老葉的植物王國

  蕨麻（ Argentina anserina ）， 維基百科 紫外光（UV，ultraviolet light）會造成曬傷，在緯度越高的區域，因為大氣層較薄，所以暴露在紫外光下的狀況就變得更嚴重。UV會對花粉造成傷害，使植物的繁殖能力降低。人可以擦防曬乳液或躲避在樹蔭下，不能動的植物要怎麼防止曬傷呢？ 最近的一項研究發現，植物在不同海拔高度下，會透過調節色素的合成來提升自己抗UV的能力。 研究團隊以蕨麻（ Argentina anserina ）為模式，研究相差1000公尺海拔的蕨麻，其花朵中的色素種類。 結果研究團隊發現，在高海拔地區的蕨麻，其色素含量比低海拔區域要多；且高海拔區域的蕨麻有較多的類黃酮素（flavonoids）。由於類黃酮素吸收UV的能力較佳，此結果顯示了植物的確會隨著海拔的變化調整自己體內的色素種類與含量。 參考文獻： Matthew H. Koski, Lindsay M. Finnell, Elizabeth Leonard, Nishanth Tharayil. Elevational divergence in pigmentation plasticity is associated with selection and pigment biochemistry. Evolution, 2022; 76 (3): 512 DOI: 10.1111/evo.14422

  圖片來源：維基百科 要增加作物的產量，最直接的方法當然是找尋多產的品系；但是到底有多少個基因會影響到作物的產量呢？要怎麼去找呢？這就比較讓人費心了。 最近有研究團隊為了要提高玉米的產量，將馴化品系的玉米B73與基因體中含有四分之一的大芻草（teosinte）基因的品系MT-6進行雜交。雜交後再將雜交種進行分析後發現，在第二條染色體的短臂上有一個數量性狀基因座（QTL，quantitative trait loci）與產量有關。 接著研究團隊針對這個數量性狀基因座進行了進一步的研究，找到了一個被命名為 KRN2 的基因。B73與MT-6因為 KRN2 的不同，造成B73平均比MT-6多了1.4籽粒行數。失去 KRN2 的突變株，其籽粒行數MT-6多了1.8行，而B73的 KRN2 的表現也比MT-6多了要低，顯示 KRN2 的確與控制籽粒行數的性狀相關。 分析 KRN2 的蛋白質序列，發現它帶有WD40重複。這類的蛋白多半都是透過與其他蛋白質進行互動來影響發育、代謝物合成以及免疫功能。研究團隊以酵母菌雙雜交（yeast two-hybrid）技術，找到了六個與它有互動的基因。其中的 DUF1644 基因與 KRN2 有協同作用：兩個基因都失去功能時，籽粒行數比只缺少 KRN2 增加得更多。但目前對於 DUF1644 到底有什麼功能，還不是很清楚。 搜尋基因庫時，研究團隊發現 KRN2 在許多主要穀物中都有。其中稻米的 KRN2 位於第四條染色體，分析顯示水稻的 KRN2 也有經歷選擇壓力。研究團隊以基因編輯的技術讓水稻不表現它的 KRN2 ，結果次生穗分枝從16個增加到18.9個。透過改變 KRN2 的表現，玉米的產量增加了10%，水稻的產量則上升了8%。 田間試驗也發現，透過基因編輯不表現 KRN2 的玉米與水稻，其產量分別增加了9.8-10.3%以及7.9-8.2%。所以，減少 KRN2 的表現的確可以提升玉米與水稻的產量，未來也可以透過這個方法，來讓玉米與水稻更多產。 參考文獻： Convergent selection of a WD40 protein that enhances grain yield in maize and rice. Science. DOI: 10.1126/science.abg7985

