老葉的植物王國

  圖片來源： 維基百科 在農業尚未被發明之前，我們的老祖宗過著狩獵採集的生活。 狩獵採集的族群吃什麼呢？應該是有什麼吃什麼吧？但是，有一種說法認為：狩獵採集族群的主食是肉類。 不過，最近的研究發現狩獵採集族群可能不是以肉類為主食喔！ 歐洲的研究團隊，為了想要瞭解狩獵採集族群到底是吃肉多還是吃素多，他們針對在摩洛哥塔法拉特（Taforalt）晚石器時代狩獵採集者進行了研究。塔法拉特居民生活於15,000至13,000年前。 研究團隊分析了當地的25顆牙齒與7個骨頭，分別來自17個人，其中有成人也有小孩。他們分析了鋅（δ 66 Zn）和鍶（ 87 Sr/ 86 Sr）同位素分析，以及碳（δ 13 C）、氮（δ 15 N）和硫（δ 34 S）同位素。 為什麼要分析這些同位素呢？ 鋅同位素（δ 66 Zn）分析在生態學和古生態學研究中相對較新，它能夠顯示生物體在食物鏈中的營養級。通常情況下，高營養級的捕食者會表現出較低的δ 66 Zn值。這是因為輕同位素（ 64 Zn）比重同位素（ 66 Zn）在生物體的代謝過程中更易於被利用和累積。換句話說，當食物在食物鏈中向上轉移時，輕的鋅同位素會更傾向於在捕食者體內累積，導致其體內鋅的同位素比率偏向較輕的值。塔法拉特的狩獵採集者其δ 66 Zn較高，意味著他們的飲食是以植物為主。 鍶同位素分析常用於研究古代人類和動物的遷徙行為。因為鍶同位素組成反映了當地地質的特徵，分析個體的鍶同位素比率可以顯示其可能生活的地理區域，或是其在一生中是否有遷移。 碳同位素比值能顯示古代生物的主要食物來源，特別是區分C3與C4植物的消費。C3植物（如小麥和大麥）與C4植物（如玉米和高粱）在碳同位素比率上有顯著差異。 氮同位素分析用於評估蛋白質來源的豐富度和飲食中的營養級變化。通常，食肉者和食腐者的δ 15 N值會高於其食物來源，因此這種分析有助於了解古人類的飲食結構。這部分的分析顯示，他們的確有吃肉，但是並不是主食。 硫同位素比例可以提供有關海洋與陸地資源消費的信息。由於海洋與陸地生態系統在硫同位素組成上存在差異，這種分析有助於識別飲食中海洋食物的比例。一般來說，吃比較多海鮮的人的δ 34 S值通常會比較高。 研究結果發現，這些人應該是以植物性食物為主食。另外，考古發現他們會把植物性食物磨粉後食用。 研究團隊還...

  根圈。圖片來源： 維基百科 從古到今，人類不斷透過不同的育種手法來使作物提高產量、增強抗病能力、改變風味與口感。我們有「甜得要刷牙」的水果、有紫到發黑的青花菜、有快速成長的菠菜...但是，這些作物，只有這些特性改變嗎？還是牽一髮而動全身，其他的部分的特性也悄悄改變，只是我們沒有覺察到而已？ 最近的一個大麥根圈（rhizosphere）的研究，對我們來說可說是一個提醒。 研究團隊研究了兩個品系的大麥：Chevallier與Tipple。其中Chevallier是古老的品系，而Tipple則是現代品系。 他們分析了這兩個品系大麥根圈的微生物後發現，Tipple的根圈中發現的假單胞菌（ Pseudomonas ）與草酸桿菌科的 Massilia 顯著較多，而Chevallier的根圈中則以 Massilia 和熱酸菌屬（ Acidothermus ）較多。 至於真菌，在Chevallier的根圈中， Saitozyma 和 Goidanichiella 比較多，而在Tipple的根圈中，真菌群落的組成與未種植的土壤非常相似，顯示Tipple可能較少影響其根圈的真菌組成。 植物根圈的微生物，常常都是受到植物根部分泌的物質吸引而來。既然微生物種類有差別，是不是因為這兩種品系的大麥的根分泌的物質不一樣的關係呢？ 透過GC-MS分析，研究團隊發現Tipple和Chevallier的根系分泌物在化學組成上存在顯著差異。Tipple分泌更多的六碳糖（如果糖和葡萄糖），這可能是其能夠吸引更多 Pseudomonas 的原因。 總而言之，因為兩個品系的差異，影響到它們根部分泌物也不同，最後導致根圈微生物也不同；這意味著，不只是耕作與施肥，人類也因為種植不同品系的農作物，對土壤進行了改變。 參考文獻： Pacheco-Moreno A, Bollmann-Giolai A, Chandra G, Brett P, Davies J, Thornton O, et al. (2024) The genotype of barley cultivars influences multiple aspects of their associated microbiota via differential root exudate secretion. P...

  二稜與六稜大麥。圖片來源：維基百科 身為最古老的穀物作物之一，現在大麥（ Hordeum vulgare L.）主要用於飼料、釀酒，會直接食用的人已經很少了（2%）。但是，大麥能夠在比較高緯度的地區生長，對土壤的肥份也比較不挑，在目前的世界，大麥的重要性只能說有增無減。 大麥的主要成分是澱粉，約占60-70%，其中約25%是直鏈澱粉（Amylose）、75%是支鏈澱粉（Amylopectin）。支鏈澱粉於直鏈澱粉的比例，會影響穀物煮熟後的黏性。而黏不黏則會影響這種品系的穀物的應用價值。例如比較黏的稻米（蓬萊米[稉米]、糯米）可以用來做點心、做飯，比較不黏的稻米（在來米[秈米]）則適合作米粉、河粉、米苔目等。 大麥也可依照直鏈澱粉的佔比分為糯性（waxy）大麥、一般大麥與高直鏈澱粉大麥。其中糯性大麥所含的直鏈澱粉小於10%，為這三類中最低者。糯性大麥因為支鏈澱粉含量較高，具有高糊化黏度，對於製作需要黏稠質感的食品（如醬料和湯品）非常有利。另外，糯性大麥的冷凍解凍穩定性很高，這對於食品加工來說也是很重要的特性。另外，糯性大麥的澱粉開始糊化所需的溫度較低，且糊化後冷卻過程中黏度增加較少，這有助於節省能源並改善加工效率。 另外，糯性大麥中的β-葡聚糖（β-glucan）含量更高。β-葡聚糖是一種可溶性膳食纖維，被認為可以降低血液中的膽固醇、減少血糖反應、調節腸道菌群、並有助於維持體重，對健康有多方面的好處。所以，糯性大麥被當作一種健康食品。 既然低直鏈澱粉的糯性大麥有這麼多好處，如果能把它的直鏈澱粉進一步降低到零呢？中國的研究團隊，利用基因編輯技術，讓負責製作直鏈澱粉的基因「 waxy 」失去功能，果然製造出了不含直鏈澱粉的大麥。 研究團隊分析了不含直鏈澱粉的大麥後發現，雖然它完全不含直鏈澱粉，但是它的支鏈澱粉佔比也比它的野生種少了快兩成（本來佔39%，後來佔31.73%）。變多的是可溶的糖（從野生種的10%變成37.3%）以及β-葡聚糖。 少了Waxy這個酵素，會不會對大麥本身的生長發育造成影響呢？根據研究團隊的觀察，穗數、每穗粒數和其他一些農業性狀（如植株高度和分蘗數）在突變株中並未顯著改變。不過，穀物每千粒重下降了10.42%，這表示還是有出現一些影響的。 所以，這種新種的大麥，糊化的溫度低得多（從 84.50 °C降到 69.38 °C...

  攝影：李鍾旻 原產於中南美洲的可可（ Theobroma cacao ）是巧克力的原料。由於歐洲人的世界殖民，可可樹被移植到非洲，而且目前世界上最大的可可生產國是象牙海岸、第二名是迦納、第三名是印尼；光是象牙海岸與迦納的可可生產，就占全世界的51%。 在迦納，可可的收益佔全國GDP的0.34%。雖然看起來不多，但是這只反映了直接的出口收入對GDP的貢獻。可可產業支持農業供應鏈、加工業和運輸業等相關行業，有助於穩定國家的經濟狀況。 任何植物都有病蟲害。在迦納的可可膨脹芽病毒（CSSVD），對可可造成非常嚴重的損害，導致高達15-50%的可可產量損失。這個病毒在1936年首次於迦納發現，後來的研究發現它藉由數種粉介殼蟲（Pseudococcidae, Homoptera）傳播，這些蟲在吸食可可汁液時將病毒從一棵樹傳播到另一棵樹。 由於介殼蟲對許多農藥都有抗性，所以用農藥並不是好辦法；有些農民會切除感染的枝條或是培育對病毒有抗性的品系，但這些都緩不濟急。雖然已經有疫苗問世，但是疫苗很貴，而且注射疫苗也會影響產量。 為了幫助迦納的農民，美國德州大學的研究團隊決定建立數學模型來獲得有關可可膨脹芽病毒實驗數據的動力學資料。他們建立了三種模型：確定性模型（Deterministic models）、隨機模型（Stochastic models）、延遲模型（Delay models）。 確定性模型使用常微分方程（ODE）來描述可可樹的健康狀態隨時間的變化。模型假設已知的平均速率作用於大型群體上，並不考慮隨機偏差。 隨機模型則是在確定性模型的基礎上加入隨機性，以模擬數據中的自然變異和不確定性。這些模型使用隨機微分方程（SDE）來描述疾病的傳播，其中包括了環境噪音（如風力對粉介殼蟲運動的影響）。 至於延遲模型則進一步考慮到從粉介殼蟲接觸到可可樹至病毒實際引起病徵之間存在一定的延遲。延遲微分方程（DDE）用於描述感染過程中的時間延遲現象，如病毒在植物體內的潛伏期。 研究團隊發現，延遲模型和具有隨機性的模型，雖然更為複雜，但更加貼近真實情況，因為它們考慮了實驗觀察中的變異性和錯誤，並且考慮了樹木感染所需的時間，這些都是不可忽略的。 使用這些數學模型，研究團隊測試了不同的防治策略，並從中找出比較可行的對農民進行建議： 1. 打疫苗：利用輕度病毒株來...

