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2016 十大點閱文章

2016最後一天到了,我們又走過一年!
哪十篇文章最多人看呢?


第十名:有人味的北方小澤蘭 Platanthera obtusata
植物界的騙子其實還蠻多的,小澤蘭只是其中之一~

第九名:從邱園報告看維管束植物

第八名:跨動物與植物的賀爾蒙:ABA (abscisic acid)

第七名:【原來作物有故事】玉米與美洲文明

第六名:世界維管束植物大盤點

第五名:二氧化碳多,植物就會長得快嗎?

第四名:再談鳳梨謠言:提早採收是因為噴了「成長激素」?

第三名:植物是地球的能量工廠

第二名:蒙古為什麼放棄侵略歐洲?

第一名:鳳梨會「咬舌」是因為噴了生長素?

光是鳳梨就佔了第一名與第四名,真的希望明年鳳梨盛產時,不要再有類似的謠言捲土重來啊~

冰過的蕃茄為什麼不好吃?

對台灣人來說,蕃茄(Solanum lycopersicum)是水果;但是對歐美人士來說,蕃茄是重要的蔬菜。從一開始被認為是有毒的、吃不得的,到現在家家戶戶少不了它,蕃茄是否真的是「一路走來,始終如一」呢?

其實就像其他的農作物一樣,蕃茄也歷經了長時間、多次的品種改良。不過,最近這些年越來越多人抱怨:現在的蕃茄越來越難吃了!吃起來一點味道也沒有!

蕃茄真的變得比較沒味道了,但其中的原因可不只一個。原因之一是:因為大家覺得蕃茄整顆都紅紅的比較漂亮,於是育種的專家們就想辦法挑選那些成熟時會整顆紅透的;結果具有這個性狀(稱為U性狀,意即Uniform Ripening)的蕃茄,因為葉綠素累積減少,使它們在成熟時儲存較少的糖,於是現在的蕃茄都變得比較不甜了。

另一個因素是冷藏。為了避免腐敗、延長保存期限,採下來的番茄都會冷藏於攝氏五度,並在這個溫度下運送,等要販售之前再回溫(攝氏二十度);過去的研究發現,冷藏在攝氏十二度以下會造成與風味有關的揮發性物質減少,而回溫好像影響也不大。

為了要了解到底冷藏對番茄產生了什麼樣的影響,康乃爾大學的研究團隊選了兩個品系(分別為家傳品系'Ailsa Craig' 與商業栽培種FLA 8059)、分別在兩個不同季節採收的蕃茄,針對它們的揮發性物質含量、糖與酸含量,一路分析到基因的表現變化。他們發現:原來冷藏會造成幾個與果實成熟相關的轉錄因子的表現量下降。這些轉錄因子包括RINNONRIPENINGCOLORLESS NONRIPENING等。除此之外,還有被稱為DML2的去甲基酶(demethylase)的表現量也下降了。DML2在果實開始成熟時大量表現,當它的表現被抑制時,會使得許多基因被高度甲基化,延遲果實成熟。雖然回溫一天可以使它的表現量回復,但是相關基因的表現狀況卻沒有完全恢復。而這些轉錄因子,雖然有些在回溫後表現量也隨之上昇,但似乎無法完全逆轉受他們影響的相關基因的表現程度。

研究團隊在觀察果實的揮發性物質含量以及糖與酸含量時發現,冷藏七天造成蕃茄中來自支鏈胺基酸與脂肪的揮發性物質含量減少,但來自於類胡蘿蔔素的揮發性物質(如香葉醇)含量卻上升了;但如果只有冷藏一到三天,是不會產生這些影響的。但是糖與酸的含量則不受冷藏的影響。

對應於揮發性物質含量的下降,他們在觀察基因表現時也發現,冷藏七到八天會讓合成這些…

降落傘花的騙術

原產於莫三比克、南非與史瓦濟蘭的降落傘花(parachute plant,Ceropegia sandersonii),因為花的形狀像個小小的降落傘而得名。不過,看到它的花的人,大概都會覺得大惑不解:長這樣,莫非它跟豌豆這些植物一樣,都是自花授粉的植物嗎?如果是蟲媒花,蟲進去了豈不是出不來?這樣對它又有什麼好處呢?

降落傘花的確是蟲媒花,畢竟花長這樣要作為風媒花也太難為北風君了。它的花長這樣,也的確就是打算要把進去的蟲關在裡面--別緊張!一天以後花謝了,蟲就可以出來了;所以蟲不會餓死啦。

誰是降落傘花的媒人呢?過去的研究發現,主要是肖稗稈蠅屬(Desmometopa)的昆蟲。這一屬的蠅有大約50種,大部分都是過著「偷竊寄生」(kleptoparasitic)的生活。偷竊寄生這個詞有點難以直接解釋,這麼說吧:肖稗稈蠅屬的蠅,會在牠的宿主被掠食者攻擊的時候,趁掠食者不注意,在旁邊偷偷搶點吃的。雖然有些動物,如鬣狗(hyena)有時也會跟在其他掠食者的旁邊偷點東西吃,但肖稗稈蠅屬的蠅,可是專業的在扮演「你吃肉我喝湯」的角色--畢竟雖然是湯,但也是肉湯,是高蛋白的食物。尤其對於雌蠅,因為卵子的製造需要消耗大量的養分,他們可是孜孜不倦地尋找機會喝點肉湯、吃點肉屑。

所以,為什麼偷竊寄生的蠅兒要去幫降落傘花傳粉呢?難道降落傘花有提供「肉湯」嗎?當然沒有!但是降落傘花還是需要蠅兒幫它傳粉,畢竟當地也沒有其他的授粉者可以拿得起來降落傘花的花粉器(pollinaria)。花粉器為傳播花粉的構造,主要出現在蘭科(Orchidacaeae)、杠柳科 (Periplocaceae)與蘿藦科(Asclepiadaceae)的植物。每一個花粉器裡面有很多顆花粉,因此如果是個頭太小或口器形狀不適合的昆蟲,並不能協助具有花粉器的植物傳粉。

如果降落傘花非要找偷竊寄生的蠅兒來幫它授粉,但是又沒有「肉湯」給牠們,那要怎麼辦呢?

用「騙」的!歐洲的研究團隊認為,降落傘花應該會發出類似蠅兒的宿主--西方蜜蜂(Apis mellifera)--受攻擊時發出的費洛蒙。過去的研究知道,蜜蜂受到攻擊時會發出許多具有揮發性的物質,用來警告其他的蜜蜂不要靠近。這些物質主要由蜜蜂的下頜腺(mandible gland)、蜇腺(sting gland)與奈氏腺(Nosonov gland)所分泌。

為了證明降落傘花的…

【原來作物有故事】番薯 源自南美風靡各國

生活中的番薯

冬天來一顆烤番薯,暖烘烘地握在手心,真的是最棒的享受了!台灣人喜歡自稱番薯,但其實番薯是不折不扣的外來植物喔!這可以從它的名字看出來,因為只要有「番」這個字,就代表它是外來的呢!但是為什麼有時會被寫成「蕃薯」呢?因為「番」這個字在日文裡面並不是外來物的意思,而是代表「次序、值班」,因此在日治時代,被日本人給改成了「蕃薯」。

番薯大約在十七世紀初就出現在台灣,很快成為台灣人的主食之一。在移民前期,為了把米運到大陸去賺取利潤,當時的人便多吃番薯少吃米;後來,人多了、地也不夠,米開始不夠吃了,當然還是吃番薯摻飯。到日治時代,以番薯簽(擦絲曬乾的番薯)混合米飯食用的狀況更普遍。

到國民政府來台灣之後,番薯便逐漸從餐桌上退場,成為飼料;直到近年養生風興起,番薯又成為僅次於水稻的食用作物。

哪些番薯是台灣最受歡迎的品種呢?我們最熟悉的黃皮黃肉的番薯是台農57號,它也是全臺灣產量最大的番薯,適合烤、煮或製作薯條。而紅肉番薯則是台農66號;被暱稱為「芋仔番薯」的紫肉品種則是台農73號,在台語歌曲裡面唱的「竹山的番薯」是台農64號喔!至於用作蔬菜的葉用番薯,主要有桃園2號與台農71號。

為什麼台灣人會用外來植物來稱呼自己呢?台灣史學者許雪姬老師認為,這個稱呼應該是從日治時代,前往中國被日本人控制的地區工作的台灣人開始的,後來就成了台灣人的暱稱了。

番薯如何進入世界歷史

番薯可能是發源於墨西哥的猶加敦半島與奧里諾科河之間。在哥倫布到美洲之後,在現在的巴拿馬發現了它,於1493年獻給伊莎貝拉女王。

由於番薯相當適應西班牙的氣候、加上滋味甘甜,使它在歐洲大受歡迎。當時它除了是富人的珍饈之外,還被認為可以加速婦女月經來潮、分泌乳汁,對男士則有壯陽的效果。英國國王亨利八世更是特別愛吃加了香料與糖的番薯派。

番薯在17世紀被西班牙人帶到菲律賓後引進中國,由福建、廣東慢慢向北方傳播。徐光啟是番薯的粉絲,他在「農政全書」中列舉了十三項番薯的優點喔!後來在乾隆初年,華北連續發生大旱災、乾隆皇帝發現番薯是很好的救荒作物以後,甚至要求各省都要種植番薯。

鄭成功到臺灣後,也是靠著種植番薯、將番薯作為主食之一,才能包圍熱蘭遮城九個月,將荷蘭人逐出臺灣。民間甚至傳說南明魯王(朱以海)愛吃番薯,有個綽號叫番薯王。

在二戰前夕,日本政府發現番薯可以用來製造酒精、甲醇、丙酮,於是在臺灣拓殖株式會社所經營…

生長或備戰,真的魚與熊掌不可兼得嗎?

