科普下在"星际穿越"电影中：玉米为何能成为“末日作物”？

smallny

把人类的未来推向近乎末日的绝境，是不少科幻大片所津津乐道的故事背景。最近热映的电影《星际穿越》在这方面也不免俗。影片中，激发人们穿越虫洞寻找新家园的最大原因，就是地球环境的极度恶化：高温、干旱和疫病席卷了全球，人类只能依靠种植玉米苟延残喘……
在这部聘请了多为知名科学家作为科学顾问的影片中，虫洞、黑洞也成为了重要的“角色”，而另一个容易被人忽略的“角色”就是玉米。在恶化的环境中，玉米的确可能成为为人类提供食物甚至能源的主要作物。
那么，玉米究竟是何德何能，能让它担负起“末日作物”的重任呢？

Mourinho

看前扫盲下

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tvtumama 发表于 2014-11-20 19:35
大S要转型成生物学家了，不习惯啊，自己的基因还没找到传下去的媒体、介质，把玉米的来龙去脉、基因突变、 ...

被你这么臆说我投胎做玉米得了

tvtumama

大S要转型成生物学家了，不习惯啊，自己的基因还没找到传下去的媒体、介质，把玉米的来龙去脉、基因突变、基因转变搞得煞清啊，要精呆啦！

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甜菜之所以得名，就是因为在它的肉质块根之中，累积着大量的蔗糖。甜菜原产于欧洲中西部，虽然身为C3植物的它光合效率较低，但相比玉米和甘蔗来说更加适应寒冷的气候，而我们主要利用的块根，则正是甜菜用于抵御严寒而做的储备。在欧洲和亚洲北部，甜菜是人们冬季最为重要的食物之一，由此诞生出用红甜菜熬制的闻名遐迩的罗宋汤。至于甜菜制糖业，更是应对19-20世纪欧洲乃至世界连绵数十年的“末日之战”的产物——早在拿破仑战争之时，蔗糖海上运输的路线被战争切断，从而刺激了欧洲本土的甜菜种植和制糖；而在随后的两次世界大战之中，糖用甜菜也在其中作为重要的食品和工业原料被大面积种植。在现在，虽然甜菜被玉米来源的糖抢去了风头，但在末日之时，甜菜还是极有希望进行逆袭的。

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谁还有潜力成为“末日作物”的候选者？
当然，在末日作物的名单之上，并不只有玉米一个人选。那么，还有什么作物能够和玉米一样担当起延续人类种群和文明的重任呢？

显然，这样的作物需要和玉米类似，能够在恶劣环境下保持较高的光合效率，合成足够的有机物。也许有人会提议沙漠中极为耐旱耐热的仙人掌等多肉植物，但实际上，这些植物也许更适合充当点缀，而不适合作为作物来种植。这是因为，这些多肉植物采取了一种将二氧化碳吸收和固定分别在不同时间进行的策略。这种策略虽然能够避免水分的散失，但严重降低了光合速率——换句话说，虽然抗旱，但产量太低。

事实上，有一类人们并不将其视为作物的植物，更有可能担此重任，那就是甘蔗。和玉米一样，甘蔗也属于C4植物，因此同样具有较高的光合效率，而甘蔗本身合成的大量的蔗糖，可以直接被人类用于食品的生产。同样的，同属于C4植物的高粱也是末日植物的有力候选者，但是，它们还需要人类努力提高其产量，才能和玉米一较高下。

另一个问题是，未来的末日也许并非是干旱和酷热，也可能是一个冰期的到来或世界大战后核冬天的降临。那么在地球表面温度骤降的环境下，玉米、甘蔗等适应热带气候的作物将丧失它们的优势（也许可以依靠遗传改良的耐寒品种），而这时，另一种植物可能会异军突起，那就是甜菜。

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技术的宠儿：遗传操作优势
除了自身的先天优势之外，玉米的特殊地位也给它带来了特别的优势——玉米是世界粮食作物中为数不多的拥有成熟遗传操作体系的作物。

尽管玉米天赋异禀，但在末日灾害来临时，单纯依靠自然选择赋予它的优势并不一定抵御得了。在影片中，世界范围内农业作物的突然死亡，其直接因素被归因于一种神秘病菌的侵袭。因此为了应对这种突如其来的风险，人类有必要打破自然演化中时间所编制的窠臼，让需要百万年才能形成的优良特性，在短期内出现。

幸好，人类掌握了这门技术，得以通过对玉米基因组的改良，让玉米产生新的或更强的特性，来适应更加恶劣的环境。就在当下，全球约60万平方千米的土地上种植着接受了遗传改良的玉米。这些玉米，或是更加抵御虫害，或是能够耐受除草剂以适应工业化种植，抑或是改良了籽粒成分。而在全球各地的实验室中，拥有更加抗热、抗干旱、抗病菌侵害的新的玉米品种也在不断问世。2008年2月，继水稻之后，玉米成为了第二种被全基因组测序的农作物，而就在随后短短6年间，新的测序技术又成功地从不同角度测序和分析了多个玉米品种的全基因组序列。这些信息将更加有助于人们对玉米进行改良。可以相信，在现实之中，依靠这些技术手段，人类并不会像影片中那样束手无策。

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正因为有着这种特殊的固碳技巧，使得玉米更加耐受高温、高光强和低二氧化碳浓度。这三大优势让玉米在应对未来可能遭遇的末日环境中占据了先机。短期来讲，大气内二氧化碳浓度的上升对植物来说是有益的，然而过多二氧化碳造成的全球平均温度上升，加强了总体光呼吸的损耗，而玉米能在高温和强光照射下依然保持较高的光合速率，这无疑对保证粮食的产量是有益的。而就长期来说，大气二氧化碳并不会无节制地升高——在高温和强光下，地壳内丰富的硅酸盐的风化将加快，大量二氧化碳在硅酸盐风化时被吸收，并固定于地壳之中。这一过程中大量丢失的二氧化碳将造成地球碳循环的崩溃。那时，不耐受低二氧化碳浓度的C3植物将最先因不能得到足够的碳而“饿死”。而玉米，则可能是水稻、小麦这类C3植物消亡之后，人类得以残喘的为数不多的“救星”。

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qiqi7377 发表于 2014-11-20 15:35
看大S侃侃而谈科学有点不真实的赶脚，这画面太美我不敢看

我就一啊乡,转述下的而已

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