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蚊子還是打個不停?生活中的捕蚊妙招

科學月刊_96
・2014/09/24 ・3126字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 523 ・七年級

夏天到來,蚊子也跟著來了。據疾管署統計,目前全臺已累計多起登革熱病例。想消滅蚊蟲,你知道有種「許願盆」可以實現你的願望嗎?繼續看下去,這裡還有更多抗蚊法寶......Credit: James Jordan via Flickr
夏天到來,蚊子也跟著來了。據疾管署統計,目前全臺已累計多起登革熱病例。想消滅蚊蟲,你知道有種「許願盆」可以實現你的願望嗎?繼續看下去,這裡還有更多抗蚊法寶……Credit: James Jordan via Flickr

作者/夏維泰(任職衛生福利部疾病管制署)、林秀品(任職衛生福利部疾病管制署)、簡瑜君(就讀長庚醫學大學生物醫學系)、徐歆亞(就讀師大附中)

蚊子為什麼叮咬人類?哪些人比較容易招惹蚊子?不管白天還是晚上,為何蚊子總是有辦法找到你!蚊子不僅擾人清夢、讓人發癢,還會傳播疾病,例如瘧疾、登革熱等等;因此,坊間流傳著許多捕蚊偏方,但是,真的有效嗎?

目前盛行的捕蚊妙招:糖罐、鹼水盆及許願盆,都是依據蚊子的習性、嗜好,演變出各種誘引或捕捉的方法,但其實已有許多研究顯示,它們雖然有效,但依照使用時機的不同,效果也會大不相同。

這個夏天,如果你還為了身上的「紅豆冰」煩惱不已,不如自己動手做個捕蚊器,還能知道抗蚊的原理。

糖罐

糖罐是最廣為人知的捕蚊手法,藉著砂糖發酵時所產生的「二氧化碳」,吸引蚊子。

根據科學家的實驗發現,人類呼出二氧化碳的濃度約為4%,比空氣中二氧化碳的濃度高出一百多倍。二氧化碳會活化蚊子觸鬚上突起的化學感受器,經由感受器,蚊子就能找到發出二氧化碳的位置。

在遠距離時,蚊子會依循人類排放的二氧化碳尋找目標位置;等到靠近人體時,則會改由偵測人的體溫或表皮所分泌的化學物質,例如乳酸、尿酸、胺基酸等,來確認吸血的對象。糖罐,就是利用這個原理設計而來的。

蚊蟲研究者曾進行相關的誘引實驗。他在實驗室裡放滿了蚊子,以及兩具相距6呎、充填了二氧化碳的假人。實驗開始,先一次性地釋放全部的二氧化碳,發現並無蚊子靠近假人;接著改以人類呼吸的頻率來釋放二氧化碳,此時反而吸引許多蚊子靠近,並在假人身上找到多處蚊子叮咬的痕跡。由此可知,二氧化碳的確具有誘引蚊子的能力。

另一位研究人員則比較了不同來源的二氧化碳及人體足部的味道,對蚊子是否有誘引效果。結果發現,對蚊子而言,經由酵母產生的二氧化碳比工業用的二氧化碳更具吸引力,因為前者可以導致揮發性物質的產生;而若能同時具有人體足部的味道,則更能加強誘引。

所以,若將此裝置放於屋外,便可降低蚊子進入屋內的數量及機會。而使用酵母產生二氧化碳的捕蚊罐,不僅能大幅降低防治成本,更能大規模應用於偏遠地區的蚊子採樣研究上。

糖罐補蚊法
補蚊糖罐的製作方法(勘誤:圖中文字描述的小蘇打粉應改為酵母粉,圖四的圖說應改為 20% 的糖水)

