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光敏素(phytochrome)與光合作用(photosynthesis)(一)

老葉剛回台灣的時候,每次有人問我研究什麼?當我說「光敏素」的時候,對方往往就會開始問我「光合作用」。於是我只好開始解釋,雖然「光敏素」與「光合作用」都跟光有關,但是他們並不是一件事。

當然,要仔細的考慮下去,其實光敏素跟光合作用的關係很大。怎麼說呢?

原來,光敏素就像植物的眼睛,可以幫助植物看到光的有無、光的顏色組成、以及光的亮度。對動物來說,眼睛就是幫我們看到東西,了解周遭環境;但是植物的眼睛還擔負著一個很重要的任務,就是啟動光合作用。

由於植物是「光合自營生物」(photosynthetic autotroph),對一個自營生物來說,每一樣東西都要自製。每一樣東西都要自製這個概念,有時候有點難懂;簡單來說,如果你要吃雞排:異營生物(heterotroph)吃雞排就是上街去買一塊雞排就好,但是自營生物就要開始種玉米跟小麥。

為什麼要種玉米跟小麥呢?種玉米是要生產雞的飼料,種小麥(或許要種樹薯)則是要生產包裹雞排用的澱粉。

還不只這樣,還要種大豆用來生產炸雞排的油、還要去曬鹽巴...覺得夠麻煩了嗎?還想不想吃雞排?或許看到這裡你會說,我吃素好了!

哈哈,扯遠了。不過這個比喻應該可以讓你了解,自營生物因為「所有需要的物質都要自製」(很重要所以請自己唸三次),所以他們的生活是非常複雜的。

因此,對一棵植物來說,如果沒有光(或是光線不夠),就不能進行光合作用了;但是問題不僅僅是在「沒有光不能進行光合作用」這件事,還有更多需要考慮的,包括:

一、要不要產生新的葉綠體(chloroplast)?產生新的葉綠體意味著要消耗很多能量來合成葉綠素(chlorophyll)、光系統(photosystems)以及葉綠體裡面的類囊體膜(thylakoid)等等。這些都要消耗能量來合成。
二、要不要保留原有的葉綠體?保留到什麼程度?維持生物的構造並不像家裡的家具那麼簡單,光系統裡面的D1蛋白每30分鐘就要更換一次,其他的蛋白質也要定期更換。而這些更換也都要消耗能量。
三、如何維持植物本身的基本能量需求,直到光再度出現或增強?不只是葉綠體,植物就跟我們一樣,也有基本的能量需求;在沒有光的時候就沒有能量來源,這時候,植物只能「苦撐待變」,等到有光的時候(或是光線夠的時候)再重新開始。

看到上面這三點,是否開始覺得有點頭昏了?事實上,老葉只說了有光沒光,還沒有提到光波長的問題哪!原來,植物使用光合色素來進行光合作用,而依據植物在分類學上的位置,他們使用的光合色素各不相同。為了不要讓讀者看到這裡決定關掉電腦(因為已經被老葉弄暈了),我們專心看種子植物。

種子植物使用葉綠素a與葉綠素b進行光合作用。而它們的吸收光譜是像這樣的:

圖片來源:wiki
可以看到,他們主要吸收區域在藍光(400-500nm)與紅光(630-680nm)兩個波段。所以,就算有光、就算光夠亮,只要這兩個波段的光有缺少,對植物來說,那還是沒有用的光。例如綠光就是它們不需要的,所以,如果你以為植物是綠的,所以認為幫他照綠光對他是有好處的,其實你是在謀害他啊!而那也是為什麼在辦公室裡面養的植物,通常都會越養越蒼白、越養越細弱的原因...

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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