植物在環境中遇到病原/病蟲入侵時,會啟動茉莉酸(jasmonic acid,JA)的合成,接著啟動一整個防禦機制。

茉莉酸合成的同時,植物的生長速度開始趨緩。許多科學家認為,這是因為當防禦機制啟動後,植物會把資源由生長移到備戰的緣故。聽起來也頗為合理,畢竟作為光合自營生物,每天最多能合成多少物質是一定的;所以遇到外敵入侵時,「挖東牆補西牆」也是意料中的事。

不過,我們是在談科學,想當然爾與事實之間,還是隔著驗證這件事。到底外敵入侵時生長趨緩,是不是真的是因為「挖東牆補西牆」呢?最近美國研究團隊的發現,顯示了案情可能不是這麼單純。

研究團隊仔細分析植物的生長與防禦,發現如上圖a所示,當有外敵入侵時,茉莉酸的合成會抑制Jaz系列基因,而JAZ蛋白減少,便會使相關的MYC轉錄因子(transcription factor)穩定性上昇,啟動防禦機制。在沒有外敵入侵時,植物的生長最主要與吉貝素(GA,gibberellic acid)相關。吉貝素的分泌,使DELLA蛋白分解,由於DELLA平常會抑制PIF轉錄因子,因此當DELLA蛋白變少,PIF轉錄因子就會變多,於是一系列與生長相關的基因就啟動了。

如果可以把Jaz系列基因剔除,是否植物的防禦能力就會上昇呢?聽起來好像可行,但是由於Jaz系列基因成員繁多,且有些在功能上又有重疊之處,研究團隊在考量Jaz系列基因在演化上的關係以及它們對於抑制不同MYC轉錄因子所扮演的角色後,選了Jaz1/3/4/9/10五個基因加以剔除。

剔除了Jaz1/3/4/9/10五個基因的五重突變株(簡稱jazQ),對茉莉酸的敏感度與單基因突變株相比要高很多。除此之外,除了jazQ的根比野生種要短,同時也因為葉柄變短、葉片變小之故,整體植株的蓮座直徑(rosette diameter)比野生種小了許多。另外,由於植物也長得比較慢,造成花苞出現的時間比野生種要晚,不過開花時葉片的數目並沒有增加。

研究團隊想找到可以不必在生長與備戰間做抉擇的植物,於是他們以甲磺酸乙酯(EMS,ethyl methanesulfonate)將jazQ五重突變株進行突變,再從中找尋不具有jazQ葉片變小、葉柄變短的性狀,但仍保留與防禦(備戰)相關的性狀(花青素合成增加)的突變株。

結果找到的竟然是光敏素B(phytochrome B,簡寫為phyB)的突變株!如果看上面…

【原來作物有故事】不只是田園之肉的大豆

生活中的大豆

當聯合國農糧署把2016年訂為「國際豆類年」時,在台灣的我們第一個想到的一定就是大豆(黃豆)吧?但卻沒想到他們卻在網站上聲明:國際豆類年的豆類不包括大豆(也不包括花生)!

蝦咪!沒有大豆!我們的生活怎麼可能沒有大豆呢?不只是早餐的豆漿、還有豆腐、豆干等豆類製品,很少有台灣人可以整個星期都不接觸到任何大豆製品吧!

因為大豆是中國北方原產,華人很早就開始接觸大豆了。從最早的單純把大豆煮熟來吃,到漢朝開始有豆漿、豆腐、豆醬等,大豆的果實可以吃、可以榨油,嫩葉可以吃、莖與老葉可以曬乾後當作燃料…有名的「七步成詩」的故事,裡面的「豆箕」就是乾燥的大豆莖葉喔!大豆真的是萬用呢!

就算不吃豆腐、豆干也不喝豆漿的人,但有一種大豆製品卻是每個人都會接觸到的:醬油!大家都知道醬油是大豆釀造的,而有些醬油會特別宣稱是黑豆釀造的,那麼黑豆是不是另一種豆類呢?其實黑豆只是有黑色種皮的大豆喔!而醬油一開始其實是浮在肉醬上面的液體,因為肉類比較貴,原本只有貴族才能夠有肉醬可以吃;後來民眾們發現用大豆發酵製作的豆醬滋味也很好,所以就開始製作豆醬、後來也產生了大豆釀造的醬油。而拿來當作零食的毛豆,則是還沒有完全成熟的大豆喔!

大豆如何進入人類歷史

因為大豆原產於大陸北方,華人很早就開始吃大豆了;到了春秋戰國時期,大豆已經被列為五穀之一(菽),也很早就發明了發酵處理大豆、以及製作各種豆製品的工坊。而日本人比我們更愛大豆!豆醬在唐朝時由中國傳到日本以後,日本人發明了許多不同口味的豆醬(味噌)與納豆,日本人可以說是一天都離不開大豆與豆製品呢!

為什麼聯合國的「國際豆類年」不包括大豆呢?原來大豆到十八世紀末才從中國到歐洲與美國,而且因為歐洲原生的幾種豆類如鷹嘴豆、扁豆等都不好消化,吃了容易脹氣,所以在歐美一向認為,豆類是窮人的食物;加上歐美並沒有製作豆製品的工坊,所以他們要吃大豆與豆製品並沒有像我們那麼方便。因此,大豆一開始並沒有得到很多的重視;直到二十世紀初一次世界大戰的糧食短缺,以及1920年代美國的棉籽象鼻蟲大爆發,使得美國人食用油的來源遽減,他們才開始把眼光看向可以榨油的大豆。接著第二次世界大戰,在美國參戰後,由於對肉類的需要,美國開始採用「肥育法」:提供以玉米與大豆為主的飼料給牛、羊、豬食用,同時限制他們活動的空間,如此一來可以將飼養的時間縮短一半到三分之二,也開啟了所謂的集約飼養(…

二氧化碳多,植物就會長得快嗎?

對於溫室效應(Greenhouse Effect)大家都耳熟能詳了,也知道是因為大氣中因為人類活動所產生的溫室氣體越來越多,這些氣體把太陽與地球所產生的輻射能量留在大氣層裡面,使地球表面的溫度提高。

溫室氣體(greenhouse gases)包括了水蒸氣(H2O)、二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、一氧化二氮(N2O)、臭氧(O3)與氯氟碳化物(CFCs,Chlorofluorocarbons),不過最主要的還是二氧化碳。慢著!二氧化碳不也是植物光合作用的原料之一嗎?那麼說起來,當大氣中的二氧化碳濃度提高,就代表植物會有更多的原料可以進行光合作用,所以...溫室效應所帶來的二氧化碳濃度上昇,應該會造成植物長得更好,所以溫室效應也不全是壞的囉?

理論上雖然是這樣,不過在實驗中卻發現不見得是這樣喔!有些植物的確長得更好,但效果並不持續;有些卻完全沒有長得更好。雖然有人認為可能是因為氮素不足,但在有些實驗裡又發現好像氮沒有那麼重要;至於植物的年齡與種類、水分、溫度、甚至添加二氧化碳的技術,雖然都可能有影響,卻又無法解釋不同實驗的結果。

到底是什麼影響到植物對二氧化碳所產生的反應呢?由歐洲與美國所組成的研究團隊,想到了菌根(mycorrhiza)。菌根是與植物根部共生的真菌,約有94%的植物根部都可以找到它(剩下的6%是水生植物)。有些菌根會把菌絲伸入植物的根細胞中形成菌根共生體(arbuscular mycorrhizae,簡稱AM),有些菌根則只會包覆在植物根的外圍,形成外生菌根(ectomycorrhizae,ECM)。這些真菌協助植物吸收水分與礦物質,從植物那裡得到光合作用所產生的醣類,對植物的生長與養分的循環有很大的貢獻。

但是外生菌根與菌根共生體與植物之間的互動其實不盡相同。過去的研究發現,外生菌根非常的講義氣,不管土壤裡面的養分(尤其是氮素)充足與否,外生菌根會一直與植物維持共生關係;相對的,菌根共生體雖然名為共生體,但是當土壤養分不足時,有些菌根共生體會轉為寄生(OS:那...還叫共生體嗎?)。而它們的分佈也不相同:菌根共生體多半都與沙漠、草原、灌木以及熱帶森林的植物在一起,外生菌根則常見於溫帶與寒帶森林。所以,會不會之前的許多實驗,其實都受到菌根種類的影響呢?

為了了解是否菌根真的是影響植物對二氧化碳反應的主因之一,研究團隊分析了83個不同研究團隊…

向日葵如何向日?

因為向日葵(Helianthus annauus)的花會朝著太陽的方向轉動,所以它們才叫做向日葵;這種行為被稱為「向日性」(heliotropism),與趨光性(phototropism)是不相同的;趨光性是朝向或背向光源的方向生長,而向日性則是跟著太陽的方向移動。

但是向日葵向日的機制是什麼?而它又為什麼要向日呢?

