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为什么春天最早开的花大多是黄颜色? 第1页

  

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这问题太有品位了~因为我也曾为此倍感疑惑四处考证,终于基本可以合理解释,哈哈哈。
涉及的植物学知识点其实挺多的。

首先添个图帮楼主壮大声势~(≧▽≦)/~
以下依次:蒲公英,山茱萸,连翘,结香,洋水仙。都是3月初拍的。就是拍了这组图,让我开始困惑这个问题。。。


好来进入正题吧~
我们分以下几个环节尝试着讨论一下:

1. 目标
我们知道,开花的最终目标是为了结果,繁衍后代。而在这一过程中,许多花朵都需要靠虫子传粉受精来达成目的。
昆虫对颜色的辨识程度并不像我们想象的那么弱。但我一时找不到什么像样的论文。。。果壳问答供参考:
为什么黄衣服容易招虫子?

相对而言,黄色是昆虫普遍比较喜欢选择的颜色。黄色花在所有开花植物中所占的比例,其实也是非常高的。
早春和冬季,气温低,昆虫出现的频率本来就很低。这时候的虫媒花,为了更加明确地引起光顾者的注意,最佳选择也就是黄色了。
(根据我的观察,蜡梅在这方面堪称翘楚。以前宿舍楼下有一大片蜡梅,纵使数九寒天,一样能看到不少虫子围着它们团团转。可是红粉白色系的梅花,却从未给我留下过如此闹哄哄的印象。当然蔷薇科可能本来就霸气侧漏这是另外一回事。。。)


2. 色素
控制花朵颜色的是花色素,比较常见的,花青素,类胡萝卜素,最主要是这两类。前者产生红蓝紫色调,后者产生红橙黄色调。

但比起花青素,类胡萝卜素是相对更为稳定的存在。比如说,前者的合成过程中,许多相关酶类都存在光依赖性(light-dependent),也就是说,缺乏光照,会大大影响花青素的合成。此外低温也是导致花青素合成缓慢的另一个原因。
相比之下类胡萝卜素就好伺候一点。。。无论合成途径还是化学性质,都比较稳定。还有很重要的一点是,类胡萝卜素中是可以直接参与光合作用的这对于早春尚未长出绿叶,营养相对匮乏的植物而言,无疑是胡萝卜素更加有利于后期的整体生长。


(所以到了夏季,或是热带,我们也会发现红蓝紫色调的花朵明显增多。这就是大家开始充分运用花青素了。。。)


3. 温度
作为承上启下的佐证,我们可以看一下下面的图。。。
生活在寒冷地区的花很多是这个色调的↓

(雪片莲Galanthus

(雪绒花Leontopodium

(雪莲Saussurea

生活在热带地区的植物很多是这样的↓

(扶桑·朱槿·大红花)

(九重葛·叶子花·三角梅·勒杜鹃)

(非洲凤仙)

简单来说,我们知道,我们看见的颜色,来自物体本身反射的颜色。也就是红花反射红光而吸收其他颜色的光,白花反射一切光,黑花吸收一切光。
花算是植物普遍最娇嫩的部位。吸收的光能量越多,温度越高而容易被灼伤。这也是为什么黑色花基本见不到,而天然的深色花朵也非常少的原因。
处于低温的环境里,娇嫩的花瓣自然只能通过更浅的颜色来保护自己,避免吸收过多光线把自己燃烧掉。
(当然这也只是个相对的比例——蓝色的龙胆与矢车菊,紫红色的杜鹃与报春,都是寒冷山地的植物,但它们一般都在春夏时节,气温回升才会开放。而在温带,初春的露地气温也的确还是比较低的。so。。。)


所以差不多就是这样了。
蛰伏一冬的低温环境,导致黄颜色的花朵成为对植物们而言,最低成本、高效益的选择。


当然会有人说:也有红梅啊,也有紫色的玉兰啊。还有仙客来君子兰,都很鲜艳。
——但是大家发现没有?梅花与玉兰,都是足够高大的乔木或大灌木。它们的营养储备,其实被那些开黄花的草本或小灌木,要丰富不少。
至于仙客来啊君子兰啊什么的,其实都是来自温暖地带的舶来品。冬天开花?你把它们丢雪地里试试。

P.S. 题主说的苦菜可不是初春的花哦。小满节气的候应里有“苦菜秀”,在中原大地一般初夏才是盛花期。当然,不排除个别先声夺人早开的,这就是传说中的要的俏,冻得跳啊。


扩展阅读:
黄色粘虫板诱杀技术--《北方果树》2011年03期(这里面提到一个昆虫的“趋黄性”概念,不知道是否属于公认定义。。。)
花青素结构性质及稳定性影响因素研究进展
低温胁迫对旱春开花植物花器官抗寒性及花色的影响(某硕士论文。引用之是想说明花色与温度之间存在的关系其实非常复杂,我所解释的,也不过是皮毛罢了。有兴趣有基础的可作为深化阅读。)


