正文 第一章 植物形成的奧秘(1 / 3)

在地球上,過去有沒有過不存在植物的時代?根據科學理論,答案是肯定的。那時,在若幹億年前,在地球上出現了一小點一小點的原生質。原生質就是動植物中生命物質的名稱。科學家認為,這些原始的原生質就是今日所有動植物的起源。

形成植物的原生質長出厚壁並定居在某個地方。它們還生出稱為葉綠素的綠色物質,葉綠素使植物得以利用空氣、水分和土壤中的物質製造食物。

這些早期的綠色植物隻有一個細胞,但後來它們形成了細胞團。它們不能避免幹燥,所以隻能留在水中。這些原始植物的一些後裔一直存活到今日,不過它們當然也有所改變。

後來又出現了一類植物。它們不依靠葉綠素而取得食物。這些非綠色的植物叫做真菌,包括酵母、黴菌和蘑菇瞪。

今日地球上大多數植物都是由藻類進化出來的。某些藻類脫離了海洋並生出一些小根可以把它們固定在土壤上,它們還生出一些小葉子,葉上有一層外皮可防止幹燥。這些植物就變成了苔蘚和蕨類。

所有這些早期植物,不是靠簡單的細胞分裂來繁殖(如酵母),就是依靠孢子來繁殖。孢子是一種塵粒樣的微小細胞,有點像種子,但又不像種子那樣包含著儲藏的食物。隨著時間的推移,其中的一些植物又進化出花朵來,花產生了真正的種子。

現在植物已進化得很先進了,出現了兩類帶種子的植物:一類的種子是裸露的;另一類的種子是有外皮保護的。這兩類植物後來又各自沿著許多不同的路線進化下去。就這樣,我們可以由今日地球上現存的植物一直追溯到很早很早以前出現的原始的原生質。至少現代植物科學理論是這樣說的。

科學理論認為,地球上最早是沒有植物的。後來,在幾億年前,地球上出現了細小的原生質微粒。原生質是在植物和動物體內自然形成的生命物質的名稱,根據這一理論,這些初期的原生質微粒是我們現在所有植物和動物的早期階段。

這類原生質微粒逐漸發育出厚壁,而且穩定地在一個地方停留下來,變成植物。

今天地球上的大多數植物都是由藻類進化而來的。

植物馴化的起源及實踐

人們把野生植物培育成栽培植物的過程,稱為植物的馴化。其實,植物馴化與農業幾乎是同義語。在大約25萬年的大部分時間裏,人類作為一個獨特的動物而存在,主要是以狩獵和采集獲得食物。其中植物是食物的一個重要組成部分,果實和種子尤為重要,但根、莖、葉和花也可以食用。不同的地區可為人類利用的植物數和類型隨地區資源的不同而有差異。顯然,原始人類大量搜集了食用植物,而對少數可食用植物卻沒有注意。

從植物化石的研究可以證明,植物馴化起始於地球上不同的地區,而且現在查明植物馴化已有6500—7000年的曆史。這些化石大部分出土自半幹旱地帶,因為那裏易腐爛物質的保存遠比在比較潮濕的地區要好。這就使科學家們推測出農業起源於大約1萬多年以前。

有關農業的最早的證據是在近東的幾個遺址中發現的,在這些化石中,始於公元前6750年的有小麥、大麥種子。從泰國發現的更近代的化石中,起始於公元前約7000年的有栽培的豌豆和蠶豆,這樣,植物馴化的更早的證據也許已經找到,農業的發展,在西半球和東半球大概是無關的,而且西半球比東半球要晚1000年左右。從墨西哥發掘出的化石中推斷,始於公元前7000~5500年的有葫蘆、南瓜、蠶豆和辣椒,這些植物和玉米、鱷梨、莧一起栽培的確切證據,據說來自公元前4900~3500年的化石。農業在南美洲發展得比較晚,在秘魯海岸淤積的地方,始於公元前3000年的有葫蘆、南瓜、棉花、利馬豆和辣椒。