過去的觀察發現:未成熟的向日葵,每天早上會呈現面(花朵)向東的狀態;接著它便開始由東向西慢慢移動,到傍晚時成為面向西。晚上它會再由西向東移動,於是到了早晨又面向東了。

美國的研究團隊想要了解向日葵向日的機制,由於只有未成熟的向日葵花會有向日性,顯示或許向日性是一種生長反應。於是他們先做了兩個簡單的實驗,以釐清向日葵向日是否是一種生長反應。

第一個實驗是:在傍晚向日葵已經面向西時,將花盆轉180度。如此一來,早上向日葵就變成面向西。第二個實驗則是將向日葵的莖綁起來讓它不能跟著太陽轉。

結果不論是哪一種方法,實驗組的植物不論是葉片的面積或是植物的乾重,都比對照組要少10%。所以,向日葵的向日性的確跟生長有關;由於晚上沒有光線還是會繼續轉動,顯示向日反應可能也跟生物時鐘有關。

為了要了解是否與生物時鐘有關,研究團隊進行了以下的幾個實驗:

一、記錄植物在夏至(16小時日照:8小時黑夜)與秋分(12小時日照:12小時黑夜)花朵的移動情形。
二、把植物由14小時日照:10小時黑夜移到24小時光照,記錄植物花朵的移動情形。
三、將植物移到一天的長度為30小時的環境下,記錄植物花朵的移動情形。

實驗結果發現:向日葵的向日反應,果然與生物時鐘有關!在第一個實驗裡,向日葵在夏至夜晚移動的速度明顯較秋分夜晚快,所以儘管夏至的夜晚少了四小時,但是它們到早上通通都面向東了;第二個實驗,就如一般我們觀察到的,向日的反應在24小時光照下變得愈來愈不明顯;而最後一個實驗,當植物移到30小時一天的環境下,不但向日反應不會出現,連晚上由西向東的移動都亂掉了。

有些有生物節律的植物具備了位於葉柄基部的葉枕(pulvini),讓植物可以展現動的反應;但是向日葵不具有葉枕,是否是因為莖的兩側生長的速度不一致的關係呢?首先研究團隊以無法產生吉貝素(gibberellin)的向日葵突變株 dwarf2dw2)來進行向日反應的觀察。結果發現,dw2突變株長得很矮又沒有向日反應,但在噴洒吉貝素之…

全球暖化改變植物的雌雄比例

纈草(valerian)是多年生植物,雌雄異株。纈草屬下有許多不同種類,其中的 Valeriana officinalis有鎮靜與抗焦慮的藥效。而墨西哥纈草(Valeriana edulis)原生於北美,從海拔1,600公尺到3,500公尺都可以看到它的蹤跡。

分佈的如此之廣的植物,當然會面對不同的氣候囉!畢竟海拔每上昇100公尺,夏季時會下降攝氏0.6度,冬季時會下降攝氏0.36度;也就是說,墨西哥纈草面對的氣候可以相差到攝氏十一度,同時雨量會增加,也會使得土壤的濕度上昇。根據洛磯山脈(Rocky Mountains)的氣候資料,每上昇100公尺,融雪的天數也會延後4.1天。也就是說,長在越高的山上的墨西哥纈草,面對的是更短的生長季節。

縮短的生長季節,對植物會有什麼影響呢?過去的研究發現,長在高海拔與中高海拔區域的墨西哥纈草的雌雄比例不大一樣。過去的研究發現,每上昇100公尺,雄株的比例就減少0.88%;從最低分佈區域的雌雄各半到最高分佈區域,雌雄比例已經來到大約3:1了(雄株比例為22.7%)。也就是說,或許溫度對纈草的雌雄比例會有影響喔!

近年來,全球暖化已經影響到許多動植物的生存,對於墨西哥纈草,既然溫度變化可以影響到雌雄比例,暖化是否也會對它們造成影響呢?

美國的研究團隊發現,在科羅拉多的洛磯山脈區域,從1978到2014年,氣溫平均每十年上昇攝氏0.21度。溫度的上昇帶動了雨量、土壤濕度以及融雪日期的改變,造成雨量每十年減少1.91 mm、土壤的濕度則每十年減少 1.5%、融雪日則每十年提前2.9天。

這樣的變化,不可能對墨西哥纈草沒有影響。研究團隊仔細觀察四大群的纈草,首先發現,過去四十年來,纈草開花的日期每十年提早了3.1日。接著他們發現高海拔區雄株的比例上昇了,而且是隨著暖化的程度,以每10年增加 1.28%的速度上昇。這使得高海拔區的雌雄比例由四十年前的 3.4下降到2.85(雄株比例由22.7%上昇到26%)。

雌雄比例改變,是否會影響植物的授粉率呢?由於墨西哥纈草雌株的花粉來源有90%來自附近十公尺內的雄株,雌雄比例改變影響到授粉的成功率,是很合理的。研究團隊觀察發現,在過去,最高區授粉成功率只有76%,而最低區的則有95%。以目前有的數據推算,若暖化的速率不變,到公元2100年時,在最高區的墨西哥纈草授粉成功率會提高11.2%,但位於…

六千年前的大麥基因告訴我們的秘密

看過大麥嗎?吃過大麥嗎?我想在台灣的朋友,應該都會對上面那兩個問題搖頭。雖然大麥(Hordeum vulgare L.)現在已經不再出現在餐桌上了,但是它其實是在同一時期跟小麥一起被馴化的穀物;也就是說,西亞文明是建立在大麥與小麥(二粒小麥,emmer)上的。

由於大麥比麵包小麥耐旱耐鹽,成熟期比小麥短,對肥份也不那麼挑剔,所以在肥沃月彎、雅典兩個文明的晚期,當土地因過度開墾與灌溉而逐漸鹽化、失去肥份時,大麥便取代了小麥(當時的小麥已經不是二粒小麥,而是麵包小麥了)成為主要穀物。

時至今日,我們對大麥的印象,已經從餐桌上的主食變為飼料;但其實大麥仍然是釀酒(尤其是啤酒)的必需成分。由於大麥含有兩種澱粉酶(α-與β-amylase),有它的存在,澱粉可以加速分解;另外在釀酒時,大麥的外殼可以形成天然的過濾層;所以雖然我們不再直接食用大麥,它卻以「轉一手」的方式,出現在我們的餐桌上(動物的肉、啤酒)喔!

最近這些年,隨著分子生物技術的突飛猛進,我們看到了許多生物的基因體相繼解碼;從1995年流感嗜血桿菌(Haemophilus influenzae)的基因體被解碼後,1996年啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)成為第一個基因體被解碼的真核生物,然後在2000年的阿拉伯芥(Arabidopsis thaliana)、2001年人類基因體...

基因定序技術,隨著一次次的「練兵」也一日千里。但真正讓大家覺得大開眼界的是,古代生物的基因定序。

古代生物的基因定序之所以不容易,簡而言之,是由於我們的基因體(成分為去氧核糖核酸)也會持續遭受化學損傷與外來的輻射損傷;但當我們還活著的時候,身體有許多機制可以修復基因體,一旦我們呼出最後一口氣以後,修補機制也跟著停擺,於是損傷便開始累積。再加上,細胞也因為沒有能量可以維持基本的活動,而開始分解;最後,還有我們周圍的多數民族(細菌)們也會開始分解、吞食我們...所以能留下給我們定序的量實在是不多!也因此,在2010年,當帕波博士將尼安德塔人的基因體定序完成時,真的是非常的轟動啊!

相對於動物,古代植物的基因體似乎更不容易被保存下來!這是由於植物在構造上,因為缺乏了動物的骨骼等構造,使得它的基因體比動物更容易被分解。因此,雖然目前已有不少古代動物的基因體被定序,但能被定序的古代植物真的不多。

最近歐洲的研究團…

【原來作物有故事】馬鈴薯 從被誤解到大流行

生活中的馬鈴薯

大家對馬鈴薯的印象是薯條、洋芋片,還是咖哩飯裡的馬鈴薯?身為溫帶作物的馬鈴薯,可能是在十七世紀時隨著荷蘭人或西班牙人來台灣的;而薯條則是在1984年,麥當勞進軍台灣後,大家才知道馬鈴薯可以炸薯條。不過,薯條其實是比利時人的發明,在第一次世界大戰時被美國人帶回去,而且還錯誤的被稱為「法國炸(French Fries)」呢!為了不要讓薯條再被誤會,比利時已於2015年向聯合國教科文組織(UNESCO)申請炸薯條為世界遺產了。至於洋芋片,就真的是美國人的發明囉!在1850年代初期,紐約州的一個廚師因為客人嫌他的薯片切得太厚,一氣之下切了薄片拿去炸,沒想到大受歡迎—洋芋片就這樣誕生了。

最愛馬鈴薯的除了印加人,大概就是美國人了:他們吃薯條、炸洋芋片、烤馬鈴薯,還玩馬鈴薯!「玩具總動員」裡面的「蛋頭先生」,其實是「馬鈴薯頭先生」喔!他在1949年誕生,1952年上市,一開始是用真的馬鈴薯配上裝在大頭釘上的五官、鬚髮來販賣,到1964年因為新鮮馬鈴薯不耐儲存且大頭釘有安全顧慮,才改成塑膠製品。

野生的馬鈴薯大約只有小指頭大小,而且含有有毒的龍葵鹼,可不能亂吃喔!古代印加人發展出類似冷凍乾燥的技術,用來去除馬鈴薯的毒素與苦味,讓馬鈴薯變得可以吃。現代的馬鈴薯所含龍葵鹼很低,不過發芽時龍葵鹼會提高5-6倍,所以,家中的馬鈴薯如果變綠,就別再吃了!

馬鈴薯如何進入人類歷史

馬鈴薯發源於位於秘魯與玻利維亞之間海拔四千公尺的阿爾蒂普拉諾高原,當地的人最早大約是紀元前八千年就開始種/吃馬鈴薯了。發源於高原的馬鈴薯比小麥、玉米與稻米都耐寒。當地的人民依靠它為生,誕生了蒂亞瓦納科文明與印加文明。印加人崇敬馬鈴薯,稱呼馬鈴薯為Kausay,也就是「維持生命所需的物質」;在他們的傳說裡的大地/世界之母也是馬鈴薯女神。

到了十六世紀的地理大發現,馬鈴薯被帶回了西班牙。由於馬鈴薯的可食部分在地下,與大麥、小麥都不一樣;加上它凸凹不平的芽眼,使得當時甚至有「吃馬鈴薯會得痲瘋」的謠言,直到腓特烈大帝為了解決農作物的寒害問題,開始推廣馬鈴薯、舉辦試吃會、並以立法規定強迫農民種馬鈴薯以後 ,馬鈴薯才開始逐漸深入民間。到了十八世紀後半,德國因為有了馬鈴薯,逃過了寒害所造成的麥類作物歉收問題,終於成為歐洲強國。

馬鈴薯在十七世紀後半傳到愛爾蘭。因為它可以在貧瘠的土壤中成長茁壯,加上它能夠適應愛爾蘭…

【原來作物有故事】玉米與美洲文明

冬天來一根熱騰騰的水煮玉米或烤玉米、看電影時買一大包熱呼呼的爆米花,玉米雖然不是我們的主食,但也溫暖了我們的腸胃、增加我們生活的樂趣。

生活中,玉米以各種型態出現在我們面前。除了早期的白玉米、後來黃色的甜玉米以及現在可以做沙拉吃的水果玉米之外,玉米還以其他我們不容易留意到的型態出現:高果糖糖漿,以及動物的肉。

高果糖糖漿是在1960年代發明的。用酵素把玉米澱粉裡的葡萄糖轉為果糖後,玉米澱粉就成了高果糖糖漿。因為味道爽口又使用方便,它大量出現在飲料裡, 也造成了我們的肥胖問題。

很難想像,動物的肉裡面有玉米!那是因為,玉米是動物飼料的原料之一,就算你不喜歡吃玉米,只要你吃肉,還是會間接的吃到玉米喔!也就是因為這樣,玉米是世界產量第一的農作物呢!

