葵花为何向阳开

    文字里的科学

    “四月清和雨乍晴，南山当户转分明。更无柳絮因风起，惟有葵花向日倾。”这是北宋诗人司马光（1019-1086）咏葵花的诗《客中初夏》。诗人借向日葵朝向太阳这样一种现象来表达自己忠贞不二的品格。

    向日葵又称葵花和朝阳花。我们看到的花盘并不是一朵花，而是一个花序，被称为头状花序。它由短缩肥厚的花轴以及密布其上的小花共同组成。向日葵的花盘有一个特点就是花盘总是向着太阳转动。人们一直想搞清楚其中的原因是什么，英国著名生物学家达尔文对这个现象也很有兴趣，并作了相关研究。他发现，种在屋子里的一些花草的茎叶有时也会向着透光的窗子那边倾斜，也就是说花草的茎叶是向着阳光生长的。当他把花草幼苗的顶芽切去，幼苗还会向上生长，却再也不会向着透光的窗子那边倾斜了。由此达尔文认为，在幼苗的顶端一定有某种物质使幼苗倾向太阳。

    后来，科学家们经过深入研究发现，在植物顶端确实有一种可以刺激细胞生长的激素，叫生长素。这些生长素是在茎尖以上形成的，在重力作用下，从植物的上端向下端运输。生长素有两个特点：一是它能刺激植物快速分裂、繁殖，促进植物的生长发育；二是生长素的分布受到光的影响：向光一侧的生长区生长素浓度相当低，背光一侧的浓度相当高。这样一来，向光一侧的生长区生长就慢，背光一侧的生长区生长会很快，所以茎就会向光源处弯曲。生长素主要产生于花盘下面的茎部，茎便托着向日葵的花盘，朝太阳的方向弯曲，随着太阳的移动，向日葵的花就好像跟着太阳转似的。

    随着科学技术水平的不断提高，科学家对向日葵的研究又有了新的发现，从向日葵的茎叶生长区内发现了一种新的物质——叶黄氧化素。这种物质同生长素相反，可以阻止细胞伸长。实验表明，当光由茎的一侧照射30分钟后，向日葵幼苗生长区的两侧，叶黄氧化素浓度的分布发生了很大的变化，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反。这表明，向日葵的向阳性和叶黄氧化素也有很大的关系。也就是说，向日葵的向阳性是生长素和叶黄氧化素共同作用的结果。

    观察发现，向日葵从发芽到花盘盛开之前这一段时间内，它的确是向日的。在白天，其叶子和花盘是追随太阳从东转向西旋转，不过这个旋转是有一个时间差的，并非即时跟随。植物学家测量过，其花盘的指向落后太阳大约12度，即48分钟。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，叶黄氧化素在向日葵向光一面含量升高，阻止向光面细胞伸长。在生长素和叶黄氧化素的共同作用下，向日葵慢慢地跟随着太阳转动。太阳下山后，生长素和叶黄氧化素重新分布，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升起。

    但是，向日葵的花盘盛开之后，它就不再随日而转动了，而是把朝向固定在东方了。这个方向的确定是自然选择的结果，有利于向日葵的繁衍生长。向日葵的花粉怕高温，如果温度高于30摄氏度，就会被灼伤。固定朝向东方，可以避免正午阳光的直射，减少吸收的热量。此外，早晨的阳光对向日葵的花盘还是有益的，朝阳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。寒冷的早晨，在阳光的照射下向日葵的花盘会成为一个温暖的小窝，能吸引昆虫在那里停留取暖，这也就帮助了传粉。

    歌颂向日葵向阳的诗句很多，但是知道向日葵为什么向阳的人并不多，大自然的景象千变万化，激动着无数诗人的心。