老葉的植物王國

  二葉樹。由 Thomas Schoch - own work at http://www.retas.de/thomas/travel/namibia2003/index.html (photo located at [1]), CC BY-SA 3.0,  在納米比亞與安哥拉交界的超乾燥沙漠中，有一種被譽為「活化石」的奇異植物：二葉樹（。這種植物一生僅長出兩片葉子，自胚芽萌發後便不斷生長，並隨時間捲曲、破裂，形成極具特色的「抹布」外觀！ 這樣的植物，也在根部豢養了一群小伙伴幫它工作，但是這些小伙伴卻不是都一樣的喔！ 看文章

  根圈。圖片來源： 維基百科 從古到今，人類不斷透過不同的育種手法來使作物提高產量、增強抗病能力、改變風味與口感。我們有「甜得要刷牙」的水果、有紫到發黑的青花菜、有快速成長的菠菜...但是，這些作物，只有這些特性改變嗎？還是牽一髮而動全身，其他的部分的特性也悄悄改變，只是我們沒有覺察到而已？ 最近的一個大麥根圈（rhizosphere）的研究，對我們來說可說是一個提醒。 研究團隊研究了兩個品系的大麥：Chevallier與Tipple。其中Chevallier是古老的品系，而Tipple則是現代品系。 他們分析了這兩個品系大麥根圈的微生物後發現，Tipple的根圈中發現的假單胞菌（ Pseudomonas ）與草酸桿菌科的 Massilia 顯著較多，而Chevallier的根圈中則以 Massilia 和熱酸菌屬（ Acidothermus ）較多。 至於真菌，在Chevallier的根圈中， Saitozyma 和 Goidanichiella 比較多，而在Tipple的根圈中，真菌群落的組成與未種植的土壤非常相似，顯示Tipple可能較少影響其根圈的真菌組成。 植物根圈的微生物，常常都是受到植物根部分泌的物質吸引而來。既然微生物種類有差別，是不是因為這兩種品系的大麥的根分泌的物質不一樣的關係呢？ 透過GC-MS分析，研究團隊發現Tipple和Chevallier的根系分泌物在化學組成上存在顯著差異。Tipple分泌更多的六碳糖（如果糖和葡萄糖），這可能是其能夠吸引更多 Pseudomonas 的原因。 總而言之，因為兩個品系的差異，影響到它們根部分泌物也不同，最後導致根圈微生物也不同；這意味著，不只是耕作與施肥，人類也因為種植不同品系的農作物，對土壤進行了改變。 參考文獻： Pacheco-Moreno A, Bollmann-Giolai A, Chandra G, Brett P, Davies J, Thornton O, et al. (2024) The genotype of barley cultivars influences multiple aspects of their associated microbiota via differential root exudate secretion. P...

自然界的木黴菌。圖片來源： 維基百科   木黴菌（ Trichoderma ）是一類廣泛存在於土壤中的真菌，具有許多對農業特別有益的特性，因此成為科學研究的熱點。過去的研究發現，木黴菌可以做為一種生物防治劑，能夠抑制多種植物病原真菌和其他微生物的生長，減少對化學農藥的依賴，從而有助於環境保護和持續農業的發展。 另外，一些木黴菌能夠促進植物的生長和發育，例如透過增強植物對營養的吸收或者增強植物的抗逆性能。 再者，木黴菌在自然和農業生態系統中扮演著重要角色，它們參與土壤的有機質分解和營養循環過程，對維持生態系統平衡至關重要。 最近，有一個印度的研究團隊，對印度南部拉賈斯坦邦作物根際區內的木黴菌的遺傳多樣性以及其對於三種土壤傳播植物病原真菌的拮抗特性進行了探討。研究團隊分析了16種作物的根圈土壤樣本，並從中鑑定出60個木黴菌株。這些菌株分屬於11個不同的物種，包括臍孢木黴菌（ Trichoderma brevicompactum ）、非洲哈茨木黴菌（ T. afroharzianum ）等，其中以臍孢木黴菌最常見。 這些菌株對於白绢病菌（ Sclerotium rolfsii ，會導致腐霉病）、立枯絲核菌（ Rhizoctonia solani ，會導致根腐病）和輪枝鐮刀菌（ Fusarium verticillioides ，會導致黃萎病）都有強烈抑制效果，尤其是非洲哈茨木黴菌 BThr29表現出強大的抑菌活性，並在番茄上顯示出對上述病原菌的顯著防治效果。 在這三種病原真菌（白绢病菌、立枯絲核菌和輪枝鐮刀菌）中，非洲哈茨木黴菌 BThr29對輪枝鐮刀菌的抑制效果最佳，達到了高達89.5%的最大抑制率。 相比之下，對白绢病菌的抑制率為74.8%，而對立枯絲核菌的抑制效果也很顯著，達到了84.8%。這顯示非洲哈茨木黴菌 BThr29是一個具有廣泛抗真菌活性的木黴菌株，尤其在對付輪枝鐮刀菌時表現出了極高的效果。這使其成為開發生物防治劑的良好候選菌株。 這項研究強調了作物根圈內木黴菌的生物防治潛力，並指出利用這些本土菌株開發生物防治劑的可行性，這對於開發有效的生物防治策略具有重要意義。或許，台灣也可以找找看有沒有本地的木黴菌有類似的功能！ 參考文獻： Jambhulkar, P.P., Singh, B., Raja, M. et al. Gen...

