植物如何感應和適應鉀（K）的變化？

圖片來源：ChatGPT

鉀（K，potassium）是植物的必需元素之一，在植物細胞中扮演著維持正常代謝的關鍵角色，幫助維持細胞內的水分平衡、活化許多酵素，並維持細胞膜的電位。既然鉀是植物生長發育所必需，植物為了適應土壤中鉀含量的變化，發展出了一套複雜的感應和反應機制。

最近的一項研究發現了植物如何透過TORC和CBL-CIPK網絡來感應和適應鉀的變化。研究團隊以阿拉伯芥（Arabidopsis thaliana）為模式發現，在鉀含量充足時，TORC活化促進植物生長；而在鉀缺乏時，則由CBL-CIPK網絡主導，抑制TORC並節約能量。

TOR複合體（TORC，Target of Rapamycin Complex，雷帕黴素靶蛋白複合體）是一個主要的調控分子，它能連接環境和內部的訊號來促進植物生長。TORC包含TOR激酶次單位和兩個輔助蛋白，這些蛋白幫助TORC響應不同的營養訊號，包括有機和無機營養素，如糖、氨基酸、核苷酸、氮鹽、磷酸鹽和硫酸鹽等。

當環境中鉀濃度高時，TORC被迅速活化，進而關閉低鉀反應途徑。相反地，當鉀含量低時，低鉀反應網路被激活，從而抑制TORC，使植物轉向低鉀模式。

在低鉀環境下，CBL-CIPK網路會被活化，並通過磷酸化TORC中的一個關鍵蛋白（RAPTOR1B）來抑制TORC，從而調節植物對鉀缺乏的反應。

CBL-CIPK包括了CBL（Calcineurin B-like proteins，類鈣調素B蛋白）與CIPK（CBL-interacting protein kinases，CBL交互作用蛋白激酶）。其中CBL是一群鈣離子感應蛋白，能夠感應細胞內的鈣離子（Ca^²⁺）濃度變化。CBL蛋白在植物對環境壓力，特別是營養素缺乏時，扮演著關鍵的角色。而CIPK是與CBL蛋白交互作用的激酶，負責通過添加磷酸根來調控其他蛋白質的活性。CIPK被CBL蛋白活化後，參與多種細胞內調節過程，包括對鉀的感應和回應。

在鉀含量低的環境中，CBL-CIPK路徑會被活化，並通過一系列分子事件抑制TORC，從而幫助植物在鉀缺乏的條件下節約能量並適應環境。

這種相互作用顯示了植物如何通過精細的分子網路來感應和適應其生長環境中關鍵營養素的變化。畢竟植物不會動，無法像動物一樣移動到食物充足的地方去覓食，所以只能發展出更多的彈性來適應環境的變化了。

參考文獻：

PNAS. https://doi.org/10.1073/pnas.2316011120

留言

這個網誌中的熱門文章

關於蕃薯，你知道你吃的是什麼品種嗎？

蕃薯（ Ipomoea batatas ）從臺灣人的主食、轉變為副食、又轉變為飼料，最後在養生的風潮下，再度躍上餐桌，成為美食，可有人關心過，我們吃的蕃薯是什麼品種嗎？圖片來源：農委會上面這張照片裡的蕃薯，中間的TN57與TN66，就是台農57號與台農66號，是臺灣最受歡迎的兩種蕃薯喔！台農57號在1955年由嘉義農試分所將日治時代培育出的台農27號與南瑞苕種（Nancy hall）雜交育成。它黃皮黃肉，目前還是全臺灣產量最大的蕃薯。口感鬆軟，適合烤、煮食或製作薯條。主要產地在雲林、台南、高雄。適合在四～十月間種植。台農57號還曾經隨著農技團飄洋過海到史瓦濟蘭去，協助他們解決糧食問題呢！至於台農66號呢，就是所謂的紅心蕃薯啦！台農66號是1975年也是由嘉義農試分所選出，1982年正式命名。它是目前栽植最普遍的食用紅肉番薯。在臺灣，幾乎全年皆可栽種，秋冬作五個月可收穫，春夏作四個月就可以收穫囉！最右邊的台農73號，就是現在所謂的「芋仔蕃薯」啦！它是在1990年以台農62號（♂）x清水紫心（♀）雜交後，在2002年選拔出優良子代CYY90-C17，並於2007年正式命名。由於肉色為深紫色，所以得到「芋仔蕃薯」的暱稱。本品種富含cyanidin 及peonidin 等花青素，具抗氧化功用。至於常吃的蕃薯葉，則是以桃園2號與台農71號為主，這兩種葉菜蕃薯都不用撕皮就可以直接煮來吃，而且莖葉不易倒伏，方便農民採收喔！如果您愛吃的是蕃薯的加工食品，如蕃薯餅、蜜蕃薯、蕃薯酥，其實他們大多也是用台農57號與66號來加工的喔！參考文獻：蔡承豪、楊韻平。2004。臺灣蕃薯文化誌。貓頭鷹出版。行政院農委會。甘藷主題館。

