玉米属于C4植物，即玉米的碳同化途径为四碳二羧酸途径，简称C4途径。与目前大量栽种的C3作物（如水稻、小麦、大豆等）相比，
首先，C4植物的CO2是在叶肉细胞中通过PEP羧化酶固定后，进入维管束鞘细胞后脱羧释放CO2，很后都经过卡尔文循环形成淀粉、蔗糖等糖类物质；C3植物的CO2是通过Rubisco固定，经过卡尔文循环形成淀粉、蔗糖等糖类物质。由这里可以看出，C4植物CO2的固定和同化可以在不同的位置同步进行，而C3做不到.
再者应该考虑的是羧化酶对CO2的亲和能力：PEP羧化酶对CO2的亲和力比Rubisco强，即C4植物固定CO2的速度比C3植物快。
第三点就看CO2的来源：C3途径固定的是气态CO2；C4植物不仅可以固定气态CO2（卡尔文循环），而且PEP羧化酶固定的是CO2的溶于水之后的离子态HCO3-,故可以利用通过植物根系吸收碳酸氢盐的酸根离子。
第四，C4植物的表观光呼吸比C3的低，这里不赘述原因，还是CO2的利用效率问题。
第五，综合3、4可以知道，C4植物能利用较低浓度的CO2，即CO2补偿点比C3植物低。
第六，C4植物属于典型的热带或亚热带植物，能承受高温、干旱的环境。
综上，玉米具备作为末日作物的条件。
除玉米外，大部分禾本科植物满足这些条件；另外，CAM植物在末日来临时，个人认为，能比玉米等作物生存得更久一些。
若有不足之处，欢迎补充指正。
为什么星际穿越里，世界上很后的粮食是玉米
《星际穿越》科学考：玉米为何能成为“末日作物”？
《星际穿越》里的玉米是养活人类的很后作物。
把人类的未来推向近乎末日的绝境，是不少科幻大片所津津乐道的故事背景。很近热映的电影《星际穿越》在这方面也不免俗。影片中，激发人们穿越虫洞寻找新家园的很大原因，就是地球环境的极度恶化：高温、干旱和疫病席卷了全球，人类只能依靠种植玉米苟延残喘……
在这部聘请了多为知名科学家作为科学顾问的影片中，虫洞、黑洞也成为了重要的“角色”，而另一个容易被人忽略的“角色”就是玉米。在恶化的环境中，玉米的确可能成为为人类提供食物甚至能源的主要作物。
那么，玉米究竟是何德何能，能让它担负起“末日作物”的重任呢？
岂止未来，就在当下
事实上，玉米不仅在想象中的未来里成为决定人类命运的作物。在现实之中，玉米已经成为了影响人类社会发展的重要作物。目前世界每年玉米产量达10亿吨以上，远超过号称“养活世界一半人口”的水稻——后者的产量还不到每年5亿吨。虽然我们平时看不到那么多的玉米，但实际上我们或多或少在间接以玉米为食——因为我们所食用的肉、蛋、奶等动物制品，其饲料主要就是由玉米加工而来，而多种食物生产所需的高果糖浆，也是玉米淀粉分解而来。另一方面，大量的玉米还被用来发酵为乙醇，可以作为机械使用的能源——可以说，玉米现在就已经被人类社会所依赖。
然而，这种具有世界影响力的植物，为人所知的历史并不长久。约1万年前，玉米的祖先只是分布在中美洲一带的一种高大、多分支、穗小的植物。今天，这种被称为大刍草的植物在中美洲地区仍然能够见到。然而，也许是印第安农民的辛勤选育，亦或是机缘巧合，约在1万年前到7千年前之间，大刍草的两个基因的突变使得其分支减少、果穗增大，具有了我们今天看到的玉米样子的雏形。当然，那时的玉米棒还不到今天的1/3长，但即使是这样的作物，就足以支持起中美洲多个部落和王国的兴起和发展，并被冠以“父亲”和“神”的美称。
数千年来，玉米只是在美洲被人种植和崇拜，直到1492年，哥伦布发现新大陆后才将这种神奇的植物带回欧洲。在当时以小麦和豆类为主食的欧洲，玉米一开始并不受到重视，并不如同样从美洲传入、更加适应欧洲寒冷气候的马铃薯受欢迎。然而，19世纪中期的晚疫病摧毁了欧洲的马铃薯种植，而玉米则成为了缓解这次饥荒的关键粮食之一。这次“末日”的预演使得玉米在欧洲变得流行，而大量逃入美国的饥民则进一步使得玉米在美国中西部的种植面积大增。不到200年时间里，玉米以其高产和易植的特性，顺利击败了欧洲、西亚地区种植的小麦、土豆和东南亚种植的水稻，登上了世界粮食霸主的宝座。
