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孔雀秋海棠的光合作用魔術

原產於馬來西亞雨林的孔雀秋海棠(Begonia pavonina),只有在光線極弱的狀況下葉片會出現藍色。當光線夠強的時候,葉片上的藍色就不會出現了。

因為這藍色是如此的美麗,使它得到了「孔雀秋海棠」(peacock begonia)的美名。大家搶著種它,想要看到那美麗的孔雀藍;但到底為什麼要出現這美麗的孔雀藍呢?

通常我們都認為,在葉片裡面除了葉綠素以外的光合色素,都是輔助色素:在光線不夠時,幫忙吸收更多光能;在光線太強時,把多餘的能量發散。所以孔雀秋海棠的孔雀藍,是否也是一種輔助色素呢?

之前的研究已經發現,這些孔雀藍,應該是來自於被稱為虹彩體(iridoplast)的一種色素體(plastid)。虹彩體位於葉片上表皮的細胞中,為葉綠體的變體。在最近的研究發現,這些虹彩體的類囊體(thylakoids)以一種不尋常的方式排列:每疊葉綠餅(grana)由三到四個類囊體組成,厚度約為40奈米;而一疊一疊的葉綠餅之間的距離約為100奈米。


一般的葉綠體,通常葉綠餅的排列是散亂的(如圖);孔雀秋海棠的虹彩體的葉綠餅卻排得如此整齊,有什麼作用呢?

研究團隊測量了20個虹彩體,發現它們的特殊構造賦予它們反射435~500奈米的光波的能力。這個波長正好就是藍光波段的最右邊,與綠光交界的位置。這就是為什麼孔雀秋海棠是藍色的原因吧!

不過,這些虹彩體不只是會反射藍光而已。研究團隊還發現,虹彩體讓孔雀秋海棠吸收較長波的綠光與紅光的能力提升了!這對孔雀秋海棠是非常重要的,因為它們通常在熱帶雨林的地面上生長。

在熱帶雨林裡,光線都被大樹給遮住了,使得地表的光線極弱。弱到怎樣的地步呢?大約是樹冠光線強度的百萬到千萬分之一喔!而且還不只是光線變弱而已,因為雨林中的大樹們把進行光合作用所需的兩個主要波段的光(460奈米與680奈米)都吸收得差不多了,在這樣的環境下,孔雀秋海棠如果不發展出吸收一點綠光的本事,還真的會混不下去。

事實上,因為這些特殊的構造,虹彩體比一般的葉綠體進行光合作用的效率更高。研究團隊藉著測量葉綠體的螢光(葉綠體進行光合作用時,一部份的葉綠素會把吸收的光以暗紅色的螢光發射出去;所以可以藉著測量螢光了解植物進行光合作用的效率)發現,虹彩體進行光合作用的效率,比一般的葉綠體都好。不過,當光線變強的時候,虹彩體的效率就沒有那麼好了;這或許就是為何,當我們把孔雀秋海棠種在光線…

【原來作物有故事】樹上的羊毛~棉花

生活中的棉花

現在大家都愛穿純棉的衣服,因為它吸汗又透氣。但是在六、七十年代時,大家更愛穿人造纖維的衣服喔!因為不皺免燙又快乾,對媽媽們來說,小朋友的制服用人造纖維料子,晚上洗好晾著,早上就可以穿去上學了。當時的「太子龍」、「達克龍」可是許多媽媽的心頭好呢!但隨著社會進步,崇尚自然的風潮興起,大家又開始擁抱起老朋友了。

發源於巴基斯坦的棉花,共有39個品種,4個栽培種:最常見的商業品種是美洲高地棉,佔90%;而纖維最長的是海島棉;另外還有中棉與草棉,因為纖維較短,只能用來做填充材料。

由於種子容易隨風、隨水散播,中國與印度很早就接觸到棉花。棉花原來是木本多年生植物,經過人為的種植後,出現了一年生草本品系,更促進了它的傳播。不過,由於絲與麻比棉花先到達中國,纖維又比棉花長,使得棉花一直到宋朝以後才因為較溫暖與耐穿獲得重視。而南宋的黃道婆,從海南島帶回紡織棉花的技術,更使得棉紡織在松江地區大大發展。至於歐洲,則要到了十六世紀後才開始大量接觸到棉花做的布料。

