植物學

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。

目前分布在歐洲地中海沿岸的阿拉伯芥孑遺族群曾經廣泛分布於後冰期歐亞大陸，而後被非孑遺族群取代成為目前全世界分布的優勢族群。伊比利半島是阿拉伯芥孑遺與非孑遺族群的交會處，擁有高度遺傳多樣性。我們以該地的環境資料進行全基因體關聯分析，篩選出與降水量、乾旱有高度相關的AT1G58310與AT4G32040作為標的基因。我們觀察標的基因之SNP位點與孑遺族群的分佈情形；並以主成分分析及親緣關係樹，計算各地植株之基因序列差異及其分群關係。接著以標的基因突變株進行無逆境與PEG-6000模擬乾旱逆境之根長實驗，結果指出突變株根系都顯著較野生型長、廣，顯示AT4G32040具有抗乾旱功能。本研究由演化生態學的角度切入，結合遺傳基因體學進行分析，以分子生物學實驗驗證標的基因與植物抗旱能力之關聯。期望透過此研究模式推廣至其他農作物，以應對水資源短缺和糧食生產需求的增長。

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。

研究初期顯示增加儲存時間會降低花粉萌發率，並造成內源性酯類顯著降解。因此我們推測花粉萌發所需的能量可能由內源性酯類提供。先前研究發現雌蕊柱頭分泌物(SE)含有促進花粉萌發的因子，本研究探究 (1)花粉萌發過程中內部酯類組成變化；(2)找出SE如何影響酯類代謝進而促進花粉萌發。利用薄層色層分析法比較後發現極性酯於花粉萌發較中性酯重要，而SE主要加速了磷脂醯肌醇(PIs)、磷酯醯膽鹼(PCs)的降解與雙酸甘油酯(DAGs)的生成。利用LC-MS發現添加SE確實能加速PCs/PIs的降解及DAGs的生成，更能促進PAs的快速生成再降解。我們推測添加SE能夠促進PCs/PIs降解，PIs磷酸化成PIP2後經過PLC水解生成1,4,5-三磷酸酯(IP3)以及DAGs，IP3能促使粗糙內質網釋放內源性鈣離子，而DAGs磷酸化成磷酯酸(PAs)後促使膜上的鈣離子通道打開，讓外源性鈣離子進入花粉管內。而PCs在經過PLD水解後也能形成PAs讓鈣離子進入花粉管內。

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。

台灣藜為原生種作物，本實驗探討其抗逆的可能原因，並發現囊狀細胞的不同功能。台灣藜種子發芽率與幼苗生長，隨鹽度及乾旱程度上升，受到很大抑制；發展至第一對葉，台灣藜才展現較好抗逆能力。不論子葉或第一對葉，鹽度越高或越乾旱，花青素與類黃酮含量均較高。但POD與CAT活性，子葉時活性變化不大；生長至第一對葉時，POD在2%鹽處理組及乾旱w40%組，活性分別上升10.8及3.6倍，而CAT在2%鹽處理組及乾旱w40%組，活性上升5.2及3.8倍，酵素活性上升的結果與抗逆關鍵時期相符。刷除囊狀細胞後，發現台灣藜在鹽逆境下生長較差；2%鹽處理後，刷除囊狀細胞的葉片，其CAT活性下降約64%。收集囊狀細胞，進行CAT活性分析，囊狀細胞組及其去除活性組(加入去除CAT活性的Stop solution)，兩者間的OD值相差達7.9倍。顯示台灣藜的囊狀細胞不僅有儲鹽的能力，還具有抗氧化酵素協助抗逆。

濃厚氣味的中藥，吃了能讓人強健體魄，那植物服用後呢？研究發現，綠豆能感受肉桂粉中的氣味分子”肉桂醛”，並透過改變其生理與生長的發育來減緩其在鹽逆境下細胞死亡的程度，提高長期耐鹽能力。本研究顯示，熏完肉桂醛的綠豆能透過減少氣孔數、使澱粉代謝、增加根系來應對鹽逆境下的缺水問題，在生化研究方面，能透過在根部提前累積脯胺酸來應對滲透壓逆境。此外肉桂醛氣味能激發綠豆的抗氧化力，我們發現，肉桂醛能讓綠豆提前累積抗氧化物(脯胺酸、抗壞血酸)，另能提高抗氧化酵素活性(POD、APX)來應對鹽逆境下的氧化傷害。本研究發現綠豆能感受肉桂醛氣味並提升其長期耐鹽能力，期待未來能將研究成果用於農業，減少逆境對農業帶來的損失。

本研究採用水蘊草做為水生植物材料，以0.1%、0.5%的鎂離子、鈣離子與銅離子為培養液，於一般光照、全光照與全黑暗的環境下，分析溶氧量、葉綠素a、總抗氧化活性與CAT活性的分析。 所得結果發現低濃度、高濃度的鎂離子、鈣離子在光照的環境下都可以提高溶氧量、提高葉綠素a含量、提高總體抗氧化活性與CAT活性；而銅離子對於水蘊草而言可能是種傷害，都會降低溶氧量、降低葉綠素a含量、降低總體抗氧化活性與CAT活性。

從試驗中得知毛氈苔可以消化分解酵母菌，同時發現不同品種的毛氈苔會有不同的捕食行為：圓葉毛氈苔的外腺毛彎曲將酵母菌移入葉片中心並進行消化；寬葉毛氈苔在彎曲過程中會做一次折返。毛氈苔的黏液皆可抑制酵母菌的發酵，並使用3D列印自製與改良儀器，來量化其抑制酵母菌發酵能力的差異。此抑制能力來自黏液裡的消化酶，發現外腺毛黏液的抑制效果優於內腺毛。利用酵母菌被消化後所釋出成分的模型，將實驗數據逐一歸納出誘發腺毛彎曲的物質是磷酸根、鈉離子、銨根與幾丁質，且以磷酸根為主要物質並會產生彎曲訊息傳遞現象。最後解釋為何寬葉毛氈苔的外腺毛在彎曲過程中會一次折返：不同品種的毛氈苔誘發其腺毛彎曲的物質與所需濃度是有差異的。

生質能源製程中，常將植物細胞壁中的纖維素進行水解，此反應在高溫環境中進行較具商業優勢，故開發耐高溫的纖維素酶具重要性。發現自嗜熱菌Geobacillus sp. 70PC53的纖維素內切酶GsCelA 在高溫中具高活性。初步研究發現 GsCelA 蛋白質序列 N 端後第 315 和第 316 個胺基酸間會發生自我斷裂現象，導致酵素活性及熱穩定性提升。本實驗在 GsCelA 的 N 端及 C 端分別製造定點突變，探討 GsCelA 自我斷裂性質。實驗結果顯示突變GsCelA 自我斷裂速率較低，而 EDTA 可抑制自我斷裂現象；已斷裂 GsCelA 可催化自我斷裂發生，而 N 端突變之已斷裂 GsCelA 不具此性質。整體實驗結果顯示GsCelA 自我斷裂受已斷裂GsCelA 催化且為一正回饋機制，並且本次的N端突變區段在催化GsCelA自我斷裂作用上是必要的。