老葉的植物王國

  圖片作者：ChatGPT 颱風要來了！每次颱風來，總會聽到樹倒猢猻散（誤）的新聞，如： 2023/10/5「小犬颱風撲台新北三峽區長達200公尺路樹遭強風吹倒」 2023/9/11 「颱風海葵／台東樹倒逾2千公噸公路局擬改種耐風本土種」 2022/9/3 「高雄8級強風！一天吹倒6路樹砸到整排車」（這僅是颱風外圍環流） 2021/10/11 「受圓規颱風影響路樹遭強風吹倒」 查閱文獻發現，颱風/颶風對樹木會造成各種影響。它們可能會造成樹木損壞，包括拔掉、斷裂和彎曲，從而導致樹木死亡。但是，有些樹能夠從傷害中恢復並重生。颱風/颶風也會影響樹木的生長和氣勢。在某些情況下，在颱風/颶風中生存的樹木的平均直徑增長大於它們在颱風前的生長速度 [1]。颱風/颶風可以增加嚴重受損的森林區域中的樹木多樣性，並改變耐陰影和不耐陰影物種的相對豐富性。它們還可以影響受損森林的繼承軌跡，導致物種組成的變化 [2]。此外，颱風/颶風可以改變物種組成並改變森林結構，可能影響整個森林社區的營養關係和功能 [3]。樹木對颱風/颶風傷害的敏感性顯示不同物種之間的耐風和耐乾性之間存在的差異 [4]。此外，颱風/颶風與海平面上升等其他因素結合，甚至能導致沿岸松樹林的滅亡 [5]。 由此可知，颱風對樹木的損害有多大。但是，颱風真的對樹木只有負面的影響嗎？最近一個由美國農業部進行的研究發現[6]，颱風對樹木的影響，也不完全是負面的。 他們以長葉松（ Pinus palustris ）種子生產作為指標，研究颱風對樹木的影響。研究分析了長達64年（1958–2022）的數據，發現在颱風來襲後一至兩年內，松果產量顯著增加。在颱風來襲後的第一年，松果增加了31%；第二年，松果增加了71%。 研究團隊認為，這可能是因為颱風帶來的降雨和輕度風力造成的樹冠密度減少。然而，如果颱風來襲後還是颳大風 （大風的標準是每秒25公尺，相當於90公里每小時。根據薩福-辛普森風暴等級，這個風速大致相當於12級風），就沒有效果了。 這是首次證實颱風直接影響樹木繁殖，暗示這可能是影響熱帶風暴易發地區樹木大量結果的一個未知環境因素。 我也想到2005年花蓮一連三個強烈颱風，結果我辛苦種了幾年的楓香就這樣陣亡了... 參考文獻： [1]Guadalupe, Williams-Linera., Cla...

  大豆。圖片來源： 維基百科 植物，就像我們，也會「感覺」到外界的變化，透過一些特殊的「感覺器官」來調整自己的生長。今天，我們就來談談植物是如何感知光的顏色，特別是藍光，以及這對它們生長的重要性。 你知道嗎？植物能「看見」光！雖然它們沒有眼睛，但它們有一種叫做光敏素（phytochrome）的特殊蛋白質，就像是它們的「眼睛」，幫助它們感知周圍的光線，特別是紅光。但是，植物不只對紅光敏感，它們也能感知到藍光，而且藍光對它們來說非常重要，所以植物也有感應藍光的光受器：隱花色素（cryptochrome，CRY ）！ 你可能會問，藍光對植物有什麼作用呢？實際上，藍光對植物的發育有很大影響，包括它們如何向光移動（趨光性），以及何時開花。最近，科學家在研究大豆時發現了一些有趣的事情。他們發現一種名為 GmCRY1b 的隱花色素，它在控制大豆葉子老化的過程中起著重要作用。 這個 GmCRY1b 能和一些特殊的蛋白質，像是 GmRGAa 和 GmRGAb ，互相作用，進而影響葉子衰老的速度。更有趣的是，在藍光的照射下，這些蛋白質的數量會減少，這暗示它們在由 GmCRY1b 調控的葉子衰老過程中扮演了一個角色。 為了深入了解這個過程，科學家進行了一系列實驗。他們用不同強度的藍光照射大豆葉片，發現在低強度的藍光下，葉子的衰老速度會加快，葉綠素的含量會降低，一些與老化相關的基因也會更活躍。這告訴我們，藍光是影響大豆葉子衰老的一個重要因素。 接下來，科學家用CRISPR技術（一種基因編輯工具）剔除了所有的隱花色素，改變了大豆對藍光的感應能力。他們發現，當大豆對藍光的感應能力降低時，葉子會更早地開始衰老，顯示出藍光感應器在控制葉子衰老方面扮演著重要的角色。 不僅如此，科學家還發現 GmCRY1b 可以和DELLA蛋白質（如 GmRGAa 和 GmRGAb ）互動，這些互動是在藍光下發生的。這意味著，當藍光照射到植物上時， GmCRY1b 會「碰到」DELLA蛋白，然後它們一起在葉子衰老的過程中發揮作用。 還有一個有趣的發現是，這些互動似乎是在植物細胞核內發生的。細胞核是細胞的「指揮中心」，控制著細胞的所有活動。所以，這暗示著 GmCRY1b 和DELLA蛋白在細胞核中一起工作，影響著植物如何回應藍光。 但是，這一切又和老化有什麼關系呢？研究發現，植物中的一種激素...