鹼水盆

曾有新聞報導,新北市某一社區主委利用廢油、氫氧化鈉和白醋來自製環保捕蚊器材,它的原理就是利用強鹼(氫氧化鈉)催化廢油(酯類)水解,進行皂化反應以製成肥皂;再將肥皂溶於水,藉由其香味吸引蚊子前來。由於蚊子會在水中產卵,肥皂中的化學物質將使得蚊卵無法孵化,因此達到防治蚊蟲的效果。也有實驗曾利用濃度約40%的硫酸鉀、椰子油加水,做成液態肥皂水,再以近似人類汗臭味的白醋作為蚊子誘餌。

民眾也可在院子中放置盆子,加入適量的肥皂絲、洗衣粉及水,製成鹼水盆。由於洗衣粉及肥皂絲都是鹼性物質,所以蚊卵浸泡在此環境下,可抑制其孵化或殺死孑孓,導致蚊蟲無法繁殖下一代,棲群數量自然越來越少,甚至滅絕;戶內也適用,但需小心家中的幼童或寵物誤食。

另外,也有研究人員比較肥皂與洗衣粉滅蚊效果的差異,利用不同廠牌的清潔劑及抗菌肥皂進行試驗。他們發現,三種濃度皆為0.01%,但不同品牌的清潔劑都無法有效造成蚊子幼蟲的死亡;但反觀其他四種抗菌肥皂,其活性成分——二氯苯氧氯酚(triclosan)的濃度只須達0.0001%,就可導致將近100%的死亡。由此推論,皂類產品所含的二氯苯氧氯酚會造成蚊子幼蟲較高的死亡率。而當肥皂濃度為0.2%或更高時,其滲透壓越高,因而更能消滅蚊子的幼蟲和蛹。

至於鹼水盆為何還需要使用白醋呢?那是因為人類體表的成分經細菌分解後,會產生含有乙酸的物質而吸引蚊子。目前已有研究證實0.1 mg/L 的乙酸溶液最具有吸引力。

從上述的材料看來,只要少許的花費(約30 元)就可以鹼水盆誘引蚊子而達到防治的效果,實在非常划算。

鹼水盆製作方法
鹼水盆製作方法

許願盆

單憑幾枚壹圓硬幣作為材料的許願盆,真的可以防治蚊蟲,有那麼靈驗嗎?其實是因為壹圓硬幣裡含有「銅」這個化學物質。

在西元2000年,科學家進行「不同銅離子濃度對於白線斑蚊羽化情形的影響」研究時發現,當銅離子在水中的濃度超過500 ppb 時,銅水的濃度越高,抑制蚊蟲羽化的效果就越好。當水中的銅離子濃度在500 ppb 以下時,對於蚊子幼蟲的發育只有輕微的影響(甚至幾乎沒有);但當銅離子的濃度升高至500~1000 ppb 時,則開始使得白線斑蚊的幼蟲發育延遲並造成高死亡率;銅離子濃度高達1000 ppb時,甚至可以完全抑制幼蟲的發育,同時殺死幼蟲。

其實,並非是銅離子直接造成蚊蟲死亡,而是藉由它與水中的有機物質結合沉澱,導致幼蟲因缺乏養分攝取而餓死。銅離子若再加上石灰,則更能抑制蚊子幼蟲的發育。

從以上實驗可知, 在300 ml 的水中放入至少4 個壹圓或伍拾圓的銅製硬幣,就可以有效阻斷孑孓的生長。因此,利用日常生活中隨手可得、含銅比率較高的壹圓硬幣,就可以達到防止病媒蚊孳生的目的。

當然,除了銅、鋁、鎳等成分外,也有人用常見的鉛以及非金屬的碳進行實驗。結果發現,銅片對於埃及斑蚊與白線斑蚊的存亡影響最大,鋁片、鎳片、鉛片對斑蚊的影響較小;其中,孑孓在放置鎳片的環境中,生長最為快速;碳棒在初期雖然可以抑制孑孓的生長,但蚊子最後仍化蛹而羽化成蟲。而在含銅、鋅及鉛的不同溶液中,銅溶液抑制孑孓生長、羽化的能力最佳,其次為鋅溶液,鉛溶液則效果不彰。

許願盆補蚊法
許願盆防蚊法

捕蚊法寶,如何選擇?

