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植物有「牙齒」?

刺蓮花屬植物。圖片來源:Wiki

植物不會動,所以遇到掠食者,只能無奈的被咬。不過,有些植物沒那麼認命。蕁麻科(Urticaceae)、大戟科(Euphorbiaceae)、刺蓮花科(Loasaceae)以及茄目下的 Hydrophyllaceae科的植物們為了積極防咬,他們會在身上長出刺來;只要曾企圖摘過花或果實的朋友,可能都有被刺過的經驗。

不過,有多少人會認真去看看這些植物的刺呢?我們大概都只是檢查一下手指、看看是否有殘刺留在肉裡,有的話就拔掉。就這樣吧?

不過,有些植物只要被它刺過一次,下次就不會去摸它了!例如原產於美洲與非洲的刺蓮花屬植物就是很好的例子。被它刺一下,那個痛只能說會讓你永生難忘!

會這麼痛是什麼原因呢?

我們先來看德國的研究團隊提供的刺的電顯照片:

圖片來源:Scientific Reports

原來,除了我們以為的細刺(small trichomes,小葉毛,上圖b)以外,它們還有「刺毛」(stinging hair,上圖a)-- 刺毛是單細胞的,它的尖端有個球狀的尾部,遇到機械壓力(如手摸、口咬等等),尾部就會掉落。掉落後,刺毛內部的空腔會將細胞內的毒液注射到我們的皮膚裡面(就像皮下注射一樣),這些毒液包括組織胺、乙醯膽鹼、血清素以及其他尚未辨別出來的物質(1),會引發非常疼痛的反應。而小葉毛雖然無法注射毒液,卻全身布滿細刺(好像它還不夠細一樣!)。由於它具備了刺毛與小葉毛的關係,使得我們被刺了以後,奇痛難忍。

大概是這個「奇痛」引發了德國的研究團隊的興趣,於是他們決定研究一下這一屬的植物的刺毛與葉毛的結構。結果他們很驚訝的發現,刺蓮花屬植物除了具備了毒液的刺毛跟小葉毛以外,它們的刺毛的尖端部位、以及小葉毛的細刺部位,其實都是由磷酸鈣(hydroxyapatite)形成(2)。

磷酸鈣有什麼了不起的呢?原來,其他有刺的植物的刺,都是以碳酸鈣或是矽來增加它的強度;唯獨刺蓮花屬植物使用磷酸鈣。磷酸鈣是組成哺乳類的牙齒、骨骼的成分,過去從來沒有在植物的任何結構上看過;同樣擁有刺毛的蕁麻科(Urticaceae)植物的刺毛只有碳酸鈣與矽,而這並不消減它的致命性:蕁麻科的蕁麻草( Dendrocnide moroides )是澳洲最毒的有刺植物,曾有導致馬死亡的案例。

這就讓研究團隊非常的好奇。為什麼刺蓮花屬植物要用磷酸鈣來增加它的刺尖部位的強度呢?會不會是因為它們無法代謝矽或是碳酸鈣呢?這個疑問很快就被解答了:研究團隊在刺毛的磷酸鈣旁邊,還是可以找到碳酸鈣與矽的結晶,證明了它們其實在利用碳酸鈣與矽上面並沒有問題。

那麼,究竟為什麼刺蓮花屬植物要使用磷酸鈣呢?目前還不清楚。不過,到目前為止,這是高等植物中唯一可以找到利用磷酸鈣的例子;由於這些刺通常都是為了阻絕吃草的動物啃咬它們,在某種意義上,大概也可以說是「以牙還牙」吧!不過,看到這些會注射毒液的刺毛與看起來很像狼牙棒的小葉毛,真的令筆者從心裡發毛啊!

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:

1. E. Laurence Thurston, Nels R. Lersten. The morphology and toxicology of plant stinging hairs. The Botanical Review. 1969, Volume 35, Issue 4, pp 393-412

2. Hans-Jürgen Ensikat et. al., 2016. A first report of hydroxylated apatite as structural biomineral in Loasaceae – plants’ teeth against herbivores. Scientific Reports. doi:10.1038/srep26073

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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:

為了讓兩年生鳳梨,提早賣個好價,有不肖果農在鳳梨心施打生長激素,讓鳳梨變大又變甜,吃進肚子裡,尤其對孩童,可能影響荷爾蒙,導致性早熟

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。

噴灑生長素是比較有可能的,植物也的確有生長素,不過植物的生長素真的會對動物有影響嗎?我們先來看一下會讓植物生長的激素們是什麼。

通常我們提到植物的生長素就是說IAA(吲哚乙酸,indole-3-acetic acid)。

吲哚乙酸在植物裡面有非常多的效用,包括讓莖延長、使果實單維結果(不用授粉)、植物的光趨性(通常翻成向光性,phototropism)也跟它有關。

吲哚乙酸的化學式是C10H9NO2,是個小分子化合物。

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。

至於動物的生長激素呢?以人的生長激素GH1為例,它不是小分子化合物,而是一個由191個氨基酸構成的多肽。

上圖的每個小球就是一個原子,而植物的「生長激素」,不管是生長素、吉貝素還是合成的2,4-D,都是幾十個原子的小東西;動物的生長激素則是數千個原子的龐然大物,根據默克藥典(Merck Index),人的生長激素的化學式是C990H1529N263O299S7,跟植物的「生長激素」大大不相同,怎麼…

再談鳳梨謠言:提早採收是因為噴了「成長激素」?

