老葉的植物王國

H. glutinosa。By Bryan Harry, NPS - http://www.fs.usda.gov/detail/elyunque/learning/nature-science/?cid=fsbdev3_042883, Public Domain, 最近中央研究院發表了一篇論文，透過置入六個外來的基因，在植物中建立了一條新的代謝途徑。在他們的新聞稿中提到「C2 植物」，想必引起許多人的好奇吧！ 我們在學習生物學與植物生理學的時候，通常都會學到C3、C4與CAM植物，但是從沒聽過C2植物，所以到底什麼是C2植物？ 看文章  

萵苣海天牛。By LASZLO ILYES from Cleveland, Ohio, USA - Lettuce Sea Slug, CC BY 2.0,   光合作用聽起來像是植物與藻類的專利，但在自然界中，有些動物不但吃菜，還直接「偷菜」——把藻類的葉綠體保留在自己體內，持續進行光合作用。 其中最有名的大概就是綠葉海天牛，但是最近在萵苣海天牛裡，有了相當驚人的發現！ 看文章

  Chroococcidiopsis thermalis By T. Darienko - https://www.space.com/40898-low-light-bacteria-mars-colonization.html, CC BY-SA 4.0, 在陽光充足的環境中進行光合作用，似乎易如反掌。生活在陰暗裂縫、厚重藻毯底層、或石縫與洞穴中的藍綠菌要怎麼進行光合作用呢？ 最近的研究發現，它們居然是利用紅外光喔！怎麼用？ 看文章

  C. merolae . By ja:User:NEON / User:NEON_ja - Own work, CC BY-SA 3.0,  動物能行光合作用嗎？ 早在十年前我就介紹過兩種可以「借光過日子」的動物： 一種是斑點鈍口螈，牠的胚胎會與綠藻 共生，看起來像一顆顆綠水晶； 另一種是綠葉海天牛，它能夠把藻類的葉綠體「吃」進細胞裡，並維持這些葉綠體存活數月。 最近日本的研究團隊有了突破性的發展：把葉綠體放進倉鼠細胞中！ 看文章

  Galdieria. By Fu H-Y, Liu S-L and Chiang Y-R - Biosynthesis of Ascorbic Acid as a Glucose-Induced Photoprotective Process in the Extremophilic Red Alga Galdieria partita. Front. Microbiol. 10:3005. doi:10.3389/fmicb.2019.03005 (2020), CC BY-SA 4.0,  我們日常生活中的植物，多半是綠色的：有葉綠素、有光合作用能力、以太陽光為能源生存。但是，當天然環境中有可用的有機碳源時，光合作用就一定是最佳選擇嗎？ 最近以單細胞紅藻 G. partita 為對象，進行的研究就發現：其實光合作用的成本頗高！ 看文章

  菟絲子。By Kristian Peters -- Fabelfroh 11:46, 16 September 2007 (UTC) - photographed by Kristian Peters, CC BY-SA 3.0,  植物進行光合作用會產生一些活性氧（自由基），而植物自己會合成抗氧化劑來中和它們。其中一種，就是維生素E。 但是，不需要進行光合作用的全寄生植物呢？它們也會需要維生素E嗎？ 看文章

  DHAP與植物生長的關係。圖片取自 期刊 生物要開始生長，當然是要先確認養分充足才行！通常如我們這些異營生物，只要多吃一點就可以開始生長；但是，在光合自營生物中，細胞如何感知「現在有光、有碳源，可以開始生長了」？這個訊號傳遞過程過去雖有部分了解，但具體機制仍不清楚。 透過研究藻類的代謝，最近終於有了突破！ 看文章

  圖片取自 期刊 植物為了要防止自己曬傷，發展出了一套很複雜的「防曬」，被稱謂NPQ（非光化學淬滅）。 雖然NPQ可以防止植物曬傷，但是當光線變弱時，NPQ若沒有及時關掉，也會影響植物光合作用的效率。 最近有研究團隊，找到了可以快速關掉NPQ的基因，讓植物可以長得又高又壯喔！ 看付費文章

  圖片來源：維基百科 要如何讓農作物可以提生產量？由蓋茲基金會資助了許多科學家們，試著要讓農作物光合作用效率提高。 或許你已經聽過將C3植物改為C4植物，不過，還有將藻類的蛋白核植入植物葉綠體的作法喔！ 看文章

