中国科大，哈佛大学最新PNAS文章

　　

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根据摄像机记录的百合花盛开的全过程，发现白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。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马哈德文教授，与中国科技大学“****”教授梁海弋合作完成，据中国科大报道，梁海弋博士评论道，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。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，使边缘受到很大的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。科学家们惊奇地发现，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。

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。百合花虽然被许多人所知，但是科学家们对于这种花的开花过程却了解不深。

（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.