說實在的,筆者談有關鳳梨的謠言已經談到不想談了;但是昨天(2016/5/28)聽女兒提起一個叫做什麼「台灣味道」(第二季)的節目,裡面竟然有種鳳梨的農民自己在黑其他的鳳梨農,說什麼「其他的農民因為有噴成長激素,所以鳳梨都要提早採收,不然會有酒味」,就讓筆者聽了一整個怒。

首先,現在已經沒有人在幫鳳梨噴生長素(auxin)了!至於什麼成長激素或是生長激素,更是沒有的事。這件事筆者的文章裡面已經講得清清楚楚,如果忘記了,可以再去複習幾次。
至於提早採收,是因為採收以後還要運輸到其他地方,所以一定會早點採收,不然運輸的時候就得放冷藏車,否則到零售市場一定會過熟!在遠足文化出版的「台灣的鳳梨」裡面也講得清清楚楚:「太早採收會影響品質,但採收得太遲,也可能有不耐儲運及老化、劣變等問題。一般而言,鳳梨的採收成熟度以果皮之轉色程度為指標,但轉色程度視採收時期、品種及果實質地(有經驗的農友可用果實敲擊反射音來判斷)而異,例如夏季可在剛轉色時採收,但冬季則應等到轉色達三分之二,甚至全轉色才採收,適口性才會比較好;又例如台農十八號及台農十九號的果實,在夏季時常有青皮黃的問題,如果等到轉色程度較高時才採收,則果肉已經過熟。」(第103頁)
讀者看到這裡,應該就了解,提早採收很難避免,至於提前多久,「若採收後立即或短期幾天內就要消費的果實,可在超過三分之一左右轉色後才採收,需經過一至兩週儲運後才消費的果實,則成熟度降低較適當。」(第103頁)
所以,提早採收跟有沒有噴什麼東東都無關,純粹是跟季節、品種、預計消費時間有關。說真的,個別的農友要怎麼種自己的農產品,大家都管不著;但是詆毀他人辛苦耕種的成果,這就可惡得很了。要讓自己的農產品銷路變好,應該要大家一起努力來開拓市場;而不是靠著造謠詆毀其他農友的心血!
參考文獻:
行政院農業委員會農業試驗所著。台灣的鳳梨。遠足文化出版。

鳳梨會「咬舌」是因為噴了生長素?

今天早上看到可憐的鳳梨又被黑了...或者說,種鳳梨的農夫又被黑了!
鳳梨會咬舌是因為生長過程中噴了生長素?
關於植物的生長素是什麼,請參考一下「吃到含植物生長激素的水果會性早熟?」這篇文章。

至於為什麼吃鳳梨會「咬舌」,是因為鳳梨含有鳳梨蛋白酶(Bromelain)。

鳳梨蛋白酶有兩種,一種存在於莖裡面(EC3.4.22.32),另一種存在於果實中(EC3.4.22.33)。果實裡面的鳳梨蛋白酶,在1891年時就由委內瑞拉的化學家Vicente Marcano從發酵的鳳梨果實中分離出來了。它可能是第一個由植物分離出來的蛋白質分解酵素。

鳳梨蛋白酶可以用來軟化肉質,跟木瓜酵素(papain)一樣好用。我們吃了鳳梨以後,會覺得舌頭刺刺痛痛的,是因為鳳梨蛋白酶(鳳梨酵素)在分解你舌頭細胞的蛋白質。因為鳳梨蛋白酶的作用溫度是攝氏35-45度,所以我們口腔裡的溫度剛剛好適合。因此,當你在吃它的時候,它也在吃你(XD)。

至於生長素是否會造成底部(蒂頭)變大?當然不會!蒂頭(也就是俗稱的鳳梨心)的大小,只有跟鳳梨的品系(品種)有關,跟鳳梨是否噴了生長素無關。以前大家喜歡挑蒂頭小的鳳梨,是因為心比較小才可以吃多一點果肉。不過,現在很多鳳梨的心也都可以吃了。把心的大小跟鳳梨是否噴了生長素連在一起,鳳梨真的好冤枉啊!

話說回來,鳳梨蛋白酶其實在莖裡面的含量更高,所以在市面上販售的軟肉精,裡面如果用的是鳳梨蛋白酶,通常都是在鳳梨採收後再取莖去榨汁純化的。鳳梨蛋白酶除了可以用來做軟肉精以外,還可以用來清創(debridement)--清除掉死亡、腐爛的組織,讓新的組織可以長出來。

另外一個常用的軟肉精是木瓜酵素。但是為什麼木瓜不會咬舌呢?原來成熟的木瓜裡面已經沒有木瓜酵素了!木瓜酵素是由未成熟的木瓜果的乳膠(latex)乾燥後提煉出來的。

不知道為什麼大家這麼喜歡造鳳梨的謠呢?想到當年英國國王查爾斯二世為了要在歐洲吃到鳳梨,還要大費周章地蓋起歷史上的第一個暖房,我們現在不用暖房就可以吃到鳳梨,卻不斷的有人在告訴我們「鳳梨很危險」...唉!

兩位鳳梨農網友補充:

★果梗(蒂頭)的問題:鳳梨果梗的大小,跟本身植株健壯有關,越健壯的植株果梗就會越粗大!另外果農為了防裂梗,會在紅喉期澆灌硼砂水溶液時加入奈乙酸鈉(一般農民最多會加4公克在500公升水中),這也會使果梗粗大。
★使用激素的問題:…