老葉的植物王國

  圖片作者：NotebookLM 最近這些年，「微生物體」已經成了顯學；而植物微生物體更是被發現對植物的生長、發育乃至對病原菌的抵抗力都有關。 但是，過去對植物微生物體的研究，大多聚焦於葉片與根部；至於種子是否有微生物體，以及種子微生物體的研究並不多。 最近有個研究，就針對種子微生物體，超有趣的！ 看文章

  圖片作者：ChatGPT 你知道嗎？植物跟我們一樣，會「記住」自己曾經住過的土地。 有些記憶讓它長得更好，有些卻讓它越來越虛弱。這種現象，科學家稱作「植物—土壤回饋」。最新研究指出，如果人類懂得善用這種自然機制，就有機會讓農業更永續、少用農藥與肥料，還能對抗氣候變遷。 看文章

  圖片來源： 維基百科 植物從登陸以來，就一直與微生物密切合作。植物分泌化學物質吸引相關微生物，而微生物提供植物需要的物質。 但是，育種讓植物的生理改變，也影響到了微生物，這使得植物需要更多的養分、也更容易被病菌入侵。 最近有研究團隊提出，透過育種，讓植物不僅可以兼顧產量，也可以召喚那些微生物老伙伴回來；讓植物需要少一點肥料、多一點抗性，豈不美哉？ 看文章

  二粒麥。圖片取自維基百科 馴化對農作物的影響是全面性的。 這個研究 發現，馴化改變了作物的特性，接著作物影響了土壤裡的微生物。

  台大種植的野生稻。圖片來源：維基百科 馴化改變了作物的許多性狀，也影響到它們的根，使得作物與微生物的互動產生變化。 不只是 大麥 ，連 水稻 也是。

  圖片來源： 期刊 大家現在對「微生物體」（microbiome）都已經耳熟能詳了，不論是動植物，體表都有一群微生物與我們共生，保護我們、產生我們需要的養分。對植物來說，這些微生物的角色更加複雜，只要聽過「樹聯網」（wood wide web）的人，應該都能同意我的說法。 最近美國加州大學河濱分校的研究，更進一步證明了微生物體對植物有多重要。 相信大家都知道葡萄酒與茶這些飲料有所謂的「風土條件」吧！不同地區生產的葡萄酒與茶，會有不同的風味。就拿我最愛的白茶來舉例，不同的產區喝起來味道也不相同。 有些人會說這是因為土壤中的礦物質的緣故，但是再以茶來舉例，同一個產區的茶，不同的季節也會有不同的風味。 所以，茶的風味應該不只是土壤中的礦物質吧？懷抱著這樣的想法，美國的研究團隊來到中國的武夷學院，從357種茶裡面挑選了17個茶樹品系作為研究對象，這些品系的茶胺酸（theanine）含量各不相同，包括肉桂（Rougui, RG）、大紅袍（Dahongpao, DHP）、福建水仙（FujianShuixian, FJSX）、白雞冠（Baijiguan, BJG）、中茶302（Zhongcha302, ZC302）、碧雲（Biyun, BY）、紫玫瑰（Zimeigui, ZMG）、安吉白茶（Anjibaicha, AJBC）、龍井43（Longjing43, LJ43）、佛手（Foshou, FS）、正和大白（Zhenghedabai, ZHDB）、堅柏黃（Jianbohuang, JBH）、南江1號（Nanjiang1, NJ1）、雲康10號（Yunkang10, YK10）、鐵觀音（Tieguanyin, TGY）、毛蟹（Maoxie, MX）和書茶早（Shuchazao, SCZ）。 研究團隊收集了春秋兩季的根與葉樣本，分析之後發現，秋季的樣本茶胺酸含量較高。由於茶胺酸是影響茶葉風味的重要因素，所以接著他們從高茶胺酸品系中挑選了肉桂、低茶胺酸品系中挑選了毛蟹做進一步的測試。 分析這兩個品系秋季的根部微生物體後發現，肉桂的微生物體多樣性高於毛蟹。其中叢毛單胞菌科（Comamonadaceae）、莖桿桿菌科（Caulobacteraceae）、伯克霍爾德氏菌科（Burkholderiaceae）、根瘤菌科（Rhizobiaceae）、Haliangiac...

