向日葵:我的花盘 转与不转我做主

2020年06月28日
向日葵为我们提供的不仅仅是好吃的瓜子儿,更重要的是永远向着太阳的“笑脸”。那圆圆金灿灿的花盘,就如普照大地的太阳,风靡一时的《植物大战僵尸》里向日葵就是收集阳光的道具。这种设定的渊源大概来自于向日葵是跟着太阳转头的传说。今天我们来解锁一下为什么太阳花会转头?
花向太阳油自生
看到向日葵,就想到太阳,并不是现代人独有的想法。大约在5000年前,北美洲的印第安人不但已经开始种植向日葵,还把这些花朵的形象用在了各种象征太阳的地方;1510年,西班牙探险家把向日葵的种子带回了欧洲,于是这种“太阳花”开始了它的世界之旅。到18世纪,葵花籽油在俄罗斯开始流行,那可是教徒在斋戒期间少有的几种可以吃的油料。
明朝中期,向日葵传入中国,逐渐成为中国北方一种重要的油料植物,要知道向日葵种仁的含油量可以高达70%,在油料界足以傲视群雄。时至今日,向日葵已经成为世界四大油料植物之一。
当然了,向日葵也是很重要的园艺花朵,它们花瓣中的色素一点都不少。
花开两朵 各表一支
与绝大多数菊科植物一样,向日葵的头状花序(俗称花盘)上也有两种花——边缘的舌状花和中央的管状花。
顾名思义,舌状花就是花瓣长得像舌头的花朵,这些花朵通常只有一片舌状花瓣,雌蕊和雄蕊没有很好发育;而管状花就不一样了,它们没有靓丽的大型花瓣,只有包裹雌蕊和雄蕊的管子一样的花瓣。
螺旋状排列的向日葵花盘
(图片来源/PPBC 摄影/李光敏)
这两种花分工极为明确,周围的舌状花负责吸引昆虫,而中央的管状花专司繁殖,就像一个饭店既有招揽客人的服务员,也有专职烹饪的大厨。这样才能在最大程度上有效地利用资源,投入生产种子这件大事儿上去。
但是人类总喜欢一些反植物本性的事情,于是选育出了很多观赏向日葵,它们的管状花也有特别的色彩,与周围的舌状花交相呼应。更有意思的是,很多观赏向日葵品种展现出了多头特征——就是一个植株上有多个“花盘”。这样就进一步加强了观赏性。
人工选育的观赏向日葵(图片来源/PPBC 摄影/黄青良)
尽管观赏向日葵很漂亮,但大家更关心的事情恐怕还是向日葵究竟会不会转头。
少小转头 老大不移
很遗憾,我们到现在也没有完全搞清楚向日葵转头的机制。但是有一点是可以肯定的,向日葵并非一直跟着太阳转动:在花盘还没有绽放的时候,它们会随着太阳从东转到西;但是,在花朵完全开放之后,向日葵花盘基本上就固定不动了,并且绝大多数花盘都指向东方。这大概就是使人产生错觉的原因了。想象一下,我们在清晨来到向日葵丛中,发现向日葵们都齐刷刷的朝向东方,必定会感觉它们是被同一方向的阳光吸引了。实际上,数千年来,人们都是这么认为的。直到1597年,有个英国植物学家约翰·杰拉德(John Gerard)盯着向日葵看了好多天,才找到了上面真实的答案。
不成熟的花盘会随着太阳从东转到西
(图片来源/PPBC 摄影/李光敏)
就算成熟的花盘不转,但不成熟的花盘还是会转动的啊,究竟是什么装置在驱动向日葵转头运动呢?可以肯定的是向日葵里面并没有齿轮,它们转头的动力来自于不同部位细胞生长速度的差异。生长快得一次堆积了更多的细胞,必然要弯向生长慢的那一侧了。可是,光照和热都会影响到植物的生长,那么真正让向日葵转头的原因到底是什么?
花儿朵朵向太阳
在植物体内有一种叫生长素的物质,它们的数量指挥着植物细胞的生长和分裂。而光照恰恰会影响生长素的分布,它们会跟光线玩“捉迷藏”。于是,茎杆受光照射一侧的生长素浓度低,背光一侧的生长素浓度高。这样一来,背光一侧的细胞生长会更快一些,而受光一侧的比较慢,向日葵的嫩芽就朝太阳的方向弯头了;夜晚的时候,向日葵的花盘会转回来,因此,它随着太阳转头之谜就不言而喻了——重力影响生长素的分布而产生转头的情况。但是,在向日葵花盘打开后,茎生长减缓,所以基本固定,但是仍有很小范围的摆动。
不过,对生长素的影响,只是光照诱导植物运动的途径之一。光照还可以影响细胞内水分多少(膨压),促使花瓣和叶片运动。如果我们观察一下蒲公英的花朵,就会发现,白天怒放的蒲公英花朵在太阳落山后都不见了踪影,这就是因为细胞失去了光的刺激,改变了细胞膜的通透性,引发水分流动,从而造成两侧细胞压力的变化,最终使得花序闭合起来。当第二天太阳升起的时候,在光的刺激下,细胞膜的通透性再次发生变化,于是蒲公英的花序就再次打开了。
“终身大事”靠温度
还有一种观点认为温度会影响向日葵转头,持此观点的学者认为光,特别是冷光,对向日葵的转动没有影响,而热却会影响向日葵的转动。因为热量会影响花盘的纤维收缩,从而促使花盘转动。据说,一旦在向日葵旁边放置火盆,向日葵的花盘就会朝着火盆。但是未见到实验数据。
事实上,有些花朵确实会感受到温度变化,并且会根据气温的高低来决定自己的开花时间,郁金香和番红花就是如此。因为温度变化会引起花瓣背腹生长速度的变化,一般来说,处于夜晚低温环境时,花瓣外侧细胞的生长速度比较快,所以花朵处于闭合状态,而白天温度升高,花瓣内侧的生长加快,促使花瓣向外打开。对植物来说,这可不是一个简单的游戏,因为在合适的温度下开放花朵,更有利于将自己的花粉传播出去,同时接受花粉。当温度不合适的时候,关闭花朵,可以有效地保护花粉和胚珠。看似简单的运动,其实关系到植物的“终身大事”。
来源:知识就是力量公众号