花色花香花满天

古往今来，花都是人间的一大美景，是无数迁客骚人赞美的对象，相信每一个人都曾在不同的地方，不同的时节看过五彩斑斓各式各样的花，正如一首诗所描绘： 正月梅花香又香，二月兰花盆里装，三月桃花连十里，四月蔷薇靠短墙， 五月石榴红似火，六月荷花满池塘，七月栀子头上戴，八月丹桂满枝黄， 九月菊花初开放，十月芙蓉正上妆，十一月水仙供上案，十二月腊梅雪里藏。

图1. 各种不同颜色的花（来源于维基百科）

我们始终生活在花的世界中，无论是在阳春三月草长莺飞，暖风熏得游人醉；还是腊月寒冬，冰封万里，忽如一夜梨花开，我们始终都能够感受到花的艳丽色彩、沁人芳香。那么，不知道你有没有好奇，花儿为什么如此绚丽多彩？

要回答这个问题，必须先从化学色素谈起。在我们生活的大千世界里，有很多具有特殊颜色的东西，例如：树叶往往都是绿色的，动物的血液往往都是红色的，西瓜瓜囊是红色的，成熟的果实和枯萎的叶子往往会呈现黄色等等。这些颜色都和化学上被称为“色素”的一类有机化合物存在密切的关系。

花儿如此绚丽多彩正是因为花的细胞液里面含有花青素、类胡萝卜素、黄酮色素等不同色素，这些色素的相对不同含量造成造成了花色的千变万化。花青素使花瓣呈现出红色、蓝色或紫色，类胡萝卜素使花瓣呈现黄色或橙色，如果花瓣细胞不含任何色素，花就是白色的。

图2. 三种色素的结构-来自于中国大学mooc《欣赏物理学》

那么，同样都是一种颜色的花，会不会有不同的变化呢？

答案是有的。例如玉兰和棉花都是白花，玉兰始终保待洁白之色， 而棉花的花瓣刚开时是白色的， 不久就变成了淡黄色， 以后又渐渐变成了粉红色， 最后变成 了灰褐色。

是什么神奇的东西使棉花花的颜色变化多样？

是因为棉花的花含有善变的花青素。就花青素本身而言，本身无色，但容易受细胞液的酸碱度、气温、光强、日照时间等因素而变色。例如，花青素在酸性溶液中，它呈现红色，酸性越强，颜色愈红；但在碱性溶液中， 它呈现为蓝色，碱性越强，蓝色越深。棉花每时每刻都受外界环境的影响，同一株棉花上 的花， 因开花时间不同，受精时间不同，阳光强弱不同， 特别是酸碱度反应不同，使花 青素发生变化， 所以有 很多种颜色；而玉兰花不含任何色素，不管在任何条件下， 或任何物质元素反应，颜色也不会起变化，始终是白色的。

图3. 棉花花色的变化-来源于中国大学mooc《欣赏物理学》

那么，为什么花儿“需要”五颜六色呢？

这个问题可以从进化的角度回答。大家都听说过达尔文的《进化论》，从进化角度出发，植物花的颜色是也是自然选择的结果。作为植物的生殖器官，花朵旨在吸引鸟类、蜜蜂和其他昆虫，以帮助植物繁殖。如果花色比较鲜艳亮丽，会更容易得到更多的昆虫传粉，从而更多的生存和保留下来，这也就是为什么仅靠风授粉的植物（例如草）的花朵往往相当不起眼，它们不需要看起来对昆虫很有吸引力。

图4. 蜜蜂授粉图片-图片来源于网络

同时，花色也是植物进行自我保护的结果。不同颜色的可见光对应不同波长，其中红、橙、黄光波长较长，被物体吸收后热效应较强；紫、蓝光波长较短，热效应较弱。我们知道，花呈现什么颜色，代表它反射的颜色，换句话说，也就是这种颜色的花。知道了这个问题，我们就可以回答：

为什么自然界的花朵大多数是黄色或者红色的，黑色的花朵最少？

首先，自然界中当数白色花最多，黄色花次之，红色花第三。由于白色花常生于较为荫蔽的地方，而且许多在夜间开放，我们在日常所见的花朵中黄色和红色就显得最多了。黄色和红色是昆虫普遍喜欢的颜色，因此能吸引更多的昆虫帮助其传粉，从而得到更加广泛的传播。

