植物从哪里来
根据细胞结构的不同，所有细胞生物首先分成三个“域”—原
核域、古核域和真核域。蓝藻就属于原核域，和细菌是近亲。真核生
物再分成两大支，其中一支的主干家族是动物和真菌。也就是说，原
本认为属于植物的蘑菇、木耳，其实反而和动物是近亲。另一支则包
含了其他各种藻类，其中的“古质体类”由灰胞藻、红藻和绿色植物
组成。今天分类学上所说的“植物”，通常只指绿色植物，仅包括主
要为水生的绿藻和轮藻，以及主要为陆生的苔藓植物、石松植物、蕨
类植物、裸子植物和被子植物。
撰文 / 刘夙
002
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植物
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003
有孔虫界
不等鞭毛类
囊泡虫类
植物
绿藻苔藓植物
蕨类植物
被子植物
裸子植物
石松植物
轮藻
毫无疑问，绿色植物的祖先
来自大海。据推算，绿藻在大约
15 亿年前的元古宙就起源了。
它在海洋中欣欣向荣了几亿年之
后，一面见证了寒武纪海洋的“生
命大爆发”，一面和真菌一起结
合成地衣征服陆地。到 4 亿多年
前的奥陶纪，绿藻已经演化成更
复杂的陆生植物，广袤的大地终
于披上了绿装。
最新的细胞生命关系树（绘图 / 王莺）
004
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植物
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古核生物 原核生物
变形虫界
菌物
细菌 蓝藻
真核生物
双鞭毛生物
单鞭毛生物
动物
古虫界
隐藻
红藻
灰胞藻
定鞭藻
005
禾本家族的自述
撰文 / 刘冰
006
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植物
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禾本科是世界上第四大科，是分布极广的植物家族，也是经济价值极大、
和人类关系极密切的植物家族。这样一个家族有怎样的起源和迁徙历史呢？
让我们来听听禾本科代表植物草地早熟禾的介绍吧！
007
狗尾草
是禾本家族
的一员
遍布全球的禾本家族
我是草地早熟禾，在中国北方
的草坪中你很容易找到我的身影。
植物分类学家把我归属于禾本科，
在英文中，“科”（family）其实就
是家族的意思。感谢分类学家把我
作为禾本科的代表，下面就由我来
讲述我们禾本家族的迁徙故事吧！
禾本科大概是 9000 万年前出现
在地球上的，那时正是地质学上的白
垩纪。一说到白垩纪，也许你马上会
想到恐龙。没错，我们的祖先还真和
恐龙有过亲密接触。2005 年《科学》
杂志报道，在印度发现的恐龙粪便化 草地早熟禾（摄影 / 刘夙）
008
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植物
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石中发现了很可能属于禾本科植物的
显微结构—植硅体。植硅体是植物
细胞内外由二氧化硅构成的小颗粒。
这个发现说明，那时候有一部分食草
恐龙正是以我们的祖先为食的。当然，
我们也不会轻易让它们吃得开心，坚
硬的植硅体对食草动物的牙齿来说，
是个不小的麻烦！
要说禾本科具体起源的地点，
科学家还有争论，有说是非洲，有
说是南美洲。但不管是非洲、南美
洲还是印度，都是从一块位于南半
球的叫作冈瓦那的巨大古陆分裂出
来的。所以我们禾本家族最早的时
候是地地道道的南方“人”，从来
都没见过北斗七星呢。
今天禾本家族已经遍布世界各
地，几乎征服了各种生境。不要说
北极圈和极高山地区了，连南极洲
都有我们一位兄弟—南极发草的
身影。然而在最开始的时候，我们
的祖先还只是热带森林里不起眼的
小草，家族也很不繁盛。如今，我
们还有三个人丁稀少的远房分支继
续生活在热带雨林里，坚守着远祖
奋斗过的地盘。它们在形态结构上
南极洲是个冰天雪地的世界，但也
