老葉的植物王國

  蜘蛛蟎。By Gilles San Martin from Namur, Belgium   想像每次你吃了某種食物，比如說花生或是仙草，但每次吃完都會讓你的免疫系統變得更敏感，甚至讓身體對它產生更激烈的反應——你會怎麼辦？繼續吃，還是換一種食物？   我們應該就是從此不碰它，但是，發生在蜘蛛蟎和它的「最愛」——菜豆之間的事，卻並不是這樣！ 看文章

  攝影：老葉 看這些多彩多姿的布農豆豆，裡面有很多都是菜豆喔！ 菜豆的種皮為什麼這麼有趣？ 看文章

  菜豆。圖片來源：維基百科 想像一下，我們和微生物是同居的好朋友：它們像是我們身邊的隱形守護者，幫我們製造維生素、保護我們不受壞菌侵擾。反過來，我們也給它們提供生活的養分。 科學家最近發現，住在一起的人，他們體內的微生物會有點像。那麼，那些與我們朝夕相處、被我們馴化的植物，它們的微生物會不會因為我們而有所改變呢？ 為了找答案，研究小組決定探索植物馴化對植物微生物的影響。他們想知道，植物馴化過程中選擇的特定植物特徵是否會讓植物微生物的組成發生變化。他們特別對鈣和鎂這兩種元素感興趣，因為它們對細菌的生存至關重要。 研究小組做了一系列實驗，他們在哥倫比亞的農業研究中心收集了菜豆和皇帝豆的種子，然後分析了這些種子裡的微生物。結果發現，不同地方馴化的植物，它們種子裡的微生物群落會有一些共通的特徵。這讓我們更了解馴化如何影響植物微生物，也可能幫助我們用微生物來改善農業生產。 研究發現，馴化讓種子裡的鈣含量降低，這影響了植物的多樣性。而且，馴化還帶來了特定的微生物群落變化，包括變形菌門、厚壁菌門和擬桿菌門都增加了。這些變化不僅在種類上，也體現在微生物的功能上，比如它們的代謝途徑。 綜合這些分析，研究小組發現馴化對種子微生物群落有一致的影響，並且這影響與馴化過程中選擇的特定植物特徵有關。他們希望這項研究能幫助我們更好地預測和改變馴化植物微生物群落的組成，以改善植物的健康和生產力。 研究小組專注於種子，因為種子直接受到了重要農業特徵的選擇影響。但他們也指出，要全面了解馴化的影響，未來的研究需要評估不同植物部分的效果，以及種子細菌群落的變化是主要與種子特徵相關，還是也與其他部分相關。這些發現對我們未來如何使用微生物來改善農業生產有很大的啟發。 想瞭解更多嗎？請看 完整版 或直接看論文   參考文獻： Soldan et al., Consistent effects of independent domestication events on the plant microbiota, Current Biology (2024), https://doi.org/10.1016/j.cub.2023.12.056

  菜豆。圖片來源：維基百科 我們都知道，不論動植物都有「微生物體」（microbiome）：它們與我們一起生活、保護我們、合成維生素給我們，我們也提供它們它們生活需要的養分。 近年來的研究發現，住在一起的人的微生物體會比較像。那麼，跟我們在一起、被我們馴化的植物，它們的微生物體會不會有什麼改變？ 為了回答這個問題，研究團隊選擇研究馴化對植物微生物群落的影響，他們想探討植物馴化是否對植物微生物體的組成產生了變化。他們認為這些變化可能獨立於具體的馴化事件，並且可能與馴化過程中選擇的植物特徵有關。這項研究的目的不是找到植物表現型和微生物成員之間的因果關係，而是找到獨立的馴化效應對植物微生物體的影響證據。 研究團隊特別關注鈣和鎂的含量，因為這兩種元素對細菌孢子的形成、細菌膜和細胞壁的完整性以及抗菌性都很重要。此外，這兩種陽離子在種子中的微生物生存中有重要的作用，特別是在調節滲透壓方面。 為了證明馴化如何影響植物微生物群落的組成，研究團隊進行了一系列實驗。他們針對在哥倫比亞國際農業研究中心 （CGIAR-CIAT）戶外種植的菜豆（ Phaseolus vulgaris ）的不同亞群體進行了種子微生物群落的採樣和分析。研究共分析了70種不同基因型植物的種子微生物群落。 研究結果顯示，獨立的馴化事件導致了在不同地理位置獨立馴化的植物群落中類似的種子細菌群落特徵，這些特徵部分可以用選擇共同馴化植物表現型來解釋。此外，這些發現為了解植物馴化對植物微生物群落的影響提供了途徑，並可能應用於農業微生物應用中，以改善植物健康和生產力。 研究團隊發現，在菜豆與皇帝豆（ P. lunatus ）中進行的多個獨立馴化事件中，植物馴化對種子微生物群落組成和豐度有一致的影響。 種子細菌群落的變化與在馴化過程中選擇的植物特徵有關，如鈣（Ca）和鎂（Mg）濃度的變化。 他們發現，馴化過程引入的微生物群落特徵主要包括屬於變形菌門（Proteobacteria）、厚壁菌門（Firmicutes）和擬桿菌門（Bacteroidota）的成員。 馴化導致的細菌群落組成和豐度的變化在功能層面上有所反映，表現在細菌代謝途徑的相對豐度變化上。 研究團隊進一步採用了多種統計模型和分類方法來分析數據。他們發現，根據AIC標準，最佳模型是那些考慮了鈣濃度變化的模型，這超過了考慮生物...

