吃炸藥的植物

TNT. 圖片來源：wiki

三硝基甲苯（2,4,6-trinitrotoluene，TNT），俗稱黃色火藥，在1863年由德國化學家Julius Wilbrand發明出來，原先是用作染料。雖然當時也很快就發現它會爆炸，但由於它不容易引爆，因此直到德軍發現它的好用之處之前，並沒有什麼人想要把它拿來當作炸藥。甚至在英國1875年的爆炸物法（Explosives Act 1875）中，並未列入黃色火藥呢！

在1902年，德軍發現，如果把黃色火藥裝在鋼鐵外殼內，它可以在穿入軍艦後才爆炸，不像當時主要使用的炸藥TNP（又名苦味酸，Picric acid，2,4,6-trinitrophenol）通常都在接觸到軍艦的外殼的那一刻就炸了；由此發現黃色火藥的殺傷力比較大。在這之後，德國、英國（1907年）、美國（1921年）先後開始採用黃色火藥。現在，軍隊、礦區以及工業常用它來炸開擋路的石頭。但是黃色火藥其實是有毒物質，當爆炸以後，大量的黃色火藥會隨著爆炸的力量滲入土壤，一旦進入土壤就不容易移除。

黃色火藥會對皮膚造成刺激性，接觸後皮膚會變成黃色。在一戰時期，負責處理黃色火藥的工作人員的手因經常接觸而被染成黃色，因此得到了「金絲雀」（canaries）的綽號。但後來便發現，長期接觸黃色火藥會導致貧血、肝功能不正常、脾臟腫大等；且在大鼠的試驗中被發現有致癌性，因此被列為可能的致癌物。雖然植物可以吸收黃色火藥，但是黃色火藥會使得植物根部的生長被抑制。由於軍隊與礦區廣泛的使用，黃色火藥造成的污染已受到廣泛的重視，也被美國的環境保護署（EPA）列為重點工作。

由於植物會吸收黃色火藥，有人就想到，為何不利用植物來移除被黃色火藥污染的土壤呢？雖然這個想法不錯，但是「吃」了黃色火藥的植物，它的根部生長會受到抑制，所以植物長得並不好。當然，如果能找到不被抑制的突變種，或許就真的可以用它來進行所謂的「植物修復」（phytoremediation）了--只是，這樣的植物存在嗎？

最近，英國的研究團隊，從擬南芥（阿拉伯芥，Arabidopsis thaliana）中找到了不會被黃色火藥抑制生長的突變株mdhar6。

MDHAR6的基因是個負責解毒的酵素，全名是monodehydroascorbate reductase 6。擬南芥總共有五個MDHAR基因，存在的位置不大相同。不過，它們都負責將氧化的維生素C還原。

研究團隊發現，當MDHAR6基因發生缺損時，可以使得mdhar6突變株能夠「吃」很多炸藥，但是不會中毒。

但是，這個酵素原來的功能是負責解毒啊！為什麼解毒基因缺損反而可以吃更多毒藥呢？原來MDHAR6主要位於質體（plastids，為葉綠體、澱粉體等的總稱）與粒線體中，它會將黃色火藥還原為帶負電的分子，然後帶負電的黃色火藥再將電子傳給氧氣，產生自由基（reactive oxygen species，ROS）。當自由基產生時，細胞裡面的各種大分子，就會因為被自由基還原而產生損害。

也因此，沒有MDHAR6的突變株，反而因為不會還原黃色火藥，所以也沒有產生自由基的機會，可以猛吃炸藥也不會中毒。它們到底可以吃多少呢？研究團隊發現，把mdhar6突變株的植物種在每公斤含有100毫克（mg）的土壤中，它們可以在五週的時間裡移除超過40%的炸藥喔！

不過，也因為這個機制是如此特殊，當研究團隊測試mdhar6突變株，想找找它是否有其他的過人本領時，發現除了可以大吃炸藥以外，mdhar6突變株對食鹽、巴拉刈（paraquat，一種會產生自由基的殺草劑），以及過氧化氫等物質，它的表現都與一般植物沒有差別。但筆者覺得，光是可以猛吃炸藥還一點事也沒有，就已經是一項了不起的本領了，不是嗎？

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參考文獻：

Elizabeth L. Rylott and Neil C. Bruce et. al., 2015. Monodehydroascorbate reductase mediates TNT toxicity in plants. Science 349（6252）：1072-1075 DOI: 10.1126/science.aab3472