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發現植物對抗UVB的武器之一:芥子酸酯(sinapate esters)

葉綠舒
・2014/11/21 ・1325字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 462 ・五年級

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

植物如何避免自己被曬傷?不知道有多少人認真想過這個問題。筆者的一位同事,有個非常可愛的小朋友;有一次,她問我為什麼植物每天站在太陽下面那麼久,也沒有撐傘、擦防曬,也不能跑到屋子裡面躲起來,怎麼都不會曬黑呢?

其實植物如果過度曝曬,也是會曬傷的;但是植物曬傷不會曬黑,而是曬白。聽起來好令人羨慕不是嗎?

先別羨慕,其實植物曬白了也是曬傷,由於接收了太多的光子,造成光合作用的電子傳遞鏈產生電子大塞車,

Thylakoid_membrane
光合作用之光反應。圖片來源:wiki

由於這個步驟僅能以擴散作用來進行,因此PQH2要花費幾個毫秒(millisecond,ms)才能將電子送到細胞色素b6f那裡。毫秒就是千分之一秒,看起來似乎很短;但是,如果跟PSII裡面的色素間的能量傳遞速度相比,毫秒其實是非常慢的。怎麼說呢?原來,在PSII裡面進行的能量傳遞,只需要幾個微秒(microsecond,μs)就傳過去了。微秒是毫秒的千分之一喔!所以,當有過多的光子(陽光太強)的時候,自然就會在PQH2發生大塞車啦!塞車的地點主要位於PQH2的部分,因為當它由第二光系統(photosystem II,PSII)接收到電子時,接下來要靠它自己在類囊體膜(thylakoid membrane,如圖所示之膜即是)以擴散作用慢慢的移動到細胞色素b6f(cytochrome b6f)處,將電子交給細胞色素後,再回去PSII接收下一對電子。

塞車的結果就是:有些PQH2上面的電子就會開始離開,到處亂跑,去還原其他不該被還原的分子,然後最後葉綠體就會因為這樣而被燒壞,等到整個細胞的葉綠體都被燒壞,那顆細胞也死了,然後…這樣死掉的植物細胞,因為沒有色素而變成白色…所以就「曬白」了!

植物當然不想被曬傷,我們會為了避免被曬傷而合成黑色素,植物為了避免被曬傷,變出了很多花樣來保護自己。這些花樣包括:讓葉綠體「疊羅漢」以及合成許多可以吸收多餘的光能的分子等等。

讓葉綠體疊羅漢這部分,因為考慮到文章的長度,所以在這裡我們就先不提;第二個部分,過去已經知道,植物裡面的葉黃素(xanthophyll)以及類胡蘿蔔素(carotenoid),還有類黃酮素(flavonoids and isoflavonoids)都具有這方面的功能。而最近,法國的一個研究團隊又發現一族新的化合物也擔任類似的角色:芥子酸酯(sinapate esters)。

Sinapic_acid
芥子酸(sinapic acid)。圖片來源:wiki

芥子酸酯屬於植物次級代謝物中的酚醛類(phenylpropanoids)化合物,在植物中與肉桂酸(cinnamates,肉桂的味道就是來自於肉桂酸)在化學性質上最相近,都是屬於木質素(lignin)一類的化合物。研究團隊們在植物內找到七種芥子酸酯類化合物,當他們把這些芥子酸酯們氣化,再以UVB波照射以後,發現這些分子都能夠吸收UVB,且整體涵蓋的範圍遍及整個UVB的波長。因此,研究團隊認為芥子酸酯也可以協助植物對抗UVB,免於植物被曬傷。

其實,植物為了避免被曬傷,真的是非常用心呢!除了上面所提到的各種化合物以外,植物裡面也還會合成大量的維生素C(vitamin C)來抗氧化,所以不要以為植物不會動,就只能無奈地站在那裡被「曬白」喔!

