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深埋在地下的植物如何知道什么时候开花呢？是什么通知它们该开始制造花朵的艰巨任务了？它们又是怎样制造出各种形状、颜色、气味不同的花朵的？植物如何传递种种与开花有关的指令？诚然，花朵会为田野和花园增添美好，但它们的存在并不是为了取悦人类。从生物学上讲，开花是许多植物生殖周期中至关重要的一个方面。

生物化学家和遗传学家玛克辛·辛格在本书中就为我们介绍了目前为止我们所知的有关开花的基因科学。虽然人类对基因已经有了一定的了解，但是对于它们如何作用，依然知之甚少。对于这门尖端科学，人类还有更多的东西需要去学习、了解，而植物作为生物界中基因较为简单的物种，便已经为科学家提出了无数谜题。因此，要想在人类的基因上有更深刻的研究，我们十分有必要了解植物基因的运作方式。本书就是这样一种尝试，在吸引更多人对基因研究感兴趣的同时，也激励下一代基因研究者能做出更大贡献。

序言 花不是为了人类的快乐而盛开 Ⅰ

部分 从认识植物与花开始 1

第1章 植物是这样命名的 5

第2章 植物如何繁殖后代？ 14

第3章 光、温度、成熟度，缺一不可 21

第二部分 基因如何影响花的开放？ 33

第4章 基因的运作方式 38

第5章 基因的开与关 51

第三部分 开花的时间到了吗？ 63

第6章 成长的绿色：走向成熟 66

第7章 暖与寒：温度的影响 72

第8章 明与暗：光的影响 83

第四部分 花朵是如何形成的？ 89

第9章 四个乐章的交响曲：形成花的器官 93

第10章 金鱼草、向日葵：那些形态特殊的花 103

第五部分 如何装饰一朵花？ 113

第11章 给花瓣着色：色素的世界 118

第12章 香气工厂：有用的香气 133

结语 149

致谢 151

术语表 153

延伸阅读 158

出版鸣谢 160

玛克辛·亲格（Maxine Singer）美国生物化学家和遗传学家。于1957年从耶鲁大学获得博士学位，后在美国国家健康研究院从事酶学及基因编码研究。从1988年到2002年，她担任了华盛顿卡内基研究所主席。她曾在《美国国家科学院院刊》和《生物化学与科学杂志》的编辑委员会任职，还曾获得国家科学奖章（1992年）和国家科学院公益奖章（2007年），并担任魏茨曼科学研究所国际董事会终身董事。

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谁不喜欢花？鲜艳的花朵装点了世界各地许多人的日常生活。即使在贫穷的贫民窟里，棚屋周围的泥土堆积如山，也常常有一个旧油桶，里面花草茂盛令人赞叹。许多孩子画的样东西就是鲜艳的花朵，花的上方还有金黄色的太阳。不知何故，他们觉得光是重要的。艺术家永远不会放弃这种描绘自然的欲望。几个世纪以来，他们一直在画野花和花瓶里大量鲜艳的花朵。但有多少人知道真正的植物是如何开花的呢？

在过去的几十年里，科学家一直致力于这方面的研究。多亏了现代的遗传学和生物化学方法，以及一种俗称为水芹或鼠耳芥（正式的叫法是拟南芥）的微小杂草，我们现在终于可以讲一个关于植物何时开花以及如何开花的非凡故事了。植物学家用证据回应了威尔基˙柯林斯的抱怨，证明了不只有费曼的朱庇特①令人惊奇。

这个故事在三十年前是写不出来的。那时，没人知道植物如何以及何时开花；没人知道植物如何在适当的时候用五颜六色、散发芳香的花朵来装饰自己。

花不是为了我们的快乐而进化的。它们的目的是确保种子的生产。种子越多，就能培育出越多的新植物。只要环境适宜，并且有光、水和营养，它们就能通过花的颜色、香味和形状来吸引昆虫或鸟类，使种子产量化。这些来访的动物收集、传播花粉，使植物的卵子受精，形成种子。卵子和花粉可以位于同一朵花中，也可以位于同一物种的不同花中。有些植物不需要传粉动物，在风中就可以散播花粉。

除美丽外，花对我们而言还有重要的意义——它们是人类和动物的食物来源。在全世界范围内，人类饮食的主食是种子，比如大米、玉米、小麦和豆类。带种子的果蔬是另一种主要的食物来源，如西红柿、南瓜、苹果、橘子等。