在台灣,台南市將軍區曾有「棉被的故鄉」之稱,在清朝時便栽種棉花,日據時面積達六千多公頃。其中苓子寮社區舊稱「棉被窟」,全台棉被廠師傅幾乎全從這裡來。後來因為低價棉進口、以及人造纖維興起,才逐漸沒落;不過在2016年,因為有機棉花興起,台南市的棉花又復耕囉!

棉花如何進入世界歷史

最早栽培棉花的是亞洲人,但最先用棉花紡紗織布的卻是印度人。從印度與孟加拉進口的細棉布,在十七世紀縱橫歐洲市場,銷售量從十七世紀初到末葉增加了五倍,引發了英國絲織業與羊毛製造業的抗議,在1721年通過禁止進口印度彩色細棉布與絲綢。但禁止進口反而引發了英國走向自製棉布的道路,同時也推動了工業革命:從1738年水力紡紗機的發明、到1760年代一次可紡八支紗的珍妮紡紗機出現,以機器進行大量生產的思維就如時代的巨輪般無法阻擋。雖然珍妮紡紗機被當地居民搗毀,但等到1775年瓦特改良蒸氣機,1785年羅賓遜把蒸氣機裝到棉紡廠,加上美國開始種植棉花,英國很快地就從棉布的進口國,轉而成為進口棉花與出口棉布的大國,曼徹斯特也成了英國的「棉都」。棉花推動了工業革命、棉紡織公司是世界最早的上市公司、紡織工廠使人放棄農業活動,成為專業的「工人」。

英國生產這麼多棉布,要往哪裡賣呢?印度!十八世紀下半葉,英國不但不再跟印度買棉布,反而以關稅與稅收條款為手段,大量向印度傾…

玉米如何征服世界?

玉米(Zea mays)原產於中美洲墨西哥的特瓦坎谷地(Tehuacan Valley),為一年生禾本科草本植物,也是全世界總產量最高的重要糧食作物。目前的許多證據都支持玉米大約在一萬年前自大芻草(teosinte,蜀黍)馴化,但是當我們把大芻草與現代玉米放在一起看的時候,很少人能夠聯想到它們之間的關係!

大芻草與玉米的差別極大,代表了在馴化的過程中可能牽涉到了不少的改變。不過,在過去的環境中,大芻草的型態應該跟我們現在看到的「一堆草」有相當的差別;這在2014年的研究已經證實,在仿古氣候(攝氏20.1到22.5度,260ppm的二氧化碳)下生長的大芻草,型態比較類似現在的玉米(1)。

這說明了它在一萬多年前能夠得到人類青睞的原因。畢竟,如果長得像一堆草,加上種子又少又不起眼,很難想像會有誰那麼「飢不擇食」地想吃它。

不過,任何野生植物一旦雀屏中選,成了人們的盤中飧後,接著就會開始受到人的影響。我們喜歡果實大的品種,所以在種植的時候會留下果實大的明年再種;我們懶得一直彎腰撿掉在地上的果實,所以成熟後會自然掉落地面的,就會被我們忽略;我們喜歡味道好的,所以有苦味的品種便被我們給忽略掉了。

玉米在被人們端上桌以後,也歷經了極大的轉變。但是,到底那些基因是分別在什麼時間點受到人擇的影響,就必需要有古代的樣本才能比較了。雖然近年來定序古基因體的技術已經相當成熟,但沒有樣品,也只能望而興嘆。由於植物不具有動物的骨骼,使得要在古代的植物樣本中找到殘存的組織極不容易;更不要說可以定序了。雖然有如大芻草等類似活化石可以比較,但如果能找到介於大芻草與現代玉米之間的樣本,又能從其中取得基因體的資料來進行比較,絕對可以讓我們更了解,到底在植物與人們的互動中,重要的變化是如何發生、何時發生的?