在台灣,我們喜歡單色的玉米;但是美洲的原住民們卻喜歡雜色的玉米。雜色玉米其實是玉米基因體裡面的「跳躍基因」(transponson)造成的;所以沒有兩根雜色玉米的花樣是完全相同的。這個現象一直沒有人去研究,直到1940-1950年,美國的芭芭拉•麥克林托克(Barbara McClintock,1902-1992)博士解出了這個謎題之後,大家才知道原來有些基因是可以在基因體上移動的。

中南美洲的原住民可都是以玉米為主食的。他們大約在公元五千年前開始種玉米,到公元一千五百年前玉米就已經是現在的樣子了。不過,雖然玉米造就了馬雅、阿茲特克與印加文明,但由於它無法自然播種,也限制了這些文明的發展。

雖然玉米無法自然播種,但它的祖先--大芻草—是可以自然播種的喔!玉米可以說是被人類改變最多的農作物了,從比玉米筍還要小、具有堅硬種皮的大芻草,到長達二三十公分、香甜可口的甜玉米,若不說明,沒有人會相信他們是一家人呢!


玉米在美洲原住民的重要性,可以由印加文明中的大地之母(Pachamama)看出來。大地之母有兩個化身,一個是馬鈴薯女神(Axomama),另一個就是玉米女神(Saramama)。美洲原住民也發現了爆米花:有些品系的玉米,因為澱粉分佈的位置,使得他們的穀粒在加熱後會爆,由於他們崇敬玉米,於是爆米花也用來在祭典裡祭神。

但是,等到歐洲人到了新大陸,看到了玉米,一開始卻把它當作觀賞植物;後來又認為它的營養價值不如小麥,只適合給豬吃。不過,由於它生長快、產量大,很快南歐的義大利、西班牙等地,就開始有人以玉米為主食。

但是,由於歐洲人…

農業可能起源於兩萬三千年前

人類什麼時候開始學會種田的?考古學的證據,說是一萬兩千年前。

不過,最近在加利利海濱(Sea of Galilee)的發現,可能要把這個時間往前推個一萬一千年!

怎麼說呢?

當考古學家找到可能的古文明遺跡時,要怎麼判別「古人」們是過著狩獵/採集生活,或是農耕生活?

在遺跡發現植物的種子/果實並不能代表古人的確已經開始種田,頂多意味著他們會把種子/果實帶回居住地食用或保存;如果在遺跡發現的種子/果實的大小、型態與野生種有別,這當然就代表著,住在這裡的居民們過著農耕生活。

這是所謂的「馴化症候群」(domestication syndrome)。由於人類有意識或潛意識的選擇,使得動/植物在被人類馴化後,型態會產生變化:如植物可食的部位(果實、葉片或根/塊莖)變大、動物則會出現體型變小以適應圈養的生活形態等。

但是這些變化並非一蹴可幾,而是要歷經數十代乃至數百代的繁殖與選拔才能達成。因此,是否有可能當我們發現古人類的遺跡時,雖然他們已經開始種植植物,但這些植物仍近似於野生種,使我們下了錯誤的判斷,認為他們還過著狩獵/採集的生活呢?

當然無法排除這個可能性,所以來自以色列的研究團隊開發了另一個判斷的標準:雜草!

雜草?是的。雖然農夫們提到雜草無不恨得牙癢癢的,但是這些農夫欲除之而後快的有害植物,其實也是在我們的農耕行為中,跟農作物一起演化出來的。

怎麼說呢?人類在種田的時候會翻土、施肥。翻土破壞了土壤結構,施肥使得土壤中的有機質組成改變。翻土破壞了土壤結構,使得植物為了適應翻鬆的土壤,必需要發展出快速的吸水能力;而施肥會使土壤中的特定礦物質(尤其是氮元素)大大增加。雖然氮元素是植物生長所必需,可是也並非所有植物都喜歡高氮的環境。

因此,人類在開始農耕後選出來的農作物品種,當然都是吸水能力佳、喜愛高氮肥環境的農作物;而能夠在農田裡活下來、與農作物競爭一席之地的雜草,當然也要發展出這些能力,而且一定要有過之而無不及,否則便不能與農作物一較長短囉!

但是很少研究者注意到雜草,或者說,試圖去研究雜草的演化。雖然大家都同意,在古文明的遺跡附近,如果伴隨著雜草種子大量出現,代表古人很有可能曾經在這個地區進行過農業行為;但是究竟雜草在何時何地發源,大家還是沒多大興趣。

在這篇研究裡,研究團隊們找到了位於加利利海濱的Ohalo II。這個區域在過去一直都被水淹沒,直到連續幾年的乾旱使得湖…

大黃蜂蘭(bumblebee orchid)的擬態與化學模擬

在被子植物界有一群騙子專門「以騙維生」,他們有些會發出特別的氣味來吸引對花粉、花蜜沒有特殊興趣的昆蟲來幫它們授粉,有些則是長得像昆蟲的雌蟲,把雄蟲給騙過來交配(稱為擬交配 pseudocopulation)。

在這些「以騙維生」的植物裡面,或許Ophrys這一屬的蘭花可說是其中翹楚了。它們主要的目標是蜂。這一屬的蘭花不只會分泌雌蜂的費洛蒙,包括香葉醇(geraniol)、2-庚酮(2-heptanone)與2-壬醇(2-nonanol)來吸引雄蜂,還會在型態上模擬不同的蜜蜂。

被費洛蒙吸引過來的雄蜂,看到維妙維肖的假雌蜂,便衝過來胡搞瞎搞一番,等到發現新娘子好像沒反應(或是根本沒發現?)離開以後,蘭花傳宗接代的大業也完成了。

有多像?我們來看一下大黃蜂蘭(Ophrys bombyliflora)與短毛大黃蜂(Bombus subterraneus):

看到了嗎?主要是模仿腹部的部分。雖然我們人看來覺得還好,但加上氣味,被愛沖昏頭的大黃蜂根本分不清楚,嘩啦嘩啦的就上了...


參考文獻:

Borg-Karlson, A.K., Bergstro¨ m, G., and Groth, I. (1985). Chemical basis for the relationship between Ophrys orchids and their pollinators. 1. Volatile compounds of Ophrys lutea and O. fusca as insect mimetic attractants/excitants. Chem. Scr. 25, 283–294.

【原來作物有故事】淵遠流長一再改良的稻米

生活中的稻米

曾經是我們的唯一主食,現在也還是我們的主食之一的稻米,不管是稀飯、乾飯、蘿蔔糕、端午節的粽子,大家應該都不陌生吧! 聽過「蓬萊米」、「在來米」與「糯米」嗎?是否曾想過,到底它們有什麼不同呢?

除了米粒的形狀以外,蓬萊米(稉稻)、在來米(秈稻)與糯米最大不同的地方,是它們支鏈澱粉的含量。澱粉分為直鏈澱粉與支鏈澱粉,支鏈澱粉因為有分支,使它能跟更多的水分結合,讓煮好的飯產生軟黏的口感;所以米裡面的支鏈澱粉越多,飯就越黏。在來米只有不到八成的支鏈澱粉,而糯米有超過九成五都是支鏈澱粉;因此在來米煮成的飯乾乾鬆鬆的,適合用來製作米粉、河粉、碗粿、蘿蔔糕、米苔目等食物;而糯米煮成的飯很黏,適合用來製作八寶粥、粽子、油飯、湯圓、麻糬等點心。至於我們常吃的蓬萊米,所含的支鏈澱粉介於在來米與糯米之間,所以煮成的飯軟黏度適中,好好吃喔!不過,因為直鏈澱粉只要一個酵素就可以分解,而支鏈澱粉卻需要兩個酵素,所以糯米的確是不好消化,不要吃太多喔!

在台灣,目前種植最多的是蓬萊米,佔93%以上;蓬萊米裡面最受歡迎的品系則有臺稉9號、臺農71號(益全香米)、高雄139號、高雄145號、臺稉16號;種植最多的是台南11號。而全台灣產最多稻米的地區是雲林縣、彰化縣與嘉義縣。

稻米如何進入歷史

水稻是亞熱帶、熱帶作物,過去認為中國大陸的南方大約在六、七千年前開始種稻,不過最近在長江下游的虎溪地區,發現了古代種植水稻的遺跡,顯示中國的水稻栽培可能在九千年前就已經開始了。過去科學家們一直都無法確定稉稻與秈稻究竟是不是有共同的祖先,不過因為這次在虎溪地區發現的可能是稉稻,也進一步支持稉稻與秈稻應該有不同祖先的說法。

雖然中國在九千年前就已經開始種水稻,但是直到漢朝,吃大米都還是貴族的特權;三國以後北方才開始種稻,南方開始有類似現在的「魚稻共生」的技術出現。

台灣最早開始種稻是五千年前台南的大坌坑文化,當時種的是旱稻喔!十七世紀荷蘭人帶來了秈稻與水牛,而清朝來台灣的閩粵移民,除了帶來耕作灌溉技術以外,也從家鄉帶了更多不同品系的秈稻。

到了日治時期,因為日本人吃不慣秈稻,便由日本引進稉稻,並由磯永吉先生與末永仁先生進行育種。他們把日本水稻「龜治」與「神力」雜交,於1929年培育出適合台灣氣候條件的新種稻米「台中65號」,由當時的台灣總督命名為「蓬萊米」,意思是「來自蓬萊仙島的米」;同時也將台灣原有…

植物也懂得何時要「放手一搏」!