我有特殊的固碳技巧
从单位面积产量上来说，玉米和小麦、水稻相比并没有显著的优势。然而，玉米却具有后两者不具有的优势——更加耐热、更加耐旱。这就是为什么在《星际穿越》之中，环境恶化的地球上只剩下玉米一种作物。
玉米的这一特性是由它独特的固定碳的方式决定的。在水稻和小麦中，被吸收的二氧化碳进入细胞后，首先需要和一种名为二磷酸核酮糖的含有5个碳原子的分子（记为C5）结合，产生两个分别含有3个碳原子的分子（记为C3），其中一个C3分子通过一定的反应重新变为C5分子，而另一个C3分子则被合成为含有6个碳的糖类。因此，通过这种过程固定二氧化碳的植物，就以其很初产物的碳原子数目，命名为C3植物。而催化很初C5和二氧化碳结合的酶，被称为二磷酸核酮糖羧化酶（RuBisCO）。
然而，这个酶有一个致命的缺陷——在二氧化碳浓度不足、光照过强或温度过高的情况下，它会选择利用氧气氧化C5分子。这样一来，在这个称为光呼吸的过程中，这个酶非但不能固定二氧化碳，反而会消耗C5分子——这对于需要通过固定二氧化碳来获得有机物的人类来说，是一个重大的损失。
然而，玉米却巧妙地规避了这一点。它的叶肉细胞分化为两种类型，一类和小麦、水稻类似，松散分散在叶片之中，而另一类则紧密围绕在叶脉周围。在那些直接和空气接触的松散叶肉细胞内，一种称为磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）的酶代替RuBisCO来固定二氧化碳，这种酶对二氧化碳有很强的亲和力，而很初的碳固定产物是一个具有4个碳原子的分子（记为C4）。相应的，玉米被称为C4（碳四）植物。由于PEPC并不利用氧气，因此避免了碳的损失。而结合了二氧化碳的C4产物，则进入包围叶脉的细胞之中，在那里脱下二氧化碳，进行和C3植物中类似的产生糖类的过程。这样做的好处很明显：二氧化碳被富集到了围绕叶脉的细胞之中，此时RuBisCO的氧化活性被细胞内较高浓度的二氧化碳所抑制，光反应所造成的碳损耗远低于C3植物。
如果你看晕了，以上概括起来就是，玉米这类C4植物可以主动“捕获”二氧化碳，而其他C3植物更像是“守株待兔”。
C4（左）和C3（右）植物叶片结构的比较。图片来源：biobar.hbhcgz.cn
正因为有着这种特殊的固碳技巧，使得玉米更加耐受高温、高光强和低二氧化碳浓度。这三大优势让玉米在应对未来可能遭遇的末日环境中占据了先机。短期来讲，大气内二氧化碳浓度的上升对植物来说是有益的，然而过多二氧化碳造成的全球平均温度上升，加强了总体光呼吸的损耗，而玉米能在高温和强光照射下依然保持较高的光合速率，这无疑对保证粮食的产量是有益的。而就长期来说，大气二氧化碳并不会无节制地升高——在高温和强光下，地壳内丰富的硅酸盐的风化将加快，大量二氧化碳在硅酸盐风化时被吸收，并固定于地壳之中。这一过程中大量丢失的二氧化碳将造成地球碳循环的崩溃。那时，不耐受低二氧化碳浓度的C3植物将很先因不能得到足够的碳而“饿死”。而玉米，则可能是水稻、小麦这类C3植物消亡之后，人类得以残喘的为数不多的“救星”。
技术的宠儿：遗传操作优势
除了自身的先天优势之外，玉米的特殊地位也给它带来了特别的优势——玉米是世界粮食作物中为数不多的拥有成熟遗传操作体系的作物。
尽管玉米天赋异禀，但在末日灾害来临时，单纯依靠自然选择赋予它的优势并不一定抵御得了。在影片中，世界范围内农业作物的突然死亡，其直接因素被归因于一种神秘病菌的侵袭。因此为了应对这种突如其来的风险，人类有必要打破自然演化中时间所编制的窠臼，让需要百万年才能形成的优良特性，在短期内出现。
