老葉的植物王國

反刺莧。圖片取自 維基百科  反刺莧，俗名豬草，是一種分布相當廣泛的C4雜草。它可以在廣泛的pH範圍（4-10）下生長，對鹽分與乾旱都有不錯的忍耐力，又能產生大量萌發率高（90%）的種子，然後長得又快。 最糟糕的是，現在連除草劑都對它無效了...該怎麼辦呢？ 看文章

  離層酸。圖片來源：維基百科 用種子種過植物的朋友，應該都體會過那神奇的一刻：發現土壤表面破土而出的嫩綠小苗，或還是彎曲的胚軸（hypocotyl），深深地感到新生命誕生的喜悅！這種喜悅，跟做母親的喜悅是不相上下的。但是，種子怎麼知道要萌發呢？ 過去的研究知道，水分的供應是種子萌發的重要因素，但當水分穿透種皮、把種子泡脹了以後，種子內部又發生了什麼變化呢？從賀爾蒙的角度來看，種子在成熟時，會大量地合成離層酸（ABA，abscisic acid）；是離層酸抑制了種子發芽，甚至幫助種子進入休眠期。但種子發芽時離層酸的濃度會下降、吉貝素（GA，gibberellic acid）的濃度會上升。 吉貝素濃度上升是因為胚胎（幼苗）開始合成，而離層酸的減少，許多教科書都認為，是因為離層酸可溶於水，當種子泡水的時候，就會帶走離層酸。但是真的是這樣嗎？ 最近的研究發現，離層酸在發芽的種子內之所以濃度會降低，固然被水沖走是一個因素，但另外一個因素則是因為，種子本身的離層酸合成也降低了。研究團隊發現，負責合成離層酸的重要酵素 NCED6 （9-CIS-EPOXYCAROTENOID DIOXYGENASE 6，9-順-環氧類胡蘿蔔素二氧化酶6）的轉錄，在種子發芽的過程中會逐漸被關掉。 負責關掉它的轉錄的基因，是RNA結合蛋白RZ-1與另一個稱為PRC2的蛋白。研究團隊發現，RZ-1會促進組蛋白H3的去乙醯化（deacetylation），並抑制組蛋白H3在第四個離胺酸的三甲基化（H3K4me3，這會活化基因的表現）。這造成了 NCED6 的轉錄沉默以及組蛋白H3的第27個離胺酸三甲基化的累積（H3K27me3，這會造成基因沉默）。 由於基因體分析發現，由PRC2所導致的轉錄沉默很多都需要RZ-1，所以研究團隊大膽提出了一個模型：在種子發芽時，透過RZ-1與PRC2通力合作，導致 NCED6 的轉錄沉默，於是離層酸的合成就下降，加上水分也會帶走一些離層酸，於是種子中離層酸濃度下降，加上種子努力合成吉貝素，於是種子就發芽了。 參考文獻： Deyue Yang, Fengli Zhao, Danling Zhu, Xi Chen, Xiangxiong Kong, Yufeng Wu, Min Chen, Jiamu Du, Li-Jia Qu, Zhe Wu, Progressiv...