有100多种绿色植物生长。不过，其中绝
大多数是苔藓，种子植物只有2种——禾
本科的南极发草和石竹科的南极漆姑。
南极植物
009
佩服竹子大哥，它们决定留在森林
里发展，而且打拼得很成功。我们
禾本家族的一大特点，就是风媒传
粉。为了不让花被片影响花粉传播，
花萼、花瓣什么的都退化了。可是
在茂密的森林里，那么多乔木高高
早园竹（摄影 / 刘夙）
禾本家族关系网
到了大约 7000 万年前的白垩
纪晚期，禾本家族里出现了两个新
的分支，后来获得了大发展。其中
一支就是包括我草地早熟禾在内的
BOP 支。BOP 支很快就进一步分化
成竹亚科、稻亚科和早熟禾亚科三
个分支。
竹亚科
竹亚科的成员通称竹子。我很
有点像竹子，却是草本植物，所以
通常叫作“草本竹类”，简称“竺类”。
中国台湾有一种囊稃竺，是竺类在
中国的唯一野生种。
禾本科植物关系网
010
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植物
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竹林
在上，林下的风很小，对竹子的传
粉不利。为了应付这种局面，竹子
想了两种对策：一部分竹子从风媒
传粉变成了虫媒传粉，虽然它们仍
然没有艳丽的花朵，却演化出了蜜
腺，可以靠蜜汁吸引昆虫。更多的
竹子放弃了年年开花这种吃力不讨
好的事情，一生中大部分时间里都
在进行营养繁殖。每隔若干年，这
些竹子商定好同时开花，于是—
哗—原本青竿绿叶的竹子突然长
出了好多像稻穗一样的花朵！很多
竹子一生只开一次花、结一次实，
开花之后就会死去，为的是给下一
代腾出生长空间来。
稻亚科
说过竹子，再来说说水稻它们家
族。稻亚科是禾本科之中较小的家族，
它的主要成员有重要的粮食作物—
水稻，还有可作蔬菜吃的菰，它的茎
秆被真菌寄生后会变膨大，成为日常
食用的“茭白”。这一家族的多数成
员也喜欢水生或湿生环境，它们在水
边和水里发展，给禾本家族开辟了一
块新天地。
早熟禾亚科
在 BOP 这一支里，无论是竹亚
水稻田 科还是稻亚科，都没有我们早熟禾
011
蒲苇是潘帕斯草原上的标志性植物（摄影 / 耿牧帆）
欧亚草原是马儿的故乡
亚科来得人丁兴旺。从四五千万年
前开始，我们这个亚科就开始向寒
冷地区扩张。在大约 3000 万年前的
渐新世，我们更是如鱼得水，占据
了温带地区的许多地盘。从这个时
代开始，地球气候发生剧烈变化，
平均气温不断下降，白垩纪以来的
那种温暖潮湿的气候变得寒冷干旱，
这在大陆的腹地表现得更为明显。
久而久之，需要足够水分才能存活 的乔木们纷纷受不了离开了，只有
耐寒耐旱的草本植物和少量灌木坚
持了下来。原本的森林，就这样逐
渐退却，被新生的广阔温带草原所
取代。
温带草原是地球上最壮美的景
观之一。虽然这里的冬季一片凋敝，
但是在植物的生长季节，在由我们禾
本家族们搭建的绿色背景之上，许许
多多的杂类草竞相开出五颜六色的花
朵，那景色实在令人沉醉。地球上面
积最大、最著名的温带草原是横贯欧
亚大陆中部的欧亚草原，也叫“斯太
普”草原。欧亚草原不仅是马的故乡，
也是许许多多游牧民族的故乡。南美
洲南部的温带草原就是著名的潘帕斯
草原了。在 15~17 世纪的“大航海
时代”，许多西班牙人来到这里，和
当地人混血，形成了英勇彪悍的高乔
人，经营着规模庞大的畜牧业，直到
今天。
012
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植物
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无论是欧亚草原还是
潘帕斯草原，我们早熟禾
亚科的针茅都是当之无愧
的禾草领袖，数目最多，
地位也最重要。针茅的果
实非常狭长，下端锐利如
针，上端带着一根长长的
芒，仿佛是针上穿的线。
当针茅的果实成熟之后，
就会掉到地面上。白天空
气干燥的时候，芒会舒展
开来；晚上空气湿润的时
候，芒会吸水扭曲成螺旋
状，像一把螺丝刀一样把
果实往土壤里扎。就这样，
许多个昼夜过去，针茅的
果实也就一点一点钻进了
土壤，剩下的事情就是等
