七君

今天來(lái)聊一聊我們的口糧——水稻。

水稻（Oryza）是一種草，也是全世界一半人的能量來(lái)源，亞洲吃掉了全世界90%的大米。

水稻名字里有水字，而且從小到大看到的稻田似乎總是有水，很多人想當(dāng)然地認(rèn)為水稻是喜歡水的水生植物。其實(shí)往稻田里灌水主要是為了淹死雜草。

根據(jù)國(guó)際糧農(nóng)組織（FAO）報(bào)告，水稻是唯一一種在泡在水里的情況下還能存活的谷類作物，給稻田灌水是重要的除草方式，可以避免雜草滋生和除草劑的使用。國(guó)際水稻研究所（IRRI）也表示，漫灌法是控制稻田雜草的最好辦法。

稗草（barnyardgrass）、異花莎草（smallflower umbrellaplant）等雜草都喜歡和水稻扎堆玩耍，完全不在乎社交距離。

如果不及時(shí)除草，水稻由于雜草的競(jìng)爭(zhēng)就會(huì)減產(chǎn)。雜草有多可怕呢，每平方米只要有10株雜草，水稻的產(chǎn)量就會(huì)下降25%。而且，雜草的種子和稻米混在一起，會(huì)影響稻米的品質(zhì)和價(jià)格。

雖然這些長(zhǎng)期跟著水稻混生的雜草或多或少對(duì)淺水有一定適應(yīng)性，但誰(shuí)也沒(méi)有水稻這樣能適應(yīng)大水漫灌。所以人類幾千年來(lái)摸索出了水田種水稻的方法。

受到菲克第一定律的支配，水中的擴(kuò)散系數(shù)只有空氣中的萬(wàn)分之一，因此植物很難在水下呼吸。雜草的種子也需要氧氣才能發(fā)芽，給它們灌灌水，就能把它們扼殺在萌芽狀態(tài)中。

其實(shí)水稻也不喜歡被水長(zhǎng)期浸泡。

被水淹的一段時(shí)間里，水稻會(huì)變得蒼白疲軟硬不起來(lái)。一般來(lái)說(shuō)，水稻能忍受48小時(shí)的漫灌，然后要把水及時(shí)排干。等它們硬起來(lái)了后再重復(fù)幾次漫灌。

不同水稻品種能忍受的水深不同，通常稻田的水深在5～20厘米。深水當(dāng)然能淹死更頑強(qiáng)的雜草，但也會(huì)把水稻一起帶著螺旋升天，所以農(nóng)民伯伯需要掌握水深和野草數(shù)量之間微妙的平衡。

水稻是如何適應(yīng)多水的環(huán)境呢？

稻米馴化可以追溯到9000年前的亞洲。雖然人類很早就開(kāi)始用漫灌法種植水稻，但對(duì)這種方法的原理認(rèn)識(shí)時(shí)間僅80年不到。

20世紀(jì)40年代二戰(zhàn)期間，荷蘭植物學(xué)家 MH van Raalte 在爪哇的茂物植物園開(kāi)始研究水稻忍受漫灌的原理。經(jīng)過(guò)幾十年的研究，科學(xué)家們終于解開(kāi)了水稻特別耐水的原因。

首先，水稻被水浸泡后會(huì)加速長(zhǎng)高，讓葉片露出水面，這就是泡苗助長(zhǎng)。

接著水稻會(huì)自發(fā)讓根部的一些細(xì)胞死亡，形成管道一樣的通氣組織（aerenchyma）。根部的通氣組織和葉片聯(lián)通，相當(dāng)于吸管，讓根部可以在水下自由暢快呼吸，通過(guò)這種方式把根留住。

而且秧苗在缺氧的情況下還能長(zhǎng)出來(lái)類似潛水呼吸管的胚芽鞘（coleoptile）。

水稻的另一個(gè)技能是，當(dāng)它們的葉子泡在水中時(shí)，葉子表面還能吸住一層空氣，形成氣體薄膜，這樣葉片可以在水中進(jìn)行間接的氣體交換。

更神奇的是水稻的“酒量”還不錯(cuò)。

植物可以在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行厭氧呼吸，但是厭氧呼吸產(chǎn)生的代謝物乙醇會(huì)迅速累積，把植物毒死。但是，水稻的根對(duì)乙醇的耐受力很強(qiáng)，這樣可以讓它在長(zhǎng)出通氣組織前忍受一段時(shí)間的缺氧。

