【2019年物種日歷】10月12日 烏桕

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我記住烏桕[jiù](Sapium sebiferum),還是在大學本科的植物課上。植物分類學課上的同學們,經過一個學期的訓練還遠遠摸不著門道。于是大家各辟蹊徑,有的在自己的本子里夾滿了葉片,有的對著校園里的植物瘋狂拍照,更多的人死記硬背了不同植物出現的位置:生物館門前的是垂絲海棠,四合院門口的是含笑……但是面對老師的提問,立馬就會露出破綻,“含笑和玉蘭的區別是什么?”呃,總不能回答“它長在四合院門口”吧。


烏桕的葉子和果實。圖片:Tatters / Flickr

還好,不是所有的植物都很難記,烏桕就是特別容易識別的植物。

特立獨行的菱形葉子

說起來,烏桕還是大戟科的成員,只是它沒有大戟科植物常見的尖刺和毒藥,外觀甚至還有幾分柔美。

烏桕屬植物有120多種,大多數種類都把家安在了南美洲,分布在我國的只有9種,在這九種當中最容易識別的就是烏桕了,因為只有它的葉子是菱形的。


多么具有個性的葉型。圖片:Zhangzhugang / Wikimedia Commons

單單用葉片來識別植物并不是一個穩妥的辦法。相對于花朵這些承擔繁殖重任的部位,葉片這些營養器官在生長過程中有著一定的可塑性,而且不同植物的葉子,可能會進化成相似的樣子。我經常用葉子和腿毛作比,就是這個原因。

不過在生物世界里惟一的普適原則,就是任何普適原則都有特例,用葉片識別植物有些時候是可行的。最典型的例子就是銀杏,葉脈二叉分枝的扇形葉片非它莫屬。而且從兩億年前到現在,銀杏葉子的形狀就沒變過。


銀杏是植物里最最最容易鑒定的,不僅葉型獨特,還是獨門獨目獨科獨屬獨種。圖片:Pixabay

至于烏桕,它是“菱形葉片”的代表,大多數情況下,講到“菱形葉片的植物”,說的就是烏桕了。

裝點秋天的變色美人

除了形狀特別,烏桕葉子還有一個特別的本事,就是變色。在秋季,烏桕葉片會呈現出亮黃和亮紅的顏色。這是因為葉片中大量合成了類胡蘿卜素和花青素。在黃色型烏桕中,類胡蘿卜素的含量有明顯升高,所以顯黃色;而紅色型烏桕中,花色苷合成更為明顯。


秋季變紅的烏桕樹。圖片:Talko / Wikipedia

這也與我們之前對葉片變色的認識不同,之前人們認為秋天葉片變色是因為葉綠素大量降解,露出了被遮蓋的顏色。而越來越多的研究都顯示,植物在入秋之后會合成大量類胡蘿卜素和花青素,這些色素可以遮擋一部分陽光,避免葉片在低溫強光照條件下受到傷害。所以很多時候,曬太陽的紅葉更顯嬌艷。

在欣賞紅葉的時候,不要以為都是楓樹的功勞,還有烏桕、黃櫨[lú]等一眾紅葉樹種,在裝扮秋天。

白衣如雪,還能開車

烏桕的識別特征不僅有菱形的葉片,還有特別的“白色”種子。注意,烏桕的真正種子不是白色的,而是黑色的。如果我們拿到烏桕種子仔細觀察,就會發現白色的部分只是一層蠟質外套,用火稍稍烘烤就會熔化。


開裂的烏桕果。露出包裹著白色蠟質的種子。圖片:Kware Ji / Wikimedia Commons

實際上,種子上這層蠟質,也是烏桕屬植物的一個分類特征。比如烏桕、圓葉烏桕(S. rotundifolium)、桂林烏桕(S. chihsinianum)、山烏桕(S. discolor)和多果烏桕(S. pleiocarpum),它們的種子都是有蠟質外套的;而白木烏桕(S. japonicum)和斑子烏桕(S. atrobadiomaculatum)的種子都是“裸奔”的。這些種子最吸引我們的特征,是它們可以幫助我們“開車”。