捕蚊的方法甚多,各有利弊。大多數人所熟知的糖罐,是利用砂糖發酵所產生的二氧化碳來吸引蚊子。因為二氧化碳是目前所發現最能吸引蚊子的物質,所以防治效果良好;但缺點是,糖罐中所使用的糖水易招來螞蟻,並且發酵作用結束後會立即失去誘引效果,故需要定期更換及注意防蟻的問題。而鹼水盆和許願盆雖然誘引蚊子的效果較弱,但可製造出蚊卵和孑孓無法生存的環境,因此只要有蚊子在此產卵,便能降低蚊蟲繁衍的數量。

另一方面,也由於糖罐是「主動」誘捕成蚊,所以短時間內就能看出顯著的效果;鹼水盆及許願盆則是「被動」等待蚊子產卵後,殺死孑孓,就短期而言效果不彰,但卻能從根本去除蚊蟲,達到防止病媒孳生、降低民眾感染蟲媒傳染病的機率,因此長期效果較佳。

夏季為蚊蟲出沒頻繁的季節,如果只是被動的等待蚊子來產卵,防治效果較弱,因此適合使用具有主動誘捕效果的「糖罐」。相反地,冬天時蚊蟲活動並不旺盛,便可以「鹼水盆」和「許願盆」來防止卵的孵化,以及孑孓的生長,以持續壓制蚊蟲的棲群數量。

社區防治宣導時,宜以「糖罐」為首選,除了方便製作外,也可大量誘殺蚊蟲。曾有實驗將糖罐置於停車場中,數日內就可捕捉到數千隻蚊子。居家戶內,則可以糖罐和其他方法並用,除了主動誘捕蚊子外,也可預防蚊子繁衍孳生,達到長期防治蚊蟲傳染病的效果。
延伸閱讀

  1. Xue, R.D. and Qualls, W.A., Larvicidal Activity of Synthetic Disinfectants and Antibacterial Soaps Against Mosquito, Culex quinquefasciatus (Diptera: Culicidae), Journal of Medical Entomology, Vol. 50(1): 137-139, 2013.
  2. Li, J. et al., Effects of Water Color and Chemical Compounds on the Oviposition Behavior of Gravid Culex pipiens pallens Females under Laboratory Conditions, Journal of Agricultural and Urban Entomology, Vol. 26(1): 23-30, 2009.
  3. Romi, R. et al., Laboratory and Field Evaluation of Metallic Copper on Aedes albopictus (Diptera : Culicidae) Larval Development, Journal of Medical Entomology, Vol. 37(2): 281-285, 2000.
  4. 郭家安、陳穎涵與沈奕均,<環保滅蚊殺手>,2005年。

本文轉載自科學月刊

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用這劑補好新冠預防保護力!防疫新解方:長效型單株抗體適用於「免疫低下族群預防」及「高風險族群輕症治療」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/01/19 ・2874字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 台灣感染症醫學會 合作,泛科學企劃執行。

  • 審稿醫生/ 台灣感染症醫學會理事長 王復德

「好想飛出國~」這句話在長達近 3 年的「鎖國」後終於實現,然而隨著各國陸續解封、確診消息頻傳,讓民眾再度興起可能染疫的恐慌,特別是一群本身自體免疫力就比正常人差的病友。

全球約有 2% 的免疫功能低下病友,包括血癌、接受化放療、器官移植、接受免疫抑制劑治療、HIV 及先天性免疫不全的患者…等,由於自身免疫問題,即便施打新冠疫苗,所產生的抗體和保護力仍比一般人低。即使施打疫苗,這群病人一旦確診,因免疫力低難清除病毒,重症與死亡風險較高,加護病房 (ICU) 使用率是 1.5 倍,死亡率則是 2 倍。

進一步來看,部分免疫低下病患因服用免疫抑制劑,使得免疫功能與疫苗保護力下降,這些藥物包括高劑量類固醇、特定免疫抑制之生物製劑,或器官移植後預防免疫排斥的藥物。國外臨床研究顯示,部分病友打完疫苗後的抗體生成情況遠低於常人,以器官移植病患來說,僅有31%能產生抗體反應。

