向日葵為何逐日而生

房裕東

向日葵因其花朵經常朝向太陽而得名，它的這一特點也常與人們向往溫暖和光明的美好心愿聯系在一起。印加帝國時期，向日葵被視為太陽神的化身;我國北宋文學家司馬光曾用詩句“更無柳絮因風起，唯有葵花向日傾”來表明自己不愿摧眉折腰，對國家忠心不二的態度。上千年來，向日葵一直受到人們的喜愛和贊頌。你知道向日葵為什么會隨著太陽而轉動嗎？

向日葵何時逐日

向日葵追隨太陽轉動的現象很早就引起了科學家們的好奇。早在1898年，美國植物學家約翰·沙夫納就系統地記錄了向日葵花盤的運動軌跡，其逐日運動主要分成三個階段：一、從日出到日落期間，花盤會隨太陽自東向西轉動，不過轉動并非實時，而是落后太陽運動大約48分鐘;二、落日到晚上10點期間，向日葵會慢慢回到豎直的狀態，然后不動;三、凌晨3點后，花盤會緩慢向東轉動，直至朝向東方，等待太陽的再次升起。

此外，向日葵的逐日運動只發生在花盤尚未開花或者剛開放不久的一段時間，如果花盤已完全開放或者已完成授粉，向日葵就不再追隨太陽運動了，而是會一直朝向東方。

向日葵為何逐日

在了解了向日葵花盤的運動規律之后，植物學家們開始探究向日葵為何會逐日運動。向日葵彎曲的部位位于莖稈頂端以下10～15厘米處，于是植物學家們分別破壞了莖稈頂端和彎曲部分的莖稈的兩側，但這未能影響花盤的逐日運動。他們又去掉了向日葵的葉片，這時花盤便不再向著太陽運動了。這說明，向日葵的葉片對于花盤的運動至關重要，葉片是花盤逐日運動的必要條件。

那么，向日葵是如何通過葉片來實現逐日運動的呢？2016年《科學》雜志的一篇封面文章揭示了向日葵這一迷人現象背后的部分機制。

植物莖稈的彎曲大多是由兩側的生長速度不同導致的——如果莖稈的一側生長快而另一側生長慢，莖稈就會向生長速度慢的一側彎曲。植物學家們觀測了向日葵花盤運動時莖稈上部分的生長速度，發現白天時莖稈東側的生長速度比西側的快，而晚上時莖稈西側的生長速度比東側的快，這與向日葵花盤白天自東向西、晚上自西向東的運動軌跡相符合。這也證明，向日葵花盤的轉動是靠莖稈不停調節兩側生長速度而實現的。日后的研究進一步證實，向日葵的葉片被不同強度的光照射后，會產生濃度不同的生長素。向光一側的葉片產生的生長素濃度比背光一側的葉片產生的生長素濃度低，這就導致背光一側的莖稈的生長速度比向光一側的莖稈的生長速度要快。

植物的向光性由何決定

像向日葵這樣由于受光照射而生長彎曲的現象被稱為向光性。第一個研究植物向光性的是大名鼎鼎的達爾文。因為金絲雀虉草胚芽鞘生長快、向光現象明顯，便于觀察實驗結果，所以當時達爾文選用金絲雀虉草的幼苗進行了胚芽鞘的向光性實驗。他將金絲雀虉草隨機分成四組：第一組用不透光的黑色小帽套在胚芽鞘的尖端，第二組用透明的小帽套在胚芽鞘的尖端，第三組用不透光的黑紙套在胚芽鞘尖端以下幾厘米的地方，第四組不做任何處理。達爾文將這四組金絲雀虉草放在煤氣燈旁，幾個小時后，有趣的現象出現了：只有第一組被套住尖端的金絲雀虉草保持著直立生長狀態，另外三組都向光彎曲了。達爾文由此得出結論：胚芽鞘的尖端是植物感受光照的部位，尖端會分泌出一種物質并向下傳遞某種信號，從而造成植物向光彎曲的現象。

植物尖端到底是通過什么途徑向下傳遞信號的呢？1910年，丹麥植物學家波森·詹森對此提出了兩種假設：一是通過物理方式——電信號，二是通過化學方式——某種化學物質。波森·詹森用瓊脂片（一種可以透過化學物質且無導電性的膠體）和云母片（一種不能透過化學物質也無導電性的天然礦物）進行了如下實驗：將實驗植物的莖尖與彎曲部位水平切開，然后在中間各放置一塊瓊脂片或云母片，再將其置于單側光照射的環境下數個小時。結果顯示，插入了瓊脂片的植物莖尖可以朝向光側彎曲，而插入了云母片的植物莖尖不能朝向光側彎曲。這說明，植物莖尖產生的刺激可以透過瓊脂片傳遞給下部，莖尖是通過產生某種化學物質并將其運輸到植物下部，然后促進下部的生長，影響其彎曲的。

此后，多位科學家做了很多實驗以探究這種促進植物生長的化學物質到底是什么，直至1942年，他們才確認這種物質是吲哚乙酸（IAA），一種植物天然生長素。生長素主要分布在植物旺盛生長的組織器官內，如根尖、莖尖、幼嫩的種子等。植物的向光性彎曲確實是因為生長素的不均勻分布所致。當光照不均勻時，尖端產生的生長素會從向光側往背光側橫向運輸，這樣一來，背光側接收到的生長素比向光側的多，所以背光側的生長速度更快，導致植物向生長速度較慢的向光側彎曲。

生長素在植物生產中的應用

生長素其實具有二重性的特質，濃度不同的生長素會產生兩種截然不同的效果：低濃度時，促進細胞生長;高濃度時，抑制細胞生長。以塔形的圣誕樹為例，上小下大的樹冠就是生長素二重性的典型表現：距離頂芽最近的側芽得到了自身產生的和從頂芽輸送的多重生長素，但高濃度的生長素反而抑制了側芽的生長，使得側枝長得較小;而越往下，從頂芽運輸而來的生長素越少，對側芽的生長抑制作用逐漸減弱，側枝反而長得越來越大。當然，如果人為地去掉頂芽，側芽處的生長素濃度就會降低，側枝的生長速度就會加快。這就是為什么農民在培育棉花、茶葉等作物時，都會在植物很小的時候摘除它們的頂芽，因為這樣不僅可以防止植株長得太高而不便采收，還可以促使側芽生長，多開花、多結果，提高產量。

（李恒克摘自《百科知識》2022年第8期）