閱讀完整內容

光合作用的循環電子傳遞（cyclic electron flow）的調節

圖片來源：維基百科光合作用（photosynthesis）分為光反應（light reaction）與碳反應（Calvin-Benson cycle）。其中光反應為將陽光的光能轉換為化學能（ATP）與電子（NADPH）的過程。光能由光系統I或光系統II接收並轉換為電子進行傳遞，傳遞的過程中部分的能量被細胞色素b6f複合體（cytochrome b6f complex）擷取，提供植物將氫離子（H + ，proton）由葉綠體的基質（stroma）運輸到類囊體腔（thylakoid lumen）中，製造氫離子梯度（proton gradient），以提供ATP合成酶（ATP synthase）用來合成ATP；電子本身最後被傳送給NADP，產生NADPH用來在碳反應中做為還原電子使用。上述的過程（稱為線性電子傳遞linear electron flow）並非光反應唯一會進行的反應。除了線性電子傳遞，植物也會進行所謂的循環電子傳遞（cyclic electron flow）：電子在由光系統II→細胞色素b6f複合體 →光系統I之後，不將電子運送給Fd-NADP + 還原酶來產生NADPH，而是將電子送給一個Fd-PQ還原酶。由於接著Fd-PQ還原酶會把電子交還給細胞色素b6f複合體，所以被稱為循環電子傳遞。循環電子傳遞到底有什麼樣的功能，目前還沒有定論。有些科學家認為植物用它來調節能量（ATP）與電子（NADPH）的產生比率，也有些科學家認為循環電子傳遞有保護植物免於被過量光能傷害的功能。不管怎麼說，近年來的研究卻發現了幾個基因與循環電子傳遞的調節有關。第一個被發現的基因是 PGR5 （PGR=protein gradient）。缺少 PGR5 的阿拉伯芥無法形成氫離子梯度，也就是說 PGR5 為光反應所必須。但是 PGR5 長得一點都不像電子運輸蛋白，這就引起了科學家們的興趣。後續的研究發現了另一個基因稱為 PGRL1 （PGR5-like 1）。研究團隊發現，缺少 PGRL1 會造成 PGR5 不穩定，但缺少 PGR5 並不會影響 PGRL1 的穩定性。最近又發現了另一個基因 PGRL2 。研究團隊發現，缺少 PGRL2 對光合作用沒有影響，但是在植物中過量表現 PGRL2 會使 PGR5 的穩定性下降。同時缺少 PGRL2 與 PGRL1 的植...

閱讀完整內容

吃太多光果甘草（liquorice）會有不良作用

光果甘草。圖片來源：維基百科。光果甘草（liquorice， Glycyrrhiza glabra ）又稱為洋甘草，為豆科甘草屬下的一個種，在中國、西亞與南歐都有分布。一般人們會取它的根來製作糖果，在歐美蠻受歡迎的。英文名稱liqurice來自於希臘文的 glycyrrhiza ，意思就是「甜的根」：「 glukus 」意為「甜」，「 rhiza 」意為「根」。它也是中藥甘草的一種，乾燥的根及根莖性味偏涼，加工（蜜炙）後則性味偏溫，各有不同功效。光果甘草除了可以用來製作糖果，也用於傳統醫學與草藥學。但是光果甘草含有甘草酸（Glycyrrhizin 或 glycyrrhizic acid），如每日每公斤體重服用超過2毫克（2 mg/kg/day）可導致低血鉀、血壓上升、肌肉無力等症狀。最近發表在《新英格蘭醫學雜誌》上的一篇文章提到，一位54歲的建築工人，因為每天吃一包半的光果甘草糖，連吃了幾個星期，結果死於突發的心臟驟停（cardiac arrest）。醫師認為他的死亡與甘草酸有關。甘草酸是一種皂素（saponin），屬於植物的次級代謝物，由一分子的甘草次酸（glycyrrhetinic acid）與兩分子的葡萄糖醛酸（Glucuronic acid）組成。甘草糖。圖片來源：維基百科。雖然醫師認為他的死亡與食用大量的甘草糖脫不了關係，但醫師也注意到死者的飲食並不健康。他一向吃很多糖，只是最近幾週改吃甘草糖。光果甘草與中藥的甘草（ G. uralensis ）是近親，兩者同屬不同種。中藥的甘草也含有甘草酸，幸好華人文化裡並沒有把甘草做成糖果的習慣，所以應該不會發生甘草酸中毒的情形。補充：2020/10/10發現了一個影片，裡面提到這個病例以及甘草酸致死的機轉：因為甘草酸的結構跟皮質醇（cortisol）很像，所以會引發類似的效應。影片裡面提到，現在在美國要買到真的liquorice其實並不容易，大部分都是人工甘味...所以這位仁兄真的很厲害可以買到真的liquorice。 2022/04/07：最近有一篇研究報告提到，甘草酸與甘草次酸有抗癌的活性，而且還能抑制SARS-CoV2的複製。看起來很有趣，但考慮到甘草酸與甘草次酸的毒性，似乎還是要小心使用比較好。參考文獻： Case 30-2020: A 54-Year-Old ...

閱讀完整內容

老葉的植物王國

搜尋此網誌