疫苗保護力較一般人低,靠「被動免疫」補充抗新冠保護力

為什麼免疫低下族群打疫苗無法產生足夠的抗體?主因為疫苗抗體產生的機轉,是仰賴身體正常免疫功能、自行激化主動產生抗體,這即為「主動免疫」,一般民眾接種新冠疫苗即屬於此。相比之下,免疫低下病患因自身免疫功能不足,難以經由疫苗主動激化免疫功能來保護自身,因此可採「被動免疫」方式,藉由外界輔助直接投以免疫低下病患抗體,給予保護力。

外力介入能達到「被動免疫」的有長效型單株抗體,可改善免疫低下病患因原有治療而無法接種疫苗,或接種疫苗後保護力較差的困境,有效降低確診後的重症風險,保護力可持續長達 6 個月。另須注意,單株抗體不可取代疫苗接種,完成單株抗體注射後仍需維持其他防疫措施。

長效型單株抗體緊急授權予免疫低下患者使用 有望降低感染與重症風險

2022年歐盟、英、法、澳等多國緊急使用授權用於 COVID-19 免疫低下族群暴露前預防,台灣也在去年 9 月通過緊急授權,免疫低下患者專用的單株抗體,在接種疫苗以外多一層保護,能降低感染、重症與死亡風險。

從臨床數據來看,長效型單株抗體對免疫功能嚴重不足的族群,接種後六個月內可降低 83% 感染風險,效力與安全性已通過臨床試驗證實,證據也顯示針對台灣主流病毒株 BA.5 及 BA.2.75 具保護力。

六大類人可公費施打 醫界呼籲民眾積極防禦

台灣提供對 COVID-19 疫苗接種反應不佳之免疫功能低下者以降低其染疫風險,根據 2022 年 11 月疾管署公布的最新領用方案,符合施打的條件包含:

一、成人或 ≥ 12 歲且體重 ≥ 40 公斤,且;
二、六個月內無感染 SARS-CoV-2,且;
三、一周內與 SARS-CoV-2 感染者無已知的接觸史,且;
四、且符合下列條件任一者:

(一)曾在一年內接受實體器官或血液幹細胞移植
(二)接受實體器官或血液幹細胞移植後任何時間有急性排斥現象
(三)曾在一年內接受 CAR-T 治療或 B 細胞清除治療 (B cell depletion therapy)
(四)具有效重大傷病卡之嚴重先天性免疫不全病患
(五)具有效重大傷病卡之血液腫瘤病患(淋巴肉瘤、何杰金氏、淋巴及組織其他惡性瘤、白血病)
(六)感染HIV且最近一次 CD4 < 200 cells/mm3 者 。

符合上述條件之病友,可主動諮詢醫師。多數病友施打後沒有特別的不適感,少數病友會有些微噁心或疲倦感,為即時處理發生率極低的過敏性休克或輸注反應,需於輸注時持續監測並於輸注後於醫療單位觀察至少 1 小時。

目前藥品存放醫療院所部分如下,完整名單請見公費COVID-19複合式單株抗體領用方案

  • 北部

台大醫院(含台大癌症醫院)、台北榮總、三軍總醫院、振興醫院、馬偕醫院、萬芳醫院、雙和醫院、和信治癌醫院、亞東醫院、台北慈濟醫院、耕莘醫院、陽明交通大學附設醫院、林口長庚醫院、新竹馬偕醫院