  網紋草。圖片取自 維基百科 網紋草有白有紅（前陣子好像還看到粉紅的），是很受歡迎的盆栽小品。 但是，網紋草有個大秘密喔！ 看文章

  萊氏衣藻。圖片來源： 維基百科 在2024年6月1日，因為台北市教師甄試出題問「光合作用所產生的氧氣來自於什麼」，而答案竟然是逆轉大家認知的二氧化碳之後，就掀起了熱烈的討論。雖然到最後居然是「送分」，但是餘波蕩漾的是，有網友提出，剛剛發表的論文裡面提到，光合作用所產生的氧氣有可能真的來自於二氧化碳。 這當然是相當驚人的說法，畢竟從1931年C. B. van Niel提出假說、到1941年Ruben等人以小球藻（Chlorella）做出實驗到現在，時間也過去了80多年，大家都是這樣相信的，教科書裡面也都是這麼寫。 那麼，論文裡面究竟發現了什麼呢？ 這次作者使用了兩種生物，銅綠微囊藻（ Microcystis aeruginosa ）與萊氏衣藻（ Chlamydomonas reinhardtii ）。他們使用了兩種同位素標記：碳13與氧18。 之所以會選擇這兩種是因為，銅綠微囊藻沒有碳酸酐酶（carbonic anhydrase, CA）活性，但是萊氏衣藻有。因為碳酸酐酶可以快速催化二氧化碳和碳酸氫鹽之間的轉化，讓人們意識到在碳酸酐酶的催化下，植物體內會發生水和碳酸氫鹽之間的快速同位素交換，也就是說，植物行光合作用放出的氧氣有可能最終有一部份是來自於二氧化碳。因此，他們想要知道，到底有沒有這個可能。 他們使用了兩種抑制劑，一種是乙醯唑胺（AZ），直接抑制碳酸酐酶的活性；另一種是DIDS，是一種陰離子通道阻斷劑，用於阻斷碳酸氫鹽透過陰離子通道進入細胞。 結果發現，不論是加哪種抑制劑，銅綠微囊藻與萊氏衣藻在加抑制劑後，對外加的碳酸氫鹽的碳的利用率都提高了。但是卻看不出對氧的利用率有提高的跡象。 他們認為只有碳的利用率提高但氧的利用率沒有提高是不合理的，因此研究團隊提出了一個假說：可能是因為在光合作用過程中，碳酸氫鹽和水之間發生了快速的氧同位素交換。也就是說，碳酸氫鹽中的氧原子迅速地與水中的氧原子交換，導致他們無法追蹤到來自碳酸氫鹽的氧。 如果這個假說為真，那麼光合作用所釋放的氧氣可能既來自於水，也來自於碳酸氫鹽中的氧。他們認為，碳酸氫鹽可能在光合作用的光反應中被光解，釋放出氧氣。這個新的機制挑戰了我們對光合作用的傳統理解，為這個重要的生物化學過程提供了新的見解。 是什麼分解碳酸氫鹽呢？研究團隊認為是OEC（oxygen evolving ...