  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 r...

形形色色的菜豆。圖片來源：Wiki 在台灣沒見過菜豆的人應該很少吧！不管在家裡或是自助餐，清炒菜豆都是很常見的蔬菜；剛炒好青翠的菜豆端上桌，光聞到香味就已經覺得嚐到那清甜的滋味了！但是同樣的菜豆，在國外卻成了像「燴飯」一樣的菜餚：美國南方的「紅豆飯」，就是以菜豆成熟的種子、米、洋蔥、培根（或是豬背、豬腳、鄉村臘腸）一起烹調而成；當時剛出國的我，對於美國人也吃飯覺得很新奇；後來才知道，原來是我自己不懂裝懂，以為「外國人」都是吃牛奶麵包跟麵條長大的！  在台灣也稱為敏豆的菜豆，是豆科菜豆屬的一年生植物。雖然在台灣與東亞都是在豆莢尚綠的時候收穫來當青菜吃，但在國外常常是等成熟後收穫乾豆，加在湯、飯裡食用。2016年乾豆產量最大的國家是緬甸，青豆（未成熟的豆莢）產量最大的則是中國。 雖然在台灣我們把菜豆當蔬菜，但是它其實是世界上重要的主食豆類之一。目前估計，全球有五億人依靠菜豆作為重要蛋白質的來源之一。因為菜豆這麼重要，科學家們已經在2014年定序了兩個不同品系菜豆的基因體，發現菜豆的基因體大約是人的六分之一；但是以基因數目來算的話，人的基因數目大約只有菜豆的三分之二。為了讓未來培育出的菜豆產量變得更好，科學家們在2016年又挑選了另一個抗病力較好的菜豆品系，再進行了一次定序，希望未來可以培育出抗病力更高的菜豆。 菜豆發源於中美洲，傳播到安地斯高原後，被兩地的人們發現而馴化。跟其它作物一樣，人類的選種讓菜豆的種子變大變軟、結莢數增加且成熟後豆莢不裂開、豆莢纖維變少、豆莢變肥厚等。另外，菜豆也從短日照成為對日照不敏感，於是一年四季都可以種它、收穫它囉。 中美洲的馬雅人很快就發現，一塊土地如連續幾年種植玉米，產量就會下降；但若在下次種玉米之前先種菜豆，則玉米的產量不但不會下降，還會提高！這是因為豆科植物根部有根瘤，裡面住著共生的根瘤菌，可以幫忙植物固氮的關係。於是馬雅人開始在玉米田裡種菜豆，後來還加入南瓜，成為所謂馬雅人的「三姊妹」：南瓜的葉片可以覆蓋土壤、降低水分蒸發、抑制雜草的種子萌芽；菜豆可以固氮，一起讓馬雅人的主要作物—玉米—長得更好！ 菜豆約於十六世紀傳入中國，台灣則可能是在二十世紀初（1905年）由日本引入、或是在十九世紀末由馬偕博士引入，早期是在第二期稻作結束後到明年第一期稻作之前種植（稱為「裡作」）；近年社會進步，大家逐漸變...

各種不同品系的菜豆。圖片來源：HortScience. 在種子公司稱霸市場以前，各地的農民們透過自行育種、互相分享種子，有了許許多多不同品系的農作物。這些在種子公司出現以後，都被稱為家傳品系（heirloom），用來與商業品系區別開來。當然，身為全球五億人蛋白質重要來源的菜豆 （敏豆， Phaseolus vulgaris  L.）也不例外。 上圖這些五顏六色的種子，除了最下面右邊數過來的三個以外，都是家傳品系的菜豆；在當時，各地農民們經過試驗與比較，每個人都有自己的心頭好，但由於育種相關知識以及/或資本不足的緣故，許多家傳品系並非純品系，造成產量與品質不穩定。 等到種子公司開始有系統的培育新品系，由於這些新的品系產量高、性質穩定，農民們便紛紛改種這些商業品系了。 商業品系的盛行，使我們到了超市，看到的農產品都是一樣的。筆者在國外時，就不曾看過如上圖般五顏六色的菜豆。採用商業品系的好處是貨源、品質都穩定，壞處是我們的食物來源越趨單一化，而一旦有病蟲害發生時，由於僅種植少數品系，若這些品系對這次的病蟲害不具抵抗力的話，造成的損失一定慘重。 近年來，由於有機農業與自然農法興起，使民眾對於家傳品系的接受度大大提高，便也提高了農民種植家傳品系的意願。 由 2008-2011 年，光是明尼蘇達州，有機菜豆的種植面積就增加了三倍；而全國增加了一倍。人們渴望再度品嚐「小時候爺爺種的菜」，使得家傳品系的菜豆價格水漲船高。 但是，種植家傳品系是否真的可以在經濟上對農民有幫助呢？明尼蘇達大學的研究團隊，為了要了解這件事，針對這些家傳品系菜豆的單位面積產量與產量的穩定性進行研究。雖然過去針對菜豆也曾有零星的研究，但對於不用搭棚架的品系並未進行過。 研究團隊選取了十七種家傳品系，以及三種商業品系（上圖最下排右邊三種）進行比較。所有的品系都在六月一日到十日間種植，於九月下旬到十月初收穫。為了能更加貼近農民的實際需求，所有收穫的種子都在低溫（35℃）下烘乾一夜後，去除雜質與品質不良的種子後再進行稱重。 研究結果指出，雖然平均家傳品系的單位面積產量比種子公司品系少了大約四成，但有些品系的產量僅僅略少；例如左邊第二排最下面的品系 Peregion（PER），產量 約為商業品系的87%。而另一種家傳品系 Jacob's Ca...