  圖片來源：維基百科 提到鎘米，大家應該都不會忘記發生在2001年的鎘米事件吧！2001年6月，農委會在一次例行農作物污染檢測時，發現彰化和美與雲林虎尾四件稻米受到鎘污染。 2001年9月5日，雲林縣地檢署前往臺灣色料廠採樣化驗，結果發現該廠廢水排放口渠道底泥中鎘含量高達177mg/kg，而雲林區底泥平均鎘含量為0.27mg/kg。 2001年11月陸續發現附近農田遭鎘污染，附近居民約有1/3尿液異常。 我們攝取含有鎘（元素符號Cd）的食物（如鎘米）後，鎘會與酶分子中的巰基（-SH）結合，置換出鋅等金屬正離子，影響抗氧化酶等的酶活性，導致自由基清除能力下降；另外鎘也會與鈣競爭離子通道位點，以及鈣相關的細胞信號轉導系統，干擾細胞代謝；鎘還會導致腎小管損害，可引起鈣、磷重吸收減少，再加上維生素D活化障礙，最終導致骨質疏鬆，也就是所謂的「痛痛病」。因此，必須嚴格監測環境與食物中的鎘含量。 稻米（ Oryza sativa ）被種植在遭到鎘污染的土壤後，會吸收鎘並將之累積於果實（稻米）中。當然土壤最好是不要遭到鎘污染，但稻米已被發現會選擇性的吸收並累積鎘，所以，是否能培育出不會累積鎘的水稻品系呢？ 最近的研究，以兩個不同品系的水稻雜交，找到了與鎘累積相關的數量性狀基因座（QTL，quantitative trait loci） CF1 。在水稻中， CF1 與金屬運輸蛋白 OsYSL2 位於同一位置，但測試的結果發現 OsYSL2 不能與鎘結合。在水稻中， OsYSL2 的功能是將鐵由跟往莖葉傳送。高量表現 OsYSL2 可以提升水稻吸收鐵離子的能力，間接抑制根部的鎘吸收基因 OsNramp5 的表現，使鎘的吸收受到抑制。 分析不同品系的水稻後發現，來自於TQ品系的 CF1 基因座可以提升水稻對鐵的吸收能力，抑制對鎘的吸收；相對的，另一品系02428的 CF1 基因座就不會有這樣的效果。在水稻中主要的 CF1 基因座是屬於02428，因此研究團隊認為，若能將水稻的 CF1 基因座改為TQ品系的序列，應該可以降低水稻吸收鎘的傾向，降低稻米中的含鎘量。 參考文獻： Li, L., Mao, D., Sun, L., Wang, R., Tan, L., Zhu, Y., Huang, H., Peng, C., Zhao, Y., Wang, J., Huang, D. a

  圖片來源：齊民要術 最近在翻閱《齊民要術》的時候，看到這篇〈祝麴文〉。全文如下： 祝麴文 東方青帝土公、青帝威神，南方赤帝土公、赤帝威神，西方白帝土公、白帝威神，北方黑帝土公、黑帝威神，中央黃帝土公、黃帝威神，某年、月，某日、辰，朝日，敬啟五方五土之神： 主人某甲，謹以七月上辰，造作麥麴數千百餅，阡陌縱橫，以辨疆界，須建立五王，各布封境。酒、脯之薦，以相祈請，願垂神力，勤鑒所領：使蟲類絕蹤，穴蟲潛影；衣色錦布，或蔚或炳。殺熱火燌，以烈以猛；芳越薰椒，味超和鼎。飲利君子，既醉既逞；惠彼小人，亦恭亦靜。敬告再三，格言斯整。神之聽之，福應自冥。人願無違，希從畢永。急急如律令。 祝三遍，各再拜。 古代的人雖然很早就知道發酵作用，但對微生物的知識並不多；所以難免會有因混入雜菌造成發酵失敗的例子。之前就曾看過在王充（公元27-97年）的《論衡》裡提到「世諱作豆醬惡聞雷」，據說是最早提到關於豆醬的記載。做豆醬時怕打雷，這也是屬於迷信。 但是看到上面的〈祝麴文〉，應該更能瞭解古人對自己無法掌控的事情，只能託付於鬼神的這種焦慮吧！現代已經知道容器要洗乾淨、最好用熱水燙過再晾乾，這樣可以降低失敗率。