  圖片來源： 維基百科 說真的，我雖然有時候也會寫一些「老」發現，但是像這樣幾乎每一本生物教科書與植物生理學教科書都會提到的事情，我還真的沒有想過要寫。 事情是這樣開始的。 2024年的6月1日下午，我收到記者的信息，內容如下： 今天北市教甄題目出現「植物行光合作用釋放出氧，氧來自何者？選項有A二氧化碳、B水、C葡萄糖、D空氣中的氧。」但答案是A的爭議，想請問現在能就這個題目跟您進行簡短採訪釋疑嗎？ 我一看之下大驚失色，答案怎麼會是A呢？當然是B。 但是，說話要有證據，於是我就去查了幾本書，再加上網友的協助，最後得到的答案如下： 在1931年時，當C. B. van Niel（1897-1985）觀察光合細菌（包括紫硫菌與綠硫菌）時，因為這兩種細菌利用硫化氫（H 2 S）與二氧化碳為原料，產生元素硫，所以他就提出「光合作用的氧氣來自於水」的假說。  他的假說，在1941年，由Ruben等人以同位素氧18標定的水或二氧化碳確認，光合作用放出來的氧氣是來自於水。 答案是B才對啊！ 所以我就發了一篇短文說明。 沒想到，後來看到的新聞竟然是： 圖片取自顏聖紘老師臉書 只能說真的蠻失望的。然後我點進去看了一下幾個新聞，老師堅持不改，這讓我覺得很失望；但更好笑的是，教育局說他們「尊重專業」，所以老師說不改就不改。 什麼時候，「尊重專業」可以這樣用了？難道Ruben等人的實驗就可以不算？ 於是我就去挖出了Ruben等人的論文。 Ruben等人 (1941) 使用氧的同位素 (O 18 ) 作為追蹤劑，探討了光合作用中氧氣的來源。他們把綠藻 (Chlorella) 懸浮在含有重氧水 (H 2 O 18 ) 和一般碳酸氫鉀 (KHCO 3 ) 的溶液中。實驗結果顯示，釋放出的氧氣中的 O 18 /O 16 比例與水中的比例相同。 另外，當藻類在含有O 18 標記的二氧化碳 (CO 2 ) 和一般的水 (H 2 O) 中進行光合作用時，釋放出的氧氣中並沒有檢測到O 18 。 所以，實驗結果顯示：氧氣來自於水，而不是二氧化碳。 我其實很好奇，北市教甄出題的老師不改答案的理由是什麼？難道他自己做實驗發現氧氣來自於二氧化碳嗎？如果這樣，那可真的是諾貝爾等級的發現，應該趕快聯絡Nature或Science來發表啊！為什麼只有在教甄的答案上發表呢？ 如果是弄錯了，那改一...

  圖片來源： Nat. Comm. 學過光合作用（photosynthesis）的朋友都知道，光合作用分為光反應（light reaction）與碳反應（carbon assimilation reaction，又稱為卡爾文循環 Calvin cycle）。光反應產生能量（ATP，腺核苷三磷酸）與電子（NADPH）提供給碳反應來推動以二氧化碳來合成糖。 到了大學，如果你是科科，還會有機會學到更詳細的：比方說光反應如何調節、碳反應如何調節，才不會產生太多產物。 但是，好像都沒有提到，這兩個部分如何協調？ 最近的研究發現，一個稱為KEA3的運輸蛋白，就是負責協調光反應與碳反應的重要成員。 KEA3位於類囊體膜（thylakoid membrane）上，負責將類囊體腔（thylakoid lumen）中的氫離子（H + ）運出類囊體，同時會運入一個鉀離子（K + ）。在強光下，植物吸收的光能超過了其光系統所能使用的量，這會導致反應中心的過度活化和氧化壓力，從而損害光合作用蛋白質和其他細胞組分。這時候，KEA3會失去活性，來維持或增加葉綠體膜內外的質子濃度差，以增強非光化學淬滅（NPQ）過程，有助於保護光合作用成員免受過量光能的損害。當光照強度降低時，需要快速降低NPQ來恢復光合作用的效率，這時KEA3的活性會被重新啟動，透過促進質子出類囊體膜，幫助迅速降低NPQ，從而增加光合作用的光能利用效率。 最近的研究發現，KEA3的C端能夠感知葉綠體基質的pH變化（即氫離子濃度），並根據這些變化調節其活性。 要證明KEA3的C端能夠感知葉綠體基質的pH變化，首先要能證明了KEA3的C末端暴露於葉綠體基質。研究團隊利用自組裝綠色螢光蛋白系統（saGFP系統）來確定KEA3的C端位置。當KEA3的C端與特定於葉綠體基質的saGFP片段出現在相同位置時，會產生螢光信號，而他們也確實觀察到了螢光信號。這證明了KEA3的C末端暴露於葉綠體基質，這是其能感知pH變化的先決條件。 然後，他們比較野生種和缺乏KEA3C端的植物發現，缺少C端的植物在從暗轉移到高光條件時，其光合作用速率的增加速度更快。這意味著C端在KEA3的活性調節中有著重要作用，尤其是在光照條件迅速變化時，能保護光系統免受損傷。 另外，研究團隊也透過過度或抑制KEA3蛋白的表現，發現KEA3的活性直接影...

