老葉的植物王國

  小扁豆。圖片來源： 維基百科 塑膠的污染已經是無法避免的問題， 過去的研究 也發現植物會吸收塑膠微粒，但是究竟塑膠會不會影響植物生長呢？ 大片的塑膠混雜在泥土中會干擾植物根部生長發育，而塑膠微粒（microplastics）則會被植物吸收，進入植物的運輸系統（如導管xylem）。 最近一項日本的研究發現，塑膠微粒的確會對植物的生長發育造成影響。 研究團隊以小扁豆（lentil， Lens culinaris ）為材料，將小扁豆種子暴露在不同濃度的聚乙烯塑膠微粒（直徑為740-4990奈米）中七天，以儀器偵測植物的活性（種子發芽）。 研究團隊發現，暴露在聚乙烯塑膠微粒的植物，從第六個小時開始生長活性就下降了；而這些植物的抗氧化酵素活性也上升了，顯示植物正在對抗生物壓力。 隨著聚乙烯塑膠微粒的濃度上升，生長活性下降的趨勢也更加明顯，顯示生長活性下降的確與聚乙烯塑膠微粒有關。 台灣的農民常會使用聚乙烯塑膠布來覆蓋泥土表面，以抑制雜草生長；但是這些塑膠布在田地裡風吹雨打後脆化、氧化，逐漸破碎形成塑膠微粒污染土壤，這樣下去，對農作物的產量必然會產生不好的影響，實在不能輕忽呢！ 參考文獻： Y. Sanath K. De Silva, Uma Maheswari Rajagopalan, Hirofumi Kadono, Danyang Li. Effects of microplastics on lentil (Lens culinaris) seed germination and seedling growth. Chemosphere, 2022; 303: 135162 DOI: 10.1016/j.chemosphere.2022.135162

  圖片來源 番茄醬當然是番茄做的，但是用來做番茄醬的番茄卻不是一般我們吃的番茄。 為什麼會這麼說呢？難道鮮食番茄不能用來做番茄醬嗎？當然是可以的，只是在工業化大量生產時，為了降低成本，番茄要用機器採收。機器會把番茄從根部砍斷，然後搖晃整株番茄，讓番茄從植株上掉落。如果要用人工採收，成本就會提高太多。 機器採番茄在二次世界大戰時就開始研發了。可是當時遇到的最大困難就是番茄不容易掉落，所以機器要非常用力的搖晃番茄，造成「被送進機器裡的番茄像是被蹂躪過，變成一灘爛泥，裡面還混著泥土。」 要怎麼讓番茄容易掉落呢？只能從番茄本身去進行基因改良了。沒想到就在那段時間，查爾斯‧瑞克（Charles Madera Rick）在加拉巴哥群島（對，就是達爾文去過的那個島）發現了契斯曼尼番茄。這種番茄的果實是橘色的（請見上圖），果實特別容易脫離枝枒。 這個性狀正是工業用番茄所需要的，但是瑞克把種子帶回去播種，種子卻不發芽。 瑞克嘗試了很多方法，種子說什麼就是不發芽。有一天，他忽然想到會不會需要動物消化以後才能發芽呢？於是他先讓鳥類吃下這種番茄的種子，但是還是沒有用。 後來他想到會不會不是鳥，而是加拉巴哥群島上常見的象龜呢？這個想法值得一試，但是哪裡找得到象龜？這時候他忽然想到有位在柏克萊的朋友有兩隻象龜，於是他請這位朋友餵象龜吃番茄種子，再收集糞便寄給他。沒想到這麼一搞，番茄的種子真的發芽了！ 有了番茄植株，接著瑞克就可以進行研究，後來發現讓番茄果實特別容易掉落的基因是所謂的 j-2 基因。將這個基因雜交進入一般的番茄，從此機器採收番茄就變得容易許多，不再會把番茄撞爛了。 所以契斯曼尼番茄可說是促成工業番茄生產的大功臣呢！ 參考文獻： Jean-Baptiste Malet。 餐桌上的紅色經濟風暴 。寶鼎出版。