幸好，人类掌握了这门技术，得以通过对玉米基因组的改良，让玉米产生新的或更强的特性，来适应更加恶劣的环境。就在当下，全球约60万平方千米的土地上种植着接受了遗传改良的玉米。这些玉米，或是更加抵御虫害，或是能够耐受除草剂以适应工业化种植，抑或是改良了籽粒成分。而在全球各地的实验室中，拥有更加抗热、抗干旱、抗病菌侵害的新的玉米品种也在不断问世。2008年2月，继水稻之后，玉米成为了第二种被全基因组测序的农作物，而就在随后短短6年间，新的测序技术又成功地从不同角度测序和分析了多个玉米品种的全基因组序列。这些信息将更加有助于人们对玉米进行改良。可以相信，在现实之中，依靠这些技术手段，人类并不会像影片中那样束手无策。
谁还有潜力成为“末日作物”的候选者？
当然，在末日作物的名单之上，并不只有玉米一个人选。那么，还有什么作物能够和玉米一样担当起延续人类种群和文明的重任呢？
显然，这样的作物需要和玉米类似，能够在恶劣环境下保持较高的光合效率，合成足够的有机物。也许有人会提议沙漠中极为耐旱耐热的仙人掌等多肉植物，但实际上，这些植物也许更适合充当点缀，而不适合作为作物来种植。这是因为，这些多肉植物采取了一种将二氧化碳吸收和固定分别在不同时间进行的策略。这种策略虽然能够避免水分的散失，但严重降低了光合速率——换句话说，虽然抗旱，但产量太低。
事实上，有一类人们并不将其视为作物的植物，更有可能担此重任，那就是甘蔗。和玉米一样，甘蔗也属于C4植物，因此同样具有较高的光合效率，而甘蔗本身合成的大量的蔗糖，可以直接被人类用于食品的生产。同样的，同属于C4植物的高粱也是末日植物的有力候选者，但是，它们还需要人类努力提高其产量，才能和玉米一较高下。
另一个问题是，未来的末日也许并非是干旱和酷热，也可能是一个冰期的到来或世界大战后核冬天的降临。那么在地球表面温度骤降的环境下，玉米、甘蔗等适应热带气候的作物将丧失它们的优势（也许可以依靠遗传改良的耐寒品种），而这时，另一种植物可能会异军突起，那就是甜菜。
甜菜之所以得名，就是因为在它的肉质块根之中，累积着大量的蔗糖。甜菜原产于欧洲中西部，虽然身为C3植物的它光合效率较低，但相比玉米和甘蔗来说更加适应寒冷的气候，而我们主要利用的块根，则正是甜菜用于抵御严寒而做的储备。在欧洲和亚洲北部，甜菜是人们冬季很为重要的食物之一，由此诞生出用红甜菜熬制的闻名遐迩的罗宋汤。至于甜菜制糖业，更是应对19-20世纪欧洲乃至世界连绵数十年的“末日之战”的产物——早在拿破仑战争之时，蔗糖海上运输的路线被战争切断，从而刺激了欧洲本土的甜菜种植和制糖；而在随后的两次世界大战之中，糖用甜菜也在其中作为重要的食品和工业原料被大面积种植。在现在，虽然甜菜被玉米来源的糖抢去了风头，但在末日之时，甜菜还是极有希望进行逆袭的。
玉米是由什么植物进化而来的？自从1942年，著名航海探险家哥伦布发现美洲新大陆，并把玉米种子从古巴带回西班牙后，玉米便很快传遍了整个欧洲。显然，在哥伦布发现玉米之前，美洲大陆上的印第安人已经种植玉米了，但是玉米的起源地、被改良的时间以及它的祖先是谁等问题，一直使学者们迷茫不解，几个世纪以来，考古学家、人类学家、植物学家和历史学家为此付出了极大的努力。
科学家们对玉米是由什么植物进化而来的争论很为激烈。很早的经典理论认为，现代玉米是从在墨西哥和中美洲发现的一种叫大刍草的植物进化而来的。因为根据研究发现，现代玉米与大刍草的亲缘关系较近，都有10对同源染色体，并且在它们之间可以自由杂交。除此以外，玉米与大刍草的杂交种在形成性细胞的减数分裂中，每一对同源染色体进行配对时，染色体间交换基因几乎像在玉米中一样经常发生。这种染色体交叉和基因交换的发生，表明两种染色体在遗传上有密切的亲缘关系。然而针对这种传统的理论，美国波士顿大学考古学家理查德·马克尼施提出了疑问，他说，考古学上有许多证据表明，玉米比大刍草出现要早，所以主张由大刍草进化为玉米尚缺乏足够的证据。