待寒冬过去，好在春天萌发。
早熟禾亚科的植物为了对抗寒冷，
演化出一套独特的机制，比如会在细胞中
积聚果聚糖，可以降低细胞溶液的冰点，
保护细胞在低温下免受冻害。南极发草则
把茎叶紧紧堆拢在一起，形成密密的一
团，看上去像是地上的草垫，这样在刮寒
风的时候可以有效降低热量的散失。无独
有偶，安第斯高山上的卧针草也属于这种
“垫状植物”。
对抗寒冷有办法
PACCMAD 支
和 BOP 支一起出现的另一支，
名字有点长—叫 PACCMAD 支。
它是由七个亚科组成的，其中最大
的一个叫黍亚科。这一支的兄弟和
我们一样，在地球气候发生大变化
的时候走出森林，但和我们不一样
的是，它们主要在热带地区发展，
成为构建萨瓦那草原（也叫热带稀
树草原）的主力。最有名的热带草
大针茅（摄影 / 刘夙）
013
原自然是纵贯非洲的非洲大草原了，
它是许多大型哺乳动物的老家，也
是人类的老家。人类在历史上曾经
三次大规模走出非洲，每一次都是
从东非大草原出发的。北美洲的普
莱利草原虽然是温带草原，但可惜
不是我们早熟禾亚科的地盘，而是
这些热带亲戚的地盘。不过来自普
莱利草原的野牛草和我关系挺铁，
因为我们都是著名的草坪草嘛。
我最叹服这些热带亲戚的一点
是，它们演化出了一种新的光合作
用机制—C4 机制。比起我们这些
“C3 植物”来，它们在炎热干旱的
条件下照样可以茁壮成长，而且对
二氧化碳的利用效率比我们更高。
这真是“一方水土养一方人”啊！
C3植物在进行光合作用时，二氧化
碳先是被转化为一种含3个碳原子的物
质。C4植物在进行光合作用时，二氧化
碳则是先被转化为一种含4个碳原子的物
质。因此，它们固定碳的机理大为不同，
连叶片的解剖结构都不同。
C3植物和C4植物
非洲稀树草原
水稻是典型的C3植物（摄影 / 刘夙）
014
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植物
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植物粮食家族
我们禾本家族是最受动物欢迎
的植物家族，没有之一。除了在身
体里的植硅体考验食草动物的牙齿
之外，我们几乎不合成什么有毒化
学物质。所以，有很多食草动物都
以我们的茎叶为食，还有很多的动
物喜欢吃我们富含淀粉的种子—
人类也不例外。
禾本科为人类贡献了最多的粮
食作物，光是数一数最常见的那些
就能数出十来种—水稻、小麦、
大麦、裸麦（青稞）、黑麦、燕麦、
莜麦、玉米、高粱、黍（黄米）、粟（小 玉蜀黍（摄影 / 刘夙）
生活中随处
可见的狗尾草，
是粟的野生祖先
015
我们今天
吃的许多食物
都是来源于
禾本科
米）、珍珠粟、湖南稗子、穇、薏苡……
其中，我们早熟禾亚科以及黍亚科
出的谷物最多，上面那些带“麦”
字的谷物就都属于早熟禾亚科。
禾本科能出这么多的谷物，不
只是因为它们毒性低，还因为它们
的籽粒大，便于采集和加工。这些
籽粒大的禾草往往都是一年生植物，
它们的地理分布也有一定规律，通
常都产自一年里有一段时间不适合
植物生长、气候指标年际变化大的
季风地区，比如地中海地区、中国
东部、印度、墨西哥、非洲大草原
北缘等。这些地方也因此成了农业
起源的中心地区。
在粮食作物的驯化和育种过程
中，人类不断把有利的性状筛选出
来。比如野生谷物容易落粒，不便
采集，但是一旦出现了籽粒成熟后
不落，而是留在禾穗里的突变，人
类就会大量种植它，后来所有的谷
物便都不再落粒了。
016
博士带你玩
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2002年，水稻成为第一个测完
全基因组序列的粮食作物；2009年，
玉米的全基因组测序完成；2014年，
小麦基因组的序列草图也搞定了。
世界三大粮食作物的基因
组测序进展
今天，生命科学已经进入分子生物
学时代，生物学家们不满足于过去较为盲
目的育种，开始破译谷物的遗传密码，希
望能够有的放矢地改善谷物的性状。“中
国杂交水稻之父”袁隆平就设想，把热带
禾本科植物体内的 C4 基因转到水稻这种
C3 谷物体内，让水稻产量进一步提高。
水稻田
017
