老葉的植物王國

  Posidonia oceanica 。圖片來源： 維基百科 大家對豆科植物與根瘤菌的共生關係應該都耳熟能詳了，但是海草與細菌建立共生關係卻從沒聽過。海草（seagrass）與藻類（algae）不同，海草源自於陸生植物，大約在一億年前從陸地回到海中。 地中海特有的大洋海神草（ Posidonia oceanica ）為海神草屬植物，該屬只有一種，且僅分布於地中海。大洋海神草可透過有性繁殖產生種子，也可透過地下莖進行無性繁殖。由於地中海並沒有豐富的氮源，所以科學家們認為大洋海神草一定有其他的方法來獲取它所需要的氮。 最近的研究發現，大洋海神草與一種稱為 Candidatus Celerinatantimonas neptuna的細菌存在著共生關係。 Ca . C. neptuna 住在大洋海神草的根部組織，提供大洋海神草氨（ammonia）與胺基酸，讓大洋海神草得以旺盛生長。 這是第一次發現海草與固氮菌共生的實例。 參考文獻： Mohr, W., Lehnen, N., Ahmerkamp, S. et al. Terrestrial-type nitrogen-fixing symbiosis between seagrass and a marine bacterium. Nature 600, 105–109 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-04063-4

  圖片來源：維基百科 發源於非洲的西瓜（ Citrullus lanatus ）是很受歡迎的水果。中文名「西」瓜是因為它 來自西方 ，英文名"watermelon"是因為它水分多。清甜而多汁的瓜肉除了含有大量的糖份，也含有蘋果酸、檸檬酸、草酸以及維生素C；另外西瓜中含有大量的瓜胺酸（citrulline）與精胺酸（arginine）等胺基酸...事實上，瓜胺酸之所以得到這個名字，就是因為當初是 從西瓜中分離出來 。 最近科學家們彙整了2000年到2020年關於西瓜的研究發現， 吃西瓜或是補充瓜胺酸都可以降血壓，對心血管有好處。 西瓜或瓜胺酸對脂肪/脂蛋白的代謝有正向的影響。研究發現，每日補充一到三克的瓜胺酸，對心血管與代謝都有好的影響；另外精胺酸也有幫助。 參考文獻： B. Burton-Freeman et al. 2021. Watermelon and l-Citrulline in Cardio-Metabolic Health: Review of the Evidence 2000-2020. Curr Atheroscler Rep 23, 81; doi: 10.1007/s11883-021-00978-5

  圖片來源： Nature Communication 氮是植物的必須礦物質之一，對植物的生長發育非常重要。植物合成胺基酸、脂肪、碳水化合物、核酸都少不了氮。缺氮的植物會產生生長遲滯、莖葉變紅變硬等現象。 植物主要吸收氮的形式是硝酸根與銨。有些植物會對其中一個比較偏好。最近的研究發現，缺氮時會影響水稻的減數分裂（meiosis），造成無法產生花粉。 研究團隊從鈷六十誘導突變的植株中找到了一個產生花粉有障礙的突變種 ETFβ 。 ETFβ 的花粉母細胞分化發生缺損、無法進行減數分裂，導致幾乎無法產生花粉；另外，研究團隊也發現支鏈胺基酸（BCAA，branched-chain amino acids）累積的現象。 奇妙的是，當研究團隊把突變種種在不同的介質中，卻出現了生殖能力的變化；由於不同的介質中礦物質的含量略有不同，於是研究團隊把突變種種在不含有礦物質的介質中，然後再給予不同濃度的營養液。結果發現，給予兩倍營養液的突變株，其生殖能力幾乎回到野生種的狀態。 究竟是缺乏哪一種礦物質呢？研究團隊決定從氮先開始試驗...BINGO！加入硝酸銨的一倍營養液可讓突變種回復到接近野生種的狀態。 也就是說，雖然缺少了 ETFβ 這個基因會使水稻的花粉母細胞無法進行減數分裂，導致幾乎無法產生花粉；但是添加無機氮卻可以逆轉這個現象。也就是說，缺氮所造成的生殖能力降低，可能是因為干擾了減數分裂的關係。 參考文獻： Yang, H., Li, Y., Cao, Y. et al. Nitrogen nutrition contributes to plant fertility by affecting meiosis initiation. Nat Commun 13, 485 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-28173-3

  圖片來源：山外圖書社 最近開始看石聲漢老師的《氾勝之書今釋》，有些疑問的地方，用自己的部落格記錄一下。 裡面的第20頁與23頁，讓我覺得其實是古人在幫種子培育共生菌種。 「取雪汁，漬原蠶矢。五六日，待釋，手挼之，和穀（如麥飯狀）種之，能御旱。故謂雪為五穀精也。--治種如此，則收常倍。」 「剉馬骨、牛、羊、豬、麋、鹿骨一斗，以雪汁三斗，煮之三沸。取汁，以漬附子。率：汁一斗，附子五枚。漬之五日，去附子。擣麋、鹿、羊矢，等分，置汁中，熟撓，和之。候晏，溫，又溲曝，狀如后稷法。皆溲汁乾，乃止。若無骨，煮繰蛹汁和溲。如此，即以區種之。大旱，澆之。其收至畝百石以上，十倍於后稷。」 「剉馬骨、牛、羊、豬、麋、鹿骨一斗，以雪汁三斗，煮之三沸。取汁」這一段，根本就是在配製培養基。 「汁一斗，附子五枚。漬之五日，去附子。擣麋、鹿、羊矢，等分，置汁中」這段，就是在種菌跟培養菌。 「皆溲汁乾，乃止。」就是把培養液coating在種子上。 據說這樣能提升產量或提升農作物的抗旱能力，妙哉。 第29頁，提到：4.2.3 凡種黍，覆土，鋤治皆如禾法。欲疏於禾。 在第30頁的釋文，把「禾」解釋為穀子（稻米），但我覺得《氾勝之書》成書於西漢末年，那時候稻子應該還不是很普遍，是否應該解釋為小米（粟）？ 第52頁：6.3 牽馬，令就穀堆食數口：以馬踐過。為種，無虸蚄等蟲也。 這段我覺得很奇妙，可能是古人還無法完全理解農業的一些「眉角」吧！如果是種子發芽，我曾看有人說，不能發芽的種子，因為已經腐壞，雖然人的肉眼看不出來，但是動物聞得出來，所以動物不會吃；但是動物吃過、踩過的種子比較沒害蟲？這倒是第一次聽過。 《氾勝之書》是中國最古老的農書（據說成書於西漢晚期），原書已亡佚，但不同的古農書中都有轉載一些片段，後來的人把這些片段又收集起來，成了現在看到的內容。 從《氾勝之書》中可以看到古人對於農業的重視，但也看到了在科技不發達的狀況下，難免會有一些小迷信。

  大星牽牛（ Ipomoea trifida ）圖片來源： 維基百科 番薯（ Ipomoea batatas ）是旋花科番薯屬的多年生植物，發源於中南美洲，卻成功地在台灣落地生根，成為臺灣人用來稱呼自己的植物。 近年來的研究發現，番薯其實是六倍體（hexaploid），也發現了它的二倍體：大星牽牛（如上圖）。 最近科學家們在厄瓜多找到了番薯的四倍體： Ipomoea aequatoriensis 。 這個發現，可幫助科學家們進一步瞭解番薯的種源。 參考文獻： Discovery and characterisation of sweetpotato’s closest tetraploid relative Pablo Munoz-Rodriguez, Tom Wells, John R.I. Wood, Tom Carruthers, Noelle L. Anglin, Robert L. Jarret, Robert W. Scotland

  圖片來源： 維基百科 全球暖化勢必會影響到糧食安全，因為全球一半的熱量來自於稻米、小麥與玉米，而稻米與小麥並非熱帶/亞熱帶作物。 除了積極培育耐熱的新品系外，是否能從各地不同族群的傳統食物中找到新糧食作物呢？ 當然這也是可行的方法。來自衣索比亞最近發表的研究就建議可將粗柄象腿蕉（ Ensete ventricosum ）列入候選名單。 粗柄象腿蕉在衣索比亞是重要的傳統食物，它是芭蕉科象腿蕉屬的多年生植物。我們熟悉的香蕉是吃他的果實，但象腿蕉的可食部位是它的根，果實反而不可食。 象腿蕉主要用種子繁殖，在衣索比亞主要種植區為南部與西南部。種植後四到五年可從根部收穫大約四十公斤的澱粉質，可用於製作粥或發酵。在當地，粗柄象腿蕉養活了大約兩千萬人。 由於研究團隊在當地發現了其他種類的象腿蕉，它們分布於衣索比亞的其他區域。因此，研究團隊認為，（粗柄）象腿蕉的種植區域應該可以進一步擴大。 以生態區位建模的研究也發現，（粗柄）象腿蕉的種植區域至少可以再擴大12倍。因此研究團隊建議，應慎重考慮將（粗柄）象腿蕉納入主食之一，擴大其種植面積，在全球暖化的今天多一種糧食作物的選項。 參考文獻： Koch et al 2022 Environ. Res. Lett. 17 014022 .

  圖片來源：維基百科 向日葵（sunflower）因為其美麗的「花」（其實是花序，inflorescence，由管狀花與舌狀花構成，管狀花構成「花心」，舌狀花構成「花瓣」）而廣受喜愛。但人類看到的向日葵與蜜蜂、蝴蝶看到的向日葵可大不同喔！原來蜜蜂、蝴蝶看得到紫外光（UV，ultraviolet light），所以蜜蜂、蝴蝶看到的向日葵「花瓣」（其實是舌狀花）會出現所謂的「靶心圖案」（bullseye pattern），指點這些採蜜的昆蟲們哪裡有花蜜。 為什麼向日葵會吸收紫外光呢？原來是向日葵會合成一些類黃酮素（flavonoid），而這些類黃酮素會吸收紫外光。最近的研究發現，這些類黃酮素不止能吸引採蜜的昆蟲，還能幫助植物減少蒸散作用（transpiration）。 研究團隊一開始是注意到，較為乾燥的氣候下種植的向日葵，其靶心圖案較大。研究團隊發現一個稱為 HaMYB111 的基因與靶心圖案的大小有關。 HaMYB111 是個轉錄因子（transcription factor），控制類黃酮素合成基因的轉錄。在阿拉伯芥中， AtMYB111 會跟另外兩個基因共同調節類黃酮合成基因的轉錄。過去的研究發現， AtMYB111 在舌狀花的花瓣中表現量特別高；在這次研究團隊也發現，將 HaMYB111 表現在缺少 AtMYB111 的阿拉伯芥中，可以重現阿拉伯芥花瓣中的類黃酮素表現，也可讓阿拉伯芥的UV圖案重新出現。 研究團隊發現，生長在較熱較乾燥環境下的向日葵，其靶心圖案比生長在潮濕環境下的要大得多，有些甚至幾乎與花序一樣大了。從這個研究可知，構成靶心圖案的類黃酮素，不僅可以協助昆蟲找到花的中心、幫助授粉，還能降低蒸散作用，讓植物更耐旱， 參考文獻： Marco Todesco, Natalia Bercovich, Amy Kim, Ivana Imerovski, Gregory L Owens, Óscar Dorado Ruiz, Srinidhi V Holalu, Lufiani L Madilao, Mojtaba Jahani, Jean-Sébastien Légaré, Benjamin K Blackman, Loren H Rieseberg. Genetic basis and dual adaptive role of floral pi...