遇見科學

我們都知道「陽光」、「空氣」、「水」是幫助天地萬物生長的三要素，對人類來說不可或缺，對植物而言亦然。尤其近年來受全球暖化影響，讓地球生態出現比過去更劇烈的氣候變遷，不少地區都面臨天候非澇即旱，或氣溫大起大落的情況，無形中也讓許多植物得承受比過去更嚴峻的環境挑戰。

也因如此，不少科學家紛紛投入植物生長機制的相關研究，希望解開影響植物生長機制的密碼之鑰，找到可以讓植物適應環境的關鍵要素。像是在中央研究院植物暨微生物學研究所擔任助研究員的涂世隆與韋保羅，就各自組成團隊，分別從「光線」與「水分」這兩個影響植物生長的重要因子著手，結果從中找到可調控植物生長的創新要素，研究成果不但刊登在《美國國家科學院期刊》中，未來更有助於讓農作物順利適應生長環境的變化。

如同最早登陸的兩棲類動物─青蛙，其祖先是演化自三億多年前的總鰭魚類般，植物也會從水生植物慢慢演化成陸生植物。涂世隆表示，不只動物需適應環境變化，植物也一樣，當水生植物在四、五億年前慢慢演化成陸生植物時，也意味著它們必須照射到更強烈的陽光，因此植物體內要有一個可以感應光線並協助調節成長的機制，才不會讓自己在強光照射下無法生存；而「光敏素」（phytochrome）正扮演了這樣的角色。

涂世隆解釋，「光敏素」是一種可以感應光線的蛋白質，存於綠色植物的細胞中，就像人類雙眼之所以能夠看見五顏六色，是因為我們眼睛細胞中有一種光受器蛋白，可以幫助我們分辨不同顏色。根據以往研究，科學界只知道植物中有一種名為「光敏色素合成」的酵素，可以用來啟動還有活化植物中的「光敏素」，但透過團隊以苔蘚類植物「小立碗蘚」（Physcomitrella patens）為研究主體的過程中，則首度發現有另一種過去不曾了解的新酵素「藻橘色素合成」（PUB synthase, PUBS），也具有啟動與活化光敏素的功能，擴大以往我們對植物光感應的認知範疇。

不只如此，為了解「光敏素」在非維管束植物中的表現機制，研究團隊也特別篩選出小立碗蘚「光敏素」在光線下所調控的基因並進行分析，結果發現小立碗蘚有兩套調控機制可因應光線不同變化，其調控方式不只有別於玫瑰、蘭花等高等植物，也很有效率，這項發現也讓科學界更了解植物如何適應陸生環境的調控機制，未來也可藉此運用基因轉殖方式來調整植物生長機制，讓植物在不同光線環境下也能開花結果、正常生長。