老葉的植物王國

上週四（2015/1/22）下午，兩位植物生理學的任課老師，針對植生未來課程執行討論了一下。 決議如下： 一、課程展演繼續舉行，但加入期末考試。104-1學期的植物生理學評量改為： （1）期中展演：兩次，分別在第六週與第十二週，邀請生科系同學參與評分。第六週的期中展演範圍為第一～第五週，第十二週的期中展演範圍為第七～第十一週。評分方式為：老師評分、生科系同學評分、同儕評分以及組內互評。 （2）期末評量：一次，在第十八週，評量範圍為第十三週～第十七週的上課範圍。 （3）筆記：維持三篇，但繳交形式為第六、十二、十八週各交一篇。 二、專題演講仍會舉辦。 感恩這學期的老師們、同學們成就這門課程，也期待104-1學期！

我們的期末報告在一月十二日，一樣在B202教室舉行。 第一組是林佳玟、陳柏倫、吳亭宜三位同學，講的是「植物與空間的關係」 第二組是黃建翔與葉偉倫兩位同學，題目是「人與植物（次級代謝）」，兩位同學為了要讓同學對未成熟的果實印象深刻，還把一根香蕉用顏料塗綠。 第三組是高誠皓與林聖閎兩位同學，講的是「植物對壓力的反應」。植物感受到外界的壓力，一定會作出適當的反應，例如食蟲植物感應到缺氮就會吃葷，豆科植物感應到缺氮就會召喚土裡的根瘤菌喔！ 第四組由林容興、劉力華兩位同學報告「綠色奇蹟」，是有關於植物賀爾蒙-GA。當年育種時找到矮種的稻米與小麥，使農夫在田裡可以施放更多肥料，提升作物產量；但這些矮種的稻米和小麥，其實都與吉貝素（GA）有關唷！ 第六組是凃品揚與簡易兩位同學，他們用了「關鍵時刻」的梗來講「溫度如何影響植物的發育」，展現絕佳的默契，全場笑聲不斷，可說是進步最多的一組喔！ 最後是第五組，由肖思怡、陳麒元、魏詳運三位同學講「人類扮演上帝」，討論轉殖植物對世界的影響。 結束以後，老師給大家評語以及勉勵，並感謝大家一起成就這門課程。我們的課程圓滿結束了，這次大家都進步很多，感恩通識中心、感恩生科系、感恩周老師，更感恩所有的同學！這次大家都進步很多，真的很棒呢！

狸藻。圖片來源： wiki 狸藻為狸藻屬（ Utricularia ）植物的總稱，全世界有超過兩百種，有些是水生植物，有些則是生活在濕地的陸生植物。它們分佈的區域很廣，除了南極洲以外，都可以找到它們的蹤跡。 這種植物有個很特別的地方：植物體上除了行光合作用的葉片之外，還有捕蟲囊（bladder trap）。這些捕蟲囊看起來就像植物上的小袋子。 狸藻與它的捕蟲囊。圖片來源： wiki 過去的研究發現，當小蟲靠近捕蟲囊時，會因為碰觸到外面的剛毛狀分支附屬物，驅動狸藻的捕蟲囊收縮，將小蟲吸進去。 圖片來源： wiki 因為這捕蟲囊要依靠小蟲的觸動才會發動，而且狸藻自己能夠進行光合作用；再加上其他的食蟲植物（如捕蠅草、毛氈苔等）也都是吃蟲的，所以，雖然早在1900年便已有科學家在捕蟲囊中發現藻類與植物的花粉，但是都認為那只不過是不小心「掉」進去的而已。 最近維也納大學（University of Vienna）的研究團隊發現，那些不小心「掉」進去捕蟲囊中的藻類與植物的花粉，並不是沒有用的垃圾；狸藻還是會消化、吸收他們的微量元素，提供自己生長所需。 怎麼確立這部分呢？原來，有些狸藻生長在泥炭沼澤（peat bogs）裡，在那裡，小蟲的來源極端缺少，如果光是依靠捕蟲，狸藻怎麼生活得下去呢？ 於是，研究團隊分析了八個不同地區（包括泥炭沼澤、湖與人工池塘）、三個不同種類（分別是南方狸藻 U. australis 、普通狸藻 U. vulgaris 與細葉狸藻 U. minor ）、共兩千個捕蟲囊的內涵物。結果發現，只有10%的捕蟲囊內有小動物；50%的捕蟲囊內有藻類、植物的花粉（許多來自於水邊的陸生植物）；其他40%則是真菌的菌絲、苔蘚的葉狀體以及土壤顆粒。 研究團隊分析發現，只有小動物、藻類、植物的花粉在捕蟲囊內的含量，可以對應到狸藻的生長；而真菌的菌絲、苔蘚的葉狀體以及土壤顆粒則無法對應到狸藻的生長。 當然，發現除了小動物以外，藻類與植物的花粉也可以影響狸藻的生長，證明它們出現在捕蟲囊內並非單純只是「意外」。狸藻把它們吸進去以後，仍然會消化、吸收、利用它們的養分來幫助自己的成長。 不過，小動物在捕蟲囊中的出現，除了可以對應到狸藻的生長以外，也可以對應到狸藻的碳/氮比（C/N ratio）。動物的蛋白質（氮）含量較高，可...