大家都聽過一句英文俗諺:「You've got nothing to lose.」,就是說當眼前的東西所剩無幾,賭一把如果贏了是賺到,輸了也沒差的時候,反正再輸也不過就是跟眼前一樣糟,很多人就會賭一把了。過去對動物的研究發現, 當動物在身處於匱乏狀況時,會比較傾向於賭一把。反正,最差也就是這樣了!

那麼,植物也會嗎?過去很多人都認為,植物沒有大腦,應該沒有辦法做這種複雜的決定吧?

不過,最近這些年,有越來越多的研究顯示,雖然植物沒有大腦,但是植物並不笨喔!在商週出版的「植物比你想的更聰明」裡面,有非常多的例子。而最近由以色列的研究團隊所發表的研究,更進一步證明了:植物比我們想得要聰明太多了。

研究團隊為了要了解植物是不是會也懂得「放手一搏」,他們選了植物最在乎、也最容易缺少的養分:氮肥。氮是植物最容易缺乏的礦物質之一,但是偏偏氨基酸、核酸、以及一些碳水化合物的合成都少不了氮。

植物只可以用兩種形式來吸收氮:銨(NH4+,ammonium)與硝酸根(NO3-,nitrate)。由於高量的銨對植物會產生毒性,所以植物只能吸收較多的硝酸根。但是土壤的顆粒是帶負電的矽酸鋁,而硝酸根也帶負電,同性相斥的結果造成它很容易流失。因此,植物時時都在監控土壤中的氮素濃度。

研究團隊先測量出豌豆(Pisum sativum)對氮肥最有反應的濃度區域,然後把每株豌豆的根系分別種在兩個半盆裡,一個半盆給予定量的氮肥,另一個半盆則給予不定量的氮肥。定量的氮肥分成三種不同的濃度:低(0.005 g/L)、中(0.010 g/L)、高(0.150 g/L)。而給予不定量氮肥的那半盆的變化分別為:

(一)低變化組:增加或減少0.005 g/L;也就是說,低定量組的豌豆的不定量半盆,每週得到的氮肥會在三個不同的濃度之間變化:完全沒有氮肥、0.005 g/L、0.010 g/L;而中定量組豌豆的不定量半盆,則是0.005 g/L、0.010 g/L、0.015 g/L;高定量組則是0.155 g/L、0.150 g/L、0.145 g/L。

(二)高變化組:增加或減少原來給予定量的一倍。由於低定量組已經很少了,所以低定量組就沒有高變化組。中定量組則是0.020 g/L、0.010 g/L、沒有氮肥;高定量組是0.300 g/L、0.150 g/L、沒有氮肥。

氮肥每週給兩次,濃度的變化是隨機的,但…

談基改作物(一)--從前從前有一隻農桿菌

基改作物是什麼?它的全名是Genetically Modified Organisms,簡稱為GMO。

從1994年正式上市供人食用的基改作物--蕃茄一號(Flavr Savr)開始、到1996年第一個上市的抗蟲作物,基改作物已經逐漸進入我們的生活中,由少到多,甚至可說是無所不在!根據Clive James 2015年的年度報告摘要,基改作物的種植面積由1996年的170萬公頃增加到2015年的一億七千萬九百七十萬公頃,足足增加了一百倍之多!這意味著全球二十八個不同國家,超過一千八百萬名農夫,不約而同地決定種植基改作物。

不過,雖然農民擁抱基改、四大植物生技公司努力的推展基改,基改作物似乎沒有那麼受歡迎?在林富士老師的「食品科技與現代文明」裡面的「基因改造食品風險與管理」中提到,歐洲一直不願意全面開放含有基改作物成分的食品進入;而在台灣的許多團體,無不反對基改作物引進台灣。多年來,基改這個議題在台灣,已經成了無法平心靜氣討論的議題。不論是贊成基改或反對基改,只要相關的議題出現在媒體上,兩方陣營都是砲火猛烈,幾乎都認為與自己意見不同的一方是知識水平不足。

在這一片喧囂之中,是否曾有在一旁觀戰的民眾思考過:究竟什麼是基改作物呢?基改作物是如何產生的?

這就要從農桿菌(Agrobacterium tumefaciens)開始說起了。植物跟我們一樣,身邊也圍繞著好菌壞菌;而農桿菌就是壞菌之一。打從聖經時代,由農桿菌導致的冠瘤(crown gall tumor)便已經開始受到注意;最早對於冠瘤的文字記載,則要從1853年開始算起。科學家們看到同樣長在森林裡的樹木,為什麼有些長瘤、而有些不呢?他們也注意到,雖然植物長瘤不致命,但是長了冠瘤的果樹產量會降低,於是便開始動手要找出造成冠瘤的禍首。

Fridiano Cavara 在1897年從葡萄的冠瘤中分離出了農桿菌。後來的許多研究也發現,農桿菌喜歡從植物的傷口進入,所以只要在寒流來襲前妥善地將果樹接近地面的樹幹包覆起來,減少樹木表皮因凍傷造成破裂,便可以有效防止農桿菌的感染。

雖說預防勝於治療,不過每次寒流來襲之前就要幫果樹穿棉襖,也實在太累了;於是有些科學家便開始尋找可以消滅農桿菌的方法。

孫子說:「知己知彼,百戰不殆。」想要消滅敵人,當然要瞭解敵人囉!於是歐洲、美國的科學家們,便開始了一場農桿菌的奇幻旅程~

第一個突破來自…

從草地開始的三餐

※本文是筆者為「青年尬科學」說明會所進行的科普演講改寫而成,內容與演講略有不同。

今天早餐吃了什麼?不論是麵包、玉米片還是稀飯,其實來源都是同一家族的植物:禾本科(Poaceae)。禾本科雖然只是種子植物的第五大家族,但我們的主食卻少不了它:麵包(小麥)、玉米片(玉米)、稀飯(稻米),甚至小米粥(小米)或是五穀或十穀飯,裡面都有大量的禾本科植物。當我們工作累了,決定要去郊外「踏踏青」的時候,有多少人想到,我們三餐主食的出身,本來也跟我們腳下的這些「草」沒有兩樣呢?

從以恐龍糞便化石中的植矽體(phytoliths)的樣貌,在白堊紀末期初登場以後,禾本科植物已經是種子植物中覆蓋地球最廣的科別了。那些默默在肥沃月彎年復一年地開花、結子,隨後散落一地的一粒麥(einkorn)與二粒麥(emmer),是在哪個時間點吸引了人們的注意力而被採集,又是從什麼時候開始,人類決定要開始種植它們的呢?

確切的年代無法得知,但伴隨著農業行為的開始,成熟後散落一地的麥粒,慢慢的成了依附在麥稈上金黃的麥穗;由於小麥不需要插秧、也不必挖穴種植,很快的它就成了重要的糧食,而種植它的人們,也為了照顧它放棄了四處為家的生活。

在這互相馴化的過程裡,除了小麥,大麥也是人們的朋友。但是,羅馬人卻愛上了小麥,而將大麥棄之如敝屣。當田地在年復一年地耕種後變得不再適合種植小麥以後,羅馬人甚至寧願離鄉背井、攻城掠地,去尋找新的小麥產區,也不願委屈自己吃大麥。他們對小麥的偏執,甚至造成了埃及的滅亡。

愛上小麥的不僅僅是羅馬。埃及人相信小麥發芽代表了生殖能力,於是將小麥作為婦女驗孕的工具:懷疑自己可能有孕的婦女,將尿液撒在小麥的種子上面,看看過幾天會不會發芽,以此作為是否懷孕的指標。

盼望著為家庭增添新成員的埃及婦女,每天回到播種的地方,冀望看到青翠的麥苗在風中搖擺;在另一個時空裡,華北的漢民族看著青翠的小米秧苗,吟詠著「彼黍離離,彼稷之苗」。因為生長期短、容易栽種,小米成為陪伴漢民族在華北平原成長的先驅部隊,直到小麥與稻米先後將它逼退。即便在唐朝中葉以後,小米的地位已大不如前,但居住在北方的漢民族仍有吃小米的習慣。

身為南方人的我們,總以為只有東亞民族吃米。其實稻米也是非洲部分區域的主食,在十七、十八世紀,當非洲住民因為新大陸對勞工的需求,而被違背意願地綁架到美洲時,他們也在這塊殘酷的大陸上回憶家鄉的味道。於…

【原來作物有故事】美國人教我們愛吃小麥

我們生活中的小麥

大家都知道我們每天早餐的麵包、生日的蛋糕,是用麵粉製作的,而麵粉來自於小麥;但有多少人知道,製作麵包與蛋糕的麵粉是來自不同品種的小麥呢?

一樣是小麥,但製作麵包用的高筋麵粉來自硬小麥,而製作蛋糕的麵粉來自軟小麥。小麥的硬、軟指得是裡面的麥膠(也就是俗稱的麵筋)含量的多少。麥膠多的硬小麥適合做麵包,而麥膠少的軟小麥就只能做蛋糕跟瑪芬了。但不論是哪一種,都跟一兩萬年前在肥沃月彎的小麥大大不同囉!