  • 中部

         大千醫院、中國醫藥大學附設醫院、台中榮總、彰化基督教醫療財團法人彰化基督教醫院

  • 南部/東部

台大雲林醫院、成功大學附設醫院、奇美醫院、高雄長庚醫院、高雄榮總、義大醫院、高雄醫學大學附設醫院、花蓮慈濟

除了預防 也可用於治療確診者

長效型單株抗體不但可以增加免疫低下者的保護力,還可以用來治療「具重症風險因子且不需用氧」的輕症病患。根據臨床數據顯示,只要在出現症狀後的 5 天內投藥,可有效降低近七成 (67%) 的住院或死亡風險;如果是3天內投藥,則可大幅減少到近九成 (88%) 的住院或死亡風險,所以把握黃金時間盡早治療是關鍵。

  • 新冠治療藥物比較表:
藥名Evusheld
長效型單株抗體
Molnupiravir
莫納皮拉韋
Paxlovid
倍拉維
Remdesivir
瑞德西韋
作用原理結合至病毒的棘蛋白受體結合區域,抑制病毒進入人體細胞干擾病毒的基因序列,導致複製錯亂突變蛋白酵素抑制劑,阻斷病毒繁殖抑制病毒複製所需之酵素的活性,從而抑制病毒增生
治療方式單次肌肉注射(施打後留觀1小時)口服5天口服5天靜脈注射3天
適用對象發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人(18歲以上)的輕症病患。發病7天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與孩童(年齡大於28天且體重3公斤以上)的輕症病患。
*Remdesivir用於重症之適用條件和使用天數有所不同
注意事項病毒變異株藥物交互作用孕婦哺乳禁用輸注反應

免疫低下病友需有更多重的防疫保護,除了戴口罩、保持社交距離、勤洗手、減少到公共場所等非藥物性防護措施外,按時接種COVID-19疫苗,仍是最具效益之傳染病預防介入措施。若有符合施打長效型單株抗體資格的病患,應主動諮詢醫師,經醫師評估用藥效益與施打必要性。

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基因改造的實例「友善蚊」,友善的對象是?——《竄改基因:改寫人類未來的 CRISPR 和基因編輯》
貓頭鷹出版社_96
・2022/04/03 ・1849字 ・閱讀時間約 3 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

雖然,「友善蚊」聽起來可能像是《好餓的毛毛蟲》這本繪本的續作,但它其實是牛津昆蟲技術公司擁有的商標,代表一種經過基因改造的特殊蚊種,這種蚊子可以傳播引發登革熱、茲卡病和黃熱病的病原。

2002 年,牛津昆蟲技術公司培育出他們第一批友善蚊。這些接受基因改造的蚊子,體內含有一種自殺基因。自殺基因一旦啟動,就會干擾蚊子的細胞活動,造成蚊子死亡。這間公司很聰明,沒把這種經過基因改造的蚊子取名為「自殺蚊」之類的愚蠢稱號,銷售基因改造產品的公司最不需要做的事情,就是給自家產品取個嚇人的名字。

現在,這間公司在實驗室進行培育,生產數百萬隻經過基因改造的友善蚊。在許多爆發相關病媒蚊疾病的地點,這些蚊子已經被釋放到野外環境,例如在開曼群島上的一處特定地區,已經釋放了八百萬隻友善蚊。

友善蚊的自殺基因機制

這些大量釋放的友善蚊都是雄蚊,一旦可以自由飛翔,牠們就會做雄蚊總是會做的事:試著找雌蚊交配。假設交配成功,那麼友善蚊所有的後代都含有自殺基因。

自殺基因的表現會導致一種致命毒素在蚊子體內累積,造成友善蚊的後代在幼蟲期或蛹期階段就死亡。在開曼群島進行的試驗結果十分振奮人心,經過重複的野外釋放程序,在一個季度的時間內,研究人員偵測到的蚊卵數量減少了百分之八十八,體內攜帶病毒的蚊子數量則是減少了百分之六十二。

這些經過基因工程改造的小昆蟲之所以是一種相當好的技術解決方案,原因有很多,除了自殺基因以外,友善蚊還會把一種特定螢光蛋白質的譯碼基因傳給後代。在野外,研究人員可以利用螢光來辨認哪些蚊子繼承了友善蚊經過改造的遺傳物質。