  圖片來源：PNAS 歷史上的兩面作戰好像都是以失敗居多。不過，我們今天不是要來討論歷史上的兩面作戰，而是要來看植物--或者說番茄--能不能兩面作戰？ 在2020年，美國的研究團隊以番茄為模式植物，研究番茄能不能同時抵抗兩種不同的壓力：蟲咬/受傷與高溫。 研究團隊首先對番茄植物進行昆蟲取食和機械傷害處理，然後將這些植物暴露於攝氏38度的環境中。透過測量植物葉片的溫度和氣孔行為，研究人員發現受傷的植物在高溫環境下的蒸發冷卻能力顯著降低，包括「偏下生長」（hyponasty，指的是葉片向上彎曲生長的現象，植物利用這個方式來散熱）的程度減少以及氣孔開放度下降。   圖片來源： 維基百科 由於植物被蟲咬或受傷時，會釋放茉莉酸（JA，jasmonic acid），而茉莉酸會透過COI1受器來造成氣孔關閉；所以研究團隊就想，他們觀察到的這個現象，會不會也是透過同樣的路徑呢？ 於是研究團隊找了COI1缺失的突變株來進行實驗。結果發現，COI1缺失的突變株在高溫條件下恢復了偏下生長與氣孔開放，進一步證實了JA信號在調節植物對高溫的敏感性中的作用。 過去的研究發現，熱休克蛋白HSP90透過穩定COI1蛋白，進而增強JA信號的傳遞。而當研究團隊使用HSP90的抑制劑時，植物就算受傷，在高溫下還是能進行偏下生長與氣孔開放來散熱。 總而言之，當植物被蟲咬或受傷時，因為茉莉酸分泌啟動防禦途徑，而防禦途徑啟動造成氣孔關閉與偏下生長抑制，使得植物耐高溫的能力下降；而這個現象意味著，在當前全球暖化的環境中，農作物會變得更脆弱！ 參考文獻： Havko NE, Das MR, McClain AM, Kapali G, Sharkey TD, Howe GA. Insect herbivory antagonizes leaf cooling responses to elevated temperature in tomato. Proc Natl Acad Sci U S A. 2020 Jan 28;117(4):2211-2217. doi: 10.1073/pnas.1913885117. Epub 2020 Jan 21. PMID: 31964814; PMCID: PMC6994973.

  圖片來源： 維基百科 根毛對植物的水分與養分吸收非常重要，他們增加根的表面積，促進水分與養分的吸收[1]。過去的研究知道，轉錄因子、植物荷爾蒙、蛋白質都會影響根毛的發育。 根毛對植物的影響，依不同的植物有所不同。研究發現，比較長的根毛對植物的影響比較大。在穀物中，大麥的根毛比較長，而水稻與玉米的根毛比較短。 自從農業機械發明之後，「土壤壓實」的問題就開始出現。土壤壓實是一種常見的土壤物理問題，通常由於外力作用導致土壤顆粒緊密排列，減少了土壤孔隙率。這種現象會對植物的生長帶來負面影響，因為它降低了土壤的透氣性和滲透性，增加了根部穿透的難度。 土壤壓實對植物生長的負面影響主要表現在限制了根部的生長空間、降低了土壤的空氣和水分流動性，並可能阻礙營養物質的吸收。因此，在管理農田和綠地時，採取措施防止土壤壓實是非常重要的。這可能包括限制重型機械使用、適當的放牧管理、保持良好的土壤水分條件等策略。 由於土壤壓實是無法避免的問題，有科學家就想了解，根毛能不能穿透壓實的土壤，幫助植物吸收水分與養分呢？ 為了研究這個問題[2]，研究團隊開發了用瓊脂模擬壓實土壤的系統。他們使用低濃度的瓊脂（1%）模擬較軟的土壤層，使用高濃度的瓊脂（3%）來模擬壓實層。為什麼不直接用土壤，主要是因為要定量土壤壓實的程度比較困難，而且從土壤中取出植物的根，很難不傷及根毛。 研究團隊發現，當水稻根部遇到壓實的土壤時，生長素（auxin）的合成會上升，並透過 OsAUX1 這個生長素運輸蛋白從根尖運輸到根毛區域，進而促進根毛的伸長，增強根部的錨定力和穿透能力。 他們觀察到，一個稱為 OsYUC8 的生長素生合成基因，在根尖遇到壓實的土壤時，其表現量會上升。使用使用生長素報告基因也看到，根尖在遇到壓實的土壤時，生長素的合成上升，並且生長素朝著根向根毛區域移動。 由於生長素的移動需要有生長素運輸蛋白，但是植物有非常多的生長素運輸蛋白，究竟是哪一個呢？進一步的研究發現，是 OsAUX1 這個生長素運輸蛋白：當 OsAUX1 基因發生突變，導致植物無法製造 OsAUX1 時，根尖合成的生長素就無法運到根毛了。而且，突變株的根部在遇到3%的瓊脂時，會沿著兩層瓊脂的交界生長，而不是穿入3%的瓊脂。 另外，研究團隊也用了兩個與根毛發育相關的突變株，其中一個是 rhl1 （roothairle...

  圖片來源： 維基百科 提到米飯的營養成分，不免會令人想起「腳氣病」（beriberi）：因為食用精碾的白米，但是又沒有攝取足夠量的其他食物，造成維生素B 1 缺乏，出現體重下降、精神萎靡、感官功能衰退、體虛、間歇性心律失常等症狀，嚴重可致死。 由於這個疾病一開始是出現在以精製白米為主食的區域中，而在當時精製白米被認為是好的食物，所以一度還曾經引發論戰，直到1925年發現病因是維生素B 1 缺乏，論戰才平息下來。 但是，即使我們已經知道精製白米不是好的維生素B1的來源，但從1925年到現在，腳氣病的爆發還是時有所聞，因為去除米糠的白米不但口感好，也可延長保存期限。 因此，一直有科學家想要讓米的胚乳中的維生素B 1 含量提高。但是，過去的方法常常只是讓整株水稻的維生素B 1 含量提高，可是在精碾之後的白米（胚乳）的維生素B 1 含量卻只是差強人意而已。 最近，瑞士與台灣中興大學的研究團隊合作，讓精碾過的白米裡面的維生素B 1 含量提高了3-4倍。 究竟他們是怎麼做到的？ 研究團隊把芝麻的硫胺素結合蛋白（Thiamine binding protein, TBP）基因先進行「基因密碼最佳化」（因為芝麻與水稻各有自己的轉譯密碼偏好，為了確定基因可以正確表現，進行密碼最佳化是必須的），然後將這個基因前面連接上專門表現於稻米胚乳的glutelin D-1 啟動子，然後以農桿菌（ Agrobacterium tumefaciens ）為媒介，將構建好的轉基因載體送入TP309品系稻米的細胞。 雖然芝麻的硫胺素結合蛋白（SiTBP）基因本身不直接合成維生素B1（硫胺素），但是它可以與維生素B 1 結合。透過增加這種結合蛋白的表達，可以提高細胞內可用的硫胺素總量，因為它能將硫胺素「捕捉」到細胞中，減少其降解或流失。雖然這個蛋白並不能提升維生素B 1 合成，但是透過與維生素B1結合，它有助於在種子成熟和儲存過程中保護硫胺素免受氧化和其他形式的分解。這種保護作用確保了硫胺素在加工和儲存期間的穩定性和生物可利用性。 研究團隊發現，透過這種生物強化法，基改稻米中的硫胺素量提高了3到4倍。若以推薦的營養攝取量（RDI）來換算，相當於每份約315克的白米（大約是一碗米的量）可以提供成年人和哺乳期婦女約35%到27%的維生素B 1 的每日推薦攝取量。 雖然它是基改作...

  圖片來源： 維基百科 帶狀瓶爾小草（ Ophioderma pendulum ）是一種分布在熱帶亞洲和太平洋島嶼的附生蕨類植物。這種蕨類在多個熱帶地區均有記錄，尤其是在東南亞和一些太平洋群島中，它們通常生長在其他樹木或岩石上。在台灣，它是一種常見的附生植物，可以在多個地點發現，但不是台灣特有種，但也是台灣的「原住民」之一。 身為附生蕨類，帶狀瓶爾小草的生存策略部分依賴於與真菌的共生關係。因此，研究它的真菌群落有助於理解附生植物如何在缺乏土壤的環境中獲取養分和水分。 有鑑於此，中研院生多中心的陳可萱老師與她的研究團隊，研究了帶狀瓶爾小草的菌群。他們在2020年七月在福山植物園的三個點（彼此之間距離超過80公尺，以確保獲得不同環境條件下的數據）收集了植物，並帶回進行分析。 他們透過顯微鏡對根和葉的切片進行觀察，以識別真菌結構，如菌絲、囊狀體和入侵點等，以了解真菌在植物組織中的分佈和形態。 另外，他們也萃取了DNA，進行PCR放大常用於識別真菌種類的DNA條碼區域ITS2，並以生物資訊軟體分析所得到的資料。 結果發現，與先前對附生蕨類的研究結果不同，帶狀瓶爾小草的根部有高度的叢枝菌根真菌（AMF）形成菌群。 研究團隊也發現，帶狀瓶爾小草的葉片中存在著高度多樣的真菌群落，，主要由子囊菌門（Ascomycota）中的黑殼菌綱（Dothideomycetes）和裂殖酵母菌綱（Eurotiomycetes）等類群主導。這可能與它對環境的適應性和抵抗力有關。這些發現可能有助於了解植物如何利用真菌來增強其生存策略。 由於帶狀瓶爾小草具有特殊的生態地位和對生態系統的潛在重要性，了解它與真菌的互動可以為保護和管理亞熱帶森林生態系提供科學依據。 參考文獻： Xie, Q.-Y., L.-Y. Kuo, C.-C. Chang, C.-J. Lin, W.-H. Wang, and K.-H. Chen. 2024. Prevalent arbuscular mycorrhizae in roots and highly variable mycobiome in leaves of epiphytic subtropical fern Ophioderma pendulum. American Journal of Botany 111: e16319. h...

