向日葵為什么總是向著太陽？說到底是基因控制的

向日葵為什么總是向著太陽？很多人從小就有這樣的疑問。其實(shí)，這其中蘊(yùn)含著豐富的生物學(xué)知識(shí)。說到底，這是由基因控制的。

我們先來了解一下向日葵的“出身”。向日葵（學(xué)名Helianthus annuus L.；英文名：Sunflower）是桔梗目、菊科、向日葵屬的一年生草本植物。向日葵起源于北美，是美洲原住民在史前種植的幾種植物之一，是北美東部農(nóng)業(yè)綜合體的一部分?？茖W(xué)研究認(rèn)為向日葵最早是在公元前2300年被如今美國田納西州居住的印第安人馴化，但是也有研究發(fā)現(xiàn)公元前2600年在如今墨西哥的塔巴斯科的圣·安德列斯（San Andres）發(fā)現(xiàn)了印加人種植向日葵的痕跡。

向日葵最初作為觀賞花卉被西班牙探險(xiǎn)家從美洲帶至歐洲并廣泛種植。當(dāng)時(shí)歐洲著名畫家的名著中均大量出現(xiàn)了向日葵，尤其是梵高、莫奈及高更等繪制了一系列舉世聞名的向日葵畫作。由于向日葵油在俄羅斯備受歡迎，因此俄羅斯在18世紀(jì)初成功將其進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)。至此向日葵正式分為觀賞向日葵和食用（包括直接食用和油用）向日葵兩個(gè)大類。向日葵油富含維生素E、亞油酸等物質(zhì)而逐漸受到人們喜愛，如今已成為世界四大油料作物之一。

梵高和莫奈的向日葵作品（圖片源自網(wǎng)絡(luò)）

向日葵傳入我國具體時(shí)間已不可考。較為一致的觀點(diǎn)認(rèn)為在16世紀(jì)末17世紀(jì)初由西班牙人或荷蘭人把向日葵種子傳到南洋一帶，隨后又從越南傳至中國云南，最后逐漸從西南向北方傳播。我國最早記載向日葵的文獻(xiàn)是明末學(xué)者趙崡所著《植品》，其中明確寫道：“又有向日菊者，萬歷間西番僧?dāng)y種入中國。干高七八尺至丈余，上作大花如盤，隨日所向?；ù箝_則盤重，不能復(fù)轉(zhuǎn)?！蹦壳?，我國向日葵主要種植于內(nèi)蒙古、新疆、吉林、黑龍江、河北、甘肅和寧夏等?。ㄗ灾螀^(qū)），隨著近年美麗鄉(xiāng)村建設(shè)，其種植區(qū)域逐漸向南發(fā)展。

向日葵因其生長前期的幼株頂端及中期的幼嫩花盤會(huì)明顯跟著太陽轉(zhuǎn)動(dòng)而得名，對其向陽而動(dòng)的原因主要有兩個(gè)理論假說，即植物生長素假說和熱力影響假說。生長素假說認(rèn)為向日葵存在一種避光并且促進(jìn)細(xì)胞生長的生長素。這種生長素在向日葵頸部的背陽面積累，使其生長更快從而導(dǎo)致向日葵總是面向太陽。熱力影響假說認(rèn)為是陽光中的熱度把向日葵花盤中的管狀小花曬熱，基部的纖維發(fā)生收縮，導(dǎo)致花盤轉(zhuǎn)換方向來接受陽光。但這兩種假說都不能很好地解釋為什么太陽下山后，向日葵的花盤又慢慢往回?cái)[，在大約凌晨3點(diǎn)時(shí)，又朝向東方等待太陽升起。

因此 “向日葵為什么總是向著太陽”這一問題從達(dá)爾文時(shí)代開始就讓人類感到好奇。最新研究發(fā)現(xiàn)向日葵的向陽性由幾個(gè)小小的基因控制，尤其是IAA19-like和SAUR50-like基因。在白天，與生長素（auxin）合成相關(guān)的SAUR50-like基因在向日葵莖稈東側(cè)大量表達(dá)，隨著該基因的持續(xù)表達(dá)向日葵的花盤也逐漸由東方慢慢轉(zhuǎn)向西方；在夜間，另一個(gè)與吲哚乙酸（IAA）合成通路相關(guān)的基因IAA19-like在向日葵莖稈西側(cè)大量表達(dá)促使向日葵的花盤緩慢地由西面轉(zhuǎn)向東面迎接太陽的再次升起。但這兩個(gè)基因特異性表達(dá)的原因目前還未可知。

向日葵是當(dāng)代最具經(jīng)濟(jì)重要性的植物，廣泛種植于美洲、歐洲及亞洲的七十多個(gè)國家。由于其花型美麗，色彩鮮艷而受到人們的喜愛并培育了大量形態(tài)各異，色彩豐富具有不同利用價(jià)值的向日葵品種。向日葵是向往光明之花，給人帶來美好希望之花。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所特色油料組保存豐富的向日葵種質(zhì)資源3200余份，其中食葵占71%，油葵和觀賞葵等占29%，擁有黃色、淺黃色、乳白、雜色和紅色等不同色彩的向日葵資源材料。特色油料組的科研工作者們希望通過對這些資源的深入利用與發(fā)掘，培育出更美麗、更有價(jià)值的向日葵品種。

特色油料課題組保存的各類向日葵資源

出品：科普中國

撰稿：汪魏、譚美蓮（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所 副研究員）、嚴(yán)興初（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所 研究員）

監(jiān)制：中國作物學(xué)會(huì) 光明網(wǎng)科普事業(yè)部

統(tǒng)籌：程維紅 徐琴

策劃：宋雅娟 趙清建