七君
今天来聊一聊我们的口粮——水稻。
水稻（Oryza）是一种草，也是全世界一半人的能量来源，亚洲吃掉了全世界90%的大米。
水稻名字里有水字，而且从小到大看到的稻田似乎总是有水，很多人想当然地认为水稻是喜欢水的水生植物。其实往稻田里灌水主要是为了淹死杂草。
根据国际粮农组织（FAO）报告，水稻是唯一一种在泡在水里的情况下还能存活的谷类作物，给稻田灌水是重要的除草方式，可以避免杂草滋生和除草剂的使用。国际水稻研究所（IRRI）也表示，漫灌法是控制稻田杂草的最好办法。
稗草（barnyardgrass）、异花莎草（smallflower umbrellaplant）等杂草都喜欢和水稻扎堆玩耍，完全不在乎社交距离。
如果不及时除草，水稻由于杂草的竞争就会减产。杂草有多可怕呢，每平方米只要有10株杂草，水稻的产量就会下降25%。而且，杂草的种子和稻米混在一起，会影响稻米的品质和价格。
虽然这些长期跟着水稻混生的杂草或多或少对浅水有一定适应性，但谁也没有水稻这样能适应大水漫灌。所以人类几千年来摸索出了水田种水稻的方法。
受到菲克第一定律的支配，水中的扩散系数只有空气中的万分之一，因此植物很难在水下呼吸。杂草的种子也需要氧气才能发芽，给它们灌灌水，就能把它们扼杀在萌芽状态中。
其实水稻也不喜欢被水长期浸泡。
被水淹的一段时间里，水稻会变得苍白疲软硬不起来。一般来说，水稻能忍受48小时的漫灌，然后要把水及时排干。等它们硬起来了后再重复几次漫灌。
不同水稻品种能忍受的水深不同，通常稻田的水深在5～20厘米。深水当然能淹死更顽强的杂草，但也会把水稻一起带着螺旋升天，所以农民伯伯需要掌握水深和野草数量之间微妙的平衡。
水稻是如何适应多水的环境呢？
稻米驯化可以追溯到9000年前的亞洲。虽然人类很早就开始用漫灌法种植水稻，但对这种方法的原理认识时间仅80年不到。
20世纪40年代二战期间，荷兰植物学家 MH van Raalte 在爪哇的茂物植物园开始研究水稻忍受漫灌的原理。经过几十年的研究，科学家们终于解开了水稻特别耐水的原因。
首先，水稻被水浸泡后会加速长高，让叶片露出水面，这就是泡苗助长。
接着水稻会自发让根部的一些细胞死亡，形成管道一样的通气组织（aerenchyma）。根部的通气组织和叶片联通，相当于吸管，让根部可以在水下自由畅快呼吸，通过这种方式把根留住。
而且秧苗在缺氧的情况下还能长出来类似潜水呼吸管的胚芽鞘（coleoptile）。
水稻的另一个技能是，当它们的叶子泡在水中时，叶子表面还能吸住一层空气，形成气体薄膜，这样叶片可以在水中进行间接的气体交换。
更神奇的是水稻的“酒量”还不错。
植物可以在短时间内进行厌氧呼吸，但是厌氧呼吸产生的代谢物乙醇会迅速累积，把植物毒死。但是，水稻的根对乙醇的耐受力很强，这样可以让它在长出通气组织前忍受一段时间的缺氧。
当然，也有少数杂草，比如水毛花（roughseed bulrush）是和水稻一样的半水生植物，能够忍受深水，所以它们是水稻除草剂的主要应用对象。
为了驯服水稻，人类也是花了很大的功夫。你大概不晓得，人类直到现在还在和想要变野的水稻搏斗。
你吃过所谓的红米吗，不是那个手机。这真是一种特别的水稻品种吗？其实不是。红米就是重新野化的水稻（weedy rice），也就是想重新返祖的野草。
华盛顿大学路易斯分校的水稻学家 Kenneth Olsen 和同事于2013年发表在Journal of Evolutionary Biology上的一项研究发现，历史上水稻曾经历过两次驯化两次野化：先在非洲和亚洲分别独立被驯化，又在后来的1000年里经历了去驯化（de-domestication），也就是回归野性。
所有被驯化的动植物都会出现驯化综合征（domestication syndrome），对于水稻来说这主要是不会落粒（shattering）。
水稻的祖先还是野草时，还没成熟的种子就会自动弹飞，那农民伯伯还怎么去收庄稼？驯化后，种子会乖乖挂着直到成熟。另外，驯化后的水稻种子更大，发芽时也不会出现野生种那样的休眠期，这样种子们可以一起发芽生长，一家人整整齐齐被收割。
水稻驯化的另一大特征就是外壳——行话叫颖壳的颜色变浅。虽然非洲等地有些水稻的颖壳是彩色的，但大部分水稻的颖壳是卡其色的，放到田里看是金灿灿的。
野化之后，颖壳就会黑化返祖，变成黑色或者红色等较深的颜色。
红米就是个著名的野化品种，它是亚洲水稻Oryza sativa野化返祖的结果。棕米是一种比较少见的野化品种，它是亚洲水稻亚种indica野化的结果。
红米的颖壳黑粗硬，口感不如白米，而且产量也低很多。2005年发表在Weed Science上的一项研究发现，每平方米只要有25株红米，稻田的产量就会下降60%，因此红米就是稻田里妥妥的“杂草”。
从基因上来说，野货和正牌差别不大，就像没法区分哪吒和娜扎一样，因此能让红米扑街的除草剂也会把水稻带走。这也是红米可以嚣张横行的一个重要原因。好在红米的抗氧化剂花色素苷含量比较高，拿来作为保健食品卖反而可以卖得贵一些。
随着20世纪80年代开始的大机械化种植，水稻品种野化的情况越来越严重，欧洲和巴西40%以上的稻田都混有红米。
这是因为在过去使用人工插秧，水稻秧苗需要从秧田移植到稻田里。插秧时农民可以识别并手动剔除野化品种。但是现在越来越多采用机械甚至飞机直接播种的方式种田，把稻种直接撒在田里发芽生长。而野化品种和驯化品种在小时候难以分辨，等到长大了再跟它算账也晚了。
Olsen 表示：“对水稻来说，去驯化的品种是非常有攻击性的竞争者，它们在全世界导致减产。一些地方的农民已经放弃种驯化水稻，转而种这些野化的品种了，因为它们被当作健康食品宣传。确实，红米富含抗氧化物，因为抗氧化物是植物的防御物质，但实际上它们本质就是杂草。”
水稻名字里有水但不是因为喜欢水，就像学生名字里有学但不是因为喜欢学。
