我认识的高粱

最近山东菏泽路边有一棵孤零零的高粱长到了5.7米高，被人们当作神祇膜拜，结果被警察铲除了。虽然专家表示高粱长到5米是正常的现象，但是这件事却使高粱又“红”了几天。

我从小生活在南方的城市里，很少见到农作物。对于高粱一词的认识，最早大概是从“高粱酒”来的。在我的印象中，过去苏州话中，并没有相当于如今普通话的“白酒”一词，只有高粱酒。人们说“吃酒”，绝大多数都是指吃黄酒，如果说某人是吃高粱酒的，就说明此人颇能饮酒，当然，“吃啤酒”是洋气新潮的代表——大概这是民国末到建国初的语言状况。

小时候对于高粱的另一个认识是家里的笤帚，因为据说那就是高粱穗子做的，上面偶尔还能够找到一些秕壳。

另外，也知道街上偶尔有“乡下人”来卖的“芦黍”，也是一种高粱。知道芦黍可以像甘蔗一样，嚼了吸吮其中的甜汁，但是质量不如甘蔗。但是家里似乎没有买过，原因大概是没有钱，而且买这些低等的东西也不很体面——解放初期，父亲失业，家里当然没有钱了。

除此之外，对高粱的认识就是在字面上了。从“我的家在东北松花江上，那里有森林煤矿，还有那漫山遍野的大豆高粱”、“高粱谷子望不到边、黄家的土地数不完”这些当时流行的革命歌曲中，我知道了东北和华北是大片地种植这些东西的。

在北京读大学的时候，终于吃到了高粱米饭。不大好吃倒还不是主要的，不好消化是实实在在的，吃在胃里不舒服。

真正看到满山的高粱是毕业之后分配到了东北。70年代东北的食品供应很差，主要吃玉米面，也有一些高粱米。我在一个矿山中学教书，那里并不是真正的农村，而是矿山与农村交界的区域。山上有农业社耕种的土地，也有矿山职工家属的“小开荒”。种玉米怕人偷盗偷吃，种高粱就略好一点，因为它不像青玉米那样受学生们、孩子们的欢迎。

但是，在一切物资包括粮食都紧缺的年代，就为两穗高粱也会产生悲剧。我的一个学生手拿两穗高粱路过农业社的地边，看青的社员认为学生偷拿高粱，学生争辩说是自己家种的，要拿回家。看青的拿着“老洋炮”（一种鸟枪）照着学生的腹部就开了一枪，数十百粒铁砂进了学生的肚子。幸而没有伤及最重要的器官，学生保住了性命，但是割掉了两米多肠子。

后来，我到农场工作，自己也与农民一起种起了高粱。农民和先去的知识青年朋友（这是一位年龄与我相仿很能干的朋友）告诉我，高粱又耐旱又耐涝，一般在最差的地块上种植。杂交高粱也是如此，产量倒是很高，只是口味太差，那里的农民称之“帽高粱”。不过，农场的干部和农民很照顾我，我很少吃这样的粮食。

在收获的季节，我与“青年们”（其实我比他们大不了很多）一起收割高粱的时候，终于尝到了“甜秆”（东北人称有甜味的高粱秆）的味道。在没有完全成熟情况下，有些高粱秆是甜的。当然，与甘蔗还是不能相比的，何况这不是专门的甜秆高粱。嚼的时候也要小心一点，不要被高粱秆的外皮拉破了嘴。

农场的干部真的很照顾我，派人来给我家的屋子吊顶棚。那时候，我们大家住的都是泥顶的土坯房屋。讲究一点的房屋便吊一个顶棚，既保暖又好看。做顶棚骨架的就是高粱秸，先用高粱秸扎好骨架然后糊上报纸。在那个“革命的年代”，最不缺乏的东西就是报纸，各家各户的顶棚上，土墙的墙壁上，都糊上了报纸。有一年，顶棚上被老鼠们占领了，晚上在上面轰隆轰隆的闹起来，也很烦人，不过那时候年轻，白天干一点活，到晚上就睡得很死。

1978年，我读研究生离开了农场，以后就没有与高粱打过交道。不过，由于学的是化学，而现在的化学越来越向外“扩展地盘”，所以有时候也要学一点点生物知识。这样，就知道了高粱是一种碳四植物，这是原来种高粱的时候也不懂的。

什么是碳四植物？这需要多费几句话。

我们地球上的动物（当然包括我们人类）都直接或间接以植物为食物，而植物之所以能够生长是因为有“光合作用”。所谓光合作用就是植物把水和空气中的二氧化碳作为原料，经过一系列复杂的化学变化，合成了葡萄糖、淀粉、纤维素等，当然，这个过程是需要能量的，这个能量就是阳光。

二氧化碳只有一个碳原子，葡萄糖是六个碳原子，淀粉和纤维素则是把千百个葡萄糖连在一起。从原则上说，有千千万万个碳原子的淀粉、纤维素都是由二氧化碳一个又一个地接起来的。但是，中间有几个节点是特别重要的，一个毫无疑问是有六个碳原子的葡萄糖，而合成葡萄糖的过程中，那三个碳原子的有机化合物又是一个节点。

光合作用需要分步进行。第一步是由叶绿素吸收阳光，生成高能量的分子ATP(三磷酸腺苷)。说它是高能量的分子是因为它可以转化成ADP（二磷酸腺苷）而放出能量。生物体内化学反应所需要的能量，可以由ATP供给。所以，生成ATP的这一步，可以看成是给这部“合成化学机器”准备能源。另外说一句，在这个步骤中，还生成了对于植物而言的“副产品”，氧气——对于全地球的动物来说，则是一个巨大的福利，今天我们地球上有这么多氧气，这样的生动活泼，多亏了这些光合作用的“副产品”。

