植物學

自然界中，植物以NO₃⁻和NH4+作為主要氮源，在吸收後轉化為麩胺酸(Glu)和麩醯胺酸(Gln)作為第一產物進行基本生理反應，在我們實驗室先前的研究中，發現Gln會誘導阿拉伯芥側根生長、壓力反應和抗病性，所以提出了一種假說「細胞外的Gln是營養氮源，也是一種“危險訊號”」，藉由可能存在的Gln的受體表現。目前我進行了其中三組受體的測試，分別是wall-associated kinase2(WAK2)、wall-associated kinase3(WAK3)和EF-Tu受體(EFR)，WAK家族是穩定細胞壁果膠的受體激酶，然而我們實驗中發現WAK3在wak3 muntant的表現是不穩定的。EFR為接收EF-Tu(elongation factor thermal unstable)的模式辨識受體(PRR)，參與活化植物防禦及PAMP-triggered immunity (PTI)，efr muntant在Gln的誘導下表現了防禦相關基因與水楊酸生成之相關基因。本研究將有助於深入理解Gln在植物防禦和側根生長中的功能及其調控機制，並為未來的作物改良和病害防治提供理論基礎。

病原體已被證實為農作物損失的主要原因，⽽背後可能與幫助農作物防⽌病原體感染的植物免疫反應訊號不⾜有相關連。根據近期研究，全球暖化所造成的溫度上升抑制植物對抗病原體的能⼒，使病原體感染農作物的問題愈發嚴重，⽽其背後的主要原因為⾼溫透過阻礙 Pathogenesis-related protein 1 (PR1) 蛋⽩的⽣成抑制植物活化廣效的免疫反應。PR1 是重要細胞激素的前驅蛋⽩，透過⽣成AtCAPE9 引起免疫反應，⽽負責⽔解 PR1 的蛋⽩酶則被發現會因⾼溫損傷。在本研究中，我們假設並證明環境升溫造成的植物免疫能⼒下降是因為蛋⽩酶活性被破壞導致 AtCAPE9 ⽣成量減少所造成。本研究由設計熱逆境處理阿拉伯芥離葉組織的初步實驗開始，藉以揭⽰ AtCAPE9 可能是使植物在熱損害後恢復氣孔免疫的關鍵因素。此項研究可應⽤於研發轉基因或⾮轉基因的⽅法幫助植物應對病原體，以預防全球暖化所導致的作物損失。

這項研究深入探討阿拉伯芥生理時鐘的轉錄調控機制，關注植物特有 GAGA 結合因子， BASIC PENTACYSTEINEs（BPCs）。通過監測 BPC 突變株和誘導株的葉片運動，及對 BPC 突變株生長缺陷的觀察，推測 BPC 於節律運動和葉形表徵扮演調控要角。藉數學建模和對突變與誘導株的 qRT-PCR 實驗，我揭示第一及第二類 BPC 在協調生物鐘節奏和葉片發育中的多種功能，更描述 BPC 內部調控網絡，了解這些蛋白質如何維持恆定。突變株實驗突顯 BPC 對關鍵時鐘成員 CCA1、ELF4、GI 和 PRR 家族的精確控制，而誘導株實驗則繞離 BPC 家族內部的補救途徑，從不同的尺度提供更直觀的檢驗方法。模擬進一步闡明 BPC 如何微調時鐘，確保振盪最佳化和晝夜間的無縫過渡。此外，我還發現 BPC1 和 BPC3 對第二類 TCP 基因的影響。他們抑制除 TCP5 外的多數 TCP 基因，透過不同下游途徑影響葉緣形態。概括而言，這項研究揭示了 BPC 家族是生理時鐘和葉片發育途徑的關鍵調控者。

本研究取樣淺焙及深焙咖啡渣與茶葉渣經過不同時間發酵後當作肥料進行白菜植栽顯示，白菜種籽適合於酸性咖啡土中發芽，而茶葉土 pH 值較鹼，雖會延緩發芽，但營養高，於成長後期更有利白菜生長，並以發酵 2 週土最佳。接續擇優取淺焙咖啡土與茶葉土混合當肥料，或進一步使白菜籽於淺焙咖啡土發芽後再移植至全茶葉土，最佳可獲得比淺焙咖啡土高出 5.17 倍或甚至 15.8 的成長效果。茶葉土營養佳除與發酵後茶葉成分有關外，土壤中富含溶鉀及溶磷等菌種亦扮演關鍵角色。此外，富含鉀離子的茶葉土所種植的白菜能透過關閉葉片氣孔、使澱粉代謝，並藉由根部提前累積脯胺酸來應對滲透壓變化，以增加根系與葉片對抗鹽逆境與缺水的問題。本研究利用適化咖啡土 pH 值與茶葉土養分相互搭配，可有效縮短發芽時間、大幅增加產率，提升耐鹽抗旱能力，除有助活化廢棄物外，並可提升農業競爭力。

多數陸生植物可與微生物建立互利共生關係，以增強營養鹽的吸收並適應環境。叢枝菌根菌（arbuscular mycorrhizal fungi）已被證實可幫助水稻生長，前人已初步探索背後的調控機制，釐清植物如何透過轉錄因子調控基因表現來建立與菌根菌的共生。台大植物科學研究所一教授與其研究團隊發現一新穎的水稻不確定域轉錄因子 （OsAID1） 可正向調控共生，且其啟動子區域有可被轉錄因子 OsPHR2 結合的 DNA 序列 （P1BS），其中 OsPHR2 已被證實是在缺磷反應和菌根菌共生途徑中均扮演重要角色的轉錄因子，然而 OsAID1 與 OsPHR2 的關係尚未被釐清，另外先前研究發現 AID1 需要未知的交互作用蛋白以開啟轉錄調控，故本研究想探討 OsAID1 與 OsPHR2 間的上下游關係以及能與 AID1 交互作用的蛋白。透過觀察aid1 突變株之共生率推測 OsAID1 為 OsPHR2 的下游，並透過 BiFC 實驗證實 OsAID1 與 OsSLR1 之間有交互作用。此研究提供 OsAID1 在水稻與菌根菌共生中的基因調控更深一步的探索。

