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水稻也怕雨下不停:該如何挺過淹水逆境?

PanSci_96
・2019/03/08 ・1276字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 600 ・九年級
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雨下不停怎麼辦?水稻雖然長在半水半土的水田環境,然而,如果秧苗被「滅頂」太久,仍會因缺氧而死。因此,每次颱風或豪雨來襲,總是讓稻農們特別憂心,深怕水患帶走長期耕耘的心血,也恐造成臺灣稻米產量的損失。

中央研究院農業生物科技研究中心施明哲特聘研究員,與生物化學研究所何孟樵助研究員合作,結合植物生理學及生物物理學,找到水稻偵測、啟動對抗淹水逆境的機制,並發現其中的關鍵蛋白質─SUB1A-1如何不被氧化分解,進而保護水稻挺過淹水逆境。此研究成果有助進一步掌握水稻的抗淹水機制,並已於今(2019)年2月初刊載於《美國國家科學院院刊》(PNAS)。

為了對抗淹水逆境,部分在來米品種會仰賴一個名為SUB1A-1的重要蛋白質求生。帶有這個蛋白質的水稻就算遭遇淹水,仍可以泰然處之。如同一隻進入冬眠的熊,稍稍暫停生長、保存能量,等待大水退去的一天。即便淹水的時間長達兩個星期,只要大水退去,秧苗依然能繼續生長。

SUB1A-1的發現,讓稻農更有信心面對淹水,但令研究人員好奇的是,SUB1A-1究竟如何啟動水稻細胞中的抗淹水功能?

何孟樵助研究員表示,本研究首要發現,當水稻遭遇淹水逆境時,其細胞內的SUB1A-1是其實只是一系列「抗淹水機制」的開始。因為SUB1A-1會啟動另外兩個重要的蛋白質,名為ERF66與ERF67。透過這兩個基因作用,還會再進一步啟動更多相關基因,進入抗淹水的「緊急狀態」,幫助水稻度過水患。

更重要的是,研究團隊證實,在ERF66與ERF67這兩個轉錄的蛋白質序列中,有一段特殊的「降解決定區域(N-degron)」,就像內建一台淹水警報器,可以偵測水稻是否已遭遇淹水,並決定要不要啟動對抗淹水的應變機制。

在一般情況下,降解決定區域會與細胞內的氧氣發生氧化作用,進而讓ERF66與ERF67都被分解消滅;但是,一旦秧苗被大水滅頂,細胞內形成了「缺氧」的環境,便因為該區域不再發生氧化作用,ERF66與ERF67得以繼續運作,啟動後續的抗淹水基因群,幫助水稻挺過淹水逆境。

研究團隊推測,水稻即是仰賴此一「SUB1A-1/ERF66/ERF67系統」,感測淹水所造成的缺氧環境,進而啟動體內相關的抗淹水機制。

研究團隊也推測,SUB1A-1蛋白質,是藉由其自身特殊的3D立體結構,將其降解決定區域遮蔽起來,使其不會被氧化、分解。除了在淹水時啟動稻米的保護機制,而在非淹水的時候,SUB1A-1也同樣利用這個特殊的結構,讓自己持續運作,幫助稻米對抗乾旱、活性自由基、缺光等其他的環境逆境。

現今的氣候變遷大大增加未來糧食危機的可能,過去研究雖已發現SUB1A-1可有效幫助水稻抗淹水,但對其機制卻不了解。本次研究團隊進一步發現,SUB1A-1獨特的抗淹水方式,將有助於了解水稻是如何應對淹水逆境而存活,甚至,可以用來找尋其他經濟作物是否有同樣的抗淹水機制,並對其生長、抗逆境有更精準的掌控。

