老葉的植物王國

  圖片作者：ChatGPT 過去許多研究發現，植物在受到攻擊時，會發出揮發性化合物來警告鄰居，然後鄰居就可以提高防禦。感覺植物真的是非常和平又愛好互助的生物喔？ 但是，植物真的有這麼大愛嗎？ 最近的一個理論研究發現，可能不是這麼一回事喔！ 不過，這個理論研究，卻被幾家不同的科普網站給過度解釋，連嬛嬛都出場啦！ 我們也來看看吧！ 看文章

  鈣離子的傳播。圖片來源： Nat. Comm . 植物不只是靜靜地站在那裡。它們其實在面對危險時，能夠透過空氣中的氣味互相溝通。當一棵植物受到傷害，比如被昆蟲啃咬時，它會釋放出特殊的氣味，科學家稱之為揮發性有機化合物（VOCs）。這些氣味就像是求救信號，可以被附近健康的植物察覺。當周圍的植物接收到這些信號後，它們會開始準備防禦，以防自己受到攻擊。 這些特殊的氣味中包括了所謂的綠葉揮發物（GLVs，green leaf volatiles），它們是由六碳化合物組成，包括醇、醛和酯。當植物受到損傷時，像是被昆蟲啃咬，它們會迅速產生這些GLVs。這些GLVs不僅可以警告其他植物，還能誘引那些會捕食傷害植物的昆蟲的天敵前來應援，從而間接保護自己。 最近的研究發現，當植物接觸到這些特定的氣味，比如(Z)-3-己烯醛（Z-3-HAL）和(E)-2-己烯醛（E-2-HAL），它們的細胞會迅速產生反應。這些氣味會引起植物細胞內的鈣離子濃度上升，這是一種信號，會觸發植物開始其防禦反應。 當植物細胞內的鈣離子濃度上升後，它們會開始改變自己的生物化學反應。植物會啟動特定的基因產生蛋白質，來抵抗外來的威脅，比如高溫和氧化壓力。這意味著植物不僅能感知危險，還能積極回應來保護自己。 這些防禦信號不僅限於接收到氣味信號的那一片葉子。研究顯示，這些鈣離子信號可以在植物的不同部位之間傳播，儘管這種傳播似乎是局部的，而不是遍及整個植物。 為了要觀察鈣離子的移動，研究團隊使用了一種特殊的方法來使鈣離子（Ca 2+ ）在植物細胞中可見。他們使用了一種名為GCaMP3的基因工程鈣離子生物感測器，這是一種結合了綠色螢光蛋白（green fluorescent protein, GFP）的螢光標記物。當鈣離子濃度在細胞中上升時，GCaMP3會發出光亮，從而使研究團隊能夠透過螢光顯微鏡直接觀察並測量鈣離子的動態變化。 研究團隊觀察到，當阿拉伯芥（ Arabidopsis thaliana ）的葉片暴露於(Z)-3-己烯醛（Z-3-HAL）氣味下，在30秒內阿拉伯芥葉尖的細胞質鈣離子濃度（[Ca 2+ ] cyt ）就會迅速增加。鈣離子信號在接下來的1到2分鐘內，會傳播到葉片的中部和基部。整個過程持續超過15分鐘。Z-3-HAL引起的鈣離子信號傳播速度為每秒0.24至0.30毫米...

植物受傷時會有什麼反應？過去的研究讓我們瞭解，當植物被攻擊（受到病原菌感染、受傷）時，會釋放出揮發性有機物質（VOCs，Volatile Organic Compounds），讓自己以及附近的植物啟動防禦機制。這個作用有點像古代的烽火臺，當敵人來襲就燒起狼煙，附近的人看到狼煙就知道這裡出事了，要加強戒備。 不過，當附近的植物感應到VOCs時，它們會如何加強自己的防禦機制呢？過去的實驗發現，當植物的地上部位受到病原菌感染時，會傳遞信號給自己的根，接著根部的鋁活化蘋果酸運輸蛋白（ALMT1，aluminum-activated malate transporter）便會活化後釋放蘋果酸（malate）到土壤中來召喚枯草桿菌 UD1022（ Bacillus subtilis UD1022）這隻植物的益菌。這些現象是否不僅僅發生在苦主、也發生在附近的植物身上呢？ 康納（Connor Sweeney）和他在德拉瓦大學的指導教授，最近發現：不只是受傷的植物本身會進行這些防禦機制、附近的植物也會呢！ 康納是德拉瓦州（Delaware）的高中生。他因為對科學有興趣，寫了e-mail給德拉瓦大學（University of Delaware）的白斯教授（Harsh Bais），表達希望能進他的實驗室學習。當白斯老師回信說「OK」的時候，康納高興得不得了。 於是他就開始了他的實驗室生活：下課後、週末以及暑假，康納都在白斯老師的實驗室裡種阿拉伯芥（ Arabidopsis thaliana ）。雖然他也是高中的游泳校隊，但他盡可能地投入時間作實驗。 成果是豐碩的。兩年後，康納在白斯教授的指導下，解出了植物接到鄰居的「狼煙」以後，接下來做了什麼；他們的成果發表在2017年的「植物科學前鋒」（Frontier in Plant Science）期刊上。 以一個高中生來說，這可是個非同小可的成就；康納不只是付出了許多努力，他也細心觀察每一個實驗。因為他夠細心，所以才沒有錯失了重要的發現。 這個重要的發現是什麼呢？有一天他如常地進行實驗：把一株阿拉伯芥用鑷子弄了幾個傷口，準備明天觀察它的反應。不同的是，這次旁邊有一株阿拉伯芥沒有被他弄傷。 第二天他看到了令他不敢相信的結果：旁邊的阿拉伯芥的主根變長、而且還長出了不少側根。 於是他們做了更多測試。他們發現：旁...