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【原來作物有故事】世界最大的草本植物 香蕉

尚未成熟的香蕉。圖片來源:Wiki

作者 葉綠舒(慈濟大學生命科學系助理教授)、王奕盛、梁丞志(慈濟高中)

香蕉(Musa x paradisiaca),在生活中隨處可見的一種水果,吃起來鬆軟香甜,大人小孩都喜愛。也因此,香蕉在台灣,曾經為我們帶來了高達一年一億美元的外匯,這為我們帶來龐大利益的水果,又是如何進入台灣呢?讓我們一起來了解香蕉這個水果吧!

香蕉在台灣又稱甘蕉、芎蕉、芽蕉、弓蕉,為多年生草本植物,也是世界上最大的草本植物。我們現在吃的香蕉稱為華蕉,是小果野蕉的三倍體,它在台灣被稱為「北蕉」,應該是因為兩百多年前從大陸華南廣東、福建地區引進時,由於從北部基隆港引入,就得到這個名字了。目前全世界有135個國家栽種香蕉,全世界生產的香蕉有15%供外銷。

香蕉最早可能是在東南亞與巴布亞紐幾內亞馴化,考古發現可以追溯到公元前五千年。究竟是何時傳入台灣有很多不同的說法,可能是在200多年前來自福建,到了日治時代,由於日本人愛吃香蕉,在台灣各地試種,發現中南部最適合種香蕉;因此主要產地集中在中南部地區,尤其在高雄市旗山區最多。旗山區曾被稱為「香蕉王國」,在1907年已有香蕉外銷日本;到了1967年(民國56年),旗山出產的香蕉佔全國總產量的58%,逼近全國出口值的十分之一,成為當時台灣的主要經濟命脈之一。後來因為不敵菲律賓與中美洲各國的競爭,目前主要提供國內食用。

美洲的香蕉主要由中美洲國家進口,但是出口香蕉的利益為少數公司所把持;公司為了自己的利益,要求農民使用危險的農藥處理香蕉,使得中美洲農民的健康被殘害,甚至無法生育!隨著公平貿易興起,農民不需要再使用危險的農藥,收入也提高了不少,生活也獲得改善。

公平貿易的標誌。圖片來源:Wiki

雖然我們目前食用的香蕉主要是華蕉,但是在1950年代時全世界主要的香蕉卻是被暱稱為『大麥克』的大米七香蕉。為何大米七香蕉會被華蕉給取代呢?因為當時黃葉病在全世界大流行,由於栽培用的香蕉都是三倍體,只能以無性生殖的方式繁殖;無性生殖的好處是所有的香蕉口味都是一樣的,但是壞處就是一旦有病蟲害出現,因為所有的香蕉都是一樣的,感染便如野火燎原一般地散播開來!眼看著全世界的香蕉產業就要不保,還好當時發現華蕉對黃葉病有抵抗力,於是農民紛紛改種華蕉,華蕉便一躍而成世界香蕉的主要品系了。

各種不同的香蕉。圖片來源:Wiki

除了華蕉以外,在台灣我們還可以買到芭蕉、粉蕉、紅皮蕉(俗稱蘋果香蕉)其他不同的蕉類水果。在台灣,大部分的香蕉都是生吃;不過在世界的其他區域有烹調用的香蕉喔!烹調用香蕉澱粉含量較高,不過用作水果的香蕉也可以用來製作香蕉蛋糕等甜點。

跟其他的水果相比,香蕉含鉀量高,空腹吃會很快改變體內離子的平衡。由於鉀離子是細胞內主要的陽離子,健康的人也許暫時能承受離子平衡快速改變的生理壓力,但對有心臟和腎臟問題的人,最好還是不要吃太多香蕉,尤其不要在空腹的時候吃香蕉喔!

聽過「失戀吃香蕉皮」這句俗話嗎?可能是因為香蕉皮不好吃,與香蕉果肉那香甜可口的滋味有很大的落差,所以便以「吃香蕉皮」來比喻失戀;不過最近的研究發現,香蕉皮含有色胺酸,可以用來合成具有抗憂鬱效果的血清素,所以失戀吃香蕉皮說不定真的有用喔!有意思的是,外國人形容一個人發瘋、抓狂的俗語竟然是說他「變成香蕉」!

傳說中亞當與夏娃因為吃了蘋果,從伊甸園被逐出;但也有人考證後認為,亞當與夏娃吃的可能不是蘋果、而是香蕉喔!為什麼這麼說呢?因為人類文明最古老的發源地兩河流域,當地的氣候並不適合蘋果生長,反而從古到今一直都是盛產香蕉的地方呢!信不信由你!

(本文經編輯後刊登於2017.3.21國語日報科學版)


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為什麼「種豆南山下,草盛豆苗稀」?

陶淵明在「歸園田居」詩中,曾經提到「種豆南山下,草盛豆苗稀」。這首詩大家都很熟了,也是很受歡迎的國文教材,但是,有多少人認真去想為什麼「草盛豆苗稀」呢?難道只是因為陶淵明不會種田嗎?

