西瓜上的花纹是怎样形成的？
首先得知道，西瓜的花纹，也就是那些深浅不一的绿色条带，它们是西瓜果皮上不同区域的色素含量和生长速度差异造成的。这有点像咱们脸上长痣或者皮肤颜色深浅不一样，都是身体里某些物质分布不均的结果。
1. 基因说了算：先天DNA的指令
西瓜花纹的形成，最根本的驱动力还是来自基因。西瓜的品种不同，长出来的花纹也可能不一样。有些西瓜天生就带着醒目的深浅条纹，有些则可能比较均匀，甚至几乎没有明显的纹路。这就好比有人天生就容易晒黑，有人则怎么晒都只是淡淡的红色，基因从一开始就定下了基础。
在西瓜的基因组里，有那么一些关键的“指令”，控制着果皮细胞的生长和色素的产生。这些基因就像是乐队的指挥，告诉不同的细胞什么时候该生长快一点，什么时候该慢一点，什么时候该多产生一点叶绿素或者其他色素。
2. 叶绿素的“小心思”：光合作用的痕迹
西瓜的绿色，主要来自于叶绿素。那些深色的条纹，通常是叶绿素含量相对较高的地方。叶绿素在光合作用中扮演着至关重要的角色，它能够捕捉太阳光，为西瓜的生长提供能量。
为什么有些地方叶绿素就特别多呢？这跟生长环境和细胞的“工作效率”有关。
生长速度的“抢跑”与“慢行”： 在西瓜发育的早期阶段，果皮细胞的生长速度是不一样的。那些叶绿素含量较高、颜色较深的绿色条带，往往是生长速度相对较慢的区域。为什么慢？这就像是在马拉松比赛中，有些选手会选择性地放慢脚步，以便在后期更好地冲刺。而那些生长速度快的区域，它们的细胞可能更专注于体积的膨胀，对色素的“投入”就相对少一些，所以颜色就显得浅一些。
“养分”的分配不均： 此外，在西瓜内部运输营养物质的过程中，也会存在一些细微的“分配不均”。某些区域可能更容易获得光合作用产生的糖分等养分，从而促进叶绿素的合成和积累。而另一些区域，可能因为种种原因，叶绿素的合成受到了一点小小的“限制”。
3. 激素的“调节信号”：内分泌的微妙影响
植物体内有很多生长激素，它们就像是身体里的“信使”，传递着各种指令。在西瓜花纹的形成过程中，植物生长激素，比如生长素（Auxin），也扮演着重要的角色。
生长素会影响植物细胞的伸长和分化。它在不同区域的浓度差异，可能会影响到果皮细胞的生长速度和叶绿素的合成。科学家们发现，生长素的分布不均，可能正是导致这些条纹出现的关键因素之一。简单来说，生长素浓度高的地方，细胞生长和叶绿素合成的“节奏”就可能不一样。
4. 环境的“助推”：光照与温度的微妙配合
虽然基因是基础，但环境因素也能对花纹的形成产生一定的影响。
光照强度： 阳光是叶绿素的“好朋友”，但过度的光照也可能对叶绿素造成一定的“压力”。在西瓜生长的过程中，不同朝向的果皮，接受到的光照强度和角度会有所不同。这可能会导致局部区域的叶绿素合成和光合作用效率的差异，从而加剧了花纹的显现。想象一下，阳光直射的地方和有阴影的地方，植物的生长状态会有所不同，西瓜皮上的花纹也是类似的道理。
温度变化： 温度是影响植物生长的重要因素。一些研究表明，温度的变化也可能影响到植物体内某些酶的活性，而这些酶与色素的合成息息相关。昼夜温差的变化，或者果实在生长过程中遇到的局部温度差异，都可能在细微之处影响到色素的分布。
综合来看，西瓜花纹的形成是一个复杂的过程，是基因、叶绿素分布、生长速度、激素信号以及环境因素共同作用的结果。
这就像一幅画，基因是画家打下的草稿，描绘出大致的轮廓；叶绿素和生长速度的差异，是画家在不同区域使用的颜料深浅和笔触轻重；而生长激素，则是画家调配颜料的秘方，控制着色彩的浓淡；最后，光照和温度这些环境因素，就像是画室的光线和整体氛围，让这幅画（也就是西瓜皮上的花纹）更加生动逼真。
所以，下次你看到西瓜上那漂亮的花纹时，不妨想象一下，这可是西瓜体内一场精妙的“生物化学演出”，是它在阳光下努力生长，努力分配养分，最终呈现出的独特美学。这是一种自然的智慧，也是生命力的独特表达。
网友意见
谢邀~
前面两位知友分别从不同的角度来谈这个问题。
