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俗话说，春华秋实。然而，春天真的会花开吗？雨水冲走了夏日的炎热，秋风袭来。当耀眼的阳光不再清凉，我们可以趁着清晨的凉意，感受晨露的开始，看着太阳早早落山。此时，新的生机正在不再被晒伤的土壤中萌芽，可爱的秋水即将在这个秋天展现出它最优雅的姿态。
国家植物园南园盛开的秋水仙碱。图片来自作者
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秋天皇冠，夏天去青衣。
秋水仙碱。是一种秋水仙科植物，它的拉丁学名“秋”是指这种植物在秋天开花。秋水仙碱起源于欧洲南部，现在世界各地都有栽培，用于观赏，许多园艺品种已被人工栽培。它是一种多年生花卉，球茎埋在土壤中，形状像洋葱。每到夏天，绿叶就会枯萎，只剩下光秃秃的“洋葱”；秋天，暑气散去，花开会破土而出。
秋水仙碱破土而出。图片来自作者的花期。秋水仙碱的叶子还没有长出来，开花所需的营养都是由鳞茎供给的。当方盈落下时，宽大的叶子被拔出，为果实和种子的发育提供能量，同时为新的鳞茎储存养分，老的鳞茎因为养分耗尽而萎缩。地上部分在越冬期间会枯萎，第二年春天会长出新叶。夏天，叶子又枯萎了，球茎睡觉，躲避炎热，然后在秋天开始新的循环。这个时候大家可能会好奇。为什么秋水仙碱不仅冬天会枯萎，夏天还会落叶？这是因为原产地的夏天干燥干燥，酷热难耐。为了避免脱水或晒伤，秋水仙碱干脆弃叶进入休眠，用鳞茎储存重新萌发所需的营养。同样，被称为“彼岸之花”的石蒜也与这一特征有关。
秋水仙碱的叶子。图片来源:中国植物图像库
营养生长期(左)和花期(右)的秋水仙碱。图片来源:植物图解
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家有变故，但老朋友今天怎么样了？
秋水仙碱在经典分类系统(如Cronquist系统)中常被置于百合科之下。随着分子系统学的发展，人们逐渐认识到广义的百合科在进化上并不是一个完整的www.cryonite.net、独立的分支，包括来自几个不同“科”的成员。因此，重视分子据的被子植物APG分类系统将其分为几个科。秋水仙碱因此被归为秋水仙碱。Cronquist系统中几个曾经被认为与百合科相似的百合科，也被明与百合科不是近亲，因此被归为天冬科等其他单位。目前，APG系统的百合科包括10个科，秋水仙科下有200多种，广泛分布于欧洲、亚洲和非洲。Hoang Dang hoa Do等人的研究表明，秋水仙科最近的姐妹群是六个开花科(下图)。
Do等描述的百合科之间的进化关系图片来源:参考文献[4]
Alstroemeria hybrida是hexagamaceae的一个家族，原产于南美洲，常用于鲜切花。图片来自作者秋水仙碱，国外也叫秋番红花，即“秋番红花”，意思是长得像藏红花，秋天开花(番红花开花较晚)。其实在亲缘关系上，秋水仙碱与Cronquist crocus相差甚远，Cronquist系统曾将其归入百合科，但APG系统根据分子据将其归于芦笋。但是，乍一看，从地下冒出来的花，确实有些相似之处。而秋水仙叶宽，叶脉凹，花期无叶，而番红花叶窄，叶脉平，鸢尾叶基部相互嵌入，花期无叶。就雄蕊而言，秋水仙碱有6个雄蕊，番红花只有3个雄蕊。此外，藏红花最突出的特征是三叶、细长的鲜红色柱头，这就是著名的入药“藏红花”，而秋水仙碱的三个柱头又细又短又白。藏红花常用于药用栽培，在园林中不多见，但也有常见的观赏植物番红花。其形状与藏红花基本相似，但春季开放，柱头未开裂。
图片来自作者
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保护身体免受奇怪的东西，突变可以促进农业
虽然外表妩媚美丽，大有沉鱼落雁的架势，但秋水却难以成为美味。秋水仙碱富含一种著名的生物碱——秋水仙碱，秋水仙碱是一种有化合物，可以保护植物免受动物侵害。秋水仙碱性很大。成人摄入0.5mg/g会导致中，超过0.8mg/g会致命。进入细胞后，这种物质可以与游离的微管蛋白二聚体结合，阻止细胞合成微管，而微管是细胞骨架的重要组成部分。秋水仙碱也可以在较高浓度下诱导合成微管的分解。它将对许多生命过程如囊泡运输、细胞因子分泌、吞噬作用、细胞运动和分裂产生破坏性影响。
秋水仙碱的分子结构。图片来源:参考文献[1]秋水仙碱虽然有，但在育种上却有妙用。由于秋水仙碱破坏微管，细胞分裂时染色体(遗传物质)被复制后不能正常一分为二，因此在植物学研究中秋水仙碱常被用作染色体加倍的诱变剂。秋水仙碱在园艺上的应用已有80多年，越来越多的多倍体品种通过这种方法被培育出来。比如著名的三倍体无籽西瓜，就是用秋水仙碱把普通的二倍体西瓜通过诱变变成四倍体，然后用四倍体西瓜和二倍体西瓜杂交得到的。三倍体植株的遗传物质很难均匀分割，无法产生种子正常繁殖后代，所以这种西瓜结出的果实没有瓜子。
细胞分裂示意图。加入秋水仙碱后，子细胞无法分离，导致细胞内遗传物质加倍。图片来自作者。不见桃李攀枝笑，也不见方遒破土。秋天是郊游的好时候。我们可以一起亲朋好友，在中庭赏月，闻桂花香，吃秋菊。漫步在植物园，也许前天还是黄土被砸的地方，今天已经绽放出美丽的花朵。
参考
[1] Gracheva等，秋水仙碱生物碱和合成类似物:目前的进展和前景。药物化学杂志，2020年。
[2]斯洛博德尼克等，秋水仙碱:旧与新。美国医学杂志，2015。
[3]Eng Wee-Hiang；何伟成。秋水仙素在园艺植物中的多倍体化。《科学园艺》, 2019。
[4] Do等，真百合(单子叶百合目)质体进化的意义。分子系统学和进化，2020。
中国出品，科普作者|魏中国科学院植物研究所审核|中国科学院植物研究所中国科学院
监制|中国科普博览
发送单位:中国科学院计算机息网络中心。
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