  圖片來源： 維基百科 菜豆（ Phaseolus vulgaris L）是很受歡迎的豆類。歐美的人吃成熟的果實，如美國南方週一傳統的「紅豆飯」（red bean and rice）；亞洲的人吃未成熟的果實，連莢一起炒來吃。在我在美國的那些年，超市中除了成熟的菜豆，也販售未成熟的連莢果實，稱為snap bean，想是因為容易折（snap）的緣故。台灣生產最多菜豆的地區是屏東，佔全國超過三成；美國產最多菜豆的區域是佛羅里達州。 容易種植也好吃的菜豆，對洪水（flood）卻非常敏感。洪水會使土壤通氣不良，使植物的根缺氧。缺氧後植物無法進行細胞呼吸，只能進行無氧呼吸，靠醣解作用（glycolysis）與發酵作用（fermentation）來捱過缺氧的狀況。過去的研究發現，植物根部在缺氧時，酒精脫氫酶（ADH，alcohol dehydrogenase）的表現量會上升。雖然醣解作用與發酵作用可以幫助植物抵抗缺氧所造成的能量不足，但也無法持續。若缺氧狀況持續，植物將因為發酵作用所產生的副產物（酒精等）而死。 過去發現，如果使用「氧肥料」（oxygen fertilizer）可以降低洪水所造成的損傷。氧肥料分為兩種，一種是液體的氧肥料，其成分為過氧化氫（H 2 O 2 ）。過氧化氫遇到植物的過氧化氫酶（catalase）會被分解為氧氣與水。另一種則是固體的氧肥料，其成分為二氧化鈣（CaO 2 ）或二氧化鎂（MgO 2 ）。二氧化鈣或二氧化鎂遇水會生成氫氧化鈣（鎂）與過氧化氫，然後過氧化氫再被過氧化氫酶分解為氧氣與水。液體氧肥料釋放較快，固體氧肥料釋放較慢。 但是，這些氧肥料是否真的有效呢？最近的研究提供了肯定的答案。研究團隊在洪水來臨前提供了過氧化氫、二氧化鈣（鎂），發現提供過氧化氫的植物在洪水後吸收氮與磷的能力比未提供組要高，與直接通氣組一樣好。提供二氧化鈣（鎂）的組別在植株高度、葉片綠色程度、地上部位重量以及產量都比未提供的組別要好，反應最好的組別是每盆（大約有兩公升的土壤）提供2克的二氧化鈣或4克的二氧化鎂。 所以，是否日後在知道要下大雨前，可以先提供一些二氧化鈣或二氧化鎂的溶液呢？ 參考文獻： Liu, D., Paul, AL., Morgan, K.T. et al. Effects of oxygen fertilization on damage reduc

  圖片來源： 維基百科 番紅花（ Crocus sativus ），也叫做藏紅花，可能是世界上最貴的香料了～人們採取它的柱頭，曬乾了可入藥，也可做為著色劑。一公斤的藏紅花大約需要15,000-16,000朵花的柱頭，要花370-470小時來收集，價值1,300到一萬美金。 人類很早就知道利用番紅花。但是番紅花到底是在何時何地馴化的，並不容易釐清。 為什麼呢？原來馴化的番紅花是三倍體，加上它的序列中有許多重複的序列，所以要弄清楚它的序列並不容易。而考古從不曾發現番紅花的化石，所以也無法從考古證據去訂出年代。 不過，科學家還是從其他的證據認定，番紅花應該是在公元前1,700年左右在希臘馴化。什麼證據呢？從文字以及壁畫。 雖然在那個時代植物分類的概念尚未正式建立，所以文字敘述提到的紅花可能包括了三種；而壁畫則分為兩種，一種是使用了藏紅花的色素來作畫，另一種則是畫了藏紅花。 用藏紅花色素作畫可以回溯到五萬年前的伊朗，但是關於藏紅花的圖畫則最早在公元前1,700年出現於克里特島上的米諾斯文明。有一幅畫，畫了採番紅花的人，顯示出當時已經開始大量種植番紅花；而另一幅畫為番紅花的特寫，畫出了馴化番紅花的特徵（長長的雌蕊）。而2019年的基因研究也同意，藏紅花的馴化地點應該是在希臘大陸與克里特島。 參考文獻： Seyyedeh-Sanam Kazemi-Shahandashti et al. Ancient Artworks and Crocus Genetics Both Support Saffron’s Origin in Early Greece. Front. Plant Sci, published online February 25, 2022; doi: 10.3389/fpls.2022.834416

