向日葵为什么会向阳

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美国加州大学戴维斯分校的植物学家以及发现了向日葵如何利用内部的生物钟，通过生长激素起作用，在白天跟随太阳生长。相关文章以封面故事形式发表在8月5日的Science上。文章的资深作者Stacey Harmer教授介绍：“这是第一个植物生物钟在自然环境调节生长并对植物有真实反应的例子。”

Harmer是一个研究生物钟的分子生物学家。他通常在实验室研究拟南芥，比向日葵小得多。之前，Harmer的实验室发现了钟基因和植物激素生长素的关系。但是Harmer和他的合作者伯克利的Benjamin Blackman需要一个例子来研究，他们找到了向日葵。

从东到西，再回来

生长中的向日葵每一天都开始头部向东、跟随太阳向西摆动的日子，晚上再回到东面。这个现象早在1898年就被科学家描述了。随着科学水平的发展，人们发现植物体内的生长素会使向日葵茎背光一侧长得快，而叶黄氧化素与生长素相反，它会抑制细胞伸长并且在向阳的一侧累积，从而造成茎的两侧生长速度不同。但是没有人曾认为向日葵向阳生长会与昼夜节律相关。

Harmer实验室的博士后研究员Hagop Atamian进行了一系列向日葵的野外种植、室外盆栽和室内培养的实验。

研究发现通过限制植物让它们不能移动，或者转动盆栽的植物让它们朝向错误的方向，都会扰乱它们跟踪太阳的能力。太阳提供了一个对植物生长促进的能力，当向日葵无法这样做时会出现生物量降低和叶片面积减少。

当向日葵被移到带有固定的顶部光源的室内培养室中去的时候，它们会继续来回摆动几天。Harmer说这说明这种行为是被内部时钟所驱动的。

最后研究人员在白天通过开关培养室相邻顶灯来移动光源的位置，室内的向日葵开始再次跟踪“太阳”。当人工的昼夜节律接近24小时一个周期时，向日葵能够跟上光源的运动，但当昼夜节律接近30小时时就跟不上了。

生物钟和两个生长机制

那么向日葵如何在白天移动它们的茎呢？Atamian将墨水点标记在茎上并用摄像机拍摄。在视频中，他可以测量点之间的距离变化。

他发现当植物追踪太阳时，茎的东侧比西侧生长的快。在夜间，当茎摆动回来时，西侧的增长更快了。该小组在白天植物的向阳面或是在夜晚的另一边，确定了一批高水平表达的基因。

Harmer说在向日葵的茎，似乎是有两种生长机制起作用：第一种根据可获得的光设置植物的基本生长率。第二种由生物钟控制和光的方向影响，使茎在一个方向比另一个增长更多，因此在白天从东向西摆动。

随着向日葵的成熟和花朵的开放，整体的生长减缓。植物在白天停止移动，面朝东方固定。这是因为整体生长速率放缓，生物钟确认相比下午或晚上植物对清晨的阳光反应更强烈，所以白天就逐渐停止向西移动。

为什么面对太阳？

为什么成熟的向日葵面向东方？研究人员将种植在花盆中的向日葵扭向西方后，通过用红外相机检测向日葵的花盘，他们发现在早上向东的向日葵升温更迅速，吸引了五倍的传粉的昆虫。用一个便携式的加热器加热朝西的花盘也会给花带来更多的传粉者。

Harmer说：“蜜蜂喜欢温暖的花。”

该研究由美国国家科学基金会的植物基因组研究计划资助。

该研究计划的主持人Anne Sylvester说：“就像人一样，植物也依靠白天和黑夜的昼夜节律来开展其功能。向日葵像太阳能电池板阵列一样跟着太阳从东到西。现在研究人员进一步利用向日葵基因组的信息来了解为什么向日葵跟随着太阳。”

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