  大豆。圖片來源： 維基百科 雖然紅光對光合作用很重要，所以植物有光敏素（phytochrome）來偵測紅光，但是植物不只會看見紅光與紅外光，也會看見藍光。藍光可以影響植物的發育，包括趨光性與開花。藍光受器稱為隱花色素（cryptochrome，CRY ）。 最近針對大豆的隱花色素進行的研究發現，大豆中的隱花色素 GmCRY1b 參與調節大豆葉片的衰老過程。研究團隊發現，  GmCRY1b  能夠與 DELLA 蛋白質 GmRGAa 和 GmRGAb 進行互動，並通過調節 GmWRKY100 基因的轉錄來影響大豆葉片的衰老。此外，研究團隊還發現， GmRGAa 和 GmRGAb 蛋白質的表現量在藍光照射下明顯下降，這顯示它們可能參與了   GmCRY1b  調節大豆葉片衰老的過程。這些發現有助於深入了解植物葉片衰老的調節機制，並為進一步研究植物的生長和發育提供了重要的參考。 研究團隊為了要瞭解隱花色素在大豆中的角色，他們進行了多個實驗。 他們使用兩層黃色濾光片來模擬低藍光（LBL）條件，而同一株幼苗的另一片對面的單葉則被覆蓋了兩層透明濾光片，作為對照組。這樣的實驗設計旨在模擬不同藍光强度下的條件。 研究團隊發現，接受低藍光（LBL）處理的葉片顯著地加速衰老，其葉綠素含量較低，而衰老標記基因 GmSAG12 、 GmSAG13 和 GmSAG113 的表現量較對照組更高。在低藍光下若再提供紅外光，葉片顯示出更加明顯的衰老。這些結果顯示，LBL是大豆中促進葉片衰老的重要遮蔭信號，並且通過一個獨立的途徑與紅外光一起誘導葉片衰老。 接下來，研究團隊想知道大豆的隱花色素是否參與調節大豆中的光誘導葉片衰老。大豆有四個CRY1和三個CRY2。他們使用CRISPR技術生成了CRY1四重突變株（ Gmcry1s-qm ）和CRY2三重突變株（ Gmcry2s-tm ）。在長日照和自然田間條件下，無論是CRY1四重突變株還是CRY2三重突變株都比野生型衰老得更快。CRY1四重突變株的葉綠素含量明顯下降，子葉和葉片衰老指數較高，衰老標記基因的表現量也較高，比CRY2三重突變株更明顯，這顯示大豆的隱花色素在控制大豆葉片衰老中發揮主導作用。相反的，高量表現  GmCRY1b 表現出較緩慢的葉片衰老...

  Borderea pyreneica. 圖片來源： 網路 想像一下，如果你是一隻硬殼蛤蜊或者格陵蘭鯊魚，你已經是地球上最長壽的動物之一了。但是，這還比不上某些樹木的壽命。有大概100種樹木能活得比這些長壽的動物還要久，而且大約有30種樹木甚至能活過千年！有一棵樹叫做「瑪土撒拉」，是刺果松的一種，它的年齡幾乎有5000年。還有，在美國猶他州的潘多森林裡，有47000棵美洲山楊組成的一大片樹林，人們相信這片樹林已經存活了超過14000年。 不只是木本植物能活這麼久，庇里牛斯山上的一種植物叫做 Borderea pyreneica ，它的地下部分——塊莖，也能活上300年。 植物的壽命這麼長，主要是因為它們的生長方式和防禦機制特別。植物的生長中心叫做分生組織，包括芽頂分生組織和根頂分生組織。這些地方有一些特殊的細胞，就像是植物的幹細胞，它們可以不停地分裂，讓植物不斷地生長出新的部分。而且，植物很擅長修復自己的DNA，這樣就能防止因為基因出錯而生病或者死亡。 但是，植物在長大的過程中也會遇到一些挑戰。比如，植物的細胞分裂越多，就可能累積越多的小錯誤，也就是突變。這些突變可能會影響植物的健康和繁殖能力。植物有一種生長方式叫做模塊化生長，意思是植物的身體由很多小部分組成，這些小部分可以獨立生長。如果有些部分受損了，植物可以用其他健康的部分來替換它，這樣植物就能適應各種不同的環境。 所以，植物之所以能活這麼久，是因為它們的生長方式特別，能夠修復自己，也能適應環境的變化。這真是自然界中的一個奇跡！ 想瞭解更多嗎？請看 完整版 或直接閱讀論文   參考文獻： Volkava D, Riha K. Growing old while staying young : The unique mechanisms that defy aging in plants. EMBO Rep. 2024 Jan 26. doi: 10.1038/s44319-024-00062-4. Epub ahead of print. PMID: 38279018.