經過重複的野外釋放,在一個季度內研究人員偵測到體內攜帶病毒的蚊子數量減少了百分之六十二。圖/Pixabay

經過基因改造,自殺基因已經安置在友善蚊的基因體裡,成為正向迴路的其中一部分。自殺基因一旦啟動,就會開始提升自身的表現量,意味著在蚊子體內,有毒物質很快就會累積到致命程度。

控制友善蚊體內的自殺基因啟動

這項技術最美妙的地方在於它解決了很基本的問題。如果自殺基因是致命的,為什麼雄蚊在長大成年,被釋放到野外毀了雌蚊想當媽媽的夢想之後才會死?這是因為,培育了數百萬隻雄蚊的牛津昆蟲技術公司,有辦法控制牠們的飲食。

研究人員在給雄蚊吃的食物裡添加了四環素這種抗生素,四環素會和自殺基因結合,造成自殺基因關閉。自然界並沒有四環素這種物質,所以雄蚊到了野外之後,自殺基因才會啟動,而體內原有的四環素足夠牠們活著找到雌蚊交配。

至於繼承了自殺基因的後代,因為食物中不含四環素,所以無法關閉牠們的自殺基因。於是,這些遺傳了致命基因的蚊子就會死亡。

是破壞生態還是環境友善?

這項技術還有許多值得欽佩的地方,廣效性化學殺蟲劑的使用可能因此減少。用化學藥劑來滅蚊,人類很難徹底找到每一處雌蚊喜愛的小型積水空間。但尋找雌蚊這件事對經過基因改造的雄蚊來說不是問題,一億年來的演化已經讓牠們成為尋找雌蚊的大師。

牛津昆蟲技術公司只針對一種蚊子進行基因改造,所以其他不是病媒蚊的蚊子不會受到影響,這種蚊子並不是開曼群島的本土生物,而是透過人類活動意外引入當地。

這是一項自限性技術,一旦釋放到野外的雄蚊和牠們的後代都死亡,自殺基因就會從族群裡消失,一切都是為了把對生態系的破壞程度降到最低。

為了把對生態系的破壞程度降到最低,擁有自殺基因的雄蚊和後代都死亡後,自殺基因就會從族群裡消失。圖/Pixabay

——本文摘自《竄改基因:改寫人類未來的CRISPR和基因編輯》,2022 年 1 月,貓頭鷹出版社

貓頭鷹出版社_96
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貓頭鷹是智慧的象徵。1992年創社,以出版工具書為主。經過十多年的耕耘,逐步擴及各大知識領域的開發與深耕。現在貓頭鷹是全台灣最重要的彩色圖解工具書出版社。最富口碑的書系包括「自然珍藏、文學珍藏、台灣珍藏」等圖鑑系列,不但在國內贏得許多圖書獎,市場上也深受讀者喜愛。貓頭鷹的工具書還包括單卷式百科全書,以及「大學辭典」等專業辭典。貓頭鷹還有幾個個性鮮明的小類型,包括《從空中看台灣》等高成本的視覺影像書;純文字類的「貓頭鷹書房」,是得獎連連的知性人文書系;「科幻推進實驗室」則是重新站穩台灣科幻小說市場的新系列,其中艾西莫夫的科幻小說,已經成為台灣讀者的口碑選擇。

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借刀殺蟲!藍莓的養兵抗敵策略——淺談植物泌液作用的原理及應用
羅夏_96
・2021/09/02 ・3201字 ・閱讀時間約 6 分鐘

你是否在清晨看過水珠出現在一些植物的葉片邊緣上?相信不少人都看過,也會以為這是露水(包括我也是!)然而,這些在葉片邊緣整齊排列的水珠其實並非露水。一般露水所形成的水珠排列並不規律,且會鋪滿整個葉面。而這些會整齊地排列在葉片邊緣的水珠,其實是由植物的泌液作用(Guttation)所產生的。過去科學家認為泌液作用就只是植物用來將體內多餘的水排出而已,但新的研究顯示,泌液作用的功能很可能不僅於此1

草莓葉片邊緣因泌液作用產生的水珠。圖/維基百科

植物如何獲取水分?

