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

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)。

在亞熱帶的台灣,夏天通常並不是植物茂盛生長的時期。為什麼呢?因為世界上90%的陸生植物是C3植物,這些植物在氣溫超過攝氏30度時,會因為光呼吸作用(photorespiration)造成水分的消耗大量上昇。C3植物(如大豆)在攝氏30度時,每抓一個二氧化碳分子就要消耗833個水(5),於是植物的生長速度就開始變慢。

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?

原來玉米與甘蔗是所謂的C4植物,它們既耐熱又耐旱,跟C3植物比較起來,在攝氏30度時C4植物每抓一個二氧化碳的分子只消耗277個水(5),所以夏天的時候,它們的生長速度ㄧ點都不受影響呢!
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?
所謂的C3、C4植物,指得是它們在光合作用上的不同。C3植物進行光合作用時,是由卡爾文循環(Calvin cycle)的酵素(RuBisCo,如圖二)直接抓取溶解在細胞中的二氧化碳,與核酮糖1,5-二磷酸(ribulose 1,5-bisphosphate,RuBP)進行反應;


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…

【原來作物有故事】麵包樹 熱帶果實引發電影傳奇

第一次聽到麵包樹的名字,是在小學的校園裡。當時老師說麵包樹雖然果實真的長得像麵包,但因為台北太冷了,原生於熱帶的它沒辦法在台北開花結果。

後來在花蓮當老師時,發現學校餐廳夏天有時會出現一種特別的蔬菜湯:裡面有黃色果肉、白色種子的「菜」。在地的同事告訴我,那叫做「巴吉魯」,也就是麵包樹的果實。

花蓮的夏天總是不缺「巴吉魯」,不只市場裡有賣、有些人家的院子裡就有麵包樹。在地的朋友說,成熟的果實削皮切塊加點小魚乾煮湯很好喝,長不大的果實(雄花花序)用來燃燒驅蚊,據說比蚊香還有效。

麵包樹是桑科波羅密屬的多年生大型喬木,花為單性花,雌雄同株;果實是由30-68朵雌花所形成的多花果。麵包果通常在採收後五天到一週內食用最好吃,如果冷藏可以保存二到三週。

目前的研究認為麵包樹源自大洋洲新幾內亞、馬來半島、與西密克羅尼西亞。台灣的麵包樹原生於蘭嶼。在蘭嶼,麵包樹稱為“chipogo”,達悟族人用於製作船首、船尾板、坐墊,及住屋用的宗柱、主屋之踏腳板與木笠、木盤等用具,而分泌的乳白色汁液具黏性,可以當作粘接劑。

達悟族較少食用麵包果,倒是台灣東部的阿美族與太魯閣族經常拿麵包果來吃;不過太平洋群島上最常見的吃法應該是將麵包果放在鋪了葉片的坑洞內發酵成可以放二、三年的「果醬」。由於太平洋群島夏季常有颱風,這些「果醬」對各地原住民們是颱風後很重要的緊急糧食。既然麵包樹這麼重要,「南島語族」(包括台灣的原住民)不論坐船到哪裡,總是帶著麵包樹的種子。所以,麵包樹在太平洋各群島上是常見的風景。

第一個看到麵包樹的歐洲人應該是十六世紀末到十七世紀初的葡萄牙航海家佩得羅‧費爾南德斯‧德‧基羅斯。比他晚將近一百年的英國航海家威廉‧丹皮爾船長,他提到麵包樹的果實可以烤來吃。

到了十八世紀,麵包樹突然搖身一變成了「神奇糧食」。到底發生了什麼事呢?原來在1769年與庫克船長乘「奮進號」的英國植物學家班克斯爵士在大溪地看到了麵包樹,因為麵包樹的果實約有四分之一為澱粉、在熱帶地區又長得很好,使班克斯認為麵包樹可能是解決英國在牙買加殖民地奴隸營養問題的解答。於是在1787年,英國皇家科學院派遣邦迪號前往大溪地收集麵包樹帶到加勒比海群島種植。為了這個目的,船上還有一位隨船的植物學家大衛‧尼爾森。

原訂於8月16日出發的邦迪號,因為一連串的延遲,最後終於到了大溪地、收集了足夠數量的麵包樹以後,卻在因為船長布萊一路…

通風報信的植物

植物受傷時會有什麼反應?過去的研究讓我們瞭解,當植物被攻擊(受到病原菌感染、受傷)時,會釋放出揮發性有機物質(VOCs,Volatile Organic Compounds),讓自己以及附近的植物啟動防禦機制。這個作用有點像古代的烽火臺,當敵人來襲就燒起狼煙,附近的人看到狼煙就知道這裡出事了,要加強戒備。

不過,當附近的植物感應到VOCs時,它們會如何加強自己的防禦機制呢?過去的實驗發現,當植物的地上部位受到病原菌感染時,會傳遞信號給自己的根,接著根部的鋁活化蘋果酸運輸蛋白(ALMT1,aluminum-activated malate transporter)便會活化後釋放蘋果酸(malate)到土壤中來召喚枯草桿菌 UD1022(Bacillus subtilis UD1022)這隻植物的益菌。這些現象是否不僅僅發生在苦主、也發生在附近的植物身上呢?

康納(Connor Sweeney)和他在德拉瓦大學的指導教授,最近發現:不只是受傷的植物本身會進行這些防禦機制、附近的植物也會呢!

康納是德拉瓦州(Delaware)的高中生。他因為對科學有興趣,寫了e-mail給德拉瓦大學(University of Delaware)的白斯教授(Harsh Bais),表達希望能進他的實驗室學習。當白斯老師回信說「OK」的時候,康納高興得不得了。

於是他就開始了他的實驗室生活:下課後、週末以及暑假,康納都在白斯老師的實驗室裡種阿拉伯芥(Arabidopsis thaliana)。雖然他也是高中的游泳校隊,但他盡可能地投入時間作實驗。

成果是豐碩的。兩年後,康納在白斯教授的指導下,解出了植物接到鄰居的「狼煙」以後,接下來做了什麼;他們的成果發表在2017年的「植物科學前鋒」(Frontier in Plant Science)期刊上。

以一個高中生來說,這可是個非同小可的成就;康納不只是付出了許多努力,他也細心觀察每一個實驗。因為他夠細心,所以才沒有錯失了重要的發現。

這個重要的發現是什麼呢?有一天他如常地進行實驗:把一株阿拉伯芥用鑷子弄了幾個傷口,準備明天觀察它的反應。不同的是,這次旁邊有一株阿拉伯芥沒有被他弄傷。

第二天他看到了令他不敢相信的結果:旁邊的阿拉伯芥的主根變長、而且還長出了不少側根。

於是他們做了更多測試。他們發現:旁邊有受傷的伙伴的小芥們,主根生長的速度大約…