老葉的植物王國

  圖片作者：NotebookLM 生物學課本告訴我們，小麥跟大麥早在 800 到 1200 萬年前就「分家」了，是兩個不同的物種。但最近的研究發現：在過去一萬年，這兩位「兄弟」雖然分開演化，卻不約而同地做出了幾乎一樣的生存選擇。 不過，如果你以為就是「馴化症候群」，那誤會就大囉！ 看文章

  二列與六列大麥。By Xianmin Chang - Own work by Xianmin.Chang@orkney.uhi.ac.uk; changxianmin2002@yahoo.co.uk, Public Domain,  雖然目前直接吃大麥的人已經很少了，但是大麥還是人類最早栽培的穀物之一，對於人類文明的發源有不可磨滅的貢獻。考古證據發現，早在一萬多年前，肥沃月彎地區的人類就開始種植它。 但是關於大麥的馴化起源地，還是無法確定...直到現在。 看文章

野生種大麥與clv1突變種大麥。圖片取自 Nature Communication 大麥曾經是人類重要的糧食之一，雖然現在食用的人並不多，但依然是重要的動物飼料原料與釀造作物之一。因此，大麥的產量當然重要。 大麥的產量由它的花序，也就是我們熟悉的麥穗來決定。有趣的是，科學家發現大麥花序的形態，其實是由一套名叫CLAVATA訊息傳遞系統負責的喔！ 看文章

  二稜與六稜大麥。圖片來源：維基百科 身為最古老的穀物作物之一，現在大麥（ Hordeum vulgare L.）主要用於飼料、釀酒，會直接食用的人已經很少了（2%）。但是，大麥能夠在比較高緯度的地區生長，對土壤的肥份也比較不挑，在目前的世界，大麥的重要性只能說有增無減。 大麥的主要成分是澱粉，約占60-70%，其中約25%是直鏈澱粉（Amylose）、75%是支鏈澱粉（Amylopectin）。支鏈澱粉於直鏈澱粉的比例，會影響穀物煮熟後的黏性。而黏不黏則會影響這種品系的穀物的應用價值。例如比較黏的稻米（蓬萊米[稉米]、糯米）可以用來做點心、做飯，比較不黏的稻米（在來米[秈米]）則適合作米粉、河粉、米苔目等。 大麥也可依照直鏈澱粉的佔比分為糯性（waxy）大麥、一般大麥與高直鏈澱粉大麥。其中糯性大麥所含的直鏈澱粉小於10%，為這三類中最低者。糯性大麥因為支鏈澱粉含量較高，具有高糊化黏度，對於製作需要黏稠質感的食品（如醬料和湯品）非常有利。另外，糯性大麥的冷凍解凍穩定性很高，這對於食品加工來說也是很重要的特性。另外，糯性大麥的澱粉開始糊化所需的溫度較低，且糊化後冷卻過程中黏度增加較少，這有助於節省能源並改善加工效率。 另外，糯性大麥中的β-葡聚糖（β-glucan）含量更高。β-葡聚糖是一種可溶性膳食纖維，被認為可以降低血液中的膽固醇、減少血糖反應、調節腸道菌群、並有助於維持體重，對健康有多方面的好處。所以，糯性大麥被當作一種健康食品。 既然低直鏈澱粉的糯性大麥有這麼多好處，如果能把它的直鏈澱粉進一步降低到零呢？中國的研究團隊，利用基因編輯技術，讓負責製作直鏈澱粉的基因「 waxy 」失去功能，果然製造出了不含直鏈澱粉的大麥。 研究團隊分析了不含直鏈澱粉的大麥後發現，雖然它完全不含直鏈澱粉，但是它的支鏈澱粉佔比也比它的野生種少了快兩成（本來佔39%，後來佔31.73%）。變多的是可溶的糖（從野生種的10%變成37.3%）以及β-葡聚糖。 少了Waxy這個酵素，會不會對大麥本身的生長發育造成影響呢？根據研究團隊的觀察，穗數、每穗粒數和其他一些農業性狀（如植株高度和分蘗數）在突變株中並未顯著改變。不過，穀物每千粒重下降了10.42%，這表示還是有出現一些影響的。 所以，這種新種的大麥，糊化的溫度低得多（從 84.50 °C降到 69.38 °C...

