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如何提升藻粉的營養成分?

  圖片來源:維基百科 除了老饕,我們總是希望能夠花少一點時間吃東西,而且最好是還能攝取均衡的營養。但是,要吃得少還要吃得巧,這還真的不太容易。 有些科學家希望能藉由基改來改善農作物的營養,比如說「黃金米」(golden rice)就是讓水稻可以產生類胡蘿蔔素,這麼一來就不用擔心罹患夜盲症了。 但是,因為黃金米是基改作物,很多人對基改還是有疑慮的。有沒有可以不用基改就改善食物裡面的營養成分呢? 育種是一條路,但是日本的研究團隊卻另闢蹊徑,想到利用植物的壓力反應,來逼迫植物合成更多的類胡蘿蔔素。 他們利用纖細裸藻( Euglena gracilis )。纖細裸藻可食,曾經一度被稱為「超級食物」(不知道是不是我小時候吃過的綠藻粉?)。 研究團隊發現,把纖細裸藻養在3%的柴魚高湯培養基中,再以強烈的紅光(605~660 nm, 1000~1300 µmol photons/m 2 /s)照射15天,能「逼」纖細裸藻出現明顯的紅色。 這樣的條件下,纖細裸藻會出現怎樣的變化呢?研究團隊指出,在此條件下,纖細裸藻會因為過度的光合作用導致許多葉綠體被破壞,但類胡蘿蔔素保持穩定,從而形成紅色細胞。進一步的高效液相色譜(HPLC)分析發現矽甲藻黃素(diadinoxanthin)是紅色細胞中的主要類胡蘿蔔素。此外,纖細裸藻還合成了一種在正常培養條件下不產生的未定義葉黃素,推測其結構中含有C=O鍵。 過去雖然有報導說強光壓力可增加細胞中總類胡蘿蔔素含量,但研究團隊嘗試了在白光(90 µmol photons/m²/s)照射的BS培養條件,並未觀察到細胞的紅變現象,且細胞生長良好(第七天時,細胞密度是CM培養基的四倍以上)。由於這種細胞懸浮液由功能性食品柴魚高湯和纖細裸藻組成,考慮到其高營養價值,且該方法未涉及基因改造,意味著極可能有潛在的工業應用前景,包括食品使用。 總的來說,本研究為未來開發基於纖細裸藻的功能性食品和營養補充品提供了重要的基礎資料和方法,同時也為理解類胡蘿蔔素的生物合成途徑和光保護機制提供了新的見解。當然,如果想要研究植物的壓力反應,這個研究也提供了一些基本資料。 參考文獻: Kyohei Yamashita, Ryusei Hanaki, Ayaka Mori, Kengo Suzuki, Tatsuya Tomo, Eiji Tokuna
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滇結香(argeli)幫助尼泊爾人找到新契機

  滇結香。圖片來源: 維基百科 滇結香(argeli, Edgeworthia gardneri )是原生於喜馬拉雅山區(不丹、尼泊爾、中國、緬甸)的瑞香科灌木,過去在尼泊爾,它的主要用途是當作籬笆或柴薪。另外,他們也會用它的樹皮來造紙,製作所謂的「Kaagaz」紙,主要用來印正式的文件。 不過,自從日本人發現它的新用途,現在讓當地的尼泊爾人有了新的謀生方式:種植滇結香。 日本人要滇結香做什麼呢?造紙,但是是用來印鈔票。 本來日本人用來印鈔票的紙,是來自於同屬的植物「結香」( Edgeworthia chrysantha, 稱為mitsumata,みつまた,三椏或三又)的樹皮,但是日本自己生產的不夠多,所以只能找其他的來源。 而且,日本人喜歡用現金,再加上日本政府時時汰換舊鈔(據說很難看到陳舊破損的日幣紙鈔),所以日本對於製作鈔票的紙漿需求很大。 負責製作みつまた的日本企業Kanpou Incorporated在尼泊爾進行慈善援助時想到,既然用來製造みつまた的結香本來是來自於尼泊爾,或許尼泊爾也有適合用來製造みつまた的植物。 然後,他們發現了滇結香。日本人教導尼泊爾人如何種植以及取樹皮,讓原料能合乎日本製造みつまた的標準。 要取樹皮的滇結香不能超過三年,超過三年樹皮就會太硬不能用了。 原本窮苦的尼泊爾人,靠著幫日本人種樹取樹皮,有些現在成了小企業的老闆,過著還不錯的生活。 根據維基百科,日本除了跟尼泊爾進口樹皮,也跟中國進口;目前進口的樹皮約佔90%。   參考文獻: Bhadra Sharma and Alex Travelli. 15/4/2024. On Himalayan Hillsides Grows Japan’s Cold, Hard Cash. New York Times. 關於滇結香的 網路討論

