老葉的植物王國

大豆。圖片來源：維基百科 基於環保的理由，近年來開發素肉或仿肉蔚為風潮。有完全以豆類蛋白所製作的素肉，也有組織培養動物細胞而成的仿肉。目前在歐美素肉的開發已有相當成績，仿肉也取得初步成功，但尚未上市。 組織培養動物細胞製作仿肉，說來容易做來難，主要原因是因為肉裡面並不只有動物的肌肉細胞，還有結締組織等作為肉的架構。過去多半都是使用由動物萃取而來的明膠（gelatin，牛的膠原蛋白）來作為仿肉的架構，但如此一來就需要犧牲動物的生命來萃取明膠，即便是來自肉品產業的副產物，對素食者，不論是基於護生或環保的裡由，都有相當的疑慮。 最近有人開發出以大豆蛋白作為仿肉的架構，讓牛的肌肉細胞附著於上生長。根據三位受試者的品嚐經驗，以大豆蛋白作為架構的仿肉，在口感上與牛肉吃不出差異。但這樣製作的仿肉到底有沒有比較環保，還需要進一步的探討。 撇開環保不提，到底以組織培養的方式製作出來的仿肉是否就是「素」的呢？畢竟最開始的來源還是來自於動物，不是嗎？更不用提使用的培養基是否有動物來源製品... 參考文獻： Nature Food, DOI: 10.1038/s43016-020-0046-5

稻米。圖片來源： 維基百科 野化米（feral rice， Oryza sativa f. spontanea ）也稱為紅米（red rice），特徵為成熟後穀粒會掉落、種子會休眠以及產量低。由於野化米的競爭力很強，近年來已成為稻田中相當令人頭痛的雜草。 最近華盛頓大學分析了全世界524個野化米的基因、並與稻米的基因比較後發現，亞洲的野化米的祖先來自於綠色革命時期的幾個稻米的品系。而讓這些野化米野化的關鍵基因區域，與馴化的基因區域並不重疊。至於拉丁美洲的野化米則是多層次雜交的結果。 對植物而言，野化後的物種在成熟後穀粒會脫落、種子會休眠，這都有利於植物在自然界生存下去的性狀，所以會出現這樣的演化好像也不意外，但筆者很好奇其他的主要穀物（小麥、小米、玉米等）是否也有野化種的出現？ 參考文獻： Jie Qiu, Lei Jia, Dongya Wu, Xifang Weng, Lijuan Chen, Jian Sun, Meihong Chen, Lingfeng Mao, Bowen Jiang, Chuyu Ye, Guilherme Menegol Turra, Longbiao Guo, Guoyou Ye, Qian-Hao Zhu, Toshiyuki Imaizumi, Beng-Kah Song, Laura Scarabel, Aldo Merotto, Kenneth M. Olsen, Longjiang Fan. Diverse genetic mechanisms underlie worldwide convergent rice feralization . Genome Biology, 2020; 21 (1) DOI: 10.1186/s13059-020-01980-x

圖片來源： 維基百科 一項歷時十八年的研究顯示：在農莊上種植多種作物可以維持生物（在本研究中主要觀察的是鳥類）多樣性，同時也可以讓農田更能適應氣候變遷。 這個研究是在哥斯大黎加進行的，比較了過去十八年在傳統農業（單一作物大量種植）、多樣性農業（種植許多種不同的農作物）、森林的生物多樣性。 與森林比起來，不論是傳統農業或多樣性農業，對生態都造成影響。但當比較傳統農業與多樣性農業，傳統農業對（鳥類）生態的傷害要大得多。 為了方便耕作與收穫，傳統農業總是進行大面積的單一作物種植。這個研究提供了一些反思的機會，只是不知道有多少農家願意做這樣麻煩的事？畢竟種植多種不同的農作物意味著人工的增加，而願意從農的人在各國應該都不多吧。 參考文獻： J. Nicholas Hendershot, Jeffrey R. Smith, Christopher B. Anderson, Andrew D. Letten, Luke O. Frishkoff, Jim R. Zook, Tadashi Fukami, Gretchen C. Daily. Intensive farming drives long-term shifts in avian community composition . Nature, 2020; 579 (7799): 393 DOI: 10.1038/s41586-020-2090-6

長芒莧（Palmer amaranth）.圖片來源： 維基百科 。 先正達（Syngenta）最近投資了一家在以色列的名為WeedOUT的生技公司。這家生技公司主要研發的項目是：收集雜草（主要是 長芒莧 Palmer amaranth ）的花粉，以放射線照射後使花粉失去活性，再將花粉釋放到田間，好讓雜草無法結子。 這是否意味著開發除草劑已經越來越困難了？ 長芒莧在2014年時於中西部大爆發 ，且對嘉磷塞（glyphosate）這類的全效性除草劑已經出現了抗性，迫使農民必須要進行深耕。根據維基百科的資料，在2006年時已經有抗嘉磷塞的長芒莧出現，到了2019年已有抗2,4-D與汰克草（Dicamba）的長芒莧出現。這種雜草每天可以成長1-2英寸（2.5到5公分），是棉花與大豆田裡的主要雜草。 這種雜草是可以吃的，據說味道相當不錯。不過美國人本來就不太懂得吃青菜囉。 參考文獻： Syngenta backs sterile pollen start-up . C&EN.

葉綠體。圖片來源：維基百科 光合作用（photosynthesis）讓植物把光能轉化為化學能，過程中會產生氧氣這個副產物。當植物暴露在過多光能下時，葉綠體（chloroplast）中會產生如單線態氧（singlet oxygen， 1 O 2 ）等自由基（free radical）。如果任由自由基在葉綠體中堆積，它們便會進一步地去氧化許多細胞內的成員。 為了防止自由基傷害細胞，我們的細胞除了有抵禦自由基的機制，也有偵測自由基的機制。最近歐洲的研究團隊又發現了一個新的基因-名為 SAFEGUARD1 （簡寫為 SAFE1 ）。缺少 SAFE1 的植物，在光照下葉綠餅（上圖的Granum）邊緣會出現損傷。 研究團隊是怎麼發現這個基因的呢？原來他們是找尋能逆轉缺少兩個基因（ flu ex1 ）的雙突變株的性狀。這兩個基因的突變，可以使細胞內的單線態氧濃度上升時，並不引發細胞凋亡。原本在正常的植物體內，單線態氧濃度上升應該要引發細胞凋亡的。藉由找尋能讓細胞恢復在單線態氧濃度上升時進行細胞凋亡的突變株，研究團隊找到了 SAFE1 這個基因。 研究團隊認為， SAFE1 可在沒有 EX1 基因的狀況下，抑制細胞凋亡的發生，顯示了它應該是經由另一條路徑的。未來還需要更多研究來瞭解 SAFE1 這個基因的功能。 參考文獻： Liangsheng Wang, Dario Leister, Li Guan, Yi Zheng, Katja Schneider, Martin Lehmann, Klaus Apel, Tatjana Kleine. The Arabidopsis SAFEGUARD1 suppresses singlet oxygen-induced stress responses by protecting grana margins. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020; 201918640 DOI: 10.1073/pnas.1918640117

捕光複合體II（LHCII）。圖片來源： 維基百科 光合作用（photosynthesis）就是植物以葉綠素（chlorophyll）將光能捕捉下來，產生能量（ATP）與電子（NADPH），用來還原二氧化碳（CO 2 ）產生醣類的過程。說來好像非常簡單，但是在日正當中時，因為無法移動的關係，植物總是會被迫吸收過多的光能。 這些光能如果不排除，就會在植物細胞內遊走，產生自由基，對植物造成傷害。要如何把這些過多的光能給發散掉呢？在教科書裡面總是提到兩個很重要的蛋白質複合體：捕光複合體I與捕光複合體II（light harvesting complex，LHC）。捕光複合體們不只有葉綠素、還有類胡蘿蔔素（carotenoids）。據信，類胡蘿蔔素會將葉綠素所吸收的過多的光能給發散掉，這樣就不會生成自由基來傷害植物了。 說是這麼說，但是誰也沒真的觀察到葉綠素直接把光能傳遞給類胡蘿蔔素過。沒看到過是因為光能傳遞的速度實在太快以及光能的波長未知。 2017年，麻省理工學院的研究團隊建立了一個新的技術，可以觀察10 -15 秒的能量傳遞，而且從紅光到藍光的範圍都可以看到。於是他們將捕光複合體II放在脂質所構成的奈米盤中進行觀察。這是第一次直接觀察到葉綠素將光能直接傳遞給類胡蘿蔔素。 雖然看到了，但究竟是什麼引發葉綠素將光能傳給類胡蘿蔔素，而不是傳遞給光系統呢？這就需要更多的研究來加深理解了。 參考文獻： Minjung Son, Alberta Pinnola, Samuel C. Gordon, Roberto Bassi, Gabriela S. Schlau-Cohen. Observation of dissipative chlorophyll-to-carotenoid energy transfer in light-harvesting complex II in membrane nanodiscs. Nature Communications, 2020; 11 (1) DOI: 10.1038/s41467-020-15074-6

藍綠菌 Cylindrospermum 屬。圖片來源： 維基百科 許多植物如鱷梨（avacado）、白花芥（rape）、橄欖（olive）都會合成大量的脂肪，最近歐洲的科學家們也發現藍綠菌（cyanobacteria）可能也具備了這個能力。 他們在相當受歡迎的模式藍綠菌 Synechocystis sp. PCC6803中找到了醯基轉移酶（acyltransferase）。醯基轉移酶是脂肪合成的關鍵酵素。 雖然PCC6803目前只能合成少量的脂肪，但它很容易轉殖，可以透過基因改良的方法來讓醯基轉移酶的表現量上升，進而讓PCC6803合成更多的脂肪。另外，研究團隊們也打算看看其他的藍綠菌是否能合成較多的脂肪。 相對於使用如白花芥這類的植物來生產生質能源，藍綠菌不需要太多的土地，只要能找到理想的菌株，再提供培養液、陽光與水槽就萬事OK。 參考文獻： Mohammed Aizouq, Helga Peisker, Katharina Gutbrod, Michael Melzer, Georg Hölzl, Peter Dörmann. Triacylglycerol and phytyl ester synthesis in Synechocystis sp. PCC6803. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020; 201915930 DOI: 10.1073/pnas.1915930117