  萵苣的類囊體。grana就是堆疊的型態。 圖片來源： 維基百科 由於植物不會像動物一樣地動來動去，常常讓人以為植物是完全靜止的。所以對於因為某些原因而陷入靜止狀態的人，我們稱呼他們為「植物人」。 其實，對植物稍有瞭解的人一定知道，植物沒有「完全不動」！只有死翹翹的生物才會完全不動好嗎！就算不討論晚上，白天時植物可是忙得很呢！ 植物白天時忙著進行光合作用，依照光的強度，類囊體膜（thylakoid membrane）會時而堆疊、時而散開，而光系統II更是每90分鐘就要重組一次，因為D1蛋白質只能維持90分鐘的壽命。 最近有一個研究，更進一步地去解讀植物類囊體的神秘舞蹈。 研究團隊用了阿拉伯芥（ Arabidopsis thaliana ）作為研究材料（沒辦法，它太好用了），除了野生型，還加入了兩個雙突變株： stn7stn8 以及 pph1pbcp 。使用這兩個雙突變株是因為， stn7stn8 雙突變會使植物失去能把捕光複合體II（LHCII）的蛋白質磷酸化的能力，造成類囊體膜永遠都會呈現堆疊的狀態；而 pph1pbcp 雙突變則會使植物失去能把捕光複合體II（LHCII）的蛋白質去磷酸化的能力，造成類囊體膜永遠都會呈現不堆疊（散開）的狀態。 然後，他們使用凍裂冷掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡觀察膜區域。另外，他們還採用了PAM (脈衝幅度調變) 光合作用螢光測量技術。這種技術能夠在不破壞樣品的情況下測量植物葉綠體中的光合作用效率和電子傳輸速率。通過測量不同光照條件下的螢光參數，如最大和最小螢光、可變螢光以及螢光淬滅，研究人員能夠推斷LET和CET的相對活性。 研究團隊發現： 在黑暗中，植物的類囊體膜是堆疊的。這種堆疊結構有助於在沒有光照時保護類囊體膜結構，並在光照條件下迅速調整以最佳化光合作用；而 pph1 pbcp 雙突變株的類囊體確實呈現非堆疊狀態，意味著這些突變株在光合作用的調控上被鎖定在類似光照條件下的狀態。在完全沒有光的情況下光反應並不會進行，但是在低光照下或是光照與黑暗交替時，植物類囊體膜的構造和功能調整，以最佳化光合作用效率，包括對CET的依賴以保護植物免受光損害並穩定內部ATP/NADPH的平衡，所以這時候CET的活性「相對」較高。。 在光照下，類囊體膜展現非堆疊結構，使得PSI與PSII之間的距離變遠。這種結構調整有...

  圖片來源：Nature 植物的光合作用（photosynthesis）是地球上最重要的反應，而在植物中，這個反應是在類囊體（thylakoid）中進行。 當然，在類囊體出現之前，已經有光合作用了；那時候應該是一些類似藍綠菌（cyanobacteria）的生物，將自己的細胞膜折疊成類似的構造？至於類囊體什麼時候出現，基於分子鐘和系統發育分析得來的推測，估計在大約27億到20億年前。 之前的化石發現最早的葉綠體結構出現在大約5.5億年前。最近比利時的列日大學（University of Liège）的發現，將最早葉綠體的化石年代往前推了至少12億年。 研究團隊分析來自澳大利亞麥克德莫特地層（McDermott Formation）和加拿大草原灣地層（Grassy Bay Formation）的Navifusa majensis微化石。 研究團隊使用了穿透式電子顯微鏡。他們觀察了未染色的樹脂嵌入樣本，重點是尋找與光合作用相關的超微結構，尤其是類囊體。 研究團隊觀察到一組具有明顯較暗邊緣的細胞膜，這些被解釋為類囊體。他們詳細分析了這些膜的排列方式和結構特徵，以確認其與現代葉綠體的相似性。 研究團隊觀察到的結構具有以下特點： 在穿透式電子顯微鏡（TEM）下觀察到的細胞膜呈現出明顯較暗的邊緣。這些細胞膜由一層中等電子密度的層與兩層高電子密度的層所組成。這些細胞膜在不同的樣本中呈現出不同的排列方式。在一些樣本中，它們平行於細胞壁排列，而在其他樣本中則呈現出局部扭曲的排列。 這些膜的厚度範圍在10到20奈米之間。細胞壁由一層透光層和一層薄的電子密集層組成，總厚度可達70奈米。 為了做進一步確認，研究團隊將發現的結構與現代藍綠菌和其他光合生物的葉綠體結構進行了比較，以進一步支持他們的結論。 化石中觀察到的結構與現代類囊體具有顯著的相似性，這支持了其作為有氧光合作用證據的解釋。這些比較和分析的結果對於理解早期地球上葉綠體的出現和發展具有重要的科學意義。 參考文獻： Demoulin, C.F., Lara, Y.J., Lambion, A. et al. Oldest thylakoids in fossil cells directly evidence oxygenic photosynthesis. Nature (202...

