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原來我們一直在吃基改蕃薯?!

基改作物(Genetically modified organism,GMO)在過去這些年一直被追打,當然有一部份原因是因為生技公司硬推,堅持GMO是安全的,不需要額外的檢驗來確認其安全性等等;另一部份則是有些民眾與專家堅持GMO是「把細菌的基因放在植物裡」,是不自然的。

筆者認為基改作物還是需要審慎的檢驗,畢竟雖然天然的食物也有人對它過敏,但過敏的人有權利不去食用會產生過敏的食物,而食品中也都會列出這些可能的過敏原(如花生、核桃等)。以目前有些國家容許食品可不列出含有基改成分,其實是不安全也罔顧消費者的權利的。

但是細菌的基因出現在植物中,真的就不自然嗎?別忘了農桿菌(Agrobacterium tumefaciensAgrobacterium rhizogenes)本來就是植物的病原菌喔!

農桿菌平常生活在土壤中,當植物的表皮出現傷口時,農桿菌很容易便隨著風被帶到傷口,而後便開始感染、繁殖(過程可參考「農桿菌的不確定性」一文)。由於農桿菌的感染需要將自己質體上的一段基因(即T-DNA)插入到宿主的基因體中,而一旦插入便不會移出,這段DNA便永久地留在植物的基因體中了。

可能有讀者問,如果是這樣,為何過去沒有在植物中發現農桿菌的序列呢?

這是因為,農桿菌感染的只是一小部分植物的細胞,而這些細胞是「體細胞」,所以不會遺傳下來。現代生物科技製作基改作物,雖然也是感染體細胞,但接下來的篩選卻會將不帶有農桿菌基因的體細胞給去掉。

怎麼去掉的呢?原來科學家們為了方便篩選,在轉殖基因中加入了抗生素耐受性標籤(ARM,antibiotics resistant marker)。因此,在轉殖完成後,接下來只要把植物組織放在有抗生素的培養基上培養,便可以殺死沒有接受到轉殖基因的植物細胞了!

當然,在自然界,當農桿菌感染植物時,並不會帶有ARM基因。所以,我們只能以植物是否長瘤來做為辨別這株植物是否受到農桿菌感染;因為農桿菌插入植物的T-DNA中含有可以製造更多的生長素(auxin,包括吲哚乙酸等)以及細胞分裂素(cytokinin),使得帶有T-DNA的植物細胞可以加速分裂增生。當局部的植物細胞分裂速度比其他細胞要快得多結果當然就是長瘤囉!而T-DNA還帶有合成農桿菌的食物的基因,所以這些植物的瘤其實就是農桿菌的殖民地,農桿菌在此建立農場,生產他們需要的食物、繁衍子孫呢!

不過…

結合細菌與晶片的仿生葉(Bionic leaf)

替代能源的發展,除了生質酒精、生質柴油外,其實也有許多研究團隊在研發如何將太陽能轉為可儲存的能源。畢竟,太陽能不需要如生質能源背負與人爭食或砍伐森林的罪名,只要天空沒有被雲籠罩,它就是取之不盡用之不竭。

過去,哈佛Nocera老師的研究團隊,曾經發表過以矽(Si)為原料的半導體電池,它可以在接受光能後,利用光能轉化的電能將水分解為氫氣(H2)與氧氣(O2)。雖然氫氣也可以用於燃料,但由於氫氣非常容易自燃(佔大氣4%以上即有自燃的風險)、運輸較液態能源(汽油、柴油、酒精)不便,加上目前的內燃機(引擎)都還是使用液態能源看來,雖然氫氣真的很環保(燃燒完就剩下水),但卻不大適合。

於是研究團隊開始尋找能把氫氣轉換成為液態能源的方式。這次,他們結合了加大洛杉磯分校的研究團隊。加大團隊將Ralstonia eutropha這隻菌做了一些修改,使它在養分不足(nutrient-limited)的狀況下將乙醯輔酶A(acetyl-CoA)用來產生異丙醇(isopropanol)。原本Ralstonia eutropha會將乙醯輔酶A合成PHB(polyhydroxybutyrate)儲存起來,但加大的研究團隊用生物工程的方法把中間的兩個酵素去掉,然後植入帶有另外四個基因的質體,使細菌不再能夠合成PHG,卻有了合成異丙醇的能力。於是,當這隻菌在缺乏氮源的時候,只要提供給它氫氣與二氧化碳,它便開始產生異丙醇了。雖然二氧化碳要額外打進去,但以現在地球的狀況來說,二氧化碳多得很,不是正好可以用掉嗎?

