探秘地球上最偉大的工廠

段艷芳

在廣袤的宇宙間，唯有地球因生命的存在而生機(jī)勃勃。特別是植物，在漫長的演化過程中，擁有了非凡的化學(xué)合成技能，不僅滿足了自身生存與繁衍的需要，也成為人們衣食住行之所系，堪稱地球上最偉大的工廠。

在《植物的經(jīng)營之道：趣談植物化學(xué)與人類生活》一書中，作者以深厚的生化基礎(chǔ)、廣博的知識(shí)、幽默風(fēng)趣的語言，清晰呈現(xiàn)了“植物化工廠”的方方面面。本書由植物次生代謝研究領(lǐng)域的專家陳曉亞院士、上海辰山植物園執(zhí)行院長胡永紅、科普作家劉夙共同創(chuàng)作，從中可以一窺植物化工廠的全貌。

植物化工廠中的流水線是有序可控的。右旋葡萄糖因其相對(duì)穩(wěn)定從己糖（6原子環(huán)單糖）的16種異構(gòu)體中脫穎而出，成為植物選擇的最常見的儲(chǔ)能物質(zhì)。植物化工廠則通過精巧的檸檬酸循環(huán)、卡爾文循環(huán)、光呼吸過程，實(shí)現(xiàn)高效的物質(zhì)和能量的相互轉(zhuǎn)換。

檸檬酸循環(huán)是所有需氧生物生命活動(dòng)的核心。生物體在地球溫和的環(huán)境條件和起催化作用的各種酶（在書中，這些特殊的蛋白質(zhì)是植物化工廠流水線上的工人兼組裝者）的作用下，通過精確的檸檬酸循環(huán)進(jìn)行有氧呼吸，將葡萄糖中的能量逐步、有序地釋放出來。

利用二氧化碳合成有機(jī)物的光合作用——地球上最重要的化學(xué)反應(yīng)——同樣是精巧有序的過程。光合作用分光反應(yīng)、暗反應(yīng)兩個(gè)階段。植物的祖先從藍(lán)細(xì)菌那里獲得了整套光反應(yīng)流水線。

在光反應(yīng)階段，首先是光系統(tǒng)II利用來自太陽的光能將水裂解成氫離子和氧氣，產(chǎn)生的高能電子通過電子傳遞鏈傳遞至光系統(tǒng)I，然后在其他光能的作用下被裝載到還原型輔酶Ⅱ運(yùn)輸分子上，并進(jìn)一步送往暗反應(yīng)流水線。在那里，光合酶RuBisCO——負(fù)責(zé)卡爾文循環(huán)核心工序的工人“魯比斯科”，將二氧化碳固定成有機(jī)物，并通過該循環(huán)生成糖類等有機(jī)物。

植物化工廠并非一下子就盡善盡美，而是在適應(yīng)環(huán)境的演化過程中，采取符合人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)學(xué)原則的“精打細(xì)算”和廢物利用方式，不斷調(diào)整和完善的。

比如“魯比斯科”不能很好地區(qū)分二氧化碳和氧氣，會(huì)造成能量浪費(fèi)。為此，不同種類的植物采取了不同的補(bǔ)救措施：有的植物增加了光呼吸流水線進(jìn)行“廢品回收”；有的植物改造了流水線，將“魯比斯科”的工作場地限制在維管鞘細(xì)胞中，通過增加二氧化碳濃度的方式提高工作效率；有的仙人掌科植物發(fā)展出景天酸代謝途徑。

就這樣，該書用擬人化的手法，將細(xì)胞中的DNA比作植物化工廠的老板，將流水線上的各種酶比作給DNA老板打工的工人，清楚地展現(xiàn)了植物化工廠主要流水線的關(guān)鍵細(xì)節(jié)。

生物的一大特點(diǎn)是豐富多彩，植物化工廠也是這樣。植物化學(xué)代謝產(chǎn)物種類繁多，令人嘆為觀止，包括散發(fā)成熟水果香氣的各種酯類、在植物中起防御作用的各種萜類、利用共軛雙鍵產(chǎn)生色彩的萜類色素、能因酸堿度而變色的花青素、石竹目獨(dú)具特色的甜菜色素、在工業(yè)上曾有重要用途的可水解鞣質(zhì)、對(duì)動(dòng)物有劇毒的香豆素類物質(zhì)，以及其他多種細(xì)胞毒素，等等。

在眾多植物次生代謝產(chǎn)物中，也蘊(yùn)含著能治病救人的良藥。例如，長春花堿和長春新堿能夠治療某些白血?。豢鼘幒颓噍锼厥侵参锒髻n人類的抗瘧疾良藥。因此植物化工廠在展現(xiàn)植物智慧的同時(shí)，也聯(lián)系著人類生活。

讀罷這本書，從植物化學(xué)的角度重新打量身邊的植物，才恍然大悟——原來它們有這么多的生存學(xué)問。