我们仍然不完全了解向日葵如何转向太阳

随着地球自转，太阳从东向西在天空中移动，向日葵会转动它们明亮的黄色花面来追随太阳。这个过程被称为向日性，其背后的机制对植物生物学家来说仍然是个谜。10 月 31 日发表在《PLOS Biology》杂志上的一项研究很可能排除了向日葵追随太阳的能力与一种更为人熟知的植物对光的反应有关的说法。向日葵可能依靠几个更复杂的过程来追踪太阳。

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由于植物的根植于一个地方，如果它们制造食物所需的光线被邻居遮挡，或者它们处于阴凉处，它们就无法移动。它们依靠生长或伸长向光移动，这背后有几种分子系统。最著名的反应是向光反应。一种叫做向光素的蛋白质能感知到幼苗上不均匀的蓝光，植物的生长激素就会重新分布。这最终导致它向光弯曲。

植物生物学家长期以来一直认为，向日葵追随太阳的能力是基于与向光性相同的机制。为了追随太阳，向日葵的头部会稍微向茎的东侧倾斜。这使它们的头部朝向太阳升起的方向。然后随着太阳在天空中移动，头部向西移动。一项早期研究表明，向日葵有一个内部昼夜节律钟，可以预测日出并协调小花的开放与早晨授粉昆虫到达的时间。

为了研究这种追踪太阳的能力是否是特有的，新研究团队使用了实验室中生长的向日葵和在户外阳光下生长的向日葵。他们观察了当两组植物暴露在光源下时哪些基因被激活。室内向日葵直接朝着实验室中的蓝光源生长，并激活了与向光素相关的基因。在户外生长并随着太阳摆动头部的花朵具有不同的基因表达模式。这些向日葵茎的一侧和另一侧之间的向光素分子也没有明显差异。

“我们在研究向日葵每天如何追随太阳的过程中，不断发现新发现，这让我们感到惊讶，”研究合著者、加州大学戴维斯分校植物生物学家 Stacey Harmer 在一份声明中说道。“在这篇论文中，我们报告称，向日葵使用不同的分子途径来启动和维持追踪运动，而最出名的导致植物弯曲的光感受器似乎在这一非凡过程中发挥了次要作用。”

研究团队还用遮光箱遮挡了蓝光、紫外线、红光或远红光。遮光罩对向日性反应没有任何影响。研究团队表示，这表明可能有多种途径对不同波长的光做出反应，以实现追随太阳的同一目标。

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与向日性有关的基因尚未确定。“我们似乎已经排除了向光性途径，但我们没有找到明确的确凿证据，”哈默说。

当实验室中生长的向日葵移到室外时，它们在第一天就开始追踪太阳。它们最初在植物的阴暗面表现出大量的基因表达，但在接下来的几天里并没有发生这种情况。哈默说，这表明植物中正在发生某种“重新布线”。

除了弄清楚向日葵追踪太阳的一些过程之外，这项研究还对设计未来的植物实验以了解其机制具有重要意义。

哈默说：“你在生长室等受控环境中定义的东西在现实世界中可能无法实现。”