皂泡泡机的无人机不仅能成功的对植物进行授粉，而且相较人工授粉等其他授粉方式有很多的优势，完全可以解决当前植物授粉中面临的主要难题！当然，研究人员并没有就此满足，他们还对这项技术提出了进一步的改良设想，如寻找生态友好型，甚至可食用的表面活性剂来替代当前的月桂酰胺丙基甜菜碱。而在精准自动授粉机器人研发方面，作者也从机器人定位及制图、视觉感知、路径规划、运动控制和操作技术等方面进行了展望。

用“过家家”的方式轻松解决人类社会面临的大问题，这就是科学的魅力。感慨于研究人员独辟蹊径的同时，笔者也想班门弄斧，提出两条补充建议：

1. 不妨给无人机挂载“分导式”花粉泡泡机，一次挂载更多种类的花粉，这样就可以同时为几十种甚至上百种植物授粉，不但可以应用于农作物授粉，甚至还可以应用于野生植物的人工繁育保护。

   
   

2. 配合“分导式”泡泡机，给无人机安装人工智能植物识别软件（如当前已经取得不错效果的“花伴侣”植物识别APP）。无人机访问不同植物时，就可以首先采用识别软件对植物进行准确鉴定，然后引导泡泡机配送对应物种的花粉泡泡，达到高效精准授粉的目的。

原文刊载于 CellPress 细胞出版社

旗下期刊 iScience 上，

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