  亞馬遜雨林。圖片來源： 維基百科 雖然植物的葉子都是綠的，但不同的植物還是有不同的綠色：有些深一點、有些淺一點。葉片的顏色，除了葉綠素以外，還有其他的色素以及一些形形色色的化合物，這些都會影響葉片對光線的吸收與反射。 光是肉眼就可以看出不同的綠，用儀器去看應該會有更多不同吧！如果儀器夠敏感，是否能從植物反射的光就分辨出這是什麼植物呢？ 加拿大的研究團隊最近發現，的確可以從所謂的「葉片光譜」（Foliar spectra）來辨認樹木的種類。 他們使用了由美國生產的HR-1024i 地面光譜儀，配有 DC-R/T 積分球。這套設備可以測量葉片的光譜反射率和透射率，適用於廣泛的光譜範圍，從 400 到 2500 nm。 研究團隊收集了3500多個葉片光譜測量數據，收集了東北美地區每個樹種從400–2400 nm之間的光譜並分析、探討了光譜數據、系統發生和葉功能性狀變異之間的關係。研究結果顯示，光譜反射率能夠準確地區分大部分樹種（κ = 0.736），葉片光譜顯示出強烈的系統發生信號，雖然在較高的分類層級上可能會出現錯誤，但這些錯誤主要是出現在近緣種之間。此外，功能和系統發生距離在一定程度上控制了光譜分類錯誤的發生和頻率。研究強調了葉片光譜多樣性與分類層次、系統發生和功能多樣性之間的聯繫，並突出了光譜學在遙感植物生物多樣性和對全球變化的植被反應中的潛力。 研究團隊發現，不同樹種間的葉片光譜反射率顯示出在某些特定光譜範圍內有較大的變異。特別是在 700–750 nm 附近的紅邊區域以及 2051–2400 nm的短波紅外範圍（SWIR）。 700–750 nm 附近的紅邊區域與植物葉綠素、氮和葉水含量變化敏感，對於分類來說非常重要。而短波紅外範圍（SWIR，2051–2400 nm ）則與細胞壁組成成分如纖維素、木質素和蛋白質的吸收相關。 這些區域的變異對於識別和分類樹種特別有用，因為它們反映了植物葉片在生物化學和生理上的差異。研究團隊利用這些區域進行樹種的精確分類。 研究團隊也發現同屬之間的樹種其葉片光譜通常會比較接近。這主要是因為同屬的樹種在演化上較為接近，共享較多的遺傳和功能性狀特徵，這些特徵反映在葉片的生物化學和結構組成上，從而在光譜反射率上表現出相似性。 研究團隊認為，葉片光譜可以用來從遙感平台（如衛星和飛機）非侵入性監測大範圍內植...

  小白菜。圖片來源： 維基百科 「綠手指」是用來形容很懂得如何照顧植物的人。為什麼會這樣說，無非是因為植物不會說話也沒有表情，所以常常會聽到有人說：昨天它還好好的，今天就死掉了。甚至還有人自封「黑手指」，強調自己與植物何等無緣，每種必死。 不過，植物其實還是有給出一些信號，只是我們人類接收不到罷了。例如有些植物在口渴、被蟲咬時會發出超音波，而幾乎所有（我覺得應該是所有，但是未經驗證的事情不能亂說）植物在感受到壓力時會放出過氧化氫（H 2 O 2 ）與水楊酸（SA）。 麻省理工學院的團隊想到，如果可以實時偵測H 2 O 2 與SA，不就能即時監測植物是否感受到壓力嗎？ 研究團隊以氟苯（fluorene）和二氮雜苯（diazine）為原料，合成了一種可以偵測H 2 O 2 和SA的聚合物，再把這種聚合物以特製的單壁碳納米管（SWNT）包覆以合成奈米感測器。接著他們使用針筒或微注射器，將奈米感測器溶液注入到植物葉片的胞間空間中。一旦注入植物葉片，奈米感測器會在葉片內分佈開來，使其能夠在植物細胞內實時監測到SA和H 2 O 2 的濃度變化。由於這個奈米感測器感應到H 2 O 2 或SA時會發出螢光，所以研究團隊要透過專門的儀器（如近紅外光譜儀）來讀取奈米感測器的信號。 研究團隊使用了小白菜（ Brassica rapa subsp. Chinensis ）來進行這個實驗。他們測試了四種壓力：強光、熱、病原體感染、機械傷害。 結果發現：強光與高熱時，螢光信號幾乎是立刻就出現，且H 2 O 2 與SA幾乎是同時出現（SA慢一點點）。相對的，機械傷害與病原體感染這兩組是H 2 O 2 先出現螢光信號，SA則慢得多了。事實上，機械傷害要大約兩小時左右才偵測得到SA的出現，但H 2 O 2 只要5分鐘就出現了；病原體感染則是SA比H 2 O 2 慢大約10分鐘。 所以，這個實驗證實了植物對不同的刺激有不同的反應；就算只測量H 2 O 2 與SA兩種指標，應該還是能分出刺激的種類。接下來需要多進行幾次測試，並且擴大測試的物種。一旦能確立植物對不同刺激的不同反應的模式，就可以訓練人工智慧模型來偵測與辨識，幫助我們進行「精準農業」，讓農作物長得更好。 參考文獻： Ang, M.CY., Saju, J.M., Porter, T.K. et al. Decod...

  古柯。攝影：曾柏睿 成癮物質有多少種呢？不知道。但是它們的共同特徵是，一旦上癮，就很難戒。尤其是如古柯鹼、嗎啡、安非他命等高成癮性物質，上癮者往往傾家蕩產，寧願不吃飯也不能沒有它。到底為什麼人會受制於這小小的化學物質呢？ 過去的研究發現，這些成癮物質會刺激我們腦部的獎賞系統（reward system），且效果比日常的刺激要強；所以一旦接觸到，上癮的風險不低。 最近美國的一個研究發現：上癮其實不止跟獎賞系統有關，還跟基因有關！ 洛克斐勒大學的研究團隊使用了全腦FOS映射技術，來確定哪些腦區在藥物（如古柯鹼和嗎啡）暴露後活性增加。FOS是一種即時早期基因，常用作神經活動的標記。 使用這個技術，研究團隊首先觀察到，依核（Nucleus Accumbens，簡稱NAc）是古柯鹼和嗎啡破壞自然獎賞（食物和水）攝取的關鍵樞紐。 活體內長期追踪依核中的個別多巴胺接受神經元活動顯示，藥物濫用和自然獎賞活化了重疊的神經元群，但藥物引起的活化程度更高。 什麼是依核呢？它是大腦中的一個重要結構，屬於基底神經節的一部分，也是中腦邊緣獎賞系統（mesolimbic reward system）的核心成員之一，位於前腦區。依核在調控獎賞和快感的感受、成癮行為、動機和快樂等心理過程中扮演核心角色。 依核與多巴胺釋放密切相關，多巴胺是一種神經傳導物質，常與快樂和滿足感相關。當依核接收到多巴胺信號時，會產生獎賞感，這是人類和其他動物繼續追求某些活動（如食物攝取、社交互動、性行為等）的動力。 過去的研究顯示，依核在處理各種成癮物質的影響中起著關鍵作用，例如酒精、尼古丁和毒品等。這些物質能增加依核區域多巴胺的水平，強化其獎賞反應，導致成癮行為。 另外，依核也與情緒調節有關，特別是與樂觀和愉悅的情緒狀態相關。異常的依核活動與某些情緒障礙，如憂鬱症和焦慮症有關。 依核在決策過程中也發揮作用，尤其是在評估潛在行為的獎賞價值時。它與前額葉皮質等大腦區域密切相互作用，共同影響個體的動機和選擇行為。 總之，依核是大腦獎賞迴路中的關鍵結構，影響人類的情緒、動機、決策以及成癮行為。 進一步的分析全腦FOS映射技術資料後，研究團隊發現一個稱為 Rheb 的基因，與FOS誘導顯著正相關。 Rheb 是一個小GTP酶，能夠活化mTOR路徑，該路徑在許多生物學過程中（包括細胞增殖和代謝調節）...

  圖片來源：維基百科 馴化（domestication）簡而言之就是將動物或植物帶回家飼養/種植，並且能夠代代繁衍的過程。動植物的馴化對於人類歷史有非常重要與深遠的影響，因此在人類歷史上瞭解動植物何時被馴化，也是一個很重要的課題。 過去 15 年來，關於植物和動物馴化過程的研究，因為以下的原因，有了大量發展： 1. 跨學科研究的增加：馴化研究領域吸引了來自人類學、考古學、生物學、遺傳學、生態學和第四紀科學等多個學科的學者。這種跨學科的合作增加了我們對馴化過程複雜性的理解，並促進了新理論和方法的發展。 2. 科技進步：DNA 分析技術的進步特別重要，因為它允許科學家對古代遺物和樣本進行基因分析，發現了植物和動物的馴化歷史和遺傳變化。此外，遙感和地理信息系統（GIS）技術的應用也改善了我們對古代農業和馴化事件地理分佈的理解。 3. 新證據的發現：在全球不同地區進行的考古發掘帶來了新的證據，顯示植物和動物的馴化是一個緩慢且複雜的過程，並且在不同地區以不同的速度和方式發生。這些新發現挑戰了之前關於馴化過程的一些傳統觀點。 4. 全球化和文化交流的角度：各地的科學家開始關注植物和動物如何在過去數千年間跨大陸擴散，以及這些過程如何影響全球生物多樣性和農業。這種對於早期食物全球化的興趣推動了對馴化過程多地區和全球性質的深入研究。 這些因素共同促成了關於植物和動物馴化與傳播的過程的文獻在過去 15 年的大量發展，並深化了我們對這一重要歷史過程的理解。 但是，雖然這兩個過程（馴化與傳播）經常在不同的理論框架內被考慮，但我們的解釋中缺少一個概念性的橋樑，將這些長期過程與多區域、全球性散佈的馴化性質聯繫起來。 在這篇論文中，提到兩種不同的理論框架：一種與演化生物學相關，在更新世至全新世過渡期間的環境變化中具有重要性；另一種與青銅時代的全球化和農業在人新世中的作用有關。 第一種觀點指出，在更新世至全新世過渡期間的環境變化對生物演化和馴化有著重要的影響。這段時間，大約在一萬一千年前，標誌著從最後一次冰河時代向更溫暖和更穩定的氣候過渡，對地球的生態系統和生物群落產生了顯著變化。 此時期的環境變化促使多種生物，包括植物和動物，適應新的生態條件。例如，溫度的上升和冰川的融化導致海平面上升和棲息地的改變。這些變化迫使生物尋找新的生存策略，包括遷徙到新的地區、變化飲食習...