我國植物馴化的曆史也很悠久。考古學家發現的最早的水稻,就是我國浙江省餘姚市河姆渡村新石器時代遺址中的已經炭化的稻穀。考古學家從400平方米範圍內找到了大量的稻穀、穀殼、莖稈和稻葉。經過鑒定認為,這是距今約6700年前的稻穀。它告訴我們,我們的祖先在很早以前就學會了種植水稻。在現代農業中,人類賴以生存的栽培植物共約2000種(不包括觀賞植物),但在一萬年前卻並沒有這些栽培植物。它們都是人類馴化的結果。

最早馴化的植物類型之一是禾穀類的禾本科植物。禾穀類植物的馴化標誌著文明的開始。今天,禾穀類作物仍然是世界上最重要的糧食作物。小麥、玉米和水稻是三個頭等重要的禾穀類作物。黑麥、大麥、燕麥和其他禾穀類作物在許多地方也被廣泛栽培,但在世界糧食總產量中隻居於次要的地位。

小麥是東半球作物,也是現在栽培最廣泛的植物,除了南極洲,整個大陸地區都有種植。小麥是栽培最早的作物之一。小麥為人類忠實地服務已有一萬多年了,它們的祖先是來自樹叢中禾本科植物。在今天的中亞細亞、巴爾幹半島的一些地區還可以從樹叢中找到這些野生小麥,它們和今天種植物的小麥相比,已經麵目全非了。野生小麥不僅穗小,隻有普通小麥的2/3長,而且每個穗上的麥粒數量少,麥粒也小。野生小麥的莖脆弱易折,到了成熟季節,籽粒就會自然脫落,而且還有一個堅固的殼。野生小麥也不像現在的小麥那樣成片生長,而是散生在野草之中。今天的小麥既容易脫粒,也有堅韌的穗莖,籽粒飽滿,品質好,產量高,是野生小麥不能比的。

小麥屬於小麥屬,該屬包括幾個栽培種和野生種。小麥屬中第一組的種含有二倍體的染色體數為14。這一組是所有其他組的基礎,大概也是最古老的種。這一組中有兩個種今天已經不是起重要的作用了。第二組的染色體數為2n=28,顯然是由第一組和野生禾本科植物種群間基因交換產生的,繼之發展為四倍體,用以分離出雜種。在四倍體這一組中約有7個種,包括早期農業上利用的主要小麥作物種,其中一些現在仍作為牲畜飼料而種植。第三級是六倍體種,染色體數為2n=42。這一組的5個種多半是近代進化而來的;所以這些僅因其栽培而為人們所知,並成二倍體禾本植物通過種群間雜交、繼之成倍數的分裂而成,這種用以雜交的野生禾本植物是近代麥田裏的一種雜草。這說明,那些在今天對人類沒有直接價值的種質可能為改良植物提供了很重要的基因。

可以說,小麥的進化是自然完成的。而對於玉米的栽培起源,人們卻有許多懷疑和爭論。雖然考古學家的成果表明,早在公元前4900年玉米在墨西哥就是一種重要的作物,但是在東半球,一直到1492年哥倫布探險隊的兩個成員發現古巴國內在玉米種植以前,人們是不知道玉米的。玉米的起源,最大的可能是來自大芻草,這是一種同玉米有親緣關係的野生禾本科植物,它在危地馬拉和墨西哥都是野生的。這種禾本科植物同玉米一樣,染色體的數目為2n+10。種間雜種是高度能育的,大芻草同玉米一樣,是雄雌同株異花,有雄花穗和果穗。如果玉米起源於大芻草,那麼玉米可能就是人類對自然變異通過長久的選擇的結果——在較大的個體密度中選出其中產生的較大籽粒。還有,大芻草的籽粒被堅硬的穎片包著,必須去掉或輾破,因此必須選擇較小穎片。大芻草的籽粒會爆開,原始人種植的玉米小,產量又低。把玉米改造成今天種植的這樣大而高產的品種是上個世紀中期才實現的事情。