要知道泌液作用的成因,我們得先了解植物是怎麼獲取水分的。

植物是由其根部來吸收土壤中的水分,當水進入根後,便能運輸到整株植物中。上述是我們對於植物獲得水分的一般認知,但植物獲得水的整個過程,其實要比我們想的複雜得多。

首先,植物會主動消耗能量,在根部累積高濃度的離子,而這就讓根和土壤之間產生滲透壓,讓水自動流到根內的木質部導管中。由於植物的構造,水在進入導管後便無法再流出根部,因此隨著水不斷地進入根內的導管,就會產生一股將水向上推的壓力,而這就是「根壓」。對於草本植物和矮小的灌木來說,根壓就足以將水向上運送到葉片。但對於高大的木本植物,根壓並不足以將水送到高處的葉片,這就時要靠「蒸散作用」和「毛細作用」來輸送水分。

植物可透過葉片上的氣孔來交換氣體,氣孔同時也讓植物的水分蒸散出去。而這個蒸散作用會形成一股負壓,對導管中的水產生一股吸引力。只要導管內的水柱是連續的,此負壓可以從葉片傳遞到根部,將導管內的水一路由根部向上拉至葉片中。另外由於導管的管徑很細,毛細作用也是使水柱上升的重要因素。毛細作用的來源有兩個,一是水分子與管壁間的附著力;二是水分子本身的表面張力(源於水分子的內聚力)。當水分子被管壁上的極性分子向上吸引而向上流時,水分子本身強大的內聚力會使導管中的水也被往上拉。

對於高大的木本植物來說,蒸散作用是左右植物吸水水分的重要因素。雖然草本植物靠根壓即可輸送水分,但草本植物也會透過蒸散作用調控水分的輸送。另外蒸散作用也是植物用來調控體溫和排除體內多餘水分的方法。

植物獲得水分的三大關鍵:根壓、毛細作用、蒸散作用。圖/Transpiration stream

「泌液作用」的成因

講了有關植物獲得水分的方法,那麼泌液作用在植物身上到底扮演什麼樣的功能呢?答案是排除多餘的水分。

前面提到,植物會透過蒸散作用來排除體內多餘的水分,不過植物在夜晚會關閉大部分的氣孔,因此蒸散作用的效率會大幅降低。植物的根部在夜晚仍會不斷地吸收水分,不過正常情況下,夜晚剩餘氣孔所產生的蒸散作用,是足夠將多餘的水排出的。但如果植物是處在土壤水分高,且低溫高濕度的環境下(這種環境下,水分難轉換成水蒸氣),單靠剩餘氣孔所產生的蒸散作用無法將多餘的水排出。於是在這種情況下,植物便會透過泌液作用將多餘的水直接從葉片的泌水孔(hydathode)排出,而這些水就形成我們清晨在葉片邊緣所看到的水珠。

科學家大多認為,泌液作用只是植物將體內多餘的水排出的方法,沒什麼特別。雖然過去也觀察到許多昆蟲會吸食因泌液作用而形成的小水珠,但許多科學家都認為這些昆蟲只是單純在補充水分。但後續的研究發現,葉片的泌水孔和維管束組織是連在一起的。因此有些研究人員就猜測,透過泌液作用排出的水珠,其中可能含有維管束運輸的其它物質,如礦物質、糖和蛋白質等。因此來自西班牙和美國的聯合團隊,就推測泌液作用所產生的水珠,很可能也是昆蟲的食物來源1

藍莓泌液,是許多昆蟲們的心頭愛

研究團隊選定的觀察植物是北方高叢藍莓(Vaccinium corymbosum),原因是該藍莓的泌液作用在整個生長期間非常旺盛,不分晝夜都會形成水珠。另外昆蟲們也非常喜歡藍莓的泌液,許多種類的昆蟲都會來飲用,而這就非常方便研究團隊進行觀察。