雖然根據歷史的記載,「歸園田居」可能真的就是在他剛隱居的時候寫的(1);而在那時候,可能他的耕種技術也的確是還有待提升;不過筆者卻認為,從生物學的角度來看,「草盛豆苗稀」也不全是耕種技術的問題。

首先,我們來看一下氣候。陶淵明隱居的地點在潯陽柴桑,也就是現在的江西省九江市星子縣。當地是北緯29.44度,在北回歸線以北,屬於濕潤型亞熱帶氣候(2),1971-2000的年平均溫度為攝氏17.03度,每年四月就不再有攝氏零度以下的低溫(3)。雖然還是比臺灣偏北(台北市是北緯25.02度),大致上還是屬於溫和的氣候,植物的種類應該也不會相差太多。即使考慮近年來全球暖化的問題,應該也不會超過攝氏一度(4)。

在亞熱帶的台灣,夏天通常並不是植物茂盛生長的時期。為什麼呢?因為世界上90%的陸生植物是C3植物,這些植物在氣溫超過攝氏30度時,會因為光呼吸作用(photorespiration)造成水分的消耗大量上昇。C3植物(如大豆)在攝氏30度時,每抓一個二氧化碳分子就要消耗833個水(5),於是植物的生長速度就開始變慢。

不過,並不是所有的植物在夏天時生長速度都會變慢唷!有些植物,如玉米、甘蔗等,反而在夏天時長得特別好。為什麼呢?

原來玉米與甘蔗是所謂的C4植物,它們既耐熱又耐旱,跟C3植物比較起來,在攝氏30度時C4植物每抓一個二氧化碳的分子只消耗277個水(5),所以夏天的時候,它們的生長速度ㄧ點都不受影響呢!
說到這裡,讀者可能會想:什麼是C4植物?為什麼它們能夠既耐熱又耐旱呢?
所謂的C3、C4植物,指得是它們在光合作用上的不同。C3植物進行光合作用時,是由卡爾文循環(Calvin cycle)的酵素(RuBisCo,如圖二)直接抓取溶解在細胞中的二氧化碳,與核酮糖1,5-二磷酸(ribulose 1,5-bisphosphate,RuBP)進行反應;


而C4植物則在卡爾文循環上面,又增加了幾個步驟,而且這幾個步驟還跟卡爾文循環在不同的組織中進行呢(如圖三)!為什麼會這樣呢?


原來,C4植物多半都生活在亞熱帶或熱帶,在這些氣候區,植物進行光合作用時,會遇到一個大問題。

這個問題來自於卡爾文循環的第…

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】鳳梨 漂洋過海在臺灣發揚光大

作者:葉綠舒、王奕盛、梁丞志

在台灣提到鳳梨,一定會想到鳳梨酥這代表台灣的伴手禮。但是鳳梨其實不是台灣原產的水果喔!鳳梨原產於熱帶南美洲,在哥倫布1493年的第二次航行時於瓜德羅普的村莊中發現後引進歐洲,約於16世紀中葉傳入中國;台灣則是在1605年先由葡萄牙人引進澳門,再由閩粵傳入台灣,至今已有三百多年歷史。

在台灣,鳳梨因為台語諧音「旺來」很吉利而廣受大眾喜愛,但其實鳳梨的名字是根據它果實的型態來的,因為果實的前端有一叢綠色的葉片,讓以前的人覺得很像鳳尾,加上果肉的顏色像梨,所以就取名為「鳳梨」。至於英文的名稱也是因為果實的外型像毬果、而肉質香甜,所以就被取名為「松蘋果」(pineapple)啦!其實鳳梨果實的毬果狀的外觀主要是因為鳳梨是「聚合果」,每顆鳳梨是由200朵鳳梨花集合而成的!而它的學名Ananas則是來自於圖皮語,意思是很棒的水果。

在哥倫布把鳳梨引進歐洲以後,因為它的香甜好滋味讓它大受歡迎;但是身為熱帶水果的鳳梨,在溫帶的歐洲長得並不好!為了要讓王公貴族們吃到鳳梨,十六世紀的園丁們發明了「鳳梨暖爐」:把單顆鳳梨放在由馬糞堆肥做的暖床上的木製棚架,並升起爐火來保持溫暖,好讓鳳梨這熱帶植物可以在溫帶的歐洲開花結果;世界上第一個溫室就這樣誕生了,並由此開啟了歐洲建造溫室的熱潮!

鳳梨不只是改變了歐洲,在日本人到台灣後,嚐到了鳳梨的香甜滋味,便開始推動鳳梨產業。1903年,岡村庄太郎於鳳山設置岡村鳳梨工廠,生產鳳梨罐頭;後來逐漸形成中部以員林、南部以鳳山為中心的鳳梨生產體系。在1938年時,鳳梨罐頭工廠女工竟然佔了全台灣女性勞動人數三分之一以上呢!光復以後台灣的鳳梨產業也曾在1971年登上世界第一,讓台灣被稱為「鳳梨王國」。但是後來不敵其他國家的競爭,已經由外銷罐頭改為多以內銷鮮食鳳梨為主的型態了。

從清朝、日治時代直到現在,台灣的鳳梨品系一直都一樣嗎?當然不是囉!最早的鳳梨被稱為「在來種」,後來日治時代為了製作罐頭方便,從夏威夷引進了開英種;到了1980年以後,因為罐頭外銷敵不過競爭,台灣的鳳梨改為內銷且以鮮食為主,為了挽救鳳梨產業,農改場、農試所便培育出各種不同適合鮮食的鳳梨:包括不用削皮可以直接剝來吃的釋迦鳳梨(台農4號),最適合在秋冬生產的冬蜜鳳梨(台農13號),有特殊香氣的香水鳳梨(台農11號),以及因為果肉乳白色被稱為牛奶鳳梨的台農20號等…