  葉片內旋的番茄。圖片來源： OSU 乙烯（ethylene，分子式C 2 H 2 ）是唯一以氣態形式存在的植物六大賀爾蒙。它的發現可以回溯到二十世紀初。 乙烯在許多植物生長和發育方面都具有調節作用，包括光合作用。過去的研究顯示，乙烯對光合作用有複雜的調節作用，但這些研究並未提供一個明確的事件序列或作用模式來解釋乙烯是如何控制光合作用的。此外，大多數這些研究是在乙烯感知和信號傳遞突變體上進行的，這不能顯示乙烯的實際動態效應。因此，最近的研究便利用生理、生化和分子（RNA-和ChIP-seq）實驗組合來解析乙烯對光合作用的時間動態，以更全面地理解乙烯如何影響光合作用。 研究團隊進行了一系列實驗來研究乙烯對番茄光合作用的影響，包括： 1. 使用自動乙烯注入系統來監測年輕番茄植物的生理、生化和分子反應，並進行時間序列的RNA序列分析，以探討乙烯對光合作用活躍葉片的影響。 2. 對番茄進行不同濃度（0.1-2 ppm）的乙烯處理，以確定乙烯對植物CO 2 消耗的影響。 3. 觀察乙烯（1 ppm）處理後的葉片內旋和冠層覆蓋的變化，尤其是對老葉和年輕葉的影響。 4. 使用EBS:GUS（EIN3結合位點）報導基因系統來評估乙烯在組織特異性上的作用。對黑暗生長的幼苗和經過不同時間乙烯處理的年輕植物進行GUS染色分析。 5.對經乙烯處理的最大光合活躍葉片（第4葉）進行時間序列RNA序列測定，以分析乙烯調控的動態轉錄事件。 6. 透過RNA序列數據分析乙烯對葉綠素生物合成、光反應、Calvin循環基因的影響。 7. 分析乙烯對糖解作用、三羧酸循環和GABA分流的影響。 8. 透過轉錄組學數據分析乙烯如何透過正反饋機制調控其自身的生物合成和信號傳遞途徑。 9. 進行ChIP-sequencing實驗，以確定乙烯主要轉錄因子（如EIL1）直接調控的基因。 這些實驗結合生理、生化、分子生物學和基因組學方法，全面地揭示了乙烯如何在不同階段調控番茄植物的光合作用。 研究團隊發現，乙烯在番茄中引發劑量依賴性的光合作用抑制。這個過程可分為三個階段：首先，乙烯處理初期，會發生葉片向下彎曲（葉片內旋）和氣孔導度下降，導致光合作用減弱；其次，由於可利用碳水化合物的減少，植物能量代謝調整，利用脂質和蛋白質作為替代基質；最後，在長期持續暴露於...

