吃炸藥的植物

Arabidopsis_thaliana
擬南芥

撰文|葉綠舒

三硝基甲苯(2,4,6-trinitrotoluene,TNT),俗稱黃色火藥,在1863年由德國化學家Julius Wilbrand發明出來,原先是用作染料。雖然當時也很快就發現它會爆炸,但由於它不容易引爆,因此直到德軍發現它的好用之處之前,並沒有什麼人想要把它拿來當作炸藥。甚至在英國1875年的爆炸物法(Explosives Act 1875)中,並未列入黃色火藥呢!

在1902年,德軍發現,如果把黃色火藥裝在鋼鐵外殼內,它可以在穿入軍艦後才爆炸,不像當時主要使用的炸藥TNP(又名苦味酸,Picric acid,2,4,6-trinitrophenol)通常都在接觸到軍艦的外殼的那一刻就炸了;由此發現黃色火藥的殺傷力比較大。在這之後,德國、英國(1907年)、美國(1921年)先後開始採用黃色火藥。現在,軍隊、礦區以及工業常用它來炸開擋路的石頭。但是黃色火藥其實是有毒物質,當爆炸以後,大量的黃色火藥會隨著爆炸的力量滲入土壤,一旦進入土壤就不容易移除。

TNT. 圖片來源:wiki
TNT. 圖片來源:wiki

黃色火藥會對皮膚造成刺激性,接觸後皮膚會變成黃色。在一戰時期,負責處理黃色火藥的工作人員的手因為經常接觸而被染成黃色,因此得到了「金絲雀」(canaries)的綽號。但後來便發現,長期接觸黃色火藥會導致貧血、肝功能不正常、脾臟腫大等;且在大鼠的試驗中被發現有致癌性,因此被列為可能的致癌物。雖然植物可以吸收黃色火藥,但是黃色火藥會使得植物根部的生長被抑制。由於軍隊與礦區廣泛的使用,黃色火藥造成的污染已受到廣泛的重視,也被美國的環境保護署(EPA)列為重點工作。

由於植物會吸收黃色火藥,有人就想到,為何不利用植物來移除被黃色火藥污染的土壤呢?雖然這個想法不錯,但是「吃」了黃色火藥的植物,它的根部生長會受到抑制,所以植物長得並不好。當然,如果能找到不被抑制的突變種,或許就真的可以用它來進行所謂的「植物修復」(phytoremediation)了--只是,這樣的植物存在嗎?

最近,英國的研究團隊,從擬南芥(阿拉伯芥,Arabidopsis thaliana)中找到了不會被黃色火藥抑制生長的突變株mdhar6

MDHAR6的基因是個負責解毒的酵素,全名是monodehydroascorbate reductase 6。擬南芥總共有五個MDHAR基因,存在的位置不大相同。不過,它們都負責將氧化的維生素C還原。

研究團隊發現,當MDHAR6基因發生缺損時,可以使得mdhar6突變株能夠「吃」很多炸藥,但是不會中毒。

但是,這個酵素原來的功能是負責解毒啊!為什麼解毒基因缺損反而可以吃更多毒藥呢?原來MDHAR6主要位於質體(plastids,為葉綠體、澱粉體等的總稱)與粒線體中,它會將黃色火藥還原為帶負電的分子,然後帶負電的黃色火藥再將電子傳給氧氣,產生自由基(reactive oxygen species,ROS)。當自由基產生時,細胞裡面的各種大分子,就會因為被自由基還原而產生損害。

也因此,沒有MDHAR6的突變株,反而因為不會還原黃色火藥,所以也沒有產生自由基的機會,可以猛吃炸藥也不會中毒。它們到底可以吃多少呢?研究團隊發現,把mdhar6突變株的植物種在每公斤含有100毫克(mg)的土壤中,它們可以在五週的時間裡移除超過40%的炸藥喔!

不過,也因為這個機制是如此特殊,當研究團隊測試mdhar6突變株,想找找它是否有其他的過人本領時,發現除了可以大吃炸藥以外,mdhar6突變株對食鹽、巴拉刈(paraquat,一種會產生自由基的殺草劑),以及過氧化氫等物質,它的表現都與一般植物沒有差別。但筆者覺得,光是可以猛吃炸藥還一點事也沒有,就已經是一項了不起的本領了,不是嗎?

參考文獻:
Elizabeth L. Rylott and Neil C. Bruce et. al., 2015. Monodehydroascorbate reductase mediates TNT toxicity in plants. Science 349(6252):1072-1075 DOI: 10.1126/science.aab3472

--
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。

 

加入好友

4,971 人瀏覽過

發佈留言

發佈留言必須填寫的電子郵件地址不會公開。 必填欄位標示為 *

為了避免你是機器人,請在留言前回答以下問題: