老葉的植物王國

  Leptolyngbya ohadii 。圖片來源： Science Direct 乾掉的土壤表面會有一層硬塊，稱為生物土壤結皮 (Biological soil crusts，BSC)。BSC可以保護下面的土壤，避免沙漠化。 藍綠菌（cyanobacteria），如 Leptolyngbya ohadii ，是BSC中的先驅物種。它除了可以固碳與固氮，其細胞外的碳水化合物還能讓表土的結構穩定。這厲害的小植物每天只靠著早晨的露水，就能活過來進行光合作用。在反覆的水化/脫水（hydration/dehydration）循環中，它究竟是如何調節自己的滲透壓（osmotic pressure）呢？過去的研究發現，它的外殼有多醣構成的鞘，而內部則累積了大量的海藻糖（trehalose）與蔗糖（sucrose）。但詳細的機制仍屬未知。 來自以色列與德國的研究團隊為了瞭解它如何能調節滲透壓的詳細機制，從以色列的Negev沙漠把它分離出來。過去的研究知道，即使在脫水的狀況下，清晨的陽光以及上升的溫度還是能讓它開始準備進行光合作用；這個過程被認為與光敏素（phytochrome）有關，因為紅光與紅外光可以影響它的生存率（照紅外光後它就死了）。它可以調節自己細胞內的重碳酸根（bicarbonate），當重碳酸根累積到極高時，就會被運入藍綠菌專門進行光合作用的細胞「羧基體」（carboxysome）中，接著磷酸酐酶（carbonic anhydrase）就會把重碳酸根轉為二氧化碳，讓羧基體中的「魯必斯科」（RuBisCo，ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase）使用它來進行碳反應（Calvin-Benson cycle）。 研究團隊發現，當他們把藍綠菌養在低無機碳（0.04%的CO 2 ）下，紅外光照射可使所有的藍綠菌死亡；但若不照射紅外光，則70%的藍綠菌存活。若照射紅外光一小時後，再照射一般的生長光線一段時間，則紅外光的效果可被逆轉。相對的，若將藍綠菌養在高無機碳（5%的CO 2 ）下，存活率則明顯地降低，而光合作用的效率也降低到一開始的15%。這顯示了無機碳與光敏素對藍綠菌的脫水耐受力有很重要的影響。 進一步的觀察發現，脫水開始後的60-160分鐘，3-磷酸甘油醛（3-PGA，3-phosphoglycerate...