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为什么玉米被称为“末日作物”? 具体情况是什么?

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数千年来,玉米只是在美洲被人种植和崇拜,直到1492年,哥伦布发现新大陆后才将这种神奇的植物带回欧洲。在当时以小麦和豆类为主食的欧洲,玉米一开始并不受到重视,并不如同样从美洲传入、更加适应欧洲寒冷气候的马铃薯受欢迎。然而,19世纪中期的晚疫病摧毁了欧洲的马铃薯种植,而玉米则成为了缓解这次饥荒的关键粮食之一。这次“末日”的预演使得玉米在欧洲变得流行,而大量逃入美国的饥民则进一步使得玉米在美国中西部的种植面积大增。不到200年时间里,玉米以其高产和易植的特性,顺利击败了欧洲、西亚地区种植的小麦、土豆和东南亚种植的水稻,登上了世界粮食霸主的宝座。

我有特殊的固碳技巧

从单位面积产量上来说,玉米和小麦、水稻相比并没有显著的优势。然而,玉米却具有后两者不具有的优势——更加耐热、更加耐旱。这就是为什么在《星际穿越》之中,环境恶化的地球上只剩下玉米一种作物。

玉米的这一特性是由它独特的固定碳的方式决定的。在水稻和小麦中,被吸收的二氧化碳进入细胞后,首先需要和一种名为二磷酸核酮糖的含有5个碳原子的分子(记为C5)结合,产生两个分别含有3个碳原子的分子(记为C3),其中一个C3分子通过一定的反应重新变为C5分子,而另一个C3分子则被合成为含有6个碳的糖类。因此,通过这种过程固定二氧化碳的植物,就以其最初产物的碳原子数目,命名为C3植物。而催化最初C5和二氧化碳结合的酶,被称为二磷酸核酮糖羧化酶(RuBisCO)。

然而,这个酶有一个致命的缺陷——在二氧化碳浓度不足、光照过强或温度过高的情况下,它会选择利用氧气氧化C5分子。这样一来,在这个称为光呼吸的过程中,这个酶非但不能固定二氧化碳,反而会消耗C5分子——这对于需要通过固定二氧化碳来获得有机物的人类来说,是一个重大的损失。

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