  Borderea pyreneica . 圖片來源： 網路 最長壽的動物大概就是硬殼蛤蜊與格陵蘭鯊魚，但是有大約100種樹木的壽命可以輕鬆地超過牠們；更不用提有大約30種樹木可以存活超過一千年。最長壽的樹木是被稱為「瑪土撒拉」（Methuselah）的刺果松，其年齡接近5000年。另外，在美國猶他州的潘多森林（Pando Forest），是個由47000個美洲山楊（ Populus tremuloides ）所組成的群體，據信也已經存活超過14000年了。 而且，並不是只有木本植物才能活這麼久。在庇里牛斯山的 Borderea pyreneica 的塊莖，也被認為已經存活300年了。 在我們眼前的大自然中，植物以其驚人的壽命和對環境的持久適應能力，展示了生命力的極致。 從單一種子中誕生的巨大森林，到能夠經歷數千年季節更迭的古老樹木，以及年年歲歲都從土中萌芽茁壯的薯蕷，植物的生命週期和發育策略向我們顯示了生物學上一些最引人入勝的奧秘。到底為什麼植物能活這麼久呢？ 植物生長和發育的核心，是分生組織（芽頂分生組織和根頂分生組織）。這些組織包含具有高度多能性和分裂活性的幹細胞，能夠透過一系列精確調控的信號途徑，不斷地進行有序的細胞分裂和分化，形成植物的各種組織和器官。分生組織的動態平衡和發育受到細胞周期調控、植物激素信號、以及基因表達調控網絡等多重因素的精細調控。所有植物器官（包括生殖結構），都是由分生組織持續增殖形成的。只要分生組織保持活躍，植物就可以繼續長大。 植物的長壽也與其在遺傳穩定性和對突變防範方面的獨特機制密切相關。植物細胞具有一套嚴密的基因組監控系統，能夠有效檢測和修復DNA損傷，確保細胞功能的完整性和基因組的穩定。此外，植物幹細胞的分裂頻率相對較低，特別是在分生組織的中央區域有一小群細胞是靜止或非常慢速分裂的幹細胞，這有助於降低DNA複製過程中由於DNA聚合酶的錯誤而導致的突變累積。這一分裂模式在生物學上稱為「非交換性分生組織分裂」（anticlinal meristematic division），它不僅有助於保持遺傳穩定性，還能在長期內支持持續的生長和發育。 儘管有這些保護機制，多年生植物在其漫長的生命週期中仍可能面臨細胞分裂過程中累積的突變壓力。近期的研究表明，雖然這些突變累積可能影響植物的生理功能和繁殖能力，但對於...

