Botanical Studies/植物學研究
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引進外來物種及其定居咸認為是包括被子植物在內的原生生物多樣性的一大威脅。原產歐亞大陸的豆科植物「樹錦雞兒」於1700 年代中葉引進北美洲，歷經250 年這種植物幾乎已定居於加拿大全國和美國半數的州；但有關它對於原生生態系潛在影響的文獻卻不多見。為呼應加拿大卡加利市2009 年倡導的控制樹錦雞兒試驗計劃，我們就樹錦雞兒的生物學、民族植物學、對生態系之影響、與可能的控制的方法進行綜論，並提供證據表明樹錦雞兒對於生態的正面及負面影響及其利用。值得注意的是，持續的棲地退化與氣候變遷將促進樹錦雞兒在更多的地區成為入侵性的惡劣雜草。我們必需特別關注樹錦雞兒的全部分布區域，尤其是受到人為活動干擾的破碎棲地、新近毀林地區以及濕地。
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抗壞血酸過氧化酶（Ascorbate peroxidase, Apx）扮演氧化抗壞血酸（AsA）以清除過氧化氧（H2O2）。從檸檬（Citruslimon）cDNA 庫選殖出Apx cDNA 序列（1,068bp,GQ465430），全長共1,068個核苷酸，可轉譯出250個胺基酸。經序列比較ClApx 與其他物種的序列有很高的相似性，依據已知結構，建立一模擬立體結構（3-Dstructuralmodel）。在演化樹上屬於cs2（cytosolsoluble）。進一步將其轉譯區選殖入表現載體pYEX-S1，以酵母菌Saccharomycescerevisiae作為表現宿主，經親和性管柱純化可得到具有活性的ClApx，對AsA 和H2O2 其KM 值分別為0.40和0.11m,。其特性在45°C加熱活性降低一半的時間為6.5分鐘，在pH6.0~8.0 仍然具有相當的活性。
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植物基因轉殖技術已是作物改良不可或缺之工具，然一般亦知轉基因之嵌入基因組位置與轉基因之套數關係著轉基因之表現與穩定性。TagMan 定量式即時聚合酶連鎖反應（Quantitative real-timePolymerase Chain Reaction, qRT-PCR） 係被發展出具若干優點如測試所需樣品量小、高流通量、高定量範圍及無後PCR 之膠體電泳分析等之快速檢定轉基因套數方法。惟此方法之分析有賴建立一在基因組內低套數且穩定之內生性參考基因為基準。在蕓苔屬（Brassica） 作物中，高移動性蛋白群HMG-I/Y 基因曾被報導利用為qRT-PCR 分析之參考基因，但該基因是否可在青花菜偵測得則有所爭議。本報告因此乃參考已報導之油菜（Brassica napus）及阿拉伯芥HMG-I/Y 基因序列選殖得一全長796 bp 青花菜HMG-I/Y cDNA 序列並加以定性其衍生之胺基酸序列與油菜之相似度達75%。利用已知作物HMG-I/Y基因衍生胺基酸序列在演化樹分析上，其結果與傳統分類分群極為吻合。本研究亦証實HMG-I/Y 基因在青花菜基因組每單套基因組為單套存在，利用研究室之異戊丙烯轉移酶（ipt） 基因及阿拉伯芥胚性開花基因（AtEMF1） 青花菜轉殖材料進行檢測與篩選低套數轉基因，亦獲致該基因利用為內生性標準參考基因以估算轉基因套數之可行性。
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鎘處理之水稻（Oryza sativa L. cv. Taichung Native 1 and O. sativa L. cv. Tainung 67）幼苗根的生長受到抑制，根組織內過氧化酶活性亦有增加。台農67 號（Japonica type）之水稻根部鎘處理後可能藉調控啟動子區域，影響過氧化酶基因表現或是藉由將過氧化酶糖基化，引發過氧化酶活性的增加，加強根部組織清除由鎘引起之過氧化氫的能力，同時合成較多木質素。台中在來一號（Indica type）水稻品系則在鎘處理後，過氧化酶增加量少，造成較多的過氧化氫之累積，並且生成的木質素較少，故台中在來一號（Indica type）水稻對於鎘較敏感。因此，台農67 號（Japonica type）之水稻對鎘耐受性較台中在來一號（Indica type）佳。由過氧化酶基因啟動子區域之分析，台農67 號（Japonica type）之水稻根部細胞內過氧化酶基因含有十個重金屬反應元素（CURE），而台中在來一號（Indica type）則含八個重金屬反應元素（CURE）。我們推測台農67 號（Japonica type）之水稻可能較容易接受重金屬鎘之刺激的訊息，進而調控更多的過氧化酶之合成，進而應付鎘之衝擊。