位於美國麻省的羅伯特·皮博迪考古博物館(Robert S. Peabody Museum of Archaeology),剛好就收藏了這樣的一個古老的樣品,而且裡面竟然還有足夠的組織可以讓研究團隊進行基因體的分析。這個樣品在1960年代就已經被發現,並收藏在博物館裡了。研究團隊以質譜儀進行年代測定後,發現它大約是5,310年前的樣本(2)。

研究團隊將這個樣本(特瓦坎162)與現存的兩種大芻草:低地大芻草(Zea mays ssp. parviglumis)與高地大芻草(Zea mays ssp…

「一花一世界,一葉一如來」之白花藿香薊(Ageratum conyzoides L.)

上次看過紫花藿香薊的花,一直想看一下白花藿香薊的花;但是連著好多天都下雨,一直沒辦法出去採花,直到今天雨停了趕緊出去當採花賊~


白花藿香薊是台灣原生種,花朵比紫花的要小得多。這次拔了一整朵的花下來看看。


可以看到放大了以後也是一樣有很多突起,不過白花藿香薊的花瓣形狀比較尖,紫花比較圓。

看一下影片:


想在台灣四季都種草莓

現代的草莓(garden strawberry,Fragaria × ananassa)是在1750年代由北美東部的草莓(Fragaria virginiana)與智利草莓(Fragaria chiloensis,在1714年由Amédée-François Frézier 引進歐洲)雜交育種而來的。現代草莓的產生,使得在歐洲原生種的野草莓(woodland strawberry,Fragaria vesca)式微。

身為溫帶植物,草莓在台灣每年都要重新種植一次;一般來說,草莓在台灣都是在每年的九、十月定植,寒假時便可採收。但是在有些不若臺灣那麼熱的地區,草莓其實是多年生植物。是否有可能在臺灣也可以四季都種草莓呢?

位於新竹的工業技術研究院,與慈大生科的周帛暄老師個人網頁),嚐試著在不同品系的草莓中,找出能讓草莓在台灣四季都可種的遺傳因子。原來,有些品系的草莓的確比較耐熱;周老師經由分析草莓的轉錄體(transcriptome),先找到草莓的熱休克轉錄因子(heat shock transcription factor),再以定量聚合酶反應分析(qPCR),比較耐熱品系與一般品系之間的熱休克轉錄因子表現量的差異。

周老師發現,在耐熱品系草莓中找到表現量較高的熱休克轉錄因子,轉入擬南芥(Arabidopsis thaliana)中,也會讓擬南芥的耐熱能力提高;未來工研院希望可以將這些熱休克轉錄因子做為育種時的分子標誌,如此一來可以加快耐熱品系育種的速度,或許再過幾年在台灣一年四季都可以種草莓呢!

【原來作物有故事】菸草 世界上最致命的植物

生活中的菸草

有一種植物,每年奪走540萬人的性命。但是它竟然可以合法販賣!它是什麼呢?菸草!全球有980萬英畝的土地用來種煙草,每天全球有13億人吸食它的煙。喜歡它的人說:「飯後一支煙,快樂似神仙。」,不喜歡它的人,只要有人吸煙,立刻就躲得遠遠地。

最早開始抽煙的馬雅人,是以玉米葉裹著菸草來抽;後來有人發明了煙管與煙斗,還有把菸草碾碎成粉、放進鼻孔裡的鼻煙。紙煙則是到1832年土耳其與埃及之戰時才發明的。一個埃及砲手發明了用紙包裹火藥的方式來提升大砲的威力,因此獲得了菸草作為獎勵;但不幸他的煙斗卻破了。於是他用包火藥的紙來包裹菸草,紙煙就這樣問世了。原本紙煙都是人工捲煙,但是美國的詹姆斯‧布坎南‧杜克在1867年引進自動捲菸機,造成紙煙的價格大幅下跌,紙煙便成了最普及的菸草產品囉!