  Thermococcus gammatolerans 。圖片來源： 維基百科 學過生物學的人對光呼吸作用（photorespiration）應該都不陌生：植物在高溫下，因為「魯必斯科」（RuBisCO）把氧氣當作二氧化碳來用，造成加碳反應成了氧化反應，導致二磷酸核酮糖被氧化，產生2-磷酸甘油醛（2-PG，2-phosphoglycolate）。為了要把2-磷酸甘油醛用掉，植物必須進行一連串的反應，過程中消耗了能量（ATP），所以被稱為光呼吸作用。 過去總認為光呼吸作用的代謝途徑就是為了光合作用而服務的。但是，日本的研究團隊發現了一種嗜熱古菌 Thermococcus kodakarensis ，它不會進行光合作用（事實上它是厭氧菌），但是還是有RuBisCO。 當然，進行光合作用不一定都要產生氧氣（事實上，產氧的光合作用只佔全世界光合作用的「一半」），不過這隻菌真的不會進行光合作用。那麼它的RuBisCO做什麼用呢？研究團隊發現，它的RuBisCO參與其他類型的碳代謝過程，如核糖轉換途徑。 不過，當它處於微氧條件下時，它的RuBisCO仍能進行加氧反應，從而產生2-PG。這就讓研究團隊覺得很好奇，因為2-PG對生物體來說是廢物，所以這隻菌怎麼消化掉它的2-PG呢？ 由於這隻菌的基因體已於2005年完成定序，所以要找到基因並不是那麼困難。研究團隊拿已知存在於嗜熱菌中的2-PG磷酸酶（這個酵素擔任轉化2-PG的第一個步驟）來進行基因搜尋，找到了TK2301；另外，他們也用阿拉伯芥的2-PG磷酸酶來進行搜尋，找到了TK1734。 最後，他們發現TK1734是這隻菌的2-PG磷酸酶。另外，他們也發現，如果把TK1734從這隻菌裡面給剔除掉，這隻菌在微氧狀況下就會長得很不好（下降八成）。這顯示TK1734的確是2-PG磷酸酶，同時也證明了這個酵素對它非常重要。 總而言之，這個發現意味著，即使是在早期地球生命和缺氧條件下，一些生物如嗜熱原核生物也已經進化出了處理2-PG的機制。這種能力的演化可能反映了生物對早期地球環境變化的適應，尤其是氧氣水平的逐步增加。因此，研究這些機制可以提供對生命早期演化過程的見解。 參考文獻： Michimori Y, Izaki R, Su Y, Fukuyama Y, Shimamura S, Nishimura K,...

  阿拉比卡咖啡樹。圖片來源：維基百科 身為全球最重要的幾種飲料之一，咖啡的重要性應該不需要我來說。目前最多人飲用的咖啡就是阿拉比卡咖啡，是阿拉比卡咖啡樹（ Coffea arabica ）的種子，佔全世界咖啡產量的六成。 過去的研究都認為，咖啡是在衣索比亞馴化的。有許多傳說圍繞著咖啡的馴化，最有名的大概就是牧羊人的傳說。 但是，最近的一個研究，推翻了「衣索比亞馴化說」。 美國水牛城大學的研究團隊，定序了39個不同品系的阿拉比卡咖啡，得到了結論：阿拉比卡咖啡應該是在葉門馴化。 這39個樣本包括了野生及栽培咖啡，以及從印度、爪哇和其他曾經的荷蘭殖民地地區收集到的較古老的栽培品系。為了提高資料的品質，研究團隊甚至跟倫敦林奈學會要來當年林奈用來幫阿拉比卡咖啡分類的樣本來進行定序。 這些歷史樣本的基因體資料對於研究咖啡樹的進化歷史和馴化過程特別有價值，因為它們能夠提供過去基因體狀態的直接證據，有助於理解種植品種的起源和演變。透過比較現代與歷史樣品的基因體，研究團隊得以追溯特定遺傳特徵的起源與演變過程，更清楚瞭解人為的栽培對它們產生了什麼樣的影響。 研究團隊確認了阿拉比卡咖啡樹是四倍體物種，源自兩種二倍體咖啡樹（ Coffea eugenioides 和 Coffea canephora [羅布斯塔]）。 他們利用了電腦模擬工具 FastSimcoal2 來模擬阿拉比卡咖啡樹的族群歷史，以估計雜交和多倍體化事件發生的時間。模擬結果發現，阿拉比卡咖啡樹的雜交事件（多倍體化事件）可能發生在約610,000至350,000年前。此外，他們也發現野生族群和栽培祖先族群大約在30,000年前分裂。 至於他們為什麼認為阿拉比卡咖啡是在葉門馴化，主要是因為歷史記錄和基因體資料。 據記載，15世紀至16世紀間，咖啡的栽培在葉門已經開始，並逐漸成為當地文化的一部分。此外，據稱葉門是咖啡從非洲走向全球的起點。 而基因體資料分析則發現，栽培品系和大裂谷以東野生品系展示了較低的遺傳多樣性和較高的遺傳相似性，這可能是由於歷史上的人工選擇和栽培馴化活動。這個區域就是現在的葉門，也就是說，阿拉比卡咖啡可能就是在15世紀的葉門開始馴化。 因此，研究團隊認為，阿拉比卡咖啡並不是如傳說所言，在衣索比亞馴化；而是在葉門。 不過，研究團隊也發現，相比於許多作物，咖啡的基因多樣性要...

  圖片來源：維基百科 除了老饕，我們總是希望能夠花少一點時間吃東西，而且最好是還能攝取均衡的營養。但是，要吃得少還要吃得巧，這還真的不太容易。 有些科學家希望能藉由基改來改善農作物的營養，比如說「黃金米」（golden rice）就是讓水稻可以產生類胡蘿蔔素，這麼一來就不用擔心罹患夜盲症了。 但是，因為黃金米是基改作物，很多人對基改還是有疑慮的。有沒有可以不用基改就改善食物裡面的營養成分呢？ 育種是一條路，但是日本的研究團隊卻另闢蹊徑，想到利用植物的壓力反應，來逼迫植物合成更多的類胡蘿蔔素。 他們利用纖細裸藻（ Euglena gracilis ）。纖細裸藻可食，曾經一度被稱為「超級食物」（不知道是不是我小時候吃過的綠藻粉？）。 研究團隊發現，把纖細裸藻養在3%的柴魚高湯培養基中，再以強烈的紅光(605~660 nm, 1000~1300 µmol photons/m 2 /s)照射15天，能「逼」纖細裸藻出現明顯的紅色。 這樣的條件下，纖細裸藻會出現怎樣的變化呢？研究團隊指出，在此條件下，纖細裸藻會因為過度的光合作用導致許多葉綠體被破壞，但類胡蘿蔔素保持穩定，從而形成紅色細胞。進一步的高效液相色譜（HPLC）分析發現矽甲藻黃素（diadinoxanthin）是紅色細胞中的主要類胡蘿蔔素。此外，纖細裸藻還合成了一種在正常培養條件下不產生的未定義葉黃素，推測其結構中含有C=O鍵。 過去雖然有報導說強光壓力可增加細胞中總類胡蘿蔔素含量，但研究團隊嘗試了在白光（90 µmol photons/m²/s）照射的BS培養條件，並未觀察到細胞的紅變現象，且細胞生長良好（第七天時，細胞密度是CM培養基的四倍以上）。由於這種細胞懸浮液由功能性食品柴魚高湯和纖細裸藻組成，考慮到其高營養價值，且該方法未涉及基因改造，意味著極可能有潛在的工業應用前景，包括食品使用。 總的來說，本研究為未來開發基於纖細裸藻的功能性食品和營養補充品提供了重要的基礎資料和方法，同時也為理解類胡蘿蔔素的生物合成途徑和光保護機制提供了新的見解。當然，如果想要研究植物的壓力反應，這個研究也提供了一些基本資料。 參考文獻： Kyohei Yamashita, Ryusei Hanaki, Ayaka Mori, Kengo Suzuki, Tatsuya Tomo, Eiji To...

  滇結香。圖片來源： 維基百科 滇結香（argeli， Edgeworthia gardneri ）是原生於喜馬拉雅山區（不丹、尼泊爾、中國、緬甸）的瑞香科灌木，過去在尼泊爾，它的主要用途是當作籬笆或柴薪。另外，他們也會用它的樹皮來造紙，製作所謂的「Kaagaz」紙，主要用來印正式的文件。 不過，自從日本人發現它的新用途，現在讓當地的尼泊爾人有了新的謀生方式：種植滇結香。 日本人要滇結香做什麼呢？造紙，但是是用來印鈔票。 本來日本人用來印鈔票的紙，是來自於同屬的植物「結香」（ Edgeworthia chrysantha， 稱為mitsumata，みつまた，三椏或三又）的樹皮，但是日本自己生產的不夠多，所以只能找其他的來源。 而且，日本人喜歡用現金，再加上日本政府時時汰換舊鈔（據說很難看到陳舊破損的日幣紙鈔），所以日本對於製作鈔票的紙漿需求很大。 負責製作みつまた的日本企業Kanpou Incorporated在尼泊爾進行慈善援助時想到，既然用來製造みつまた的結香本來是來自於尼泊爾，或許尼泊爾也有適合用來製造みつまた的植物。 然後，他們發現了滇結香。日本人教導尼泊爾人如何種植以及取樹皮，讓原料能合乎日本製造みつまた的標準。 要取樹皮的滇結香不能超過三年，超過三年樹皮就會太硬不能用了。 原本窮苦的尼泊爾人，靠著幫日本人種樹取樹皮，有些現在成了小企業的老闆，過著還不錯的生活。 根據維基百科，日本除了跟尼泊爾進口樹皮，也跟中國進口；目前進口的樹皮約佔90%。   參考文獻： Bhadra Sharma and Alex Travelli. 15/4/2024. On Himalayan Hillsides Grows Japan’s Cold, Hard Cash. New York Times. 關於滇結香的 網路討論

自然界的木黴菌。圖片來源： 維基百科   木黴菌（ Trichoderma ）是一類廣泛存在於土壤中的真菌，具有許多對農業特別有益的特性，因此成為科學研究的熱點。過去的研究發現，木黴菌可以做為一種生物防治劑，能夠抑制多種植物病原真菌和其他微生物的生長，減少對化學農藥的依賴，從而有助於環境保護和持續農業的發展。 另外，一些木黴菌能夠促進植物的生長和發育，例如透過增強植物對營養的吸收或者增強植物的抗逆性能。 再者，木黴菌在自然和農業生態系統中扮演著重要角色，它們參與土壤的有機質分解和營養循環過程，對維持生態系統平衡至關重要。 最近，有一個印度的研究團隊，對印度南部拉賈斯坦邦作物根際區內的木黴菌的遺傳多樣性以及其對於三種土壤傳播植物病原真菌的拮抗特性進行了探討。研究團隊分析了16種作物的根圈土壤樣本，並從中鑑定出60個木黴菌株。這些菌株分屬於11個不同的物種，包括臍孢木黴菌（ Trichoderma brevicompactum ）、非洲哈茨木黴菌（ T. afroharzianum ）等，其中以臍孢木黴菌最常見。 這些菌株對於白绢病菌（ Sclerotium rolfsii ，會導致腐霉病）、立枯絲核菌（ Rhizoctonia solani ，會導致根腐病）和輪枝鐮刀菌（ Fusarium verticillioides ，會導致黃萎病）都有強烈抑制效果，尤其是非洲哈茨木黴菌 BThr29表現出強大的抑菌活性，並在番茄上顯示出對上述病原菌的顯著防治效果。 在這三種病原真菌（白绢病菌、立枯絲核菌和輪枝鐮刀菌）中，非洲哈茨木黴菌 BThr29對輪枝鐮刀菌的抑制效果最佳，達到了高達89.5%的最大抑制率。 相比之下，對白绢病菌的抑制率為74.8%，而對立枯絲核菌的抑制效果也很顯著，達到了84.8%。這顯示非洲哈茨木黴菌 BThr29是一個具有廣泛抗真菌活性的木黴菌株，尤其在對付輪枝鐮刀菌時表現出了極高的效果。這使其成為開發生物防治劑的良好候選菌株。 這項研究強調了作物根圈內木黴菌的生物防治潛力，並指出利用這些本土菌株開發生物防治劑的可行性，這對於開發有效的生物防治策略具有重要意義。或許，台灣也可以找找看有沒有本地的木黴菌有類似的功能！ 參考文獻： Jambhulkar, P.P., Singh, B., Raja, M. et al. Gen...

