【生物奧妙】植物媽媽的愛心便當

■植物從一開始生長,就被充滿微生物的環境圍繞。有些微生物對植物有好處,如根瘤菌Rhizobium)以及與植物根部共生的真菌(Mycorrhizae)。

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綠豆。圖片來源:wiki

撰文|葉綠舒

最近幾年的研究成果,也已經讓我們知道:圍繞在植物周圍的微生物們,構成了植物微生物體(Plant Microbiome);而它們可以協助植物更容易獲得養分,也能幫植物抵抗外來病原菌的入侵。

許多動物(包括人)的小寶寶,在出生之前是處於無菌狀態之中;出生之後,人的小寶寶會經由與父母親人的接觸,得到父母親人身上的益菌;而植物呢?

從過去的研究成果得知,豆科植物在氮素不足的環境中,會在土壤中分泌出一些化學物質(如類黃酮素),以吸引生活在土壤中的根瘤菌前來跟豆科植物建立共生關係。但是植物的種子就如人類的胚胎,在剛發芽的時候,根系尚未建立,也不可能分泌化學物質來召喚益菌;而它們又無法像人的小寶寶一樣,從父母親人處得到益菌,那麼,植物寶寶要如何建立起自己的微生物體呢?

最近由諾特丹大學(University of Notre Dame)在由美國微生物學會舉辦的第五屆有益微生物年會(the 5th ASM Conference on Beneficial Microbes)上,所發表的研究成果告訴我們,雖然植物媽媽無法在小寶寶離家後照顧它們,但植物媽媽卻在每個小寶寶身上都放了一個愛心便當。

研究團隊將綠豆(如圖)先進行了表面消毒。通常在實驗室裡,我們會使用低濃度的漂白水或是酒精來做這件事。消毒完後會進行測試,確認種子表面已經是無菌的。

接著他們把種子剝開,並進行培養。結果他們發現,綠豆的內部分離出一隻特別的桿菌,Bacillus pumilus(短小芽孢桿菌)。

短小芽孢桿菌是格蘭氏陽性菌,而且相當的耐旱。但是這都不是重點。重要的是,在綠豆裡面分離出來的短小芽孢桿菌,它具有三個特殊的基因群組(gene cluster),會產生細菌素(bacteriocin)這種抗微生物肽(antimicrobial peptide)。

這是一個非常有趣的發現。未來,或許研究團隊應該進一步研究其他的植物,了解「帶便當」是否是一種普遍的情形;另外,這個研究成果是否也暗示著,細菌素的用途,可能比過去了解的要多得多呢?細菌素自從在1925年被發現以後,一直被認為僅僅是細菌用來殺死自己的「近親」的產物(亦即作用範圍僅限於分類上相似的細菌),因此被認為用處不大。但是,如果綠豆的短小芽孢桿菌所產生的細菌素,可以協助綠豆建立起自己的微生物體,是否表示細菌素的作用範圍其實比想像得大得多呢?這些都有賴於有興趣的研究者去了解。

參考文獻:2014/9/29. Plants prepackage beneficial microbes in their seeds. Science Daily.

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作者:葉綠舒 慈濟大學生命科學系助理教授,科教中心特約寫手,從事科普文章寫作。

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