向日葵为何逐日而生

房裕东

向日葵因其花朵经常朝向太阳而得名，它的这一特点也常与人们向往温暖和光明的美好心愿联系在一起。印加帝国时期，向日葵被视为太阳神的化身；我国北宋文学家司马光曾用诗句“更无柳絮因风起，唯有葵花向日倾”来表明自己不愿摧眉折腰，对国家忠心不二的态度。上千年来，向日葵一直受到人们的喜爱和赞颂。你知道向日葵为什么会随着太阳而转动吗？

向日葵何时逐日

向日葵追随太阳转动的现象很早就引起了科学家们的好奇。早在1898年，美国植物学家约翰·沙夫纳就系统地记录了向日葵花盘的运动轨迹，其逐日运动主要分成三个阶段：一、从日出到日落期间，花盘会随太阳自东向西转动，不过转动并非实时，而是落后太阳运动大约48分钟；二、落日到晚上10点期间，向日葵会慢慢回到竖直的状态，然后不动；三、凌晨3点后，花盘会缓慢向东转动，直至朝向东方，等待太阳的再次升起。

此外，向日葵的逐日运动只发生在花盘尚未开花或者刚开放不久的一段时间，如果花盘已完全开放或者已完成授粉，向日葵就不再追随太阳运动了，而是会一直朝向东方。

向日葵为何逐日

在了解了向日葵花盘的运动规律之后，植物学家们开始探究向日葵为何会逐日运动。向日葵弯曲的部位位于茎秆顶端以下10～15厘米处，于是植物学家们分别破坏了茎秆顶端和弯曲部分的茎秆的两侧，但这未能影响花盘的逐日运动。他们又去掉了向日葵的叶片，这时花盘便不再向着太阳运动了。这说明，向日葵的叶片对于花盘的运动至关重要，叶片是花盘逐日运动的必要条件。

那么，向日葵是如何通过叶片来实现逐日运动的呢？2016年《科学》杂志的一篇封面文章揭示了向日葵这一迷人现象背后的部分机制。

植物茎秆的弯曲大多是由两侧的生长速度不同导致的——如果茎秆的一侧生长快而另一侧生长慢，茎秆就会向生长速度慢的一侧弯曲。植物学家们观测了向日葵花盘运动时茎秆上部分的生长速度，发现白天时茎秆东侧的生长速度比西侧的快，而晚上时茎秆西侧的生长速度比东侧的快，这与向日葵花盘白天自东向西、晚上自西向东的运动轨迹相符合。这也证明，向日葵花盘的转动是靠茎秆不停调节两侧生长速度而实现的。日后的研究进一步证实，向日葵的叶片被不同强度的光照射后，会产生浓度不同的生长素。向光一侧的叶片产生的生长素浓度比背光一侧的叶片产生的生长素浓度低，这就导致背光一侧的茎秆的生长速度比向光一侧的茎秆的生长速度要快。

植物的向光性由何决定

像向日葵這样由于受光照射而生长弯曲的现象被称为向光性。第一个研究植物向光性的是大名鼎鼎的达尔文。因为金丝雀虉草胚芽鞘生长快、向光现象明显，便于观察实验结果，所以当时达尔文选用金丝雀虉草的幼苗进行了胚芽鞘的向光性实验。他将金丝雀虉草随机分成四组：第一组用不透光的黑色小帽套在胚芽鞘的尖端，第二组用透明的小帽套在胚芽鞘的尖端，第三组用不透光的黑纸套在胚芽鞘尖端以下几厘米的地方，第四组不做任何处理。达尔文将这四组金丝雀虉草放在煤气灯旁，几个小时后，有趣的现象出现了：只有第一组被套住尖端的金丝雀虉草保持着直立生长状态，另外三组都向光弯曲了。达尔文由此得出结论：胚芽鞘的尖端是植物感受光照的部位，尖端会分泌出一种物质并向下传递某种信号，从而造成植物向光弯曲的现象。

植物尖端到底是通过什么途径向下传递信号的呢？1910年，丹麦植物学家波森·詹森对此提出了两种假设：一是通过物理方式——电信号，二是通过化学方式——某种化学物质。波森·詹森用琼脂片（一种可以透过化学物质且无导电性的胶体）和云母片（一种不能透过化学物质也无导电性的天然矿物）进行了如下实验：将实验植物的茎尖与弯曲部位水平切开，然后在中间各放置一块琼脂片或云母片，再将其置于单侧光照射的环境下数个小时。结果显示，插入了琼脂片的植物茎尖可以朝向光侧弯曲，而插入了云母片的植物茎尖不能朝向光侧弯曲。这说明，植物茎尖产生的刺激可以透过琼脂片传递给下部，茎尖是通过产生某种化学物质并将其运输到植物下部，然后促进下部的生长，影响其弯曲的。

此后，多位科学家做了很多实验以探究这种促进植物生长的化学物质到底是什么，直至1942年，他们才确认这种物质是吲哚乙酸（IAA），一种植物天然生长素。生长素主要分布在植物旺盛生长的组织器官内，如根尖、茎尖、幼嫩的种子等。植物的向光性弯曲确实是因为生长素的不均匀分布所致。当光照不均匀时，尖端产生的生长素会从向光侧往背光侧横向运输，这样一来，背光侧接收到的生长素比向光侧的多，所以背光侧的生长速度更快，导致植物向生长速度较慢的向光侧弯曲。

生长素在植物生产中的应用

生长素其实具有二重性的特质，浓度不同的生长素会产生两种截然不同的效果：低浓度时，促进细胞生长；高浓度时，抑制细胞生长。以塔形的圣诞树为例，上小下大的树冠就是生长素二重性的典型表现：距离顶芽最近的侧芽得到了自身产生的和从顶芽输送的多重生长素，但高浓度的生长素反而抑制了侧芽的生长，使得侧枝长得较小；而越往下，从顶芽运输而来的生长素越少，对侧芽的生长抑制作用逐渐减弱，侧枝反而长得越来越大。当然，如果人为地去掉顶芽，侧芽处的生长素浓度就会降低，侧枝的生长速度就会加快。这就是为什么农民在培育棉花、茶叶等作物时，都会在植物很小的时候摘除它们的顶芽，因为这样不仅可以防止植株长得太高而不便采收，还可以促使侧芽生长，多开花、多结果，提高产量。