根圈的寶藏:木黴菌(Trichoderma)

自然界的木黴菌。圖片來源: 維基百科   木黴菌( Trichoderma )是一類廣泛存在於土壤中的真菌,具有許多對農業特別有益的特性,因此成為科學研究的熱點。過去的研究發現,木黴菌可以做為一種生物防治劑,能夠抑制多種植物病原真菌和其他微生物的生長,減少對化學農藥的依賴,從而有助於環境保護和持續農業的發展。 另外,一些木黴菌能夠促進植物的生長和發育,例如透過增強植物對營養的吸收或者增強植物的抗逆性能。 再者,木黴菌在自然和農業生態系統中扮演著重要角色,它們參與土壤的有機質分解和營養循環過程,對維持生態系統平衡至關重要。 最近,有一個印度的研究團隊,對印度南部拉賈斯坦邦作物根際區內的木黴菌的遺傳多樣性以及其對於三種土壤傳播植物病原真菌的拮抗特性進行了探討。研究團隊分析了16種作物的根圈土壤樣本,並從中鑑定出60個木黴菌株。這些菌株分屬於11個不同的物種,包括臍孢木黴菌( Trichoderma brevicompactum )、非洲哈茨木黴菌( T. afroharzianum )等,其中以臍孢木黴菌最常見。 這些菌株對於白绢病菌( Sclerotium rolfsii ,會導致腐霉病)、立枯絲核菌( Rhizoctonia solani ,會導致根腐病)和輪枝鐮刀菌( Fusarium verticillioides ,會導致黃萎病)都有強烈抑制效果,尤其是非洲哈茨木黴菌 BThr29表現出強大的抑菌活性,並在番茄上顯示出對上述病原菌的顯著防治效果。 在這三種病原真菌(白绢病菌、立枯絲核菌和輪枝鐮刀菌)中,非洲哈茨木黴菌 BThr29對輪枝鐮刀菌的抑制效果最佳,達到了高達89.5%的最大抑制率。 相比之下,對白绢病菌的抑制率為74.8%,而對立枯絲核菌的抑制效果也很顯著,達到了84.8%。這顯示非洲哈茨木黴菌 BThr29是一個具有廣泛抗真菌活性的木黴菌株,尤其在對付輪枝鐮刀菌時表現出了極高的效果。這使其成為開發生物防治劑的良好候選菌株。 這項研究強調了作物根圈內木黴菌的生物防治潛力,並指出利用這些本土菌株開發生物防治劑的可行性,這對於開發有效的生物防治策略具有重要意義。或許,台灣也可以找找看有沒有本地的木黴菌有類似的功能! 參考文獻: Jambhulkar, P.P., Singh, B., Raja, M. et al. Genetic

重金屬如何影響美洲南瓜(Cucurbita pepo)