白鶴芋。圖片來源： 維基百科 在許多辦公室，都可以看到有人種植物；植物可以帶來綠意，還能行光合作用，移除二氧化碳，帶來氧氣。 最近的研究發現，如果種對了植物，不但可以移除二氧化碳，還可以移除其他的有害氣體喔！科學家研究了三種常見的辦公室植物：巴西鐵樹（ Dracaena fragrans ，別名香龍血樹）、白鶴芋（ Spathiphyllum wallisii ）、美鐵芋（ Zamioculcas zamiifolia ，別名金錢樹），發現不論有無光照，它們都能在一小時內移除一半的二氧化氮（NO 2 ）。 二氧化氮有害嗎？有的。二氧化氮是工業合成硝酸的中間產物，每年為了要合成肥料，都會產生數百萬噸的二氧化氮。這些二氧化氮有許多被釋放到大氣中，是很強的氧化劑。人如果暴露在二氧化氮下，會對眼睛、鼻、咽喉及呼吸道的黏膜產生刺激，低濃度的二氧化氮會令支氣管過敏及加劇哮喘病人對致敏原的反應，也會令慢性呼吸系統疾病患者的病情惡化。世界衛生組織對空氣中二氧化氮的標準為21 ppb（40 μg/m 3 ）。 以測試的狀況來計算，研究團隊認為，小型到中型的辦公室，只要放置五棵植物，便可以移除20%的二氧化氮。大型的辦公室可能效率差些，但多放幾盆應該也可以達到相同的效果。 究竟植物是如何移除二氧化氮的，目前並不清楚。當然如果提升換氣率也可以達到移除二氧化氮的效果，但是擺幾盆植物還兼有賞心悅目的作用（前提是要好好照顧它們），所以應該也是不錯的投資。 參考文獻： Curtis Gubb, Tijana Blanusa, Alistair Griffiths, Christian Pfrang. Potted plants can remove the pollutant nitrogen dioxide indoors. Air Quality, Atmosphere & Health, 2022; 15 (3): 479 DOI: 10.1007/s11869-022-01171-6

 在《後宮甄嬛傳》第十七集，甄嬛溜出七夕夜宴，在桐花台遇到果郡王，結果討論起桐花台上的小花。 截圖取自八大電視YouTube頻道 根據甄嬛所說，這小花名叫牽牛花，看花的顏色也的確是（雖然很明顯是假花，這讓人很不滿）；接著果郡王就說，這花另外還有個名字叫做「夕顏」。這一整段其實都錯了。 俗名為牽牛花（ Ipomoea nil ）的植物其實又名「朝顏」（morning glory），是旋花科番薯屬的植物。朝顏是日本人對它的稱呼，因為都是早上開花，中午就謝了，所以被稱做朝顏。所以，七夕夜宴時桐花台角落的小花，既然是晚上還在開，就不可能是牽牛花（朝顏）。 那麼，有沒有夕顏這種植物呢？ 根據網路搜尋的結果，夕顏可能是葫蘆花（瓠瓜花）。瓠瓜（ Lagenaria siceraria ）也稱為扁蒲，總是在傍晚開花，所以就得了「夕顏」這個風雅的名稱。 瓠瓜的花是白色的，所以影片裡的花也不可能是瓠瓜花。 其實看影片裡的植物的型態應該是牽牛花沒錯，但是牽牛花不會在晚上開花；而夕顏也不是牽牛花，瓠瓜也不會開這樣顏色的花。 《後宮甄嬛傳》的布景華麗、人物的妝容精緻，但是植物卻搞了個大烏龍；雖然菊花與牡丹都是真貨，可是這麼重要的夕顏卻完全搞錯，另外幾個荷花出場的地方也全部用了假花，真是可惜。 其實中山大學的顏聖紘老師也曾指出，在第33-34集中，甄嬛請果郡王幫她捉蝴蝶，那些蝴蝶也有許多不是當地的物種。在那個時代，應該不會有洋蝴蝶出現在昌平行宮吧！ 3/8/2022：有讀者來信說，旋花科番薯屬的 Ipomoea alba 也叫做夕顏，是傍晚開花沒錯。  我查了一下，如果根據 英文維基百科 的資料， Ipomoea alba 在中國並沒有分布；但是中文維基的資料卻說中國有。 這讓我有點困擾，一般來說我比較相信英文維基的資料...不知道大家覺得呢？ 當然， Ipomoea alba 的花是白色或粉色的，而劇中的「夕顏」花卻是藍色的，應該不是 Ipomoea alba 。