但是光只是這樣還不行,這個系統還有一些需要調整的地方。由於使用電極來分解水,除了氫氣已外也會產生氧氣,而在通電的狀況下,不免會產生一些自由基妨礙細菌生長;另外是,電極若使用貴金屬白金或銦(indium),不僅這些金屬價格昂貴、不易取得,這些金屬在自然狀況下(別忘記,這個系統使用了細菌,所以所有的操作要盡量符合自然狀況)對水的電解力也不高(除非提高電壓,但如此一來又會產生更多自由基)。

研究團隊首先使用了磷酸鈷(CoPi)與鎳錳鋅/不鏽鋼的電極,解決了貴金屬與電解力不足的問題;但是自由基仍不免產生,於是研究團隊嘗試加入來自牛肝的過氧化氫酶(catalase)。在過氧化氫酶順利處理掉了自由基的問題後,整個系統的產能來到每公升培養液產出216毫克的異丙醇,若換算為太陽能-生質能轉換則來到3.2%…

【九大劇毒】見血封喉的箭毒木(Antiaris toxicaria)

一直都對武俠小說中的九大劇毒很感到好奇,不過真的去查資料的時候,似乎不同的作家有不同的見解。

今天看到其中一種說法是,九大劇毒中有一種是「箭毒木」(Antiaris toxicaria)。箭毒木是桑科,在英語的世界裡常見的俗稱是upas tree。

古代對箭毒木有許多傳說,包括被箭毒木作的毒箭射中,會「九步成屍」(如果正在爬坡,就會「七步成屍」),以及曾有一株箭毒木把方圓24公里內的動物都殺死了(好像還是沒有傳說中的血矮栗厲害)等等...不過由於它含有大量的單寧(tannin),所以也被拿來染衣服。

這種樹是雌雄異株,也就是它有公樹與母樹。它的毒性來源是來自於它的次級代謝物antiarin,這種次級代謝物會干擾心肌收縮:

根據網站的資料,antiarin的LD50是每公斤體重0.1毫克(mg),如果以現代的觀點看來,大概還當不上前五名的劇毒。世界上最毒的毒藥是臘腸桿菌素(Botulinum toxin,資料來源),致死劑量是0.15微克(μg),毒性幾乎是antiarin的六萬倍(以六十公斤體重的成人計算);即使是排名第五的河豚毒素(Tetrodotoxin),也是antiarin的兩倍。可能是在民間它常與另一種劇毒的果實呂宋果(Strychnos ignatii)一起使用,加強了它的毒性。呂宋果含有番木鼈鹼(Strychnine),是一種生物鹼,作用在神經上,LD50大約是每公斤體重0.16毫克。由於這兩種毒素的作用部位不同,加在一起或許會有加成效果。

據說寫下「春花秋月何時了」的李後主中的「牽機」毒就是番木鼈鹼。外史中提到宋太宗(趙光義)不喜歡李後主,所以賜死的時候給他「牽機」,中毒後會肌肉抽搐、角弓反張,直到窒息或力竭而死,死狀非常悽慘。

參考資料:

Wikipedia. Antiaris toxicaria, Strychnine, Antiarin

牛頓解出植物體內水往上流的關鍵

學過植物生理學的同學都知道植物的水分運輸有個「凝聚力張力假說」(cohesion-tension hypothesis,也稱為cohesion hypothesis)。這個假說解釋,水分之所以會從根部吸收後,一路往上送到莖、葉,是因為水分在葉片蒸發時,由於水分子之間的內聚力(cohesion)所產生的張力(tension),使導管(xylem)中的水分被一路往上拉。

但是,這個假說是誰提出的呢?大家可能會想,應該是植物學家提出的吧?