  形形色色的美洲南瓜。圖片來源: 維基百科 可能是原產於中美洲的美洲南瓜( Cucurbita pepo ),據說在大約一萬年前就已在墨西哥馴化。在歐洲人「發現」美洲之前,美洲南瓜可是隨著印地安人到處落地生根,產生了各種不同的品系。 到底美洲南瓜的發源地是哪裡,據說已經吵了一百多年。最近的研究認為,美洲南瓜在墨西哥與美國東部分別被馴化過一次。 最近有個研究聚焦在重金屬對美洲南瓜種子發芽、代謝和生長的影響。研究團隊選了銅與鎘來測試。 研究團隊發現,即使這些重金屬並未顯著影響種子的發芽率,它們仍然對種子的活力指數(SVI)產生了顯著的負面影響,尤其是在200 μM的CdCl 2 處理下,SVI降低了約65%。此外,種子胚軸的長度和乾重也顯示出顯著的降低。 重金屬對植物生理的影響主要通過調節氧化反應來呈現,其中包括增加過氧化氫(H₂O₂)和丙二醛(MDA,用來測量細胞中脂質過氧化的程度)的含量,以及抑制抗氧化酶系統,例如過氧化氫酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)的活性就受到抑制。 重金屬會影響植物細胞的多個層面,包括干擾細胞膜的結構和透性,影響細胞的水分和營養物質交換;另外,許多生命重要過程中的酶因重金屬的干擾而失去活性,這會影響種子的能量代謝和營養物質的轉化。 重金屬也會使植物產生更多的自由基(ROS),而植物的抗氧化酶系統可能無法有效地清除這些過量的ROS,導致細胞結構和功能的進一步損害。 另外,重金屬還會影響植物荷爾蒙的平衡,如生長素和吉貝素,這些荷爾蒙是調控根部和胚軸生長的關鍵因素。 雖然銅是植物的必需元素之一,但植物只需要微量的銅。當銅的量超過植物所需時,便會對植物造成傷害。至於鎘本來就是有毒的金屬,對植物的危害也顯而易見。 這些發現有助於理解重金屬與植物生理之間的複雜互動,並可能有助於制定減輕重金屬對植物的不利影響的策略。 參考文獻: Acila, S., Derouiche, S. & Allioui, N. Embryo growth alteration and oxidative stress responses in germinating Cucurbita pepo seeds exposed to cadmium and copper toxicity. Sci Rep 14, 8608 (2024). h

Organel baru: Nitroplast

dari Wikipedia   Apakah kamu tahu cara tanaman mendapat nitrogen dari udara? Biasanya, tanaman membentuk hubungan simbiosis dengan bakteri yang bisa mendapatkan nitrogen dari udara. Namun, hal ini tidak berlaku untuk sebuah ganggang yang disebut Braarudosphaera bigelowii . Pada tahun 2012, sebuah tim penelitian dari Amerika menemukan cyanobacteria dalam ganggang ini yang bisa mendapatkan nitrogen dari udara. Cyanobacteria ini disebut UCYN-A, karena penelitian menunjukkan bahwa ia telah kehilangan kemampuannya untuk membuat energi sendiri. Akibatnya, tim penelitian meragukan bahwa ia mungkin telah membentuk hubungan simbiosis dengan ganggang sebagai organel di dalamnya. Tim penelitian menggunakan teknologi yang disebut SXT untuk mengamati di dalam ganggang. Mereka menemukan bahwa UCYN-A memiliki posisi yang tetap. Ini adalah bukti pertama bahwa UCYN-A adalah organel, bukan cyanobacteria yang independen. Masih menggunakan SXT, mereka menemukan bahwa UCYN-A dan ganggang membelah ber

有機農業與傳統農業的「互動」:溢出效應(spillover effects)

  圖片來源: 維基百科 現代的「有機農業」(organic farming)據說是發源於20世紀初,雖然在農藥還沒發明之前的農業當然都可以算得上是有機農業。 有機農業強調不使用化肥也不使用農藥,整體來說對環境是比較友善。但是,因為有機農業主張利用益蟲來消滅害蟲(也會使用一些生物製劑,如辣椒水之類的),所以有機農田裡的蟲當然會比較多一些。 許多從事有機農業的農民們,若是旁邊的農田是進行慣行農法,就會擔心自己的農作物是否會受到農藥的污染。這牽涉到農產品銷售時的認證問題,以及農民的信用與聲譽。 但是,有機農田與慣行農田之間的互動,應該不會只是單向的。例如,有機農田裡的蟲,會不會跑到慣行農田裡去「玩耍」呢? 為了瞭解不同農業方式對彼此的影響,美國加州大學的研究團隊進行了一項跨越七年的研究。他們選取了加州科恩縣大約14,000個農田的農藥使用和作物數據,以及全美的有機農業和農藥使用數據,來研究周圍有機耕地對有機和傳統作物田間農藥使用的直接和溢出效應。 研究團隊發現,對於有機農田來說,周圍的有機耕地通常會導致田間農藥使用的減少。對於有機田,周圍有機耕地每增加10%的面積,會導致有機田間總農藥使用量下降約3%。特別是對於殺蟲劑,周圍有機耕地的增加對有機田間的影響更為明顯。研究發現周圍有機耕地每增加10%會導致殺蟲劑使用量減少2%。 這些數據顯示,有機耕作的空間聚集對於降低有機田間的農藥使用具有顯著影響,這主要是因為有機耕作可能會增加自然敵害物種的多樣性和豐富度,這些自然敵害物種有助於生物控制害蟲,從而降低對人工化學農藥的需求。 但是對慣行農田又是怎樣的一種情形呢? 研究團隊的分析發現,周圍的有機農業對慣行農田的農藥使用確實會造成輕微的增加。周圍有機耕地面積每增加10%,就會導致慣行農田的總農藥使用量增加約0.3%。這個效應可能是由於有機農田對於害蟲及其自然敵人的不同管理策略,導致害蟲及其天敵從有機田間溢出到鄰近的傳統田間。由於慣行農田可能更依賴化學農藥來應對這些害蟲,因此在有機農田周圍的慣行農田可能需要增加農藥使用來控制害蟲壓力。這種效應的存在反應了有機農業在局部農業生態系統可能引發的複雜交叉作用。 不過,到底有機農田裡的昆蟲是不是真的比較多呢?由於在這個研究中並沒有進行「蟲口調查」,所以我們也無法得知。 研究結果顯示,增加有機耕地會降低農藥使用量,但這主

