【2019年物种日历】10月12日 乌桕

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我记住乌桕[jiù](Sapium sebiferum),还是在大学本科的植物课上。植物分类学课上的同学们,经过一个学期的训练还远远摸不着门道。于是大家各辟蹊径,有的在自己的本子里夹满了叶片,有的对着校园里的植物疯狂拍照,更多的人死记硬背了不同植物出现的位置:生物馆门前的是垂丝海棠,四合院门口的是含笑……但是面对老师的提问,立马就会露出破绽,“含笑和玉兰的区别是什么?”呃,总不能回答“它长在四合院门口”吧。


乌桕的叶子和果实。图片:Tatters / Flickr

还好,不是所有的植物都很难记,乌桕就是特别容易识别的植物。

特立独行的菱形叶子

说起来,乌桕还是大戟科的成员,只是它没有大戟科植物常见的尖刺和毒药,外观甚至还有几分柔美。

乌桕属植物有120多种,大多数种类都把家安在了南美洲,分布在我国的只有9种,在这九种当中最容易识别的就是乌桕了,因为只有它的叶子是菱形的。


多么具有个性的叶型。图片:Zhangzhugang / Wikimedia Commons

单单用叶片来识别植物并不是一个稳妥的办法。相对于花朵这些承担繁殖重任的部位,叶片这些营养器官在生长过程中有着一定的可塑性,而且不同植物的叶子,可能会进化成相似的样子。我经常用叶子和腿毛作比,就是这个原因。

不过在生物世界里惟一的普适原则,就是任何普适原则都有特例,用叶片识别植物有些时候是可行的。最典型的例子就是银杏,叶脉二叉分枝的扇形叶片非它莫属。而且从两亿年前到现在,银杏叶子的形状就没变过。


银杏是植物里最最最容易鉴定的,不仅叶型独特,还是独门独目独科独属独种。图片:Pixabay

至于乌桕,它是“菱形叶片”的代表,大多数情况下,讲到“菱形叶片的植物”,说的就是乌桕了。

装点秋天的变色美人

除了形状特别,乌桕叶子还有一个特别的本事,就是变色。在秋季,乌桕叶片会呈现出亮黄和亮红的颜色。这是因为叶片中大量合成了类胡萝卜素和花青素。在黄色型乌桕中,类胡萝卜素的含量有明显升高,所以显黄色;而红色型乌桕中,花色苷合成更为明显。


秋季变红的乌桕树。图片:Talko / Wikipedia

这也与我们之前对叶片变色的认识不同,之前人们认为秋天叶片变色是因为叶绿素大量降解,露出了被遮盖的颜色。而越来越多的研究都显示,植物在入秋之后会合成大量类胡萝卜素和花青素,这些色素可以遮挡一部分阳光,避免叶片在低温强光照条件下受到伤害。所以很多时候,晒太阳的红叶更显娇艳。

在欣赏红叶的时候,不要以为都是枫树的功劳,还有乌桕、黄栌[lú]等一众红叶树种,在装扮秋天。

白衣如雪,还能开车

乌桕的识别特征不仅有菱形的叶片,还有特别的“白色”种子。注意,乌桕的真正种子不是白色的,而是黑色的。如果我们拿到乌桕种子仔细观察,就会发现白色的部分只是一层蜡质外套,用火稍稍烘烤就会熔化。


开裂的乌桕果。露出包裹着白色蜡质的种子。图片:Kware Ji / Wikimedia Commons

实际上,种子上这层蜡质,也是乌桕属植物的一个分类特征。比如乌桕、圆叶乌桕(S. rotundifolium)、桂林乌桕(S. chihsinianum)、山乌桕(S. discolor)和多果乌桕(S. pleiocarpum),它们的种子都是有蜡质外套的;而白木乌桕(S. japonicum)和斑子乌桕(S. atrobadiomaculatum)的种子都是“裸奔”的。这些种子最吸引我们的特征,是它们可以帮助我们“开车”。