@Aleni从瓜皮颜色的遗传多样性入手。但是瓜皮的底色是从浅绿色到深绿色一个渐变过程，并不是质量性状。早期美国和日本的西瓜育种家找到了控制西瓜皮颜色和花纹三个重要基因g, m, p，但是后来这些种质资源并没有得到保存结果丢失了，遗传背景也无法考证了，因此这三个基因的功能和西瓜皮的颜色和花纹的关系仍然还有待鉴定。譬如控制瓜皮颜色的基因三等位基因模型：含有等位基因是深绿色瓜皮，含有等位基因则是浅绿色瓜皮 ，而含有等位基因则是带有条纹的瓜皮，然而条纹的宽度却无法确定，说明这个位点可能会受到遗传背景的影响[1]。因此想要研究西瓜皮的颜色和条纹的遗传机制甚至分子机制，还是得重新从资质资源中选取特异的亲本做QTL分析，克隆基因，然后才有可能深入到功能研究。
另外
@赵永峰则从另一个角度出发，由西瓜皮条纹和动物皮毛颜色的相似性联想到图灵机制。图灵机制是一种反应-扩散模型(Reaction-Diffusion)，两种化学物质的化学交互作用，在一定条件下可以产生稳定的空间模式。尽管图灵机制在动物的皮毛颜色和肢体发育中被证明是有效的，但是在植物中却还没有相关的报道，毕竟动物细胞可以迁移，而植物细胞由于细胞壁的存在而无法迁移，只能靠相邻细胞之间的相互作用，RD模型不一定适用于西瓜皮。不过倒是有另外一个模型，克隆镶嵌模型(Clonal Mosaic model)[2]，其原理是基于细胞分裂和细胞间的相互作用。在细胞分裂过程中，初始细胞的细胞壁与相邻细胞之间的接触面不同，从而产生各种类型的细胞，形成了特定的花纹。
瓜皮花纹有斑点，有条纹类型。而且条纹形态变异丰富，有连续的，有间断的，有窄的，有宽的，遗传机制可能不一样。因此当小朋友问西瓜皮的花纹形成原理时候，首先你得拿一个西瓜皮出来，跟他们描绘这些条纹到底是什么，由什么组成。譬如说我们最常见到的一种西瓜皮，浅绿色瓜皮上分布的像地球的经线一样深绿色的条纹，而且每根条纹形态都不一样。
如果放大了看，就会发现瓜皮上条纹在茎、花柄上已经存在，而且和维管束的分布重叠。每一根条纹的形态都不一样，在条纹的边缘有一圈深绿色网状结构的细胞，网状结构包裹的是一些介于深绿色和浅绿色背景的中间绿色的细胞，偶尔还有一些跟背景一样的浅绿色细胞。说明这些条纹是由三种类型的表皮细胞构成的复杂结构。
如果再放大一点看这些细胞的排列，这些条纹内的网状结构似乎是一些多边形结构，而且成对出现，说明这些细胞可能是通过某一个原始细胞通过多次有丝分裂形成的。深绿色的网状结构宽度大约30的细胞，内部的中间色区域的直径大约80个细胞。
这是Robert W. Korn根据克隆镶嵌模型用电脑模拟了一种叫做“Ruby red”品种的西瓜皮条纹形成的过程[3]。
- 在西瓜发育早期，模拟茎秆维管束以及附近的原表皮细胞，还没有颜色分化。
- 发育第一阶段，由维管束分泌的某种色素形成因子向维管束两侧扩散，形成形态发生区。
- 第一阶段完成，在形态形成区域的细胞的细胞壁色素积累，形成深绿色的结构。
- 发育第二阶段，带有深绿色细胞壁的细胞诱导相邻的细胞变成中间绿色的细胞。
- 第二阶段完成，部分中间绿色细胞中间与深绿色细胞壁不相邻的细胞则表现为浅绿色。
- 第三阶段，经过多次有丝分裂，中间绿色的细胞逐渐增多，而且带有深绿色细胞壁的细胞也开始分裂，形成完全深绿色的细胞。
- 第四阶段，三种细胞各经历多次分裂，最终形成了三种颜色区域：深绿色细胞的网状结构，中间绿色细胞的多边形结构，以及中间的浅绿色的细胞。
尽管作者模拟的结果和实际观察的瓜皮的三种细胞的分布和数目有出入，但确实能够解释这种类型的西瓜皮的多边形结构。但是这个模型不一定适用于其他类型的西瓜皮花纹。
[1] Overview of the genes of watermelon. T.C. Wehner (2008)
[2] Clonal Mosaic Model for the synthesis of Mammalian Coat patterns. Marcelo Walter et al.(1998)
[3] Watermelon Stripes. A Case for the Clonal Mosaic Model in Plants. Journal of Theoretical Biology (2007)
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