  圖片來源：維基百科 最近介紹了一篇 研究 ，提到以阿拉伯芥（ Arabidopsis thaliana ）為模式，偵測不到保衛細胞進行光合作用；沒想到才過不了多久，同樣以阿拉伯芥為模式的研究，就推翻了前面的結論。 在這篇研究中，研究團隊以合成澱粉能力大幅降低的突變株，或是不具有糖運輸蛋白的突變株來進行偵測。結果他們發現，保衛細胞還是能進行一點光合作用的，因為不具有糖運輸蛋白的突變株仍能合成澱粉。保衛細胞可以用自己光合作用所產生的糖，或是從葉肉細胞（mesophyll）進行光合作用所產生的糖，來合成澱粉。 研究團隊發現合成澱粉能力大幅降低的突變株，在一天的上半天（開始照光後六小時內）無法合成澱粉，顯示在上半天植物主要是利用自己光合作用所產生的糖來合成澱粉；而不具有糖運輸蛋白的突變株則是在一天的下半天無法合成澱粉，顯示在下半天植物主要是從葉肉細胞運入糖來合成澱粉。讓研究團隊驚訝的是，兩者都缺乏的雙突變株，竟然還能合成少量澱粉！研究團隊嘗試著將合成澱粉的基因與運輸糖的基因以基因沉默的方式關掉，結果轉殖植物直到開始照光後九小時，才有少量澱粉的合成，這意味著植物可能還有其他的機制在保衛細胞中合成澱粉。這其實也不意外，畢竟澱粉的合成對保衛細胞的行動（連結到氣孔的開閉）很重要，若植物中有其他的路徑來做為備份，也是意料之中。 對照之前的研究成果，讀者們可能會說：怎麼在同一種植物裡面有截然不同的發現呢？其實科學原本就是很難定於一尊，我們永遠都在努力發現真理的路上，所以也只能說：大家繼續努力吧！ 參考文獻： Sabrina Flütsch, Daniel Horrer, Diana Santelia, Starch biosynthesis in guard cells has features of both autotrophic and heterotrophic tissues, Plant Physiology, 2022;, kiac087, https://doi.org/10.1093/plphys/kiac087

  圖片來源： 維基百科 印度苦楝樹（ Azadirachta indica ）原生於印度次大陸，為楝科蒜楝屬植物。根據維基百科，印度苦楝樹具備殺蟲、滅菌的功效，長期被人當成草藥使用。在阿育吠陀中就記載了它的療效。從印度苦楝種子中提取的印楝素（azadirachtin），為一種三萜類（triterpene），結構類似昆蟲蛻皮時分泌的賀爾蒙，會藉由干擾昆蟲蛻皮來消滅昆蟲。目前已知印楝素能防治200多種農林倉儲害蟲，為公認的高效廣譜無公害生物殺蟲劑。 最近一項國際的研究發現，印度苦楝樹的樹皮萃取物具有抗新冠病毒活性；電腦模擬顯示，印度苦楝樹樹皮萃取物中的化學物質，會與新冠病毒的棘蛋白（spike protein）結合，從而干擾病毒感染細胞。 未來研究團隊希望能把該化學物質（或許不只一個）從樹皮中分離出來，開發出抗新冠病毒的藥劑。 參考文獻： Lucky Sarkar, Lauren Oko, Soham Gupta, Andrew N. Bubak, Bishnu Das, Parna Gupta, Abass Alao Safiriyu, Chirag Singhal, Ujjwal Neogi, David Bloom, Arup Banerjee, Ravi Mahalingam, Randall J. Cohrs, Michael Koval, Kenneth S. Shindler, Debnath Pal, Maria Nagel, Jayasri Das Sarma. Azadirachta indica A. Juss bark extract and its Nimbin isomers restrict β-coronaviral infection and replication. Virology, 2022; 569: 13 DOI: 10.1016/j.virol.2022.01.002