事實上,第一個提出這個想法的人,是牛頓(Issac Newton)。

大約在1661到1665年間,當牛頓在劍橋大學的三一學院(Trinity College)讀書時,他隨身帶著一本筆記本,以便可以把他思想的吉光片羽記錄下來。就在這本筆記本的某一頁的開頭(見上圖),他寫了「蔬菜」(vegetable),然後他寫了他認為陽光灑落在樹葉上,使得水離開了植物;這造成了植物裡面的「汁液」(juice)往上昇。

牛頓寫下這個想法之後約兩百年(1894),愛爾蘭的兩位植物學家Henry Horatio DixonJohn Joly才提出了「凝聚力張力假說」...

(台大科教中心擁有此文版權,其他單位需經同意始可轉載)

參考文獻:

2015/2/9. Karen Hopkin. Newton Figured Out How Tree Sap Rises.

Dixon HH, Joly J. 1894. On the ascent of sap. Philosophical Transactions of the Royal Society London, Series B 186, 563-76.

向陽花木易逢春

這張圖可不好拍,到不是想要把「福從做中得歡喜,慧從善解得自在」全部拍進去難,而是要把兩邊的雞蛋花(緬梔,Plumeria obtusa)同時給拍進去不容易。

雞蛋花是落葉小喬木,冬天的時候葉子落盡,大約三四月左右會開始長出新葉。注意看一下中庭這兩棵雞蛋花,有沒有發現什麼?

照片右邊的那棵葉子大多還沒有長出來,但是左邊的那棵已經長出不少了。差別很明顯。為什麼?

因為雖然這個中庭四邊都有大樓,但是照片右邊那棵雞蛋花旁邊的大樓只有五層,而照片左邊那棵雞蛋花旁邊的大樓卻有八層。加上五層樓的那一側剛好是東邊,造成每天陽光升起時,東側(照片右邊)的雞蛋花因為被大樓屏蔽沒有照到陽光,而西側(照片左邊)的那株雞蛋花卻沒有受到屏蔽,可以先照到陽光。到了中午,它們都接受到了陽光;但是到下午的時候,太陽開始西偏,但因為「西邊有高樓」,八層樓擋住了中庭所有的陽光,所以兩株雞蛋花到下午都照不到太陽了。

因此,這兩株雞蛋花只有早上到中午可以照到陽光,而且西側的那株照到陽光的時間比東側要多。結果就是:不僅西側的那株在春天來時比較早發芽,年復一年下來,西側的雞蛋花長得也比東側的要好很多。而所有的這些現象,其實都是由光敏素(phytochrome)來發動的。

光敏素可以偵測日照長短、光線強度、光線品質(有沒有它需要的光),從而決定要如何生長、發芽、要不要開花等等,雖然筆者常以植物的眼睛來比喻光敏素,但光敏素在植物體內的角色,比動物的眼睛要重要太多了。

古人說「近水樓台先得月,向陽花木易逢春」雖然是藉景喻人/事,不過其中也蘊含了自然的觀察在,不是嗎?

植物的眼睛:光敏素(phytochrome)

說植物有眼睛,可能有點難以想像。但是,因為植物是「光合自營生物」,所有它需要的物質,全部都要靠自己來合成;而所有物質的合成,都是從光合作用開始。

怎麼說呢?如果我們把任何一種生物當作一個大餐廳,動物大餐廳就是到市場去買菜、買肉、買米買麵,到餐廳的廚房裡面洗洗切切,端出一道道的好菜;而植物大餐廳卻不能去市場買菜、肉、米、麵,而是廚房後面還有一座很大很大的農場,種菜、種稻、種麥、養牛羊雞豬...這座很大很大的農場,就像植物的光合作用。

但是,光合作用沒有光就不能啟動。這裡的光,就像農場裡的水一樣;沒有水,不能灌溉、不能提供牛羊雞豬要喝的水...所以,如果沒有水,農場裡的農夫就不敢播種,也不敢買進小牛、小羊、小雞、小豬了。對一個農場來說,要確定有水,才能開始準備播種與購買動物;而對植物來說,如果沒有光,不只是光合作用不能啟動,甚至連進行光合作用所需要的設備--葉綠體--都不可以產生。

那麼,誰來確定有光呢?答案就是:光敏素啦!

