跳到主要內容

雜草以「人海戰術」來對抗年年春(glyphosate)

在美國,由於使用抗殺草劑(年年春)的作物,加上免耕耕作法(no-till farming),農民年復一年地使用年年春,造成對殺草劑產生抗性的雜草越來越多。在2013年,有七千萬英畝的農田被抗殺草劑的雜草入侵(詳見「美國中西部抗藥性雜草大爆發」),使得專家們建議農民們可能要開始考慮回到深耕了。

最近,堪薩斯州立大學(Kansas State University)的研究團隊,使用了螢光原位標示技術(fluorescent in situ hybridization,FISH),發現了包括地膚(kochia,Kochia scoparia)、帕爾默莧菜(Palmer amaranth,Amaranthus palmeri)以及莧屬植物(common waterhemp,Amaranth rudis)對於年年春的抗性機制。

地膚。圖片來源:"Kochia aka Fire bush 7128" by Rameshng - Own work.
Licensed under CC BY-SA 3.0 via Wikimedia Commons.
原來,年年春之所以能成為全效性的殺草劑,是因為它抑制了EPSPS(5-Enolpyruvylshikimate-3-Phosphate Synthase)這個酵素。EPSPS將莽草酸-3-磷酸(shikimate-3-phosphate)與磷酸烯醇丙酮酸(phosphoenolpyruvate,PEP)加在一起,產生5-烯醇丙酮莽草酸-3-磷酸(5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate,EPSP)。

EPSPS酵素參與的反應。圖片來源:"EPSPreactionII" by Boghog - Own work.
Licensed under CC BY-SA 3.0 via Wikimedia Commons.
EPSP往下繼續合成酪氨酸(tyrosine)、苯丙氨酸(phenylalanine)與色氨酸(tryptophan),由於植物是自營生物,不能如動物由食物中取得氨基酸,因此,當EPSPS被年年春抑制時,植物便因為無法合成這三個氨基酸而死亡。

對於年年春有抗性的基改作物,是因為轉入了農桿菌(Agrobacterium tumefaciens)的EPSPS。因為農桿菌的EPSPS對年年春有抗性,當帶有農桿菌EPSPS的農作物接觸到年年春時,便可以存活下來。

當初使用這個機制時,曾有人憂心農桿菌的EPSPS會經由基改作物的花粉,傳播到這些農作物的野生種中,產生所謂的超級雜草;但是當超級雜草真的產生時,卻不是出現在這些農作物的野生種中,而是出現在帕爾默莧菜、地膚、以及其他的莧屬雜草中。究竟他們是如何對年年春產生抗性的呢?

堪薩斯州立大學的研究發現,原來這些雜草將它們的EPSPS重複了好多次。多少次呢?研究團隊發現,當雜草中帶有九到十二份的EPSPS時,便可以抵抗一般農田中使用劑量的兩倍;而當雜草中帶有十六份EPSPS時,即使年年春的劑量加到六倍,都對它無可奈何了。

只能說,種子植物原本就會有產生多倍體的傾向(詳見「整園甘蔗同一株」),而當天擇或人擇的壓力,會使得多倍體的生存有利時,當然多倍體就會螽斯衍慶,生生不息囉!原本產生特別多EPSPS是不必要的,當人們持續使用年年春時,產生特別多的EPSPS的雜草,便因為體內有那麼多的EPSPS,可以用人海戰術來打敗年年春。不要忘了,酵素跟他的抑制劑之間,本來就存在著劑量平衡的問題;再強的抑制劑,如果酵素用人海戰術去拼的話,也是可以突破防線的,而這三種雜草,就是成功地運用了人海戰術,來打敗年年春。恐怕再用下去,就真的會「種豆南山下,草盛豆苗稀」,接著大概還要「晨興理荒穢,帶月荷鋤歸」才有辦法打贏了!

參考文獻:

2015/2/19. Invasive weed Kochia's resistance to well-known herbicide stems from increase in gene copies. Science Daily.

留言

這個網誌中的熱門文章

多於12排的玉米是基改玉米(GMO corn)?假的啦!