新型態的固氮:貝氏布拉藻與它的固氮體UCYN-A

  貝氏布拉藻。圖片來源:維基百科 固氮反應(nitrogen fixation)在過去一向被認為是微生物(細菌、藍綠菌、古菌)才具備的技能。畢竟,要打開氮氣(N 2 )的三個化學鍵,需要投入大量的能量才能完成,這使得負責這個反應的酵素對氧氣極為敏感,於是固氮反應就成為厭氧的反應。 也因此,能夠固氮的根瘤菌,需要植物形成根瘤這樣的無氧環境,才能開始固氮;而能夠固氮的藍綠菌則是各出奇招,想辦法製造無氧或微氧的環境,讓它可以固氮。 一般的藻類,要獲取這樣的能力,是否是「不可能的任務」呢?但是就在2012年,美國加州大學的研究團隊發現了一個奇妙的藻類「貝氏布拉藻」( Braarudosphaera bigelowii ),它的體內有一個小小的藍綠菌稱為UCYN-A。這個藍綠菌負責幫忙貝氏布拉藻固氮,而貝氏布拉藻則投桃報李,給它它需要的糖、胺基酸、核酸等等。 在2012年時,研究團隊便已經發現,UCYN-A缺乏會產生氧氣的光系統II以及細胞呼吸中非常重要的檸檬酸循環。這就讓科學家們懷疑,會不會UCYN-A早就不是共生體,而是已經成了貝氏布拉藻的胞器呢? 於是他們進行了一系列的研究。 首先,他們用軟X射線斷層掃描(SXT)獲得了貝氏布拉藻細胞及其中的UCYN-A的三D結構圖像。這種技術可以顯示出細胞內部的詳細結構,包括UCYN-A在內。研究團隊觀察到UCYN-A在細胞中有固定的位置,在貝氏布拉藻的胞器之間具有確定的空間關係,這意味著它已緊密整合入藻類細胞的結構中。 同樣是透過SXT,研究團隊發現UCYN-A的分裂與貝氏布拉藻的細胞核和葉綠體的分裂有明確的時間順序。在貝氏布拉藻的暗週期中,首先發生的是UCYN-A的分裂,然後是粒線體的分裂、接著核和葉綠體也開始分裂,最後細胞進行最終的細胞分裂(細胞質分裂),產生兩個新的細胞,每個細胞都包含一個UCYN-A、一個核和若干個葉綠體。這種分裂的同步性意味著,UCYN-A與藻類細胞的生長和分裂過程高度整合,這也是胞器的特徵之一。 透過蛋白質體學分析,研究團隊確定了多個由貝氏布拉藻基因體產生、並在UCYN-A中豐富存在的蛋白質。這些蛋白質包括了「魯必斯科」(RuBisCO)這個負責碳反應(卡爾文循環)的最重要酵素以及進行光反應所必需的幾個成員。缺少這些蛋白質意味著UCYN-A不能進行光合作用,必須依靠貝氏布拉藻來供應養分;