  形形色色的美洲南瓜。圖片來源： 維基百科 可能是原產於中美洲的美洲南瓜（ Cucurbita pepo ），據說在大約一萬年前就已在墨西哥馴化。在歐洲人「發現」美洲之前，美洲南瓜可是隨著印地安人到處落地生根，產生了各種不同的品系。 到底美洲南瓜的發源地是哪裡，據說已經吵了一百多年。最近的研究認為，美洲南瓜在墨西哥與美國東部分別被馴化過一次。 最近有個研究聚焦在重金屬對美洲南瓜種子發芽、代謝和生長的影響。研究團隊選了銅與鎘來測試。 研究團隊發現，即使這些重金屬並未顯著影響種子的發芽率，它們仍然對種子的活力指數（SVI）產生了顯著的負面影響，尤其是在200 μM的CdCl 2 處理下，SVI降低了約65%。此外，種子胚軸的長度和乾重也顯示出顯著的降低。 重金屬對植物生理的影響主要通過調節氧化反應來呈現，其中包括增加過氧化氫（H₂O₂）和丙二醛（MDA，用來測量細胞中脂質過氧化的程度）的含量，以及抑制抗氧化酶系統，例如過氧化氫酶（CAT）和超氧化物歧化酶（SOD）的活性就受到抑制。 重金屬會影響植物細胞的多個層面，包括干擾細胞膜的結構和透性，影響細胞的水分和營養物質交換；另外，許多生命重要過程中的酶因重金屬的干擾而失去活性，這會影響種子的能量代謝和營養物質的轉化。 重金屬也會使植物產生更多的自由基（ROS），而植物的抗氧化酶系統可能無法有效地清除這些過量的ROS，導致細胞結構和功能的進一步損害。 另外，重金屬還會影響植物荷爾蒙的平衡，如生長素和吉貝素，這些荷爾蒙是調控根部和胚軸生長的關鍵因素。 雖然銅是植物的必需元素之一，但植物只需要微量的銅。當銅的量超過植物所需時，便會對植物造成傷害。至於鎘本來就是有毒的金屬，對植物的危害也顯而易見。 這些發現有助於理解重金屬與植物生理之間的複雜互動，並可能有助於制定減輕重金屬對植物的不利影響的策略。 參考文獻： Acila, S., Derouiche, S. & Allioui, N. Embryo growth alteration and oxidative stress responses in germinating Cucurbita pepo seeds exposed to cadmium and copper toxicity. Sci Rep 14, 8608 (2024...

dari Wikipedia   Apakah kamu tahu cara tanaman mendapat nitrogen dari udara? Biasanya, tanaman membentuk hubungan simbiosis dengan bakteri yang bisa mendapatkan nitrogen dari udara. Namun, hal ini tidak berlaku untuk sebuah ganggang yang disebut Braarudosphaera bigelowii . Pada tahun 2012, sebuah tim penelitian dari Amerika menemukan cyanobacteria dalam ganggang ini yang bisa mendapatkan nitrogen dari udara. Cyanobacteria ini disebut UCYN-A, karena penelitian menunjukkan bahwa ia telah kehilangan kemampuannya untuk membuat energi sendiri. Akibatnya, tim penelitian meragukan bahwa ia mungkin telah membentuk hubungan simbiosis dengan ganggang sebagai organel di dalamnya. Tim penelitian menggunakan teknologi yang disebut SXT untuk mengamati di dalam ganggang. Mereka menemukan bahwa UCYN-A memiliki posisi yang tetap. Ini adalah bukti pertama bahwa UCYN-A adalah organel, bukan cyanobacteria yang independen. Masih menggunakan SXT, mereka menemukan bahwa UCYN-A dan ganggang membelah...

  圖片來源： 維基百科 現代的「有機農業」（organic farming）據說是發源於20世紀初，雖然在農藥還沒發明之前的農業當然都可以算得上是有機農業。 有機農業強調不使用化肥也不使用農藥，整體來說對環境是比較友善。但是，因為有機農業主張利用益蟲來消滅害蟲（也會使用一些生物製劑，如辣椒水之類的），所以有機農田裡的蟲當然會比較多一些。 許多從事有機農業的農民們，若是旁邊的農田是進行慣行農法，就會擔心自己的農作物是否會受到農藥的污染。這牽涉到農產品銷售時的認證問題，以及農民的信用與聲譽。 但是，有機農田與慣行農田之間的互動，應該不會只是單向的。例如，有機農田裡的蟲，會不會跑到慣行農田裡去「玩耍」呢？ 為了瞭解不同農業方式對彼此的影響，美國加州大學的研究團隊進行了一項跨越七年的研究。他們選取了加州科恩縣大約14,000個農田的農藥使用和作物數據，以及全美的有機農業和農藥使用數據，來研究周圍有機耕地對有機和傳統作物田間農藥使用的直接和溢出效應。 研究團隊發現，對於有機農田來說，周圍的有機耕地通常會導致田間農藥使用的減少。對於有機田，周圍有機耕地每增加10%的面積，會導致有機田間總農藥使用量下降約3%。特別是對於殺蟲劑，周圍有機耕地的增加對有機田間的影響更為明顯。研究發現周圍有機耕地每增加10%會導致殺蟲劑使用量減少2%。 這些數據顯示，有機耕作的空間聚集對於降低有機田間的農藥使用具有顯著影響，這主要是因為有機耕作可能會增加自然敵害物種的多樣性和豐富度，這些自然敵害物種有助於生物控制害蟲，從而降低對人工化學農藥的需求。 但是對慣行農田又是怎樣的一種情形呢？ 研究團隊的分析發現，周圍的有機農業對慣行農田的農藥使用確實會造成輕微的增加。周圍有機耕地面積每增加10%，就會導致慣行農田的總農藥使用量增加約0.3%。這個效應可能是由於有機農田對於害蟲及其自然敵人的不同管理策略，導致害蟲及其天敵從有機田間溢出到鄰近的傳統田間。由於慣行農田可能更依賴化學農藥來應對這些害蟲，因此在有機農田周圍的慣行農田可能需要增加農藥使用來控制害蟲壓力。這種效應的存在反應了有機農業在局部農業生態系統可能引發的複雜交叉作用。 不過，到底有機農田裡的昆蟲是不是真的比較多呢？由於在這個研究中並沒有進行「蟲口調查」，所以我們也無法得知。 研究結果顯示，增加有機耕地會降低農藥使用量...

  貝氏布拉藻。圖片來源：維基百科 固氮反應（nitrogen fixation）在過去一向被認為是微生物（細菌、藍綠菌、古菌）才具備的技能。畢竟，要打開氮氣（N 2 ）的三個化學鍵，需要投入大量的能量才能完成，這使得負責這個反應的酵素對氧氣極為敏感，於是固氮反應就成為厭氧的反應。 也因此，能夠固氮的根瘤菌，需要植物形成根瘤這樣的無氧環境，才能開始固氮；而能夠固氮的藍綠菌則是各出奇招，想辦法製造無氧或微氧的環境，讓它可以固氮。 一般的藻類，要獲取這樣的能力，是否是「不可能的任務」呢？但是就在2012年，美國加州大學的研究團隊發現了一個奇妙的藻類「貝氏布拉藻」（ Braarudosphaera bigelowii ），它的體內有一個小小的藍綠菌稱為UCYN-A。這個藍綠菌負責幫忙貝氏布拉藻固氮，而貝氏布拉藻則投桃報李，給它它需要的糖、胺基酸、核酸等等。 在2012年時，研究團隊便已經發現，UCYN-A缺乏會產生氧氣的光系統II以及細胞呼吸中非常重要的檸檬酸循環。這就讓科學家們懷疑，會不會UCYN-A早就不是共生體，而是已經成了貝氏布拉藻的胞器呢？ 於是他們進行了一系列的研究。 首先，他們用軟X射線斷層掃描（SXT）獲得了貝氏布拉藻細胞及其中的UCYN-A的三D結構圖像。這種技術可以顯示出細胞內部的詳細結構，包括UCYN-A在內。研究團隊觀察到UCYN-A在細胞中有固定的位置，在貝氏布拉藻的胞器之間具有確定的空間關係，這意味著它已緊密整合入藻類細胞的結構中。 同樣是透過SXT，研究團隊發現UCYN-A的分裂與貝氏布拉藻的細胞核和葉綠體的分裂有明確的時間順序。在貝氏布拉藻的暗週期中，首先發生的是UCYN-A的分裂，然後是粒線體的分裂、接著核和葉綠體也開始分裂，最後細胞進行最終的細胞分裂（細胞質分裂），產生兩個新的細胞，每個細胞都包含一個UCYN-A、一個核和若干個葉綠體。這種分裂的同步性意味著，UCYN-A與藻類細胞的生長和分裂過程高度整合，這也是胞器的特徵之一。 透過蛋白質體學分析，研究團隊確定了多個由貝氏布拉藻基因體產生、並在UCYN-A中豐富存在的蛋白質。這些蛋白質包括了「魯必斯科」（RuBisCO）這個負責碳反應（卡爾文循環）的最重要酵素以及進行光反應所必需的幾個成員。缺少這些蛋白質意味著UCYN-A不能進行光合作用，必須依靠貝氏布拉藻來供...