參考文獻:

原刊載於作者部落格老葉的植物王國

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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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蘭「大」如虎:世界上最巨的蘭花,你知道嗎?
張文忻_96
・2023/01/06 ・2511字 ・閱讀時間約 5 分鐘

虎蘭:最重可達兩噸的蘭花

時光飛逝,虎年行將結束,或許大家在年初的時候讀過一些俗名帶「虎」字的植物,但其中卻有一種罕為人知——那就是 tiger orchid「虎蘭」。虎蘭是金氏世界紀錄(Guinness World Records)最大的蘭花,最重可達兩噸,是蘭花中當之無愧的「巨無霸」;它的花為黃色,帶有栗色或暗紅色的斑點,是不是和老虎神形皆似呢?

盛開的虎蘭。圖/Lily M.J.Chen 陳美君攝

虎蘭 Grammatophyllum speciosum 隸屬於斑被蘭屬,差不多兩百年前由著名植物學家卡爾.路德維希.布魯姆 Carl Ludwig Blume(1796-1862)根據他本人采自印度尼西亞爪哇的標本命名的。

布魯姆在荷屬東印度群島和荷蘭本土度過了他的職業生涯,對東南亞的植物進行了廣泛而深入的研究,出版了《荷屬東印度群島植物誌》等專著。從 1823 年至 1826 年,他任職於印尼茂物植物園,虎蘭就是在此期間命名的。虎蘭的拉丁屬名 Grammatophyllum 由兩部分組成:源自希臘文的 grammatus 是「有凸起條紋」的意思,phyllum 是「葉」的意思,意指葉片上有條紋狀凸起;種加詞則是「美麗的,壯麗的」意思。

植物學家卡爾.路德維希.布魯姆(Carl Ludwig Blume;1796-1862)。圖/Wikimedia
虎蘭的模式標本
。左側圖片顯示花朵,右側圖片顯示假鱗莖的一部分;
目前收藏在荷蘭萊頓標本館。圖/鄧雲飛博士提供

你說虎蘭大?到底有多大?

虎蘭到底有多大呢?說起來,它乃一眾嬌弱蘭花中的「重量級」選手。虎蘭的植物體成簇生長,由根部伸出數十條或者上百條巨大的圓筒形肉質假鱗莖,可長 到2~3 米,如果在花期,前端再伸出 1~2 米的花序,每個花序上可開 80~100 朵花,單花直徑約 10 厘米,總重可達幾百千克到兩噸。一般轎車約重 1.5 噸,也就是說最大的虎蘭比轎車還重!所以它又被叫做巨蘭(giant orchid)、女王蘭(Queen of the orchids)。

虎蘭開兩種花:可育的花長在花序頂端,有 5 個花瓣;不育的花靠近花序基部,帶有花香,有 4 個花瓣。

虎蘭為 5~ 8 月開放,一般 2~5 年開一次花,花期 40 天以上,花香清新淡雅,沁人心脾,加之龐大的體型,繁花似錦,蔚為大觀,極具觀賞價值。

虎蘭的葉。圖/Instagram
虎蘭的總狀花序。圖/Lily M.J.Chen 陳美君攝
蘭的果實。圖/何文釧博士攝

虎蘭原產於東南亞的泰國、緬甸、老撾、印尼和菲律賓等地,喜熱喜濕,常附生於低地熱帶雨林中的大樹枝椏上,根盤旋纏繞、錯綜復雜。與寄生不一樣,它們利用空氣中的水汽、雨露和腐殖質(枯枝殘葉、動物排泄物等)維生,而不是從所附著的大樹中吸取養分。附生的優點是借助其他植物而「長」得比較高,「站在巨人的肩膀上」受到更多的陽光照耀,利於光合作用。