現在作植物的轉殖，幾乎都是用農桿菌了。這個格蘭氏陰性（Gram negative）桿菌，原本是農作物的病菌，會導致植物產生腫瘤（crown gall）；雖然植物的腫瘤不會轉移也沒有致命的風險，卻會使植物生產的養分，因為要供應給腫瘤而造成產量減少。 農桿菌所產生的腫瘤。圖片來源： wiki 農桿菌所造成的危害，最早是在葡萄裡面發現；後來慢慢發現它其實可以危害許多植物，不過在自然界中以雙子葉植物居多。農桿菌自己帶了一個質體，稱為Ti質體。這個Ti質體，在農桿菌感染植物時，其中有一段DNA會插入植物的基因體中。 這段DNA（稱為T-DNA）裡面帶有合成兩種植物賀爾蒙所需的酵素基因，進入植物基因體後，便會使得該植物細胞開始大量產生生長素（auxin）與細胞分裂素（cytokinin）。這兩種賀爾蒙相加的結果，會使得細胞開始分裂增生，於是就產生腫瘤了。當然，T-DNA中還有其他的基因，會驅使植物細胞合成農桿菌所需要的養分，包括了小分子氨基酸與磷酸化的糖類等，這樣農桿菌在腫瘤中才能生長壯大。 原本研究農桿菌是為了要打敗它，但是科學家在研究的過程中發現，這隻細菌非常的有意思。原來，農桿菌在將T-DNA轉入植物基因體時，根本不管裡面有什麼、也不管有多長（當然，太長了效率會降低），它只認這段DNA的兩邊邊界（稱為左右邊界），然後就一股腦地將左右邊界之間的DNA給塞進植物裡面了。 農桿菌的轉殖原理。左邊是農桿菌，右邊是植物細胞； C為Ti質體，載體中的a為T-DNA。圖片來源： wiki 這樣有意思的轉殖過程，就讓科學家們想到，如果可以把T-DNA用自己想要放進植物裡面的基因給取代，是不是就可以把「任何基因」都給它放進去了呢？ 理論上是這樣，不過因為Ti質體實在是太大了（大約200kb以上），造成在實驗室裡面的操作很困難。這個障礙，直到1983年 Hoekema 以及de Frammond這兩個研究團隊發現，可以把Ti質體一分為二之後，農桿菌才成為研究植物的人的心頭寶。 從此以後，農桿菌開始被大量用在製作轉基因植物上；原本是雙子葉植物的病原菌的它，經過研究團隊悉心調製配方以後，它現在已經可以說是少有敵手。跟基因槍相比，又不用買很貴的儀器、也不需要買金粉或鎢粉；只要把質體做好，塞到農桿菌裡面，養個一堆以後，把要轉的組織泡在裡面若干時間，就大功告成...

我們都是人（ Homo sapiens ），同屬同種，但是每個人都不大一樣。細菌呢？ 當然，讀者會說，因為我們是進行有性生殖的多細胞生物，個體之間當然會有差異；而細菌以二分裂（fission）法繁殖，照理說，不管細菌二分裂幾次，所有的細菌應該都一模一樣吧！ 但是，真的是這樣嗎？ 最近，約克大學（University of York）的生物系的研究結果，提供了一個有趣的思考面向（1）。 研究團隊由種在路邊的野豌豆（ Vicia sativa ）與白三葉草（ Trifolium repens ）的根部各採取了36個根瘤（root nodule），把每個根瘤中的菌分別培養後，鑑定它們的種類。 白三葉草。圖片來源： wiki 鑑定分為16S 核糖核酸（16S rRNA）、核心基因（core genes）與輔助基因（accessory genes）定序。一般來說，16S核糖核酸是必需的基因，只要有一點變化，就可能會讓生物死翹翹；所以它的變異性很低；核心基因也是必需的基因，但可以容許的變異度會比16S核糖核酸要大一點，所以變異也會多一點點。至於輔助基因，因為它們的存在無關乎生物的生存，容許的變異性最大。 結果研究團隊發現：由16S核糖核酸定序發現，它們都是豌豆根瘤菌（ Rhizobium leguminosarum ）；但是當分析核心基因與輔助基因序列時發現，這72隻豌豆根瘤菌，彼此之間都不大一樣！ 多不一樣呢？研究團隊分析後發現，這些豌豆根瘤菌們可以被分成由A到E的五群。 圖片來源： Open Biology 當然，這些豌豆根瘤菌們的輔助基因差異更大。前面已經說過輔助基因指得是生物生長發育的非必需基因，簡單來說，沒有也死不了，所以可以容許較大的變異；在根瘤菌裡面，最著名的輔助基因就是與根瘤形成（ nod ，nodulation of the host plant）以及固氮（ nif 與 fix ）相關的基因了。這些基因決定了根瘤菌能不能與豆科植物共生、能與哪些豆科植物共生。 從上面的圖可以看到，同樣屬於B群的豌豆根瘤菌裡面，有些可以與野豌豆共生（紅色），有些可以與白三葉草共生（藍色）；在C群與E群裡面也看到同樣的情形。 由於與根瘤形成以及固氮相關的基因位於質體上（pRL10質體，2），這個結果顯示了根瘤菌也會互...