而且,光敏素不只是負責確認植物周圍的光線夠不夠,還要確認光線對不對。怎麼說呢?

原來,植物並不需要「所有的光」來進行光合作用。如果我們看一下葉綠素a與葉綠素b的吸收光譜(如下圖),就會了解到,植物主要吸收的範圍,在藍光(400-500奈米)與紅光(630-680奈米)的區域。

因為葉綠素a與b只吸收藍光與紅光,而它們都不吸收綠光,所以葉片是綠色的;也因為他們只吸收藍光與紅光,所以,如果照射在植物身上的光缺少這兩個部分,對植物來說就是沒有用的光,就像農場需要水灌溉,但卻有人提供了海水一樣...

所以,既然光敏素要負責幫植物看光,當然不能只看有沒有光,還要負責看到光線對不對;這樣才不會看到光就以為可以開工,結果是不能用的綠光,不但空歡喜一場,還白白浪費了能量來合成葉綠體!

因此,做為植物的眼睛,光敏素負責的是看到紅光;當然,讀者們可能會想,那藍光呢?不用擔心,植物裡面除了光敏素以外,還有負責看藍光的「眼睛」--隱花色素。

光線是植物生活裡面最重要的元素,植物當然不會讓自己漏看囉!雖然光敏素只能看到紅光,但植物還有隱花色素、還有向光素,這些對植物都很重要;而且,植物裡面的這些「眼睛」都不會只有一種,以植物研究中最受歡迎的阿拉伯芥來舉例,它有五個光敏素、兩個隱花色素,以及四個向光素喔!


(本作品為原作。編刪後之作品發表於2015/4/11國語日報)


吃到含植物生長激素的水果會性早熟?

今天看到一則新聞「激素催熟鳳梨! 吃多恐性早熟」,害我出考題出到一半又要分心來處理這件事。

這則新聞裡面言之鑿鑿地說:

為了讓兩年生鳳梨,提早賣個好價,有不肖果農在鳳梨心施打生長激素,讓鳳梨變大又變甜,吃進肚子裡,尤其對孩童,可能影響荷爾蒙,導致性早熟

看了真的讓人不知道該說什麼才好。鳳梨的外皮極硬,要「打」生長素進去,筆者不知道要用什麼樣的工具才辦得到;另外,果實的發育是整個一起長的,如果在成長的過程中用針筒之類的去注射鳳梨,整個果實都會停止生長,並非局部變黑。鳳梨局部變黑通常是因為果實發育的過程中氣候變化太劇烈(太熱是常見的原因),整園的鳳梨幾百顆,要用注射的,只能說打到天亮都打不完吧。

噴灑生長素是比較有可能的,植物也的確有生長素,不過植物的生長素真的會對動物有影響嗎?我們先來看一下會讓植物生長的激素們是什麼。

通常我們提到植物的生長素就是說IAA(吲哚乙酸,indole-3-acetic acid)。

吲哚乙酸在植物裡面有非常多的效用,包括讓莖延長、使果實單維結果(不用授粉)、植物的光趨性(通常翻成向光性,phototropism)也跟它有關。

吲哚乙酸的化學式是C10H9NO2,是個小分子化合物。

另外一類會讓果實長大的植物賀爾蒙是吉貝素(gibberellic acid, GA)。

無子葡萄常會用到吉貝素讓果實長大,主要是因為果實裡的種子是天然吉貝素的來源,無子的果實因為缺乏吉貝素會比較小,所以果農會噴灑吉貝素讓果實長大。

吉貝素的化學式是C19H22O6,比生長素大概大了快一倍,不過還是屬於小分子化合物。

但是不管是生長素還是吉貝素,筆者查了很多資料,都沒有提到可以刺激動物生長的活性。倒是合成的生長素2,4-D曾有一度被懷疑可能致癌,不過美國的環保署在2007年也已經宣布沒有任何證據支持它會致癌。2,4-D的化學式是C8H6Cl2O3,還是一個小分子化合物。