鲜花也是笔大生意。这一产业至少可以追溯到罗马时代，存在于我们在花店看到的每一朵花和栽种在苗圃的每一株植物背后。早在16世纪，从奥斯曼帝国进口的郁金香就曾流行于欧洲。到了17世纪中叶，荷兰陷入了郁金香狂热。投机者买卖的是郁金香的球茎，而不是股票。疯狂的收藏家会在郁金香真正上市前抵押房屋、地产甚至马匹来购买。但是，如同股市那样，郁金香市场终崩溃了。积压的郁金香被一种病毒摧毁。

今天，花卉产业也是全球性产业，价值数十亿美元。2005年时，美国人花在鲜花上的钱接近人均26美元，但这还远低于大多数欧洲国家。瑞士是的鲜花消费国，人均支出几乎是美国人的4倍。难怪花农舍得花大价钱把鲜花空运到世界各地——他们知道市场需求旺盛。美国花店里的鲜花大多来自拉丁美洲。大型花卉展览，比如每年的费城花展，可以为一座城市带来数十亿美元的旅游收入。花朵背后的科学，对农业和工业来说也很重要。

19世纪中叶，在今天捷克共和国的布尔诺市，修道士格雷戈尔˙孟德尔（Gregor Mendel）进行了植物实验。他发现种子内包含形成植物以及确定花的颜色和种子形状的信息，他称之为“遗传因子”（factors）。今天，我们把遗传因子称为基因（genes），而且已经知道基因不仅决定花的颜色，还决定花的形状、不同部分的结构、香味，甚至植物何时开花。我们也知道，无论是在植物、动物，还是细菌或病毒中，基因都是DNA（脱氧核糖核酸）的一部分。美丽的双螺旋分子结构成了20世纪的一个标志。关于植物何时以及如何开花的问题，人们在基因和DNA中找到了答案。本书就将讲述我们到目前为止所知道的关于这一切如何运作的故事。

令人遗憾的是，大多数人对基因的了解都来自大众媒体，但媒体通常只会报道引起人类疾病的有害基因或对转基因植物臆想出的危害。这些报道让基因有了坏名声。但基因应该被正名，毕竟，它们还给我们带来了玫瑰花的艳丽和茉莉花的香气。

在地球生命进化的过程中，花出现得很晚。根据化石记录，陆地植物在5亿年前才出现。早的花的化石可以追溯到大约1.3亿年前。不过，鉴于花很脆弱，很可能在化石形成之前就会腐烂，所以它们的进化很可能更早，只是没有保存下来。当然，开花植物取得了惊人的成功，占据了地球上的各种栖息地，从寒冷的极地到热带，从低地到山顶，它们无所不在。它们的颜色、形状和香气的多样性令人眼花缭乱。

查尔斯˙达尔文对基因以及基因如何驱动进化一无所知。他完全搞不懂花的多样性，把花的历史描述为“一个恼人之谜”。他可能想知道，新发现的化石，特别是对DNA的研究，已经揭开了许多谜团。开花植物的祖先可能是蕨类植物。生长在南太平洋岛屿上的一种名为无油樟（Amborella）的开花灌木，似乎与现存开花植物古老的祖先密切相关。睡莲是大多数人能看到的古老的植物。

开花植物开始进化后，其路径与动物的进化相同。而辐射、暴露于特定化学物质或细胞分裂时DNA复制错误，会导致它们的DNA发生突变，从而使开花植物的基因不断出现新的变异。如果在特定环境中，这些变异表现出对植物有利的性状或有利于种子生长的性状时，发生变异的基因便会被传递给下一代植物。如果变异使植物不再适应环境，那么植物可能会死亡，不再留下携带变异基因的种子。通过这种方式，新的变异基因和适应环境的新物种开始出现，并蓬勃发展——只要适宜的环境一直存在。简而言之，这就是自然选择。在一亿多年的时间里，这个过程加上气候的变化和动物的进化，让地球上的开花植物欣欣向荣。

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生物化学家和遗传学家玛克辛·亲格在这本书中为我们介绍了目前为止我们所知的有关开花的基因科学。

你也许想象不到，那些默默无闻的植物，竟然有如此丰富的生命力量。它们知道何时该开花，知道如何装饰花朵以吸引传粉者，达尔文不知道的植物都知道。

本书是对那些基因研究者的激励。我们今天所了解的生物学常识，看似简单，但这些结论的背后所蕴含的过程与智慧是大部分人难以想象的。为了得到真相，科学家们还要不停研究，让我们越来越接近事物真正的运作方式。