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向日葵为什么总是向着太阳？来听Science封面文章的解释 向日葵，应该是地球上最“崇拜”太阳的生物了。每天清晨，年幼的向日葵总是昂着头，齐刷刷的追随着太阳运动的轨迹，生怕太阳从自己的世界里消失；到了晚上，它们又反过来朝东运动，不愿错过每一天的朝阳。这种对太阳的崇拜伴随着它们成长，直到成年，它们才不在追随太阳，而变成固定朝向东方。这种常见但又神奇现象背后的科学原理，人们一直没办法进行确切的解释。
目前有两种可能的理论。（一）光照会导致生长激素在向日葵茎干的背面聚集，从而导致其向阳性；（二）光照导致茎干细胞渗透压发生变化，向阳面的细胞收缩背阳的细胞膨胀从而导致其向阳性。这两种理论都有一定的根据，那么到底向日葵为什么总是向着太阳？ 加州大学戴维斯分校Stacey L. Harmer教授研究小组用科学的实验解释了“向日葵为什么总是向着太阳”这一从达尔文时代开始就困扰人类的问题，相关工作作为封面文章，发表在Science上。（Circadian regulation of sunflower heliotropism, floral orientation, and pollinator visits. Science, 2016, 353, 587-590, DOI: 10.1126/science.aaf9793） 首先，并不是所有的植物都有向阳性。那么向日葵的向阳性有什么好处呢？作者做了两个实验，（一）在傍晚的时候将向日葵的面盘朝东（经过晚间自调节后，早上向日葵的面盘就朝西了）；（二）将向日葵固定住来阻止其向阳性。结果发现这两种情况得到的向日葵干重以及叶重都降低了10%。这证明了向阳性有助于生长（~~强扭的瓜不甜）。
如果说白天向日葵的运动是受光照影响，那么夜间没有任何外部刺激为什么也会运动而且反向运动呢（下图A）？这要么是向日葵自身的生物钟调节控制，要么是一种惯性反弹（如同时间沙漏）。为了区分这两种可能性，作者选取夏至（16小时白天，8小时夜间）和秋分（12小时白天，12小时夜间）两个时间点，结果发现两种条件下的向日葵都准确的在黎明时朝向东方，并且夏至这一天夜晚向日葵面盘运动速度要高于秋分夜晚（下图C），这说明向日葵夜间的运动是自身生物钟的主动调节而不是惯性反弹。作者接下来把本来在（14小时白天，10小时夜间）环境生长的向日葵移入室内，并在头顶固定角度持续光照。结果这种节奏性并没有因为光照角度固定而消失，但强度会慢慢变弱（下图D）。也就是说向日葵本身还会保持其原来的生理节奏（早上由东朝西，晚上由西朝东），但是没有了外部光照刺激这种节奏性会减弱。 接下来作者人工模拟太阳光照的强度以及角度，但是将白天-夜晚周期进行不同长度的变化。结果显示，当变成30小时周期（20小时白天，10小时夜晚）后，向日葵的面盘并没有在“傍晚时”（20小时）达到最大角度变化，并且夜间运动呈现一种无规律性。当恢复到24小时周期后这种规律性又继续出现（下图E），这进一步说明向日葵自身的生理节奏指导其向阳性，而光照角度以及时长的确能够影响其运动。 那么向日葵的生理节奏是如何影响其向阳性的呢？由于向日葵没有叶枕（用以调节叶片位置，增大受光面积），作者进一步假设向日葵的向阳性是节奏性不对称的躯干生长带来的结果。作者选用一种缺乏赤霉素（生长激素）的短躯干向日葵品种dwarf2（无向阳性）作为研究对象，发现随着外源性赤霉素的刺激，这种向日葵能够恢复躯干生长并表现出向阳性。并且发现白天东侧生长速度快于西侧，夜晚反之。进一步研究发现茎干两侧的类生长素基因表达有巨大差异，对光和生理节奏有响应的基因控制着茎干两侧的不对等生长，而茎干的不对等生长对于向日葵的向阳性是必不可少的。
最后，为什么成熟的向日葵会失去向阳性而是将其面盘固定地对着东方呢？观察发现，随着躯干生长减慢，向日葵白天向西运动的幅度越来越小，导致这种变化的原因是由于早上的光照对向日葵的运动影响最大。成熟向日葵面盘固定地对着东方有什么好处吗？当然有！东朝向的向日葵面盘在上午更容易受到阳光照射，而变的更温暖（下图C），从而更吸引传播花粉的昆虫们；而向西朝向的向日葵温度低，接触授粉昆虫的频率要低五倍左右（下图D），对它们进行额外加热能有所缓解（下图E/F）。 总结一下就是，向日葵的向阳性是由其本身的生理节奏以及外部环境刺激共同决定的。
转自：http://www.x-mol.com/news/2951 & http://science.sciencemag.org/content/353/6299/587 原网页附带英文视频
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