至於動物的生長激素呢?以人的生長激素GH1為例,它不是小分子化合物,而是一個由191個氨基酸構成的多肽。

上圖的每個小球就是一個原子,而植物的「生長激素」,不管是生長素、吉貝素還是合成的2,4-D,都是幾十個原子的小東西;動物的生長激素則是數千個原子的龐然大物,根據默克藥典(Merck Index),人的生長激素的化學式是C990H1529N263O299S7,跟植物的「生長激素」大大不相同,怎麼…

植物品種改良新技術:RTDS

最近這些年,基改作物(GMO,genetically modified organisms)引起非常多的討論。反對它的理由主要就是因為,現在的基改技術總是牽涉到外來基因:如抗農達作物有農桿菌(Agrobacterium tumefaciens)基因、抗蟲作物則有蘇力菌(Bacillus thuringiensis)基因,這些都不是原來存在於植物中的序列,因此引發了許多疑慮。

也因此,歐盟一直都沒有核准基改作物進口。但是,最近位於聖地牙哥的Cibus(拉丁文意為「食品」)生技公司的新方法,可能會使歐盟改變主意。

Cibus在2001年設立,致力於新的植物品種改良方法。他們發明了一種新的技術,稱為RTDSTM(Rapid Trait Development System)。目前他們已經使用這個技術,開發了對磺酰脲類除草劑(sulfonylurea herbicides)有抵抗力的白花芥(SU CanolaTM),也已經獲得美國與加拿大的許可。

RTDSTM究竟是什麼呢?在Cibus網頁上有簡單的解說:

簡單來說,RTDSTM就是使用一個稱為GRON的聚核苷酸片段(Gene Repair Oligonucleotide,GRON),上面帶有要改變的序列,與植物的基因體混合。混合後,接下來植物便會依照GRON上的序列來修改自己的基因體,然後~大功告成了!

說起來簡單,但是最難的部分就是要讓植物依照GRON上的序列來修改自己的序列。對基因修復(gene repair)稍微有概念的讀者都知道,因為原來的序列上有標記(如:甲基化)來幫助生物知道這是「原來的」序列(正本),所以基因修復都會依照原來的序列。但是Cibus卻有辦法讓植物修復基因時,不是依照自己原來的序列,而是照著GRON上的序列來進行。這是了不起的地方,應該也是他們的專利技術核心所在。

由於沒有使用農桿菌、基因槍,因此Cibus認為他們的RTDSTM技術不是基改,而是「基因編輯」(gene editing);所以SU CanolaTM也不是GMO。不過,雖然德國(對基改作物相當不友善的國家)也不認為Cibus的產品是GMO,但是其他團體(如綠色和平組織)還是對這個技術有疑慮。

因為這個技術是專利,筆者能在網路上查到的資料並不多,無法置喙;不過目前筆者比較擔心的部分不是農作物,而是隨之而來的殺草劑濫用。抗農達基改作物已…

植物也吸煙!