雖然世界文明最早的發源地就是在肥沃月彎;而肥沃月彎最早種植的農作物之一就是小麥;但是,當時種的小麥是「一粒麥」與「二粒麥」,只有兩套或四套染色體;後來種的麵包小麥是一粒麥與其他兩種禾本科植物發生混種的結果,共有六套染色體。雖然麵包小麥最晚在二十五萬年前就已經出現了,但是肥沃月彎的居民們一開始是先接觸到一粒麥,後來才碰到麵包小麥的。比起一粒麥,麵包小麥耐寒、產量高,所以後來一粒麥也被取代了。

小麥與歷史

由於小麥這麼早就出現在我們的餐桌,對人類的歷史產生了許多影響。因為小麥的蛋白質含量是所有禾本科植物中最高的,率先使用它的歐洲人可以將它作為主食而不會有蛋白質不足的問題。當時的人習慣將小麥磨碎後再加熱,製成麥粥;由於空氣中到處都有真菌的孢子,麥粥放置在室溫下一至二日便會發酵,便產生了「啤酒」。 從考古的資料看到,蘇美人便懂得用二粒麥與大麥來釀造啤酒;而埃及人已經會製造發酵麵包,還設立了工作坊。埃及人對小麥的崇拜,甚至使得他們相信小麥可以用來驗孕:當一個女子想知道自己是否懷孕,她就會找一塊地、撒下麥種,在上面撒尿,過幾天再回來看麥子是否發芽;如果發芽了,就代表懷孕了...

與小麥同一時間端上餐桌的還有大麥。大麥的口感不如小麥,但是成熟期比小麥短,又比較耐旱耐鹽,對肥份也不那麼挑剔,所以在肥沃月彎、雅典兩個文明的晚期,當土地因過度開墾與灌溉而逐漸鹽化、失去肥份時,大麥便取代了小麥。不過,羅馬人始終不能接受大麥做為主食;他們甚至會用吃大麥來懲罰不好好作戰的戰士。 由於不愛吃大麥,羅馬人為了要一直有小麥可以吃,只好不斷的擴張領土。於是西西里島、薩丁尼亞島、北非、埃及與西班牙都倒了大楣。

台灣早期主食是米跟蕃薯,麵食只是點綴;到了二戰結束,台灣開始接受美國在經濟上的援助(美援)以後,為了要解決國內糧食生產過剩的問題,美國便鼓勵當時接受美援的國家們多採購他們的農產品,同…

植物有「牙齒」?

植物不會動,所以遇到掠食者,只能無奈的被咬。不過,有些植物沒那麼認命。蕁麻科(Urticaceae)、大戟科(Euphorbiaceae)、刺蓮花科(Loasaceae)以及茄目下的 Hydrophyllaceae科的植物們為了積極防咬,他們會在身上長出刺來;只要曾企圖摘過花或果實的朋友,可能都有被刺過的經驗。

不過,有多少人會認真去看看這些植物的刺呢?我們大概都只是檢查一下手指、看看是否有殘刺留在肉裡,有的話就拔掉。就這樣吧?

不過,有些植物只要被它刺過一次,下次就不會去摸它了!例如原產於美洲與非洲的刺蓮花屬植物就是很好的例子。被它刺一下,那個痛只能說會讓你永生難忘!

會這麼痛是什麼原因呢?

我們先來看德國的研究團隊提供的刺的電顯照片:


原來,除了我們以為的細刺(small trichomes,小葉毛,上圖b)以外,它們還有「刺毛」(stinging hair,上圖a)-- 刺毛是單細胞的,它的尖端有個球狀的尾部,遇到機械壓力(如手摸、口咬等等),尾部就會掉落。掉落後,刺毛內部的空腔會將細胞內的毒液注射到我們的皮膚裡面(就像皮下注射一樣),這些毒液包括組織胺、乙醯膽鹼、血清素以及其他尚未辨別出來的物質(1),會引發非常疼痛的反應。而小葉毛雖然無法注射毒液,卻全身布滿細刺(好像它還不夠細一樣!)。由於它具備了刺毛與小葉毛的關係,使得我們被刺了以後,奇痛難忍。

大概是這個「奇痛」引發了德國的研究團隊的興趣,於是他們決定研究一下這一屬的植物的刺毛與葉毛的結構。結果他們很驚訝的發現,刺蓮花屬植物除了具備了毒液的刺毛跟小葉毛以外,它們的刺毛的尖端部位、以及小葉毛的細刺部位,其實都是由磷酸鈣(hydroxyapatite)形成(2)。

磷酸鈣有什麼了不起的呢?原來,其他有刺的植物的刺,都是以碳酸鈣或是矽來增加它的強度;唯獨刺蓮花屬植物使用磷酸鈣。磷酸鈣是組成哺乳類的牙齒、骨骼的成分,過去從來沒有在植物的任何結構上看過;同樣擁有刺毛的蕁麻科(Urticaceae)植物的刺毛只有碳酸鈣與矽,而這並不消減它的致命性:蕁麻科的蕁麻草( Dendrocnide moroides )是澳洲最毒的有刺植物,曾有導致馬死亡的案例。

這就讓研究團隊非常的好奇。為什麼刺蓮花屬植物要用磷酸鈣來增加它的刺尖部位的強度呢?會不會是因為它們無法代謝矽或是碳酸鈣呢?這個疑問很快就被解答了:研究團隊在刺…

【原來作物有故事】小米是我們共同的起點

小時候讀孟子,讀到:「惡莠,恐其亂苗也。」當時老師說,莠是長得跟農作物很像的野草,所以在田裡很難區分。當時覺得很奇怪,怎麼會有雜草長得像稻子?

後來才知道,原來莠是狗尾草(Stearia faberi),而孟子說的苗根本不是稻子,而是粟(小米,Stearia italica L.)!因為莠與粟同屬,所以長得像是當然的囉!

小米原產於中國大陸北方,不過粟只是其中之一;另一種是黍(Panicum miliaceum L.)。中國最早在一萬年前就有種小米的紀錄了;因為生育期短、對土地肥份需求不高、耐旱、與雜草競爭力強,所以在夏朝、商朝時期,因為耕作技術及相關農業知識(如:肥料)都還很欠缺,小米就成為主要的農作物:也就是說,漢民族是以小米立國的!所以過年春聯上寫的「五穀豐登,六畜興旺」裡面的「五穀」,其中的黍跟稷(粟的別名)是小米喔!

除了春聯,在詩經裡也可以看到許多與小米相關的篇章。如:「碩鼠碩鼠、無食我黍。」(碩鼠);還有「彼黍離離、彼稷之苗。」(黍離)。尤其是前者,人民好擔心大老鼠吃了他們的收成,害他們要挨餓呢!而在「孫子算經」裡面也提到,中國的計量單位,一石是4,608,000顆小米,而一斛則有六千萬顆!

雖然小米到春秋戰國以後,就慢慢被小麥取代,到唐朝中期以後,連稻米的產量都超過小米了,不過小米還是救荒的重要食物,直到明、清都還是這樣喔!雖然我們現在聽到小米只會想到小米粥,不過在漢朝以前小米是可以用來做麵條的,當時只有貴族才能吃小麥呢!

在台灣說到小米,絕對不能忘記的,是我們的原住民朋友們的小米(粟)文化!台灣各原住民族都種小米,也都有自己的小米傳說;原住民傳說裡的小米,來自於天上、地底、或遠方;而且,為了取得小米都要用偷的,偷的時候還常常要把小米藏在私密的地方;更神奇的是,偷來的小米只要一小片、四分之一顆、二分之一顆或一顆就可以煮一鍋飯,真的是很神奇的小米!

既然台灣的原住民朋友們種小米、而來自中國的漢民族也種小米,到底兩地的小米是不是一家人呢?成大生科系的張松彬老師,近年對台灣小米的品種進行研究後發現,原住民朋友們的小米是台灣特產喔!其實台灣原住民朋友們擁有全世界南島語族中唯一的小米文化;只可惜到了日治時代,日本人引進了稻子以後,小米就被打入冷宮了;若不是台大的郭華仁老師發現,有位美國學者Wayne Fogg在1975年到台灣十多個部落採集了九十六個小…

談基改作物(二)-- 選擇非基改,是花錢買健康,還是花錢買安心?

在我們的前一篇文「談基改作物(一)- 從前從前有一隻農桿菌」裡面,筆者已經為大家介紹基改作物是如何產生的,以及目前主流的基改作物屬於降低生產成本類型。也就是說,理論上這些基改作物並不會讓我們的營養狀況改善,只是能讓我們以低廉的價格購買食物而已(當然,買得起食物營養狀況也會變好啦)。

這些年來,關於含有基改作物的食品,是否會對人類健康造成威脅,最重要的論文大概就是Séralini等人發表的有關大鼠研究的論文了(原文連結請點此,中文改寫請點此)。在這篇論文中,研究團隊將大鼠分為10組,每組10隻,攝取不同的食物;簡而言之,大概就是以基改玉米噴灑年年春、基改玉米不噴灑年年春、非基改玉米噴灑年年春、非基改玉米不噴灑年年春等組別,對大鼠進行大約二年的測試。

實驗結果發現,食用基改玉米的大鼠,雌性都在食用一年以後出現乳腺癌(雄性則是以肝臟病變居多),而等到他們長到兩歲時,有八成都出現了腫瘤(控制組只有三成)。實驗結果發表後,真的是舉世震驚。許多反基改的團體們無不爭先引用這篇論文。

但是...慢著!如果基改作物的確有致癌性,那麼為什麼從那時(2012)到現在,基改作物還可以販賣呢?