當(dāng)然，也有少數(shù)雜草，比如水毛花（roughseed bulrush）是和水稻一樣的半水生植物，能夠忍受深水，所以它們是水稻除草劑的主要應(yīng)用對(duì)象。

為了馴服水稻，人類也是花了很大的功夫。你大概不曉得，人類直到現(xiàn)在還在和想要變野的水稻搏斗。

你吃過(guò)所謂的紅米嗎，不是那個(gè)手機(jī)。這真是一種特別的水稻品種嗎？其實(shí)不是。紅米就是重新野化的水稻（weedy rice），也就是想重新返祖的野草。

華盛頓大學(xué)路易斯分校的水稻學(xué)家 Kenneth Olsen 和同事于2013年發(fā)表在Journal of Evolutionary Biology上的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，歷史上水稻曾經(jīng)歷過(guò)兩次馴化兩次野化：先在非洲和亞洲分別獨(dú)立被馴化，又在后來(lái)的1000年里經(jīng)歷了去馴化（de-domestication），也就是回歸野性。

所有被馴化的動(dòng)植物都會(huì)出現(xiàn)馴化綜合征（domestication syndrome），對(duì)于水稻來(lái)說(shuō)這主要是不會(huì)落粒（shattering）。

水稻的祖先還是野草時(shí)，還沒(méi)成熟的種子就會(huì)自動(dòng)彈飛，那農(nóng)民伯伯還怎么去收莊稼？馴化后，種子會(huì)乖乖掛著直到成熟。另外，馴化后的水稻種子更大，發(fā)芽時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)野生種那樣的休眠期，這樣種子們可以一起發(fā)芽生長(zhǎng)，一家人整整齊齊被收割。

水稻馴化的另一大特征就是外殼——行話叫穎殼的顏色變淺。雖然非洲等地有些水稻的穎殼是彩色的，但大部分水稻的穎殼是卡其色的，放到田里看是金燦燦的。

野化之后，穎殼就會(huì)黑化返祖，變成黑色或者紅色等較深的顏色。

紅米就是個(gè)著名的野化品種，它是亞洲水稻Oryza sativa野化返祖的結(jié)果。棕米是一種比較少見(jiàn)的野化品種，它是亞洲水稻亞種indica野化的結(jié)果。

紅米的穎殼黑粗硬，口感不如白米，而且產(chǎn)量也低很多。2005年發(fā)表在Weed Science上的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，每平方米只要有25株紅米，稻田的產(chǎn)量就會(huì)下降60%，因此紅米就是稻田里妥妥的“雜草”。

從基因上來(lái)說(shuō)，野貨和正牌差別不大，就像沒(méi)法區(qū)分哪吒和娜扎一樣，因此能讓紅米撲街的除草劑也會(huì)把水稻帶走。這也是紅米可以囂張橫行的一個(gè)重要原因。好在紅米的抗氧化劑花色素苷含量比較高，拿來(lái)作為保健食品賣反而可以賣得貴一些。

隨著20世紀(jì)80年代開(kāi)始的大機(jī)械化種植，水稻品種野化的情況越來(lái)越嚴(yán)重，歐洲和巴西40%以上的稻田都混有紅米。

這是因?yàn)樵谶^(guò)去使用人工插秧，水稻秧苗需要從秧田移植到稻田里。插秧時(shí)農(nóng)民可以識(shí)別并手動(dòng)剔除野化品種。但是現(xiàn)在越來(lái)越多采用機(jī)械甚至飛機(jī)直接播種的方式種田，把稻種直接撒在田里發(fā)芽生長(zhǎng)。而野化品種和馴化品種在小時(shí)候難以分辨，等到長(zhǎng)大了再跟它算賬也晚了。

Olsen 表示：“對(duì)水稻來(lái)說(shuō)，去馴化的品種是非常有攻擊性的競(jìng)爭(zhēng)者，它們?cè)谌澜鐚?dǎo)致減產(chǎn)。一些地方的農(nóng)民已經(jīng)放棄種馴化水稻，轉(zhuǎn)而種這些野化的品種了，因?yàn)樗鼈儽划?dāng)作健康食品宣傳。確實(shí)，紅米富含抗氧化物，因?yàn)榭寡趸锸侵参锏姆烙镔|(zhì)，但實(shí)際上它們本質(zhì)就是雜草?！?/p>

水稻名字里有水但不是因?yàn)橄矚g水，就像學(xué)生名字里有學(xué)但不是因?yàn)橄矚g學(xué)。