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蝴蝶蘭多采多姿的原因埋藏在它的基因體中

對上圖的蝴蝶蘭有印象嗎?它是Phalaenopsis equestris(桃紅蝴蝶蘭),是菲律賓與台灣的原生物種。

雖然桃紅蝴蝶蘭也是很受歡迎的觀賞蘭,但是在市場上,它受歡迎的程度還不若台灣蝴蝶蘭(Phalaenopsis amabilis,俗稱台灣阿媽)。 不過,就在今天,桃紅蝴蝶蘭躍上了Nature Genetics的首頁。


發生了什麼事呢?原來,由北京清華大學以及深圳的國家蘭花保育中心共同進行的蘭花基因體計畫(Orchid Genome Project),完成了桃紅蝴蝶蘭的基因體定序。 另外,台灣的成功大學、中國科學院植物研究所(Institute of Botany of CAS)以及比利時的根特大學(Ghent University)也參與了這項計畫。

會選擇它是因為桃紅蝴蝶蘭是蘭花培育上重要的親本植物。同時,這也是世界上第一個CAM(Crassulacean Acid Metabolism,發生於仙人掌科、景天科等植物中)植物的定序。

桃紅蝴蝶蘭有29,431個基因,內含子(intron,即基因裡面不產生蛋白質的序列,在轉錄後刪除)平均的長度為2,292個鹼基對(base pairs)。以目前定序過的植物來說,它的內含子的平均長度是最長的;至於為什麼這麼長呢?原來是因為裡面有轉位子(transposable elements)的緣故。

研究團隊發現,桃紅蝴蝶蘭有許多與自體不相容性(self-incompatibility pathway,阻止植物發生自花授粉)的基因,這提升了它的基因多樣性,當然也讓研究團隊在定序上分外辛苦。

研究團隊也在桃紅蝴蝶蘭的基因體內發現了多倍體發生的證據,這也解釋了為何蘭科植物表現出如此高的變異性,使它們成為地球上最大的幾個科的植物之一。除此之外,它本身存在著極多與花的型態發育有關的基因,包括MADS-box C/D-class(與雌蕊和胚珠的發育有關),B-class AP3 (與決定花瓣和雄蕊有關)以及 AGL6-class (涉及四輪花器的發育)基因等。由於蘭科植物的花型特殊,在花瓣發育過程中又演化出極具特色的唇瓣,這麼多花型態發育基因上的變異,也表示這群基因的差異性表現可以決定不同型態的花器發育型式。所以蘭花才會有這麼多采多姿的花朵呈現出來呢!

雖然蝴蝶蘭是很受歡迎的觀賞植物,似乎沒有絕種的危機,但其實戶外的野生蘭卻…

【課堂實作】礦物營養~植物需要哪些礦物質?Part I

對農夫來說,農作物長得不好,是最苦惱的問題了;現代的農夫,因為有生物科技當作靠山,所以長得不好,排除病蟲害以後就可以先施肥,如果施肥沒有改善,還可以再進行土壤分析等等來找出原因。以前的農夫要怎麼辦呢?

以前的農夫,很早就知道可以用落葉、動物糞便、動物屍體等等製作堆肥。中國在漢朝時就懂得把豆科植物列入輪作來提升土壤的肥力,這部分比歐洲人至少早了一千年。但是這些都是知其然而不知其所以然。

但是不論是使用堆肥或輪作,到了十九世紀初期,因著先前的拿破崙戰爭以及工業革命,人口增加與移民湧入,已經使得這些傳統的方法都無法符合當時的需要;於是,開始有人想要去進行系統性的研究,了解究竟植物需要哪些養分?多還是少?