最近從朋友那裡收到了這張圖...
這張圖說,玉米果實超過12排的都是基改(大陸稱為轉基因)玉米。從圖片上的文字是簡體來看,顯然是從大陸傳過來的資訊,但不管資訊從哪裡來,這資訊是真的嗎?首先我們先從邏輯上來判斷。什麼決定玉米果實有幾排?顯然不是製造基改玉米的基因。目前的基改玉米,大多都是帶有蘇力菌的抗蟲基因的Bt玉米。Bt玉米是植入蘇力菌的cry基因,而這個基因的作用是讓食用它的昆蟲腸穿孔死亡,並不會影響玉米的排數。當然,可能會有讀者說,或許當初製作基改玉米的生技公司就選用了多於12排的玉米來植入這個基因,所以我們還是可以用這個標準來判別啊?別忘了一件事:生技公司選用的品系,當然是目前受歡迎的品系;他們不會特別去選一個不怎麼受歡迎的品系來製作基改玉米。也就是說,就算當初選來製作基改玉米的品系它的果實真的是多於12排好了,肯定也有非基改的版本在市面上流通,怎麼能以此來判別誰是基改、誰是非基改呢?當然光靠邏輯,可能還不能說服大家;我在網路上查了一下發現,有一篇一樣是來自大陸的闢謠文章(有興趣的朋友可以去看一下,連結在此),裡面提到:『甜玉4號,它的穎果排數為14,1992年通過北京市農作物品種委員會審定通過的雜交甜玉米品種;其二是登海9號,它的穎果排數為16,1994年由山東省農科院雜交育成並在多地開始規模化試種;其三是興農998,它的穎果排數為20排,2003年開始規模化試種的雜交種。...轉基因玉米最早被商品化種植的時間是1995年(在美國種植),甜玉4號、登海9號都早於這個時間。所以這些玉米雜交種實例可以證明「只有穎果少於12排的玉米才是非轉基因,多於12排的玉米都是轉基因!」是謠言!』
事實上,因為大家喜歡果實大的玉米,所以多於12排的玉米很常見。網友補充:1. 玉米排數正常是偶數,這根雌花形成有關。如果不是偶數,就是授粉不完全。2. 農友種苗公司育成的「華珍二號」,其果實是12排或14排,但它是貨真價實的非基改玉米。3. 根據台南農改場的資料,肯定多於12排的玉米有:     硬質玉米:台南16號(14-16)、台南20號(16)、台南29號(14-16)、台南30號(14-16)     甜玉米:台南27號(14-16)、台南28號(14-16)     另外還有一些是可能會多於12排的,就不列出了。這些可都不是基改玉米喔!目前台灣還不能種植基改作物,但允許基…

鳳梨會「咬舌」是因為噴了生長素?

今天早上看到可憐的鳳梨又被黑了...或者說,種鳳梨的農夫又被黑了!
鳳梨會咬舌是因為生長過程中噴了生長素?
關於植物的生長素是什麼,請參考一下「吃到含植物生長激素的水果會性早熟?」這篇文章。

至於為什麼吃鳳梨會「咬舌」,是因為鳳梨含有鳳梨蛋白酶(Bromelain)。

鳳梨蛋白酶有兩種,一種存在於莖裡面(EC3.4.22.32),另一種存在於果實中(EC3.4.22.33)。果實裡面的鳳梨蛋白酶,在1891年時就由委內瑞拉的化學家Vicente Marcano從發酵的鳳梨果實中分離出來了。它可能是第一個由植物分離出來的蛋白質分解酵素。

鳳梨蛋白酶可以用來軟化肉質,跟木瓜酵素(papain)一樣好用。我們吃了鳳梨以後,會覺得舌頭刺刺痛痛的,是因為鳳梨蛋白酶(鳳梨酵素)在分解你舌頭細胞的蛋白質。因為鳳梨蛋白酶的作用溫度是攝氏35-45度,所以我們口腔裡的溫度剛剛好適合。因此,當你在吃它的時候,它也在吃你(XD)。

至於生長素是否會造成底部(蒂頭)變大?當然不會!蒂頭(也就是俗稱的鳳梨心)的大小,只有跟鳳梨的品系(品種)有關,跟鳳梨是否噴了生長素無關。以前大家喜歡挑蒂頭小的鳳梨,是因為心比較小才可以吃多一點果肉。不過,現在很多鳳梨的心也都可以吃了。把心的大小跟鳳梨是否噴了生長素連在一起,鳳梨真的好冤枉啊!