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应圆桌的需要,整理一下这篇回答。


首先,关于问题本身,总结如下:

1 早春植物是不是多呈现黄白色,尚缺乏可靠的数据支撑。

黄白花植物本来就非常常见,早春花色当中黄白色的比例是否更高,尚没有可靠的数据。类群本身颜色的偏好可能影响更大。

譬如堇菜属的植物(Viola ssp.),其主要花色为蓝紫色,少数为白色、黄色,极少数为其他颜色;并未出现黄白色堇菜集中于早春的现象(如大黄花堇菜 Viola muehldorfii 花期为5-6月、东方堇菜 Viola orientalis 花期为4-5月,以上两种均分布于东北地区;南方的黄色花堇菜,如川东分布的阔紫叶堇菜 Viola cameleo 花期为花期6-7月、云贵川分布的灰叶堇菜 Viola delavayi 花期为6-8月)。

2 早春植物,不一定是「因为昆虫少所以要吸引昆虫」,而往往是「既然昆虫少那就用不着昆虫」。有虫子偶然经过,帮忙搞一下杂交,当然是好事;没有也没关系,植物自己就能完成传宗接代。对于很多早春植物而言,偶尔的虫媒是意外之喜,而种族的延续靠的是自交的机制保证传粉。

早春红颜多薄命,短寿续存靠自交。

如果确有证据显示,早春的植物多为黄白色,那么更合理的解释是:不是它们需要呈现黄白色,而是它们用不着呈现更多的颜色

白色实际上是由于多层透明细胞和其中的间隙交替层叠,光线在不同折射率的介质当中折射、散射而产生的现象。而黄色色素本身就很常见,譬如类胡萝卜素。其他颜色的花色素并不能带来显著的收益,那么黄白色就是最普通、最廉价、最「节能」的方式。


@蔓玫 的回答,试图做出很详细的解释,但回答当中有一两个地方,有逻辑问题,并且其中一个,还是论证当中比较重要的一环,出了问题。

Bug1

处于低温的环境里,娇嫩的花瓣自然只能通过更浅的颜色来保护自己,避免吸收过多光线把自己燃烧掉。

既然早春的温度很低,适当地通过吸收光能来提高温度,使得开花部位的小环境更适合昆虫活动,是不是也是合理的解释?
旁证:高寒山区的植物,不少要通过形成垫状群体、保证植株低矮等种种适应方式,来尽量维持植物内部的温暖,为何低温环境下,对于花瓣而言,吸收的光线会过多,以至于烧伤自己呢?
背景温度低,反而利于深色花的散热么。或者说,早春的低温下,深色花反而有吸收光能从而保温的优势。
所以这个解释,说不大通,可以解释夏天自然界深色花不多见,但不是有分量的证据。
以上内容尚不影响其他部分的论证。

Bug2:

早春和冬季,气温低,昆虫出现的频率本来就很低。这时候的虫媒花,为了更加明确地引起光顾者的注意,最佳选择也就是黄色了。

另一个问题,就不那么容易发现了。

既然早春昆虫出现的频率低,植物为了完成生活史,是不是只能随大流地采用黄色作为花色,而没有其他的策略呢?

举个例子,题主提到的迎春花 Jasminum nudiflorum,特别是栽培的,似乎在育性上存在一些问题:随手拍解救单身迎春花妹纸(悬赏)
有可能是两型花柱的自交不亲和系统的作用,也可能是传粉者缺乏或者其他的原因。

南方的野迎春/云南黄素馨 Jasminum mesnyi,据一些资料称,跟迎春花这个种有所瓜葛。


据 Google Scholar :

Cyto-taxonomy and phylogeny of the Oleaceae
H Taylor - Brittonia, 1945 - Springer
... FiG. 12. Jasminum Beesianum Forrest & Diels. 2n = 26. Fic~. 13. Ja,~minum officinale L. 2n
=26. Fro. 14. Jasminum stephanense Lem. 2n= 26. FIG. ]5. Jasminum Mesnyi Hance. 2n=26.
FIG. 16. Jasminum nudiflorum LindI. 2n= 52
. FIG. 17. Menodora longiflora (Engelm.) Gray. ...
被引用次数:112相关文章所有 6 个版本引用保存

结合《中国植物志》当中如下描述(链接见Jasminum nudiflorum Lindl.):