萊佛士豬籠草。圖片來源： wiki 原產於馬來半島與東南亞的萊佛士豬籠草（ Nepenthes rafflesiana ，Raffles’ pitcher plant），從外觀上看起來，跟其他的豬籠草也沒多大不同；不過，在每天中午前後的幾個小時之間，它的籠子內側會變得不滑。這時候，附近的螞蟻就會跑到籠子裡面去採食它的蜜汁（nectar）。 但是，除了這幾個小時以外，其他的時候籠子內側都是滑溜溜的；此時只要有螞蟻走到籠子內側，就很容易會失足墜崖--下面可沒有魚蝦可吃，也沒有萬年玄冰，只有充滿了酵素的 化屍水 消化液等著將螞蟻給消化得屍骨無存。 來自德國、英國與汶萊的研究團隊，對於為何萊佛士豬籠草為何有幾個小時乾燥覺得很好奇，進行了田野研究。他們在中午那幾小時，用稀釋的糖溶液保持籠子內側濕潤；結果發現，中午有幾個小時乾燥的豬籠草，比保持濕潤的多抓了36%的螞蟻。 筆者想，或許一天二十四小時都保持濕潤的豬籠草，由於每一隻螞蟻都有去無回，使得過去探路的螞蟻少了，於是就抓到比較少的螞蟻；又或者，當有螞蟻失足墜崖時，倖存的螞蟻會回去通風報信，使其他的螞蟻不敢去，但有時乾燥的籠子，會使得螞蟻認為，這裡是安全的，可以一再造訪？這是否也間接告訴我們，螞蟻的記憶其實並不長久？ 參考文獻： Sid Perkins. 2015/1/13. Why this plant is only a part-time killer . Science Now.

地球在改變。因為農耕改變了地貌，使得土壤流失、土地酸化與鹽化；據估計，目前全球農地大約有兩成已經鹽化，而這個比例將在未來35年間加倍。 除了要改良耕作方式與灌溉方法之外，科學家們也在找尋耐鹽的新品種。2014年年底，澳洲與中國的研究團隊，從大豆（ Glycine max ）中找到了耐鹽的基因。 大豆是世界第五大作物，營養豐富，種子中有18%是油脂，38%是蛋白質，素有「田園之肉」的美名（1）。但是，它的耐鹽性只有中等，當土壤中的鹽分由2dS/m上昇到7dS/m時，產量便下降百分之四十（dS/m 是每升700毫克的鹽）。 大豆。圖片來源： wiki 但是，並不是所有的大豆都只有中度耐鹽性。不同的品系，對土壤的鹽度呈現不相同的反應；耐鹽的品系與不耐鹽的品系，在鹽度較高的土壤中的產量相差了將近四成。 過去的研究已經發現，大豆第三條染色體上的N區與耐鹽性相關；這次，研究團隊找到了使大豆耐鹽的基因： GmSALT3 （2）。 GmSALT3 是一個陽離子-氫離子交換蛋白，它能將鈉離子（Na+）運出大豆的莖與葉（shoot），可能也包括根。研究團隊發現 GmSALT3 總共有九種單元型（haplotype）：其中H1單元型能使大豆耐鹽，而H2-H9則無法使大豆耐鹽。而在中國種植的數十種大豆品系（包含31種栽培種以及22種野生種）中，GmSALT3的H1單元型的存在，與這些品系的耐鹽性息息相關，顯示了這個基因對大豆耐鹽性的重要。 研究團隊認為，找到這個基因之後，未來在育種時，可以使用基因標記（genetic marker）來確認耐鹽基因不會隨著育種的過程而被排除；近代的許多新品系大豆耐鹽性都不高，基因定序的結果也發現它們的GmSALT3已經不是H1單元型了。 找到耐鹽基因固然使人欣慰，不過改良耕作與灌溉的方式，以友善土地的方式進行農業，才是我們更需要做的事。否則，當土地已經嚴重地鹽化時，任何植物都無法在上面生長，再怎麼改良作物都只是緣木求魚而已！ 嚴重鹽化的土地，只剩下雜草勉強生長。 圖片來源： wiki 參考文獻： 1. Singh, G. (2010) The Soybean: Botany, Production and Uses. Oxfordshire, UK: CABI Publishing. 2. Rong...