話說回來,鳳梨蛋白酶其實在莖裡面的含量更高,所以在市面上販售的軟肉精,裡面如果用的是鳳梨蛋白酶,通常都是在鳳梨採收後再取莖去榨汁純化的。鳳梨蛋白酶除了可以用來做軟肉精以外,還可以用來清創(debridement)--清除掉死亡、腐爛的組織,讓新的組織可以長出來。

另外一個常用的軟肉精是木瓜酵素。但是為什麼木瓜不會咬舌呢?原來成熟的木瓜裡面已經沒有木瓜酵素了!木瓜酵素是由未成熟的木瓜果的乳膠(latex)乾燥後提煉出來的。

不知道為什麼大家這麼喜歡造鳳梨的謠呢?想到當年英國國王查爾斯二世為了要在歐洲吃到鳳梨,還要大費周章地蓋起歷史上的第一個暖房,我們現在不用暖房就可以吃到鳳梨,卻不斷的有人在告訴我們「鳳梨很危險」...唉!

兩位鳳梨農網友補充:

★果梗(蒂頭)的問題:鳳梨果梗的大小,跟本身植株健壯有關,越健壯的植株果梗就會越粗大!另外果農為了防裂梗,會在紅喉期澆灌硼砂水溶液時加入奈乙酸鈉(一般農民最多會加4公克在500公升水中),這也會使果梗粗大。
★使用激素的問題:…

老祖宗的偏方殺死多重抗藥菌

現代醫學常常對於某些偏方不屑一顧,不過最近諾丁漢大學(University of Nottingham)的微生物學家哈里森博士(Freya Harrison)決定要來試試看記載於九世紀書中的古方,發現竟然可以殺死多重抗藥菌。

這本書,Bald's Leechbook,裡面有個用來治療睫毛毛根感染的方子。這藥方是這麼製作的:

將等量的韭菜與大蒜混合後搗碎,加入公牛膽與酒在銅鍋中烹煮九天。(詳見本文最後的更正)

研究人員發現,要重現古方其實也不容易;雖然現在也有韭菜與大蒜,但是育種使得現代的韭菜與大蒜跟九世紀的品系有所不同;即使研究人員找到了所謂的「傳統」(heritage)品種,但他們仍擔心是否還是不一樣。

公牛膽倒是比較容易,很多化學藥劑公司都販售膽鹽;另一個問題是銅鍋。銅鍋非常貴,因此哈里森博士決定把整個配方在玻璃器品中烹煮九天,但在配方中加入一片銅同煮。

九天以後配方完成。哈里森博士說,烹煮的過程中整個實驗室充滿了大蒜的味道,讓附近的人都以為他們在實驗室裡煮東西吃;九天結束時,藥膏有個恐怖的味道。

但是味道恐怖歸恐怖,哈里森博士發現它可以殺死土壤中的細菌。更好的是,它可以治療被多重抗藥性金黃葡萄球菌感染的老鼠,效果與萬古黴素(Vancomycin)相當。

接下來的工作就是要了解為何這古方有效。2005年有另一個研究團隊嘗試過同樣的方子,但沒有任何效用。唯一的差別是他們沒有煮九天。而單獨使用任何一個成分也都沒有效果。

本文版權為台大科教中心所有,其他單位需經同意始可轉載)

2015/10/10 更正:由於當初只有參考文獻1中的文字可供參考,而New Scientist 使用了stewing這個詞,使筆者誤以為是「將等量的韭菜與大蒜混合後搗碎,加入公牛膽與酒在銅鍋中烹煮九天。」;本文中的研究於2015/8出版於mBio期刊(2),參考其中的方法發現,正確的製備過程是「將等量的韭菜與大蒜混合後搗碎,加入公牛膽與酒在銅鍋中置放九天。」。特此更正。

2020/7/29 更新:最新的研究發現,以洋蔥(onion)取代韭菜(leek)的效果更好。因為原文提到的那名詞可能是洋蔥也可能是韭菜,所以研究團隊測試了兩種版本,結果發現洋蔥的效果更好。當然,研究團隊也提到,說不定是因為洋蔥比較容易搗碎,所以效果比較好。在最近發表於Scientific Reports的文章中提…