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Jan. 16 2022

水生植物也耐旱? 林試所與美合作 解密「臺灣水韭」罕見光合作用機制

  • 陽明山國家公園夢幻湖是臺灣水韭唯一天然生育地。圖片來源:林試所提供

    陽明山國家公園夢幻湖是臺灣水韭唯一天然生育地。圖片來源:林試所提供

  • 沉浸在夢幻湖水中的臺灣水韭。圖片來源:林試所提供

    沉浸在夢幻湖水中的臺灣水韭。圖片來源:林試所提供

  • 臺灣水韭植株。圖片來源:林試所提供

    臺灣水韭植株。圖片來源:林試所提供

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環境資訊中心記者 廖禹婷報導

具有「水陸兩棲」能力的臺灣水韭,為臺灣特有的原始石松類植物,全臺只在陽明山國家公園夢幻湖可見到它的蹤影。如今科學家進一步揭開神祕面紗,林試所1月10日宣布,臺美研究團隊自2018年起對臺灣水韭進行基因組定序,發現臺灣水韭與沙漠植物類似,都可在夜間吸收二氧化碳進行「景天酸循環」光合作用。

研究成果已在去(2021)年11月正式刊登於國際權威期刊《自然通訊》(Nature Communications)。林試所表示,未來也將擴大研究範圍,探討其他水生植物是否也能行「景天酸循環」。

陽明山國家公園夢幻湖是臺灣水韭唯一天然生育地。圖片來源:林試所提供

陽明山國家公園夢幻湖是臺灣水韭唯一天然生育地。圖片來源:林試所提供

水生植物為何耐旱? 臺美團隊解密臺灣水韭罕見光合作用機制

林試所指出,水韭起源於距今約2.5億年前,過去水韭曾有高大樹狀近緣植物類群,不過現在已全數滅絕,僅存低矮草狀的水韭。而臺灣水韭除了能生存在水中,也能在極度乾燥條件下休眠一年後復水甦醒,也被稱為是「水陸兩棲植物」。

林試所為釐清臺灣水韭的耐旱機制,自2018年起與國立清華大學及美國康乃爾大學等研究單位組成研究團隊,對臺灣水韭基因組進行定序,希望藉由釐清水韭的耐旱機制,推知植物適應環境變化的調適機制,也希望相關研究能有助於臺灣面對乾旱等民生重大議題。

昨林試所也宣布,相關研究結果已在去年刊登於國際權威期刊《自然通訊》(Nature Communications),正式向世界公開臺灣水韭獨特的光合作用機制「景天酸循環」。

是否還有其他水生植物可進行景天酸循環?林試所育林組特聘研究員黃曜謀受訪表示,目前研究團隊剛解開臺灣水韭的DNA序列,仍有待研究,不過據推測,金門水韭等品種的水韭可能也有類似機制,未來會以擴大相關研究範圍為目標。

沉浸在夢幻湖水中的臺灣水韭。圖片來源:林試所提供

沉浸在夢幻湖水中的臺灣水韭。圖片來源:林試所提供

類似仙人掌、鳳梨 臺灣水韭可於晚上吸入二氧化碳

「景天酸循環」為沙漠植物常見的光合作用機制──為了節約用水,植物在白天將氣孔關閉,改到晚上才吸入二氧化碳──與大多數植物在白天吸入二氧化碳的光合作用機制相反。不過臺灣水韭為水生植物,卻罕見地利用景天酸循環行光合作用。

據中央社報導,黃曜謀說明,沙漠植物進行景天酸循環,是為了避免白天打開氣孔吸收二氧化碳,造成水分流失;臺灣水韭則是為避免在白天與其他水生植物競爭二氧化碳,且若在晚上進行景天酸循環,還可收集其他植物排出並溶於水中的二氧化碳,增加吸收效能。

黃曜謀提到,生長於臺灣南部、冬季少雨環境下的鳳梨,也會進行景天酸循環,不過臺灣水韭較仙人掌及鳳梨更早演化出景天酸循環的光合作用機制。他也透露,未來若能透過基因工程讓植物日夜都能吸收二氧化碳,將有利於提升作物產能。

臺灣水韭植株。圖片來源:林試所提供

臺灣水韭植株。圖片來源:林試所提供

本文轉載自「環境資訊中心」網站,內容由許多專家學者及民間環團,提供國內外環境教育與環保資訊;主題涵蓋全球變遷、溫室氣體控制、環保生活、環境汙染防治、生態保育、能源節約與能源效率、綠建築等各面向。期許能替沒有選票的山林、濕地、海洋、土地發聲。

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