老葉的植物王國

圖片來源： 維基百科  鋅（zinc，Zn 2+ ）是植物的必需元素之一，為微量元素（micronutrient）的一種。植物缺鋅會導致節間（internode）變短、葉片變小，症狀先出現於老葉片。 鋅也是動物的必需元素之一。根據資料，每年有二十億人口受到缺鋅的影響。這些人，許多是因為居住在土壤缺鋅的地區，且飲食又以植物為主造成的。 因為鋅也是植物的必需元素，所以植物當然有一套偵測、吸收與同化鋅的系統；但過去對這套系統知之甚少。 最近的研究發現阿拉伯芥（ Arabidopsis thaliana ）的兩個轉錄因子（F-group bZIP transcription factor）bZIP19與bZIP23是鋅的感應蛋白。這兩個蛋白質都有個鋅感應基序（zinc-sensor motif）。當研究團隊把這個鋅感應基序給刪除或改變後，植物會因為無法感應鋅而出現缺鋅的症狀，但植物細胞內的鋅離子濃度卻上升。 未來希望可以藉由更深入瞭解植物的鋅感應、吸收與同化，讓植物可以更好的吸收鋅，也可以改善人的營養狀況。 參考文獻： Lilay, G.H., Persson, D.P., Castro, P.H. et al. Arabidopsis bZIP19 and bZIP23 act as zinc sensors to control plant zinc status. Nat. Plants 7, 137–143 (2021). https://doi.org/10.1038/s41477-021-00856-7

對農夫來說，農作物長得不好，是最苦惱的問題了；現代的農夫，因為有生物科技當作靠山，所以長得不好，排除病蟲害以後就可以先施肥，如果施肥沒有改善，還可以再進行土壤分析等等來找出原因。以前的農夫要怎麼辦呢？ 以前的農夫，很早就知道可以用落葉、動物糞便、動物屍體等等製作堆肥。中國在漢朝時就懂得把豆科植物列入輪作來提升土壤的肥力，這部分比歐洲人至少早了一千年。但是這些都是知其然而不知其所以然。 但是不論是使用堆肥或輪作，到了十九世紀初期，因著先前的拿破崙戰爭以及工業革命，人口增加與移民湧入，已經使得這些傳統的方法都無法符合當時的需要；於是，開始有人想要去進行系統性的研究，了解究竟植物需要哪些養分？多還是少？ 最早研究礦物營養的人是Nicolas-Théodore de Saussure，他發現植物不只需要水，也需要二氧化碳才能進行光合作用。 Nicolas-Théodore de Saussure。圖片來源： wiki 真正量化研究其他的礦物質的人是Julius Sachs。他為了研究植物到底需要哪些礦物質，建立了一個實驗的系統，也就是現在的水耕法（hydroponics）。 Julius Sachs. 圖片來源： wiki 當時Sachs在溶液中放入了硝酸鉀（KNO 3 ）、磷酸鈣（Ca 3 (PO 4 ) 2 )、硫酸鎂（MgSO 4 ‧7H 2 O）、硫酸鈣（CaSO 4 ）、氯化鈉（NaCl），以及微量的硫化鐵（FeSO 4 ）。如果以現代的眼光來看，這些礦物質，即使不計入碳（空氣中有二氧化碳），也並沒有滿足植物的所有十七種必需元素的需求；但是Sachs歪打正著，因為當時的純化技術不如現在，所以這些化合物裡面都含有不純物，而就這些不純物滿足了其他必需元素的需求。 我們的實作，嘗試著建立類似於Sachs的系統。使用的植物是向日葵的幼苗。 這些幼苗被種在珍珠石（perlite）裡面，由於珍珠石幾乎不含養分，所以幼苗裡面的礦物質（在結果時由親代供應）已經差不多快沒有了。 要把這些幼苗放在類似Sachs的系統中，需要先把它們小心地從珍珠石中移出來。 然後，這些幼苗的根部，因為會有一些珍珠石黏著，必需要泡在水裡小心地移除。 直到移入實驗的器具之前，幼苗的根部都要泡在水裡，以免枯萎。 接著要製備實...