根据细胞学的研究,有可能迎春花是野迎春J. mesnyi Hance的北方衍生种。

本人猜测,迎春花有可能是野迎春染色体加倍产生的物种。
野迎春花色也是黄色,而花期不局限于早春(11月至翌年8月),如果以「吸引早春不多的昆虫」来解释迎春花的花色,那么如何解释野迎春的花色
相反,迎春花的结果率很低,说明「吸引早春不多的昆虫」这种策略,对迎春花而言,是低效的,如果没有人为栽培,也不借助营养繁殖,迎春花会不会继续在竞争当中得以保存,真的要打一个大大的问号
到底是因为野迎春的花产生黄色色素,之后染色体加倍(待验证)产生的迎春花保留了黄色的性状,并且恰好在早春开放呢,还是迎春花为了适应早春的环境,自行产生了开黄花的机制?
我有段时间阅读传粉生物学的书籍,恰好提到相关内容,看到一些更有说服力的解释。

植物要在早春的低温胁迫之下延续种族,至少对于一部分种类,不得不采取一些特殊的对策,因为早春确实是一个存在传粉者限制pollination limitation)的环境。

早春开花的植物,特别是草本的类群,有相当一部分,属于「短命植物」(short-lived annual plants / ephemeral plants),它们必须在很短的时间内完成开花、传粉、结果、产生种子的过程。在低温以及传粉者稀少的情况下,与其去期待本来就不多的传粉昆虫,倒还不如采用自花传粉的策略更加有效。

Snell and Aarssen (2005) 指出,自花授粉的一年生植物,与采取杂交策略的近缘种类相比,倾向于拥有更小的个体小型并且短花期的花更少的生长时间更小的种子。更重要的一点,这些特征,可以通过简单的时间限制假说time-limitation hypothesis)来解释,而不涉及任何交配或者传粉者的因素

譬如同样是菊科春天开花的植物,有两种就能做很好的对比。

这两种还都是菊苣族莴苣亚族的植物,也都是开黄花的类群。亲缘关系不像是下文老鹳草属那么接近,但应该也有一定说服力。

其一是大家都听说过名字的,Taraxacum mongolicum 蒲公英。

Taraxacum mongolicum(手动斜体) 蒲公英

记载的花期是4-9月(这里的花期指类群的花期,不是个体从4月开花到9月,是4月到9月都有开花的个体出现的意思),勉强算是春天开放;拍摄日期是3月27日。

另一种是 Lapsanastrum apogonoides 稻槎菜,也是我在最近的想法里提过的东西。

Lapsanastrum apogonoides(手动斜体) 稻槎菜

记载的花期是1-6月,更符合早春的特征;拍摄日期也是3月27日——实际上跟上面蒲公英的照片是同一天拍的。

也有今年2月22日的记录:

阴雨天未完全开放的稻槎菜

两者对比,前者的花序明显更大,花序当中的花(每一个「花瓣」其实都是一朵花的花瓣,组成的「一朵蒲公英」是一个花序)数量更多,植株也更大。
花期更接近早春的物种,可能倾向于拥有更小的个体,小型并且短花期的花,更少的生长时间和更小的种子,这是还算不错的例证。

另外一点,自花传粉的植物,与近缘的类群相比,往往会在开花上消耗更少的代价。一个例子是老鹳草属的植物,异花传粉的类型往往会拥有大而艳丽的花,而自花授粉的种类,则要黯淡许多。

Geranium thunbergii(手动斜体) 中日老鹳草

我没找到这个种是否依赖虫媒的资料,但花、果实都比较大。

Geranium carolinianum(手动斜体) 野老鹳草

这个种则是典型的不依赖虫媒的类群,花的直径一般不超过7mm,花色也黯淡许多。

当然,这个属更好的虫媒花的例子,是这个,Geranium pratense 草原老鹳草


(图片引自wiki词条:zh.wikipedia.org/wiki/F 作者:Ivar Leidus

以及前一段碰到的这个问题:这是新疆伊犁的植物,请问是什么名字?谢谢。 - 知乎用户的回答

其中的 Geranium divaricatum 叉枝老鹳草,应该也是虫媒的种

作者 @一苇

严格说来,早春开花的植物,更适合用高纬度/高海拔地区的传粉模型,来解释花色和其他的生态型。

以上回答,至少能补充一部分的逻辑链。完整地解释题主的问题,恐怕尚不简单。


最后是关于这一类问题的评价:

坦白地说,这样的问题很让人头疼:生态学的问题,提出来很简单,要去解答,却往往很难说出个「为什么」。

进化这件事,并不存在「为什么」——朝着某个特定方向进化,特别是「为了某个目标」而进化,统统都是「长颈鹿为了吃到树上的叶子而长出了长脖子」一类的错误。这是用进退废,不是适者生存

要从动力学来解释某些生态学现象,总还是可以找出原因/假说的,这些原因/假说,可以说是进化的驱动力,但要找出来,不那么容易,验证它是不是,就更不容易。




  

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