附生在大樹上的虎蘭。圖/何文釧博士攝

野生虎蘭面臨數量危機

虎蘭用途甚廣,形貌昳麗的它現在主要作為觀賞植物被栽培在各處,增添別樣的風景。但在傳統上,它們被東南亞人民利用到生活中許多方面。

在泰國,虎蘭可入藥,把莖幹搗碎,與米酒混合後過濾,濾液就是治療有毒動物咬傷的解藥;在印尼的蘇拉威西島上,人們把虎蘭種子磨成粉末敷於傷口上可以消炎並促進愈合;在蘇門答臘島上,虎蘭用於治療新生兒黃疸;有些地方還將新鮮虎蘭的根用水煎服以治療胃病。不僅如此,虎蘭的假鱗莖可食用,在馬來西亞的某些地方,人們把它切成薄片炒食。

紐約布魯克林植物園的虎蘭盛開。圖/Brooklyn Botanic Garden

隨著社會經濟發展、環境破壞及人類過度采集,野生虎蘭的數量日益減少,面臨巨大的生存壓力。它被列入《瀕危野生動植物種國際貿易公約》附錄 II,對其貿易加以嚴格控製。另外一方面,一些科研機構和園藝公司用無菌播種技術大規模培育蘭花,虎蘭也不例外。通過無菌播種來繁殖,能在短期內得到大量的組培實生苗,再將它們種植到合適的地方。

新加坡國家公園局和植物園就對此做了很好的示範,它們從 1996 年開始通過人工方式培育虎蘭的種子,種子萌發後的小苗在實驗室培育兩年,再把幼苗回歸到它們的原產地烏敏島(Pulau Ubin,位於新加坡東北部)的芒果、榴蓮、雨樹、紅毛丹等樹上,待它們再長大一些,再移栽到植物園、Bukit Timah 自然保護區、新加坡市中心的烏節大道(Orchard Boulevard)等處,基本獲得成功。

既然有最大蘭花,那最小是哪一種呢?

上文介紹了世界上最大的蘭花,那估計你也有興趣想知道世界上最小的蘭花有多大。目前,世界上最小的蘭花為麗斑蘭屬的 Lepanthes oscarrodrigoi,是危地馬拉和法國的植物學家在 2018 年在危地馬拉發現的。

該蘭花花序僅 4 毫米長,每一朵花有兩瓣 0.15 毫米長、0.3 毫米寬的花瓣,花柱直徑 0.4 毫米,大小同削尖的鉛筆尖差不多。它長在樹枝上,被苔蘚覆蓋,很難被發現。

在今天的科學發展下,基因突變與重組、環境的更迭每時每刻不曾停歇,萬事萬物都處於不斷的變化之中,同時,人們對自然的認識是逐漸加深且永無止境的,或許在不久的將來,這個記錄也會有被打破的一天。

致謝

感謝星加坡植物園何文釧博士和陳美君女士、華南植物園鄧雲飛博士提供部分圖片。

參考資料

  1. 李春華,李天純,李柯澄. 2015. 巨蘭繁殖與養護. 中國花卉園藝,22:25-27.
  2. Morales, F. A. & G. R. Chiron. 2018. The smallest orchid in the world is now a Lepanthes. Richardiana 2: 175-184.
  3. Chee, B. J. 2015. Know Thy Herb: The Tiger Orchid. Natural Bulletin 5: 3.
  4. Wing, Y. T., P. Ang, F. Tay & W. Soh. 2012. Conservation and Reintroduction of Native Orchids in the City in A Garden. CITYGREEN 4: 142-147.
  5. American Orchid Society—Grammatophyllum
  6. Holotype of Grammatophyllum speciosum Blume [family ORCHIDACEAE]
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數學藏在哪裡?絕對難不倒你!隱藏在植物中的「費布納西數列」——《生物世界的數學遊戲》
天下文化_96
・2022/10/24 ・1626字 ・閱讀時間約 3 分鐘