本研究主要是探討空氣鳳梨葉子作為清淨環境空氣和降低 PM2.5 濃度以及物理性微粒的功能。為了解空氣鳳梨的吸附能力，我們先測量空氣鳳梨的滯塵能力，發現高居室內植物滯塵能力第二名：其次是測量植株能否降低線香微粒濃度，發現其葉片具有減少懸浮微粒的能力，顯示其具有空氣淨化效果；猜測上述能力應與毛狀體結構有關，於是著手測量去毛後的吸附能力，得知毛狀體是影響吸附能力的關鍵。接著我們學習 Image J 操作，進一步了解空氣鳳梨在各部位的吸收能力及運送途徑。透過數位化影像分析，推測微粒的路徑為葉基→葉中→葉尖。最後比較了吸附微粒後的植株與對照組的抗氧化能力，發現實驗組明顯降低，說明微粒會對空氣鳳梨造成氧化壓力並影響生理代謝。

減數分裂是育種的基礎，透過其中的遺傳重組可以分離連鎖的基因，提供研究和篩選優良基因組合的機會。然而每次減數分裂中的遺傳重組數目存在自然限制，也就是每對同源染色體平均僅發生兩個互換，且大多位於染色體的末端，這使得在研究或育種的過程中，尋找理想的遺傳組合變得極為耗時。本研究採用免疫螢光染色技術來分析玉米不同品系，在減數分裂時遺傳重組發生的數量，目的是探討多樣性的基因種源是否影響遺傳重組的數目。研究結果顯示，不同玉米品系間的遺傳重組數目具有顯著差異，且呈現分群的現象，這表示不同基因種源可能帶有差異性的重組調控相關基因。基於這些發現，我們期待未來能深入研究影響遺傳重組數目和位置的機制。

As the world population grows, the demand of food products grows as well and there will be an expected food crisis in the coming years. To prevent those crises, alternative food farming methods must be used. This paper studied two farming systems in different conditions, to compare and find the best, natural and cost-effective system that will cover the current and future demand. The system which can also be used in those areas where soil is less cultivated with insufficient aeration. The first system is the soil-based system (traditional), and the other is hydroponic system. Hydroponic is a technique of growing plants in nutrient solutions with or without the use of an inert medium. Two types of seeds; peas and spinach were observed in both systems over a period of 25 days. In hydroponic plants coco peat was used in place of soil along with the Aegis nutrient. 8 plants were seeded for both types of plants in different systems, conditions, concentrations and pH to conclude the best condition. Growth parameters of all plants including root, shoot and leaf length were observed and recorded daily. On the uprooting, their weight (g), no. of root hairs and used nutrient’s volume(ml) were also recorded. Fungus and insects were seen in the soil plants. The results executed that the growth was maximum in spinach having normal manufacturer nutrient’s spray concentration(1.25ml/625ml) with pH 6 and in peas having normal supplier concentration (5ml/625ml) with pH 4. So, it can be concluded that hydroponic spinach, which is a green leafy plant, can ideally grow at the pH of 6 and peas in slightly acidic condition. Hydroponic planting system has a better growth effect than traditional soil system and this system don’t need any fertilizer, insecticide, pesticide, fungicide and herbicide. While soil plants’ growth was adversely affected by fungus and insects in the absence of these chemicals which can contaminate our food and make it less hygienic for our health. This result achieves the aim of this paper which is finding a planting system and its conditions that can increase the productivity to cover the food demand.

蘭科植物的種⼦細微如沙塵然⽽胚發育不完全，亦無胚乳。在⾃然條件下，蘭科植物需仰賴菌根真菌⽅能順利完成其⽣活史。本研究欲探討綬草(Spiranthes sinensis)與根部共生真菌（root-originated mycorrhizal fungi）的關係，將實驗分為四個部分，一為觀察綬草根部、種⼦和共生真菌。二為探討綬草的根部共生菌種。三為測試共生菌絲與萌發所需物質的關係。四為探討共生真菌與綬草萌發的關係。結果發現綬草的根部共生菌種類會受環境影響，並且綬草根部的真菌種類不少，其中包含角擔菌Ceratobasidiaceae、膠膜菌Tulasnellaceae、傘菌科agaricomycetidae等，且能分解環境中的澱粉與蛋白質。

水蕨(Ceratopteris thalictroides)為台灣本土常見的水生蕨類，亦為觀察植物生活史的絕佳教材。然而發現秋季採集的水蕨孢子具有明顯的休眠現象，因此本研究旨在探討水蕨孢子的休眠現象與機制，以及成熟度、低溫儲存、吉貝素及光照等因素對於水蕨孢子發芽的影響。研究發現，孢子的休眠現象與成熟度具有顯著相關性，並且可以藉由低溫儲存有效打破休眠狀態。適當濃度的吉貝素則可以有效逆轉離層酸對於水蕨孢子發芽的抑制作用，並促進孢子發芽。針對光照處理，結果發現藍強光及紅光能顯著提升孢子發芽率，藍弱光則無，而遠紅光則具有拮抗紅光的效果，此驗證了光敏素對於水蕨孢子發芽的調節機制，此外也發現於不同光照處理間需存在一定時間的黑暗間期，使光敏素進行轉換。本研究對於水蕨孢子採集與培養之條件，可提供培養水蕨時的參考，未來期望能應用於其他蕨類植物的培養與復育。