[科学时报]百合花为什么这样开？中美学者200年来首次在植物器官层次证实花叶同源
本报讯 百合花纯洁、庄严，人类为之倾心的历史可追溯到公元前3000年的古埃及。我国南朝时梁宣帝则赞叹百合“接叶多重，花无异色，含露低垂，从风偃柳”。然而百合如何绽放出优雅的身姿，人们却知之甚少。
3月21日出版的美国《国家科学院院刊》刊登了中国科学技术大学教授梁海弋与美国哈佛大学教授马哈德文合作研究的成果，向人们展示了百合花开放的真相。他们根据摄像机记录的百合花盛开的全过程，发现百合花瓣的边缘比中间部分要长，而这一不均匀生长特性在花瓣上产生了很大的力，最终使花朵绽放。
“传统观点认为，百合花瓣的中脉向外弯曲，或者花瓣内面生长快于外面的双金属片弯曲，这是百合花开放的根源。”中国科大近代力学系引进的“百人计划”入选者梁海弋说，“这看起来似乎能够理解花瓣的弯曲，但是仔细观察可以发现，百合花瓣边缘在开放的过程中逐渐呈现波浪形褶皱，而这是传统观点无法解释的。”
为此，研究人员沿着香水百合花蕾花瓣的边缘和中脉标记上等距点，以测量花朵从含苞到绽放过程中在尺寸和形状上的细微变化。他们将未开的香水百合的茎浸泡在水中，连续拍摄了4天半，直到花朵完全开放。实验发现，花瓣边缘比中脉的生长速率快40%以上。由此，科学家们认为，花瓣生长速度上的差异，使边缘受到很大膨胀力而中间区域受到拉力；花瓣在这种不均匀生长导致的内力作用下逐步向外弯曲，在花瓣边缘上逐步产生褶皱，最终完全绽放。
进一步的理论与数值模拟，揭示了开花过程中花瓣内力的变化。研究人员惊奇地发现，在花蕾开放初期，边缘膨胀力不能有效地弯曲花瓣，但达到某个临界点后则可高效地向外弯曲花瓣，而这正是百合花快速开放所需要的。
“1790年, 德国博物学家约翰·歌德曾在《植物的改变》一文中宣称叶子和花是同源的。确实，我们先前的工作（PNAS，2009，106，22049）表明，边缘过度生长导致了树叶呈现多种形貌。树叶和百合花同样的边缘过度生长机制，是200年来第一次在植物器官层次上证实了约翰·歌德这个预言。”梁海弋说，“自然界又一次向我们展示了一个高度进化的杰作，这为仿生学提供了新的设计原理。”（范琼）
《科学时报》 (2011-3-31 A1版头条)