  圖片來源： 維基百科 水通道蛋白（Aquaporins）是一類特殊的膜蛋白，存在於許多生物的細胞膜中。它們的主要功能是調節水分子在細胞膜上的快速通過，從而控制細胞內外水平衡。這種蛋白質對於維持細胞的正常功能非常重要，因為水分子的運輸對於許多生理過程都是必要的。 水通道蛋白具有高度選擇性，它們只允許水分子通過，阻止其他分子或離子穿越。這種選擇性確保了細胞內外的水分和離子濃度保持在合適的平衡狀態。除了水分，一些水通道蛋白還可以運輸其他小分子，比如某些氣體（如氨）或小分子（如尿素）。 在植物中，水通道蛋白的作用尤其重要，因為它們參與了從根部到葉片的水分運輸，有助於植物對環境刺激的反應，比如乾旱或鹽分逆境。 水通道蛋白是由美國生物學家彼得·阿格雷（Peter Agre）在1992年發現的。當時他注意到，有些細胞中水的擴散非常地快，並且可以被汞離子可逆地阻斷。這顯示可能有一種未知的蛋白質在掌控著水的擴散。最終，他發現並將這種蛋白命名為「水通道蛋白」。這一發現為理解細胞水分運輸的機制提供了重要的貢獻。因為他在水通道蛋白的研究上的開創性工作，彼得·阿格雷於2003年與羅德里克·麥金農共同被授予諾貝爾化學獎。 所以，過去的研究發現的水通道蛋白，大多只能運輸水分，只有少數可以運輸氣體或小分子；最近的研究發現了大麥中的一種特殊的蛋白質，稱為大麥類囊豆蛋白26型內在蛋白（HvNIP2;1）。這種蛋白質屬於水通道蛋白家族，所以當然會幫助水分穿越細胞膜。但是與其他類似蛋白質不同的是，大麥的HvNIP2;1還可以運輸多種其他物質，包括不同類型的糖和酸。 研究人員發現HvNIP2;1能運送水以外的物質，主要是透過在脂質體（liposomes）中重組HvNIP2;1並進行一系列的實驗。他們使用停流散射光譜術（stopped-flow light scattering spectrophotometry）和非洲爪蟾卵母細胞（Xenopus laevis oocytes）膨脹試驗來評估HvNIP2;1的水和溶質滲透性。這些實驗顯示了HvNIP2;1可以滲透多種物質，包括硼酸、鍺酸、蔗糖和乳糖，但不包括D-葡萄糖或D-果糖。此外，研究還通過分子對接實驗（molecular docking）探討了蔗糖在HvNIP2;1中的滲透機制，發現蔗糖可以在蛋白質通道中與多個胺基酸形...

大麥。圖片來源： Wikipedia 看過大麥嗎？吃過大麥嗎？我想在台灣的朋友，應該都會對上面那兩個問題搖頭。雖然大麥（ Hordeum vulgare  L.）現在已經不再出現在餐桌上了，但是它其實是在同一時期跟小麥一起被馴化的穀物；也就是說，西亞文明是建立在大麥與小麥（二粒小麥，emmer）上的。 由於大麥比麵包小麥耐旱耐鹽，成熟期比小麥短，對肥份也不那麼挑剔，所以在肥沃月彎、雅典兩個文明的晚期，當土地因過度開墾與灌溉而逐漸鹽化、失去肥份時，大麥便取代了小麥（當時的小麥已經不是二粒小麥，而是麵包小麥了）成為主要穀物。 時至今日，我們對大麥的印象，已經從餐桌上的主食變為飼料；但其實大麥仍然是釀酒（尤其是啤酒）的必需成分。由於大麥含有兩種澱粉酶（α-與β-amylase），有它的存在，澱粉可以加速分解；另外在釀酒時，大麥的外殼可以形成天然的過濾層；所以雖然我們不再直接食用大麥，它卻以「轉一手」的方式，出現在我們的餐桌上（動物的肉、啤酒）喔！ 最近這些年，隨著分子生物技術的突飛猛進，我們看到了許多生物的基因體相繼解碼；從1995年流感嗜血桿菌（ Haemophilus influenzae ）的基因體被解碼後，1996年啤酒酵母（ Saccharomyces cerevisiae ）成為第一個基因體被解碼的真核生物，然後在2000年的阿拉伯芥（ Arabidopsis thaliana ）、2001年人類基因體... 基因定序技術，隨著一次次的「練兵」也一日千里。但真正讓大家覺得大開眼界的是，古代生物的基因定序。 古代生物的基因定序之所以不容易，簡而言之，是由於我們的基因體（成分為去氧核糖核酸）也會持續遭受化學損傷與外來的輻射損傷；但當我們還活著的時候，身體有許多機制可以修復基因體，一旦我們呼出最後一口氣以後，修補機制也跟著停擺，於是損傷便開始累積。再加上，細胞也因為沒有能量可以維持基本的活動，而開始分解；最後，還有我們周圍的多數民族（細菌）們也會開始分解、吞食我們...所以能留下給我們定序的量實在是不多！也因此，在2010年，當帕波博士將尼安德塔人的基因體定序完成時，真的是非常的轟動啊！ 相對於動物，古代植物的基因體似乎更不容易被保存下來！這是由於植物在構造上，因為缺乏了動物的骨骼等構造，使得它的基因體比動物更容易被分解。因此...