  • 本篇論文已於2月5日刊載於《美國國家科學院院刊》(PNAS),文章標題為:Regulatory cascade involving transcriptional and N-end rule pathways in rice under submergence。本研究由本院、科技部與臺灣蛋白質計畫支持。
  • 本文改寫自中研院新聞稿
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同儕遭霸凌,學生們為什麼選擇袖手旁觀?
活躍星系核_96
・2017/02/13 ・798字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 506 ・六年級
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台灣校園霸凌事件屢見不鮮,為何學生看到同儕遭霸凌時選擇袖手旁觀?國立中山大學師資培訓中心助理教授陳利銘研究團隊與澳洲蒙那許大學(Monash University)教授 Lennon Chang 合作,針對影響校園霸凌旁觀者的介入因素與歷程進行探討,訪談 24 名國中生後發現,學生因受「不覺得事件嚴重」、「覺得自己沒有責任也沒能力」、「跟受害者不是朋友」等因素影響,就算看到霸凌也不想出面管,研究結果登上《國際學校心理學》(School Psychology International)期刊。

中山大學校長鄭英耀、助理教授陳利銘等人組成研究團隊,與澳洲學者合作,訪談曾涉入校園霸凌的國中生,包括 12 名旁觀者及 12 名挺身者;結果發現,學生在目睹霸凌事件後,若是覺得該行為不嚴重、和自己無關或沒責任去管、討厭受害學生、怪罪受害者、認為自己不是受害者的朋友等,就會不願意出面協助而選擇旁觀。反之,若學生認為該行為很嚴重、覺得自己有責任去管、對受害學生抱持同理心、覺得受害者是無辜的、和受害學生是朋友、想維持全班和諧氣氛等,就會想出面協助。

陳利銘表示,校園霸凌發生時通常都有旁觀者,如何善用旁觀學生的力量,將是防制校園霸凌的重要關鍵之一。若學生受到低知覺嚴重性、低個人責任、高厭惡感、高譴責歸因(怪罪受害者)、低自我效能(覺得自己沒有能力管)、低友誼關聯的影響,就會不想出面協助。因此,校園霸凌防制應提升學生對霸凌行為的知覺嚴重性及個人責任感,降低學生怪罪受害者的傾向,改善受害學生的人際關係。

另外,陳利銘也指出,挺身協助者出面後,可能被會質疑為什麼要管或是被恐嚇不要管,也有可能想要管卻不知道怎麼管。因此,宜鼓勵具有高號召力或人際關係佳的學生,不用怕被排擠或被威嚇,來擔任挺身協助者,並提供介入策略訓練,提升其同理心、及時出面制止、私下安輔受害學生、或儘快報告師長,由校方來提供合適的協助,營造「全校師生都要管」的氛圍,將有助防制校園霸凌。

(本文為中山大學新聞稿)

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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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實驗證實:3D電玩有助於記憶力增強
奇奇
・2016/01/28 ・573字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 448 ・四年級
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各位同學們,打電動的正當理由出現了!加州大學厄灣分校(University of California, Irvine)記憶與學習神經生物學研究中心發現:打 3D電玩除了可以放鬆心情外,更有助於記憶的形成。

克雷格‧史塔克教授(Craig Stark) 和丹恩‧克萊門森博士(Dane Clemenson)兩位研究人員募集了一群沒有打電玩習慣的學生,並將他們分作兩組、要求他們在兩個禮拜的期間內每天玩電動半個小時。其中一組玩的是 2D遊戲"Angry Bird ",另一組玩的則是 3D遊戲"Super Mario 3D World"。在同一期間內,研究團隊也讓他們進行與海馬迴有關的記憶和學習測試。

根據過去研究,隨著年紀增長,人腦中的海馬迴功能會逐漸下滑,在 45 – 70歲期間,記憶能力約莫會衰退 12%,這也是為什麼老人在學習新事物上容易碰上障礙的原因。而根據這次的測試結果發現:玩 2D電玩的學生在記憶測試的成績維持平盤,但是玩 3D電玩的學生的表現則明顯成長──很有趣的,他們的記憶能力增加了12%,就等同於中老年人衰退的程度。

負責這項研究的史塔克教授認為:「玩 3D電玩了需要解讀更多訊息和空間判讀能力,這些工作都與海馬迴有關。我們接下來研究將會去探討遊戲中的資訊量和複雜程度是否也會對海馬迴產生不同程度的影響。」

