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随光而动的精灵---向日葵

作者: 时间:2020-7-29 阅读次数:336

(图1)向日葵的田间栽植(来自网络)

向日葵(Helianthusannuus),菊科向日葵属一年生草本植物,又名胖金妹、迎阳花、日轮草、望日莲。原产北美洲,明朝时期传入中国。向日葵是一种有趣的经济作物,与人们生活息息相关的同时,还具有许多植物学、植物生理学等学科中的典型案例与大家分享,让您发现不一样的向日葵。

向日葵的发展历史 Historyofsunflower

向日葵的栽培历史最早可追溯到至少5000年以前的新石器时代,从野生分布到驯化栽培、再到商业生产,经过历史洗礼,向日葵这种古老而美丽的油料与观赏植物,目前已遍布全球。据相关文献记载,向日葵的世界栽培历史大致可分为以下四个阶段:

1.美洲起源America Origin

公元前3000年左右,美洲印第安人在今天的亚利桑那州和新墨西哥州开始种植向日葵,随后在北美各印第安部落中广泛传播栽植,并在生活中扮演着极其重要的角色。如向日葵种子被食用、药用,干燥的秸秆被用作建筑材料、薪材等。

2.欧洲发展EuropeanDevelopments

大约1500年,西班牙探险家将这种奇异的北美植物带到了欧洲并开始在欧洲大陆传播,首先是作为园艺植物在宅旁观赏种植,然后才用做经济型油料作物大面积种植。直至1716年,英国人成功从葵花籽中榨取油脂形成葵花油后,向日葵品种的研究和推广应用工作得到了很大的促进。18世纪向日葵从荷兰引入俄国,19世纪初俄国的农民向日葵种植面积已经超过200多万英亩,并成为重要经济作物和集群性观赏花卉,被认定为俄罗斯的国花。 

3.重返北美和欧洲

BacktoAmericaandEurope

19世纪,向日葵随着俄罗斯北美移民而重返北美,最初栽植仍然主要是观赏性或者饲料。后来随着市场对种植向日葵经济价值的认可逐渐提升,向日葵全球试验和杂交技术得到了重视和发展,到上世纪70年代,美国的向日葵种植面积已增加到500多万英亩。再看看欧洲,由于受到动物脂肪影响人体胆固醇指标问题的负面影响,欧洲对植物天然油脂特别是葵花籽油出现了强烈需求,至今仍是世界葵花籽油的最主要消费国。

4.中国向日葵栽培

ChinaCultivateofSunflower

据资料记载,向日葵大约400多年前的明朝传入我国。解放前向日葵仅作为观赏或干果在中国小块零星种植,解放后主要作为大田油料作物,在我国北方各省广泛推广栽种并成为重要油料作物。目前我国向日葵常年种植面积已达到2200万亩以上,集中产地主要在吉林、辽宁、内蒙古、河北、陕西、宁夏、新疆等20多个省(市、区)。

(图2) 向日葵田间管护(来自网络)

美丽的花序Beautifulinflorescence

“头状花序极大,约10-30厘米,单生于茎端或枝端,常下倾。”这是《中国植物志》中对向日葵花盘部分的具体描述。那么何为“花序”呢?植物学上把花在花轴上排列的方式和开放次序称为花序。简而言之,“花序”并不是一朵花,而是花的集合体,而这种集合体的一定生长排列次序就是“花序”。所以向日葵最引人注目的圆盘并不是一朵花,而是花序。“花序”类型多样(见图3),向日葵的花序属于其中的“头状花序”,这也是菊科植物的典型特征。

(图3)无限花序类型(来自网络)

(图4)向日葵的头状花序(源自嗯哼手绘)

《中国植物志》记载向日葵花序如下:“舌状花多数,黄色、舌片开展,长圆状卵形或长圆形,不结实。管状花极多数,棕色或紫色,有披针形裂片,结果实”。简单来说,向日葵的花分两种,外围一圈黄色花瓣状的便是舌状花,中间密密麻麻的便是管状花。舌状花不结果,而管状花授粉后可以结好吃的瓜子。一颗瓜子是一个果实,不是种子,拨开吃掉的是种子。来一张科普图片(见图5),简单明了。

(图5)向日葵的头状花序解剖(源自嗯哼手绘)

以后万万不可简单说向日葵是一朵花哟!

神奇向光性Magicalphototropism

向光性(phototropism)是植物向性的一种,是植物生长器官受单方向光照射而引起生长弯曲的现象,有利于植物获得更大面积、更多的光照,提升光合作用效率,维持植物更好生长。关于向日葵的向光性学术界公认的解释总体与茎顶端的植物激素浓度及分配有关,一般情况下,一定浓度的生长素促进细胞分裂和加速生长,而高浓度叶黄氧化素是一种抑制细胞伸长的物质。该现象机制是基于两个阶段的研究证据来揭示的。研究表明,向日葵在茎生长区的两侧有生长素浓度明显差异和较高浓度的叶黄氧化素,生长素在向光一侧浓度低,而背光一侧浓度高,由于生长素浓度不同造成茎两侧的生长速度不同步,产生了向光性弯曲;此外,当光由一侧照射向日葵植株30分钟后,向日葵幼苗生长区两侧的叶黄氧化素浓度,正好与生长素的相反,向光一侧含量高,背光一侧含量低,且具有明显差异。故现在学术界普遍认为,向日葵的向光性运动应该说是生长素与叶黄氧化素共同作用的结果。

(图6)向日葵的向光性(源自嗯哼手绘)

科普小专栏

南山植物园每年夏季会举行向日葵观赏展,展出品种多样、规模达上万株,这些品种中有高达3米的高干品种,如金拥碧翠、月影;也有1米左右的矮杆品种,如欢乐火炮竹、帕蒂小葵;颜色除了传统的黄色之外,还有罕见的红色、绿色、金色等品种,如醉云长、绿天使、金色08以及罕见独特的黑天鹅,除此之外,还有花型独特的金钻、金海星等,可以说各具特色,赏心悦目。

南山植物园向日葵展

金拥碧翠

月影

欢乐火炮竹 

帕蒂小葵

绿天使

醉云长