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本研究探討鯽魚膽（Plucheaindica（L.）Less.）切離葉片於PEG誘導產生的缺水處理中，其抗氧化物質及抗氧化酶活性之變化情形，並利用原生質膜NADPH氧化酶抑制劑DPI（diphenyleneiodonium）處理，了解還原態NADPH氧化酶（NADPHoxidase）所扮演之角色。經PEG缺水處理的鯽魚膽葉片其含水量與TTC活性降低，但malondialdehyde（MDA）、totalperoxide、O2΄-與H2O2量增加，顯示鯽魚膽葉片在缺水逆境確實可誘導氧化逆境的產生。在中度缺水的情況下，totalascorbate（AsA），AsAcontents及AsA/oxidizedAsAratios皆增加，且隨著水勢增加，totalglutathione（GSH）、GSHcontents與GSH/GSSGratios亦增加。而superoxidedismutase（SOD）活性在PEG處理24小時沒有明顯改變，但在48小時後則增加。catalase（CAT）與glutathionereductase（GR）活性隨著水勢降低而增加，而peroxidase（POX）活性則只在水勢-1.2MPa增加，ascorbateperoxidase（APX）活性只在中度缺水時增加。這些藉由缺水逆境所誘導產生之抗氧化物質的累積與抗氧化酶活性之變化情形可被DPI抑制，顯示鯽魚膽在氧化逆境中可啟動其防禦系統中之活性氧族（reactiveoxygenspecies，ROS）訊息分子。因而，鯽魚膽葉片對中度缺水逆境之反應係藉由NADPHoxidase所媒介之非酵素形式或酵素形式之氧化防禦機制來清除ROS而達成。
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本文章研究目的是評估台灣濕地藥用植物之甲醇和水萃取物之抗氧化活性。評估的項目，包括ABTS 清除，清除DPPH 自由基，還原力，總多酚含量，總類黃酮類含量、總黃酮醇類含量。結果顯示，31 種濕地藥用植物中以水豬母乳、燈心草、碎米莎草、水柳、泥花草、短葉水蜈蚣和香蒲共七種，其抗氧化物和多酚類均具不錯之效果和含量。且由抗氧化活性和總多酚含量之線性相關係數結果得知，水萃取物相關係數為0.14 和甲醇萃取物相關係數為0.23。結果顯示，植物中化學物質含量可能有助於顯著的抗氧化活性，但這種關係並不一定成正比。濕地藥用植物未來在醫藥和保健食品行業中將可作為一個容易取得的天然抗氧化劑的來源。
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鋁金屬離子之毒害在酸性土壤中嚴重地限制了作物之生產量；而此毒性主要係經由根部發作。本文之目的乃探討鋁離子對水稻根部之形態及細胞構造所造成之傷害。我們使用不同濃度之三氯化鋁來探討危害之程度。根冠部位是以逐步低溫法 （PLT） 及 Lowycril 樹脂處理；如此一來試樣可被切除。經染色之切片以Zeiss 光學顯微鏡外接數位相片來檢視並照像。根部之延伸程度經鋁離子處理後會減少，同時根會變形。在表皮細胞及皮層細胞可檢測到若干構造上之改變。減少之長度伴隨著橫軸向之膨脹；此乃源於不同型之細胞的延展過程受到阻害。同時也觀察到加厚之細胞壁及液泡大小之增加。以上之結果提供證據說明水稻根部細胞受到足以導致傷害之鋁離子之影響後所產生的構造上之改變及形態上之變化；此乃我們實驗室所觀測到的。