与之相反，黑色花沉闷，不漂亮，所以不易吸引昆虫。于是黑色花想要传播花粉繁衍后代就成了问题，天长日久，就被自然界所淘汰。此外，黑色的花瓣能够吸收全部的光波，在阳光下升温很快，花的组织容易受到伤害。经过长期的自然淘汰，黑色的品种所剩无几。最后，我们前面提到话的颜色和花的细胞液中含有的色素有关，一般花瓣内没有黑色的色素，因而很难见到黑色的花。其实，我们看到的黑色曼陀罗、黑玫瑰、黑牡丹等都不是真正的黑色，而是很深的紫色或者蓝色。

另外有个有意思的发现是植物形成色素必须耗费原料和能量， 解剖可看到色素仅含于花瓣的上表皮中， 花瓣内部是无色的，这说明植物仅耗费最少的能量和材料求得了最佳的效果，这也不得不感叹大自然进化的伟大和奇妙。

花儿为什么会散发香味？

花儿为什么会散发香味这个问题同样可以从传粉角度考虑，植物除了通过花的颜色，同样也会通过花的气味来吸引传粉者。对于那些需要依靠在夜间飞行的传粉媒介如蝙蝠和飞蛾来传粉的植物涞水，花的气味非常重要，因为花的形状和颜色在夜间几乎没有用处。例如非洲大草原上有一种树被称为“生命之树”，对，就是著名的猴面包树。猴面包树的作用很多，比如，猴面包树能够储存很多的水，有数据称一棵猴面包树储存的水大约相当于20万瓶农夫山泉矿泉水。当你穿行沙漠缺水的时候，用刀划一个口子，水就会奔涌而出。此外，猴面包树的果实也可以用来吃，树皮很厚，纤维坚韧，剥下来可用来搓绳或织布。树叶可当作蔬菜食用，也可入药，去火退烧等等。猴面包树的传粉便是主要依靠蝙蝠，如果没有蝙蝠，“生命之树”很有可能就会灭绝，这也会给非洲大草原的生命系统带来巨大危机。榴莲，相信大家都不陌生，具有强烈的刺激气味，这种强烈的刺激气味也正是为了吸引它的传粉者（大长舌果蝠、中央狐蝠和西里伯斯利齿狐蝠）帮助其传粉繁殖。

总之，气味是大自然将传粉者吸引到不动的东西那儿的巧妙方法，这是花与它的传粉者交流的方式。

图5. 蝙蝠帮助植物传粉（图片来源于网络）

植物为什么能散发花香？

主要来源于花瓣中的油细胞，油细胞可以分泌出带特殊的芳香油，各种花卉所含的芳香油不同，因此，它们散发出的香味也各不相同，有点浓郁，有点淡雅。当然，自然界中还有一些花，花瓣中并没有油细胞，但是我们也能闻到阵阵香味，这是因为这些花的细胞中含有一种叫糖苷的物质，糖苷经过酵素分解后，一样会产生香味。那么，又有一个新的问题，为什么香味会被我们闻到？这种芳香油或者分解后糖苷能被我们的闻到，这还得益于物理学中的布朗运动-悬浮微粒不停地做无规则运动的现象，使得带有香气的分子在空气中扩散，从而被人和其他动植物闻到。

图6. 布朗运动-图片来源于网络

提到分子热运动，就不得不提及一些生活中的现象，这些都与分子热运动有关。

例如厨房中烧菜煮饭散发出的香味了，这是由于蔬菜、肉类、米饭等食物的分子在高温下发生剧烈运动，而不断向周围空气发生扩散；夏天家庭中通常会用电蚊香，燃烧后的电蚊香气味会充满整个房间的每个角落。这些都是分子运动现象，具体来说是分子运动中的扩散运动，蔬菜、肉类、蚊香等发出的气体分子从厨房以及房间这个高浓度区域通过空气向房间其他低浓度区域转移直到整个房间均匀分布。

不同花儿分泌芳香油和分解配糖体的能力是不同的，这就是有的花香浓烈、有的花香清淡的原因。一般来说，白花和淡黄花的香气最浓，其次是紫花、黄花、浅蓝花的香味最淡。此外，阳光充足的时候，芳香油挥发得特别快，花香味也更浓。