各種不同的菜豆。圖片來源： wiki 菜豆（ Phaseolus vulgaris L.），在台灣也稱為敏豆，在國外稱為common bean、snap bean，是許多開發中國家的人民重要的蛋白質來源。在這些國家裡，人民的主食是富含澱粉的米、玉米或樹薯，這些主食的蛋白質含量不高（米大約是2%、樹薯是1.36%、玉米則依品種可以從5.2%-13.7%不等），因此在飲食中加入菜豆作為蛋白質的補充是很理想的。目前估計全球有五億人依靠菜豆作為重要蛋白質的來源之一。菜豆可以等成熟後收穫，也可以在豆莢尚綠的時候收穫，將整個豆莢連豆一起作為菜餚食用。在2010年乾豆產量最大的國家是印度，青豆（未成熟的豆莢）產量最大的則是中國。在台灣，菜豆也是很受歡迎的盤中飧，炒一盤青綠的菜豆，挾一筷子放在嘴裡，那清甜的滋味，真是齒頰留香呢！ 過去對於菜豆究竟發源何處曾有爭議，不過最近這些年已經確認菜豆發源於中美洲，傳播到安地斯高原後，約在十一萬年前分為二支。接下來的十萬年間，安地斯高原漸漸有人居住，而菜豆也被人類發現而馴化，到8200-8500年前，菜豆的型態已經跟我們現在所熟悉的樣子差距不大了。 雖然菜豆G19833品系已經定序完成，但是菜豆品系繁多 、特性也有不同 ，因此西班牙與墨西哥的研究團隊進行了另一品系BAT93的定序，並進行它的轉錄體（transcriptome）的研究。這份研究彌足珍貴的是，研究團隊不僅僅只是單純的進行轉錄體的研究，還收集了10個不同發育階段的菜豆轉錄體、以及七種器官。其中10個不同發育階段包括從剛發芽（48小時）到86天大（已經開始結果與衰老），而七種器官則涵蓋了根、莖、葉、種子、豆莢、花以及頂芽；真是一份非常完整的分析！ 菜豆的基因體共有549,604,264個鹼基對（549.6 Mb），包含了30,491個基因；除此之外，還有2,529個小RNA以及1,033個不產生蛋白質的長基因（long non-coding genes，lncRNA）。 與人相比 ，大約是人的六分之一，但若是比對基因數量，則人的基因數目大約只有菜豆的三分之二。 整體來看，菜豆的基因體內有35%是重複的序列，且大部分都是LTR（long terminal repeats）。研究團隊在比較所有樣本後，選出在不同樣本間變異係數最低的前百分之十作為「管家基因」（ho...

今年是國際豆類年，我們就來認識一下幾種以動物為名的豆豆吧。 圖片：老葉 cowpea是豇豆，它是包括 Vigna unguiculata  在內的四種豆類的總稱（ V. textilis , V. pubescens ,  V. sinensis ）； horse bean就是蠶豆（broad bean，學名 Vicia faba ）； chickpea我們比較陌生，它是鷹嘴豆（ Cicer arietinum ）； 而pigeon pea是 樹豆（ Cajanus cajan ） ，在台灣是原住民族的重要糧食；花蓮縣光復鄉在原住民語的地名馬太鞍（Fata'an），在阿美族語裡就是「樹豆」的意思。 snake bean是長豇豆（ Vigna unguiculata subsp. sesquipedalis ）或是非洲的  Bobgunnia madagascariensis 。 不知道還有沒有其它以動物為名的豆呢？ 綠豆（ Vigna radiata ）的俗名是mung bean， 黃豆（ Glycine max ）是soybean， 菜豆（敏豆， Phaseolus vulgaris ）是common bean、pop bean、snap bean，筆者還查到也有人叫它monkey bean，但名稱來源不明確， 扁豆（濱豆、兵豆，學名 Lens culinaris ）的俗名是lentils，那是因為它扁圓的形狀很像透鏡（lens），連屬名都乾脆用lens了， 而對遺傳學有重大貢獻的豌豆（ Pisum sativum ）俗名是garden pea。