小麥。圖片來源： Wiki 我們生活中的小麥 大家都知道我們每天早餐的麵包、生日的蛋糕，是用麵粉製作的，而麵粉來自於小麥；但有多少人知道，製作麵包與蛋糕的麵粉是來自不同品種的小麥呢？ 一樣是小麥，但製作麵包用的高筋麵粉來自硬小麥，而製作蛋糕的麵粉來自軟小麥。小麥的硬、軟指得是裡面的麥膠（也就是俗稱的麵筋）含量的多少。麥膠多的硬小麥適合做麵包，而麥膠少的軟小麥就只能做蛋糕跟瑪芬了。但不論是哪一種，都跟一兩萬年前在肥沃月彎的小麥大大不同囉！ 雖然世界文明最早的發源地就是在肥沃月彎；而肥沃月彎最早種植的農作物之一就是小麥；但是，當時種的小麥是「一粒麥」與「二粒麥」，只有兩套或四套染色體；後來種的麵包小麥是一粒麥與其他兩種禾本科植物發生混種的結果，共有六套染色體。雖然麵包小麥最晚在二十五萬年前就已經出現了，但是肥沃月彎的居民們一開始是先接觸到一粒麥，後來才碰到麵包小麥的。比起一粒麥，麵包小麥耐寒、產量高，所以後來一粒麥也被取代了。 小麥與歷史 由於小麥這麼早就出現在我們的餐桌，對人類的歷史產生了許多影響。因為小麥的蛋白質含量是所有禾本科植物中最高的，率先使用它的歐洲人可以將它作為主食而不會有蛋白質不足的問題。當時的人習慣將小麥磨碎後再加熱，製成麥粥；由於空氣中到處都有真菌的孢子，麥粥放置在室溫下一至二日便會發酵，便產生了「啤酒」。 從考古的資料看到，蘇美人便懂得用二粒麥與大麥來釀造啤酒；而埃及人已經會製造發酵麵包，還設立了工作坊。埃及人對小麥的崇拜，甚至使得他們相信小麥可以用來驗孕：當一個女子想知道自己是否懷孕，她就會找一塊地、撒下麥種，在上面撒尿，過幾天再回來看麥子是否發芽；如果發芽了，就代表懷孕了... 與小麥同一時間端上餐桌的還有大麥。大麥的口感不如小麥，但是成熟期比小麥短，又比較耐旱耐鹽，對肥份也不那麼挑剔，所以在肥沃月彎、雅典兩個文明的晚期，當土地因過度開墾與灌溉而逐漸鹽化、失去肥份時，大麥便取代了小麥。不過，羅馬人始終不能接受大麥做為主食；他們甚至會用吃大麥來懲罰不好好作戰的戰士。 由於不愛吃大麥，羅馬人為了要一直有小麥可以吃，只好不斷的擴張領土。於是西西里島、薩丁尼亞島、北非、埃及與西班牙都倒了大楣。 台灣早期主食是米跟蕃薯，麵食只是點綴；到了二戰結束，台灣開始接受美國在經濟上的援助（美援）以後，為了要解決國內糧食生產過剩的...

