以下内容为郗旺演讲实录：

　　各位来宾下午好。很高兴有机会站在台子上跟大家分享一些关于植物的知识。

　　看到这个标题《“树”木记》，大家可能觉得是不是讲树？的确我讲的是树，但是你们可以仔细观察一下这个树字，打了引号。什么意思呢？树木中的树字有两个意思，一个的确就是树，第二树是可以当做动词来用的。就是把树立起来的意思。我今天分享的就是怎么让树立起来

　　在讲之前，我想先说一点关于我的事情。可能大家印象中工程师是成天搞工程的，虽然我也是一名工程师，但实际我本身是做一些植物学的研究。我还有另外一个身份，因为我十分喜欢爬山，所以我经常去山上拍植物，比如去我国的西北西南地区的高山上面拍植物。

　　对于植物拍摄，其实跟很多人想象的不一样，并不都是气宇轩昂地站在那看着蓝天，看着白云，看着雪山，不是这样子的。很多时候，我们拍植物，尤其去野外拍植物，大多数是这个样子的。　　

　　大家能找到我吗？非常小。我们拍植物的人如果到了山地，特别是这种高山，海拔4300米的，在那边拍植物，不是站着拍的，都是趴在那拍的。 

　　有时候一段大概一公里长的路，我们是一路趴过去的，不是走过去的。为什么要趴在那拍植物，其实道理很简单。因为在这个高山上，植物都长得很矮。有多矮？我来给大家举个例子。　　

　　这是我在云南香格里拉拍的照片。这个花叫做滇西北点地梅，它是一种非常漂亮的小花。六七月份的时候，开在山野上很好看。它有多矮呢？离地面大概两厘米左右。而且它的枝叶非常小，密集的排在一起，铺成一片，有点垫状的感觉。

　　然后这个是什么？也是在云南拍的。叫做囊距紫堇。上海地区紫堇很高，非常高，但是在山区它有多高？大概两三厘米，而且这个紫堇的叶片跟石头的颜色是一样的，它不是绿色的，是红褐色的，非常矮，非常难以找到。只有在开花的时候，才能惊鸿一瞥，看到它的美丽。

　　是不是高山上的植物都长这么低？其实也不是，同样也是在云南。这是一棵很高大的栎树，大概有20多米高。大家仔细看这棵树的树皮上有一些什么东西？ 

　　地衣和苔藓。这张图给了我十分震撼的感觉，为什么？因为栎树代表的是被子植物，是目前地球上分布最广，进化程度最高的一类植物，而苔藓所代表的是演化的前端，它是最早登陆的一批植物。

　　如果回顾整个植物演化的历史，可以看到植物是经历了一个由水到陆的过程。大约在6亿年前，植物都是在水里面的，包括现在的各种藻类。但是现在很多藻类它已经不是植物了，包括蓝藻，褐藻，吃的海带，它们现在不算植物。

　　 

　　真正的植物是什么？红藻、绿藻，这些是植物，它们必须生活在水中。前几年，青岛浒苔泛滥，浒苔在水里面的时候飘飘然的很漂亮，一旦到了岸上，一大片摊成一坨非常难看，这个就属于绿藻。

　　到了距今大约5.3亿年前，有的植物就开始登上陆地了。最早登上陆地的植物是什么呢？就是苔藓类植物。苔藓类植物，它不能完全的离开水，因为它的繁殖和生长都需要水。在陆地上演化了1亿多年后，到了距今大约4.2亿年前，开始出现了一类真正能够适应陆地生长的植物，就是下面所显示的最早的维管植物。　　

　　 

　　什么是维管？就是植物体内的一套支撑植物的组织。从水到陆，植物要面临两个非常大的难题，一个是它要把自己的身体支持起来，才能朝上生长，长得更高。第二，它需要有一套运输水分的组织，能将水分从地面运输到树梢。

　　 

　　如果树长得越高，水分需要运输的路程就越长。所以说是什么，让它长成了这个组织，就是有一些部分它会木质化，这样它就会形成一些我们称为维管束的组织来负责支撑和运输水分以及养料。正是由于维管束的出现，让高大的这个树木成为了可能。也出现了所谓的真正的树。

　　

　　这里要说个题外话，大家觉得是不是树都很高，草都是很小的，实际上并不是这样子，大家来看这个图，这种植物大家都认识，是芭蕉，和香蕉是同属的亲戚。虽然它经常叫做芭蕉树，但是在植物学上，芭蕉它不是树，而是一种草。为什么呢？如果把芭蕉或者香蕉拦腰截断，可以看到它没有真正的茎。它所谓的茎实际上是很多叶鞘彼此包合在一起形成的结构，因此它不是真正的树。

　　

　　有没有很矮的树呢？有，并不是因为把树砍倒了。有一类树本身长得非常矮，也就五厘米左右。就是上图，叫做矮柳。从它的名字可以看出，它是一种柳树。但是它为了适应北极圈冻土层的环境，长得非常矮，高度大概五厘米左右，但它的茎是木质化的， 所以是一种木本植物，可以看作是世界上最小的树。