  圖片來源：維基百科 你喝咖啡嗎？你每天什麼時候喝咖啡？最近的研究顯示，逛街前喝咖啡，會讓你買更多喔！ 這個研究在法國與西班牙進行。研究團隊在超市門口提供義式濃縮咖啡（espresso），含有100毫克的咖啡因。 來採買的民眾大約有三百位喝了義式濃縮咖啡，另外有相當數量的民眾則喝了不含咖啡因的咖啡。 研究結果發現，喝了含咖啡因義式咖啡的組別，買了比平常多三成的物品，消費金額比平常多五成。而且，這些民眾花更多錢買奢侈品。但是在實用性物品（如廚房用具）則看不出差別。 研究團隊也做了線上購物的研究，有類似的發現。 所以，下次要採購前，千萬記得不要喝咖啡；當然，對購物中心來說，或許在入口處擺台免費咖啡機是很聰明的決定。 參考文獻： Dipayan Biswas et al. Caffeine’s Effects on Consumer Spending. Journal of Marketing, published online June 11, 2022; doi: 10.1177/00222429221109247

  木天蓼。圖片來源： 維基百科 眾所周知，貓咪一遇上貓薄荷（catnip）或木天蓼（silvervine， Actinidia polygama ）就會忍不住在上面啃咬、摩擦，接著出現陶醉的反應。過去的許多研究也已經發現，大約有三分之二的貓咪會有反應，而讓牠們產生反應的是所謂的荊芥內酯（nepetalactone），為環烯醚萜（Iridoid）的一種。 最近的研究發現，貓咪對木天蓼的啃咬與摩擦，會使得木天蓼釋放出來的環烯醚萜提高十倍。不僅釋放量提高，釋放出來的環烯醚萜的組成也改變。完整葉片中的環烯醚萜約有九成為荊芥內醇（nepetalactol），而被貓咪啃過擦過的葉片，所釋放的環烯醚萜中只有四成五是荊芥內醇。 改變組成會帶來什麼變化呢？研究團隊發現，改變組成後的環烯醚萜驅趕蚊蟲的效果變得更好了。 到底什麼基因牽涉到分泌環烯醚萜的組成在貓咪摩擦與啃咬後改變了呢？這就需要後續的研究了。 參考文獻： Reiko Uenoyama, Tamako Miyazaki, Masaatsu Adachi, Toshio Nishikawa, Jane L. Hurst, Masao Miyazaki. Domestic cat damage to plant leaves containing iridoids enhances chemical repellency to pests. iScience, 2022; 104455 DOI: 10.1016/j.isci.2022.104455

  乙烯。圖片來源： 維基百科 乙烯（ethylene）分子式為C 2 H 4 ，為無色可燃的氣體，也是植物的氣體賀爾蒙。由於其重量比空氣略輕，分泌後可緩慢地飄散在空氣中。 在植物，乙烯可促進果實成熟、葉片衰老，植物在感應到環境壓力時也會分泌乙烯。最近的研究發現，如果先讓植物暴露在乙烯下，植物對逆境的抵抗力會上升。 研究團隊將阿拉伯芥（ Arabidopsis thaliana ）暴露在每公升五微升（5 ppm）的乙烯下四小時，再讓植物們接受淹水逆境的考驗。結果發現，先暴露在乙烯的植物對淹水導致的缺氧抵抗力提高。 這個發現或許可以應用在梅雨季節即將來臨前，用來降低農業上的損失。 參考文獻： Zeguang Liu, Sjon Hartman, Hans van Veen, Hongtao Zhang, Hendrika A C F Leeggangers, Shanice Martopawiro, Femke Bosman, Florian de Deugd, Peng Su, Maureen Hummel, Tom Rankenberg, Kirsty L Hassall, Julia Bailey-Serres, Frederica L Theodoulou, Laurentius A C J Voesenek, Rashmi Sasidharan. Ethylene augments root hypoxia tolerance via growth cessation and reactive oxygen species amelioration. Plant Physiology, 2022; DOI: 10.1093/plphys/kiac245

  pingan（左）與lumok（右）的果實很明顯不同， 但在過去這兩種植物被認為是同一種。 圖片來源 。 香波羅（ Artocarpus odoratissimus ）為原生於婆羅洲、巴拉望島及棉蘭老島的桑科波羅蜜屬植物，與波羅蜜、麵包樹都有親緣關係。 香波羅是在1837年由西班牙修道士Manuel Blanco命名的，可能就是在婆羅洲馴化，人們食用其大而甜的果實。過去兩百年來，香波羅都被認為是一個物種，直到科學家注意到，當地的原住民伊班人（Iban）稱呼有大葉大果且果實較甜的為lumok，而果實較小較不甜的則稱為pingan。 由於另一原住民族Dusun也對這兩「種」植物有不同的稱呼，這讓研究團隊開始思考，會不會lumok與pingan根本就是兩種不同的植物呢？於是他們驗了DNA。試驗的結果發現，果然lumok與pingan是兩種不同的植物。 研究團隊決定把原來的學名 Artocarpus odoratissimus 給lumok，而pingan則被給予新的學名： Artocarpus mutabilis 。 其實從上面的照片也可看到，這兩種植物的果實有很明顯的不同。 過去兩百年來，科學家們一直以為這是一種植物，但原住民們一直知道，他們其實是兩種。 參考文獻： Gardner, E. M. et al. Curr. Biol. https://doi.org/10.1016/j.cub.2022.04.062 (2022).

