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發現植物對抗UVB的武器之一:芥子酸酯(sinapate esters)

植物如何避免自己被曬傷?不知道有多少人認真想過這個問題。筆者的一位同事,有個非常可愛的小朋友;有一次,她問我為什麼植物每天站在太陽下面那麼久,也沒有撐傘、擦防曬,也不能跑到屋子裡面躲起來,怎麼都不會曬黑呢?

其實植物如果過度曝曬,也是會曬傷的;但是植物曬傷不會曬黑,而是曬白。聽起來好令人羨慕不是嗎?

先別羨慕,其實植物曬白了也是曬傷,由於接收了太多的光子,造成光合作用的電子傳遞鏈產生電子大塞車,

光合作用之光反應。圖片來源:wiki
塞車的地點主要位於PQH2的部分,因為當它由第二光系統(photosystem II,PSII)接收到電子時,接下來要靠它自己在類囊體膜(thylakoid membrane,如圖所示之膜即是)以擴散作用慢慢的移動到細胞色素b6f(cytochrome b6f)處,將電子交給細胞色素後,再回去PSII接收下一對電子。

由於這個步驟僅能以擴散作用來進行,因此PQH2要花費幾個毫秒(millisecond,ms)才能將電子送到細胞色素b6f那裡。毫秒就是千分之一秒,看起來似乎很短;但是,如果跟PSII裡面的色素間的能量傳遞速度相比,毫秒其實是非常慢的。怎麼說呢?原來,在PSII裡面進行的能量傳遞,只需要幾個微秒(microsecond,μs)就傳過去了。微秒是毫秒的千分之一喔!所以,當有過多的光子(陽光太強)的時候,自然就會在PQH2發生大塞車啦!

塞車的結果就是:有些PQH2上面的電子就會開始離開,到處亂跑,去還原其他不該被還原的分子,然後最後葉綠體就會因為這樣而被燒壞,等到整個細胞的葉綠體都被燒壞,那顆細胞也死了,然後...這樣死掉的植物細胞,因為沒有色素而變成白色...所以就「曬白」了!

植物當然不想被曬傷,我們會為了避免被曬傷而合成黑色素,植物為了避免被曬傷,變出了很多花樣來保護自己。這些花樣包括:讓葉綠體「疊羅漢」以及合成許多可以吸收多餘的光能的分子等等。

讓葉綠體疊羅漢這部分,因為考慮到文章的長度,所以在這裡我們就先不提;第二個部分,過去已經知道,植物裡面的葉黃素(xanthophyll)以及類胡蘿蔔素(carotenoid),還有類黃酮素(flavonoids and isoflavonoids)都具有這方面的功能。而最近,法國的一個研究團隊又發現一族新的化合物也擔任類似的角色:芥子酸酯(sinapate esters)。

芥子酸(sinapic acid)。圖片來源:wiki
芥子酸酯屬於植物次級代謝物中的酚醛類(phenylpropanoids)化合物,在植物中與肉桂酸(cinnamates,肉桂的味道就是來自於肉桂酸)在化學性質上最相近,都是屬於木質素(lignin)一類的化合物。研究團隊們在植物內找到七種芥子酸酯類化合物,當他們把這些芥子酸酯們氣化,再以UVB波照射以後,發現這些分子都能夠吸收UVB,且整體涵蓋的範圍遍及整個UVB的波長。因此,研究團隊認為芥子酸酯也可以協助植物對抗UVB,免於植物被曬傷。

其實,植物為了避免被曬傷,真的是非常用心呢!除了上面所提到的各種化合物以外,植物裡面也還會合成大量的維生素C(vitamin C)來抗氧化,所以不要以為植物不會動,就只能無奈地站在那裡被「曬白」喔!

參考文獻:

2014/10/29. Why plants don't get sunburn. Science Direct.
Jacob C. Dean, Ryoji Kusaka, Patrick S. Walsh, Florent Allais, and Timothy S. Zwier. 2014. Plant Sunscreens in the UV-B: Ultraviolet Spectroscopy of Jet-Cooled Sinapoyl Malate, Sinapic Acid, and Sinapate Ester Derivatives. J. Am. Chem. Soc. 136 (42), pp 14780–14795.
Taiz and Zeiger, Plant Physiology. 5th. ed.

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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…

再談鳳梨謠言:提早採收是因為噴了「成長激素」?