  圖片來源： 維基百科 預計到2050年地球人口將達到90億，需要增加60-100%的作物產量來滿足人類的營養需求。由於土地資源有限，特別是在迅速城市化和經濟增長的國家，提高單位面積內的作物產量成為了保障糧食安全的關鍵策略之一。作為全球主要的糧食作物之一，玉米在提高作物產量方面具有重要意義。 高密度種植是提高作物產量的重要農業對策之一，它可以透過更有效地利用可用光照，促進二氧化碳和水的轉化，從而提高作物單位面積的產量。然而，高密度種植也會導致植物之間的內部競爭，影響植物的生長和產量，因此，瞭解高密度種植對作物生長影響的具體機制，對於最佳化種植策略、提高作物產量具有重要意義。 最近的研究，透過系統地分析高密度種植對玉米不同品種在不同種植密度下的生理反應和產量影響，想瞭解在高密度種植條件下，玉米光合作用能力和同化物轉運如何影響穗部發育和最終產量，從而為高產玉米育種和精確農業管理提供科學依據。 研究團隊透過在中國寧夏進行的兩年田間實驗，分析了三個高產玉米品種（LY66、MC670、JK968）在四種種植密度（75,000、105,000、120,000 和 135,000 株/公頃）下的穗部發育、葉片特性和光合參數。他們發現，增加種植密度可以提高整體穀物產量和群體尺度的生物量累積，儘管每株植物的生產力有所減少。 隨著種植密度的增加，整體產量有所提高，但是達到一定密度後，產量會趨於穩定或略有下降。具體來說： 對於LY66品種，在從75,000株/公頃（D1）到135,000株/公頃（D4）的種植密度範圍內，產量增加了1.81%到14.28%。 對於MC670品種，產量增加了3.73%到17.39%。 對於JK968品種，產量變化範圍是-3.83%到8.37%，這表明在某些情況下，過高的種植密度可能會對產量造成負面影響。 這些數據顯示，在進行到一定的種植密度時，可以觀察到產量的提高，但每個品種對於種植密度的最佳反應不同，且增加種植密度超過某一閾值可能不會進一步提高產量，甚至可能由於資源競爭導致產量下降。 MC670對高密度種植條件的適應性最強。生理分析顯示，增加種植密度主要導致LY66和MC670的穗上單葉面積減少，而JK968的穗下單葉面積減少。此外，高種植密度降低了葉綠素含量和光合速率，這是由於下層葉片群的光線傳導減少，導致單株生物量積累大幅度減少。...

  圖片來源： 維基百科 提到吃的、喝的，雖然說每個人的口味都不太一樣，但是還是有最大公約數存在的，這也就是為什麼有些食物與飲料可以「打遍天下無敵手」。但是，這也並不代表我們已經窮盡各種口味的組合了；所以，許多廠商都會不斷地推出新口味，想要抓住我們的味蕾。 但是，人們的喜好有時也很難找到。最有名的例子就是1985年推出的「新可口可樂」。儘管在盲測時評價優於原來的口味，但是消費者就是不買單。 自從AI橫空出世，已經向大家展示了它有多「暴力」，於是就有人想到：為何不利用AI來找出食品或飲料的「致勝秘方」呢？ 來自比利時的研究團隊，最近就利用了AI來研究如何開發啤酒的「致勝秘方」。他們透過機器學習，想要建立一個能預測和改善啤酒的風味和消費者喜好的模型。 研究團隊收集了對250種不同啤酒的廣泛化學和感官分析，訓練了十個機器學習模型以從化學特性預測風味和消費者的欣賞度。每種啤酒測量了200多種化合物，並利用專業品酒小組進行量化描述性感官分析，另外，他們也收集了超過180,000條消費者評論的數據來訓練這些機器學習模型。 為了評估這些機器學習模型的表現，研究團隊採用了幾種方法來確定模型預測啤酒風味和消費者欣賞度的準確性和有效性。他們主要關注的是模型能否從化學剖面準確預測出啤酒的感官特徵和消費者的喜好。以下是他們評估模型表現的幾個關鍵步驟： 1. 資料集分割：將資料集隨機分割為訓練集和測試集，確保模型在未見過的數據上的表現能夠被公平地評估。 2. 性能評估指標：使用決定係數（R^2）作為主要的性能指標來衡量模型的預測能力。R^2值越接近1，表示模型預測的結果與實際數據之間的一致性越高，預測性能越好。 3. 特徵重要性分析：通過分析模型中各個特徵（即化學成分）對預測結果的貢獻程度，確定哪些化學成分是影響啤酒風味和消費者喜好的關鍵因素。 4. 模型間的比較：對比不同機器學習模型的表現，找出預測啤酒風味和消費者欣賞度最準確的模型。 透過這些步驟，研究團隊能夠評估和比較不同機器學習模型在預測啤酒風味和消費者喜好上的效能，並識別出最佳的預測模型。這種方法不僅提高了預測的準確性，也為未來啤酒配方的優化提供了實用的指導。 測試的結果發現，10個模型中表現最好的演算法是梯度提升（Gradient Boosting），該模型顯著超越基於傳統統計的預測，能夠準確從化學...

  圖片來源： PNAS 不知道大家是否曾覺得納悶：為什麼古代人類總是用「石」矛、「石」斧...石頭雖然很堅硬，但是也很重，又不是很容易塑形，為什麼不用隨處可取得的木頭呢？ 事實上，由於植物的組織比較不容易保存（相對於石頭），所以有可能過去的人的確用過木器，但是在幾萬甚至幾十萬年過去後，早就消失了。 這個想法，在1990年代初於德國下薩克森州（Lower Saxony），靠近布倫瑞克（Braunschweig）和哈爾茨山脈（Harz Mountains）之間的Schöningen遺址發現木矛後被證實了。這些發現很快引起了國際上的廣泛關注，因為它們直接證明了早期人類（可能是早期智人或尼安德塔人的祖先）具有製造和使用複雜木製工具進行集體狩獵活動的能力。 科學家們從Schöningen 13 II-4遺址出土了共187件木製工藝品，這是迄今為止發現的最大的更新世木製工藝品集合。這些工藝品包括至少10枝矛和7枝投擲棒，顯示了早期人類狩獵技術的複雜性。 這些木製工具不僅用於狩獵，還包括35件新認定的用於家庭活動的尖端和圓頭分裂木工藝品。這35件被認為用於家庭活動的木製工藝品，包括24件尖端分裂木和11件圓頭分裂木。這些工具的用途可能多樣，但主要推測如下： 尖端分裂木可能被用作在軟質材料上工作的工具，例如用於加工動物皮毛。考慮到當時場地的屠宰序列特徵，這些工具有可能被用於剝皮。此外，尖端分裂木的用途還可能包括作為髮針或衣服針、從樹皮中取昆蟲，或者作為釣魚矛的尖端。尖端分裂木上的磨損痕跡，如拋光、碎裂和微裂片，可能意味著它們被用於略微磨蝕性的任務。 圓頭分裂木在形態學上與用於平滑動物皮毛的骨製和象牙製光滑器類似。這些工具可能被用作皮革加工中的光滑器，但也可能用於類似於骨製鏟子的其他功能，例如編織蘆葦墊、魚鱗的去除以及折疊樹皮容器等。圓頭分裂木上觀察到的使用痕跡，如拋光、微裂片和壓痕，可能表明它們被用於略微磨蝕性的任務。 這些工具的發現和分析提供了對早期人類日常生活和技術多樣性的重要見解，顯示出早期人類不僅在狩獵方面具有技術創新，也在家庭和日常活動中展示出複雜的技術能力。 研究團隊也對Schöningen遺址出土的木製工藝品進行了木材種類的鑑定。這些木製工藝品主要由以下幾種樹木製成：雲杉（Picea sp.）、柳樹（Salix sp.）和松樹（Pinus ...

  圖片來源： Nat. Comm. 學過光合作用（photosynthesis）的朋友都知道，光合作用分為光反應（light reaction）與碳反應（carbon assimilation reaction，又稱為卡爾文循環 Calvin cycle）。光反應產生能量（ATP，腺核苷三磷酸）與電子（NADPH）提供給碳反應來推動以二氧化碳來合成糖。 到了大學，如果你是科科，還會有機會學到更詳細的：比方說光反應如何調節、碳反應如何調節，才不會產生太多產物。 但是，好像都沒有提到，這兩個部分如何協調？ 最近的研究發現，一個稱為KEA3的運輸蛋白，就是負責協調光反應與碳反應的重要成員。 KEA3位於類囊體膜（thylakoid membrane）上，負責將類囊體腔（thylakoid lumen）中的氫離子（H + ）運出類囊體，同時會運入一個鉀離子（K + ）。在強光下，植物吸收的光能超過了其光系統所能使用的量，這會導致反應中心的過度活化和氧化壓力，從而損害光合作用蛋白質和其他細胞組分。這時候，KEA3會失去活性，來維持或增加葉綠體膜內外的質子濃度差，以增強非光化學淬滅（NPQ）過程，有助於保護光合作用成員免受過量光能的損害。當光照強度降低時，需要快速降低NPQ來恢復光合作用的效率，這時KEA3的活性會被重新啟動，透過促進質子出類囊體膜，幫助迅速降低NPQ，從而增加光合作用的光能利用效率。 最近的研究發現，KEA3的C端能夠感知葉綠體基質的pH變化（即氫離子濃度），並根據這些變化調節其活性。 要證明KEA3的C端能夠感知葉綠體基質的pH變化，首先要能證明了KEA3的C末端暴露於葉綠體基質。研究團隊利用自組裝綠色螢光蛋白系統（saGFP系統）來確定KEA3的C端位置。當KEA3的C端與特定於葉綠體基質的saGFP片段出現在相同位置時，會產生螢光信號，而他們也確實觀察到了螢光信號。這證明了KEA3的C末端暴露於葉綠體基質，這是其能感知pH變化的先決條件。 然後，他們比較野生種和缺乏KEA3C端的植物發現，缺少C端的植物在從暗轉移到高光條件時，其光合作用速率的增加速度更快。這意味著C端在KEA3的活性調節中有著重要作用，尤其是在光照條件迅速變化時，能保護光系統免受損傷。 另外，研究團隊也透過過度或抑制KEA3蛋白的表現，發現KEA3的活性直接影...

  圖片來源： 維基百科 芥菜（ Brassica juncea ）是很受亞洲人歡迎的蔬菜。芥菜有個特別的辛辣味，依栽培種而有程度上的不同。 芥菜的辛辣味主要來自於「硫代葡萄糖苷」（glucosinolates），這是一種次級代謝物，在組織破裂時會分解產生帶辛辣味的化合物，做為植物的防禦系統。 最近的研究探討了土壤微生物群落（細菌和真菌群落）對芥菜種子風味化學的作用。由於已知土壤微生物群落對各種植物特性有所影響，先前的研究也顯示，一些細菌和真菌群體可能透過影響植物的次級代謝產物合成途徑來調節硫代葡萄糖苷的產生。例如，某些根圈細菌和真菌能夠影響植物的防禦反應，進而影響葡萄糖苷的合成。葡萄糖苷是植物產生的一類含硫次級代謝產物，具有抗微生物和抗昆蟲的作用。 研究團隊假設根圈微生物群落的差異會導致種子風味化學（即葡萄糖苷含量）的差異。他們在溫室中將不同的土壤微生物群落引入到在其他方面環境一致的芥菜盆栽中。在植物生命週期結束時，研究團隊分析了根圈和根部微生物群落，並分析芥菜種子的化合物（硫代葡萄糖苷）。 研究團隊發現根圈微生物群落組成與種子中主要葡萄糖苷（allyl）濃度之間的聯繫。此外，研究確定了預測種子allyl濃度的特定根圈物種，並確定了細菌功能基因，特別是與硫代謝有關的基因。 研究團隊發現，有五類根圈微生物群體與芥菜種子中葡萄糖苷（主要是allyl葡萄糖苷）含量的變化有正相關，它們是被孢霉屬（ Mortierella ）、 黃單胞菌目（ Xanthomonadales ）, 假單胞菌目（ Pseudomonadales ）, Pedosphaerales , Proteobacteria。其中被孢霉屬是真菌，其他四種都是細菌。 至於哪些基因的表現會對硫代葡萄糖苷的合成有影響呢？研究團隊測試了12個基因，結果都有影響。 透過這些測試，研究團隊初步確定了有哪些菌對於芥菜合成硫代葡萄糖苷有正面的影響。後續需要更多的研究來進行進一步的探討。 參考文獻： Walsh, C., Vanderburgh, C., Grant, L., Katz, E., Kliebenstein, D.J. and Fierer, N. (2024), Microbial terroir: associations between soil microbiomes a...

