老葉的植物王國

  燕麥。By Christian Fischer , CC BY-SA 4.0,  燕麥可不只是早餐粥或植物奶的原料。它富含可溶性膳食纖維 β-葡聚糖，能降低膽固醇並穩定血糖。近年，隨著植物飲品的流行，燕麥再度成為焦點。 但對科學家而言，燕麥促成的光敏素的研究，對瞭解植物如何看見光，有很大的貢獻。 但是，我們還不清楚它的基因--直到最近！ 看文章

  燕麥的花。圖片來源： 維基百科 聽過「電向性」（electrotropism）的人可能不多，但是這方面的研究，從很早的時候就開始了。 這個1959年的書籍章節，詳細敘述了關於燕麥（ Avena sativa ）對電流的反應。研究發現，當直流電沿著燕麥穗鞘豎向或橫向施加時，穗鞘會產生彎曲反應。這種彎曲反應與電流的強度、極性以及電流施加的時間長短有關。此外，實驗以放射性生長素配合閃爍計數器觀察到，電流對於植物生長素（auxin）的運輸和分布有顯著影響。 當然大家可能會覺得他們用的技術很落後，但是別忘了這是1959年的研究。1953年華生與克里克才剛解出DNA的結構而已！ 實驗也發現，當電流從燕麥穗鞘的頂部向基部流動時，會抑制生長，而當電流方向相反時，則會稍微促進生長。這些生長變化與生長素的運輸有關。生長素被認為是透過細胞內的質流運輸的，電流則可能通過影響質流來調節生長素的運輸。這些發現顯示，電流可以作為一種外部刺激，影響植物的生長方向和速度。 當燕麥的穗鞘被橫向施加電流時，它們表現出了特定的彎曲反應。這種反應取決於電流的極性和強度。研究顯示，當電流從穗鞘的一側通向另一側時，穗鞘會朝向電流的負極方向彎曲。 這種彎曲是由於電流影響了植物細胞內生長素的分布。在電場的影響下，生長素在穗鞘的不同側面分布不均，導致生長速率的差異，進而引起彎曲。這一現象進一步證明了外部電場可以作為一種影響植物生長方向和形態的因素，並且這種影響與生長素的調控密切相關。 至於根對電流的反應，當電流沿著根軸施加時，根也會產生明顯的彎曲反應；當電流沿著根軸施加時，根會朝向電流的陰極（負極）彎曲。這顯示，就像穗鞘一樣，根也對外部施加的電場敏感，並且會通過改變生長方向來響應這種外部刺激。這一發現進一步展示了電向性在植物生長和發育中的普遍性和重要性。 總體而言，這篇文章提供了關於植物電向性的深入分析，顯示了電流如何影響植物的生長反應和生長素運輸，這對於理解植物生長和發育的生物物理機制具有重要意義。 相對的， 最近的研究 發現，植物的電向性與生長素無關。當然，最近的研究使用的是雙子葉植物阿拉伯芥（ Arabidopsis thaliana ），與單子葉的燕麥相差甚遠。但是有意思的是，它們的根都朝向陰極彎曲。 或許應該有人重新看看燕麥對電流的反應。 參考文獻： Schrank,...

  燕麥。圖片來源：維基百科 燕麥（oat， Avena staiva ）原本與黑麥都是麥田裡的雜草，因為耐寒而在三千年前被選拔出來成為作物。燕麥在馬正式成為家畜以後，逐漸成為馬的食料；人類目前食用燕麥都是為了健康的理由。研究顯示燕麥可以降膽固醇，但奇妙的是，燕麥卻是少數會合成膽固醇的植物。 雖然它叫做燕「麥」，但燕麥幾乎沒有麩質（gluten），所以對麩質過敏的人可以食用燕麥；另外近年來燕麥奶也成為素食者的乳品代用品，使燕麥的重要性水漲船高。另外燕麥還有較高含量的beta葡聚醣，這是對健康有益的纖維質。食用燕麥也不需要那麼多加工步驟，所以它也是比較環保的食品。 除了用作食物，燕麥還對研究有很重要的貢獻：第一個純化出來的光敏素（phytochrome）就是燕麥的光敏素A，所以有許多早期的光敏素特性研究都是燕麥的功勞。 最近的研究解出了燕麥的基因體序列。跟麵包小麥相似的是，燕麥也是六倍體（42條染色體），它的多倍體化大約發生在一千萬年間。因為多倍體化的歷史比麵包小麥悠久，所以來自三種的燕麥染色體之間也發生過非常多的互換，造成基因的分析上更加複雜。研究團隊也同時解讀了二倍體（ Avena longiglumis ）與四倍體（ Avena insularis ）燕麥的基因體。 燕麥總共有八萬個基因（人只有大約兩萬個）。瞭解的燕麥的基因，可以讓燕麥的育種更容易進行；畢竟與小麥相比，種植燕麥需要更少的農藥與肥料，所以在氣候變遷的現代，燕麥的重要性自然不可小覷。 參考文獻： Kamal, N., Tsardakas Renhuldt, N., Bentzer, J. et al. The mosaic oat genome gives insights into a uniquely healthy cereal crop. Nature, 2022 DOI: 10.1038/s41586-022-04732-y

