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光敏素(phytochrome)的故事(一)

研究植物的人應該不會不知道光敏素!它是植物最重要的光受器,缺乏光敏素的植物,因為感光出現障礙,所以會有輕重不一的症狀。對於不了解光敏素的功能的讀者,筆者建議可先由「植物的眼睛:光敏素」這篇開始閱讀,然後可以接著看「光敏素與光合作用(一)(二)」。

至於對光敏素已經有了解的讀者,就來聽聽筆者說故事吧!故事要從1906年說起。在1906年,菸草田裡出現了一株新種的菸草。它的葉片大而寬,植株可以長到親本Maryland Narrowleaf tobacco的兩倍大。

對於菸草農夫來說,這當然是天大的好消息。可是當他們把這個新種(被命名為Maryland Mammoth tobacco)帶到北方去種植時,它怎樣也不開花!

Maryland Mammoth tobacco(右)。
取自美國農業部1920年度報告

怎麼辦呢?這時候美國農業部(USDA)就來想辦法了。當時在農業部上班的兩位科學家,加納(Wightman Wells Garner)與阿拉德(Harry Ardell Allard)用了許多方法,想要「逼」這新種菸草開花。

他們用了許多方法,包括讓它乾一陣子、或是讓它長到滿盆(pot-bound)等,但是都不能讓它開花。但是,在實驗的過程中,加納與阿拉德注意到幾件事:

(一)、砍掉莖葉的新種菸草,後來(秋冬)開花了;
(二)、在秋天播種的新種菸草,當養在溫室裡的時候,很快就開花了;
(三)、秋天播種的新種菸草,到了四月,又開始長新芽;這新芽又是整個夏天都不開花。

所以,加納與阿拉德便開始懷疑,是否這新種菸草開花與否,跟植物的年紀沒有關係,而是受到外界的某種刺激,影響到它的花期。

當時他們並不知道,有位植物生理學界的大老Georg Albrecht Klebs在海德堡也在研究影響植物開花的因素。Klebs用一種阿爾卑斯山上的多肉植物Sempervivum funkii(卷絹)作為實驗材料。

Sempervivum funkii。圖片來源:wiki
Klebs發現,當他把卷絹在四月時放在黑暗裡兩三週以後,卷絹在夏天就不開花;但是溫度、肥料等等都不能使它開花。到1912年冬天,Klebs把卷絹連續照了幾天的電燈。妙的事情發生了!隔年的夏天,卷絹提早了三週開花!

於是Klebs下了結論:春分(spring equinox)以後,日照時間變長,刺激植物開花。

整個1914到1915年,Klebs繼續做實驗,發現植物每天需要一定時間的光照才能開花;但是他發現溫度也會影響到光照的時間。他很想繼續研究,可是在1918年,他的生日前一週,他來不及做更多實驗,就過世了。

由於當時沒有網路、通信也不是那麼方便,所以加納與阿拉德也來不及跟他請教...

參考文獻:

Linda C. Sage. 1992. Pigment of the Imagination :A History of Phytochrome Research. Academic Press. ISBN. 0-12-614445-1

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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。

參考文獻:

1. Clare Wilson. 2015/3/30. Anglo Saxon remedy kills hospital superbug MRSA. New Scientist.

2.Harrison et al. (2015) A 1,000-year-old antimicrobial reme…

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!

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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

為什麼「種豆南山下,草盛豆苗稀」?

陶淵明在「歸園田居」詩中,曾經提到「種豆南山下,草盛豆苗稀」。這首詩大家都很熟了,也是很受歡迎的國文教材,但是,有多少人認真去想為什麼「草盛豆苗稀」呢?難道只是因為陶淵明不會種田嗎?

雖然根據歷史的記載,「歸園田居」可能真的就是在他剛隱居的時候寫的(1);而在那時候,可能他的耕種技術也的確是還有待提升;不過筆者卻認為,從生物學的角度來看,「草盛豆苗稀」也不全是耕種技術的問題。

首先,我們來看一下氣候。陶淵明隱居的地點在潯陽柴桑,也就是現在的江西省九江市星子縣。當地是北緯29.44度,在北回歸線以北,屬於濕潤型亞熱帶氣候(2),1971-2000的年平均溫度為攝氏17.03度,每年四月就不再有攝氏零度以下的低溫(3)。雖然還是比臺灣偏北(台北市是北緯25.02度),大致上還是屬於溫和的氣候,植物的種類應該也不會相差太多。即使考慮近年來全球暖化的問題,應該也不會超過攝氏一度(4)。

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不過,並不是所有的植物在夏天時生長速度都會變慢唷!有些植物,如玉米、甘蔗等,反而在夏天時長得特別好。為什麼呢?

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說到這裡,讀者可能會想:什麼是C4植物?為什麼它們能夠既耐熱又耐旱呢?
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而C4植物則在卡爾文循環上面,又增加了幾個步驟,而且這幾個步驟還跟卡爾文循環在不同的組織中進行呢(如圖三)!為什麼會這樣呢?


原來,C4植物多半都生活在亞熱帶或熱帶,在這些氣候區,植物進行光合作用時,會遇到一個大問題。

這個問題來自於卡爾文循環的第…