2007年7月20日 星期五

毛氈苔具有分解昆蟲外殼的能力

毛氈苔D. rotundifolia能夠產生幾丁質分解酵素(Chitinase),因而能夠分解昆蟲的外殼,加快消化昆蟲的速度。

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原始論文
Tentacles of in vitro-grown Round-leaf Sundew (Drosera rotundifolia L.) Show Induction of Chitinase Activity Upon Mimicking the Presence of Prey
Ildikó Matušíková, Ján Salaj, Jana Moravčíková, Ludmila Mlynárová, Jan-Peter Nap, Jana Libantová
Planta, 2005, 222 (6): 1020-1027
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內容概要
毛氈苔具有腺毛,能夠分泌具有黏性的液體來黏住昆蟲。腺毛上的腺體能夠分泌酸性磷酸分解酵素(Acid phosphatase)、蛋白質分解酵素(Protease)、酯類分解酵素(Esterase)、過氧化酵素(Peroxidase),因此可以將昆蟲分解而能獲得氮、磷和硫。有學者證實,毛氈苔體內的氮,有50%到76%來自於昆蟲的,可見得毛氈苔非常依賴獵食昆蟲來獲得養份。

然而,昆蟲的外殼非常堅硬而且不透水,其外殼的成份是幾丁質(Chitin),並不能被上述這四種消化酵素分解。因此,毛氈苔如何消化昆蟲便是一個疑問。有些學者發現,一些毛氈苔、豬籠草、狸藻和捕蠅草都具有幾丁質分解酵素的活性,因而得以破壞昆蟲的外殼。但是,這種酵素活性亦可能是由捕蟲葉上的微生物所產生,而非食蟲植物自己所產生的。

為了證實毛氈苔能夠產生幾丁質分解酵素,作者將D. rotundifolia培養在無菌環境下來進行實驗,以避免微生物的干擾。為了模擬試管中的毛氈苔捕捉到昆蟲,作者分別將殺菌過的明膠、幾丁質和水楊酸放在毛氈苔的葉子上,用來誘發腺毛分泌消化酵素。另外,還利用機械刺激,也就是用解剖刀攪動一次腺毛來模擬昆蟲的掙扎。當毛氈苔的葉子分別經過這四種刺激之後,再用生物化學法來偵測幾丁質分解酵素的活性,並利用分子生物法來偵測幾丁質分解酵素的產生位置。

實驗結果顯示,明膠和幾丁質都能誘導腺毛產生幾丁質分解酵素,但以後者的誘導效果較強,而且葉子分解幾丁質的能力在誘導開始的第48小時達到高峰。另外,水楊酸不能誘導酵素活性,不過,機械刺激則能促使捕蟲葉產生少量的幾丁質分解酵素。

作者進一步利用原位雜交法,來研究幾丁質分解酵素的mRNA會表現在毛氈苔捕蟲葉的哪些位置。實驗結果顯示,在明膠誘導前,捕蟲葉的葉肉細胞和腺毛的維管束細胞就具有微量的幾丁質分解酵素的mRNA。在經過明膠的誘導之後,除了原有的位置表現更多的幾丁質分解酵素mRNA,就連腺毛上的分泌細胞也具有該mRNA的強烈表現。

一般的植物也會產生幾丁質分解酵素,這種能力使植物能夠抵抗真菌的感染。因為真菌的細胞壁是由幾丁質構成,當真菌侵入植物體內時,植物便產生幾丁質分解酵素,將入侵的真菌破壞掉。當植物面臨病原感染時,水楊酸是一種幾丁質分解酵素的誘導物質。不過,本研究使用水楊酸來刺激毛氈苔,並不能誘使其產生幾丁質分解酵素,這顯示毛氈苔和一般植物產生幾丁質分解酵素的機制不同。而毛氈苔對於明膠及幾丁質的誘導,也反應出不同強度的幾丁質分解酵素活性,這顯示毛氈苔具有某種機制能夠分辨不同的化學物質。

這個研究證實毛氈苔D. rotundifolia在捕食過程中會產生幾丁質分解酵素。我們可以鉤勒出毛氈苔在捕蟲過程中發生了哪些事:一隻不幸的昆蟲被毛氈苔捉住了,雖然昆蟲的外殼能夠扺抗蛋白質分解酵素的分解,然而昆蟲的掙扎促使毛氈苔產生一些幾丁質分解酵素,使得昆蟲的外殼開始分解。而分解下來的幾丁質,則促使毛氈苔產生更多的幾丁質分解酵素,因而加快分解昆蟲外殼的速度。當昆蟲的外殼開始產生破洞,消化液裡的其它消化酵素便能進入昆蟲體內,將昆蟲內部的組織分解,釋放出來的養份就被毛氈苔吸收了。