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  • 發布時間:2011-03-25 09:33 原文鏈接: 中國科大和哈佛大學科學家揭開百合綻放之謎

      3月21日出版的《美國國家科學院院刊》刊登了中國科學技術大學梁海弋教授與美國哈佛大學馬哈德文教授合作研究的成果,向人們展示了百合花開放的真相。他們根據攝像機記錄的百合花盛開的全過程,發現白合花瓣的邊緣比中間部分要長,而這一不均勻生長特性在花瓣上產生了很大的力,最終使花朵綻放。

      “傳統觀點認為,百合花瓣的中脈向外彎曲,或者花瓣內面生長快于外面的雙金屬片彎曲,這是百合花開放的根源。”梁海弋博士說,“這看起來似乎能夠理解花瓣的彎曲,但是仔細觀察可以發現,百合花瓣邊緣在開放的過程中逐漸呈現波浪形褶皺,而這是傳統觀點無法解釋的。”

      為此,科學家們沿著香水百合花蕾花瓣的邊緣和中脈標記上等距點,以測量花朵從含苞到綻放過程中在尺寸和形狀上的細微變化。他們將未開的香水百合的莖浸泡在水中,連續拍攝了4天半,直到花朵完全開放。實驗發現,花瓣邊緣比中脈的生長速率快40%以上。由此,科學家們認為,花瓣生長速度上的差異,使邊緣受到很大的膨脹力而中間區域受到拉力;花瓣在這種不均勻生長導致的內力作用下逐步向外彎曲,在花瓣邊緣上逐步產生褶皺,最終完全綻放。

      進一步的理論與數值模擬揭示了開花過程中花瓣內力的變化。科學家們驚奇地發現,在花蕾開放初期,邊緣膨脹力不能有效地彎曲花瓣,但達到某個臨界點后則可高效地向外彎曲花瓣,而這正是百合花快速開放所需要的。

      “1790年,德國博物學家約翰?歌德曾經在《植物的改變》一文中宣稱葉子和花是同源的。確實,我們先前的工作(PNAS,2009,106,22049)表明,邊緣過度生長導致了樹葉呈現多種形貌。樹葉和百合花同樣的邊緣過度生長機制是200年來第一次在植物器官層次上證實了約翰?歌德的這個預言。”梁海弋說,“自然界又一次向我們展示了一個高度進化的杰作,這為仿生學提供了一個新的設計原理。”

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