老葉的植物王國

  三個未解的孟德爾突變。圖片取自Campbell Biology 1866年，奧地利修士孟德爾（Gregor Mendel）在修道院中以豌豆為材料，發表了經典的《植物雜交實驗》，提出遺傳因子的概念，開啟了現代遺傳學的大門。 他分析的七對性狀，其中有四個的基因變異已經解開，最近更有國際研究團隊，解開了剩下的三個性狀的基因變異！ 看文章

  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 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...

豌豆。圖片來源： Wiki 你喜歡在台灣便當店常見的「三色蔬菜」嗎？「三色蔬菜」裡面黃的是玉米、橘色的是胡蘿蔔、綠色的是豌豆。玉米之前已經介紹過了，我們今天就要來介紹豌豆。豌豆是豆科豌豆屬一年生草本植物，嫩莖葉、嫩莢及種子都可以吃。在台灣豌豆被分為嫩莢用（莢豌豆）、嫩豆用（熟豆、美國豆）、葉用（豌豆苗、豌豆尖）、甜豆用（甜豌豆、脆豌豆）及豆芽用（豌豆芽、豌豆嬰）等。全世界豌豆最大的生產國為中國，約佔全世界的六成；在台灣因為豌豆喜愛冷涼、乾燥的氣候，多在秋冬種植於中部地區；尤其是彰化地區，產量占全國的九成喔。因豌豆為荷蘭人傳入臺灣，也被稱為「荷蘭豆」、「胡豆」、「番仔豆」等。 豌豆原產於西南亞與地中海區域，野生種目前在兩地都還找得到；在當地野生豌豆的分佈區大致上與大麥、小麥、小扁豆以及亞麻重疊。目前認定豌豆大約在公元前10,250-9,550年前馴化，與大麥、小麥、小扁豆同時；一開始是為了食用成熟種子。成熟的種子可以曬乾儲存，除了可直接加入菜餚中以外，還可以磨粉製餅。豌豆在被人類馴化後產生幾個變化：種莢在種子成熟後不會裂開；種子變大了一倍；種皮變薄、變光滑了。馴化後它便與大麥、小麥、小扁豆一同向賽浦路斯、愛琴海與巴爾幹半島傳播，在公元前8,000年左右到中歐，公元前2,000年前後傳播到恆河流域。中國自漢朝起就有栽培紀錄，而台灣相傳為荷蘭人引進。 以前的歐洲食用豌豆的方法是煮濃湯，煮到看不見豌豆。在當時，豌豆與小扁豆都被認為是「窮人的食物」，不適合端上貴族與富人的餐桌。等到連著豆莢都可以吃的豌豆（雪豆）在十六、十七世紀時出現時，竟然搖身一變，上了「太陽王」路易十四世餐桌喔！相對來說，蠶豆與小扁豆好像就沒有這麼好運了。至於豆莢肥厚的甜豆則要更晚才出現。 至於三色蔬菜，據說是由冷凍技術的發明人柏茲埃在1930年代發明的；雖然蛋白質（豌豆）、澱粉（玉米）與維生素（胡蘿蔔）都有了，但冷凍後的三色蔬菜口感並不好，尤其是豌豆冷凍再解凍以後常常變得軟軟爛爛的，以致於有網路言論認為「冷凍三色蔬菜真的可以毀掉這世上所有的美食」！不過喜歡的人也不少，其實如果不是冷凍的，口味還不錯不是嗎？ 大家應該都聽過傑克與魔豆的故事吧，傑克用一頭母牛換了一把豆子，第二天這些豆子就長到天上去了！到底裡面的魔豆是什麼豆科植物呢？根據英國的人類學家與葡萄牙民俗學者的研究發現，這個故...