  菜豆。圖片來源：維基百科 想像一下，我們和微生物是同居的好朋友：它們像是我們身邊的隱形守護者，幫我們製造維生素、保護我們不受壞菌侵擾。反過來，我們也給它們提供生活的養分。 科學家最近發現，住在一起的人，他們體內的微生物會有點像。那麼，那些與我們朝夕相處、被我們馴化的植物，它們的微生物會不會因為我們而有所改變呢？ 為了找答案，研究小組決定探索植物馴化對植物微生物的影響。他們想知道，植物馴化過程中選擇的特定植物特徵是否會讓植物微生物的組成發生變化。他們特別對鈣和鎂這兩種元素感興趣，因為它們對細菌的生存至關重要。 研究小組做了一系列實驗，他們在哥倫比亞的農業研究中心收集了菜豆和皇帝豆的種子，然後分析了這些種子裡的微生物。結果發現，不同地方馴化的植物，它們種子裡的微生物群落會有一些共通的特徵。這讓我們更了解馴化如何影響植物微生物，也可能幫助我們用微生物來改善農業生產。 研究發現，馴化讓種子裡的鈣含量降低，這影響了植物的多樣性。而且，馴化還帶來了特定的微生物群落變化，包括變形菌門、厚壁菌門和擬桿菌門都增加了。這些變化不僅在種類上，也體現在微生物的功能上，比如它們的代謝途徑。 綜合這些分析，研究小組發現馴化對種子微生物群落有一致的影響，並且這影響與馴化過程中選擇的特定植物特徵有關。他們希望這項研究能幫助我們更好地預測和改變馴化植物微生物群落的組成，以改善植物的健康和生產力。 研究小組專注於種子，因為種子直接受到了重要農業特徵的選擇影響。但他們也指出，要全面了解馴化的影響，未來的研究需要評估不同植物部分的效果，以及種子細菌群落的變化是主要與種子特徵相關，還是也與其他部分相關。這些發現對我們未來如何使用微生物來改善農業生產有很大的啟發。 想瞭解更多嗎？請看 完整版 或直接看論文   參考文獻： Soldan et al., Consistent effects of independent domestication events on the plant microbiota, Current Biology (2024), https://doi.org/10.1016/j.cub.2023.12.056

  菜豆。圖片來源：維基百科 我們都知道，不論動植物都有「微生物體」（microbiome）：它們與我們一起生活、保護我們、合成維生素給我們，我們也提供它們它們生活需要的養分。 近年來的研究發現，住在一起的人的微生物體會比較像。那麼，跟我們在一起、被我們馴化的植物，它們的微生物體會不會有什麼改變？ 為了回答這個問題，研究團隊選擇研究馴化對植物微生物群落的影響，他們想探討植物馴化是否對植物微生物體的組成產生了變化。他們認為這些變化可能獨立於具體的馴化事件，並且可能與馴化過程中選擇的植物特徵有關。這項研究的目的不是找到植物表現型和微生物成員之間的因果關係，而是找到獨立的馴化效應對植物微生物體的影響證據。 研究團隊特別關注鈣和鎂的含量，因為這兩種元素對細菌孢子的形成、細菌膜和細胞壁的完整性以及抗菌性都很重要。此外，這兩種陽離子在種子中的微生物生存中有重要的作用，特別是在調節滲透壓方面。 為了證明馴化如何影響植物微生物群落的組成，研究團隊進行了一系列實驗。他們針對在哥倫比亞國際農業研究中心 （CGIAR-CIAT）戶外種植的菜豆（ Phaseolus vulgaris ）的不同亞群體進行了種子微生物群落的採樣和分析。研究共分析了70種不同基因型植物的種子微生物群落。 研究結果顯示，獨立的馴化事件導致了在不同地理位置獨立馴化的植物群落中類似的種子細菌群落特徵，這些特徵部分可以用選擇共同馴化植物表現型來解釋。此外，這些發現為了解植物馴化對植物微生物群落的影響提供了途徑，並可能應用於農業微生物應用中，以改善植物健康和生產力。 研究團隊發現，在菜豆與皇帝豆（ P. lunatus ）中進行的多個獨立馴化事件中，植物馴化對種子微生物群落組成和豐度有一致的影響。 種子細菌群落的變化與在馴化過程中選擇的植物特徵有關，如鈣（Ca）和鎂（Mg）濃度的變化。 他們發現，馴化過程引入的微生物群落特徵主要包括屬於變形菌門（Proteobacteria）、厚壁菌門（Firmicutes）和擬桿菌門（Bacteroidota）的成員。 馴化導致的細菌群落組成和豐度的變化在功能層面上有所反映，表現在細菌代謝途徑的相對豐度變化上。 研究團隊進一步採用了多種統計模型和分類方法來分析數據。他們發現，根據AIC標準，最佳模型是那些考慮了鈣濃度變化的模型，這超過了考慮生物...