  蘇力菌內毒素的結晶結構。圖片來源： 維基百科 聽過Bt玉米、Bt棉花嗎？這些基改作物（GMO，genetic modified organism）其實都含有蘇力菌（ Bacillus thuringiensis ）的結晶蛋白（crystal protein，CRY protein）。結晶蛋白的正式名稱為delta內毒素（delta endotoxin），在蘇力菌形成內孢子（endospore）時形成。 當這些結晶蛋白被昆蟲吞噬時，昆蟲腸道的鹼性環境會讓結晶蛋白溶解，接著結晶蛋白會被切割，產生有活性的蛋白質。一般來說胺基端（N端）都會被切除，羧基端（C端）則不一定。活性蛋白接著會在腸道上皮細胞構成陽離子通道，使腸道上皮細胞溶解，於是昆蟲就會因為腸穿孔而死。我們的胃的環境是強酸性，所以結晶蛋白不會溶解，也產生不了作用。 蘇力菌在20世紀初發現，一開始是有機農業使用。後來發現它的結晶蛋白是由單一基因產生，於是啟動了植物生物技術方面的應用。目前知道結晶蛋白可以消滅許多鱗翅目昆蟲的幼蟲，對鞘翅目也有影響。在1999年，一篇研究發現含有結晶蛋白的玉米花粉會殺死帝王斑蝶的幼蟲，讓轉殖作物成了眾矢之的。雖然後來有不同的研究證明該實驗其實有許多值得檢討的地方，但第一印象總是帶來最深刻的影響，也使許多人開始激烈地反對基改作物。 最近由美國農業部與瑞士科學機構合作的一項彙整研究發現，蘇力菌的內毒素容或對目標昆蟲（鱗翅目、鞘翅目等）有很大的影響，但不會影響節肢動物、蚯蚓與線蟲的生態。這項研究搜尋了12個資料庫，找了從1997到2020的文獻，一共有120篇文獻，233個實驗。這些文獻中有75%都有同儕審查機制。 雖然看起來好像很OK，但文獻中並沒有討論對整體昆蟲生態的影響，而是避重就輕地看節肢動物、蚯蚓、線蟲。並不是所有的鱗翅目與鞘翅目都是害蟲都需要被消滅，所以這篇文章大概就是「好，我知道了」吧！ 參考文獻： Michael Meissle, Steven E. Naranjo, Jörg Romeis. Does the growing of Bt maize change abundance or ecological function of non-target animals compared to the growing of non-GM maize? A systemat

  芸苔素內酯受器示意圖。圖片來源： 維基百科 芸苔素內酯（BR，brassinosteroid）是植物的類固醇。由於類固醇向來被認為是「動物性」賀爾蒙，所以當年發現以後，受到了廣泛的注意，也成為研究的熱門項目之一。 有多熱門呢？以筆者手邊的植物生理學「聖經級」教科書Taiz and Zeiger為例，幾乎每一版提到芸苔素內酯的那一章，提到芸苔素內酯的訊息傳遞，每版的圖都不一樣。但是，第五版與第六版的Taiz and Zeiger都提到的是，當BR與其受器（BRI1，上圖藍色部分）結合時，會造成BRI1磷酸化，然後啟動一連串的變化，最後造成相關基因開始表現，於是就出現了芸苔素內酯反應。 最近北海道大學的研究團隊發現，芸苔素內酯的訊息傳導，除了與受器的磷酸化有關，還跟受器的泛素化有關。 泛素是一個小分子蛋白質，由76個胺基酸構成。真核生物都有泛素，當泛素被加到蛋白質上面以後，細胞就會把該蛋白質送到蛋白酶體（proteosome）去分解。負責把泛素加到蛋白質上的酵素稱為泛素連接酶（ubiquitin ligase），相對的，也有被稱為「去泛素化酶」（DUBs，deubiquitinating enzymes）的酵素把連接上去的泛素給移除。 研究團隊發現了兩個去泛素化酶，UBP12與UBP13，與芸苔素內酯的訊息傳導息息相關。缺少這兩個基因的阿拉伯芥長得極為矮小，且對芸苔素內酯的敏感度顯著降低。有趣的事情是，當研究團隊放回一個不能被泛素化的BRI1版本時，上述的這些突變的性狀就得到了顯著改善。 這些研究成果顯示了BRI1會被泛素化，然後會被分解。UBP12與UBP13則會透過去泛素化來讓BRI1變得穩定。究竟泛素化如何具體地調節芸苔素內酯的訊息傳導，還需要更進一步的研究。 參考文獻： Yongming Luo, Junpei Takagi, Lucas Alves Neubus Claus, Chao Zhang, Shigetaka Yasuda, Yoko Hasegawa, Junji Yamaguchi, Libo Shan, Eugenia Russinova, Takeo Sato. Deubiquitinating enzymes UBP12 and UBP13 stabilize the brassinosteroid receptor BRI1. EMB