  圖片來源：維基百科 聽過「馴化症候群」（domestication syndrome）這個詞嗎？馴化症候群是指人類馴化野生植物和動物過程中，共同出現的一系列形態學和生理學特徵的變化，這些變化使得馴化種與其野生親緣種有了明顯的差異。 在植物馴化中，這些變化可能包括種子大小的增加、種子休眠性的減少、種子外殼的變薄或減少保護化合物的含量等。 當然，這些過程都牽涉到基因的改變。最有名的應該就是種子失去了「落果」（abscession）的能力了，如水稻的 SH4 基因、小麥的 Q 基因、高粱的 SH1 基因等。失去了落果的能力，讓農夫收集種子更方便，當然也增加了打穀的需求。 那麼，其他方面的基因表現是否也受到影響呢？最近有一個研究，就是想要瞭解馴化對豌豆種子外殼中基因表現、蛋白質和代謝物組成的影響，特別是在細胞壁結合代謝物和保護化合物含量方面的變化，這些都是馴化症候群的典型特徵。 研究團隊比較了來自不同基因型的豌豆，包括野生型和馴化型（栽培型）豌豆。以下是被比較的基因型： 野生豌豆：包括 Pisum elatius (JI64, JI261, JI1794)。這些代表了豌豆的野生親緣種，它們保留了許多野生特性，如種子休眠性和硬實的種子外殼。 馴化豌豆基因型：包括 Pisum sativum (栽培型豌豆)中的JI92地方品種和cv. Cameor。這些是已經被馴化並廣泛用於農業生產的豌豆品種，它們展示了馴化過程中種子特性的顯著變化，如減少的種子休眠性和更薄的種子外殼。 而 Pisum abyssinicum (PI358617, 簡稱PA)則作為一個獨特的基因型被納入比較，代表了豌豆馴化過程中的一個中間階段或者一個不同的馴化途徑。 這篇研究透過比較這些野生和馴化豌豆基因型在種子發育過程中的基因表現、蛋白質組成和代謝物組成，揭示了馴化過程對豌豆種子外殼特性的影響。 研究團隊發現，馴化的豌豆種子外殼出現了顯著的變化，尤其在細胞壁結合代謝物和保護化合物的含量方面。這些變化直接反映了人類選擇和馴化過程對種子特性的影響。 與野生豌豆相比，馴化豌豆種子外殼中細胞壁結合的代謝物，特別是與植物防禦反應相關的化合物（如某些類酚化合物），含量有所減少。這可能導致馴化豌豆種子外殼的物理防禦能力下降，使種子更容易受到病原體和害蟲的侵害。 另外在馴化過程中，種...

圖片來源： PNAS   大家都知道植物的細胞有由纖維素與木質素所構成的細胞壁，但是一顆顆的植物細胞是怎麼連接在一起的呢？一定不會只是「堆」在一起，那樣只要一點點震動或風吹，植物體就會四分五裂了。 如果植物細胞是由無數個小盒子組成，這些小盒子們其實是透過一種特殊的黏合劑粘在一起，這種黏合劑就是所謂的中膠層（middle lamellae）。中膠層的主要成分是「果膠」（pectin），而果膠主要是由半乳糖醛酸（galacturonic acid）組成的聚合物。 不過，果膠的功能不僅讓植物的細胞堅固地連接在一起，還讓植物能夠抵抗外界環境的挑戰，比如疾病和乾旱。但是，植物如何製造出這種神奇的黏合劑呢？這正是科學家們一直在研究的問題。 最近，科學家發現了一個叫做 NKS1 的基因，參與了果膠的合成。 NKS1 是因為與纖維素合成酶以及許多果膠合成蛋白質在同時間表現而被發現。研究團隊發現， NKS1 與 QUA1 和 QUA2 等果膠相關蛋白質形成一個大的果膠合成蛋白質複合體，對果膠的合成非常重要。 雖然先前的研究發現， NKS1 與鹽耐受性有關；深入研究發現， NKS1 不僅是果膠合成蛋白質複合體的一部分，並且對維持高基氏體的結構和功能也至關重要。 nks1 缺失會導致高基氏體形態異常，包括高基氏體膨脹和結構變形，對高基氏體內蛋白質和多醣的正常加工和運輸造成影響。 另外， nks1 突變株的胚軸明顯短於野生種。 nks1 突變株在細胞黏附方面出現嚴重的缺陷，導致在進行冷凍電子顯微鏡觀察時細胞極易分離；另外研究團隊也發現 nks1 突變株非常容易被甲苯胺藍（toluidine blue）染色，顯示組織的完整性不足。 這項研究讓我們瞭解了植物如何建造和維護自己的身體。透過理解這些微觀的生物學過程，我們發現了植物世界裡微小卻至關重要的秘密，讓我們對自然的奇妙和複雜有了更深的理解和欣賞。 參考文獻： Lathe RS, McFarlane HE, Kesten C, Wang L, Khan GA, Ebert B, Ramírez-Rodríguez EA, Zheng S, Noord N, Frandsen K, Bhalerao RP, Persson S. NKS1/ELMO4 is an integral protein of a pectin...

  海濱李（ P. maritima ）。圖片來源： 維基百科 有些樹木，總是會在葉子還沒有長出來之前就先開花。這種特徵稱為「早花性」（hysteranthy）。為什麼要這樣呢？原本科學家認為，這是因為葉子還沒長出來先開花，有利於隨風散播花粉。 但是，偏偏就有些早花性植物並不是風媒花。如李屬（ Prunus ）植物中就有許多是蟲媒花，但是它們裡面有不少都屬於早花性植物。所以，到底為什麼這些植物要先開花後長葉呢？ 為了解開這個謎題，美國與加拿大的科學家們，找了美國李屬（Prunus subg. Prunus sect. Prunocerasus）進行了研究，該屬為昆蟲授粉樹木，研究團隊透過標本和貝葉斯階層模型量化了花-葉序列的變異。 這些植物在花-葉序列上顯示出高度的變異，意味著不同的物種在開花和葉片展開的時間順序上有顯著差異。具體來說： - 有些物種如墨西哥李（ P. mexicana ）、繖花李（ P. umbellata ）、狹葉李（ P. angustifolia ）、海濱李（ P. maritima ）和細枝李（ P. gracilis ）在其整個花期內大多數時間都表現出早花性，即花朵出現在葉片展開之前。 - 而其他物種如美洲李（ P. americana ）、雁李（ P. munsoniana ）、亞利加尼李（ P. alleghaniensis ）、加拿大李（ P. nigra ）、園圃李（ P. hortulana ）、德州桃（ P. texana ）和溪李（ P. rivularis ）則在花期早期可能表現出早花性，但隨著季節的進展，花朵和葉片可能同時出現或葉片可能在花朵之前展開。 - 而心葉李（ P. subcordata ）則幾乎不表現出早花性，即其花朵出現時，葉片已經展開或同時展開。 論文中一共分析了2521個標本，這些標本主要是從1844年到2020年收集的，大部分標本是在1950年到2000年之間收集的。在剔除看不到花朵的、開花日期異常的標本後，最終分析包括了1000個標本。 他們測試了兩個假說：早花性有助於耐旱（水分限制假說）和/或增加授粉者能見度（昆蟲能見度假說）。 研究結果同時支持這兩個假說，顯示早花性可能透過時序分割水力需求來降低水分壓力，並增加授粉者能見度，從而降低了花序大小的選擇壓力。這些結果為理...

山野赤蘚。圖片來源： 維基百科   復活植物（resurrection plants）是一群可以損失95%的水分還能「死而復生」的植物。種子植物中具有復活能力的並不多，但是或許是因為相對比較原始，苔蘚類幾乎都具備有復活的能力。 最近的一個研究，就是針對苔蘚中的山野赤蘚（ Syntrichia ruralis ） 進行了基因體的研究。為什麼要研究山野赤蘚呢？原來這種苔蘚植物廣泛分布於乾旱環境，包括一些極端乾燥的環境。因此，科學家想要瞭解這種苔蘚到底有什麼「撇步」可以在乾旱的環境中生存下來。 為了調查山野赤蘚對乾旱耐受性的潛在分子機制，研究團隊進行了轉錄體分析，分析了包括完全水合控制組（Ctrl）、脫水處理組（D）、以及重新水合組（R）在內的多種條件下的基因表現情形。 分析結果顯示，在脫水條件下（與控制組相比），RNA豐度增加的基因在以下GO項目中豐富：對離層酸（ABA）的反應、對寒冷的反應、對水分剝奪的反應、對傷口的反應以及對Karrikins的反應。 另外，研究團隊也找了同屬的齒助赤蘚（ Syntrichia caninervis ）來做對比。轉錄體分析發現了在這兩個基因家族中的重複（和丟失）如何影響基因表現。在識別出的59個山野赤蘚 LEA基因中，有27個在脫水條件下mRNA豐度出現差異。在這27個基因中，有9個沒有齒助赤蘚的同源基因。其餘的基因中，有12個對於其同源基因mRNA豐度呈現差異。山野赤蘚 的ELIP基因家族觀察到類似的模式，其中30個ELIP基因中有11個在脫水條件下mRNA豐度出現差異（6個增加，5個減少）。在這些基因中，有3個擁有在兩個物種中mRNA豐度同樣出現差異的齒助赤蘚同源基因。 為了預測山野赤蘚中可能的轉錄因子（TF），所有核基因的胺基酸序列被用PlantTFDB掃描，結果識別出共636個轉錄因子，涵蓋53個家族。這些數量稍高於之前在齒助赤蘚中識別的（542個轉錄因子，分布於50個家族），並且顯著低於在小立碗蘚（ Physcomitrium patens ）（1136個轉錄因子，同樣分布於53個家族）中的數量。比較山野赤蘚和齒助赤蘚之間的轉錄因子家族組成時，發現B3和C2H2家族在山野赤蘚中有所擴張（雖然不顯著），而沒有家族顯示出顯著的減少。 接下來研究團隊評估了這些山野赤蘚轉錄因子在對乾旱反應中的可能角色，透過檢查...