有幾個原因,讓這篇研究充滿爭議,使得有些學者無法採信他們的結果。第一,這種大鼠(簡稱為SD rat)原本就容易長瘤。在1973年的論文中,研究團隊用了360隻這種大鼠,發現牠們在飼養18個月(年齡大約是19到20.5個月)時,有45%都長了腫瘤;而且雌性是雄性的兩倍。也是因為這麼容易產生腫瘤,所以一般以這種大鼠進行測試,都是測試三個月,不會進行長達兩年的測試。

當然,讀者可能會說,但是實驗組的腫瘤發生率還是比對照組高得多啊?在這裡要注意,因為在這篇論文中每組只用了10隻大鼠,對於癌症發生率如此之高的動物來說,只用了10隻,其實個別組的結果很難完全認定的確與實驗相關;就如在中文改寫下面的意見,就有讀者認為,這些組別中只有一組可以被認為牠們的腫瘤發生率與實驗的處理有關。

第二,大鼠本來就不是很長壽的動物。絕大部分使用大鼠進行的「長時間」測試的研究,僅觀察三個月而不觀察一至兩年,是因為大鼠們的平均壽命就是兩年!也就是說,這些大鼠在長到兩歲時,很多都長出腫瘤,其實跟人老了就會開始有很多大大小小的毛病是一樣的。

第三,在實驗組中並不是只單純的添加了年年春,還有組別添加了其他的物質來模擬受污染的自來水。而實驗結…

四物、八珍、十全大補湯真的是催生子宮肌瘤的利器嗎?

在2016年8月23日,一篇名為「親愛的,拜託速速遠離妳的四物、八珍、十全大補湯好嗎?」的文章,震驚了全台灣兩千多萬人。

在文章中,提到的「四物、八珍、十全大補湯」原本就是很多家庭會幫自己家中的女性在經期後補身用的方劑,原來竟是「催生子宮肌瘤,要多大就多大」的「旗艦版的肌瘤催生工具」?

當時筆者看了覺得有點驚訝,如果是這樣,怎不見任何相關的文獻說明呢?而且在文中也只提到「當歸」可能有這個效果,但是沒有人會只吃當歸一味中藥吧?


幸而很快就有許多中醫師出來澄清了,而鄭宏足醫師臉書上清清楚楚點出這篇文章的毛病在哪裡,筆者徵求鄭醫師的同意在這裡全文轉貼(藍字部分)同時標上重點給各位參考:

20160826,
專業人士(兼具藥師,中醫師,藥學博士)的公開言論千萬要謹言慎行,藉由聳動的恫嚇性言論博取媒體版面,造成全台譁然後,成就了自己的高知名度,卻傷害了中醫藥的專業,事後遭到中醫藥界嚴正抗議後,不思反省,不但沒有嚴正道歉,卻雲淡風輕、船過水無痕,想要避重就輕的淡化處理,讓身為同樣具備專業人士的我(兼具藥師、中醫師、工學博士),全然無法接受,茲就洪醫師的文章,提出幾點謬誤之處供大家參考:

一、標題切中民心,內文的說明卻充滿聳動與恐嚇之能事:
四物、八珍、十全大補湯,是民間非常常用的經後、產後、術後會自己去中藥店抓的藥方,也是夜市銷路很好的藥燉湯底,補氣補血功能無庸置疑,但是個人體質若不適合服用,會有一些副作用,須找專業中醫師診治開方才是正確的方式。洪醫師的錯誤在於以「可怕」來形容這種普遍的行為。甚至說出服用四物、八珍、十全大補湯後「保證可以讓子宮肌瘤、子宮腺肌症、卵巢囊腫等等無限發展,想多大就多大。我常常說十全大補湯簡直是旗艦版的肌瘤催生工具。」字裡行間充滿聳動與恐嚇的意涵。

二、專業人士論述一件事情,尤須引用來源出處,何況指控一件民間普遍行之有年的行為方式,卻毫無引用參考資料與文獻:
至少文中我打星號的地方是必須引用參考文獻
「十全大補湯,補血補氣的功能大增,保證可以讓子宮肌瘤、子宮腺肌症、卵巢囊腫等等無限發展,想多大就多大***。我常常說十全大補湯簡直是旗艦版的肌瘤催生工具***」
「因為妳所知道的這些子宮卵巢的腫瘤腺肌症啦都是血管高度增生的組織***,它們搶養分的能力絕對遠遠超出妳的正常子宮內膜***,是不會補到妳想補的地方去喔~~~~而且,如果妳家族裡有這些遺傳因子,那麼即使妳目前還…

阿拉斯加之死與刀豆氨酸(L-canavanine)

為了不被惡客入侵,植物都有內建的防禦系統。不同的植物有不同的防禦系統,有些植物讓自己變得很難嚼(如合成木質素),有些植物讓自己有噁心的味道,有些植物則更狠,乾脆下毒。

植物下毒的手法也五花八門,像苦杏仁含有苦杏仁苷(amygdalin),對植物本身無害;但人類的消化系統裡面有β葡糖苷酶(β-glucosidase),會將苦杏仁苷上面的氰根釋出,產生氰化氫,於是我們就中毒了。「後宮甄嬛傳」裡面的安陵容,最後就是服食苦杏仁而死的。

苦杏仁的毒性算是快的,有些植物下毒的手法比較慢,吃下去的時候不會馬上死亡,而是過個幾小時、一兩天才死。例如,有些豆科植物會合成刀豆氨酸(下圖上之Cana.,L-canavanine),它的結構與精氨酸(下圖下之Argi.,L-arginine)非常相似,只有在紅色標示的地方有不同。由於它們這麼相像,動物吃了它以後,細胞的轉譯系統(translation)會把刀豆氨酸當作精氨酸加入自己的蛋白質上面。

刀豆氨酸加上去了以後,會發生什麼事呢?雖然它跟精氨酸很像,但還是有那麼一點不像,而精氨酸在生物體的pH值下帶有正電荷,使得它經常出現在許多酵素的催化中心、以及蛋白質的活性位置上。當精氨酸被刀豆氨酸取代後,這些蛋白質無法執行正常的功能,最後造成的結果就是---中毒而死。

如果看過電影「阿拉斯加之死」(Into the Wild)的讀者,應該知道在1992年,24歲的麥肯迪尼斯(Chris McCandless)帶著少量的的食物和裝備徒步進入阿拉斯加荒野地帶,靠著獵捕野生動物以及採集植物生活了119天,直到被獵人發現陳屍在阿拉斯加迪納利國家公園荒野中的一部廢棄巴士裡的故事。

究竟麥肯迪尼斯是餓死的還是吃了不該吃的東西,直到2015年的一篇研究才揭曉:他可能是吃了山岩黃芪(Hedysarum alpinum)的種子而死於刀豆氨酸中毒。

山岩黃芪生長於北半球的溫帶與寒帶氣候區,當地的熊、野牛、麋鹿等動物都會吃它的軸根。當地的居民把山岩黃芪稱為野馬鈴薯(wild potato),將它的軸根生吃、水煮、烤熟或油炸。據說生吃的口感很像胡蘿蔔。

雖然它的軸根可食,但是種子裡面卻含有刀豆氨酸。這是植物為了避免動物採食它的種子,所演化出來的策略。雖然看起來好像不大合理(應該要演化出吃了馬上死掉的才更有效),但從長遠的演化角度看來,還是可以篩選掉喜歡吃它的種子的動物,…

從邱園報告看維管束植物

全世界到底有多少種維管束植物呢?邱園(the Royal Botanical Gardens, Kew)科學家們在比對許多網站、搜尋大量文獻後,終於在2016年釋出了第一份植物調查報告。

根據這份報告,世界上有三十九萬零九百種維管束植物,其中種子植物佔了百分之九十四。雖然看起來好像不少,但是有21%的植物面臨絕種的威脅,失去棲地(包括紅樹林、森林)、病蟲害、入侵植物都是影響植物生存的重要原因。

這麼多的維管束植物,人類只用了不到十分之一;在這十分之一裡面,有將近六成是藥用、接近兩成當作食物的、三成六作為材料。

這些植物裡面,有多少是有毒的呢?其實只有百分之八,還不到一成。不過,有些本來有毒的植物,在人類的農業行為中,找到了去除毒性的方法、或是培育出不含毒素的品種;但它們的野生兄弟們還是有毒的喔!例如馬鈴薯、苦杏仁就是很好的例子。

隨著近年生物科技的發展,植物的分類已經由過去以型態(尤其是花的型態)為主的分類系統,開始朝著分子分類學的方向發展。為了分類,科學家們會看兩個位於葉綠體的基因體上的基因。利用這些基因進行分類,可以幫助分類學家們弄清楚哪些植物其實在分類上是兄弟姊妹、而哪些可能只是遠房親戚。

除了失去棲地、病蟲害、入侵植物以外,有超過十分之一的植物生長區域很容易受到氣候變遷的影響,由於植物要傳播幾乎都要藉助其他的生物或水力、風力等,使得植物們在面對氣候變遷時特別脆弱。

有特別脆弱的植物,有沒有特別強悍的植物呢?能被歸類在強悍的植物,大概就是入侵植物吧!在這份報告裡提到,全世界總共有4,979種入侵植物,包括了我們很熟悉的小花蔓澤蘭(Mikania micrantha)。如果把這些入侵植物以科來統計,最強悍的科應該是菊科,第二名是禾本科,第三名是豆科。每年全世界總共要消耗5%的GDP來處理入侵植物所所產生的問題呢!筆者覺得,邱園的這個入侵植物清單,世界各國政府真的要好好收藏,以後每次打算引進某些植物時,都要核對一下喔。

邱園的科學家們說,未來這個報告會每年更新一次,希望可以讓這個報告越來越完整。對於全世界的植物愛好者來說,這真的是個好消息呢!

(本文改編後刊載於2016/7/23國語日報科學版


植物的記憶與普利昂蛋白(prion)

提到普利昂蛋白(prion),大家第一個想到的就是狂牛症。由於它們在1982年被發現會導致導致「狂牛症」與羊的搔癢症(Scrapie),使得大家聞普利昂蛋白而色變。但是,普利昂蛋白並不都是壞的喔!由於普利昂蛋白會自行複製,使得它很適合作為代代相傳的分子。有好些轉錄或轉譯調節蛋白以及RNA加工蛋白都有普利昂蛋白的結構域(prion domains,PrDs)在內。

許多植物需要「對的」光週期持續一段時間後才能啓動開花程序。但是,有些植物只需要暴露在「對的」光週期一兩天,有些植物則需要一兩週或甚至一個月都是「對的」光週期,才能啟動開花程序。究竟植物是如何記得那「對的」光週期持續多久了呢?而它們又能記得這個資訊多久呢?不知道。目前的紀錄保持人是冬小麥:科學家們把經過冷處理後的冬小麥進行組織培養,長出的癒傷組織(callus)在培養為成株後,完全不需要春化處理(vernalization),便能在第一個春天就開花結果。這麼好的記憶,究竟是從哪裡來的?

