【2019年物种日历】6月18日 向日葵

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说起向日葵我最深的记忆就是,童年时缺零食,等到夏末秋初向日葵成熟的时候,就跟着表哥去偷偷掰田里的向日葵吃。但是,新鲜的向日葵并不是香脆可口的,不是水水的,就是软软的。而且,有些时候,吃了向日葵瓜子还抵赖不了。因为每个人的舌头都染成深紫色,一伸出舌头就露馅了。


喜欢葵花籽的不止是人类。图片:pixabay

来自美洲的油料大拿

菊科向日葵属(Helianthus)有100多个物种,它们老家都在美洲。这些植物都有像太阳一样的头状花序,以至于人类在很早以前就把它们当成太阳的象征

在向日葵家族中,最重要的物种要数向日葵H. annuus)和菊芋H. tuberosus)。大约在5000年前,北美的印第安人就已经开始种植向日葵了,并把这些花朵的形象用来象征太阳。1510年的时候,西班牙探险家把向日葵的种子带回了欧洲,于是这种“太阳之花”开始了世界之旅。到18世纪,葵花籽油在俄罗斯开始流行,那可是教徒在斋戒期间少有的几种可以吃的油料哦。


虽然我们更熟悉“xx香瓜子”,但大部分葵花籽的归宿是榨油。图片:pixabay

在明朝中期的时候,向日葵传入我国,逐渐成为我国北方的一种重要油料植物。时至今日,向日葵已经成为世界四大油料植物之一。毕竟向日葵种子的含油量可以高达51%。

随着时间的推移,人类逐渐选育出不同的向日葵品种。而有些油用向日葵品种的果皮上带有花青素,它们就是让小朋友舌头变颜色的“罪魁祸首”。实验分析发现,染紫舌头的色素成分是一些矢车菊-3-葡萄糖苷[gān]。还好这种色素对我们人类没有坏处,只是让舌头有点难看而已。


人工选育的红色向日葵。图片:KENPEI / Wikimedia Commons

向日葵上的螺旋线

在很多小朋友的绘画中,向日葵的花盘都被画成了棋盘布局,但是如果我们仔细观察就会发现,向日葵小花上的那些种子不是横平竖直排列的。

再仔细看一下,头状花序上的管状花,组合成了一条条从中心向外延伸的螺旋线。在一个由300朵管状小花的向日葵花盘上,可以找到34条左旋的曲线和21条右旋的曲线。不仅如此,菠萝和松果的花和种子也是类似的安排。数一数菠萝上面的螺旋线,就会发现有的是8条,有的是13条,这些都是斐波那契数列里的数字。


螺旋状排列的向日葵花盘。图片:pixabay

日历娘の小知识:斐波那契数列

斐波那契数列,也叫黄金分割数列。它的规律是这样的:从0和1开始,后面每个数都是前面两个数相加,0和1后面是1(0+1),再后面是2(1+1),再再后面是3(1+2),以此类推。


下面是斐波那契数列的一部分:

0,1,1,2,3,5,8,13,21,34……

顺便一提,0在这个数列里不是第一项,而是第零项。

相比数学,其实大家更关心的是,我们都听说过“向日葵向太阳”,向日葵是怎么跟着太阳转的?如果向日葵一直跟着太阳转,夕阳西下之后,它会再转到东方去吗?满地的向日葵齐刷刷地转头……是不是有点吓人?

向日葵真的会转头吗?

向日葵并非一直跟着太阳转。在花盘还没有绽放的时候,它们会随着太阳从东转到西。在太阳落山之后的几个小时内,花盘就会转回东边。所以向日葵是会掉头的,但速度很慢,不至于会吓到人。

值得注意的是,在花朵完全开放之后,向日葵花盘基本上就固定不动了,并且绝大多数花盘都指向东方。看到这样的景象,大家的第一反应就是“向日葵总是朝着太阳的”。这个根深蒂固的认识,直到1597年才被打破,有个英国植物学家杰勒德(John Gerard)盯着向日葵看了好多天,才发现成熟开放的向日葵花盘是不会转的。


杰勒德的植物学著作《药草学或普通植物学史》(The Herball or Generall Historie of Plantes),在这本书上,他首次提出了向日葵不向阳的问题。图片:University of Liverpool Faculty of Health & Life Science / Flickr

那么,没有开放的花盘为什么会转动呢?很遗憾,到今天我们还没有一个确切的答案,光线都可能是原因。

太阳光照会影响植物体内生长素的分布,茎秆受光照一侧的生长素浓度低,背光一侧的生长素浓度高。这样一来,背光一侧的细胞生长会更快一些,而受光一侧的比较慢。向日葵的嫩芽就弯向了光的方向。至于夜晚转回来,是由于重力影响生长素的分布。在向日葵花盘打开后,茎生长减缓,基本固定了,但是仍有很小范围的摆动。


制图:雪梨

除了对生长素的影响,光照还可以影响细胞内水分多少,促使花瓣和叶片运动。如果我们观察一下蒲公英的花朵,就会发现,白天怒放的蒲公英花朵,在太阳落山后都闭上了,这就是因为细胞失去了光的刺激,改变了细胞膜的通透性,引发水分流动,从而造成两侧细胞压力的变化,最终使得花序闭合起来。当第二天太阳升起的时候,在光的刺激下,细胞膜的通透性再次发生变化,于是蒲公英的花序就再次打开了。


西洋蒲公英(Taraxacum officinale)半开半闭的花序。图片:Forest & Kim Starr / Wikimedia Commons

至于热影响向日葵转动的观点则认为,光对向日葵没有影响。据说,一旦在向日葵旁边放置火盆,向日葵的花盘就会朝着火盆。但是未见到实验数据。

不过,有些花朵确实会感受到温度变化,并且会根据气温的高低来决定自己的开花时间,郁金香和番红花皆是如此。这种运动的原因是,温度变化会引起花瓣不同面生长速度的变化。一般来说,处于夜晚低温环境时,花瓣外侧细胞的生长速度比较快,使花朵处于闭合状态,而当白天温度升高的时候,花瓣内侧的生长加快,促使花瓣向外打开。

只不过,这样的猜测到今天还缺乏有效的实验证据。向日葵转头的具体原因还值得探索。

新功能:清扫核污染


向日葵花田。图片:pixabay

更有意思的是,因为植物可以吸收土壤里的放射性物质[sè]-137,向日葵不仅可以提供油料(和XX牌香瓜子),还能为我们处理棘手的土壤辐射污染问题。

向日葵并不是最擅长吸收铯-137的植物,油菜有更出色的吸收能力,它们对铯-137的富集系数(每千克干植物的放射性与每千克土壤放射性的比值)可以达到2.31,而向日葵的富集系数仅为1.3


向日葵鲜切花。图片:pixabay

不选择油菜也是有原因的,油菜吸收的铯-137会储存在根里。把根从土里刨出来又成了一个大工程。向日葵却能把吸收到的铯-137运输到地上部分。加之向日葵的地上部分要比一般的作物高大,所以,即使向日葵的富集系数不算很高,但积累的放射性物质总量也不少。在生长季过后,只要收割向日葵的地上部分,就能把放射性物质大量集中起来了。

对了,含有放射性元素的向日葵不能吃。为了防止动物误食有放射性物质的葵花籽,在结种子之前,这些向日葵就要收割掉。

2011年,日本政府在福岛核电站方圆20公里内种下了大量向日葵,来处理核泄漏的辐射污染。这些象征太阳的花朵,正照亮着饱经苦难的土地。

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