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番茄青枯病是一種非常普遍和廣泛的疾病，主要是由青枯菌引起，特別是在炎熱和潮濕的環境下更為嚴重；於自然環境中，因為寄主抗性的不穩定，以及青枯菌種類與變異性極大，至目前為止，並無良好的防治方式；因此，番茄抵禦青枯菌的分子機制的瞭解仍然有限。本篇報導由番茄釣取到番茄SlJAR1 同源性基因－ SlJRL1，並且建立可誘導SlJRL1 基因表現的番茄轉殖株。比對兩基因之蛋白質序列竟然高達99 % 相同性；先前發現SlJAR1 於地下根部之基因表現量最高，相反地，SlJRL1 於地下部表現量最低，反而是地上部有較高的基因表現量；進一步利用南方氏默點法分析，發現於CL5915 番茄品系之基因體含有多個SlJRL1 基因。進一步建構誘導啟動子驅動SlJRL1 之載體，將其轉殖進番茄基因體中，利用DEX 處理轉殖株，其誘導SlJRL1 表現量於第二天即達到高峰；並利用此誘導方式，進行青枯菌感染，經DEX 誘導之轉殖番茄可延緩萎凋病徵發生；並分析體內之青枯菌族群，發現轉殖番茄經由DEX 誘導後，亦可減緩於莖頂處青枯菌累積之數量；由此可知，植物茉莉酸荷爾蒙具有參與番茄防禦青枯菌感染之功能。因此，本篇SlJRL1 轉殖番茄之結果，可提供抵抗番茄青枯病之分子機制的瞭解。
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植物彼此競爭光，水和土壤的養分。當植物面臨不同非生物因素（abiotic） 或生物因素（biotic） 的競爭壓力時，到底哪一基因系列表現量（gene expression） 會增加或減少，這個研究主題從未被瞭解過。然而，當使用模式植物系統（model organisms；如阿拉伯芥Arabidopsis thaliana） 作實驗時，植物間彼此競爭中，某一系列基因表現量增加或減少，會大大影響植物－植物間的相互作用，以及影響研究人員實驗設計的準確度。通常在阿拉伯芥研究中，研究表現型和生理特性時，是以單一植株或低密度種植;用於收集大量組織和種子，是以中等密度種植； 用於篩選變異植株時，是以高密度種植。可是，用生物辨識系統（biometric measures） 研究阿拉伯芥的生長和產量時，花序的高度，叢生葉直徑（rosette leafdiameter），生物量（biomass），和種子產量，都會隨著阿拉伯芥生長於中，高密度時而遞減；並且在高密度時，瀕臨所用的盆子的承擔受量（carrying capacity）。收集地上部的莖葉，萃取它們的核糖核酸（RNA）以分析基因轉錄 （transcriptomic analysis）。我們發現到：隨著阿拉伯芥 生長密度的調高，光合作用相關的基因表現量明顯增加；然而那些因環境壓力，植物二級代謝物（plant secondary metabolites），和植物防禦反應（plant defense） 相關的基因表現量卻被大大抑制。無論生長在低和高密度，它們基因表現量和相關性有明顯的重疊。阿拉伯芥面臨種內競爭（intraspecific competition） 的生存策略，似乎和面臨資源被剝奪（resource deprivation） 的影響－無論非生物因素或生物因素資源－完全不同 。所以，我們的結論是：在典型的生長箱（growth chamber） 中，當植物處於種內競爭時，光合作用的基因表現量明顯增加（upregulation），而和環境壓力和植物防禦反應相關的基因表現將被抑制停止（downregulation）。
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仙履蘭（Paphiopedilum delenatii）為原生於越南的瀕危蘭花物種，具有極高的觀賞價值。深入研究瀕危物種的生殖生物學將有助於推展繁殖與保育工作之規劃。仙履蘭之胚囊發育為雙孢型，成熟的胚囊具有六細胞。在授粉前，珠心絲構造已存於子房內。授粉後15 天，位於珠心絲頂端的孢原細胞分化成大孢子母細胞。當大孢子母細胞成熟時，其細胞核坐落於近珠孔端；如此使得大孢子母細胞的細胞質呈不均勻分布，富含澱粉粒的細胞質則較集中於合點端。第一次減數分裂後，明顯的胼胝質層將二分子隔開：一個近珠孔，另一個近合點。接著，靠近合點而具有功能的二分子被胼胝質完全包圍。當具有功能的二分子擴張，胼胝質此時累積於二分子之共同細胞壁，以及近合點端之細胞壁。本研究另一值得注意的觀察結果：仙履蘭成熟胚囊之兩側細胞壁具有角質之累積。由於仙履蘭胚囊的體積相當大，累積角質可能提供胚囊細胞壁支撐，並且在受精後保持胚囊內之水分以助後續之胚胎發育。