  圖片來源： 維基百科 生長於澳洲的澳大利亞海神草（ Posidonia australis ），在澳洲西部海底構成了一片約有200平方公里的草地。200平方公里有多大呢？大約比比金門（151平方公里）大一些。 最近的一項研究發現，這些澳大利亞海神草可以被分為兩群，其中一群為二倍體，有20條染色體；另外一群則是四倍體，有40條染色體。 四倍體的澳大利亞海神草組成了主要（90%）的族群，也就是說，有180平方公里的澳大利亞海神草都是從一顆種子產生出來的。研究團隊檢查了一萬八千個基因標記，非常確定這些海草們的基因都一模一樣。 這些海草跟竹子一樣，透過地下莖（rhizome）每年向外拓展，一年的速度大約是35公分。若一直是以這個速度拓展的話，現在我們看到的這片海草地總共花了四千五百年才長到這麼大。 參考文獻： Jane M. Edgeloe et al. 2022. Extensive polyploid clonality was a successful strategy for seagrass to expand into a newly submerged environment. Proc. R. Soc. B 289 (1976): 20220538; doi: 10.1098/rspb.2022.0538

  圖片來源：維基百科 今天看到《10秒鐘教室》貼出5月份的奇聞，裡面有「男子吃榴槤配啤酒猝死」的奇聞，查了一下，果然查到 「榴槤配啤酒」吃出人命？ 女友以為開玩笑 竟親睹猝死 過程的新聞。 新聞的最後提到「日本筑波大學研究發現，人體中有分解酒精的酵素「乙醛脫氫酶」（ALDH），而榴槤中的硫化物（sulphur content）會抑制此酵素的活性，進而阻礙酒精分解，引起酒精中毒，甚至可能致人於死。」於是我就用英文查了一下，查到2009年的Smithsonian magazine的文章「 Death by Durian Fruit? 」 接著從這篇文章的超連結，連到New Scientist的文章「 Durians and booze: worse than a stinking hangover 」；但是我沒有訂閱New Scientist，所以只能從Smithsonian magazine的描述來看：裡面提到榴槤的萃取物可以抑制負責代謝酒精的乙醛脫氫酶（ALDH，aldehyde dehydrogense）。 不管是Smithsonian magazine或New Scientist，都是2009年的文章，如果有結果，應該早就出版了吧？於是我上去PubMed（美國公共醫學圖書館）網站查詢，但是不論是查durian與ALDH或是durian與aldehyde dehydrogenase，都查不到文獻。 在New Scientist提供的短短文字中有提到兩個人名：John Maninang 與 Hiroshi Gemma。於是我用這兩個人名去查了PubMed，結果只各得到5篇文章，都與榴槤無關。 所以，到底吃榴槤不能同時喝酒是什麼原因呢？從文獻搜尋也只能說，可能榴槤裡面有成分會抑制乙醛脫氫酶吧。 酒精的代謝是先被乙醇脫氫酶（ADH，alcohol dehydrogenase）代謝成乙醛（acetaldehyde），再被乙醛脫氫酶代謝成乙酸（acetic acid），然後乙酸再被轉化為乙醯輔酶A（acetyl-CoA），進入檸檬酸循環（citric acid cycle）代謝為二氧化碳與水。當乙醛脫氫酶被抑制，乙醛就會堆積，造成乙醛中毒。 有些華人因為乙醛脫氫酶有缺失，也不能喝酒，一喝酒就臉紅、發酒疹。 透過網友的幫忙，終於找到了期刊文獻，在2009年的Food Che