什么使向日葵面对太阳?

什么使向日葵面对太阳?

植物生物学家已经发现,向日葵如何使用内部的生物钟,作用于生长荷尔蒙,随着日光的增长而在白天追随太阳。

加州大学戴维斯分校植物生物学教授,同时也是该杂志论文的资深作者Stacey Harmer说:“这是植物在自然环境中调节生长发育的第一个例子,并且对植物产生了真正的影响。 科学.

哈默是研究生物钟的分子生物学家,通常在实验室工作 拟南芥,明显比向日葵小。 之前,哈默的实验室已经发现“时钟”基因和调节生长的植物激素生长素之间的联系。 但研究人员需要一个例子来处理,他们发现在向日葵。

面对错误的方式

越来越多的向日葵开始了一天的头,他们的头朝东,向西摆动一天,晚上回到东方。

Harmer说:“工厂预计黎明的时间和方向,对我来说这似乎是时钟和增长路径之间的联系的一个理由。 早在1898的科学家就已经描述过这种向日葵的行为,但以前没有人想过把它与昼夜节律联系起来。

Harmer实验室的博士后研究员Hagop Atamian与弗吉尼亚大学Benjamin Blackman的实验室(现在在加州大学伯克利分校)合作,进行了一系列野外实验,户外盆栽和室内生长室的实验。

阿塔米安通过把植物放在不能移动的地方,或者每天围着盆栽转而面对错误的方向,表明他可能破坏追踪太阳的能力。 随着太阳提供植物生长的提高。 研究人员发现,向日葵放置不能移动的生物量减少,叶面积减少。

当植物被移动到一个室内生长室,不能移动的头灯,他们继续来回摆动几天。 哈默说,这就是你所期望的内部时钟驱动机制。

最后,室内植物确实开始跟踪“太阳”,当明亮的照明源通过在白天打开和关闭邻近的灯而移过生长室时。 当人工日接近24小时周期时,植物可以可靠地跟踪移动并返回,但在接近30小时时不会。

东和西

那么白天植物如何移植呢? Atamian把墨点放在茎上,用摄像机拍摄。 在延时录像中,他可以测量点之间的变化距离。

他发现,当植物跟踪太阳时,茎的东侧生长得比西侧快。 到了晚上,西边的树干反而变快了。 研究小组确定了一些基因,这些基因在白天的植物向日葵一侧的较高水平表达,或晚上在另一侧表达。

哈默说,在向日葵茎中似乎有两种生长机制在起作用。 首先根据现有的光线设定植物的基本增长率。 第二种由生物钟控制,受光的方向影响,使茎在一侧比另一侧更多地生长,因此白天向东西方摆动。

随着向日葵成熟,花朵开放,整体生长速度减慢,白天植物停止移动,向东安定。 这似乎是因为,随着整体增长放缓,生物钟确保植物在清晨比在下午或傍晚反应更强烈,因此在白天逐渐停止向西移动。

“蜜蜂像温暖的花朵”

为什么成熟的向日葵面朝东方呢? 研究人员在田间盆中种植向日葵,并将其中一些向西转。 他们用红外线相机测量了花朵,发现东方的向日葵在早上升温得更快,而且吸引了五倍的传粉昆虫。 用便携式加热器加热朝西的花朵,将更多的传粉媒介带回花朵。

哈默说:“蜜蜂像温暖的花朵。

该节目的导演安妮·西尔维斯特(Anne Sylvester)说:“就像人一样,植物依靠日夜的日常节奏来运作。 “向日葵,像太阳能电池板阵列,从东到西依照太阳。 这些研究人员利用向日葵基因组的信息来了解向日葵如何以及为何跟踪太阳。“

本文的其他合着者是加州大学戴维斯分校的Nicky Creux,弗吉尼亚大学的Evan Brown和Austin Garner。 国家科学基金会的植物基因组研究计划支持这项工作。

来源: 加州大学戴维斯分校

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