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會數數的捕蠅草

捕蠅草,可以看見葉片內側的感覺毛。圖片來源:wiki
捕蠅草(Venus flytrap,Dionaea muscipula)會數數,你相信嗎?

先前的研究已經知道,若在30秒之內連續碰兩下捕蠅草葉片內側的感覺毛(sensory hair),而且這兩下都要能夠引發捕蠅草產生動作電位(action potential,AP),這時捕蠅草就會在小於一秒的時間內把它的「蟲夾」(葉片)給關起來。關起來以後,昆蟲當然會持續掙扎,但是越掙扎「蟲夾」就越關越緊。接著捕蠅草葉片內部的消化腺(總共有超過三萬個)便開始分泌消化液,將這不幸的獵物給消化掉。

所以我們已經知道捕蠅草可以數到二...只數兩下?真的是很性急耶!不過,關起來以後,捕蠅草是否馬上就開始分泌消化液呢?

由來自歐洲與澳洲的科學家們所組成的研究團隊,想要知道捕蠅草數完「一、二!」以後發生的故事,於是他們進行了一連串的實驗。

在「蟲夾」關閉後,捕蠅草便會開始製造茉莉酸(jasmonate,JA);茉莉酸接著與它的受器COI1-JAZ1結合,接著JAZ1便會被泛素化(ubiquitination),然後分解。但是,JAZ1的泛素化與分解,會使它的表現量上昇。

有意思的是,頭兩個動作電位發生時,JAZ1與COI1的表現量維持不變,這時候茉莉酸的分泌也還沒有開始;接下來的動作電位的出現(代表被抓到的昆蟲持續掙扎),造成茉莉酸的分泌開始上昇,於是JAZ1與COI1的表現量也開始出現變化--JAZ1表現量上昇而COI1下降。

到第五個動作電位出現時,JAZ1的表現量到達最高峰(為一開始的5.5倍),這時候腺細胞內的鈣離子濃度開始上昇,接著包括幾丁質酶(chitinase)在內的許多水解酶(hydrolase)便會開始分泌了。

要產生動作電位,需要在短時間內把大量的離子運出/運入細胞。由於吃肉的生物常會從肉食中取得所需要的鈉離子,研究團隊對於捕蠅草是否會由它們吃的肉裡面取得鈉離子感到非常好奇,於是他們用飼料(內含的鈉離子較容易定量)來餵食捕蠅草。當然,用飼料餵食還是不能忘記要去刺激一下捕蠅草的葉片的!

結果發現,在餵食後6小時,捕蠅草細胞內的鈉離子濃度開始上昇,到12-24小時到達高峰並繼續維持2-3天。由於只有葉片的細胞呈現鈉離子濃度上昇的現象,這也顯示了捕蠅草的確會吸收獵物的鈉離子。

為了進一步證明捕蠅草的確會吸收鈉離子,研究團隊分析了捕蠅草的鈉離子通道蛋白DmHKT1。結果研究團隊發現,從零到第三個動作電位發生之間,DmHKT1的表現量都沒有變化;但是在第五個動作電位(又是第五個!)發生後,DmHKT1的表現量開始上昇,並於四小時候達到最高,可達原來的60倍!研究團隊也發現,DmHKT1的表現受到JA的調節。這也顯示了,捕蠅草雖然是植物,但是吃肉的植物與吃肉的動物一樣,會吸收獵物的鈉離子來作為產生動作電位使用。不只是鈉離子,研究團隊還發現捕蠅草可能還會吸收獵物的銨離子(NH4+)與鉀離子(K+)喔!

所以,當蟲兒降落在捕蠅草的葉片內部時,若只碰一下、或是只有輕輕的碰幾下感覺毛,捕蠅草是不會關門的。在捕蠅草被碰了第一下以後,只要30秒內它的感覺毛又被用力碰了一下,這時候捕蠅草便迅速地將葉片關上。接著若真的抓到蟲了,蟲兒當然會開始用力掙扎,於是...

「三、四、五!」

接著腺細胞內的鈣離子濃度上昇、茉莉酸受器基因JAZ1表現量上昇、水解酶大量分泌、鈉離子通道基因DmHKT1表現量也上昇,隨著葉片關得越來越緊,形成一個如胃(「綠胃」,green stomach)的構造,等到蟲兒被消化殆盡後,葉片才會打開,讓蟲兒的殘渣掉出來。

吃完蟲兒重新打開的捕蠅草葉片。圖片來源:wiki
所以,捕蠅草真的會數數喔!不過,捕蠅草的數法是:

「一,二!三,四,五!!!」

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:

Böhm et. al.,The Venus Flytrap Dionaea muscipula Counts Prey-Induced Action Potentials to Induce Sodium Uptake Current Biology (2016), http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2015.11.057

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吃到含植物生長激素的水果會性早熟?

今天看到一則新聞「激素催熟鳳梨! 吃多恐性早熟」,害我出考題出到一半又要分心來處理這件事。

這則新聞裡面言之鑿鑿地說:

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看了真的讓人不知道該說什麼才好。鳳梨的外皮極硬,要「打」生長素進去,筆者不知道要用什麼樣的工具才辦得到;另外,果實的發育是整個一起長的,如果在成長的過程中用針筒之類的去注射鳳梨,整個果實都會停止生長,並非局部變黑。鳳梨局部變黑通常是因為果實發育的過程中氣候變化太劇烈(太熱是常見的原因),整園的鳳梨幾百顆,要用注射的,只能說打到天亮都打不完吧。

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另外一類會讓果實長大的植物賀爾蒙是吉貝素(gibberellic acid, GA)。

無子葡萄常會用到吉貝素讓果實長大,主要是因為果實裡的種子是天然吉貝素的來源,無子的果實因為缺乏吉貝素會比較小,所以果農會噴灑吉貝素讓果實長大。

吉貝素的化學式是C19H22O6,比生長素大概大了快一倍,不過還是屬於小分子化合物。

但是不管是生長素還是吉貝素,筆者查了很多資料,都沒有提到可以刺激動物生長的活性。倒是合成的生長素2,4-D曾有一度被懷疑可能致癌,不過美國的環保署在2007年也已經宣布沒有任何證據支持它會致癌。2,4-D的化學式是C8H6Cl2O3,還是一個小分子化合物。

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參考文獻:
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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