圖片來源： Wikipedia ※本文是筆者為「青年尬科學」說明會所進行的科普演講改寫而成，內容與演講略有不同。 今天早餐吃了什麼？不論是麵包、玉米片還是稀飯，其實來源都是同一家族的植物：禾本科（ Poaceae ）。禾本科雖然只是種子植物的第五大家族，但我們的主食卻少不了它：麵包（小麥）、玉米片（玉米）、稀飯（稻米），甚至小米粥（小米）或是五穀或十穀飯，裡面都有大量的禾本科植物。當我們工作累了，決定要去郊外「踏踏青」的時候，有多少人想到，我們三餐主食的出身，本來也跟我們腳下的這些「草」沒有兩樣呢？ 從以恐龍糞便化石中的植矽體（phytoliths）的樣貌，在白堊紀末期初登場以後，禾本科植物已經是種子植物中覆蓋地球最廣的科別了。那些默默在肥沃月彎年復一年地開花、結子，隨後散落一地的一粒麥（einkorn）與二粒麥（emmer），是在哪個時間點吸引了人們的注意力而被採集，又是從什麼時候開始，人類決定要開始種植它們的呢？ 確切的年代無法得知，但伴隨著農業行為的開始，成熟後散落一地的麥粒，慢慢的成了依附在麥稈上金黃的麥穗；由於小麥不需要插秧、也不必挖穴種植，很快的它就成了重要的糧食，而種植它的人們，也為了照顧它放棄了四處為家的生活。 在這互相馴化的過程裡，除了小麥，大麥也是人們的朋友。但是，羅馬人卻愛上了小麥，而將大麥棄之如敝屣。當田地在年復一年地耕種後變得不再適合種植小麥以後，羅馬人甚至寧願離鄉背井、攻城掠地，去尋找新的小麥產區，也不願委屈自己吃大麥。他們對小麥的偏執，甚至造成了埃及的滅亡。 愛上小麥的不僅僅是羅馬。埃及人相信小麥發芽代表了生殖能力，於是將小麥作為婦女驗孕的工具：懷疑自己可能有孕的婦女，將尿液撒在小麥的種子上面，看看過幾天會不會發芽，以此作為是否懷孕的指標。 盼望著為家庭增添新成員的埃及婦女，每天回到播種的地方，冀望看到青翠的麥苗在風中搖擺；在另一個時空裡，華北的漢民族看著青翠的小米秧苗，吟詠著「彼黍離離，彼稷之苗」。因為生長期短、容易栽種，小米成為陪伴漢民族在華北平原成長的先驅部隊，直到小麥與稻米先後將它逼退。即便在唐朝中葉以後，小米的地位已大不如前，但居住在北方的漢民族仍有吃小米的習慣。 身為南方人的我們，總以為只有東亞民族吃米。其實稻米也是非洲部分區域的主食，在十七、十八世紀，當非洲住民因為新大陸對勞工的需求，...

大家讀歐洲歷史的時候，一定讀過神聖羅馬帝國（Holy Roman Empire, 962-1806）。基本上，神聖羅馬帝國是一個很微弱的存在；雖然有教宗加持，但是他的存在感就是一直很低.... 不過，這段時間的歐洲，倒是有不少改變：包括農耕技術的進步以及都市與國家的成形等，都發生在神聖羅馬帝國的前半段，到十四世紀初年（西元1300年）。 這段期間歐洲的夏季變得比較長而穩定，許多過去無法開墾的土地，因為夏季變長以及引入帶輪子的犁（moldboard plow），變得可以耕種。人口的增加促進了都市的形成，領主之間的互相征戰，進一步的促成了國家的誕生。 由於歐洲的冬天有時還是太冷，冷到連小麥都無法過冬；在這段時期也育種產生了春小麥（summer wheat）。但是危害作物的五月霜要直到進入十二世紀（1100年）後，才進入約兩百年的休止期，而五月霜對春小麥還是會有一定程度的危害，因此，當時的歐洲農民除了持續依賴 大麥 做為重要的糧食來源之外，還將兩種田裡面的雜草端上餐桌：黑麥、燕麥。 黑麥（rye， Secale cereale ）。圖片來源： 維基百科 雖然原本是混在小麥中的雜草，但是黑麥很快就因為它耐寒的特性受到注意。尤其是在北歐，因為冬天有時候真的還是太冷，因此黑麥很快就被種在山坡地，而且經常與小麥混作，收成了以後一起磨成粉，製成所謂的黑麥麵包（rye bread）或餅乾。據說，在斯堪地那維亞半島（Scandinavia），黑麥製品仍是當地風味餐。 燕麥（oat, Avena sativa ）圖片來源： 維基百科 而燕麥這種雜草，可能是混在小麥或大麥裡面由地中海東部傳入。在這段時期的歐洲，農民們很快就注意到燕麥是種很好的飼料。而隨著新的馬具在第十世紀由中國傳入後，馬做為家畜的價值開始提升。原來，舊式的馬具，當用來拉車或拉犁時會使馬兒窒息，而新式的馬具沒有這個缺點，因此馬兒從十世紀以後便可以真正成為家畜。 但是，由於不是反芻動物的緣故，所以馬的食量比牛大很多，需要的食料也要比牛好；因此一開始馬還是用來拉車的多。等到都市形成，因為鄉村與都市之間的運輸需求，提升了對馬車運輸的需求後，對燕麥的需求也隨之大增。 燕麥本身也是種很特別的穀物，它是少數含有膽固醇（cholesterol）的植物；絕大部分的植物，因為代謝途徑上少了幾個酵素，...