乌桕果的截面。图片:朱鑫鑫 / PPBC中国植物图像库

乌桕种子外层蜡皮榨出的固体脂(vegetable tallow)称为桕脂,又称皮油;种子榨出的液体油叫梓油(stillingia oil),又名青油;用整个种子榨出的混合油叫毛油。一般来说,一百公斤的乌桕种子,可以榨取23~25公斤的桕脂,16~18公斤的梓[zǐ]油。

虽然都是来自乌桕种子,但桕脂和梓油的用途完全不一样。桕脂的成分主要是棕榈酸和油酸,这些脂肪酸的熔化温度比较高,在常温下处于固体状态。传统上乌桕的桕脂会用来制造蜡烛和肥皂,或者一些需要防水的物品的涂层。桕脂还可以用来生产塑料薄膜、蜡纸、护肤脂、防锈涂剂、固体酒精和高级香料附着剂。


去掉表层蜡质的乌桕种子。图片:朱鑫鑫 / PPBC中国植物图像库

至于梓油,熔化温度相对较低,在常温下跟我们熟悉的花生油、大豆油一样都是液体。虽然不能吃,但可以制造生物柴油,推动柴油机运转。

在人与自然矛盾日益激烈,急需可持续发展的今天,生物柴油为我们提供了一个可再生的能源选择。目前对生物柴油的研究主要集中在麻疯树,续随子等植物上,这些植物的特点都是种子含油量比较高,种植和加工比较容易。像大豆油这样的食用油,也可以做生物柴油,但这些油料还要填进我们的肚皮,用可食用作物来生产生物柴油,有可能威胁到粮食安全,这就是能源与食物生产的互斥问题。


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

生物柴油,看起来很美

生物柴油技术是近年来特别火热的新能源技术,从植物种子直接获取发动机可以使用的油料,好处是显而易见的。

首先,这种做法可以减少我们对化石燃料的消耗,这在很大程度上就可以延缓大气中二氧化碳浓度的上升速度,从而降低随之而来的温室效应


日本公交车上的说明,这辆车使用生物柴油。日本人鼓励回收烹饪废油,用来制造生物柴油。图片:SElefant / Wikipedia

再者,如果能利用现生植物光合作用直接供给我们的能量需求,那在很大程度上就可以解决制约人类发展的瓶颈,真正实现可持续发展。

然而,生物柴油的发展道路并非一帆风顺。栽种条件、提取工艺、产油量都是横亘在生物柴油和市场之间的巨大障碍。

就拿乌桕来说,这种植物喜暖怕冷,爱湿怕干,而符合这些条件的区域恰恰是粮食生产的良好区域。相对于生物燃料,粮食生产毫无疑问更为重要。即便植物能够在相对较差的环境下生存,也会大大减产。其它能源植物或多或少都会碰到类似的问题,好地不能种,差地种不成。


使用大豆制造生物柴油的过程。图片:Martin Wainstein / Wikipedia

提取工艺和产油量也是限制因素,虽然乌桕种子含油量可达40%,相对于传统的化石燃料,提取工艺还是比较复杂的。乌桕种子外层的蜡质,因为熔化温度过高不适合作为生物柴油的原料,把整个种子直接压榨得到的毛油,自然也不能直接制成生物柴油。而在运输和提炼过程中不可避免地消耗化石燃料,于是最终获得的好处就大打折扣了。


秋天变红的乌桕树。图片:Peka / Wikimedia Commons

到今天为止,生物柴油解决能源问题,还是一个不成熟的解决方案。要解决这些问题,还要借助新兴的生物技术,提高能源植物的抗逆能力,以及在不利环境下的油料产量。同时开发新的催化技术,控制桕脂中高级脂肪酸的裂解,形成可以直接使用的燃料。如果将来基因工程技术更进步,我们可能会通过基因编辑的方式,改变植物种子脂肪酸的构成。经过基因编辑的乌桕树变成“汽油树”,榨出油来就能加进油箱,也并非不可能的事情。

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