最早研究礦物營養的人是Nicolas-Théodore de Saussure,他發現植物不只需要水,也需要二氧化碳才能進行光合作用。

真正量化研究其他的礦物質的人是Julius Sachs。他為了研究植物到底需要哪些礦物質,建立了一個實驗的系統,也就是現在的水耕法(hydroponics)。

當時Sachs在溶液中放入了硝酸鉀(KNO3)、磷酸鈣(Ca3(PO4)2)、硫酸鎂(MgSO4‧7H2O)、硫酸鈣(CaSO4)、氯化鈉(NaCl),以及微量的硫化鐵(FeSO4)。如果以現代的眼光來看,這些礦物質,即使不計入碳(空氣中有二氧化碳),也並沒有滿足植物的所有十七種必需元素的需求;但是Sachs歪打正著,因為當時的純化技術不如現在,所以這些化合物裡面都含有不純物,而就這些不純物滿足了其他必需元素的需求。

我們的實作,嘗試著建立類似於Sachs的系統。使用的植物是向日葵的幼苗。


這些幼苗被種在珍珠石(perlite)裡面,由於珍珠石幾乎不含養分,所以幼苗裡面的礦物質(在結果時由親代供應)已經差不多快沒有了。

要把這些幼苗放在類似Sachs的系統中,需要先把它們小心地從珍珠石中移出來。


然後,這些幼苗的根部,因為會有一些珍珠石黏著,必需要泡在水裡小心地移除。


直到移入實驗的器具之前,幼苗的根部都要泡在水裡,以免枯萎。


接著要製備實驗的溶液。我們作了十組,包括兩組控制組(全部都有的,以及全部都沒有的)。由於錐形瓶上面的刻度僅供參考,所以同學要先量水。

接著就可以開始製備溶液了。由於礦物質的溶液都是很濃的,為了避免沈澱,我們會在錐形瓶裡面先加一點水,再把礦物質的溶液加入。


因人而異的麝香貓咖啡

麝香貓咖啡豆摘獎 古坑咖啡節添喜(2014/11/17 自由時報) 

〔記者廖淑玲/雲林報導〕一年一度的台灣咖啡節,昨天下午在古坑鄉華山國小閉幕,會場傳來在地咖啡農張景科的麝香貓咖啡豆,獲農糧署生豆評鑑特殊發酵組特等獎的好消息,為咖啡節增添喜氣,大伙兒相約明年再見。 張景科表示,他自國小5年級起,就與咖啡結下不解之緣。年近70歲的他不僅栽種咖啡樹、開咖啡店,近年來更耗資百萬研發可生產麝香咖啡的「機器貓」。今年張景科的麝香貓咖啡豆勇奪農糧署生豆評鑑特殊發酵組特等獎,展現雲林咖啡農的創意及技術。


筆者按:其實所謂的麝香貓咖啡(Kopi Luwak),就是生咖啡豆發酵後再烘焙;以前的人不知道咖啡豆也可以發酵,直到在印尼有人發現麝香貓會吃咖啡豆然後整個排泄出來。

不過,麝香貓咖啡雖然貴,卻不是人人都會喜歡。引述「咖啡萬歲」(Uncommon Ground)作者Mark Pendergrast的描述:「小啜一口,味道非比尋常,很難形容,有點土腥,略帶嗆味和內臟味,在嘴裡久久不去,直到最後一滴。說真的,我可不願花300美元買一磅魯哇克咖啡,即使半毛錢我也捨不得。」 但是麝香貓咖啡卻為當地的麝香貓帶來浩劫,麝香貓被囚禁、強迫餵食咖啡豆,所以張景科先生的發明,對麝香貓來說可以說是福音呢!


「環境教育與永續發展」跨領域課群期中成果展--植物生理學期中報告

為了要培養同學跨界溝通的能力,這一次的課群中唯一的專業課程:生科系大三「植物生理學」,特地安排期中考與期末考不考試,而是以向修習通識課程的同學(主力為大一、大二)進行口頭報告。

題目由同學自選,選取一到八週主題中同學較感興趣部分做12-15分鐘的口頭報告。

同學已經在10/31繳交報告PPT初稿,老師們也在11/3給同學一些意見,並在當天決定報告順序。

終於,我們到了這一天~


B202教室高朋滿座中!


我們的六組同學一一展開他們的報告~

如何預測來年楓糖漿(maple syrup)的產量?

