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光敏素(phytochrome)與光合作用(photosynthesis)(二)

昨天說到植物需要的光,主要在紅光跟藍光區;所以,植物的「眼睛」,也就是光受器(photoreceptors),當然要負責監控這兩個波段的光是否存在?夠不夠進行光合作用?

說到這裡可能有人會問,所以光敏素負責看到紅光跟藍光嗎?

讓我們來看一下光敏素的吸收光譜(absorbance spectrum):

光敏素的吸收光譜。圖片來源:wiki
看到上圖大家一定覺得有點怪。不是說要看光敏素的吸收光譜嗎?怎麼會有兩條線?

原來光敏素有兩種構形(conformation),一種是活化態的Pfr,另一種是不具有活性(這部分還有一點點爭議)的Pr。Pfr跟Pr可以互相轉換,所以只能都放在圖上面。

不過,細心的讀者一定會發現,不管是Pfr還是Pr,它們的吸收光譜好像都集中在紅光區?

是的。因為紅光跟藍光對於植物生理的影響,除了光合作用以外,還有其他的部分;所以植物把感應紅光的責任交給了光敏素,而感應藍光的部分則交給了隱花色素(cryptochrome)與向光素(phototropin)。

而且光敏素除了要感應紅光之外,還要同時感應遠紅光(far-red light,波長為730nm左右)。為什麼也要感應遠紅光呢?因為當植物被光線照射的時候,為了進行光合作用,一定會把紅光跟藍光拿走;於是穿過植物的光,它的紅光跟藍光就大大減少了。

這樣的光,因為紅光與藍光不足,當然不適合植物使用;如若今天有一顆種子剛好在大樹下萌發了,它所接收到的光就會是這樣的。這時候,它要怎麼得知自己目前的狀況,並設法脫離呢?

答案就是:光敏素。因為葉綠素a與葉綠素b不會吸收遠紅光(請回憶一下前一篇文章),而植物的光敏素可以感應紅光遠紅光。說「或」是因為Pr主要感應紅光,Pfr主要感應遠紅光。

我們前面提到,Pfr是具有活性的光敏素。重點來了,當它感應到遠紅光以後,就會轉變成Pr(沒有活性)的光敏素。而Pr感應到紅光以後,就會變成具有活性的Pfr。

看到了嗎?因為光敏素感應到紅光以後會活化成為Pfr,接著就會啟動非常非常多的生化途徑;若Pfr感應到遠紅光則會變成沒有活性的Pr,接著剛才啟動的非常非常多的生化途徑,就會因為光敏素總司令不見了,所以就不再啟動。當然,已經傳出去的命令是不會被取消的;所以我們會看到,把黑暗中萌發的豆芽(專業的說法叫做「白化苗」etiolated seedlings)拿出來照個五分鐘的光,就足以讓豆芽那黃色的本葉變成淡綠色,就是這個原因。

而在大樹下的幼苗,因為透過大樹的光線是紅光少、遠紅光多的,於是體內大部分的光敏素就一直停留在沒有活性的Pr構形,然後幼苗就會開始「長長長長長長長」,一面長一面繼續利用它的光敏素感應,直到找到對的光為止。

從某個角度看來可以這樣說:植物用光敏素做為偵測工具,而這個偵測工具是拿遠紅光來做為「參考」光,經由比對收到的光裡面有多少紅光,再拿來跟收到的遠紅光相比(也就是收到光以後多少光敏素轉成Pfr vs. 多少光敏素轉成Pr),以了解這個光的品質好不好。至於說為何光敏素要拿遠紅光來做為「參考」光,而不拿其他葉綠素a與b也不吸收的光(如黃光或綠光)呢?這是個好問題,筆者只能猜測,可能是因為光敏素裡面主要感光的分子phytochromobilin構造上的限制吧!至於真實的原因,我想這是數(十)億年演化的結果,大約也沒有什麼道理好說囉!

留言

  1. 所以光敏植物在夜晚接收到黄光和绿光也可以正常开花?那么在夜晚接收黄光和绿光的植物开出的花的品质,颜色,大小是否会被这两个区间的光所影响?

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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)
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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?

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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