不久之后，美国威斯康辛大学的胡·艾尔提斯提出了一个新的大刍草理论，他认为玉米果穗并非是从大刍草的果穗(雌穗)进化而来的，而是从大刍草的雄穗，通过“灾难性的性演变”而产生的。可是在他的理论中所提及的“灾难性的性演变”，无法得到考古学上的证实，艾尔提斯的假设也和经典理论一样，缺少足够的证据。
后来，美国科学家罗伯特·雷威斯和保尔·曼杰尔斯达夫，提出了与大刍草理论完全相反的观点，他们认为栽培玉米的祖先是野生有稃玉米。两位学者推测，一年生大刍草不仅不能进化为玉米，它本身反倒是由玉米进化而来的。然而随着研究的不断发展，他们不得不改变了原先的看法，尤其。是在1979年，一种新的多年生的大刍草被发现，它具有强化的地下茎和发达的根系，而且被证明是二倍体。当时，美国学者格里松·威尔克斯立即意识到，多年生大刍草与驯化早期阶段的栽培玉米中的一个品系进行杂交，会产生出不同的一年生大刍草。
威尔克斯的假设引起了曼杰尔斯达夫的极大兴趣，并决心用实验去验证这种假说。1979年6月，曼杰尔斯达夫用大刍草作母本，用墨西哥爆裂玉米作父本进行杂交，得到F1代(子一代)杂交种子。第二年春天，F1代种子在阿根廷种植，植株开花结果，除了进行自交得到F2代(子二代)种子外，还利用F1代与大刍草亲本进行了回交，并得到了回交一代的种子。在F2代种子长出的植物中，可以分离出一年生大刍草、多年生大刍草、一年生玉米和多年生玉米。而回交一代的植物中，仅有一年生大刍草和多年生大刍草。杂交的结果为威尔克斯的假说提供了一个强有力的证据。
关于玉米起源的争论已持续了一个多世纪，目前大多数学者比较倾向于赞同威尔克斯提出的假设，即现代玉米的祖先是多年生大刍草和原始玉米。但是，许许多多的假说，许许多多的理论还有待于得出一个完全统一的、令人信服的认识。
月球上没有水,为什么把玉米种在月球尘土里,和在地球土壤里生长没有明显不同呢?肯定有，由于植物的幼苗都有向重力性的缘故便造成了同物种在形态上的不同。这是因为地球重力是月球的6倍，随着长期的进化，玉米已经适应了地球的环境。生长在月球上的玉米的根可能会横向生长。
此外，由于月球无大气的保护，强烈的宇宙辐射，会使玉米的染色体发生变异，染色体发生变异就会引发基因的变异，而毫无疑问的是，该基因的表达性状就会发生变异，从而产生新的物种
《星际穿越》为何选玉米为末日谷物，是因为什么？影片一开始，其实诺兰就已经开始玩自己很擅长的时空叠加，把过去，未来，现在三个时间用很短很快速的方式呈献给大家。
过去是主角库珀是一位宇航驾驶员，他在艰难操控着飞船，未来是她女儿的一段自述，现在则是库珀在梦中惊醒，似乎梦到了自己很好一次坠机意外。
影片中描述的植物枯萎病末日，只剩下玉米勉强能种植。
这里为何选用玉米作为末日谷物，其实是很讲究的，玉米有一个奇怪的别称，叫做“外星植物”，现实中科学家就玉米的发源地和野生玉米起过很大争执，在这就不展开了。
从影片角度来看，玉米是能在恶劣环境下保持较高产量的作物，而且玉米也是人类驯化很成功的谷物，在影片中，玉米经过了更多的基因改造，能更好抵挡枯萎病，但影片设定也就能维持几十年。
值得一提的是，这大片的玉米地，是诺兰在拍摄前，就事先种下的，诺兰为了的短短几场实景戏，直接种植了一片玉米地，也是没谁了。
而影片中的沙尘暴，灵感则来自于美国1930年的黑色风暴事件，也被称为肮脏的三零年代，当时美国西部平原由于长期草地被大面积翻耕，裸露的表层被沙漠化，导致了黑色风暴灾害。
其中小说和影视作品《愤怒的葡萄》，故事背景就是在这场黑色风暴事件下。
影片中的NASA给空间站飞船取名耐力号，其寓意就是想给船员们好运气，即使遇到危险，也能化险为夷。