  LHCII。圖片來源： 維基百科 如果說光合作用（photosynthesis）是世界上最重要的反應，這句話一點也不過份。畢竟，所有的生物都依賴植物，而植物依賴光合作用來合成一切。 光合作用又分為光反應（light reaction）與卡爾文循環（也稱為碳反應，Calvin cycle）。光反應主要就是吸收光能並轉化為化學能（ATP，腺核苷三磷酸）與電子。 光反應中，吸收光能的成員有兩個光系統（photosystems，PS）與兩個捕光複合體（light-harvesting systems，LHC）。光系統負責捕捉光能，並啟動光反應；捕光複合體則是協助光系統捕捉光能。 而其中的LHCII是植物光合作用系統中最豐富的膜蛋白質複合體。它的主要位於葉綠體的類囊體膜中，由多種蛋白質和色素分子（如葉綠素和類胡蘿蔔素）組成，形成一個高度有序的複合體。 LHCII的主要功能是捕獲太陽光能量並將其轉換為化學能。它吸收光子並將激發能傳遞給光系統II（PSII）的反應中心，促進水分子的光解並釋放氧氣。 LHCII不僅是光能的捕獲者，還參與調節植物對光環境的適應。它在非光化學淬滅（NPQ）過程中起著重要作用，這是一種保護機制，用於在強光條件下避免對光合作用系統的損害。 LHCII的組裝和聚集狀態可以根據光照強度和其他環境因素進行動態調節。在不同的環境條件下，它會通過改變其聚集狀態來調整對光能的捕獲和利用效率。過去的研究發現，在高光照狀況下，光反應的電子傳遞鏈趨於飽和，使還原態的質體醌（PQH 2 ）累積，活化捕光複合體II激酶（LHCII protein kinase）。LHCII激酶活化後便會去磷酸化LHCII，使其離開光系統II。捕光複合體II離開光系統II後，傳遞至光反應電子傳遞鏈的電子減少，PQH 2 慢慢減少，減少到一定程度後便會活化LHCII磷酸酶（LHCII phosphatase），讓捕光複合體II回來。 LHCII也參與類囊體膜的組織結構，協助確保有效的能量轉移和光合作用的最佳化。 總而言之，LHCII是一個多功能的蛋白質複合體，對於植物的光合作用和對光環境的適應非常重要。 最近的研究報告探討了植物細胞膜中光合作用的主要捕光複合體（LHCII）的聚集現象。研究團隊通過單分子測量、LHCII蛋白質脂質體（proteoli...

  Synechococcus. 圖片來源： 維基百科 藍綠菌（cyanobacteria）是一群格蘭氏陰性的微生物，生活在池塘裡。它們因為有光合色素，所以可以進行光合作用。與高等植物不同的是，藍綠菌可以生活在比較不那麼舒適的環境下。 最近這些年，藍綠菌變得比較熱門，主要是因為可以利用它們來製造生質能源。透過許多人的努力，也已經建立了一些可以轉殖以及製作突變藍綠菌的方法。 最近有一個研究，筆者推測研究團隊應該是對乙醯轉移酶（acetyltransferase）有興趣，但是卻誤打誤撞踩進光合作用的領域裡。 怎麼說呢？因為研究團隊是先用相似性搜尋，把藍綠菌Synechococcus sp. PCC 7002裡面的離胺酸乙醯轉移酶（KAT，lysine acetyltransferase）都找出來，然後再測試這些基因，看它們所產製的蛋白質有沒有KAT活性。 其中有一個，一開始被稱為A1596，不論在細胞裡或在試管裡，都有KAT的活性。於是他們就感興趣了，接著看看這個基因（被改名為cGNAT2，Gcn5-related N-acetyltransferase）到底會乙醯化什麼蛋白質。 序列分析發現藍綠菌裡面有548個蛋白質都可能會被它乙醯化。這麼多當然不可能全中，但是其中有一個基因是NAD(P)H dehydrogenase J（NdhJ）。 進一步的測試發現cGNAT2在細胞裡面也會乙醯化NdhJ。NdhJ在藍綠菌裡面負責許多功能，包括光合作用的電子傳遞（從水到NADP＋）與光呼吸作用，可能還參與了光保護作用（photoprotection）以及二氧化碳固定。研究團隊發現，當NdhJ被乙醯化（乙醯化的位置在第89個胺基酸「離胺酸」）以後，它的活性會下降。 那麼，如果沒有了cGNAT2，NdhJ就不能被乙醯化，會發生什麼事呢？ 研究團隊就把cGNAT2這個基因給砍掉了，然後來看看這樣的藍綠菌會怎麼樣。 結果發現，少了cGNAT2的藍綠菌長得慢，而且本來這個藍綠菌在提供光源又給外部碳源（如甘油）的狀況下可以長得蠻快，但是缺少了cGNAT2的藍綠菌，即使又有光又有甘油，它還是長得很慢。 所以，總而言之，這個離胺酸乙醯轉移酶cGNAT2與光合作用有關，而過去在研究高等植物的光合作用時，並沒有發現乙醯化這種轉譯後調控（pos...