第二步则不需要光了，有人称之为暗反应，也有人称之为碳反应，在这一步，由二氧化碳和水合成有机物。

暗反应的第一个步骤，对绝大多数植物来说，是要把空气中的二氧化碳固定到二磷酸核酮糖（一种含有5个碳原子的化合物）上，结合后使它增加了一个碳原子，但是新生成的这个6碳分子很不稳定，立即分裂成2个含3个碳原子的磷酸甘油酸。为了好记，我们暂且把这个过程称为（5+1=3×2）吧。这些3个碳原子的磷酸甘油酸再经过一系列复杂的生物化学反应，最终生成葡萄糖、淀粉等等。当然，这里合成反应所需要的能量都来自于第一步合成的ATP。由于这里固定二氧化碳生成的是有3个碳的化合物，所以采用这种方式固碳的植物，叫做碳三植物。

当然，与所有的生物化学反应一样，这个（5+1=3×2）的固碳过程需要一种酶的催化，人们称之为二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶。有机化学的名称都很长，外行不容易记住，我们暂且称这种酶为（5+1=3×2）羧化酶/加氧酶。从名称上就可以看出它有两种功能：羧化和加氧。把二氧化碳加到有机物上面去，让它的碳链变长，这叫羧化，这里就是上面所说的5+1。而加氧就把氧加到二磷酸核酮糖上，结果使有机物氧化了，又变成了二氧化碳。这里，氧化是一个很糟糕的事情，它是在拆台。

这种酶如果遇到二氧化碳，就把二氧化碳加到二磷酸核酮糖上（羧化），如果遇到氧，就把氧加到二磷酸核酮糖上（加氧）。氧化过程大大降低了光合作用的效率，有人估计一般情况下是进二退一，即实际效率只有原来的一半。空气中是同时存在氧气和二氧化碳的，幸好这种（5+1=3×2）羧化酶/加氧酶对二氧化碳的亲和力比氧强，所以在一般情况下，这种低效率的固碳方式还能够能被容忍。据说，这种固碳方式产生于远古时代，那时候在地球表面的空气中二氧化碳含量高于氧气。在生物进化过程中，有些最基本的机制是很难改变的，原始植物的这种固碳机制后来就一直沿用了下来。据说现有的植物物种中，95%都是碳三植物，例如水稻、小麦等等。

光合作用需要二氧化碳，这是从叶片的气孔中取得的。只有打开气孔才可能进气，然而，气孔一开，植物中的水分也能够蒸发掉。实际上，植物从根部得到的水分，97%都这样白白地跑了。如果炎热干旱，植物必须减少开放气孔的时间，但是，气孔不开，二氧化碳就进不去，5+1就加不上去，而太阳一晒，光合作用的第一步却仍然在进行，还要产生出氧气，第二步的加氧反应还会进行，这样总的固碳效率变得非常低下。所以，在炎热干旱的条件下，碳三植物的生存面临着巨大的挑战。

在这种情况下，有一部分植物就发展出一种新的固碳机理。它们的叶片与碳三植物有所不同。叶子里有输送水等物质管道，称维管束，维管束的边上是鞘细胞。在这些新的植物中，鞘细胞的外面排列着整齐的叶肉细胞，叶肉细胞里基本上不含上面所说的（5+1=3×2）酶，而含有一种新的羧化酶，这种酶能够固定二氧化碳，生成含4个碳原子的苹果酸。所以这些植物被称为碳四植物。

那么是不是含4个碳原子的苹果酸就作为合成葡萄糖的原料呢？不是的。这些苹果酸跑到里面的鞘细胞中，却放出来一个二氧化碳分子，剩下的3个碳原子的化合物，又跑回叶肉细胞去合成新的苹果酸去了。而在鞘细胞里面，那些（5+1=3×2）酶正等着苹果酸送来的二氧化碳，好进行（5+1=3×2）反应呢！这里，就基本上没有氧气来捣乱了。（5+1=3×2）酶可以专心进行羧化反应。碳四植物的暗反应多了一步，就是先合成苹果酸，让苹果酸担任“运输”二氧化碳的作用，这样一来，就避免了碳三植物中讨厌的氧化过程。所以，碳四植物的光合作用效率就远远高于碳三植物，特别是在干旱高温的情况下更是如此。

当然，由于碳四植物比碳三植物多了一步苹果酸的合成，这是要消耗能量的，好得外面的天气条件是干旱高温，光合作用的第一步光反应强烈，可以多生产高能量的分子ATP。所以，碳四植物如甘蔗、玉米等多诞生在热带。

高粱也是一种碳四植物，据说，其原始诞生地在非洲中部。

由于碳四植物光合作用效率很高，同是“禾本科”的植物，玉米、甘蔗、高粱等碳四植物与水稻、小麦、谷子等碳三植物相比，植株和叶子都大了许多。对太阳能的利用，碳四植物毫无疑问是植物中的翘楚。现在，利用植物来制造生物燃料的也都是甘蔗、玉米等碳四植物。

粮食是人类最宝贵的财产之一，要使得粮食高产，就要使得植物对太阳能的利用更加高效。水稻、小麦是人们最重要的食粮，口味也是各种粮食作物中最好的。如何提高水稻、小麦的产量，是当今世界各国最重要的任务之一。

据说，袁隆平先生有一个梦，要想让水稻长得像高粱一样高，人们可以在这样的水稻植株下面乘凉。真要想实现这个梦想，把高粱、玉米、甘蔗那样的碳四植物的有关基因转入水稻之中，恐怕倒是一个办法。我不是袁先生"肚子里的蛔虫"，不知道袁先生对此是怎么想的。他是行家中的能人，一定有他的办法。