上次我們在「奈米顆粒(nanoparticles)是否會進入食物鏈?」一文中介紹了科學研究發現,奈米顆粒會被植物吸收,接著又進入尺蠖蛾幼蟲體內。最近來自德國布倫司威克科技大學(Technical University of Braunschweig)的研究結果發現,植物會由空氣與被污染的土壤中吸收尼古丁(nicotine)。

研究團隊之所以會想要研究這個題目是因為:雖然歐盟在2009年已經全面禁用含有尼古丁的農藥,但是許多食品中還是可以偵測到尼古丁殘留(如下表)。

包括紅茶、綠茶、鼠尾草、黑莓葉以及薄荷葉都驗出尼古丁殘留。究竟是有人偷偷使用含有尼古丁的農藥,還是污染呢?研究團隊決定選用薄荷(peppermint)來做為研究模型。

研究團隊以兩種方式讓薄荷暴露在有尼古丁的環境下。第一種,是把菸絲放在土壤表面,上面蓋上濾紙,然後隔一天澆一次水;第二種,研究團隊將薄荷放在地板面積15平方米 x 1.46米的小型溫室內,點燃11根香菸讓植物在溫室內狂吸煙兩小時。

研究結果發現,不論是第一種或第二種,植物都吸收了相當程度的尼古丁。雖然隨著時間,尼古丁會代謝掉,但是跟控制組比起來,這些暴露在尼古丁環境下的植物,他們體內的尼古丁殘留還是不少的。

當然,這個研究告訴我們,植物會從周圍環境吸收的不只是陽光、空氣、水與礦物質;其他的污染物也會跟著一起被吸收。不過筆者好奇的是,第二種實驗當然是有可能發生在現實環境中,但是第一種,有多少機率會真的發生呢?即使在台灣常常在地上看到煙蒂,但是煙蒂裡含有的煙絲又能有多少呢?我想這是值得思考的部分。雖然第二種實驗也提醒我們,如果家裡有癮君子,吸到煙的可能不只有動物喔!

參考文獻:

Dirk Selmar, Ulrich H. Engelhardt, Sophie Hänsel, Claudia Thräne, Melanie Nowak, Maik Kleinwächter. Nicotine uptake by peppermint plants as a possible source of nicotine in plant-derived products. Agronomy for Sustainable Development, 2015; DOI: 10.1007/s13593-015-0298-x

或許有一天我們真可以自己進行光合作用!

動物能行光合作用嗎?有一種蠑螈,稱為斑點鈍口螈(Ambystoma maculatum),在胚胎時期是可以的。斑點鈍口螈的胚胎與Oophila amblystomatis這種單細胞藻類共生,使牠的胚胎看起來像綠色的水晶球。

而且,Oophila與蠑螈之間構成了一個和樂的小社會:與Oophila共生的細胞,將他們的粒線體安排在Oophila的旁邊,盡情地利用Oophila產生的氧氣;而蠑螈胚胎細胞呼吸作用產生的廢物,馬上就被一旁的Oophila拿來進行光合作用。

還有其它的動物嗎?有的。在過去,就已發現另一種可以行光合作用的動物。這種動物叫做綠葉海天牛(Elysia chlorotica)。
在1970年代,綠葉海天牛早就被發現可以進行光合作用了;不過,當科學家們嘗試著鑑定部分海天牛的序列時,並未找到任何來自葉綠體的基因;因此,在過去一直認為,綠葉海天牛只是將葉綠體保存在自己體內,讓葉綠體與自己的體細胞共生(稱為kleptoplasty);就像斑點鈍口螈與Oophila一樣。

不過,斑點鈍口螈與Oophila只有在胚胎時期共生,而且是整個藻類細胞與蠑螈的胚胎;而綠葉海天牛則好像讓藻類的葉綠體在自己的細胞內生存的久了點...多久呢?根據過去的觀察,這些葉綠體可以在綠葉海天牛體內活九個月,甚至連在原來的藻類(Vaucheria litorea)細胞中都沒有活那麼久。

因此,研究團隊決定要再次看看,究竟綠葉海天牛是不是單純的與藻類的葉綠體共生呢?這次,他們用了FISH(fluorescent in situ hybridization)這個技術,以螢光標記發現了:藻類的prk基因果然存在於綠葉海天牛的幼體與成體中!

prk基因是什麼呢?它的全名是phosphoribulokinase,負責卡爾文循環(Calvin cycle,光合作用的第二個部分)的最後一個反應:

ATP + D-ribulose 5-phosphate ←→ ADP + D-ribulose 1,5-bisphosphate

D-ribulose 1,5-bisphosphate是帶有兩個磷酸根的五碳糖,它是卡爾文循環的最終產物,也是起始的原料(所以才叫做卡爾文「循環」);若沒有這個反應,卡爾文循環無法圓滿,光合作用便無法繼續。因此,它對光合作用非常重要。

這個基因,原本是位於藻類的染色體上,但研究團隊發…

因為美國人不吃自己生產的大豆,所以???