隨著台灣的飲食日漸西化,相信吃過美式鬆餅(pancake)的朋友一定不少。鬆餅可以配果醬、奶油、巧克力醬,但是筆者最愛加了楓糖漿的鬆餅。

美洲大陸食用楓糖漿的歷史已經數不清了,從北美的印地安人(North American Indians)的口述歷史中可以得知,他們很早就懂得在春天來時,在糖楓(sugar maple)樹上鑽孔,收集樹汁(篩管phloem的汁液)再加熱蒸發製成楓糖漿。

一般來說都是在春天來時製作,此時糖楓把儲存在根部的養分分解成為蔗糖(sucrose),經由篩管運輸到地上部分,提供樹木本身長出新芽與新葉使用。由於葉片是植物主要進行光合作用的器官,如糖楓這類落葉喬木,在秋天的時候會把葉片裡面的養分分解後運輸到根部儲存,接著開始落葉;因此,等到春天來時,在新芽尚未長成新葉時,便需要根部提供養分。所以,這時候樹汁的量是最多的,裡面的糖份也相對較高。

要製成上面這樣一瓶甜蜜蜜的楓糖漿可不容易。糖楓包括了三種品種的楓樹:糖楓(the sugar maple,Acer saccharum), 黑楓樹(the black maple,A. nigrum)以及紅楓樹(the red maple,A. rubrum)。糖楓要長到三十到四十歲的才能開始採樹汁,每棵樹最多只能鑽三個孔。每棵樹每年春天只能產出35-50公升的樹汁,而這個樹汁還要加熱濃縮20-50倍,才成為我們看到的楓糖漿。真的是滴滴皆辛苦啊!

雖然糖楓可以生產到百歲,但是,因為每棵樹每季大約只能產出一公升的楓糖漿,因此,楓糖農夫們最關心的就是:到底明年的楓糖產量如何?

楓糖的產量要從兩個角度去看,一個是樹汁的多寡,另外一個是樹汁的品質。由於楓樹的樹汁裡面只有2-3%是糖份,再濃縮是必需的手段,但是樹汁裡糖份的百分比也很重要。雖然百分之二跟百分之三好像只相差百分之一,但是在濃縮的過程中,含有百分之三糖份的樹汁,當然可以少濃縮很多囉。

過去,楓糖農夫們經常試著用今年的天氣來預測來年楓糖漿的產量。但是,最近哈佛大學的研究團隊,在收集了十七年的資料,分析以後發現:真正對楓糖漿產量影響最大的,不是天氣,而是糖楓的種子產量。

研究團隊收集了十七年來Vermont地區的氣候、楓糖漿產量,以及當地糖楓的種子產量。他們發現,在2000年、 2006年、與2011年這三個年份,糖楓樹們產生了大量的種子,而2001年、200…

「環境教育與永續發展」跨領域課群期中成果展--植物生理學期中報告議程表出爐

各位同學大家早,
報告的順序已經出爐,
各組報告順序及議程如下:

「植物與氮」第四組(林容興、劉力華)
「植物打礦工殭屍」第六組(涂品揚、簡易)
「氮與植物」第三組(高誠皓、林聖閎)
「人造葉子」第二組(黃建翔、葉偉倫)
「雜草末日-除草劑」第五組(肖思怡、陳麒元、魏詳運)
「向植物搗氮」第一組(林佳玟、陳柏倫、吳亭宜)

老師講評

每組報告的時間是12分鐘,超過15分鐘就會扣分。
場地在B202。由10:10-1:00。

麥子(wheat)、稗子與毒麥(darnel)

在Facebook上看到多年前畢業的學生的文章,覺得很有趣,徵得他的同意改寫在此。

什麼事那麼有趣呢?原來,昨晚他們團契聚會的主題是讓稗子和麥子「一齊長」。此梗典故原出新約聖經「天國好像人撒好種在田裡, 及至人睡覺的時候,有仇敵來,將稗子撒在麥子裡就走了。 到長苗吐穗的時候,稗子也顯出來。 田主的僕人來告訴他說:主啊,你不是撒好種在田裡嗎?從哪裡來的稗子呢? 主人說:這是仇敵做的。僕人說:你要我們去薅出來嗎? 主人說:不必,恐怕薅稗子,連麥子也拔出來。 容這兩樣一齊長,等著收割。當收割的時候,我要對收割的人說,先將稗子薅出來,捆成捆,留著燒;惟有麥子要收在倉裡。」

當時團契的牧師提到,「要讓稗子跟麥子一起長,並不是希望稗子的基因轉成麥子...」時,引起了他的注意,於是回到住處便做了一些功課。結果還蠻有趣的...

