北京大学生命科学学院钟声研究员与瞿礼嘉院士合作揭示被子植物两次受精事件对受精补偿效率的关键作用

被子植物是陆地生态系统的重要组成部分，其演化的成功在很大程度上依赖于其高效的有性生殖方式。一方面，被子植物通过持续生长的花粉管在助细胞分泌的花粉管吸引信号的引导下精准进入胚囊释放两个精细胞到雌配子附近，这种粉管授粉的方式让被子植物的有性生殖过程摆脱了对水的依赖。另一方面，被释放出的两个精细胞可以分别与卵细胞和中央细胞融合，形成胚和胚乳。在种子发育过程中，胚和胚乳协同发育，胚乳为传递遗传物质的胚提供了重要营养，因此被子植物特有的这种双受精的受精方式为其高效地繁殖后代提供了重要保障。然而，在自然条件波动或遗传缺陷影响下，双受精并非总能成功。为应对这一风险，被子植物在进化过程中形成了一种重要的生殖“补救”机制——受精补偿（Fertilization recovery）机制：当第一根花粉管未能完成受精时，胚珠中尚未降解的宿存助细胞继续分泌花粉管吸引信号，吸引第二根花粉管，为受精提供额外机会。尽管这一现象早已被观察到，但由于双受精包含卵细胞与中央细胞两次相互独立的受精事件，这两次事件在多大程度上影响宿存助细胞的存活以及受精补偿效率缺乏系统、定量的观察和分析，使得该问题成为植物生殖领域的一个长期未阐明的问题。

2026年2月9日，北京大学生命科学学院钟声研究员与瞿礼嘉院士合作在Science China Life Sciences期刊在线发表题为“The contributions of two fertilization events to the fertilization recovery efficiency in Arabidopsis”的研究论文，该研究利用一系列遗传材料分别模拟3种不同类型的受精失败事件，对宿存助细胞存活率和受精补偿效率进行了系统性分析。研究发现，在双受精失败时，胚珠中宿存助细胞几乎全部存活，即双受精失败的所有胚珠具有受精补偿的潜力，受精补偿效率的限制因素是胚珠启动受精补偿时是否有可用花粉管，并且受精补偿效率可通过连续、充足的花粉供给提高至近100%。此外，本研究还发现在单受精失败的情形中，不同受精失败事件对宿存助细胞存活以及受精补偿效率的贡献存在显著差异——卵细胞受精失败情况下，约有48.2%胚珠的宿存助细胞能够存活，所触发的受精补偿效率为43.1%，在中央细胞受精失败的情况下，约有27.5%胚珠的宿存助细胞能够存活，所触的受精补偿效率为19.9%。这一结果表明，卵细胞受精失败相较于中央细胞受精失败在维持宿存助细胞存活、启动受精补偿过程中起主导作用。

图1 双受精失败和两种单受精失败的情况下宿存助细胞存活比例及受精补偿效率

综上所述，本研究系统解析了两次受精事件对被子植物受精补偿效率的关键作用。该发现为理解被子植物有性生殖过程中的稳定性与容错机制提供了新的理论框架，也为今后在作物育种中提升育性稳定性提供了重要理论依据。

北京大学生命科学学院博士后汪源、北大-清华生命科学联合中心博士生刘亚霄、生命科学学院已毕业的李文昊博士为该论文共同第一作者，钟声和瞿礼嘉为本论文共同通讯作者。博士研究生路菡参与该项研究工作。该项研究得到了国家自然科学基金、新基石研究员项目以及北大-清华生命联合中心的资助支持。