  圖片作者：ChatGPT 在國外，胡蘿蔔（carrot）是很受歡迎的點心，在派對或宴會時，沙拉盤中常見切成直條的胡蘿蔔。拿起一根沾沙拉醬吃，真的很好吃！ 但是胡蘿蔔不能太早切，如果放得有點久，就會變成彎彎的。 為什麼胡蘿蔔放久了會彎？ 你可能會說，就脫水啊。 但是，就是有人覺得這個現象有趣。事實上，對食品加工來說，彎彎的胡蘿蔔條賣相不佳，所以瞭解為什麼切開的胡蘿蔔會彎，其實有它的重要性。 科學家們做了一些實驗和計算來研究為什麼會這樣。 他們使用了一個叫做Lamé同心圓柱模型的數學模型來描述胡蘿蔔的結構，就像用一個數學方程式來描述胡蘿蔔的形狀和它是如何改變的。透過這個模型，他們可以計算出胡蘿蔔切開後不同時間點的彎曲程度。 研究發現，胡蘿蔔在被切開後，由於外層和內層（皮層和維管柱層）之間的拉力不同，就會開始彎曲。就像你的外衣比內衣緊，那麼外衣就會把內衣拉得緊緊的，胡蘿蔔也是一樣的原理。他們還發現，在第七天的時候，胡蘿蔔的彎曲程度會達到一個特定的數值，平均彎曲半徑是1.14米。 下一個問題就是，為什麼皮層和維管柱層之間的拉力不同？ 這就要回到胡蘿蔔的結構來解釋。胡蘿蔔的主要結構可以分為外層的皮層和內部的血維管柱層。 皮層（Cortex）是胡蘿蔔的外層，它主要由軟的細胞組成，這些細胞含有大量的水分和營養物質。皮層的細胞結構讓它在物理性質上比較柔軟和有彈性，可以存儲水分和營養，為植物的生長提供支持。當胡蘿蔔失水時，皮層的細胞會失去水分，導致收縮，這部分的收縮是胡蘿蔔彎曲的原因之一。 維管柱層（Vascular Cylinder）位於胡蘿蔔的內部，是植物的主要傳導系統，負責運輸水分和營養。這部分由維管組織和纖維組織構成，結構比較堅固，不容易收縮。維管柱層的結構使它對拉力的抵抗比皮層強，不像皮層那樣容易因為水分流失而收縮。 當胡蘿蔔被切開後，外層的皮層和內層的血管柱層因為它們物質特性的不同，對水分流失的反應也不同。皮層因為比較軟和有彈性，會有較大的收縮，而血管柱層的收縮比較小。這種不一致的收縮造成了皮層和血管柱層之間的拉力差異，進而導致胡蘿蔔彎曲。 這項研究不僅幫助我們理解胡蘿蔔彎曲的原理，而且還能讓我們更好地理解植物的生長方式和它們的物理特性。生活中的一個小小的現象，其實裡面藏著物理學的原理，很有趣呢！ 最後要提醒大家：用胡蘿蔔條沾沙...

  番茄天蛾。圖片來源： 維基百科 植物是大自然裡的聰明生物，它們會用各種方式來應對環境的變化。你知道嗎？當小蟲子咬植物的時候，植物會釋放一種特殊的氣味，這種氣味其實是由揮發性化合物（就是VOC）組成的。不過，最近有個研究告訴我們，事情可能不像我們以前想的那樣簡單。 研究人員拿了四種不同的番茄來做實驗： 1. Mountain Fresh F1 (MF)：這種番茄超級強悍，能在涼爽或潮濕的地方長得很好。它的果實大又多汁，而且對很多病害都很抵抗。 2. Valley Girl F1 (VG)：關於這種番茄的資訊不多。 3. Amish Paste OG (AP)：這種番茄有超過100年的歷史了，它會不停地長果實直到天氣變冷。它的果實大且有獨特的甜酸味。 4. Cherokee Purple OG (CP)：這是一種很古老的番茄，成熟時顏色深，味道非常獨特。 他們還用了一種叫做「番茄天蛾」的小蟲子，這種蟲子喜歡在晚上出來吃番茄和煙草。 這個實驗有128個盆栽，每種番茄分成四組，每組做了八次實驗。有一半的番茄盆栽接種了一種叫做叢枝菌根真菌的東西，另一半則讓「番茄天蛾」咬48小時。這些番茄都在溫室裡長大，那裡的溫度和濕度都被控制得很好。 用於實驗的叢枝菌根真菌是市面上可以買到的，裡面有四種不同的菌根真菌。 研究的目的是看看不同的番茄品種，以及它們和菌根真菌或小蟲子的互動，會怎樣影響植物釋放的揮發性化合物。這些發現可以幫助我們更好地理解植物是怎樣和周圍的環境互動的。 結果發現，不管是菌根真菌還是小蟲子，都會讓番茄釋放更少的揮發性化合物。這和我們之前認為植物會因為受到壓力而釋放更多化合物的想法不太一樣。研究還發現，不同品種的番茄釋放的化合物有明顯的差異，這可能是因為每種番茄的遺傳特性不同。 這個研究提醒我們，植物、菌根真菌和小蟲子之間有著非常複雜的關係。了解這些關係可以幫助我們更好地照顧植物，並在農業上取得更好的成果。 想瞭解更多嗎？可以看 完整版 或直接看論文   參考文獻： Dady, E.R., Kleczewski, N., Ugarte, C.M. et al. Plant Variety, Mycorrhization, and Herbivory Influence Induced Volatile Emissions...