筆者高中時曾經參加過救國團的谷關戰鬥營。據說營地的海拔大約是一千公尺左右，雖不至於引發高山症，但是，隨著營隊的進行，每天都有人流鼻血。到最後一天，筆者也流鼻血了。 不過是一千公尺的高度，就已經有這麼多人先後出狀況；當時筆者就想，如青藏高原（Tibetan Plateau）上的人，他們是怎麼適應高地氣候的呢？當時總以為「久了就好了」，不過最近的發現是，藏人帶有來自於丹尼索瓦人（Denisovans）的EPAS-1基因，這個基因使得他們可以適應高原環境（1）。 但是，要真能在高原定居，光是有基因是不夠的；如果無法建立農業生產，而只是停留在狩獵-採集（hunter-gatherer）形式的話，族群在該地便不會定居。 最近，結合了美國、英國以及中國大陸的研究團隊，在研究了53個古代藏人的遺址後，發現：原來藏人能夠在高海拔地區定居，完全得力於青棵（ Hordeum vulgare Linn. var. nudum Hook.f.）。 他們發現，在五千二百年以及更久遠之前，藏人過著狩獵-採集的生活。當時他們為了追逐獵物，偶而會出現在海拔4300公尺的高山上。 在五千九百年前開始，有些藏人由黃河流域得到了小米（Foxtail millet， Setaria italica ）與黍（broomcorn/proso millet， Panicum miliaceum ），開始學著耕作。隨著小米的耕作慢慢的普遍，藏人開始由狩獵-採集轉為定居生活。但這段時期（五千二百年到三千六百年前），藏人定居的地方，是在海拔2500公尺以下的地區。推測原因，可能是由於小米無法抵擋高海拔地區的寒冬，所以那個時代的藏人都居住在海拔2500公尺以下。 小米（Foxtail millet）圖片來源： 維基百科 黍（Proso millet）。圖片來源： 維基百科 大約在三千六百年前，青棵（大麥的一種）傳入青藏高原。青棵的傳入，使得部分的藏人得以往更高地（海拔2500公尺以上）移動；研究團隊發現，在更高地的遺址中，幾乎不見小米與黍，而是由青棵取代了這兩種穀物。在較低地區則成為三種穀物（青棵、小米、黍）並行的狀態。在更高地，除了青棵以外，還有耐寒的小麥以及綿羊，伴隨著藏人度過春夏秋冬（2）。 青棵（大麥）。圖片來源： 維基百科 青棵（大麥）最早在肥沃月彎（F...

聽到大麥 (barley,  Hordeum vulgare  L.)，大家可能都認為是「飼料」用的，但是大麥與小麥是歷史上最早馴化成功的兩種穀物。 圖片來源： 維基百科 不管是肥沃月彎、雅典、埃及，大麥都是不可或缺的穀物。由於它的成熟期比小麥短，又比較耐旱耐鹽，對肥份也不那麼挑剔，所以在肥沃月彎、雅典兩個文明的晚期，當土地因過度開墾與灌溉而逐漸鹽化、失去肥份時，大麥便取代了小麥（當時的小麥已經不是二粒小麥，而是麵包小麥了）成為主要穀物。 但是，羅馬人始終不能接受大麥做為主食。吃大麥，對羅馬人來說，只是一種用來懲罰不好好作戰的戰士的方式，而且會視情節的輕重決定懲罰的長度，有些可能會懲罰好幾年。 大麥在啤酒釀造上很重要，因為大麥是少數穀物中除了含有α-amylase以外，還有β-amylase。同時含有兩種澱粉酶可以讓澱粉分解得更快更完全，使啤酒釀造更順利。 為什麼同時含有這兩種澱粉酶是一種好處呢？因為α-amylase的切法，是從澱粉的外側開始往裡側切；這種切法打個比方，很像蛇吃東西，一定從一頭開始往另一頭吞。這是所謂的「外」酵素（exo）。 而β-amylase則不一樣。它可以從澱粉的任何一個地方切下去，這種切法很像亞歷山大大帝切開世界無人能解的結一樣；這是所謂的「內」酵素（endo）。 外酵素一般來說，因為它要先找到「頭」才能開始切，所以會切得比較慢；我們唾液裡面的澱粉酶也是一種α-amylase，所以在吃飯的時候，除非您把一口飯含在嘴裡很久，否則您是不會感覺到飯有甜味的。 而大部分的穀物裡面也都只有α-amylase，所以在釀造麥酒/啤酒的時候，雖然有經過一個發芽的程序（發芽的目的是讓α-amylase產生來分解胚乳中的澱粉），但是澱粉也只是小部分分解而已。 而大麥因為具有兩種澱粉酶，其中的β-amylase分解澱粉的速度較快，因此在釀造啤酒時加入大麥，可以藉此導入β-amylase使澱粉分解得更快些。 不過，羅馬人雖然也喝啤酒，但是他們更喜歡喝葡萄酒。但是作戰時帶著葡萄酒是很累贅的事情，所以羅馬人在外作戰時主要還是攜帶穀物，除了可以用來作麵包還可以釀啤酒。 參考文獻： T.R. Sinclair,C.J. Sinclair. 2010. Bread, Beer and the Seeds...