稗子這種東西很耗地力營養,因此在世界各處都不受歡迎。但是,在中國長江流域一帶,有人在天候不佳不利糧食植物種植時,拿稗子做為牲畜的糧草,甚至還有釀稗子酒的,據說因為稗子這種植物熱量不輸高粱。

但是根據聖經,稗子是非常糟糕的東西,怎麼中國還有人拿來餵牲畜,甚至還能釀酒?

原來聖經中的「稗子」,其實不是華人世界中的稗(Echinochloa crus-galli)。當初會翻譯成稗子,應該是因為當時翻譯的人不知道tare/weed是什麼(而 weed 是用來押韻 seed 這個字。筆者按:weed其實指得是雙子葉的雜草,單子葉的雜草一般稱為grass),因此才採用了最接近的物種。

看上面的照片就知道,其實稗子跟麥子(應是小麥,見下圖)長得並不相像。

即使與最早馴化的einkorn(一粒麥,Triticum monococcum)或emmer(二粒麥,Triticum dicoccum)相比,也並不相像。


那麼,真正出現在聖經裡面的植物,到底是什麼呢?原來,它是一種俗稱為 darnel (也稱為poison darnel 或cockle)的植物,中文譯作毒麥(Lolium temulentum)。

跟上面的小麥相比,的確在外型上有些相似。由於它的分布區域,和小麥完全重疊,因此會和小麥競爭空間、水分、養分。而 darnel 會與一種真菌(Neotyphodium 屬)共生,這種真菌會產生一種有毒的生物鹼,幫助darnel 減少自己被吃草的生物吃光的機會。但是這種生物…

提升飲食中的類胡蘿蔔素的新方法

知道10月16日是世界糧食日(World Food Day)嗎?根據世界衛生組織的資料,維生素A缺乏每年導致25萬至50萬兒童失明,其中有一半的孩子在失去視力之後的一年內死亡。問題最嚴重的地區在撒哈拉以南非洲地區(Sub-Saharan Africa),在這裡白玉米是主食,但是白玉米所含的原維生素A(provitamin A,又稱為β-類胡蘿蔔素,人體可以轉化為維生素A)極少。

除了造成兒童失明以外,飲食中的類胡蘿蔔素不足也可能會導致老人的黃斑變性(macular degeneration),這在歐洲和美國是導致老年人失明的主要原因。除了跟眼睛健康有關以外,維生素A對免疫系統也非常重要,另外也跟一些賀爾蒙的合成有關。

過去,為了改善非洲居民飲食中缺乏類胡蘿蔔素的狀況,Ingo Potrykus與Peter Beyer兩位博士,在1992年開始了一個為期八年的奮鬥:將整個合成類胡蘿蔔素的途徑(共計四個基因),以轉殖的方法送入稻米中。

雖然他們最後成功的製造了「黃金米」(golden rice),但是黃金米卻不受社會大眾青睞。綠色和平組織首先公開反對黃金米的栽種與食用,而民眾受到廣大輿論的影響,也都認為黃金米對人體無益有害,甚至在去年(2013)8月8日,當第二代的黃金米在菲律賓呂宋島試種時,也遭到當地民眾破壞

在2008年,Ingo Potrykus博士受訪時,曾經很洩氣地說,不知道他有生之年是否能看到黃金米被正式種植在田裡、端上餐桌,來改善非洲孩子的營養狀況。雖然黃金米因為轉殖的因素使它不被接受,但就改善非洲孩子的營養狀況這方面,最近普渡大學的研究團隊似乎有了好消息。

普渡大學的Torbert Rocheford博士以及他們的研究團隊,在玉米中發現了兩組基因,可在自然狀況(非轉殖)下提升玉米的維生素A含量,這個發現對於發展中國家對抗維生素A缺乏症以及老人視網膜黃斑變性可能會大有幫助。透過選擇適當的基因變異,讓營養差的白玉米轉為有高水平的前維生素A(provitamin A,人體可以轉化為維生素A)的橘色生物強化玉米。


雖然早已經有能夠表現類胡蘿蔔素的玉米品種,但因為它是黃色的,而在非洲當地,黃色玉米是給動物吃的。因此,非洲居民對於黃色玉米接受度很低。 

所以,雖然先前研究團隊已經發現了兩個跟類胡蘿蔔素合成相關的基因(lcyEcrtRB1),但是研究團隊並…