跳到主要內容

世界維管束植物大盤點

全世界到底有多少種植物呢?在科學家們比對許多網站、搜尋大量文獻,刪除掉不同名但實為同種的植物後,邱園(the Royal Botanical Gardens, Kew)終於在今年釋出了第一份世界(維管束)植物調查報告。

根據這份報告,世界上有390,900種維管束植物,其中種子植物有369,000種,佔94.4%。這麼多的維管束植物,有多少種為人類所用了呢?根據文獻的紀錄,人類只用了31,128種,還不到十分之一(7.96%);其中最大宗,不意外就是藥用(17,810種,57.1%)。當作食物的植物則有5,538種(17.8%),而作為材料的則有11,365種(36.5%)。雖然我們常聽到「有毒植物」這個詞,但在這麼多為人類所用的植物裡面,只有2,503種是作為毒藥/毒素,還不到一成(8.04%)。

在2015年,全世界總共發現2,034種新植物。包括九十種海棠屬、十八種蕃薯屬(包括了蕃薯 Ipomoea batatas 的近親)、五種洋蔥屬以及一種在臉書上發現的肉食植物。中國、澳洲與巴西是過去十年提出最多新種的國家,中國提出了1,537種,澳洲提出了1,648種,而巴西則提出了2,200種。

為什麼會有不同名但實為同種的狀況呢?那是因為同一種植物在不同的時間、空間,被不同的人發現的關係。由於命名是根據生物的特徵,所以同一個植物會有不同的名字。這些分類上的同義詞(synonym),由於描述了生物的特徵,因此也會被保留下來;根據邱園的資料,平均每個植物有2.7個同義詞。

隨著近年生物科技的發展,植物的分類由過去以型態(尤其是花的型態)為主的分類系統,開始朝著分子分類學的方向發展。為了分類,目前已經有三分之一弱的維管束植物有部分的基因被定序(106,700種,28.92%);主要定序的基因在rbcL與/或matK上。這兩個基因都是葉綠體的基因,因為在不同的植物間高度保留而被用做分類上的依據。整個基因體完整的被解讀出來的植物,只有一百三十九種,還不到0.1%,而且大部分是農作物。由於氣候變遷造成農作物的產量與品質都受到影響,近年來各國的研究團隊紛紛在找尋農作物的野生種,並將之與現在的栽培種進行雜交,以培育出更能抗蟲、抗旱等特質的新品種,因此目前更重要的工作,應該是將農作物的野生種定序出來呢!

雖然看起來好像不少,但是有21%的植物面臨絕種的威脅,失去棲地(包括紅樹林、森林)、病蟲害、入侵植物都是影響植物生存的重要原因。除此之外,氣候變遷在近年來也成為一大因素。有超過十分之一的植物生長區域很容易受到氣候變遷的影響,由於植物要傳播幾乎都要藉助其他的生物或水力、風力等,使得植物們在面對氣候變遷時特別脆弱。

而有些區域--如巴西--有非常豐富的植物資源,但因為人為的破壞,可能有些植物在還來不及被發現之前,就消失了。例如 Drosera magnifica就是很好的例子。若不是一位業餘的植物愛好者剛好在那個區域還沒有被開發之前到了附近,看到它之後拍照上傳到臉書被研究人員看到,我們或許根本來不及知道世界上竟然有可以長到1.5米高的肉食植物,它就已經永遠消失在地球上了。

Drosera magnifica。圖片來源:Nature News

由於這份報告只有調查維管束植物,如果把「所有的」植物,包括藻類、地錢(liverwort)、角苔(hornwort)與苔蘚(moss)都算進去,會怎麼樣呢?筆者好奇調查了一下發現,苔蘚大約有12,000種,地錢約有9,000種,角苔大約有一百種,其實都還好。但是藻類很難估計,從三萬到超過一百萬種都被提出來過。如果以三萬種來算,全世界的植物約有442,000種,其中種子植物大概佔83.5%;如果藻類以一百萬種來算,全世界的植物就會有1,412,000種,種子植物大概佔26.2%。

全世界有4,979種入侵植物,包括粉綠狐尾藻(Myriophyllum aquaticum)、小花蔓澤蘭(Mikania micrantha)等。這些入侵植物,若以科來區別,最大宗的是菊科,第二名是禾本科,第三名是豆科。每年世界各國因為入侵植物所造成的環境破壞、以及為了要移除入侵植物所做的努力,消耗了5%的GDP。

粉綠狐尾藻。圖片來源:Wiki
從1492年哥倫布發現新大陸以後,全球化的腳步就未曾停歇。全球化讓我們得以享用全世界的農產品,甚至有些無須運送就可以直接在本地生產;但有許多物種,由於人們未曾思考周詳便率爾引進,使得它們得以流佈全球。邱園的這個入侵植物清單,可以給世界各國政府作為參考,未來在考慮引進某些植物時,可以先核對一下,再考慮是否要引進。

邱園的科學家們說,第一份報告總免不了有些不足之處,不過未來他們打算每年更新一次,希望可以讓這個報告越來越好。筆者看了真覺得無限欽佩,教科書每年改版對編輯群來說幾乎是不可能,但是他們卻打算要每年改版世界(維管束)植物調查報告(跪)。

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:

Royal Botanical Gardens Kew. State of the World's Plants 2016.