烏桕果的截面。圖片:朱鑫鑫 / PPBC中國植物圖像庫

烏桕種子外層蠟皮榨出的固體脂(vegetable tallow)稱為桕脂,又稱皮油;種子榨出的液體油叫梓油(stillingia oil),又名青油;用整個種子榨出的混合油叫毛油。一般來說,一百公斤的烏桕種子,可以榨取23~25公斤的桕脂,16~18公斤的梓[zǐ]油。

雖然都是來自烏桕種子,但桕脂和梓油的用途完全不一樣。桕脂的成分主要是棕櫚酸和油酸,這些脂肪酸的熔化溫度比較高,在常溫下處于固體狀態。傳統上烏桕的桕脂會用來制造蠟燭和肥皂,或者一些需要防水的物品的涂層。桕脂還可以用來生產塑料薄膜、蠟紙、護膚脂、防銹涂劑、固體酒精和高級香料附著劑。


去掉表層蠟質的烏桕種子。圖片:朱鑫鑫 / PPBC中國植物圖像庫

至于梓油,熔化溫度相對較低,在常溫下跟我們熟悉的花生油、大豆油一樣都是液體。雖然不能吃,但可以制造生物柴油,推動柴油機運轉。

在人與自然矛盾日益激烈,急需可持續發展的今天,生物柴油為我們提供了一個可再生的能源選擇。目前對生物柴油的研究主要集中在麻瘋樹,續隨子等植物上,這些植物的特點都是種子含油量比較高,種植和加工比較容易。像大豆油這樣的食用油,也可以做生物柴油,但這些油料還要填進我們的肚皮,用可食用作物來生產生物柴油,有可能威脅到糧食安全,這就是能源與食物生產的互斥問題。


使用生物柴油的加油站。圖片:United Soybean Board / Flickr

生物柴油,看起來很美

生物柴油技術是近年來特別火熱的新能源技術,從植物種子直接獲取發動機可以使用的油料,好處是顯而易見的。

首先,這種做法可以減少我們對化石燃料的消耗,這在很大程度上就可以延緩大氣中二氧化碳濃度的上升速度,從而降低隨之而來的溫室效應


日本公交車上的說明,這輛車使用生物柴油。日本人鼓勵回收烹飪廢油,用來制造生物柴油。圖片:SElefant / Wikipedia

再者,如果能利用現生植物光合作用直接供給我們的能量需求,那在很大程度上就可以解決制約人類發展的瓶頸,真正實現可持續發展。

然而,生物柴油的發展道路并非一帆風順。栽種條件、提取工藝、產油量都是橫亙在生物柴油和市場之間的巨大障礙。

就拿烏桕來說,這種植物喜暖怕冷,愛濕怕干,而符合這些條件的區域恰恰是糧食生產的良好區域。相對于生物燃料,糧食生產毫無疑問更為重要。即便植物能夠在相對較差的環境下生存,也會大大減產。其它能源植物或多或少都會碰到類似的問題,好地不能種,差地種不成。


使用大豆制造生物柴油的過程。圖片:Martin Wainstein / Wikipedia

提取工藝和產油量也是限制因素,雖然烏桕種子含油量可達40%,相對于傳統的化石燃料,提取工藝還是比較復雜的。烏桕種子外層的蠟質,因為熔化溫度過高不適合作為生物柴油的原料,把整個種子直接壓榨得到的毛油,自然也不能直接制成生物柴油。而在運輸和提煉過程中不可避免地消耗化石燃料,于是最終獲得的好處就大打折扣了。


秋天變紅的烏桕樹。圖片:Peka / Wikimedia Commons

到今天為止,生物柴油解決能源問題,還是一個不成熟的解決方案。要解決這些問題,還要借助新興的生物技術,提高能源植物的抗逆能力,以及在不利環境下的油料產量。同時開發新的催化技術,控制桕脂中高級脂肪酸的裂解,形成可以直接使用的燃料。如果將來基因工程技術更進步,我們可能會通過基因編輯的方式,改變植物種子脂肪酸的構成。經過基因編輯的烏桕樹變成“汽油樹”,榨出油來就能加進油箱,也并非不可能的事情。

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