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【原來作物有故事】天然橡膠 影響近現代中國命運

製作天然橡膠要先收集橡膠樹的乳汁。
圖片來源:Wiki

生活中的橡膠

有一種東西,每天都會用到,但是用的人卻沒感覺,它是什麼?

答案是:橡膠!在我們的生活裡少不了橡膠,不管你是騎單車、坐公車還是轎車,這些交通工具的輪胎都是橡膠作的。能想像沒有橡膠輪子的交通工具嗎?

對我們這麼重要的橡膠,來自於巴西橡膠樹的乳汁。橡膠樹原產於南美洲的亞馬遜雨林,當我們割破它的樹皮時,乳汁便湧出,等它凝結後就是天然橡膠了。

中美洲的原住民們很早就懂得使用橡膠。他們會用橡膠製作皮球、舉辦足球賽。不過,因為當時沒有製作空心橡膠球的技術,那時候的皮球大概有四公斤重喔!馬雅人熱愛足球,每個村落都有足球隊,經常舉辦比賽。當時足球的規定與現在不大一樣,雖然叫足球,但是只能以手肘拐、用腰挺擊、抬起膝蓋,可不能用腳踢喔!遇到重大節日或慶典時,一定會舉辦足球賽,失敗的隊伍隊長就要獻出生命,以頭顱來祭祀神靈。

除了足球,當地的原住民也會用橡膠製作雨衣和雨鞋,但是天然橡膠很容易氧化,大概一兩天就分解了;直到1839年美國固特異發明了硫化法,橡膠才變得堅固耐用。固特異雖然發明了硫化法,卻因為不懂得申請專利,並沒有得到利益;後代的人為了紀念他的貢獻,將輪胎公司以他的名字命名。

在還沒有橡膠輪胎之前,我們的輪胎是以木頭包著鐵製作的,一點也不吸震,使當時的人一講到要出門旅行就害怕。等到橡膠輪胎發明了以後,早期還是實心的,吸震力雖然比木頭輪胎好,但要到1888年,愛爾蘭的登祿普發明充氣輪胎以後,真正吸震力強的輪胎才出現。充氣輪胎大大的增加了旅行的舒適度,從此大家就不會那麼害怕旅行了。

橡膠樹的乳膠是白的,為什麼輪胎是黑的呢?原來是因為英國的橡膠公司Silvertown的馬達技師,為了方便識別不同種類的輪胎,在橡膠中加入碳粉,沒想到竟使輪胎的耐磨耗性提升十倍以上。從此以後,輪胎就變成黑的囉!

橡膠如何進入人類歷史

地理大發現以後,歐洲人發現了橡膠;在硫化法發明之後,橡膠的重要性便直線上昇。等到1908年福特T型車的量產,更使得橡膠工業欣欣向榮。當時只要宣稱自己要開設橡膠公司,民眾就會蜂擁而上認購股票,這股橡膠熱甚至還燒到當時的中國呢!當時世界上有三分之一的橡膠公司開在上海,而中國的民間總計投資了一半的國家年收入在橡膠上。不幸的是,由於英國已經在十九世紀末取得橡膠樹的種源,並發展出種植的方法,大量在新加坡與馬來西亞種植,等到1910年馬來西亞開始大量生產橡膠以後,全球橡膠價格立刻崩盤,投資人也血本無歸了!

由於中國投資在橡膠上的資金,有一部份是來自於挪用民間投資鐵路的公款,為了善後,清政府請了盛宣懷來處理,但因為四川的民眾無法同意政府的條件,引發了「保路運動」,造成一連串的動亂與鎮壓,而中華民國就在這一片動亂中誕生了。由於馬來西亞出產的橡膠很多,橡膠的價格在這次崩盤後,便一直都維持在低廉的價格;加上兩次世界大戰刺激了人造橡膠的發明,也讓天然橡膠的價格再也無法再回到二十世紀初的高價了。

英國政府為了在馬來西亞種植橡膠,便允許由中國招聘來開採錫礦的契約工留在馬來西亞。這些華人在當地安家落戶,成了現在馬來西亞的第二大族群;而被偷走種源的巴西,從此橡膠業大幅衰退,由市佔率98%降到5%,當年長著野生橡膠樹的雨林,如今大多改為畜牧用途了。

小小的橡膠,影響了中國、馬來西亞與巴西三個國家,真的也很神奇呢!


(本文編輯後刊登於2017.1.17國語日報科學版)
圖片來源: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…