植物的经营之道–趣谈植物化学与人类生活

原来植物生存智慧这么有趣，高效循环且节俭

    植物虽然是与动物非常不同的生物，却也与动物一样要努力生存、繁育，应对逆境，对付天敌。为此，它们合成了多种多样的化学物质，来实现种种生存策略，仿佛一座座化工厂。植物的“精打细算”与人类的某些行为有很强的相似性，作者用人类社会的经济学原则来解释植物生命活动的现象，即高度拟人化的“植物化工厂的经济账”。本书作为生物化学的普及读物，以通俗生动、不乏幽默的语言，介绍了植物“化工厂”的主要产品及其功能、工厂中的各色“人物”——作为“流水线工人”的酶，作为“老板”的DNA，以及植物代谢产物对人类生活的价值等。理解植物“化工厂”的运作机制，不仅可以加深我们对植物生命的理解，而且能为人类未来科技进步提供无尽启迪。

    陈晓亚，博士、研究员，中国科学院院士，发展中国家科学院院士，现任上海辰山植物园园长、中国科学院上海辰山植物科学研究中心主任、中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所研究员，中国植物生理学与分子生物学会理事长、中国农学会副会长。从事植物次生代谢和棉花生物学研究，早期曾从事植物分类学研究。1999年获国家自然科学基金委员会国家杰出青年科学基金资助，2008年获何梁何利科学技术进步奖，2018年获上海市自然科学一等奖。
    胡永红，博士、教授级高工，上海市领军人才，现任上海辰山植物园执行园长、中国科学院上海辰山植物科学研究中心副主任。主要从事重要传统名花种质创新、植物的筛选与配置技术和城市生态修复等研究，以改善城市环境对植物的需求为重点方向。曾获上海市科技进步一等奖1项、上海市科技进步二等奖2项、建设部绿色建筑创新奖一等奖1项。
    刘夙，博士、研究员，现任职于上海辰山植物园科普部，为上海市科普作家协会理事、上海市植物生理与植物分子生物学学会理事。主要从事科普写作和翻译及科普网站建设，参与创作和翻译科普著作20余部，主持“多识植物百科”网站。2013年获国家科学技术进步奖二等奖，2018年获上海市科普教育创新奖科普贡献（个人）一等奖，2019年获上海市青年拔尖人才称号。

序 章 地球上伟大的工厂/001 
0.1 植物与动物有什么不同?/001 
0.2 有趣的”绿色世界悖论”/005 
0.3 差点毁灭生命世界的古植物/009 
0.4 化学是了解植物的独特方式/ 013
第 1章 得天独厚的元素/ 017
1.1为什么是碳?——地球生命至关重要的物质基础/017 
1.2 有机和无机——从甲烷说起/ 021
1.3 不幸”背锅”的水稻——稻田甲烷的真正制造者/025 
1.4 重新焕发活力的古汉字——烷类化合物和含卤素有机物/ 029 
1.5 有机物拼搭玩具使用手册——如何组装碳链和碳环/034
第 2章 拥抱”狼分子”/039
2.1 吃垃圾得生存—需氧生物的兴起/039 
2.2 有”酒味”的有机物———醇、醛和酸/042 
2.3 大牌期刊错失的伟大发现柠檬酸循环/047
2.4 为什么未成熟的水果是酸的?——植物化工厂的经济账 /053 
2.5 坏血病∶代代吃素的后遗症——维生素C的功能/058
第 3章 养活世界的细胞内流水线 /062
3.1 左还是右?——分子的手性/062
3.2 稳定压倒一切——葡萄糖为何成为常见的单糖 /066
3.3 来自组合的伟大创新——光合作用流水线初探/072 
3.4一招鲜，吃遍天——光合作用流水线再探/080 
3.5 如何欺骗你的舌头——不属于糖类的甜味剂/084
第4章 衣食住行所系/089
4.1 团结力量大——为什么植物要合成多糖/089 
4.2 齐心造钢筋——纤维素的合成 /094
4.3″”打哈欠”和”聪明”——莽草酸途径流水线简介/098 
4.4 木质素——一次性建筑材料的合成 /103 
4.5 不生不灭，循环不息——碳元素的循环/107
第5章 植物的一天/112
5.1 我们是”外星人”?——碱基的起源/112
5.2 自尊自爱的”新企业家”——DNA如何与蛋白质联手/117 
5.3 拟南芥日常——植物生理活动一瞥（上）/123 
5.4 拟南芥日常——植物生理活动一瞥（下）/128 
5.5 合作利人又利己——植物的固氮作用/131
第6章 香与色何来/136
6.1 不必谈动物食品色变——从蛋白质说到油脂/136 
6.2 隔离创造效率——生物膜的化学成分/142 
6.3 植物的一百种香味——从简单酯类说起 /147 
6.4 神秘的古老流水线——甲羟戊酸途径 /151 
6.5 颜色的奥秘——共轭双键和伍德沃德规则/157
第7章 为生存而奋斗/163
7.1 万紫千红的世界——花青素/163
7.2 一切以保命为中心——类黄酮和缩合鞣质 /168 
7.3 大家族的化学标志——甜菜色素/172 
7.4 曾经辉煌的工业原料——可水解鞣质/177 
7.5 让你发炎，使你流血——香豆素类物质/182
第 8章 各显神通的毒师/187
8.1 扼断你的喉咙——植物细胞毒素 /187 
8.2 麻痹你的神经——植物神经毒素/191
8.3 来自流水线的毒药——萜类、皂苷类毒素和毒蛋白/197
8.4 植物也能致癌——植物致癌物 / 202 
8.5 人类也会毒杀植物——除草剂/207
第9章 现代药的祖师 /212
9.1 与毒一线之隔——托品烷类药物/ 212 
9.2 堕落与拯救——麻黄碱和吗啡 /217 
9.3 救人于肿瘤的植物——从长春花到喜树/221 
9.4 植物恩赐的抗疟药——奎宁和青蒿素 /227 
9.5 泻药今昔——为何草药逐渐被现代药物取代/232
第 10章 植物化工厂的未来/238
10.1 虫子不能吃的庄稼——抗虫农作物 /238 
10.2 富人的苹果，穷人的大米——有利于消费者的基因修饰农作物/242
10.3 不光高产，还能治病——未来的基因修饰农作物什么样?/247
10.4 在争议中进步——基因编辑技术/252
10.5 不再种植农作物的一天——人工光合系统展望/255
参考文献/260
附表 书中蛋白质昵称对照/265
附图 植物体内重要生物化学反应流程示意/267
索引 / 268

