前人種樹後人乘涼的玉米（maize）

 

圖片來源：維基百科

想像一下，如果你的花園裡的植物不僅能夠自我保護，還能幫助周圍甚至後代的植物對抗土壤中的有毒物質，那會是多麼神奇的事情！這正是科學家們最近在研究玉米時發現的一種自然奇跡。他們發現，玉米根部能夠分泌一種特殊的化學物質，叫做苯并噁唑酮（Benzoxazinoids），這種物質像是一種天然的防毒劑，能夠幫助玉米在含有砷的土壤中更好地生長。

砷是一種在自然環境中廣泛存在的有毒元素，大名鼎鼎的「砒霜」的化學成分就是三氧化二砷。在一些地區，由於過度使用農藥和工業污染，土壤中砷的含量遠遠高於正常水平，這對農作物生長和人類健康都是一大威脅。但是，這項研究顯示，玉米有一種自我保護的能力，可以透過其根系分泌的苯并噁唑酮來減少土壤中砷的毒性。

更令人驚奇的是，當玉米在這樣的土壤中生長後，這塊土地上後來生長的植物也會變得更耐砷，生長得更好。這意味著，玉米植物不僅保護了自己，還能改善土壤環境，讓未來的植物也受益。

科學家是怎麼發現的呢？

他們找到了一個無法合成苯并噁唑酮的玉米突變株bx1。他們將野生種與bx1一起種植在含砷土壤中，結果發現野生型在含砷土壤中的表現更好，株高更高、葉面積較大以及較強的根系生長。

接著，他們想瞭解是否是因為苯并噁唑酮造成的影響。於是他們在土壤中加入了苯并噁唑酮，結果發現在含砷土壤中添加苯并噁唑酮可以部分恢復缺乏bx1的生長，顯示苯并噁唑酮可能透過土壤來提供保護。

另外，他們還發現在有苯并噁唑酮的條件下，土壤和玉米根部的五價砷（AsV）濃度較低，顯示苯并噁唑酮透過改變土壤中砷的形態來減少根部砷的累積。為什麼說五價砷濃度低是好事呢？因為五價砷（AsO₄^3-）化學結構類似於磷酸鹽，比較容易被植物吸收，而吸收後又會被轉化為毒性較強的三價砷，對植物造成傷害，所以玉米根部五價砷的濃度低應該是比較好的事情。

更有趣的是，當研究團隊用種過野生種或bx1突變株玉米的土壤再度種植玉米，結果發現，種在曾經種植過野生種玉米土壤中的玉米，在有砷的狀況下，生長的狀況仍然比種在曾經種植過bx1突變株玉米的土壤中要來得好。這顯示，玉米在某種意義上可以「改善土壤」。

這項研究不僅增進了我們對植物如何與環境互動的理解，還提供了一種可能的解決方案，幫助我們應對農業土壤污染問題，保護糧食安全和人類健康。透過這種天然的方法，我們可以更環保、更可持續地管理我們的農田，這正是科學研究如何幫助我們與自然和諧共處的絕佳例證。

參考文獻：

Caggìa V, Wälchli J, Deslandes-Hérold G, Mateo P, Robert CAM, Guan H, Bigalke M, Spielvogel S, Mestrot A, Schlaeppi K, Erb M. Root-exuded specialized metabolites reduce arsenic toxicity in maize. Proc Natl Acad Sci U S A. 2024 Mar 26;121(13):e2314261121. doi: 10.1073/pnas.2314261121.