達爾文觀察到,同一個種兩個遺傳品係(品種)之間的雜種,通常比較大而且更為茁壯。美國科學家將達爾文的這一見解應用於玉米的育種工作。不同的遺傳品係自交產生“純係”,然後用純係雜交產生雜交種子,雜交種子長成的植株,遠比兩個純係中的任何一個親本係要健壯得多。通過雜交,發展雜交品種,大大地提高了玉米的產量。

玉米、小麥等禾本科植物最大的問題是含蛋白質的量低。而對於大多數動物包括人類來說,必須要保證蛋白質的補充和攝入。豆類是最好的植物蛋白資源,它含有較好平衡的必要氨基酸。豆類含有的蛋白質是那樣的豐富,以致被人戲稱是“窮人吃的肉”。如果說禾穀類開創了文明,那麼有沒有栽培的豆類作為人類和動物的食物,我們也絕不可能達到現在的文化水平。

豆類屬於豆科,豆科是有許多用途和食用種的最大的種屬群。其中大豆因為它含有極為豐富的蛋白質而很快就成為一種最重要的豆類作物。大豆屬包括3050個種,廣泛分布於亞洲。大豆隻有從栽培而產生,在有史料記載以前,中國就已種植。盡管大豆到1924年才傳到美國並作為作物在美國生產,但現在世界大豆總產量的大約40%是北美洲生產的。

大豆是一種暖季一年生植物。現在已經培育了數以千計的品種,各自適應一定的地區和用途。盡管在各個遺傳品係之內極為一致,但在一個種內已經形成了這麼多的品種,實在是一件很有趣的事。

大豆的果實在植物學上稱為莢果,成熟之前可以吃鮮莢。但是,大豆種子是最重要的食物。從種子中提取的豆油,可用於加工烹調油脂和食物製品,用於製作肥皂、油灰、豆油還適應於製造顏料、清漆、潤滑油以及許多其他重要產品。種子榨油後的剩餘物叫做油粕,含有蛋白質,可以用來喂養家畜或加工成人類消費的豆粉或代乳粉。近來,已用豆粉來加工製成人造肉。用豆粕為原料還可以生產塑料製品、膠黏劑、殺蟲藥劑,尤其是合成紡織原料。

花生是另一個重要的豆科植物。現在人們隻知道花生是來自栽培,它有許多親緣關係相近的種在南美洲廣泛種植,人們普遍認為是秘魯人首先開始種植了花生。同大豆一樣,花生種子裏麵富含有價值的油分,並且也是蛋白質的豐富來源。菜豆屬是食用豆類數量最多的屬。今天,在南北美洲有許多種已被馴化。其中最重要的種是菜豆,人們用它已經培育了許多品種,包括藏青豆、芸豆、綠莢菜豆和黃莢菜豆。這個種在公元前5000年以前在墨西哥就已被馴化,而野生種在那裏至今仍有生長。

葫蘆科是另一個重要的科,這個科有5個種已栽培成的重要的食用作物。南瓜屬的5個種已生產出南瓜和西葫蘆,其中有些是北美洲最早培育的植物。西葫蘆的革質果實都可以吃。南瓜、玉米的菜豆,是北美洲從事農業的印第安人的主要植物性食物。東半球的香瓜屬植物,從中培育出了甜瓜和黃瓜。葫蘆屬植物沒有食用植物那樣的特殊重要性,也屬於葫蘆科,它們也已被廣泛引種,在世界各地被人們用作容器、樂器及浮標,以致它們的種源令人懷疑。因為這種葫蘆可以在海漂浮得很好,而且又很耐用,以致很有可能從它的起源地帶到另外的地區。從這種植物的化石推斷,它起始於公元前一萬年前,人們知道它起源於南美的秘魯,但在那時這種植物不大可能是栽培的。