這學期開了一門課「植物與人類社會」,花了很多精神研究糧食作物、經濟作物等等...

在研究大豆(Glycine max)時,總是會看到這麼一種說法:

美國是目前全世界大豆產量最多(佔全世界的三分之二)的國家,但美國人卻很少嚐過豆腐。 美國生產的大豆約有1. 5%製成大豆食品。 13%轉成肉類、奶類製品。其他則用來榨油,油粕用來製造飼料。雖然美國人每年平均要消耗907公斤的穀物與大豆,但其中有90%都是轉由肉類與雞蛋中攝取。因此,有許多團體認為,美國大豆吃不得,因為美國人很少或不(直接)吃,只拿去餵動物,所以是「飼料豆」。

筆者回憶過去在國外的經驗,總覺得並不是那麼簡單。美國人其實吃的東西很單調,綠葉蔬菜大概就只有turnip green, collard green那兩種,通常在超市看到的蔬菜不外乎是高麗菜、萵苣、西洋芹、青花菜、花椰菜這些,比起臺灣滿坑滿谷的菜真的差很多;水果的種類也很少,主食吃來吃去總是義大利麵、麵包。當時在美國超市根本看不到豆漿,豆腐則是到加州以後才在超市裡看到。

最近為了課程上窮碧落下黃泉地找資料,卻無意中找到了答案。

歐美人士為何不大吃豆類食物,是因為豆類比穀類更不容易消化,過去在歐美豆類被認為是「窮人的肉類」,只有負擔不起肉食的窮人才會吃豆類。因此,在過去的歐美,豆類有著階級的印記。

現在在歐美食用豆腐、豆漿的人多半都是信奉東方養生之道者。大豆需要加工後才能食用,歐美缺乏這些加工的系統,因此豆類食物對他們來說並不是方便的食物。

大豆在1765年傳入美國(歐洲也是差不多這個時間傳入),美國最早對大豆的興趣僅侷限於做為覆蓋作物以及動物飼料。 一次世界大戰的糧食短缺使美國開始認真看待大豆(做為肉類替代品與食用油),再加上1920年代棉籽象鼻蟲肆虐,提高了美國人對大豆油的需求。而培育出的新品種大豆適合在中西部與玉米輪作,加上農業科技的改良,都使得農民較先前更願意種植大豆。當然,後來發現大豆油中可以提煉出卵磷脂(lecithin),而卵磷脂在產業上有許多用途,也使得大豆產業越來越旺。福特(Henry Ford)甚至曾在1941年展示了一輛車身全部以大豆做為基底的塑膠汽車模型。二次世界大戰時奶油與烹飪用油短缺,美國人更進一步開發出以大豆油製作瑪琪琳(人造奶油)與酥油的氫化技術。

東方人為什麼吃那麼多大豆呢?因為東方人發明了將豆類發酵的技術,使豆類變得…

生物碳(Biochar):改良土壤新方法?