  圖片來源： 維基百科 芥菜（ Brassica juncea ）是很受亞洲人歡迎的蔬菜。芥菜有個特別的辛辣味，依栽培種而有程度上的不同。 芥菜的辛辣味主要來自於「硫代葡萄糖苷」（glucosinolates），這是一種次級代謝物，在組織破裂時會分解產生帶辛辣味的化合物，做為植物的防禦系統。 最近的研究探討了土壤微生物群落（細菌和真菌群落）對芥菜種子風味化學的作用。由於已知土壤微生物群落對各種植物特性有所影響，先前的研究也顯示，一些細菌和真菌群體可能透過影響植物的次級代謝產物合成途徑來調節硫代葡萄糖苷的產生。例如，某些根圈細菌和真菌能夠影響植物的防禦反應，進而影響葡萄糖苷的合成。葡萄糖苷是植物產生的一類含硫次級代謝產物，具有抗微生物和抗昆蟲的作用。 研究團隊假設根圈微生物群落的差異會導致種子風味化學（即葡萄糖苷含量）的差異。他們在溫室中將不同的土壤微生物群落引入到在其他方面環境一致的芥菜盆栽中。在植物生命週期結束時，研究團隊分析了根圈和根部微生物群落，並分析芥菜種子的化合物（硫代葡萄糖苷）。 研究團隊發現根圈微生物群落組成與種子中主要葡萄糖苷（allyl）濃度之間的聯繫。此外，研究確定了預測種子allyl濃度的特定根圈物種，並確定了細菌功能基因，特別是與硫代謝有關的基因。 研究團隊發現，有五類根圈微生物群體與芥菜種子中葡萄糖苷（主要是allyl葡萄糖苷）含量的變化有正相關，它們是被孢霉屬（ Mortierella ）、 黃單胞菌目（ Xanthomonadales ）, 假單胞菌目（ Pseudomonadales ）, Pedosphaerales , Proteobacteria。其中被孢霉屬是真菌，其他四種都是細菌。 至於哪些基因的表現會對硫代葡萄糖苷的合成有影響呢？研究團隊測試了12個基因，結果都有影響。 透過這些測試，研究團隊初步確定了有哪些菌對於芥菜合成硫代葡萄糖苷有正面的影響。後續需要更多的研究來進行進一步的探討。 參考文獻： Walsh, C., Vanderburgh, C., Grant, L., Katz, E., Kliebenstein, D.J. and Fierer, N. (2024), Microbial terroir: associations between soil microbiomes a...

  植物的根圈。圖片來源：ChatGPT 聽過「根圈」嗎？「根圈」（Rhizosphere）是指緊鄰植物根部（大約1 mm）的土壤區域，這個區域在生態學和植物生理學中非常重要。根圈的特點是它受到根部分泌物（mucilage）的直接影響，這些分泌物包括各種碳水化合物、有機酸、糖類、氨基酸、植物激素等。這些分泌物不僅影響土壤的化學和物理性質，還影響了根圈中微生物群落的組成和活動。 根圈是微生物活動的熱點。植物根部分泌的物質為土壤微生物提供營養，從而在根圈中形成了一個高度活躍的微生物社區。根圈也是植物獲取水分和營養的主要場所。根圈中的微生物活動可以影響土壤的結構和肥力，例如通過分解有機物質和改變土壤顆粒的聚合狀態。根圈中的微生物與植物根部進行廣泛的互動。一些微生物對植物有益，如促進植物獲取營養、增強植物對病原體的抵抗力等。相反，也有一些可能對植物產生病害的微生物。 不論這些微生物對植物有益或有害，對植物來說他們都是「外人」。植物要如何維持與外人之間的互動：容忍他們，以獲取更多的養分？ 最近發表在《自然植物》（Nature Plants）期刊上的研究，解答了一部分的謎題。 研究團隊在阿拉伯芥（ Arabidopsis thaliana ）裡發現了一個關鍵基因 PSKR1 （ PHYTOSULFOKINE RECEPTOR 1 ）的作用。 這個基因在植物與根圈微生物間的互動中扮演著重要角色。研究團隊發現，當 PSKR1 基因發生突變時，植物對根圈微生物的防禦反應過於強烈，從而抑制了其自身的生長。研究團隊使用了發生點突變，導致其第914位胺基酸由蘇胺酸（threonine）變為白胺酸（leucine）的 PSKR1 基因​​。這種特定的胺基酸改變，造成PSKR1蛋白的結構與功能受到影響，導致植物對根圈微生物的過度防禦反應。 什麼樣的反應呢？研究團隊觀察到，與正常阿拉伯芥相比， PSKR1 突變體（ pskr1-3 ）在根部對水楊酸（SA）處理產生了較高的反應。另外，比較野生型阿拉伯芥（ Col-0 ）、 pskr1-3 突變體和過表達 PSKR1 的植物（35S::PSKR1-GFP）的轉錄體，發現由根部SA處理誘導的基因在 pskr1-3 突變體中被表現量上升，但在過表達 PSKR1 的植物中則被抑制。再者，當 pskr1-3 突變體在存在 P. f...