Rebecca Morelle. 2016/5/10. Kew report makes new tally for number of world's plants. BBC.

留言

這個網誌中的熱門文章

植物是地球的能量工廠

地球上最重要的反應應該就是光合作用(photosynthesis)了,就如植物的頂芽生長點是地球上最重要的組織一般。這是由於地球上的異營生物無不依靠自營生物作為直接或間接的食物來源,而自營生物的養分幾乎都是由光合作用而來。
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。
當時序慢慢進入秋天時,植物體內可藉由光敏素(phytochrome)感應逐漸加長的黑夜。光敏素是由兩個多肽組成的雙體(dimer),每個多肽有一千多個氨基酸那麼長,並加上一個色素分子(phytochromobillin)。光敏素將季節的信息送到頂芽,頂芽便開始進入休眠;其它的葉片啟動衰老機制、將可以回收的養分盡量回收之後,隨著連接葉柄與莖的薄壁細胞死亡,毫無生氣的葉片因自己重量的垂墜,被拉離開植株,飄落到地面。
這一切雖然看似與光合作用無關,但它卻是背後的影武者。在夏季的尾聲,隨著日照時間減少,植物能進行光合作用的時間縮短;同時,因為太陽的角度逐漸偏斜,在有限時間內,植物能捕捉到的光能也逐漸減少。以經濟的角度來看,光合自營生物此時若仍維持著龐大數量的葉片,並不是一種聰明的做法;於是有些樹木選擇將葉片中的養分回收儲存,同時降低所有的活動來過冬。等到冬去春來,可進行光合作用的時間變長了,加上太陽的角度逐漸轉正,植物以光敏素覺察到黑夜時間逐漸縮短,新芽便開始萌發,葉綠素的合成與葉綠體的發育,讓新生的葉片抹上了一層層的綠意。
由此可知,光合作用需要捕捉光能、以及將光能轉換為化學能的「用具」,並且,這些用具要能夠被恰當地放置在可以接收到足夠光能的地方。除了少數因為生活環境而必須修改基本設計的植物以外,絕大多數植物執行光合作用的主要部位是葉片;而葉片中用來捕捉光能的用具就是光系統(photosystem)。
抽絲剝繭光系統的運作
在葉綠體的類囊體膜(stromal membrane)上,可以…

孔雀秋海棠的光合作用魔術

原產於馬來西亞雨林的孔雀秋海棠(Begonia pavonina),只有在光線極弱的狀況下葉片會出現藍色。當光線夠強的時候,葉片上的藍色就不會出現了。

因為這藍色是如此的美麗,使它得到了「孔雀秋海棠」(peacock begonia)的美名。大家搶著種它,想要看到那美麗的孔雀藍;但到底為什麼要出現這美麗的孔雀藍呢?

通常我們都認為,在葉片裡面除了葉綠素以外的光合色素,都是輔助色素:在光線不夠時,幫忙吸收更多光能;在光線太強時,把多餘的能量發散。所以孔雀秋海棠的孔雀藍,是否也是一種輔助色素呢?

之前的研究已經發現,這些孔雀藍,應該是來自於被稱為虹彩體(iridoplast)的一種色素體(plastid)。虹彩體位於葉片上表皮的細胞中,為葉綠體的變體。在最近的研究發現,這些虹彩體的類囊體(thylakoids)以一種不尋常的方式排列:每疊葉綠餅(grana)由三到四個類囊體組成,厚度約為40奈米;而一疊一疊的葉綠餅之間的距離約為100奈米。


一般的葉綠體,通常葉綠餅的排列是散亂的(如圖);孔雀秋海棠的虹彩體的葉綠餅卻排得如此整齊,有什麼作用呢?

研究團隊測量了20個虹彩體,發現它們的特殊構造賦予它們反射435~500奈米的光波的能力。這個波長正好就是藍光波段的最右邊,與綠光交界的位置。這就是為什麼孔雀秋海棠是藍色的原因吧!

不過,這些虹彩體不只是會反射藍光而已。研究團隊還發現,虹彩體讓孔雀秋海棠吸收較長波的綠光與紅光的能力提升了!這對孔雀秋海棠是非常重要的,因為它們通常在熱帶雨林的地面上生長。

在熱帶雨林裡,光線都被大樹給遮住了,使得地表的光線極弱。弱到怎樣的地步呢?大約是樹冠光線強度的百萬到千萬分之一喔!而且還不只是光線變弱而已,因為雨林中的大樹們把進行光合作用所需的兩個主要波段的光(460奈米與680奈米)都吸收得差不多了,在這樣的環境下,孔雀秋海棠如果不發展出吸收一點綠光的本事,還真的會混不下去。

事實上,因為這些特殊的構造,虹彩體比一般的葉綠體進行光合作用的效率更高。研究團隊藉著測量葉綠體的螢光(葉綠體進行光合作用時,一部份的葉綠素會把吸收的光以暗紅色的螢光發射出去;所以可以藉著測量螢光了解植物進行光合作用的效率)發現,虹彩體進行光合作用的效率,比一般的葉綠體都好。不過,當光線變強的時候,虹彩體的效率就沒有那麼好了;這或許就是為何,當我們把孔雀秋海棠種在光線…

【原來作物有故事】鳳梨 漂洋過海在臺灣發揚光大

作者:葉綠舒、王奕盛、梁丞志

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…