說實在的,筆者談有關鳳梨的謠言已經談到不想談了;但是昨天(2016/5/28)聽女兒提起一個叫做什麼「台灣味道」(第二季)的節目,裡面竟然有種鳳梨的農民自己在黑其他的鳳梨農,說什麼「其他的農民因為有噴成長激素,所以鳳梨都要提早採收,不然會有酒味」,就讓筆者聽了一整個怒。

首先,現在已經沒有人在幫鳳梨噴生長素(auxin)了!至於什麼成長激素或是生長激素,更是沒有的事。這件事筆者的文章裡面已經講得清清楚楚,如果忘記了,可以再去複習幾次。
至於提早採收,是因為採收以後還要運輸到其他地方,所以一定會早點採收,不然運輸的時候就得放冷藏車,否則到零售市場一定會過熟!在遠足文化出版的「台灣的鳳梨」裡面也講得清清楚楚:「太早採收會影響品質,但採收得太遲,也可能有不耐儲運及老化、劣變等問題。一般而言,鳳梨的採收成熟度以果皮之轉色程度為指標,但轉色程度視採收時期、品種及果實質地(有經驗的農友可用果實敲擊反射音來判斷)而異,例如夏季可在剛轉色時採收,但冬季則應等到轉色達三分之二,甚至全轉色才採收,適口性才會比較好;又例如台農十八號及台農十九號的果實,在夏季時常有青皮黃的問題,如果等到轉色程度較高時才採收,則果肉已經過熟。」(第103頁)
讀者看到這裡,應該就了解,提早採收很難避免,至於提前多久,「若採收後立即或短期幾天內就要消費的果實,可在超過三分之一左右轉色後才採收,需經過一至兩週儲運後才消費的果實,則成熟度降低較適當。」(第103頁)
所以,提早採收跟有沒有噴什麼東東都無關,純粹是跟季節、品種、預計消費時間有關。說真的,個別的農友要怎麼種自己的農產品,大家都管不著;但是詆毀他人辛苦耕種的成果,這就可惡得很了。要讓自己的農產品銷路變好,應該要大家一起努力來開拓市場;而不是靠著造謠詆毀其他農友的心血!
參考文獻:
行政院農業委員會農業試驗所著。台灣的鳳梨。遠足文化出版。

關於蕃薯,你知道你吃的是什麼品種嗎?

蕃薯(Ipomoea batatas)從臺灣人的主食、轉變為副食、又轉變為飼料,最後在養生的風潮下,再度躍上餐桌,成為美食,可有人關心過,我們吃的蕃薯是什麼品種嗎?

上面這張照片裡的蕃薯,中間的TN57與TN66,就是台農57號與台農66號,是臺灣最受歡迎的兩種蕃薯喔!

台農57號在1955年由嘉義農試分所將日治時代培育出的台農27號與南瑞苕種(Nancy hall)雜交育成。它黃皮黃肉,目前還是全臺灣產量最大的蕃薯。口感鬆軟,適合烤、煮食或製作薯條。主要產地在雲林、台南、高雄。適合在四~十月間種植。台農57號還曾經隨著農技團飄洋過海到史瓦濟蘭去,協助他們解決糧食問題呢!

至於台農66號呢,就是所謂的紅心蕃薯啦!台農66號是1975年也是由嘉義農試分所選出,1982年正式命名。它是目前栽植最普遍的食用紅肉番薯。在臺灣,幾乎全年皆可栽種,秋冬作五個月可收穫,春夏作四個月就可以收穫囉!

最右邊的台農73號,就是現在所謂的「芋仔蕃薯」啦!它是在1990年以台農62號(♂)x清水紫心(♀)雜交後,在2002年選拔出優良子代CYY90-C17,並於2007年正式命名。由於肉色為深紫色,所以得到「芋仔蕃薯」的暱稱。本品種富含cyanidin 及peonidin 等花青素,具抗氧化功用。

至於常吃的蕃薯葉,則是以桃園2號與台農71號為主,這兩種葉菜蕃薯都不用撕皮就可以直接煮來吃,而且莖葉不易倒伏,方便農民採收喔!

如果您愛吃的是蕃薯的加工食品,如蕃薯餅、蜜蕃薯、蕃薯酥,其實他們大多也是用台農57號與66號來加工的喔!

參考文獻:

蔡承豪、楊韻平。2004。臺灣蕃薯文化誌。貓頭鷹出版。
行政院農委會。甘藷主題館