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向日葵的秘密（第1页）

向日葵的秘密

向日葵原产北美洲，于1510年被西班牙殖民者带回欧洲，在我国万历年间又由传教士传人中国。

西方博物学家都注意到向日葵的向日性，在我国也有类似的记载。明末清初的学者在记载向日葵时，特别提及其向日性，1688年出版的{花镜）说得更是详细：“向日葵，一名西番葵。高一、二丈，叶大于蜀葵，尖狭多刻缺。六月开花，每杆顶上只一花，黄办大心，其形如盘。随太阳回转，如日东升则花朝东，口中天则花直朝上，日西沉则花朝西。”

其实，向日葵并非一直向日，像工具书那样笼统地说向日葵“常朝着太阳”，是不准确的。向日葵从发芽到花盘盛开之前这一段时间，的确是向日的它的叶子和花盘在白天追随太阳从东方转向西方，不过并非即时的跟随，植物学家有过精确的测量，其花盘的指向落后太阳大约12度，即48分钟。太阳下山后，向日葵的花盘又慢慢往回摆，在大约凌晨3点时，又朝向东方等待太阳的升起。但是，花盘一旦盛开后，就不再向日转动，而是固定朝向东方了。

绿色植物的向阳性，实际上是为了充分地利用阳光进行光合作用，因此，植物的向阳性性实际上是向光性。古人虽然很早就注意到植物的向日性，曹植《求通亲亲表》说：“若葵藿之倾叶，太阳虽不为之回光，然终向之者，诚也”，但只将之解释为“物性”，用来做比喻，却没有想到要用科学方法对其中的奧秘进行研究。

最早研究植物向光性的是生物学之父达尔文。一次，他在随一艘船进行环球旅行时，随身带了几只鸟，为了喂养这些鸟，又在船舱中种了一种叫草芦的小草。船舱很暗，只有窗户透射进阳光。达尔文注意到，草的幼苗总是向窗户的方向弯曲、生长。但后来几十年间，达尔文忙于创建进化论，直到其晚年，才开始着手进行一系列实验研究向光性的问题。

在1880年出版的{植物的运动力）一书中总结了这些实验结果。达尔文是用草的种子做这些实验的。草的种子发芽时，胚芽外面套着一层胚芽鞘，胚芽鞘首先破土而出，保护胚芽在出土时不受损伤。达尔文发现胚芽鞘是向光性的关键。如果把种子种在黑暗中，它们的胚芽鞘将垂直向上生长。如果让阳光从一侧照射秧苗，胚芽鞘则向阳光的方向弯曲。如果把胚芽鞘尖端切掉，或用不透明的东西盖住，虽然光还能照射胚芽鞘，胚芽鞘也不再向光弯曲。如果是用透明的东西遮盖胚芽鞘，则胚芽鞘向光弯曲，而且，即使用不透光的黑色沙土掩埋胚芽鞘而只留出尖端，被掩埋的胚芽鞘仍然向光弯曲。达尔文推测，在胚芽鞘的尖端分泌一种信号物质，向下输送到会弯曲的部分，是这种信号物质导致了胚芽鞘向光弯曲。

达尔文的发现随后引起了生物学家们浓厚的兴趣。1913年，丹麦生物学家波义森一简森进一步验证了达尔文的推测。他切下胚芽鞘的尖端，在切面上放上一层凝胶，再把尖端放回去，胚芽鞘的向光性保持不变。但是如果在中间放的不是凝胶而是不通透的云母片，向光性就消失了。而且，只有把云母片插在切面背光的一面，才会防止向光性，如果是插在向光的一面，则向光性正常。这就表明信号物质是从胚芽鞘尖端传递到胚芽鞘背光的一面，使那里的细胞生长速度要比向光的一面快，导致弯曲。1918年帕尔证实了波义森一简森的结果。他在黑暗中切下胚芽鞘的尖端，用光照射该尖端后再放回胚芽鞘的切面，但是放的时候偏离中心，放在一侧，他发现胚芽鞘生长时就往另一侧弯曲。

那么，影响植物生长的这种生长素又是什么化学物质呢?可惜的是，胚芽鞘尖端所含的生长素的量实在是太少的，没法将之提取、纯化和测定其化学结构。科学家们只能用从其他来源提取的物质用燕麦测定法测定其生长素活性。1931年，荷兰科学家科格尔和哈根一史密特首次从人尿中提取出了一种能刺激植物生长的物质，称之为生长素A（即三醇酸）。科格尔后来又从人尿中提取出了几种生长素，其中活性最强的是β-吲哚乙酸，这种物质实际上早在1885年被从发酵液中提取出来了，只不过人们当时不知道它是一种生长素。β-吲哚乙酸成了人们所发现的第一种真正的植物生长素，也是最主要的生长素。

对于生长素影响植物的生长状况，简单来讲是这样的：光照射到芽的尖端，被光受体（某种蛋白质）吸收，激发生长素的合成。光同时刺激在向光面和背光面的生长素的合成，但是背光面的生长素合成量要高三倍。在芽尖合成的生长素经由维管组织向下传输，与细胞膜上的蛋白质受体结合，刺激细胞壁拉长。由于背光面的生长素浓度较高，导致背光面的细胞被拉得较长，从而朝着向光面弯曲。生长素还有许多特性，比如，如果含量太高，它将抑制而不是刺激植物的生长。

现在我们再回到向日葵。显然，向日葵的叶子和花盘之所以能朝着太阳转动，在阳光的照射下，生长素在向日葵背光一面含量升高，刺激背光面细胞拉长，从而慢慢地向太阳转动。在太阳落山后，生长素重新分布，又使向日葵慢慢地转回起始位置，也就是东方。

在花盘盛开后，向日葵也停止了生长，而把花盘固定朝向东方。为什么最后要面向东方而不是其他方向或朝上呢?这可能是自然选择的结果，对向日葵的繁衍有益处。向日葵的花粉怕高温，如果温度高于30摄氏度，就会被灼伤，因此固定朝向东方，可以避免正午阳光的直射，减少辐射量。但是，花盘一大早就受阳光照射，却有助于烘干在夜晚时凝聚的露水，减少受霉菌侵袭的可能性，而且在寒冷的早晨，在阳光的照射下使向日葵的花盘成了温暖的小窝，能吸引昆虫在那里停留帮助传粉。

近几年来，随着科学技术水平的不断提高，科学家还对向日葵向阳种种现象的解释做出了新的相关补充。他们不但从向日葵的茎叶生长区内发现了新的有较高浓度的叶黄氧化素。这种物质同生长素相反，可以阻止细胞伸长。科学实验不断表明：当光由茎的一侧照射30分钟后，向日葵幼苗生长区的两侧，它的叶黄氧化素的浓度主要分布为：向光的一侧浓度相当高，背光的一侧浓度相当低。这正好与生长素的浓度分布相关规律相反。这样说来。向日葵的向阳性和叶黄氧化素也有十分大的关系。即向日葵的向阳是生长素和叶黄氧化素共同作用的重要结果。

在研究植物向阳生长时，人们发现许多向阳植物的地下部分虽然照不到阳光，但也能对光作出反应。这个令人迷惑的问题长期以来一直无人能够理解，直到最近科学家才发现植物的身体能传导光线，就像光导纤维能把光传到恰当部位一样。照射到植物地面部分的阳光，可以通过植物身体的基干，向植物体的其他方向传去。