光周期现象的概念让一些科学家一下子来了精神头,他们脑子中满是这样的问题:植物测量的是白昼的长度还是黑夜的长度?植物看见的又是什么颜色的光呢?
差不多第二次世界大战的时候,科学家发现,只消在半夜快速点亮灯光再灭掉,就可以控制植物的开花时间。取一种短日照植物——比如说大豆——来做实验,只要在半夜点亮仅仅几分钟的灯光,就可以让它在短日照条件下仍不开花。另一方面,同样只要在半夜点亮仅仅几分钟的灯光,科学家就可以让鸢尾之类长日照植物在仲冬(这是白昼最短的时候,长日照植物正常情况下不开花)也能开花。这些实验证明,植物测量的不是白昼的长度,而是连续的黑暗时期的长度。
运用这种技术,花农可以让菊花直到母亲节前夕才开花,这是让菊花在春天的繁花时节绽放的最佳时间。花农遇到的问题是,母亲节在春季,但菊花在正常情况下要到日照越来越短的秋季才开花。幸运的是,在秋冬两季,只要每晚点亮几分钟的灯光,就可以让种植在温室中的菊花一直不开花。然后,就在母亲节的前两周,花农晚上不再开灯了,于是所有的菊花便在同一时刻“哗”地开放,既适宜收获,又适宜装运。
科学家还好奇于植物看到的光的颜色。令人惊奇的是,他们发现不管用什么植物做实验,它们都只对夜晚的红色闪光有反应。夜间的蓝色或绿色闪光都不会影响植物的开花时间,但几秒钟的红色闪光就会。植物能够区分颜色:它们靠蓝光知道向哪个方向弯曲,却靠红光测量夜晚的长度。
之后,在20世纪50年代早期,在马里兰猛犸得到首次研究的那个美国农业部实验室,哈利·博斯威克和他的同事又获得一个惊人发现:远红光——这是波长比鲜红色光略长的光,最常在日暮的时候勉强看到——可以消除红光对植物的效应。说得更详细一些的话,如果你取来几株在长夜条件下不能正常开花的鸢尾,在半夜给它们一个红色闪光,它们就会开出和自然条件下种植的鸢尾一样鲜艳美丽的花朵。但如果在红色闪光之后紧接着再给它们照射远红光,结果就好像它们从未被照过红光一样,又不开花了。如果在远红光之后再照红光,它们又开花了。再照远红光,又不开花了,如此类推。而且,根本不需要太长时间的照射,无论红光还是远红光都是几秒钟足矣。鸢尾体内仿佛有一个光激活的开关,红光把它扳到开花这一边,远红光把它扳回去,鸢尾就不开花了。只要你来来回回扳开关扳得足够快,什么都不会发生。从一个更哲学化的层次来说,植物能记住它看到的最后一种颜色。
在约翰·F.肯尼迪被选为总统的时候,沃伦·L.巴特勒及其同事表明,红光效应和远红光效应都由植物中的单独一种光受体引发。他们管这种受体叫作“光敏色素”(phytochrome),英文意为“植物色素”。在最简单的模型中,光敏色素就是一个光激活的开关。红光使光敏色素活化,转化为能够接收远红光的形态。远红光使光敏色素失活,转化为能够接收红光的形态。在生态学上,这一效应意义重大。在自然界中,任何植物在白昼将终的时候看到的最后一道光是远红光,这意味着植物应该“休息”了。早晨,植物看到红光便又醒来。通过这种办法,植物能够测量在它最后一次看到红光之后过去了多少时间,借此便可以相应调整其生长。那么,植物究竟是用什么部位看到红光和远红光以调控开花的呢?
我们从达尔文对向光性的研究中知道植物的“眼睛”在茎尖,对光做出反应的部位则在茎中部。所以我们也许会认为负责光周期现象的“眼睛”也在植物茎尖。令人意外的是,这是错的。如果你在半夜用一束光照射植物的不同部位,你会发现,照亮任何一片叶子都足以调控整株植物的开花时间。另一方面,如果把植物所有的叶子都摘除,只留下茎和茎尖,植物就看不到任何闪光了,即使整株植物都被光照也无济于事。只要单独一片叶子里的光敏色素在半夜看到红光,效果就好比整株植物都受到了光照。叶子中的光敏色素接受了光的提示,便发出一个可运动的信号,在整株植物体内散播开来,由此就可诱发开花。