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向日葵为头状花序，顶生，也叫花盘。花盘直径大小不等，一般有20~40厘米。有的品种盘心向上凸起，有的平展，有的下凹，花盘外缘有2~3层苞叶，盘内最边缘1~3层为舌状花，单性，黄色或橙黄色，花瓣大。盘内是管状两性花，1000~2000朵。每朵花花冠5裂，有雄蕊5枚，雌蕊1枚，多为黄色或褐色。花药长3~7毫米，直径1~2毫米，上部末端有合缝，散粉时管腔张开花粉散出开花顺序是由外缘向盘心逐渐开放。舌状花先开，管状花后开。管状花第1天只开1~2轮，以后每天开3~5轮，逐达花盘中心，整个花盘开花时间多为7~10天。管状花凌晨开放，花冠破裂，花丝生长加快，1~2小时后散粉，之后雌蕊伸出花粉管，柱头张开两裂呈羽状，接受花粉。花粉落到柱头上，通常在数分钟后发芽，完成授粉，经24~36小时完成受精。授粉后的柱头很快萎蔫，下垂，卷曲，未受精的柱头在田间条件下生命可维持6~8天。由于向日葵雄蕊先熟，雌蕊后熟，因此不能自交结实。向日葵属于典型的异花授粉作物。管状花冠内下部狭窄处有蜜腺，能分泌花蜜，吸引昆虫进行授粉。 | 