　　

　　在大家通常的认识中，树木是十分高大的。比如世界上最大的植物，北美巨杉，其中有一颗叫做谢尔曼将军的巨杉，它最高的高度达到了90多米，后来由于上面折断，现在变成83米，但是它依然是世界上最大的单体生物，底下的粗度可以达到四五米，一辆车从底下开过去没有任何问题。

　　

　　通常在形容这种非常巨大的树的时候，我们会用一个名词来形容它，把它比作一座大厦。比如这座，大家应该都知道它是帝国大厦。帝国大厦是20世纪30年代美国的一个产物，用了不到一年的时间就建成了，是很典型的以钢结构为主，然后加以混凝土和砖石构成的一个建筑。

　　 

　　不知道大家有没有到帝国大厦的里面看过？通过上面这个图，可以看到，帝国大厦里面分隔成很多很多的小间。这幅图让我想起了什么呢？

　　想起来了上面这幅图，学过生物学的人肯定对这幅图有深刻的印象。这幅图是1665年英国科学家罗伯特 胡克，用显微镜所描述的植物细胞。细胞 cell 这个词就是从这来的。

　　 

　　他当时发现，通过显微镜看到了软木塞上的切片里的一个一个小格，很像僧侣房里面的隔间，所以把它叫做cell。这种cell到底是不是真的细胞？从现在的角度来说，它并不是细胞，而是包围细胞的一种组织。可以看作是细胞周围围的一层墙，所以我们把它叫做细胞壁。

　　细胞壁长期以来，人们认为它是个死亡的结构，但是经过研究，发现细胞壁不是死的而是活的，而且它能够决定细胞的样子和功能。

　　

　　这张是我亲手制作的一副杨树茎的横切面。可以看到上面有很多很多小隔间，这就是一个一个细胞。仔细看这些细胞，会发现大小、形态、结构是有差异的。

　　有着比较大孔洞的组织，叫做木质部。木质部里面有很多大的孔道，把它想象成一个立体的结构，实际上是一些管径很大的长管状细胞，在树里面彼此上下连接，并且打通，形成了一个管道，这个管道就叫做导管。导管负责把水分从地面输送到树梢。此外还能看到，在木质部里有一些小的细胞，这些细胞颜色染色比较深，说明它是起到支持作用的。

　　我们看韧皮部，这一部分也有很多比较小的管状细胞，这些管状细胞将养分从顶端合成的糖运输到植物下部。还有一些深蓝色的部分是什么？是纤维，也是起到支持作用的。所以从这张图可以看到，它其实跟现在人类建设的大厦非常相似。它们有各种不同的细胞，有的是管道状的，有的是房间状的，有的起到运输作用，有的起到储存作用。所以大树和大厦非常的相似。

 　 如果把一个纤维放大来看，它的墙长成什么样子，可以发现它的墙不止一层有好几层。最靠近两个细胞中间的那一层很弱，它是细胞分裂时候产生的一层细胞壁，叫做初生壁，很软。

　　蔬菜嫩的时候很清脆可口，为什么？因为里面大部分的细胞都具有初生壁，一旦这个细胞加厚了以后，它就会形成管状细胞。吃到这个状态的蔬菜，就会感到里面有很多的丝，这个丝就是加厚的细胞壁所形成的。

　　加厚的细胞壁，我们给它一个专门的名字叫做次生壁。所以正是因为细胞里有了发达的次生壁，才能让树变得很坚硬，木材变得很坚硬，能让它挺立起来。因此次生壁，对于研究树为什么能站起来非常重要。

　　再把镜头进一步拉近，想看看它的墙究竟是怎么组成的？可以看到这幅场景，这个是在扫描电镜下的场景。发现这堵墙上面布满了密密麻麻排布的细丝，这些细丝叫做微纤丝，他们彼此交叠在一起。就像钢筋骨架一样，密密麻麻的排在一起。正是因为这些结构，让细胞壁变得十分的坚韧。

　　如果我们把这一根丝再拿出来看，会看到什么？这个是用化学以及X光衍射的方法剖析的一个微纤丝的结构，可以看到里面有规则排列的更小的丝状结构，横截面很像钢缆或者是伞绳。它里面的最细的丝就是一根纤维素的长丝。大概24根或者36根纤维素的丝彼此排列在一起，就形成了红色的那一根。

　　然后很多细丝再排列在一起，构成微纤丝，这个就是微纤丝的结构。那么问题来了，对于植物来说，它怎么合成这种高度有序的微纤丝的结构？ 

　　这幅图，可以看到在植物细胞膜上有一些六边形的小颗粒，非常规则。后来人们发现，这些小颗粒上面都带有纤维素的痕迹，所以人们认为它是合成纤维素的一种酶，就把它叫做纤维素合酶。后来更深入研究发现这种所谓的纤维素和酶，是由24或者36个蛋白质组成的一个非常大的分子机器，后来叫做纤维素合酶复合体。　　 