最近的研究發現,植物或許也是透過具有類似普利昂蛋白質結構域的蛋白質,把這些資訊紀錄在植物細胞中。

由於植物對光週期的「記憶」超卓,因此來自麻省理工學院的研究團隊,嘗試著在擬南芥的基因體內尋找普利昂蛋白的蛋白質結構域。搜尋的結果一共找到475個含有普利昂蛋白結構域的基因:這些基因包括了轉錄調節蛋白、RNA連結蛋白、與RNA代謝相關的蛋白、與繁殖及發育相關的蛋白還有花朵發育相關的蛋白。其中,研究團隊挑選了LD(Luminidependens)、FPA(Flowering Locus PA)、FCA(Flowering Locus CA)與FY(Flowering Locus Y)這四個帶有普利昂蛋白質結構域的基因。

挑選這四個基因主要的原因,是因為它們都與開花相關。其中LD是個轉錄調節蛋白,而FPA與FCA則是RNA連結蛋白;至於FY則對於RNA的加工(RNA processing)有關。為了要測試它們是否具有類似於普利昂蛋白的特性,研究團隊將這四個蛋白在酵母菌(S. cerevisiae,啤酒酵母)中進行了一連串的測試。之所以選擇在酵母菌裡面,而不是在植物中直接進行,是因為目前(類)普利昂蛋白在植物中的功能未明,因此要測試只能以酵母菌來進行測試。

在多年前,科學家們便發現,酵母菌裡面有個Sup35蛋白,當它在一般構形時,它會…

玉米吃多了會得糙皮病(pellagra)?

最近聽到有這麼一個網路謠言:玉米吃多了會得糙皮病(pellagra)。

這個謠言讓我覺得相當驚訝,玉米的確與糙皮病有關,但中間沒有因果關係。

我們先來看糙皮病。典型的糙皮病是因為飲食中缺乏維生素B3(菸鹼酸,niacin)導致,但也可以因為飲食中缺乏色氨酸(tryptophan)或賴氨酸(lysine)、或吃太多含有亮氨酸(leucine)的食物(如高粱 sorghum)引起。


典型的糙皮病的成因,主要是由於維生素B3是合成細胞內重要的輔酶 NAD+ 或 NADP+ 所需。因為細胞內許多重要的氧化還原反應,都要靠這兩個輔酶幫忙;而合成這兩個輔酶的重要原料就是菸鹼酸。因此,當維生素B3缺乏時,所產生的影響是非常嚴重的。怎麼說呢?細胞內產生能量的反應:細胞呼吸(cellular respiration),涵蓋了醣解作用(glycolysis)、檸檬酸循環(克氏循環 citric acid cycle)與電子傳遞鏈(electron transport chain),其中醣解作用與檸檬酸循環都是氧化的反應,而氧化後所產生的電子大多交給這兩個輔酶之一的NAD+,接著它再把電子交給電子傳遞鏈產生能量(ATP,腺嘌呤核苷三磷酸,如下圖)。


由於它是如此的重要,一旦維生素B3缺乏使它無法合成,所顯現出的症狀主要包括了三個「D」:腹瀉(diarrhea)、皮膚炎(dermatitis)與癡呆(dementia)。如果不及時提供維生素B3,患者最後會死亡。

說了這麼多維生素B3的重要性,到底玉米跟它有什麼關係呢?

原來,最早發現糙皮病就是出現在以玉米為主食的地區。在1735年,西班牙的卡薩爾醫師(Dr. Gaspar Casal)注意到,在以玉米為主食的地區出現了一種病:病人的鎖骨與頸部之間出現了皮膚炎。他將這個病徵稱為卡薩爾項圈(Casal Collar)。而「糙皮病」(pellagra)這個名字得自於義大利Francesco Frapolli醫師,他把 pelle(皮膚)與 agra(酸)兩個字組合起來。

由於當時糙皮病在歐洲盛行率很高,而且幾乎都出現在以玉米為主食的地區,使得有些醫生相信玉米有毒。當時還有醫師在法國推動不吃玉米,而也的確使得糙皮病的症狀改善。

但很奇妙的是,糙皮病在中美洲並沒有發生,使得有些醫師開始研究起中美洲人民到底是怎麼吃玉米的?畢竟他們已經吃玉米吃了上…

世界維管束植物大盤點

全世界到底有多少種植物呢?在科學家們比對許多網站、搜尋大量文獻,刪除掉不同名但實為同種的植物後,邱園(the Royal Botanical Gardens, Kew)終於在今年釋出了第一份世界(維管束)植物調查報告。

根據這份報告,世界上有390,900種維管束植物,其中種子植物有369,000種,佔94.4%。這麼多的維管束植物,有多少種為人類所用了呢?根據文獻的紀錄,人類只用了31,128種,還不到十分之一(7.96%);其中最大宗,不意外就是藥用(17,810種,57.1%)。當作食物的植物則有5,538種(17.8%),而作為材料的則有11,365種(36.5%)。雖然我們常聽到「有毒植物」這個詞,但在這麼多為人類所用的植物裡面,只有2,503種是作為毒藥/毒素,還不到一成(8.04%)。

在2015年,全世界總共發現2,034種新植物。包括九十種海棠屬、十八種蕃薯屬(包括了蕃薯 Ipomoea batatas 的近親)、五種洋蔥屬以及一種在臉書上發現的肉食植物。中國、澳洲與巴西是過去十年提出最多新種的國家,中國提出了1,537種,澳洲提出了1,648種,而巴西則提出了2,200種。

為什麼會有不同名但實為同種的狀況呢?那是因為同一種植物在不同的時間、空間,被不同的人發現的關係。由於命名是根據生物的特徵,所以同一個植物會有不同的名字。這些分類上的同義詞(synonym),由於描述了生物的特徵,因此也會被保留下來;根據邱園的資料,平均每個植物有2.7個同義詞。

隨著近年生物科技的發展,植物的分類由過去以型態(尤其是花的型態)為主的分類系統,開始朝著分子分類學的方向發展。為了分類,目前已經有三分之一弱的維管束植物有部分的基因被定序(106,700種,28.92%);主要定序的基因在rbcL與/或matK上。這兩個基因都是葉綠體的基因,因為在不同的植物間高度保留而被用做分類上的依據。整個基因體完整的被解讀出來的植物,只有一百三十九種,還不到0.1%,而且大部分是農作物。由於氣候變遷造成農作物的產量與品質都受到影響,近年來各國的研究團隊紛紛在找尋農作物的野生種,並將之與現在的栽培種進行雜交,以培育出更能抗蟲、抗旱等特質的新品種,因此目前更重要的工作,應該是將農作物的野生種定序出來呢!

雖然看起來好像不少,但是有21%的植物面臨絕種的威脅,失去棲地(包括紅樹林、森…

植物是地球的能量工廠

地球上最重要的反應應該就是光合作用(photosynthesis)了,就如植物的頂芽生長點是地球上最重要的組織一般。這是由於地球上的異營生物無不依靠自營生物作為直接或間接的食物來源,而自營生物的養分幾乎都是由光合作用而來。
葉片是獲取能量的小尖兵
自營生物的器官衰老是非常複雜的機制。在秋天撿起一片地上的黃葉,與仍在樹梢上翠綠的葉子相比,會發現黃葉的重量較同等大小的綠葉輕很多;這是因為植物會將衰老葉片中剩餘的、可利用的物質分解後運回,提供其他組織再運用。不若異營生物,由於每一個器官、組織都需要由自己生產的能量來製造,因此自營生物在淘汰老廢器官與組織時,一定會將殘餘的養分盡可能的回收。汰舊換新對所有生物都是一整年的工作,但對於多年生的落葉樹來說,每年春秋二季會發生大規模的迎新去舊,是它們一年兩次的大工程。
當時序慢慢進入秋天時,植物體內可藉由光敏素(phytochrome)感應逐漸加長的黑夜。光敏素是由兩個多肽組成的雙體(dimer),每個多肽有一千多個氨基酸那麼長,並加上一個色素分子(phytochromobillin)。光敏素將季節的信息送到頂芽,頂芽便開始進入休眠;其它的葉片啟動衰老機制、將可以回收的養分盡量回收之後,隨著連接葉柄與莖的薄壁細胞死亡,毫無生氣的葉片因自己重量的垂墜,被拉離開植株,飄落到地面。
這一切雖然看似與光合作用無關,但它卻是背後的影武者。在夏季的尾聲,隨著日照時間減少,植物能進行光合作用的時間縮短;同時,因為太陽的角度逐漸偏斜,在有限時間內,植物能捕捉到的光能也逐漸減少。以經濟的角度來看,光合自營生物此時若仍維持著龐大數量的葉片,並不是一種聰明的做法;於是有些樹木選擇將葉片中的養分回收儲存,同時降低所有的活動來過冬。等到冬去春來,可進行光合作用的時間變長了,加上太陽的角度逐漸轉正,植物以光敏素覺察到黑夜時間逐漸縮短,新芽便開始萌發,葉綠素的合成與葉綠體的發育,讓新生的葉片抹上了一層層的綠意。
由此可知,光合作用需要捕捉光能、以及將光能轉換為化學能的「用具」,並且,這些用具要能夠被恰當地放置在可以接收到足夠光能的地方。除了少數因為生活環境而必須修改基本設計的植物以外,絕大多數植物執行光合作用的主要部位是葉片;而葉片中用來捕捉光能的用具就是光系統(photosystem)。
抽絲剝繭光系統的運作
在葉綠體的類囊體膜(stromal membrane)上,可以…