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花开有时　皆因有“钟”

来源：花匠小妙招时间：2024-09-30 12:05

　　明媚的春天,又到了百花盛开的季节,迎春、玉兰、樱花、桃李杏……你方唱罢我登场。

　　花开花落皆有时,四时盛景,年年岁岁,植物是如何知道自己该何时开花、落叶、结果的?答案,就在于植物像人一样,也有生物钟。

日出而作,日落而息　植物生物钟有“智慧”

《周易》里有句话“天地革而四时成”,也就是说,天地变化导致了四季形成。面对地球自转与公转导致的光、温度、昼夜及季节变化,形成人类“日出而作,日落而息”的习惯。

　　那么,植物是如何应对昼夜及季节变化的?白天,你会发现大豆或花生的叶片是张开的,到了晚上,它们的叶片会垂下来或完全合上；大家熟知的含羞草、合欢树,到了晚上,叶片也会完全关闭。这说明,植物像人一样,也遵循“日出而作,日落而息”的生物钟。

　　“生物钟”又称为“生物节律”,它是普遍存在于生物体内的自然规律。植物开花、虫卵孵化、候鸟迁徙,都遵守着自己的节律,生物钟能在体内形成稳固的周期系统,代代相传。

　　植物整个生命周期都受生物钟调控,由此,它们能适应阳光、温度和湿度等环境的昼夜周期性变化,得以生存和最大化生长。

　　植物生物钟也是一种分子节拍器,它能调节多种生长过程,从黎明启动光合作用到调节开花时间,生物钟会因地理、纬度、气候和季节而变化,且必须适应当地条件。“人间四月芳菲尽,山寺桃花始盛开”,这句古诗就生动体现了生物钟“因地制宜”的调控作用。

树木真的会睡觉　醒来还能伸懒腰

　　1880年,达尔文父子基于对69种植物睡眠的研究,提出昼夜节律的可遗传性。很多植物的叶片白天展平、夜晚竖起来,达尔文推断,叶片的睡眠,可能是为了抵御夜间寒冷。

　　2018年,科学家使用分辨精度达毫米级的地面激光扫描仪进行观测,结果显示,白桦树的树冠,昼夜之间会上下移动——也就是说,树不但真的会“睡觉”,醒来后还会“伸懒腰”。分析认为,植物这种“睡眠”运动,有利于应对夜间的低温。

　　在地球上,能“按时而动”的物种更具有进化优势。比如,科学家曾将正常蓝藻与生物钟异常的蓝藻,放在同样条件下培养,结果正常蓝藻的成活率,远高于生物钟异常的蓝藻。

　　向日葵就是典型的生物钟调控植物。研究表明,清晨面向太阳升起一面的花盘,比没有太阳照射的花盘升温更快,前来授粉的蜜蜂数量也多出5倍。

　　如果捆住向日葵,不让花盘转动,其生长量就大为下降。如果把向日葵移到装有固定顶灯的室内,向日葵仍然会来回摆动,这说明,植物体内存在着独立的、能自我调节的生物节律控制系统。

　　科学家发现,植物间的生物钟时差可长达10小时,类似于人类的“白班”和“夜班”,这与植物所处环境和遗传背景密切相关。

为啥有的植物爱太阳　有的没那么爱呢

　　光周期是自然界最稳定的环境因子,地球上的生物,可通过光周期,感知季节变化,在最适宜的季节完成繁衍生息。

　　中科院华南植物园胡一龙团队,发现光周期影响种子大小的普遍性规律,并且找到了在植物中响应光周期的基因——CO基因。

　　研究者发现一种具有普遍规律的有趣现象:三种长日照植物(百脉根、豌豆和拟南芥)在长日照下产生的种子,比短日照下更大；而三种短日照植物(大豆、红小豆和菜豆),则在短日照下会产生更大的种子。

　　可见,不同植物有着不同的适合生长的光周期。那么,是什么机制在起作用,使有的植物爱太阳,有的没那么爱呢?

　　研究者对长日照植物拟南芥研究发现,原来是CO基因的作用,使植物对不同的光周期有着不同反应。

　　而且,只有来自母本的CO基因,才具有调控种子大小的功能,而来自父本的基因,对种子大小没啥影响。

　　也就是说,光周期对于种子发育,具有直接调控作用,而在这个过程中,CO基因起着核心作用。据此,我们便有可能因地制宜,培育出更优质、更饱满的种子。

有趣的花钟:欲知何时,花开便知

　　自古道“花开花落自有时”,瑞典植物学家林奈曾把不同时间开放的花组成“花钟”,欲知何时,花开便知。

　　在我国,蛇麻花凌晨约3点首先开花,大约4点,牵牛花的大喇叭也跟着张开了；然后野蔷薇花开(大约5点),龙葵花开放(大约6点)；接下去是美丽幽雅的郁金香(大约7点30分)和半枝莲(约10点)、大爪草(约11点)盛开,午时花(约12点)迎着烈日怒放。正午过后,万寿菊花开(约15点)、紫茉莉(约17点)添香,烟草花(约18点)绽开。夜晚降临,月光花(约19点)吐蕊,待宵草(约20点)破蕾。

　　花儿按不同时间有规律地开放,也许是为了吸引不同时间活动的传粉者,如白天开花的植物能吸引蜜蜂、蝴蝶和小鸟；夜间开花植物能吸引飞蛾和蝙蝠。

　　不过,“花钟”虽有趣,“报时”却可能有误差。因为植物开花除了有一定的时间规律,还受地区、温差和气候的影响,同一种花,在南方开得早,在北方就会迟一些。

　　植物生物钟除了可以控制开花时间,还可以控制香味和花蜜、树根液汁的分泌、树叶休眠等生物活性特征。

　　植物生物钟是如何起到调控作用的?首先,是对光和温度信号的输入；其次,是中央震荡器在起作用,你可以把它想象成一个重要港口,能调控下游很多行为,使它们呈现昼夜节律性。

　　另有实验表明,采摘一个星期的甘蓝、莴苣、菠菜和蓝莓等,依然对光周期有反应,这就暗示,采摘后的蔬菜和水果中,生物钟可能依然在运行,什么时间吃更有营养,的确是一门学问。

“冬日记忆”告诉它,春天来了该开花了

　　学习和记忆在植物身上的表现是什么?一个处于争论中心的例子是春化。某些特定植物在春天开花前,必须在寒冷中暴露一阵,这个过程就叫春化。这个所谓的“冬日记忆”,会帮助植物分辨春季与秋季。春季是传粉昆虫(比如蜜蜂)忙碌的季节,而秋季则不是。如果植物在错误的时间开花,在繁衍上会产生灾难性的后果。

　　在实验植物——拟南芥里,有一个叫“FLC”的基因,可以产出一种让它的小白花不开放的化学物质。然而,当这种植物暴露在漫长的冬天里时,其他基因的某些副产品,使其能够测量出已经冷了多久。随着寒冷的持续,拟南芥会在越来越多的细胞中停止表达或抑制FLC。

　　当春天到来,白昼日益增长,经历过寒冷,FLC含量已经降低的拟南芥,就可以开花了。

　　不但生长发育受生物钟调控,生物钟还是植物应对害虫的防御武器。植物会“预测”害虫活动时间,产生抵御性生物大分子来减小害虫的“食欲”,从而最大限度减少伤害。英国一项研究还发现,因为植物生物钟,它们对药物的敏感性也不同,因此喷药也需讲究时段。