  圖片來源：ChatGPT 藍綠菌（cyanobacteria）是一種類似植物的細菌，能進行光合作用。如果你曾在湖泊、池塘、溪流和河流看見過藍綠色的薄膜，那可能就是藍綠菌了。 藍綠菌雖然在生物分類上屬於細菌（具體是藍綠細菌門），但是它們與一般細菌有所不同，因為它們可以進行光合作用，類似於植物。這是藍綠菌的一個非常重要的特徵，因為它使它們能夠利用太陽光能，將水和二氧化碳轉化為氧氣和有機物，從而對地球的氧氣供應和生態系統有重大影響。雖然藍綠菌因為光合色素與高等植物不同，所以它們利用的光波波長也不同（那就是為什麼它們的顏色看起來是「藍綠」色的），但這讓藍綠菌在利用光能上更可以與高等植物互補。 科學家最近在研究藍綠菌時發現了一個有趣的現象：當 Leptolyngbya frigida 這種藍綠菌與粉紅粘帚霉（ Clonostachys rosea ）共生時，它們能形成更大的生物膜，並提高光合效率。  藍綠菌 Leptolyngbya frigida ，它們在一個含鋅的工業廢棄地附近的溪流中自然形成生物膜。 Leptolyngbya frigida 屬於細鞘絲藻屬，有時會與粉紅粘帚霉形成共生關係，產生生物膜。研究團隊對這個現象感到好奇，於是在實驗室中將它們一起培養。結果發現，與單獨培養的藍綠菌相比，這種共生體系的生物膜大了幾乎一倍，且在光合作用上表現更好。 具體來說，當藍綠菌和真菌一起生長時，它們產生的氧氣量與吸收的二氧化碳量都增加了將近一倍。這意味著這種共生體系對於減少大氣中的二氧化碳（一種溫室氣體）可能有積極的作用。此外，這種共生關係還可能是地衣形成的初期階段，地衣是一種由真菌和藻類或藍綠菌共生形成的生物。 這項研究不僅提供了關於微生物間相互作用的新知識，而且對於環境保護和生物工程應用（比如開發新的生物除污技術或提高農作物的生長效率）也具有重要意義。 參考文獻： Turnau et al., Fungal symbionts impact cyanobacterial biofilm durability and photosynthetic efficiency, Current Biology (2023), https://doi.org/10.1016/j.cub.2023.10.056

  圖片來源：維基百科 最近介紹了一篇 研究 ，提到以阿拉伯芥（ Arabidopsis thaliana ）為模式，偵測不到保衛細胞進行光合作用；沒想到才過不了多久，同樣以阿拉伯芥為模式的研究，就推翻了前面的結論。 在這篇研究中，研究團隊以合成澱粉能力大幅降低的突變株，或是不具有糖運輸蛋白的突變株來進行偵測。結果他們發現，保衛細胞還是能進行一點光合作用的，因為不具有糖運輸蛋白的突變株仍能合成澱粉。保衛細胞可以用自己光合作用所產生的糖，或是從葉肉細胞（mesophyll）進行光合作用所產生的糖，來合成澱粉。 研究團隊發現合成澱粉能力大幅降低的突變株，在一天的上半天（開始照光後六小時內）無法合成澱粉，顯示在上半天植物主要是利用自己光合作用所產生的糖來合成澱粉；而不具有糖運輸蛋白的突變株則是在一天的下半天無法合成澱粉，顯示在下半天植物主要是從葉肉細胞運入糖來合成澱粉。讓研究團隊驚訝的是，兩者都缺乏的雙突變株，竟然還能合成少量澱粉！研究團隊嘗試著將合成澱粉的基因與運輸糖的基因以基因沉默的方式關掉，結果轉殖植物直到開始照光後九小時，才有少量澱粉的合成，這意味著植物可能還有其他的機制在保衛細胞中合成澱粉。這其實也不意外，畢竟澱粉的合成對保衛細胞的行動（連結到氣孔的開閉）很重要，若植物中有其他的路徑來做為備份，也是意料之中。 對照之前的研究成果，讀者們可能會說：怎麼在同一種植物裡面有截然不同的發現呢？其實科學原本就是很難定於一尊，我們永遠都在努力發現真理的路上，所以也只能說：大家繼續努力吧！ 參考文獻： Sabrina Flütsch, Daniel Horrer, Diana Santelia, Starch biosynthesis in guard cells has features of both autotrophic and heterotrophic tissues, Plant Physiology, 2022;, kiac087, https://doi.org/10.1093/plphys/kiac087