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如何消滅土裡那不受歡迎的客人

獨腳金。圖片來源:wiki

獨腳金(Striga)這一屬的植物分布於非洲、澳洲與亞洲。在亞洲,中國大陸雲南、貴州、廣西、廣東、湖南、江西、福建及台灣都可以看到它。它們是寄生植物,種子躲在土裡,在農作物發芽的時候一起發芽,根部緊貼住農作物的根部吸收養分,造成農作物產量減少。

雖然獨腳金可以入藥,但它在非洲的撒哈拉以南地區造成非常嚴重的問題,大約三分之二的農地被獨腳金入侵。總計在全世界,獨腳金危害25個國家,共計影響一千萬人。

科學家們一直想要找到消滅獨腳金的方法,但由於種子躲在土裡不怕農藥,農作物不發芽它們也不會先發芽,所以一直都是很頭痛的問題。
strigolactone的基本結構。圖片來源:wiki
如果能夠讓它發芽,活的植物的罩門應該比休眠的種子要多得多了。但是,為什麼這種植物會知道什麼時候農作物的種子發芽呢?原來許多植物的種子在發芽時,根部會分泌一種賀爾蒙稱為strigolactone(如上圖)。這個賀爾蒙原來是用來召喚土壤中的共生真菌(mycorrhiza)的,好讓植物寶寶們一發芽就有共生真菌在旁邊呵護;但獨腳金也學會了偵測這種賀爾蒙,讓自己在感應這種賀爾蒙之後就發芽。於是,獨腳金永遠都能夠搶先一步,佔據最好的位置來偷走農作物的養分。

這種賀爾蒙有很多種,科學家也發現,獨腳金已經懂得經由分辨不同的strigolactone組合,來了解是否現在發芽的是它最愛的宿主。

最近多倫多大學的研究團隊花了好一番功夫,找到獨腳金裡面所有的strigolactone受器(統稱為ShHTL)--竟然有十一個!這麼多個受器,不見得個個都有相同的功能吧?為了要了解它們、並找到真正要緊的ShHTL,研究團隊利用阿拉伯芥缺少HTL基因的突變株,仔細地研究了所有的這十一個ShHTL

怎麼研究呢?原來,阿拉伯芥的種子在攝氏32度時,會出現發芽率急速下降的現象。但是這個熱抑制(thermoinhibition)現象,在加入strigolactone時會被逆轉。不過,對於缺少了HTL基因的阿拉伯芥,加入strigolactone就沒有效果了。

於是研究團隊將不同的ShHTL轉入缺少HTL基因的阿拉伯芥,再利用熱發芽抑制實驗,來測試找出對strigolactone最敏感的ShHTLShHTL7)。接著,再以ShHTL7來測試不同的strigolactone,發現獨腳金最愛的strigolactone包括了5-deoxy strigol (5DS)、2'-epi-5-deoxy strigol (2'-Epi-5DS)以及sorgolactone。由於這些strigolactone的共同特徵是:A環的五號碳上的官能基為氫氧基(-OH);而且田間觀察也發現,分泌較多5DS的栽培種也非常容易被獨腳金感染,或許已經找到獨腳金的罩門了?

未來,研究團隊希望可以使用這些strigolactone作為生物製劑,在尚未播種前先在田裡噴洒,讓獨腳金先發芽。由於缺乏宿主,受騙發芽的獨腳金很快就會因為沒有養分而餓死;接著再播下農作物的種子,就可以避免被寄生,而且還可以把餓死的獨腳金當作肥料(呵~算是某種復仇嗎?)。

聽來是個不錯的想法,但筆者有點擔心共生真菌是否也會被騙?雖然共生真菌不會因為遇不到農作物而死亡,但不知是否會有一些其他的問題產生呢?

