中外学者PNAS文章：百合花开

　　

生物通报道：来自哈佛大学Kavli研究所有机和进化生物学系，中国科技大学的研究人员解析了亚洲香水百合（Asiatic lily Lilium casablanca）的开花过程，并拍摄记录下了花苞的膨胀和绽放过程，为研究百合开花机理，以及生物模拟这一过程提供了重要资料。这一研究成果公布在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。

这项研究由哈佛大学L. Mahadevana，与中国科技大学“****”教授梁海弋共同完成。

百合花，又名番韭、山丹、倒仙、重迈、中庭、摩罗、重箱、中逢花、夜合花等，是百合科百合属（学名：Lilium）多年生草本球根植物，原产于中国，主要分布在亚洲东部，欧洲，北美洲等北半球温带地区，全球已发现至少120个品种，其中22种产于中国。亚洲百合是由卷丹、垂花、朝鲜百合等多个亚洲原种的杂交或实生选种选育而来。随着百合花被许多人所知，但是科学家们对于这种花的开花过程却了解不深。

在这篇文章中，研究人员发现百合花涟漪状的边缘为这种花如何开放提供了线索，他们把观测、实验和数学建模结合起来，研究了亚洲香水百合开花的物理过程。

具体而言就是用点标记了一个百合花苞的内部花瓣和外部萼片从而追踪生长，并用慢速摄影记录下了这个花苞的膨胀和绽放。研究人员指出，这些花瓣和萼片在同一时间段比叶片中脉伸长了至多40%，而且这种生长差异导致了边缘的褶皱。

另外研究人员还发现，这种差异生长导致了压力在花苞中积累，最终超过了交错的花瓣的锁定力，让花绽放。之前的研究表明中脉而非边缘促进了开花，因此他们把一个百合花苞的中脉从花瓣和萼片中剃掉，然后观察到了这朵花仍正常的开放了。利用这一研究成果，科研人员可以模仿这种边缘生长从而设计出薄膜马达或螺线管。

除此之外，近期来自美国北卡罗来纳州立大学的研究人员也获得了花朵研究的最新进展：他们发现一种芹菜基因可帮助玫瑰花摆脱采摘之后导致其萎谢的瓣枯病，他们将这种基因注入玫瑰花后，玫瑰花在采摘后1个月仍可保持新鲜。

一些真菌病原体感染植物后，会产生一种名叫甘露醇的糖醇，这种糖醇会干扰该植物对瓣枯病的抵抗能力，瓣枯病会使花瓣萎谢、叶片脆弱，将生菜长时间放在冰箱中也会产生这种后果。

为了使玫瑰花采摘后能长时间保鲜，北卡罗来纳州立大学的园艺学家约翰·多利和约翰·威廉森博士从芹菜中提取出了一种名为“甘露醇脱氢酶”的基因并将其注入玫瑰花中，让玫瑰花能对抗瓣枯病的威胁。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Growth, geometry, and mechanics of a blooming lily

Despite the common use of the blooming metaphor, its floral inspiration remains poorly understood. Here we study the physical process of blooming in the asiatic lily Lilium casablanca. Our observations show that the edges of the petals wrinkle as the flower opens, suggesting that differential growth drives the deployment of these laminar shell-like structures. We use a combination of surgical manipulations and quantitative measurements to confirm this hypothesis and provide a simple theory for this change in the shape of a doubly curved thin elastic shell subject to differential growth across its planform. Our experiments and theory overturn previous hypotheses that suggest that blooming is driven by differential growth of the inner layer of the petals and in the midrib by providing a qualitatively different paradigm that highlights the role of edge growth. This functional morphology suggests new biomimetic designs for deployable structures using boundary or edge actuation rather than the usual bulk or surface actuation.