雖然抽煙有提神的效果,但是菸草含有會使人上癮的尼古丁,這也就是為何吸煙容易戒煙難;而尼古丁會使人上癮的事實,卻一直被菸草公司隱瞞著,直到1996年才被公諸於世。

我們現在都知道吸煙對健康有害,會導致肺癌、咽喉癌與口腔癌等,但因為要大約20年才會產生癌症,一開始大家都不知道吸煙對我們健康的損害是這麼大喔!由於吸煙不只是對自己的健康有害,吸到他人吐出來的二手煙也會影響健康,台灣已經在2007年通過「菸害防制法」,並於2009年1月11日施行,只要是室內公共場所或三人以上的工作場所,都不可以吸煙,否則至少要罰兩千元喔!

菸草如何進入人類歷史

菸草起源於美洲、澳洲、西非以及南大洋洲。美洲大陸的原住民認為菸草是上天賜給的禮物,是神聖的草。中南美洲的馬雅人,早在公元前1500年便已經開始吸煙了。他們不管是戰爭、狩獵、和談、祭祀,都要用到菸草,馬雅甚至還有「吸菸神」呢!馬雅人吸煙,印加人則是把菸草與古柯葉放到嘴裡咀嚼。

第一個看到菸草的歐洲人應該是哥倫布,後來不同的人把菸草帶回歐洲各國,使它風行歐洲。歐洲一開始只是把菸草當作印地安人的草藥,等到西班牙的藥物學書籍在1577年被翻譯為英文後,因為裡面提到菸草的藥效;使菸草的藥性開始被重視、甚至被認為可以治百病。在1644-66年倫敦鼠疫大流行時,由於傳說菸草店的員工都沒有得到鼠疫,造成菸草大為風行,甚至連兒童也被迫吸菸呢!

而英國在美洲新大陸的殖民,若不是因為菸草,恐怕美國要晚很多年才會在世界地圖上出現。原來從十六世紀後期開始,英國一直嘗試移民北美新大…

「一花一世界,一葉一如來」之蝴蝶之舞

蝴蝶之舞(Kalanchoe fedtschenkoi)是一種蠻常見也很好養的多肉,不過養到開花也是第一次。
因為也頭一次看到它開花,覺得它的花花瓣薄薄的蠻透光,應該也可以在顯微鏡下面看。

手機顯微鏡如果用後鏡頭,就是用樣本貼紙(如上)把樣品貼好以後放在光源載台上觀察。如果樣本是乾的(如蕨類的孢子),看完後還可以貼到跟著手機顯微鏡來的記錄本上,寫一下採集日期跟樣本種類;若是濕的(如本篇的花瓣),看完就只好扔了。
有興趣要買的可以按這個連結購買。








「一花一世界,一葉一如來」之小金英

小金英(Ixeris chinensis (Thunb.) Nakai)是台灣路邊常見的野草,學校的操場邊、山間總是可以看到它的蹤跡。


它也是民間常見的草藥,有人說它可以抗癌等等...不過真的生病還是要先看醫生,聽聽醫生怎麼說才是最好的。

它的種子是具有白色冠毛的瘦果,果實成熟後會藉著冠毛隨風飛散。

因為有億觀生技的 μHandy 手機顯微鏡(購買連結),這天去採了小金英的果實來看。

瘦果的部分最後在影片會看到(反正黑黑的也看不到什麼),但是冠毛在顯微鏡下真的很美!

放大37倍(上圖)已經可以看到,肉眼看似平滑的冠毛其實有很多突起。

放大250倍的冠毛,可以很清楚看到尖端不是平的。小金英的冠毛應該跟棉花的棉絮一樣,都是單細胞的構造。

放大到三百倍可以看到冠毛那些突起也都具有尖銳的尾端。

最後讓大家看看影片,顯微鏡下的世界真的是令人嘆為觀止啊。


在手機顯微鏡下看這些很平常的小東西真的很有趣。紫花藿香薊的花瓣也讓我大吃一驚!相對於傳統的顯微鏡,手機顯微鏡價格親民、操作方便,拍照也很容易,不若傳統的顯微鏡還要買一堆外接相機的設備...對於滿足好奇的心靈是很棒的設備。有興趣的朋友可以點這個購買連結