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【原來作物有故事】喚醒世界的咖啡

盛開的阿拉比卡咖啡樹。圖片來源:Wiki

生活中的咖啡

大家喝過咖啡嗎?就算沒喝過咖啡,也知道咖啡有提神的效果。有些人每天早上、中午都要喝一杯咖啡,否則就沒有精神;有些人喝不加糖也不加奶精的黑咖啡、有些人喝加很多糖與牛奶的拿鐵、還有人喝好濃好苦的濃縮咖啡!全世界每天喝掉22.5億杯咖啡,如果不算十四歲以下的人,相當於平均每2.4個人就有一個人喝咖啡喔!

受到很多人喜愛的拿鐵,其實早在十七世紀末就發明了。1683年鄂圖曼土耳其攻打維也納失敗,跟著軍隊到歐洲的科奇斯基卻留下來開了咖啡館:歐洲第一家咖啡館「青瓶」就這樣誕生了。由於歐洲人喝不慣黑咖啡,科奇斯基便把糖與牛奶加到咖啡裡面,拿鐵就這樣誕生了!

咖啡是咖啡樹的果實,目前最受歡迎的咖啡來自於阿拉比卡咖啡樹(Coffea arabica),但還有另一種咖啡樹「羅布斯塔」(Coffea robusta)喔!羅布斯塔咖啡豆味道比較酸,但是它抗病力強、容易栽培,所以現在世界上有三成的咖啡豆來自於羅布斯塔咖啡樹。

原產於衣索比亞的咖啡,隨著戰爭很快的風靡歐洲;當時還有歐洲的飲料商,為了怕咖啡奪走他們的生意,結合教士請求教宗克萊蒙八世頒佈對咖啡的禁令。沒想到教宗在飲用後卻迷上了咖啡,不願意頒佈禁令!後來在1777年,腓特烈大帝因為擔心大家喝太多咖啡會造成國家財富外流,也頒佈禁令並對咖啡課以重稅;甚至還在四年後將咖啡豆的烘焙權收歸國有,並組成咖啡驅逐隊,上街「聞香」揪出違反禁令者;但所有的這些行動,都沒辦法讓歐洲人離開咖啡!藝術家們如伏爾泰、巴哈、貝多芬都是咖啡的粉絲呢!巴哈還寫了「咖啡清唱劇」,描述迷上咖啡的女兒懇求父親讓她每天喝三杯!

咖啡如何進入人類歷史

在十五世紀以前,咖啡在阿拉伯世界只有僧侶與醫生才可以飲用,幫助僧侶們在修行時可以保持清醒。十七世紀咖啡進入歐洲以後,很快與茶一起取代了麥酒成為歐洲人的飲料。咖啡讓歐洲人醒過來,從此歐洲的文明開始迅速發展。

很快的,咖啡館成為歐洲人聊天與交換情報的地方。英國人暱稱咖啡館為「便士大學」,因為只要花幾個便士買一杯咖啡,就可以在裡面聽到許多寶貴的知識。如:倫敦的勞合咖啡館是航運人士聚集的場所,他們在這裡交換市場情報、做生意,後來就成了世界知名的「勞合保險社」。巴黎的普羅可布咖啡館因為在法蘭西喜劇院對面,也很快成為重要的社交場所。

人們在咖啡館裡面除了聊天,也批評政府;1675年12月,英王查理二世曾企圖下令關閉所有的咖啡館,卻引發暴動,不得不取消。後來,在法國大革命時重要的角色馬拉、羅伯斯比、丹頓與德穆蘭也常出入普羅可布咖啡館。其中,德穆蘭也常去福伊咖啡館,並在裡面發表演說;他在1789年7月發表的演說,開啟了法國大革命!美國的獨立革命也是在波士頓的「青龍咖啡館」裡面策劃的:其實美國人本來是喝茶的,在印花稅法以及茶葉稅事件以後,使美國人對英國產生不滿,到了1773年波士頓茶黨事件後,美國人就開始喝咖啡不喝茶了。

台灣在光緒十年就開始種咖啡,到日治時代,台北已經有好幾家咖啡館,包括波麗路餐廳與天馬茶房。波麗路餐廳現在還在,是台北市的歷史建築;天馬茶房從日治時代到台灣光復,一直是臺北知識文人活動的重要場所;後來的「二二八事件」就是在天馬茶房的外面爆發的。誰也想不到這小小一顆咖啡豆,因為裡面所含的咖啡因可以讓人保持清醒,竟然影響了這麼多個國家!

(本文編輯後刊載於國語日報科學版)


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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…

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…