植物學

鐵是植物生長的必要營養元素之一，土壤中的鐵含量雖然不低，但受限於含鐵礦物的溶解度使得鐵的有效性低，植物對鐵的吸收因此受限，進而影響人類的鐵攝取量並造成相關的健康問題。欲提高植物對鐵的利用效率，必須先了解植物對其吸收之相關機制，主要關鍵之一為植物根如何改變根圈環境以控制鐵吸收的有效性。 本研究以水稻為對象，探討水稻不同根部泌氧能力，對水稻根部鐵膜組成、鐵吸收效率，及其對其他營養元素吸收的影響。我們藉由遺傳篩選方法，選殖出較不易生成鐵膜之突變株(#878)，透過比較野生型與突變株 (#878)水稻生理性狀之差異，發現通氣組織的生成為控制根系泌氧的影響因子；此泌氧能力會使根系周圍的鐵氧化，並於根表形成一層含有鐵氧化物的沉澱 (即鐵膜)；而鐵膜的生成會影響水稻營養元素的吸收，其中鐵膜對陽離子型態的營養元素有較好吸持效果。

本研究首先以改變捆束物的位置，測試百香果捲鬚的反應。發現捲鬚在幾乎無生長的情況下，可多次改變扭轉方向，搜尋捆束物。接著本實驗製作三種不同支架，模擬不同捆束條件。發現捲鬚捆束物體後若遇較大阻抗，可預先發生扭轉運動，再差異化生長，使得捲鬚一側生長較快，一側生長較慢，而形成彈簧狀。本實驗測量彈簧狀捲鬚的多項形態測量數據(如粗細、外徑…)以進行幾何與實體模型的模擬。由模型可發現：捲鬚預先扭轉的角度越大，則可施更大的力拉近基部與捆束物的距離。此外，捲鬚的特定直帶狀區域，會扭轉至彈簧的內側，此區域也是捲鬚在捆束物體前，藉扭轉運動轉向與捆束物接觸的地方。 由解剖橫切面構造顯示，此直帶狀區域在彈簧狀捲鬚形成後，會在捲鬚中心近髓的木質部逐漸出現加厚的細胞，使橫切面成不對稱的構形。依據幾何模型推導，不對稱構形會使彈簧在受拉力而發生扭轉形變時，縮小彈簧的環直徑。此現象應有利提升彈簧狀捲鬚的拉力耐受力。

浮萍在逆境下葉狀體會有分離的現象，本研究證實：浮萍透過葉狀體分離，增加逃離逆境的機率，提升族群生存率。此分離機制受到過氧化物質(H2O2)的調控，逆境下，浮萍母葉節處(node)的H2O2含量上升並誘導細胞死亡，進而造成連接構造斷裂，另能透過乙烯途徑活化纖維素分解酶使葉狀體分離。我們也發現青萍及紫萍具不同生存策略：青萍對H2O2的高敏感度使其能在逆境下快速分離，進而降低其葉狀體間的內聚力，更容易藉由風吹或水流加速逃離逆境；紫萍則對H2O2較不敏感且內聚力大，以較大的單一個體及對逆境的高耐受性來渡過危機。蛋白質含量極高的浮萍是蛋白質補給品的好原料，期待分離機制的深入研究能應用在浮萍種植上，使其快速分離提升產量，應對將到來的糧食危機。

在植物中，對於外在威脅能有效進行防禦一直是個非常重要的課題，而此實驗在探討植物彼此間經由根部傳遞的防禦訊息與生理防禦機制。 利用鹽刺激使其根部分泌出AtCAPE1胜肽進行防禦訊息的傳遞，以證實阿拉伯芥防禦訊息確實可經由根部進行彼此的溝通，且可利用擁有正常基因的植株提升突變株的防禦能力。 結合AtCAPE此種植物體內少有被發現的胜肽進行實驗，並提供了許多延續實驗，為植物防禦系統闢出一條大道。

因應人口增加，提升作物產量同時維持農業永續經營成為全球發展的重要課題，其中如何減少肥料使用以降低對環境衝擊為一重要關鍵;磷肥為作物生長必要元素，過度使用不僅加速礦產資源耗竭且造成環境汙染，若能提高作物磷吸收效率將可望減輕上述問題。水稻為世界三大主食之一，本實驗目的在於了解水稻吸收磷的調控機制，作為未來孕育高吸收效率水稻的基礎。選用稉稻(台農67號)及秈稻(台中在來1號)來檢測長期缺磷後再回復磷供給的狀況下這二個品種的生長狀況及地上部磷累積情形，結果顯示台中在來1號的根明顯較短，而台農67號第二葉磷酸累積較高，接著利用兩品種雜交所得之190個Near Isogenic Line進一步篩選磷酸吸收效率表現良好之品系，於養分充足下培養，或及在長期低磷培養後回復供給4天，比較各品系株高及幼葉和老葉磷酸累積量，未來將利用已知的基因多型性圖譜剖析造成差異之基因座，以了解水稻調控磷酸吸收的分子機制。