圖片來源： Current Biology 大家都聽過一句英文俗諺：「You've got nothing to lose.」，就是說當 眼前的東西所剩無幾，賭一把如果贏了是賺到，輸了也沒差的時候，反正再輸也不過就是跟眼前一樣糟，很多人就會賭一把了。 過去對動物的研究發現， 當動物在身處於匱乏狀況時，會比較傾向於賭一把。反正，最差也就是這樣了！ 那麼，植物也會嗎？過去很多人都認為，植物沒有大腦，應該沒有辦法做這種複雜的決定吧？ 不過，最近這些年，有越來越多的研究顯示，雖然植物沒有大腦，但是植物並不笨喔！在商週出版的「 植物比你想的更聰明 」裡面，有非常多的例子。而最近由以色列的研究團隊所發表的研究，更進一步證明了：植物比我們想得要聰明太多了。 研究團隊為了要了解植物是不是會也懂得「放手一搏」，他們選了植物最在乎、也最容易缺少的養分：氮肥。氮是植物最容易缺乏的礦物質之一，但是偏偏氨基酸、核酸、以及一些碳水化合物的合成都少不了氮。 植物只可以用兩種形式來吸收氮：銨（NH 4 ＋ ，ammonium）與硝酸根（NO 3 － ，nitrate）。由於高量的銨對植物會產生毒性，所以植物只能吸收較多的硝酸根。但是土壤的顆粒是帶負電的矽酸鋁，而硝酸根也帶負電，同性相斥的結果造成它很容易流失。因此，植物時時都在監控土壤中的氮素濃度。 研究團隊先測量出豌豆（ Pisum sativum ）對氮肥最有反應的濃度區域，然後把每株豌豆的根系分別種在兩個半盆裡，一個半盆給予定量的氮肥，另一個半盆則給予不定量的氮肥。定量的氮肥分成三種不同的濃度：低（0.005 g／L）、中（0.010 g／L）、高（0.150 g／L）。而給予不定量氮肥的那半盆的變化分別為： （一）低變化組：增加或減少0.005 g／L；也就是說，低定量組的豌豆的不定量半盆，每週得到的氮肥會在三個不同的濃度之間變化：完全沒有氮肥、0.005 g／L、0.010 g／L；而中定量組豌豆的不定量半盆，則是0.005 g／L、0.010 g／L、0.015 g／L；高定量組則是0.155 g／L、0.150 g／L、0.145 g／L。 （二）高變化組：增加或減少原來給予定量的一倍。由於低定量組已經很少了，所以低定量組就沒有高變化組。中定量組則是0.020 g／L、0.01...

豆類作物可以作為綠肥，這在農業上已經廣被應用了。事實上，中國在漢朝時便已經發展出複雜的輪作系統，將土地分成三份，第一年夏天第一塊地種黍、第二塊地種小米、第三塊地種大豆；每一塊地以黍→小麥→大豆→小米的順序輪作，田地的養分會因為有大豆加入輪作而不至於缺氮，而每年都可以有小米、黍、大豆、小麥可吃（1）。 不過，近代的綠肥，卻是將豆類作物（pulse crop，泛指一年生的豆科植物，2）種在田地裡，在開花後、結子前將它們的莖與葉割下後，將莖葉耕入土中或是留在土壤表面作為覆蓋。次年在田地裡種植其他非豆類作物時，去年的豆類作物便「化做春泥更護花」了！ 在這樣的操作下，所選擇的豆類作物便不一定要是大豆、蠶豆這類可以食用的豆類作物了；只要是豆科一年生的植物都可以採用。 但是，這樣的操作，種植綠肥的那段時間，農夫是沒有收入的。難道綠肥真的就只能夠當作肥料使用嗎？與漢朝的老法子相比，究竟是把豆類拿來輪作好，還是直接當作綠肥好呢？ 蠶豆（ Vicia faba ）。圖片來源： wiki 加拿大農業及農業食品部萊斯布里奇研究中心（Agriculture and Agri-Food Canada Lethbridge Research Centre）的研究團隊，比較將豌豆（ Pisum sativum ）、蠶豆與野豌豆（chickling vetch， Lathyrus sativus ）作為綠肥，或是列入輪作系統，兩種不同的操作對於往後數年土壤中氮與碳含量變化的影響（3）。 研究發現，以豆類植物作為綠肥時，超過百分之八十的氮與碳都在第一年釋放到土壤中了。第三年以後，只有百分之三到五的氮與碳釋放出來。相對的，當我們把豆類植物列入輪作系統時，雖然第一年釋放的氮與碳較少（百分之七十的碳、百分之六十三的氮），但是到了第三年，還是有不少的氮與碳（氮百分之十三到十六，碳百分之九到十八）釋放到土壤裡。 野豌豆。圖片來源： wiki 除此之外，豌豆、蠶豆與野豌豆裡面，固氮效果最好的是蠶豆與野豌豆；尤其當把蠶豆納入輪作時，能固定的氮量更高。考慮到蠶豆是很好的食物（蠶豆症患者除外），研究團隊建議可以把蠶豆納入輪作系統，而非只充作綠肥使用。如此一來，農夫可以有蠶豆作為收成的一部分，比單純將豆類作物當作綠肥的收益更高；且蠶豆在種植後數年，都會持續釋放出氮與碳，農夫也可以調...