  威廉‧詹姆斯‧比爾。圖片來源： 維基百科 1879年，當時在密西根州立大學工作的比爾（William James Beal，1833-1924）在校園的一個角落埋下了20個瓶子。每個瓶子裡面都裝了21種植物的種子，每種各50顆。種子被均勻地混和在沙子裡，瓶口朝下以防止水分滲入。 比爾博士接著畫了一個地圖，標出這20瓶種子埋藏的地點。他原先的計畫是，每五年在日出前挖出一個瓶子，並將瓶中的種子種下，看看這21種植物究竟可以被埋藏多久還能發芽。選擇在日出前挖出這些瓶子，只是為了防止其他還沒被挖出的瓶子裡面的種子提早見到光；畢竟光線是刺激種子發芽的重要因素之一。 隨著時間過去，接手的科學家們開始覺得這個實驗可以做久一點。於是，他們把挖出瓶子的時程拉長，從五年拉長到十年、二十年（1980年開始改為每二十年挖出一瓶）。 在2000年那年，科學家們挖出了一個瓶子，這次21種植物裡面只有兩種發芽，其中一種有超過一半的種子成功發芽： 毛瓣毛蕊花（ Verbascum blattaria ） 。毛瓣毛蕊花原生於歐亞大陸與北非，是美洲的入侵植物，甚至科羅拉多州將其列為「害草」（noxious weed）。它們的種子顯然生命力旺盛，在被埋藏了超過一世紀，還能成功地發芽、開花。另一種發芽的植物則是 圓葉錦葵（ Malva pusilla ） ，在冷處理後有一顆種子發芽。 原本應該在去年（2020）挖出新的一瓶，但因為2019冠狀病毒病的緣故，只能延後到2021年。當然，過去也曾經發生過這樣的事情，如1919年該挖出一瓶，但可能是因為西班牙流感而延後到1920年。 今年（2021）挖出的這一瓶，並沒有馬上被種下去。研究團隊打算把那些在實驗中早已無法再發芽的種子取出一部分（如1914年後就不再發芽的 御穀[ Setaria glauca ] ），來研究它們的基因體。 另外，研究團隊也會將這些種子做不同的處理。2000年時，以低溫處裡這些種子，讓圓葉錦葵發了芽；今年他們會以煙霧處理這些種子，看看能不能讓其中的 裂葉昭和草（ Erechtites hieraciifolius ） 發芽。裂葉昭和草這類的植物因為在森林大火後可以感受到煙霧中的化學分子而快速發芽，因此被稱為fireweed。但這些種子在這個實驗中都沒有發芽，或許是缺乏適當的（煙霧）刺激也未可知。 如果繼續維持每20年挖出一瓶...

歐洲白蠟樹。圖片來源： Wiki 近幾年來，幾乎每年都有報導提到：哪裡的植物提早開花啦、或者在不該開花的時候開了花等等，大家大都把這個現象歸因於人造成的全球暖化與氣候變遷，但大家都忘了植物對另一個環境因素更敏感：光。 英國的一群科學家，為了想要找出到底是什麼影響到植物最大，他們動員了公民科學家在全英國記錄四種樹在冬去春來時發芽的時間，將得到的數據與NOAA的DMSP OLS記錄下來的光害（light pollution）情形，以及英國氣象台的溫度數據（以五公里 x 五公里的方格來劃分），進行了長達12年（1999-2011）的分析。 分析的結果發現，溫度對於樹木發芽的影響不大，真正影響樹木在冬去春來時發芽的主要因素竟然是光害！尤其對於其中三種較晚發芽的樹：歐洲山毛櫸（ Fagus sylvatica ）、夏櫟（ Quercus robur ）與歐洲白蠟樹（ Fraxinus excelsior ）影響較大。對早發芽的樹如梧桐（ Acer pseudoplatanus ）則無影響。 其中尤其以歐洲白蠟樹，比對有光害與無光害的地區，在光害區的樹整整提早了一週（7.5天）發芽！ 當然，研究團隊發現溫度也有一些影響：以歐洲白蠟樹為例，當溫度較低（攝氏四度）時，光害區的樹雖然還是比無光害區的樹提早發芽，但只提早了五天。當氣溫上昇到攝氏八度時，有光害區的樹提早了一週發芽。 或許我們該仔細思考，要怎樣使用夜間光照才適當了。 參考文獻： ffrench-Constant RH, Somers-Yeates R, Bennie J, Economou T, Hodgson D, Spalding A, McGregor PK. 2016. Light pollution is associated with earlier tree budbrust across the United Kingdom. Proc. R. Soc. B 283:20160813. http://dx.doi.org/10.1098.rspb.2016.0813