觀察紫葉(Oxalis triangularis)、紫花(Oxalis corymbosa)、黃花(Oxalis corniculata )三種酢漿草葉片在早上打開，晚上閉合主要是受生理時鐘影響。實驗比較發現紫葉、紫花、和黃花酢漿草在中午強光日照下，都有葉片閉合的午睡運動，且對光線的敏感度：紫葉酢漿草>紫花酢漿草>黃花酢漿草。再用遮光網遮蔭控制光度試驗中，發現光強度是影響酢漿草午睡現象的主要因子，與水分蒸散較無關。推測其目的是避免葉綠素因強光作用而產生光氧化現象(photooxidation)，導致光合作用無法進行。而在溫度試驗也發現酢漿草在遮蔭高溫下(42℃)葉片會閉合，應是水分蒸散導致膨壓下降使葉片閉合。另在實驗過程中觀察到酢漿草也有觸發運動，在強風吹襲及水平、垂直晃動下均會導致葉片閉合，推測其目的在減少葉片摩擦產生傷口，避免病菌的感染。總結酢醬草葉片開閉受生理時鐘、光線、溫度、風吹震動及水分膨壓的影響。

農作物常遭受病毒攻擊，造成重大經濟損失，但傳統的化學藥劑無法有效抑制病毒，且易殘留汙染環境。本研究旨在利用物理性的電擊模擬外界刺激，進而探討電擊對植物啟動水楊酸主導免疫反應的影響。實驗中以10伏特的電壓電擊菸草10分鐘，能使圓葉菸草(Nicotiana benthamiana)的水楊酸標誌基因PATHOGENESIS-RELATED PROTEIN 1(PR1)表現量提升，並使菸草鑲嵌病毒 (tobacco mosaic virus ; TMV)的感染斑點數下降。顯示電擊處理可以誘導水楊酸所主導的免疫反應，並增強整體抗病毒性。另外，相較於未電擊過的菸草，電擊後的菸草系統葉在接種TMV-GFP後PR1基因表現量提升，表示電擊可能對菸草系統性水楊酸相關抗性表現產生預起效應(priming)，可以幫助植物對抗未來的病毒感染。

紅瓶豬籠草的捕蟲構造是由膨大後的葉柄固定在莖上，再由葉柄下凸的維管束及扁平處的維管束內縮向前端延伸發育成籠蔓，緊接著籠蔓的前端再膨大並經由細胞凋亡特化出類圓筒型、封閉的「空心葉」，最後特化出無柄腺鑲嵌在內層細胞上負責分泌、消化、吸收。無柄腺旁的原生質絲直徑較一般植物大5-10倍，幫助吸收。由於籠蓋不能閉合，下雨天時籠內物質容易傾倒，豬籠草演化出「來者不拒」的捕食策略。除了紅色食用色素和無機物以外，不管是含氮物、水溶性、酯溶性小分子皆吸收，甚至連蔗糖及大分子的澱粉、蛋白質，都以耗能的胞吞作用吸收，這與捕蠅草只吸收小分子的含氮物質及酯溶性的物質不同。而懸吊捕蟲籠的籠蔓，可以比自身重35倍的超強支撐力，維持捕蟲籠開口向上不傾倒溢出，保持較高的自然盛載量，提升捕食競爭力。

台灣萍蓬草為台灣原生種水生植物，其葉片因應環境變化改變型態的現象稱為兩型葉（heterophylly leaves），本研究旨在探究此植物的兩型葉性質差異與演化脈絡。我們比較野生型與實驗室培養的台灣萍蓬草兩型葉間形態與生理差異，而後對其外加植物激素，比較不同刺激下葉片之生成形態。 我們發現台灣萍蓬草水上與水下葉為了適應不同的環境，發展出許多不同的特性。接著藉由實驗我們得知水上葉的內生ABA含量較水下葉高。在外加激素實驗中，我們發現在其他植物常呈拮抗的GA與ABA，對台灣萍蓬草的影響為：外加兩種激素後生長出來的葉片構造皆趨近於水下葉，而外加兩種激素雖皆會抑制葉片中的葉綠素a含量，但並未趨近水上葉或水下葉。 過去的論文顯示，水生植物並非在水中獨立演化，而是在水陸之間多次交替演化，我們期望以台灣萍蓬草於Nuphar屬之特性，並透過兩型葉作為種屬特異性的比較工具，進一步了解這段演化過程。

為減少高溫造成的農業損失，了解植物耐熱機制成為重要的研究課題。其中植物熱逆境記憶受兩個熱誘導蛋白HSA32和HSP101之調控已在阿拉伯芥與水稻中被揭露，HSP101除了幫助蛋白質摺疊外，也可促進HSA32的累積，HSA32則延緩HSP101降解的速度而延長植物的熱逆境記憶。本研究以低等植物地錢作為為模式，探討植物熱逆境記憶機制之演化過程。生理實驗結果顯示地錢同樣具有熱逆境記憶現象；氨基酸序列的親緣樹表明高等植物與低等植物的HSA32明顯分成兩群，呼應先前互補實驗的結果，指出這兩群HSA32結構功能上的差異；如同高等植物，地錢HSA32和HSP101的表現均受熱誘導而活化。然而，初步結果顯示，不同於高等植物，地錢hsa32剔除突變株有更強的熱逆境記憶，顯示地錢HSA32的功能可能是抑制地錢的熱逆境記憶，未來需要進一步驗證。