大多數植物和費布納西數列有密不可分的關係

生物世界的數學本質,在植物王國裡更能顯現出美麗而神祕的形式。

在《論生長與形態》這部書裡,有一整章就是在專門討論植物與眾不同的幾何學及數術,諸如葉子沿著莖的排列、花朵裡形成的奇特螺線模式(圖十一),以及花瓣的數目等等。這部分所隱含的數學真的很奇特。

在絕大多數的情形下,植物的結構牽涉到一串被稱為「費布納西數列」(Fibonacci sequence)的有趣數字:

1、2、3、5、8、13、21、34、55、89、144……

呈現出費布納西數列的巨大向日葵 Helianthus maximiliani。圖十一/天下文化

費布納西數列的規則

費布納西數列本身就有漂亮的模式:

從「3」以後的每一項,都是前兩項的和,例如 55=34+21。

這個數列,是比薩的雷奧納多(Leonardo of Pisa,約 1170-1250)在 1202 年所創。雷奧納多是位偉大的數學家,偶然發現了印度人與阿拉伯人所發明的新記數法,不同於當時通用的羅馬記數法;在這兩種系統中,相同的符號若放在不同的位置,可能代表著不同的意義:以費布納西數列裡的 55 為例,第一個 5 代表「50」,而第二個則代表「5」。

雷奧納多為阿拉伯記數法,寫下一部劃時代的專書。圖/Wikipedia

雷奧納多為印度——阿拉伯記數法,寫下一部劃時代的專書,於是西方世界便將現行的算術體系,歸功於他的大力推廣。

十八世紀的法國數學家李布里(Guillaume Libri),給了他一個綽號「費布納西」(Fibonacci),由於這個綽號一直廣為沿用,所以讓大多數人誤以為是十二、十三世紀就存在的名字(Fibonacci 一字原文的意思是 son of Bonacci,Bonacci 是他父親的名字)。

費布納西的兔子謎題

此外,費布納西也設計出一套「兔子謎題」,問題是這麼說的:假定現在是第零個飼育季,我們剛好有一對未成熟的兔子,而兔子經過一季的時間就可以成熟。

再假定每對成熟的兔子,每一季可以生出恰好一對未成熟的兔子,也一樣要花一季的時間才能成熟。最後我們假設兔子不會死。

兔子謎題:在設定的條件下,每一季會有多少對兔子?圖/Pixabay

那麼每一季會有多少對兔子? 此問題的結果是,在接下來各季,兔群的數目將依循費布納西數列——而且有大量的重要數學,繼續從這個簡單的發現發展出來。然而,真正的兔群並不會按照費布納西的模型,如果實際去數兔子數目,你不會發現明顯的費布納西數。

花草的世界中也藏著許多費布納西數

但是,如果去數花的花瓣、萼片、雄蕊及其他部分,你就能找到這些數。例如,百合有三個花瓣,毛莨有五瓣,飛燕草有八瓣,金盞花十三瓣,紫菀二十一瓣,而多數的雛菊有三十四瓣、五十五瓣或八十九瓣,除了這些數目之外,沒有其他任何數目會出現得那麼頻繁。

費布納西數也隱藏在向日葵所呈現的模式裡,如果仔細看圖十一,你會看到兩組螺線,一組呈順時鐘方向,另一組是逆時鐘。

現在如果請你數數看每一組各有多少螺線,你會發現兩組的答案都是費布納西數。圖/Pixabay

現在如果請你數數看每一組各有多少螺線,你會發現兩組的答案都是費布納西數。

——本文摘自《生物世界的數學遊戲》,2022 年 9 月,天下文化,未經同意請勿轉載。

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天下文化成立於1982年。一直堅持「傳播進步觀念,豐富閱讀世界」,已出版超過2,500種書籍,涵括財經企管、心理勵志、社會人文、科學文化、文學人生、健康生活、親子教養等領域。每一本書都帶給讀者知識、啟發、創意、以及實用的多重收穫,也持續引領台灣社會與國際重要管理潮流同步接軌。