  種子發芽情形。 圖片來源： PNAS 植物產生種子以後，因為種子成熟時的環境不一定就適合發芽，所以種子幾乎都會進入休眠。即使如阿拉伯芥（ Arabidopsis thaliana ）這等小草，也會有一段短短的休眠期。 如果一直等下去，都沒有遇到適當的時機呢？這時候種子裡面的蛋白質就會逐漸氧化、胚乳細胞也會出現損傷，一旦這些物質累積到一定程度時，就算提供種子適當的環境條件，種子也無法發芽了。這時候，我們就會說這些種子「死」了。 會不會有一個機制，能延緩種子的「衰老」，讓種子慢點「死」呢？有科學家認為應該是有的，但是，會是哪些基因呢？ 科學家想，一個可能的候選人就是自噬作用（autophagy）的基因。過去的研究已知，自噬作用可以延緩衰老；所以如果要找能夠延緩種子「衰老」的基因，應該就是它了。 於是研究團隊挑選了兩個與自噬作用相關的基因， ATG2 與 ATG5 。 ATG2 主要參與自噬體膜的擴張和形成。它與 ATG18 一起工作，協助轉移脂質到自噬體膜上，從而促進自噬體的成熟和擴展。 ATG2 在自噬過程中的膜動態調控中起著關鍵作用，尤其是在自噬體的初始階段。 而 ATG5 是一種參與另一個複雜的自噬關鍵步驟的蛋白質。它與 ATG12 結合，並進一步與 ATG16L 形成一個複合體。這個 ATG12-ATG5-ATG16L 複合體有助於促進另一種蛋白質 ATG8a 的脂質化，這是自噬體膜擴張和封閉的一個關鍵步驟。 ATG8a 的脂質化對於自噬體的成熟和目標物的選擇性降解至關重要。 首先，研究團隊觀察少了 ATG2 或 ATG5 的突變株的種子，在長時間儲存後發芽率是否會下降。結果發現，雖然儲存30個月（兩年半）的突變株發芽率與野生種相當，但當這些種子被儲存達到66個月（五年半）時， atg 突變株種子的發芽率不到20%，而WT種子的發芽率超過60%。這意味著，缺少 ATG2 或 ATG5 ，的確會讓種子無法儲存很久。 接著研究團隊觀察氧化蛋白質的含量。在長期儲存（66個月）後，自噬功能缺陷的突變體（ atg2-1 和 atg5-1 ）種子中，氧化蛋白質的累積量顯著高於野生型（WT）種子， atg2-1 種子中氧化蛋白的累積量比野生型高出1.67倍，而 atg5-1 種子中氧化蛋白的累積量則高出2.00倍。這個結果意味著，在缺乏自噬功能...

  圖片來源： 維基百科 植物需要捕捉光能才能進行光合作用，而捕捉光能的胞器就是葉綠體（chloroplast）。 但是，照在植物身上的光，不見得都是強弱適中的；有時候太弱、有時又會太強。太弱的時候，植物需要盡可能地多吸收光線；而太強的時候，植物又必須要避免曬傷。 這一切都要靠葉綠體來根據太陽光的強弱移動到最理想的位置，以確保植物能夠最有效地利用光能。有點像是，當太陽光太強時，葉綠體會「躲」到陰涼的地方避免「曬傷」；而在光線較弱時，它們則會移動到適合作「日光浴」的地點來捕捉陽光。 最近，植物科學家發現在阿拉伯芥（ Arabidopsis thaliana ）中的一種蛋白質 CHUP1 對於葉綠體隨光線強弱移動的能力很重要[1]。 CHUP1 是在2002年發現的[2]。缺少這個蛋白，會導致葉綠體不論光線強弱，都「沈」在細胞距離光線最遠的一端。因此，它被命名為 CHUP1 （ Chloroplast Unusual Positioning 1 ），意為「葉綠體不尋常定位」。因為少了 CHUP1 的植物的葉綠體不會「躲」強光，造成突變株植物非常容易被強光灼傷。 最近的研究發現， CHUP1 之所以能夠幫助葉綠體在細胞內移動到最適合的位置，是透過與連接在葉綠體外膜上的cp-actin絲（chloroplast actin filaments）進行相互作用，使cp-actin絲重組來推動的。整個過程需要藍光。當藍光照射到植物上時， CHUP1 就會被活化，並協助調整葉綠體的位置，這就像是給葉綠體一個信號，告訴它們現在應該移動到哪裡去以最好地進行光合作用或避免過度曝曬。 更有趣的是，這個過程需要向光素（phototropin）的幫助，向光素能夠感知光的存在並啟動 CHUP1 的工作。如果向光素失去功能，或者 CHUP1 本身出現問題，植物就會失去隨光線強度調整葉綠體位置的能力，這會導致它們在光合作用效率上出現問題，也會變得很容易被曬傷。 葉綠體是會移動的，這個現象在18世紀末/19世紀初就被觀察到了；也因此發現了「細胞質流」（cytoplasmic streaming）這個現象[3]。但究竟葉綠體如何移動，詳細的機制並不清楚。透過對 CHUP1 的研究，讓我們對植物如何透過調節葉綠體的位置，來達成有效吸收光能的目的有了更進一步的瞭解，也讓我們對於向光素...

  圖片來源： PNAS 如果你種的蔬菜能夠生產更多的果實，那會是多麼美妙的事情。這應該是非常多農夫的夢想！事實上，從一萬多年前人類開始從事農業，如何增產可說是頭號大事。 透過育種、施肥、修剪等方法，也可以讓農作物增產，但是好像增產的程度有限。最近，一群研究人員對豌豆進行了一項非常有趣的研究，發現了一個名為 FRUITFULL （ FUL ）的基因，這個基因在控制豌豆何時停止開花和開始成熟果實方面發揮著關鍵作用。 在過去，科學家們已經知道，在阿拉伯芥這種模式植物中， FUL 基因有助於決定植物何時停止開花並開始專注於使果實成熟。基本上，當這個基因失去功能時，阿拉伯芥停止開花的時間會變得更晚，這導致它有更多的時間可以開花。 雖然阿拉伯芥與豌豆是不同的兩種植物，但是植物之間還是有許多相似的地方。科學家們就想：如果豌豆也有類似的基因呢？ 結果科學家們在豌豆（ Pisum sativum ）中發現了兩個 FRUITFULL （ FUL ）基因， PsFULa 和 PsFULb 。接著，他們透過TILLING技術在EMS（乙基甲磺酸鹽）誘變庫中篩選出這兩個基因的突變株，並分析了這些突變對豌豆的影響。 研究團隊發現 PsFULa 和 PsFULb 基因突變株表現出延長的開花階段和增加的莢果及種子數量，顯示這些基因在控制豌豆開花終止和種子產量方面發揮著關鍵作用。此外，他們還創建了 PsFULa 和 PsFULb 的雙基因突變株，這種雙突變株展現出比單突變株更強烈的性狀，即更多的莢果和種子產量，進一步確認了這兩個基因在豌豆生殖發育中的重要性。 在田間試驗中，豌豆的 FUL 突變株的產量顯著提高。根據研究數據， FUL 基因突變株在不同的田間條件下表現出了增加的莢數和種子產量。與野生種相比， psful 突變株的莢果數量增加了30%到77%，種子產量（以每株植物種子重量計）增加了45%到88%。其中， psfula 和 psfulb 雙突變株幾乎是野生品系的兩倍。 這些數據意味著， FUL 基因的缺失或功能受損能夠透過延長花期來增加豌豆植物的莢果和種子數量，進而提高整體產量。這種產量提升的潛力對於作物改良和增加糧食生產具有重要意義。然而，值得注意的是， psful 突變對產量的影響可能受到栽培條件、品種選擇和遺傳背景等因素的影響。這些研究結果鼓勵進一步在不同的...

  圖片來源：維基百科 歷史上抽煙的名人很多，但戒煙成功的到底有多少呢？馬克吐溫曾說：「戒煙再容易不過，我戒了幾百次了！」而大名鼎鼎的「鐵血宰相」俾斯麥，在醫生告訴他一天只能抽四斗煙時，他立刻去訂製了一個非常大的煙斗。 近年來的研究發現，煙草裡的尼古丁（nicotine），透過與尼古丁乙醯膽鹼受體（nAChR）相互作用導致多巴胺釋放，這是一種與快樂和獎勵有關的神經傳導物質，作用在大腦的獎勵系統，增強行為變化和對尼古丁的依賴 。 因此，光靠著自己的意志力戒煙，並不是一件容易的事。最近的一個研究就利用了虛擬實境（VR）來探討戒煙的成功率。 研究團隊找了102位受試者，讓他們接受VR-CET（虛擬實境線索曝露治療）。後續的追蹤發現，這些參與者有78位（約76.5%）在治療後6個月內復吸，而24位（約23.5%）保持了戒菸狀態。 研究團隊提供了四種不同的虛擬環境（孤獨/沉思、派對、壓力、咖啡廳）裡面有曝露線索，來評估其對渴望的影響。每種情境都被設計為包含三維的吸煙相關刺激物，如香煙包裝、散裝香煙、打火機、煙灰缸等，並且這些環境還模擬了與吸煙相關的社會互動和情緒觸發因素。 在VR-CET期間，參與者的煙癮渴望通過以下方式評估： 情境前後評估：參與者在每個VR情境開始之前、過程中（例如，在接收到吸煙提供後）以及每個情境結束後被要求評估他們當前的吸煙渴望程度。 渴望評分：煙癮渴望通過問題「您當前想吸煙的欲望有多強烈？」來評估，參與者需在0（最低評分）到100（最高評分）之間給出評分。 額外的渴望評分階段：在每個VR情境的最後，還有一個額外的渴望評分階段，該階段包括在30秒間隔內進行的總共8次渴望評分，期間VR環境繼續展現。如果參與者連續兩次回答0，則餘下的渴望評分問題將被跳過，並且在進行分析時將其後的值設置為0。 透過這種方法，研究團隊能夠在具有高生態效度的虛擬環境中評估參與者的煙癮渴望，並進一步分析這些渴望反應與戒菸成功之間的關聯。 研究團隊透過二元邏輯回歸分析，探討虛擬現實環境下線索曝露治療期間的平均煙癮渴望水平對於6個月後戒菸成功的預測能力。結果顯示，平均渴望水平與復吸風險正相關，統計上顯著。這個模型以70.6%的準確率正確分類了未來的戒菸者和復吸者，其中24位未來的戒菸者中有17位被正確分類（70.8%的特異性），78位未來復吸者中有55位被...