老葉的植物王國

  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： 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...