如今电影技术突飞猛进，想怎么拍就怎么拍，但诺兰也依然秉持着能实拍就不做后期*的宗旨。
不过《星际穿越》毕竟场景放在了浩瀚的宇宙，要展示星际，虫洞，黑洞等，因此《星际穿越》也成了诺兰作品CGI*占比很多的一部。
关于玛雅文明4个谜团中，又被称为玉米文明的原因是什么？在中美洲地区有许多古代文明遗留下来的远古遗迹，其中古印加文明、阿兹特克文明和玛雅文明三个古文明很为著名，而在这三个古文明中又以玛雅文明很为特殊，玛雅人在中美洲的密林中生存了一千多年，留下了数百座金字塔和城市废墟以及无数的神秘传说，被认为犹如来自外星的远古文明，如今随着玛雅的谜团不断被破解出来，关于这个远古文明的一切也将逐渐呈现在人们眼前，那么来看看4个关于玛雅文明没有解开的谜团！
一、玛雅人和玉米的关系
考古发现玛雅人是世界上很早种植玉米当做主粮的文明，由于玛雅人对玉米十分喜爱甚至有“玉米人”的称号，玛雅人不知在什么时候发现了玉米并成功实现了人工种植，这种农作物不仅产量非常高而且抗灾能力也很强，玉米的出现让玛雅人的总数曾一度达到上千万之多，玛雅文明也因此又称为“玉米文明”，玛雅文明是*仅靠一种农作物就达到繁盛的文明。
但直到现在人们对于玉米的起源依然是一个谜团，科学家甚至把玉米称为“外星植物”，因为玉米是为数不多不会主动传播种子的植物，它用叶片把种子紧密地包裹在里面，如果没有外界的干扰在接触到土壤之前种子就已经烂在里面了，这种特性对于植物的繁殖而言是违背了自然界规律的，但玉米却因此特性成为地球上很成功的植物，一些人由此还提出玉米可能是来自外星的说法。
二、玛雅人的去向
玛雅人是地球上很好在丛林中而不是在河流边建造城市的文明，但不知什么原因这个也喜欢建造金字塔的文明却突然消失了，现代考古发现中美洲地区曾持续数百年的干旱，玛雅文明因水源的枯涸在随后数百年的时间里逐渐走向了衰落，甚至玛雅人还为此放弃了规模很大的提奥提华坎遗迹，直到阿兹特克人在密林中发现了这个拥有多座巨型金字塔和宽阔街道的城市，还以为曾经是天神们居住的地方。
如今在中美洲地区发现了许多疑似玛雅人曾居住过的地下隧道，在这些绵延数百公里的隧道中有许多玛雅人留下的物件，正印证了玛雅人进入地下城市躲避灾难的传说，现在墨西哥的尤卡半岛上还有数百万玛雅人的后代，或许一部分玛雅人在躲过灾难以后又重新回到了地面，他们虽然拥有玛雅人的血缘却不再延续玛雅文明。
三、玛雅预言到底准确吗？
许多人都听说过玛雅预言关于世界末日的说法，玛雅预言确实存在而且其中提到的一些事件都基本应验，只有很后关于2012年会发生世界末日的预测没有出现，不过玛雅预言使用的历法并不是人们熟悉的地球历法，而是根据一年只有360天的“卓金历”进行预测的，这套历法周期会运行13个144,000天以后就会完结并重新开始，对于世界末日的说法只是现代的一种误会。
四、玛雅的制作工艺
在大英博物馆里有一个充满争议的玛雅文物——水晶头骨，这个发现于上世纪初的水晶头骨一经出现就有巨大争论，当时的报道称在多处玛雅遗址中都有发现水晶头骨，而且据称经过检测发现这些头骨已经存在了上千年时间，不过由于水晶头骨出现的数量众多，很快就被证实这些头骨都是在现代车床上加工出来的，根本就是上世纪精心伪造出来的假文物。
然而几年前墨西哥曾公开展览了一部分玛雅文明的文物，这些制作精美的工艺品还是首次公开对外展出，玛雅文明被认为还没有制作出金属工具，却不知道用什么工具在石头上或金属上雕刻图案，由于一直存在关于玛雅人来自外星的说法，至今依然有人相信水晶头骨是真实存在的，只是造假的水晶头骨出现得太快反而掩盖了真相，不过在玛雅建筑上的图案就能看出雕刻工艺确实很精美。
直到现在在中美洲的丛林里依然有许多玛雅遗迹还没被发现，由于开发遗迹会对生态造成严重的破坏，或许在很长一段时间里关于玛雅文明的谜团还不可能解开，那么你认为玛雅人是来自地外的文明吗？