植物從一開始生長，就被充滿微生物的環境圍繞。有些微生物對植物有好處，如 根瘤菌 （ Rhizobium ）以及與植物根部共生的真菌（Mycorrhizae）。最近幾年的研究成果，也已經讓我們知道：圍繞在植物周圍的微生物們，構成了 植物微生物體 （Plant Microbiome）；而它們可以協助植物更容易獲得養分，也能幫植物抵抗外來病原菌的入侵。 許多動物（包括人）的小寶寶，在出生之前是處於無菌狀態之中；出生之後，人的小寶寶會經由與父母親人的接觸，得到父母親人身上的益菌；而植物呢？ 從過去的研究成果得知，豆科植物在氮素不足的環境中，會在土壤中分泌出一些化學物質（如類黃酮素），以吸引生活在土壤中的根瘤菌前來跟豆科植物建立共生關係。但是植物的種子就如人類的胚胎，在剛發芽的時候，根系尚未建立，也不可能分泌化學物質來召喚益菌；而它們又無法像人的小寶寶一樣，從父母親人處得到益菌，那麼，植物寶寶要如何建立起自己的微生物體呢？ 最近由諾特丹大學（University of Notre Dame）在由美國微生物學會舉辦的第五屆有益微生物年會（the 5th ASM Conference on Beneficial Microbes）上，所發表的研究成果告訴我們，雖然植物媽媽無法在小寶寶離家後照顧它們，但植物媽媽卻在每個小寶寶身上都放了一個愛心便當。 由李博士（Dr. Shaun Lee）所領導的研究團隊，做了一個很簡單，但是從來沒有人想到要做的實驗，證明每個植物寶寶身上都有媽媽的愛心便當。 綠豆。圖片來源： wiki 研究團隊將綠豆（如上圖）先進行了表面消毒。通常在實驗室裡，我們會使用低濃度的漂白水或是酒精來做這件事。消毒完後會進行測試，確認種子表面已經是無菌的。 接著他們把種子剝開，並進行培養。結果他們發現，綠豆的內部分離出一隻特別的桿菌， Bacillus pumilus （短小芽孢桿菌）。 短小芽孢桿菌是格蘭氏陽性菌，而且相當的耐旱。但是這都不是重點。重要的是，在綠豆裡面分離出來的短小芽孢桿菌，它具有三個特殊的基因群組（gene cluster），會產生細菌素（bacteriocin）這種抗微生物肽（antimicrobial peptide）。 這是一個非常有趣的發現。未來，或許研究團隊應該進一步研究其他的植物，了解「帶便當」是否是一...

發生於二十世紀中期的綠色革命，包括了品種的改良與化學肥料的使用，使得農作物的產量大大上昇，相同面積的土地可以養活更多人。但是，依靠品種的改良，似乎已經 走到了盡頭 。 根據聯合國的估計，目前地球上的七十億人口中，有十億在飢餓狀態；面對日益增加的人口--在本世紀中葉將超過九十億--以及土地退化、土壤流失、氣候變遷等挑戰，我們要如何養活這麼多人呢？ 最近有不同的研究團隊，都將眼光轉到過去沒有留意過的一個新領域：植物微生物體（Plant Microbiome）。近年來正在進行的 人類微生物體計畫（The Human Microbiome Project ）顯示了跟人類「同居」的微生物有幾十萬億。這些跟人類「同居」的微生物，影響我們的口味、代謝甚至心理狀態。過去對與植物「同居」的微生物的了解，僅限於根瘤菌（Rhizobium）以及一些與植物根部共生的真菌（Mycorrhizae）。現在，科學家們開始著手研究植物的微生物體，而且不僅僅是幾千億住在土壤中的微生物。植物的根、葉和花裡面各自住著大不相同的微生物群落，他們在遺傳上的多樣性可能是其寄主（植物）的數千倍甚至數十萬倍。植物的「微生物體」，很像人類微生物體，使植物更容易獲得養分，並有助於抑制疾病。科學家和農民都認為，了解植物微生物體會是農業的下一件大事。 在豆科植物根瘤（root nodule）中生活的根瘤菌 圖片來源：維基百科 與 Amanita 屬真菌共生的根尖。圖片來源： 維基百科 儘管人類從一萬多年前就開始種田，但是到最近才開始著手深入了解植物和微生物之間的相互作用。例如，北卡羅萊納大學教堂山分校（ the University of North Carolina at Chapel Hill, ）的植物免疫學家Jeff Dangl和他的同事最近發現，土壤中的細菌協助十字花科野生植物決定開花時間。該 研究結果 發表在六月的「生態學快報」（ Ecology Letters ）。而早在2012年，該團隊驚訝地發現，有很多鏈黴菌跟植物一起生活。鏈黴菌通常被用來合成抗生素，或許在植物體內是用來保護植物免受感染。Dangl博士的研究團隊認為，考慮到全球糧食需求增加這個面向，或許理解植物與微生物之間的親密關係，更重要貢獻的是可以提高農業生產力。 植物生技公司也這樣認為。在過去兩年裡，...