這項研究的遠程目標是希望透過 3D電玩搭配實境探索的幫助,扭轉中老年人身上常見的海馬迴認知功能衰退。

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火星上有水?冰層之下的液態鹽湖
PanSci_96
・2018/07/26 ・1492字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 581 ・九年級
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  • 透過雷達掃描,歐洲太空總署找到液態水存在的證據。圖/esa

科學家在火星上找到液態水存在的證據了!歐洲太空總署 (ESA) 的火星特快車號 (Mars Express orbiter) 上的地底與電離層遙測雷達 (MARSIS) 在南極冰帽之下找到了一個寬約 20 公里的液態水湖泊

這不是第一次在火星上找到有水的證據,卻是個很值得興奮的發現:這是第一次在火星上找到很可能是持續存在的液態水體!

NASA 的好奇號曾在火星上找到礦脈和沈積岩1,顯示火星過去很可能存在著像類似本次發現的液態水體。但氣候變遷使得現今火星絕大多數的水分都被鎖在兩極的冰帽中,少部分存在火星的大氣中2。而過往只找到間接證據,像是季節性斜坡紋(recurring slope lineae, RSL),顯示目前的火星表面很可能有間歇存在的液態水3

這裡的延伸閱讀:

  1. 好奇號在火星的奇幻漂流:沉積岩與鑽探的意義
  2. 誰脫了火星的外衣?–太陽風剝光火星大氣
  3. NASA:證實火星有流動的液態鹽水

「它很可能不是非常大的湖,但這次真的是像湖一樣的水體,而不是在地球的冰河裡可以見到,在冰塊和石頭縫隙裡偶爾融化出現的液態水。」計畫主持人,義大利太空總署的 Roberto Orosei 教授說。

目前還無法確定這個寬約二十公里的湖水有多深,但研究團隊相信至少有一公尺深。

這個湖是怎麼被找到的?

火星特快車號 (Mars Express orbiter) 上裝置的 MARSIS對,這個縮寫就是你想得這麼中二)是個掃描地表的雷達,它會送出電波並且接收反射回傳的訊號。透過持續的掃描,科學家得以繪製出火星表面的圖像。

這次的證據來自於 MARSIS 由 2012年 5 月至 2015 年 12 月在南極冰帽區域進行的掃描,他們在某些區域冰層之下 1.5 公里處獲得一組不尋常的掃描結果──異常強烈的反射,顯示了這個冰層之下很可能並不是岩石,而是液態水。

「(掃描得出的)藍色線表示有些區域底部的反射比表面更強烈。這提供了我們水存在的證據。」Orosei 教授說。

但是單只有雷達反射不足以證明這就是液態水。另一個證據來自於這個反射區域的介電常數 (permittivity) ,也就是在電場中儲存能量的能力。水的介電常數比岩石和冰都來得高,而此區域的介電常數目前只能估算,但的確比火星其他地方都來的高,並且近似於地球上的地下湖泊,因此也可作為一項佐證。

找到液態水了,然後勒?

喔喔喔,這是不是表示火星上可能會有生命?我們可以準備打包移民了嗎?

等等,先別那麼急。雖然我們有了新的發現,但距離真正偵測到生命卻還有一大段路要走。這次的發現就像是給了我們一張藏寶圖,上面雖然標示了寶藏的可能地點,但沒有真正去探索之前,一切都仍是未知數。

另一方面,要活在這些水裡面,可能不是件容易的事。根據研究團隊的推測,冰層之下的水體溫度約在 -10 ~ -30 ℃,要在這麼冷的情況下還維持液態,表示水體內可能含有非常高濃度的鹽分。想要生存在這樣極冷極鹹的水中,實在是一大挑戰。

研究人員接下來要做的,是在其他地點重複測量,尋找類似訊號,找到其他可能有湖泊的地方;不過另一方面,也要檢視這些訊號是不是有其他的可能性。 當然最終、也最具有野心的目標,就是希望能夠真正藉由鑽探去取得實體樣本。可惜的是,以現有技術而言,想要執行這樣的火星任務可能還要再等一陣子了。

參考資料

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