　　它在细胞膜上运动，就像这个图上它像扭钢缆一样，一边合成一边结晶，把它扭起来，变成十分坚韧的微纤丝，然后沉积在细胞壁上，就构成了很坚硬的细胞壁，也就是次生壁合成的过程。

　　在这个研究期间，我的导师就发现有两类纤维素合酶，他们纤维素和酶的复合体，在次生壁的合成中起到一些关键性的作用。那么究竟是怎么起作用？这个课题自然而然就转到了我的身上。

　　在做这个课题的时候，出现一个问题，我们要选一个植物来做。在平时的生物学研究中，我们选择拟南芥，它很小很好养，磨一磨就能做实验了，但是它不是树。

　　我们要选一种树，最后就选了杨树。选择杨树因为它长得很快，大概两三年就能成材，如果选巨杉，到现在我博士可能还没毕业。然后我们就采取杨树的材料来做课题。

　　怎么采集呢？首先把树皮扒掉，用这个刀片来割木材。木材它是活的，特别是这个时候你摸上去潮湿柔软，甚至好像带有温度一样，它是活的。然后刮下来这一条，就是正在发育中的木质部组织，跟我们吃的粉条一样晶莹剔透。这是一个活的组织。

　　我们把这个组织拿出来之后测它的蛋白质和它的核酸表达，来研究两种纤维素合酶，在发育中的木质部起到什么作用？为了研究他们的作用，我还做了一项工作，就是用转基因技术去让里面两类纤维素合酶复合体，分别失去作用，然后看它对植物造成什么影响。

　　A是野生型的，没有经过影响的。我们破坏了B的一类纤维素和酶复合体，发现这个植物稍微矮了一点，但是它的茎变硬了。

　　C是我们破坏掉它的一类复合体后，它的细胞壁变得薄很薄，植株很矮，不但矮，而且它的茎是打圈的，弯了，变得非常脆。通过这个实验，再加上刚才像采样一样去研究了不同的转基因植株，它的纤维素特性。 

　　我们就发现有一类纤维素合酶复合体，它负责合成的是分子量又长，结晶度又高的，很结实的这一类纤维素。还有一类纤维素合酶复合体它合成的是一些长度比较短，结晶度比较低，比较松散的纤维素。

　　这两种纤维素合酶复合体，它们都参与到了植物次生壁的合成中，所以植物的次生壁就有不同的特性。正是因为有了这些特性，能够让植物的次生壁发生各种各样的改变，决定了各种各样不同的细胞的结构和功能。

　　到这里有的人可能会觉得研究这个有什么用呢？C这个植株的表型出来以后，有的人说这个表型太好了，以后做盆景的时候不用发愁了，它自己打着旋就垂下来了，不用再去拗了。B这种植株出来后，有人问以后能不能培育出来一些很结实的杨树，这样就不用买红木了，就用杨树，这个木头跟红木一样。我说这个倒是有可能的。但是现在有没有真正能够应用出来的改变细胞壁的技术？

　　有。这是桉树，大家知不知道桉树最大的用处是什么？其实在生活中，我们用的打印纸，90%以上都是用桉树来制作的，可见我们对桉树的需求量是非常大的。但是种植桉树对于环境是一种破坏。原因并不是传言所说的桉树有毒之类的，桉树没有毒，桉树也不是抽水机。只是因为人们为了追求利益，砍伐了大量原生的丛林来种植桉树，所以才导致了水土流失等问题。

　　那么转基因技术，能够让桉树合成更多质量更高的纤维素，累积在它的细胞壁中。利用这项技术，更少的树，可以制造更多的纸，这样子就能空出更多的原生丛林，让动物和植物生存。所以说这是一个十分现实的用处。

　　此外我们最终极的目的是什么？大家都知道，作为纤维素来说，它的本质是糖，是植物吸收的二氧化碳通过光合作用累积在细胞壁里面的成分。这些碳或者说这些糖，实际上是非常有效非常广泛的能源。

　　在历史上，对于木材，都是把它砍倒做柴烧的。现在，就有一个新的研究方向，我们可以用改变细胞壁的技术来改变纤维素的特性，让它变得更为松散，或者是质量更多，更容易被酶分解。　 

　　这样就可以很容易地用这些木材，或者说植物细胞壁里面的纤维素把它分解成糖，然后再进一步发酵，形成生物乙醇作为生物燃料来为我们的生活使用。也许在不久的将来，我们每个人开的车里面可能就灌注的是由树木变来的乙醇。

　　树为什么能长成树？这个概念问起来好像很简单，但是其中所包含了很多很细微很值得研究的结构。

　　我今天的题目叫做树木记,十年树木，百年树人。我希望各位，尤其是小朋友们，如果你们对自然感兴趣，对植物感兴趣，可以将自己的聪明和才智发挥在这一点上，将植物研究做得更为深入，更为优秀，让我们的生活变得更加美好，谢谢大家。