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光敏素(phytochrome)的故事(三)

1938年的夏天,芝加哥大學(University of Chicago)來了一個來自加州的客人。

邦納(James F. Bonner)當時年方27歲,正在加州理工學院(Caltech)擔任助理教授。芝加哥大學的植物實驗室(Hull Botanical Laboratory)主任克勞斯(Ezra Jacob Kraus)欣賞他,給他教師的職位;但是他一時之間仍無法做決定。邦納在猶他州長大、在加州理工學院讀完博士學位,蠻喜歡加州的環境;於是他申請了留職留薪,先來芝加哥大學看看。

那年夏天,邦納與哈姆納(Karl C. Hamner)開始了一系列對於光週期的研究。他們原本希望或許可以因此找到傳說中的「開花素」(florigen),但最後卻發現了光週期的關鍵在於連續黑夜的長度。

蒼耳。圖片來源:wiki

以蒼耳(cocklebur,Xanthium pensylvanicum)為實驗材料,邦納與哈姆納測試了非常多不同的光週期,解剖了許多的蒼耳,但還是沒有找到開花素。

但是,在這些光週期的試驗中,他們測試了:

一、四小時光照/八小時黑暗;
二、十六小時光照/三十二小時黑暗;
三、八小時光照/四十小時黑暗。

由於當時已知蒼耳的臨界光照時間是介於15.5到15.75小時之間(也就是黑暗的時間大約是8.5到8.25小時),實驗組一不論是光照或是黑暗時間,都小於臨界時間;而第二組則不論是是光照或是黑暗時間,都大於臨界時間,第三組則只有黑暗時間大於臨界時間。

結果是,第一組沒有花苞出現,而第二組與第三組都開花了。

進一步的實驗,讓植物接受九小時的光照與八小時的黑暗,還是沒有開花的跡象;所以邦納與哈姆納的結論就是:

只要黑暗的時間超過臨界值,植物就會開花;所以,植物在意的是連續黑暗的時間。

接著,他們決定要讓植物的「睡眠時間」被燈光打斷,看看到底需要多麼少的光照,就可以影響植物的花期?

實驗的結果是:一分鐘!這讓他們超驚訝的,原來植物是如此的敏感,只需要「一分鐘」的光照,就足以讓蒼耳不開花!

其他研究團隊聽到這個消息,也紛紛開始進行實驗。很快的,大豆也被發現相同的現象;而另一個研究團隊則將這個發現應用在菊花上,希望能讓菊花晚一點開花。

結果,雖然菊花不如蒼耳與大豆那麼敏感,但一小時的光照也可以把花期推遲二至三個月。後來的許多測試發現,有些菊花甚至要二到四小時;於是,在秋天的晚上給菊花二到四小時的光照,就成為園藝界推遲花期的標準做法了。

雖然發現了連續黑暗才是關鍵,但是沒有找到「開花素」讓邦納覺得,或許芝加哥不適合他。他最後還是回到加州理工學院,在那裡工作直到退休。

退休後的邦納還開了一家生物科技公司Phytogen,後來在一九九六年去世。

其實邦納真的不用對找不到「開花素」那麼難過。直到現在,植物科學家們還是不確定「開花素」是什麼。

參考文獻:

Frank B . Salisbury. 1998. James Frederick Bonner. 1910—1996. A Biographical Memoir byFrank B . Salisbury. National Academy of Sciences.

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

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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…

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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」?

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