乾旱（drought）對植物演化的影響

乾旱（drought）對植物短期的影響是很明顯的。但是對植物是否會有長期的影響呢？在人類的研究上曾經發現，飢荒會對基因的甲基化發生影響。對植物是否也會發生一些演化上的影響？

美國的研究團隊，利用了從標本館收集的一年生車前屬植物（Plantago patagonica）的種子，在溫室條件下種植。

這些種子來自於2003年至2014年間在亞利桑那州北部五個地點採集的樣本。這些種子代表了「乾旱前」的基因型，並與2019年秋季在相同地點採集的「乾旱後」基因型進行了比較。這次乾旱期約持續了5至16年，表明這些標本館種子在被用於實驗前存放了5至16年。

研究團隊進行了以下的比較研究：

1. 資源分配比較：研究比較了後代與祖先植物在生殖和植物組織上的資源分配。
2. 生長和繁殖特徵：分析了植物的種子數量、種子質量、葉子質量和生殖努力等特徵，並與祖先植物進行了比較。
3. 抗旱能力：透過實驗，研究評估了後代植物在模擬乾旱環境下的存活能力，並與祖先植物進行了比較。

其中資源分配比較實驗的進行方式如下：

植物生長條件: 所有植物（祖先和後代）在溫室中共同生長條件下培育，以確保環境因素的一致性。
水分處理: 實施不同的水分處理，包括「濕潤」、「中等」和「乾燥」，以模擬不同的水分狀況。
接著研究團隊測量種子數量、種子質量、葉質量和生殖努力（總地上生物量中分配給種子質量的比例）。並使用統計方法分析資源分配的差異，包括生殖組織和植物組織（地上和地下）的投資變化。

研究團隊發現，後代植物群體在資源分配上發生了顯著變化，相比於祖先植物，它們在繁殖組織上的投資減少，而在地上和地下的植物組織上的投資增加。另外在抗旱能力實驗中，祖先植物與後代植物顯示出了差異。這些差異反映在他們對乾旱環境的適應能力上，其中後代植物展現出更好的適應性和存活能力。這說明了植物在面對乾旱等極端環境壓力時的迅速進化和適應性變化。

這些結果證明了在特定情況下，標本館的種子可作為未來復活實驗的未開發來源。當然，也證明了有時候例行的採集與保存也會出現意想不到的價值喔！

參考文獻：

Christie K, Pierson NR, Holeski LM, Lowry DB. Resurrected seeds from herbarium specimens reveal rapid evolution of drought resistance in a selfing annual. Am J Bot. 2023 Dec 15:e16265. doi: 10.1002/ajb2.16265. Epub ahead of print. PMID: 38102863.

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

怎麼辦到的？變形藤（Boquila trifoliolata）模仿塑膠植物

左：原來的葉片。右：模仿的葉片。圖片來源：期刊之前我們提到過一種奇妙的植物「變形藤」（ Boquila trifoliolata ），它原產於南美洲智利中、南部與阿根廷。在2014年就被發現它為了減少自己被吃，發展出奇妙的變形能力：爬到誰身上就長得像誰。後來在2021年發現，它不只是形狀學得像，連人家身上一大半的細菌都搬過來了。這就奇妙了。為什麼「變形藤」能夠學得這麼像呢？是寄主植物釋放了揮發性化合物？還是寄主植物跟它進行了基因的交換？還是它真的能「看」？研究團隊這次用了塑膠植物給它模仿。塑膠植物沒有基因、也不會釋放揮發性化合物，這樣就可以排除前兩個因素了。結果「變形藤」還是學得維妙維肖，而且，一個月以後，它還學得更像。難道它真的會「看」嗎？只能說這棵藤本植物真是太奇妙了。參考文獻： White J, Yamashita F. Boquila trifoliolata mimics leaves of an artificial plastic host plant. Plant Signal Behav. 2022 Dec 31;17(1):1977530. doi: 10.1080/15592324.2021.1977530. Epub 2021 Sep 21. PMID: 34545774; PMCID: PMC8903786.

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

老葉的植物王國

搜尋此網誌