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)

參考文獻:

Peter McCourt et. al., 2015. Structure-function analysis identifies highly sensitive strigolactone receptors in Striga. Science. 10.1126/science.aac9476

Yuichiro Tsuchiya et. al., 2012. Thermoinhibition Uncovers a Role for Strigolactones in Arabidopsis Seed Germination. Plant Cell Physiology. 53(1): 107–117. doi:10.1093/pcp/pcr176

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葉片是獲取能量的小尖兵
自營生物的器官衰老是非常複雜的機制。在秋天撿起一片地上的黃葉,與仍在樹梢上翠綠的葉子相比,會發現黃葉的重量較同等大小的綠葉輕很多;這是因為植物會將衰老葉片中剩餘的、可利用的物質分解後運回,提供其他組織再運用。不若異營生物,由於每一個器官、組織都需要由自己生產的能量來製造,因此自營生物在淘汰老廢器官與組織時,一定會將殘餘的養分盡可能的回收。汰舊換新對所有生物都是一整年的工作,但對於多年生的落葉樹來說,每年春秋二季會發生大規模的迎新去舊,是它們一年兩次的大工程。
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【原來作物有故事】鳳梨 漂洋過海在臺灣發揚光大

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在台灣提到鳳梨,一定會想到鳳梨酥這代表台灣的伴手禮。但是鳳梨其實不是台灣原產的水果喔!鳳梨原產於熱帶南美洲,在哥倫布1493年的第二次航行時於瓜德羅普的村莊中發現後引進歐洲,約於16世紀中葉傳入中國;台灣則是在1605年先由葡萄牙人引進澳門,再由閩粵傳入台灣,至今已有三百多年歷史。

在台灣,鳳梨因為台語諧音「旺來」很吉利而廣受大眾喜愛,但其實鳳梨的名字是根據它果實的型態來的,因為果實的前端有一叢綠色的葉片,讓以前的人覺得很像鳳尾,加上果肉的顏色像梨,所以就取名為「鳳梨」。至於英文的名稱也是因為果實的外型像毬果、而肉質香甜,所以就被取名為「松蘋果」(pineapple)啦!其實鳳梨果實的毬果狀的外觀主要是因為鳳梨是「聚合果」,每顆鳳梨是由200朵鳳梨花集合而成的!而它的學名Ananas則是來自於圖皮語,意思是很棒的水果。

在哥倫布把鳳梨引進歐洲以後,因為它的香甜好滋味讓它大受歡迎;但是身為熱帶水果的鳳梨,在溫帶的歐洲長得並不好!為了要讓王公貴族們吃到鳳梨,十六世紀的園丁們發明了「鳳梨暖爐」:把單顆鳳梨放在由馬糞堆肥做的暖床上的木製棚架,並升起爐火來保持溫暖,好讓鳳梨這熱帶植物可以在溫帶的歐洲開花結果;世界上第一個溫室就這樣誕生了,並由此開啟了歐洲建造溫室的熱潮!

鳳梨不只是改變了歐洲,在日本人到台灣後,嚐到了鳳梨的香甜滋味,便開始推動鳳梨產業。1903年,岡村庄太郎於鳳山設置岡村鳳梨工廠,生產鳳梨罐頭;後來逐漸形成中部以員林、南部以鳳山為中心的鳳梨生產體系。在1938年時,鳳梨罐頭工廠女工竟然佔了全台灣女性勞動人數三分之一以上呢!光復以後台灣的鳳梨產業也曾在1971年登上世界第一,讓台灣被稱為「鳳梨王國」。但是後來不敵其他國家的競爭,已經由外銷罐頭改為多以內銷鮮食鳳梨為主的型態了。

從清朝、日治時代直到現在,台灣的鳳梨品系一直都一樣嗎?當然不是囉!最早的鳳梨被稱為「在來種」,後來日治時代為了製作罐頭方便,從夏威夷引進了開英種;到了1980年以後,因為罐頭外銷敵不過競爭,台灣的鳳梨改為內銷且以鮮食為主,為了挽救鳳梨產業,農改場、農試所便培育出各種不同適合鮮食的鳳梨:包括不用削皮可以直接剝來吃的釋迦鳳梨(台農4號),最適合在秋冬生產的冬蜜鳳梨(台農13號),有特殊香氣的香水鳳梨(台農11號),以及因為果肉乳白色被稱為牛奶鳳梨的台農20號等…