20世纪30年代初，苏联有个神经生理学家叫卢里亚（A.R.Luria），曾经率团到中亚地区一些没有现代教育、不使用文字而基本只靠口头交流来传递信息的”口语社会”去做调查，用一系列的问题考察当地人的思维方式。其中有一个问题是∶北极地区的熊是白色的;新地岛在北极地区;请问新地岛的熊是什么颜色的?这看上去是个很简单的推理问题，但是一位接受调查的人却回答说，他不知道是什么颜色，他又没去过新地岛，反正他见过的熊都是棕色的。
卢里亚还有一个问题是∶树是什么?受试者的回答大概也会出乎很多人的意料——你问我这个问题干什么?谁还不知道树是什么呀!
卢里亚的调查后来成了人类学、传播学等社会科学常常援引的例证，表明现代社会和现代教育可以从根本上改变人类的思维方式。不过，如果你因此沾沾自喜，觉得这些没有受过现代教育的人群真是无知，那倒也大可不必。坦率地说，我们现代人对干树木之类植物的认识，恐怕也未必比”口语社会”的人强多少。
如果你不服气，不妨做做下面这个简单的测试∶请你不要做任何思考，马上在脑海里想象一下∶你觉得一朵野花应该是什么样子的?假如你脑海里立即浮现出下一页中的那个形象，那么恭喜你——你对植物的认识太刻板了!
如果你还不服气，可以再做一个简单的测试∶请你同样不要做任何思考，马上回答∶你觉得植物学是做什么研究的?假如你脑海里立即浮现出一群全副迷彩服或登山装的考察队员到深山老林里采集植物的场景，那么恭喜你——你对植物学的认识太刻板了!
植物学（botany），或者更准确地说”植物科学”（plant sciences），在今天是一群从多个角度、多个层次研究植物的学科的统称。虽然在几百年前，以采集、分类、命名为主要研究方法，从宏观层面对植物开展研究的植物分类学占据了植物科学的大头，但是在今天，植物学的研究方法已经极为丰富，在研究层次上也已经”多管齐下”，从单纯的物种层次发展到上起生态系统、下到微观的细胞和分子层面的多个层次。
与此对应的是，今天的很多植物园也不只是把植物从野外采集来种好、搭配成宜人的景观展示给游客的纯旅游机构，同时也肩负了多方面、多层次的科研任务。这些植物园不仅有构思精巧的园景和令人惊叹的公众温室，也不仅有供分类研究用的标本馆和图书馆，还有现代化的实验室∶有隆隆作响的各式实验仪器，有许多穿着白大褂的身影奔走在瓶瓶罐罐之间。从某种意义上说，这些看上去不像”植物学”的研究，其实要比那种”典型”的植物学研究更紧迫、更应受人关注——怎样能够让小麦更抗旱? 怎样能够让水稻像玉米那样高产? 怎样能够大量人工合成那些只能由植物制造的药物?
人类社会中的刻板印象，有时会严重影响人们之间正常的交际。同样，如果我们对植物、植物科学、植物园的印象还停留在上百年前的那种田园牧歌式想象，那将对植物科学今后的发展带来不利影响。摆在你面前的这本书，就想要介绍植物的另一个侧面——它们不只是姹紫嫣红、竞态极妍的秀丽生灵，它们还是地球上伟大的工厂，是人类长期以来只能自叹不如的化工专家。要想真正理解植物，没有化学这个角度是万万不行的