“植物”探秘地球上最伟大的工厂

今天，很高兴为大家分享来自中国科学报的探秘地球上最伟大的工厂，如果您对探秘地球上最伟大的工厂感兴趣，请往下看。

《植物的经营之道：趣谈植物化学与人类生活》， 陈晓亚、胡永红、刘夙著，上海科学技术出版社2021年10月出版，定价：98元

■段艳芳

在广袤的宇宙间，唯有地球因生命的存在而生机勃勃。特别是植物，在漫长的演化过程中，拥有了非凡的化学合成技能，不仅满足了自身生存与繁衍的需要，也成为人们衣食住行之所系，堪称地球上最伟大的工厂。

植物深谙碳、氮、氧等各种元素的性质，在小小的细胞中合成种类繁多的有机物，从以葡萄糖为代表的糖类，到令人着迷的各种香料，再到令世界绚丽多彩的各种色素，以及令人生畏的毒素和治病救人的药物。

在《植物的经营之道：趣谈植物化学与人类生活》一书中，作者以深厚的生化基础、广博的知识、幽默风趣的语言，清晰呈现了“植物化工厂”的方方面面。本书由植物次生代谢研究领域的专家陈晓亚院士、上海辰山植物园执行院长胡永红、科普作家刘夙共同创作，从中可以一窥植物化工厂的全貌。

植物化工厂中的流水线是有序可控的。右旋葡萄糖因其相对稳定从己糖（6原子环单糖）的16种异构体中脱颖而出，成为植物选择的最常见的储能物质。植物化工厂则通过精巧的柠檬酸循环、卡尔文循环、光呼吸过程，实现高效的物质和能量的相互转换。

柠檬酸循环是所有需氧生物生命活动的核心。生物体在地球温和的环境条件和起催化作用的各种酶（在书中，这些特殊的蛋白质是植物化工厂流水线上的工人兼组装者）的作用下，通过精确的柠檬酸循环进行有氧呼吸，将葡萄糖中的能量逐步、有序地释放出来。

利用二氧化碳合成有机物的光合作用——地球上最重要的化学反应——同样是精巧有序的过程。光合作用分光反应、暗反应两个阶段。植物的祖先从蓝细菌那里获得了整套光反应流水线。

在光反应阶段，首先是光系统II利用来自太阳的光能将水裂解成氢离子和氧气，产生的高能电子通过电子传递链传递至光系统I，然后在其他光能的作用下被装载到还原型辅酶Ⅱ运输分子上，并进一步送往暗反应流水线。在那里，光合酶RuBisCO——负责卡尔文循环核心工序的工人“鲁比斯科”，将二氧化碳固定成有机物，并通过该循环生成糖类等有机物。

植物化工厂并非一下子就尽善尽美，而是在适应环境的演化过程中，采取符合人类社会经济学原则的“精打细算”和废物利用方式，不断调整和完善的。

比如“鲁比斯科”不能很好地区分二氧化碳和氧气，会造成能量浪费。为此，不同种类的植物采取了不同的补救措施：有的植物增加了光呼吸流水线进行“废品回收”；有的植物改造了流水线，将“鲁比斯科”的工作场地限制在维管鞘细胞中，通过增加二氧化碳浓度的方式提高工作效率；有的仙人掌科植物发展出景天酸代谢途径。

就这样，该书用拟人化的手法，将细胞中的DNA比作植物化工厂的老板，将流水线上的各种酶比作给DNA老板打工的工人，清楚地展现了植物化工厂主要流水线的关键细节。

植物还是超凡的建筑师。它们利用空气中的二氧化碳和光能，在细胞中合成有机物，再以葡萄糖为原料合成耐储存的淀粉等营养物质，并在细胞周围合成规整的纤维素和木质素单体，而后者是细胞壁的结构单元。

高高耸立、郁郁葱葱的大树总给人蓬勃向上的力量感，而高大的树干是植物细胞一点点构建起的坚韧结构，作为木材在人类生活中发挥重要作用。有些木材甚至历经几千万年至几亿年的成煤作用，在人类社会中继续发光发热。

生物的一大特点是丰富多彩，植物化工厂也是这样。植物化学代谢产物种类繁多，令人叹为观止，包括散发成熟水果香气的各种酯类、在植物中起防御作用的各种萜类、利用共轭双键产生色彩的萜类色素、能因酸碱度而变色的花青素、石竹目独具特色的甜菜色素、在工业上曾有重要用途的可水解鞣质、对动物有剧毒的香豆素类物质，以及其他多种细胞毒素，等等。

在众多植物次生代谢产物中，也蕴含着能治病救人的良药。例如，长春花碱和长春新碱能够治疗某些白血病；奎宁和青蒿素是植物恩赐人类的抗疟疾良药。因此植物化工厂在展现植物智慧的同时，也联系着人类生活。

读罢这本书，从植物化学的角度重新打量身边的植物，才恍然大悟——原来它们有这么多的生存学问。

好了，关于探秘地球上最伟大的工厂就讲到这。