当人们被要求画向日葵的花时，几乎每个人都会画一个由黄色花瓣围绕的大圆圈。

“实际上，这个结构就是头状花序，它可能由数百朵花组成，也被称为小花。周围的“花瓣”是在结构和功能上与靠近中心的花朵不同的小花，”园艺教授说Paula Elomaa来自赫尔辛基大学农业和林业学院。bob体育下注安卓版

巨大的花序是有益的，因为它能有效地吸引传粉者。当传粉者在花序周围移动时，它们在整个旅程中为数百朵小花授粉。

花头的形成涉及数学

花朵的顺序不是随机的。相反，它们被图案成规则的螺旋，其数字遵循数学中熟悉的斐波那契数列。斐波那契数列是前面两个数列的和，数列是:1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,144…

在花头中，左旋和右旋螺旋的数量总是两个连续的斐波那契数。向日葵的花头可以有多达89个右旋和144个左旋的螺旋，而另一种被广泛研究的菊科植物非洲菊的螺旋则更少(34/55)。

几个世纪以来，自然界的几何规律一直吸引着生物学家和数学家。

“非洲菊是一个有利的研究对象，因为我们可以使用在温室中生长的转基因植物作为工具，例如在植物发育过程中调查单个基因的功能。以向日葵为例，基因转移还不是常规程序。非洲菊基因组的大小接近人类基因组，目前正在进行测序。经验表明，非洲菊是一种优秀的模范植物，”Elomaa说，他自20世纪80年代末非洲菊刚出现以来就一直为芬兰非洲菊研究做出贡献。

现在，研究人员第一次能够在分子水平上检查花原基是如何在非洲菊的生长点或分生组织中形成螺旋形的。他们已经有了一种技术解决方案，这种技术在植物科学中的应用在几十年前是做梦也想不到的。

在x射线断层扫描的帮助下，研究人员扫描了分生组织发育不同阶段的三维图像。利用共聚焦显微镜，他们研究了小到小于1毫米的分生组织，以确定决定原基位置的植物激素生长素的位置。

最后，研究人员将数学建模应用于与教授合作获得的数据Przemysław Prusinkiewicz来自卡尔加里大学。最终的结果是一个三维计算机模型，模拟了一个真正的花朵的图案。

生长素决定了步伐

研究人员发现，非洲菊的分生组织在分子水平上已经形成了模式，即使在电子显微镜下也无法识别原基或其他变化。

“在生长过程中，生长素水平在分生组织的几个位置同时上升到最大值。这些被称为生长素最大值的聚集点的数量随着分生组织直径的增长而迅速增加，遵循斐波那契数。一个新的生长素最大值总是在两个相邻的最大值之间形成，并移动，使它总是更接近相邻的较老的最大值。这就是为什么螺旋即使在不完全对称的分生组织中也是规则的。”

研究结果表明，分生组织的扩张生长是影响花头中最终小花数量的因素。

“除此之外，这种影响还体现在种子产量上，这是向日葵的一个重要因素，因为它是专门作为饲料和食物种植的。同样的模型也有可能解释了花器官的数量和模式。在未来，这些信息将被应用于，例如，草莓。在草莓中，果实的大小由雌蕊的数量决定，”埃洛玛指出。

研究小组菊科发育生物学与次生代谢

参考:

张腾，Mikolaj Cieslak, Andrew Owens，汪峰，Suvi K. Broholm, Teemu H. Teeri, Paula Elomaa, Przemyslaw Prusinkiewicz。非洲菊头状花序的叶序图案。美国国家科学院学报，2021年3月，118 (13)e2016304118;DOI: 10.1073 / pnas.2016304118

这项研究得到了芬兰科学院和芬兰文化基金会的资助。