聽過生物碳(Biochar)嗎?它是將樹皮等農業生物廢棄物在低氧的狀況下進行熱裂解(pyrolysis)而成(1)。熱裂解聽來雖然高深,說穿了也不神奇;從木頭燒成木炭,也是熱裂解。


近年來,農業界發現生物碳可以改良土壤;生物碳可以使砂土儲水的能力增加92%;而在黏土中加入生物碳,則可使水分流動的速度上昇300%。也因此,生物碳的銷售量從2008年至今,每年都增加三倍。

其實,生物碳真的不是什麼新鮮玩意兒。幾千年前居住在亞瑪遜流域的原住民,便懂得製作terra preta,那就是生物碳的前身。而我們的農民會在收穫後焚燒田裡的雜草與稻梗(燒田),除了可以殺死害蟲、產生草木灰以外,也有小部分的生物碳形成(堆燒法也可以產炭,只是效率低得多)。但是terra preta在歐洲人入侵南美後便停止製作,而燒田則因為容易產生煙霧,在現在的都市也不可行了。

不過,最近十年,生物碳開始大行其道。這也使得學界對生物碳產生了極大的興趣。世界各地的研究團隊紛紛投入對生物碳的研究之後,他們發現:生物碳不只是能改良土壤的透水率,它還能吸收一氧化二氮(N2O,溫室氣體,強度為二氧化碳的300倍)(2),而且效果可以持續五年!

此外,生物碳還能抑制有害細菌生長,降低他們的致病力。萊斯大學(Rice University)的研究顯示,生物碳可能是藉著干擾細菌接收它們用以互相連絡的分子(acyl-homoserine lactone,AHL),使細菌認為自己孑然一身,不敢興風作浪(3)。

上面說了這麼多好處,生物碳是否能提升農作物的產量呢?歐洲的研究團隊發現,生物碳可以使植物的葉片長大130%,因此整株植物直徑增加了一倍;而根也鑽了一倍深(4)。

看起來,生物碳似乎是很棒的土壤改良劑!更棒的是,由於生物碳可以用各種植物性廢棄物製作(包括生質能源的廢棄物),因此引起了業界極大的興趣。

不過,也有些研究發現,生物碳還是有些問題的。有研究團隊發現,雖然它可以使作物長得好,但似乎也會使得植物的防衛基因(plant defense gene)表現量下降(4);不過,筆者想,是否因為生物碳中斷了細菌之間的聯繫,使得威脅大減,所以就不需要表現這麼多的防衛基因呢?畢竟對自營生物來說,多合成一個蛋白質都會增加負擔。

另外,還有研究發現,當生物碳加到一定量(2%)以上,玉米的產量反而減少(5)。但是,所有的這些…

「狼人」植物?

傳說中的狼人(werewolf)在月圓時變身,出來攻擊任何動物;植物界也有狼人喔!


麻黃屬的Ephedra foeminea的雌花會在月圓之夜盛開,分泌出甜甜的蜜汁吸引夜間出來的昆蟲。當身上已經沾到雄花花粉的昆蟲受到蜜汁吸引飛來吸蜜汁,便將身上的花粉也一併傳給雌花了(還好、還好,只是利用昆蟲授粉...不是真的「狼人」植物...)。

一開始,斯德哥爾摩大學(Stockholm University)的研究團隊只注意到它總在相同的時間開花。在2013年的某一天,當他們回到希臘與克羅埃西亞來研究它的授粉時,卻發現一朵花也沒有。

一開始他們覺得很喪氣、很煩...怎麼會都沒有花呢?於是他們決定去吃個飯。在吃飯的時候,研究團隊忍不住又拿出了去年的照片來看,不知為何注意到了照片上的滿月。

於是有人開玩笑說:難道這種植物只在滿月時開花嗎?

原本是個玩笑,但馬上研究團隊有人認真了起來。於是他們就把過去的觀察記錄拿出來比對,發現這植物的開花週期似乎與月圓有關!

接著他們便策劃下次回來觀察的日期---當然是挑在滿月的那一天---然後,當然他們就看到了花!

有意思的是,跟它同屬但依賴風力授粉的植物,開花的時間便不受到月亮週期的影響。

研究人員也發現,這種植物的授粉可能會被光污染(light pollution)影響。他們觀察到同屬但依賴風力授粉的其他品種可以長在村莊的附近,但這品種卻越長離村莊越遠。

參考文獻:

Andy Coghlan. 2015/4/1. Werewolf plant waits for the light of the full moon. New Scientist.