藍莓泌液很受昆蟲歡迎。圖/參考資料1

研究團隊首先分析泌液內的營養成分,他們發現每毫升的泌液中含有約 1.5 克的糖與 4.3 毫克的蛋白質,而藍莓花蜜中的糖含量是每毫升 0.4 克,這顯示泌液的營養價值比花蜜還高(看到這兒,我都想來口藍莓泌液了 ~)

接著研究團隊選定三種常飲用藍莓泌液的昆蟲為觀察與實驗對象:翅果蠅(Drosophila suzukii)、阿爾蚜繭蜂(Aphidius ervi Haliday)與草蛉(Chrysoperla rufilabris)。他們分別給予這三種昆蟲以下的營養液:一般水、糖水、蛋白質水、糖+蛋白質水和藍莓泌液,然後觀察牠們的壽命。結果顯示,飲用藍莓泌液的組別,其壽命和飲用糖水是一樣的。

研究團隊接著讓飲用不同營養液的昆蟲進行交配使其受精產卵,並藉此觀察牠們的產卵量是否會受到影響。結果顯示,喝藍莓泌液的昆蟲其產卵量並沒有受到影響。

綜合以上結果,可以說藍莓泌液堪稱天然營養液,不僅能讓飲用的昆蟲活得好,也能順利產下後代。因此昆蟲要以藍莓泌液做為食物來源,完全沒問題!

飲用泌液(綠色線)的昆蟲,其壽命和飲用糖水(灰色線)一樣。圖/參考資料1

養兵自重,藍莓的防敵策略

藍莓泌液做為高營養食品,會吸引很多昆蟲來吃。這就出現一個問題,這種泌液在吸引大量的草食昆蟲來飲用的同時,牠們會不會順便也把藍莓的葉子給吃乾抹淨呢?按照自然界的法則,藍莓如果真那麼傻,早就無法生存了,它們一定有一套反制措施。

研究團隊統計了藍莓泌液吸引到的昆蟲種類。他們發現與去除泌液的藍莓相比,有泌液的藍莓明顯吸引了更多的寄生蜂類和捕食性昆蟲(如草蛉),同時有泌液的藍莓吸引到的草食性昆蟲數量減少了很多。也就說,藍莓通過泌液豢養了一群天敵的天敵,從而達到威攝與保護自己的效果。

另一個有趣的發現是,有泌液的植株上,蚊子的數量明顯下降了。可能是因為有其他捕食性昆蟲的威懾,蚊子們不得不放棄了這種高營養食品,而這或許可以成為一種新型的天然防蚊手段。

過去泌液作用被認為只是植物用來排水的手段,但這個研究告訴我們,泌液作用的功能可遠不只如此。植物也可透過泌液來吸引不同種類的昆蟲,協助保持自己的健康。當然不同植物所產生的泌液成分都不同,未必都有藍莓這種吸引捕食性昆蟲的特性。但這個研究卻開啟了泌液作用的研究新方向,讓其他研究者能去開拓更多可能。

泌液作用在農作物中相當普遍,因此未來或許可以透過人工調控的方式,讓農作物生產的泌液達到更有效的驅蟲功能。另外藍莓泌液本身就有營養成分,或許我們也可以將泌液調整成含有更高營養的成分,這樣在採藍莓的同時也能順便收集這些高營養液。到時候,在享用藍莓的同時,也能順便來一杯藍莓營養液 ~

藍莓的泌液除了有高營養成分還有驅蟲效果,圖/Pexels

參考資料

  1. Urbaneja-Bernat P, Tena A, González-Cabrera J, Rodriguez-Saona C. Plant guttation provides nutrient-rich food for insects. Proc Biol Sci. 2020 Sep 30;287(1935):20201080.
羅夏_96
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同樣的墨跡,每個人都看到不同的意象,也都呈現不同心理狀態。人生也是如此,沒有一人會體驗和看到一樣的事物。因此分享我認為有趣、有價值的科學文章也許能給他人新的靈感和體悟