向日葵为什么随着太阳转动

向日葵是菊科向日葵属的植物，因花序随太阳转动而得名。在开花之前，生长期的向日葵头朝东方——太阳升起的地方苏醒，然后忠诚地由东向西地朝着太阳转动，在夜晚里再折回向东。向日葵的这种向日的朝拜直到成熟开花时才停止。成年期的向日葵总是头朝东。早在1898年就有科学家描述过向日葵的向日行为，但是科学家们一直不清楚这种行为的原因。

最近，植物生物学家似乎找到了原因。最新的研究发现，向日葵的这种向日行为是通过植物体内的生物钟并增加传粉者的访花和植物的产量来调节的（Circadian regulation ofsunflower heliotropism, floral orientation, and pollinator visitshttp://science.sciencemag.org/content/353/6299/587）。

科学家通过捆绑固定防止向日葵苗的花序转动，或转动盆载，使花序在太阳升起的时候朝向错误的方向，结果发现，当向日葵的正常向日行转动被阻碍，生长速率远比正常向日葵远慢，生物量和叶面积相对少了10%。当把向日葵移到只有顶灯的生长培养箱里，它们会继续来回摆动几天，这说明向日葵的这种行为是靠体内生物钟驱动的。当把向日葵移到具有模拟太阳转动的光源（通过打开和关掉临近光源）的培养箱里，它们确实开始随着“太阳（光源）”转动。当模拟的昼夜循环接近24小时，这些向日葵能可靠的表现出像正常向日葵一样的向阳行为；而当模拟的昼夜循环接近30小时则不能。

那向日葵在白天是怎么转动花序的呢？科学家在向日葵的茎上用墨水画了个点，然后用摄像机记录向日葵的生长。结果发现，当白天向日葵随着太阳转动时，茎的东面生长的比西面快很多。而在晚上，随着茎由西转向东，其西面长得比东面快。科学家发现，向日葵茎的生长应该有两种机理。第一种机理让植物在有光的情况下有基本的生长速率。第二种机理由生物钟控制并且受光的方向影响，使茎两面在不同时间的生长速率不同，从而使茎在白天出现了自东向西转动的行为。随着向日葵的发育成熟，花开，整体的生长逐渐减慢，最后茎在白天停止随着太阳转动并最终面朝东。这是可能是因为随着整体生长速率减慢，生物钟能够保证植物在清晨对光的反应强于下午或晚上，于是自西向东的行为就慢慢停止。

那成熟的向日葵最终是面朝东呢？研究人员把盆栽的向日葵一些面朝西一些面朝东地放在地里，然后用红外摄像机测量花的温度，结果发现面朝东的花的温度比面朝西的花在清晨上升的更快并吸引5倍多的传粉昆虫。当用手持加热器把面朝西的花加热，更多的传粉昆虫被吸引回了这些花。因此，成熟的向日葵最终面朝东是保证能够吸引更多的传粉昆虫。

图1. 熊蜂在向日葵花上采粉

更多阅读：

How do sunflowers followthe Sun—and to what end?

http://science.sciencemag.org/content/353/6299/541.full

Why young sunflowers followthe sun

https://www.sciencemag.org/news/2016/08/why-young-sunflowers-follow-sun