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植物以食為天?

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植物和動物一樣,有一個24小時的生理時鐘,稱為「晝夜節律」(circadian rhythm)。這種生物定時器賦予植物一種與生俱來的測量時間的能力;舉例來說,在日出之前,他們就知道太陽要出來了,並相應地調整自己。保持這種能力提供了一個重要的競爭優勢,且於開花、香味排放和葉的運動是至關重要的。

關於植物如何設置和維護這個內部時鐘,劍橋大學植物科學系的研究團隊已經發現,植物經由光合作用產生的糖是計時的關鍵(1)。

研究人員經由不提供二氧化碳或加入「敵草隆」(diuron, 二氯苯基二甲脲 3-(3,4-dichlorophenyl)-1,1-dimethylurea,DCMU)來抑制光合作用時發現,糖的生產對於調節植物24小時的節律的關鍵基因(CCA1,CIRCADIAN CLOCK ASSOCIATED 1)有很大的影響(2)。

劍橋大學研究團隊的首席研究員Alex Webb說:「我們的研究顯示,植物中的糖濃度對於與周圍的環境進行晝夜節律的同步發揮了重要作用。抑制光合作用,可使植物的內部時鐘變慢兩三個小時。」

蔗糖,植物光合作用先產生葡萄糖,再以蔗糖形式運輸到植物各部位 圖:維基百科

蔗糖,植物光合作用先產生葡萄糖,再以蔗糖形式運輸到植物各部位
圖:維基百科

主要進行這項研究的Mike Haydon(目前在紐約大學),補充說明:「植物體內累積的糖提供了對於晝夜週期的一種反饋, 有點像重置碼錶的作用。就像之前針對洞穴魚的研究(安氏坑魚)發現,餵養時間可影響他們的外設時鐘相位是一樣的。」

安氏坑魚因為在不見天日的洞穴中生活了兩百萬年,造成不但對光沒有反應,他的生物時鐘也長達47小時;但是這內生性的時鐘,卻可以經過餵食來調整。

對 生物來說,有有機分子,可以氧化分解提供生物本身能量上的需求是非常重要的。當然,對於異營生物(如安氏坑魚)來說,因為沒有辦法自己製造食物,所以有機 分子的來源不是靠打獵就是要有人餵;對於自營生物來說,因為要自己產生有機分子,因此產生有機分子所需的能量來源,是很重要的。

之前有非常多關於植物晝夜節律的研究,目前已知核心的時鐘基因(clock gene)是按照自己的行程照錶操課;光可以重置它,而劍橋大學的研究發現,又找到了一個重置它的因子:食物。

參考文獻:

  1. Science Daily. 2013. Plants use sugars to tell the time of day
  2. Haydon M.J., Mielczarek O., Robertson F.C., Hubbard K.E. and Webb A.A.R. 2013. Photosynthetic entrainment of the Arabidopsis thaliana circadian clock. Nature. 502: 689-692.

原發表於作者部落格Miscellaneous999

關於作者

葉綠舒

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