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魔幻之花鬱金香-花辦開合的秘密 熱門指數 : 2381
作者: fiona
中文名稱: 魔幻之花鬱金香-花辦開合的秘密   | 第二版 | 第一版 |
關鍵字: 鬱金香,花瓣,溫度,氣孔,鈣離子,水通道蛋白

台中后里中社花市的鬱金香花海
    美麗高雅中帶有一絲神祕氣息的鬱金香,從三百多年前在歐洲掀起了一股「鬱金香狂熱」後,至今仍廣受世界各地人們的喜愛。鬱金香為原生於溫帶地中海型氣候的球根花卉,地處亞熱帶的臺灣雖不適合生產種球,但可每年自國外進口種球栽培。如桃源仙谷、后里中社花市等地,每年1至3月間總是吸引許多民眾一睹鬱金香的風采。
  當你徜徉在鬱金香花海時,是否曾發現它的花瓣會在白天張開,晚上閉合呢?讓我們先聽聽鬱金香和花瓣運動相關成員們的說法,抽絲剝繭找尋花瓣開閉秘密的真相!
鬱金香於白天時花瓣張開的樣貌
鬱金香專訪
  聽說大家很想知道我花瓣的秘密,那我就透露一點吧!每一個晝夜,花瓣內外側的細胞體積都會產生規律性的變化。在氣溫回升的清晨,我開始舒展美麗的花瓣,直到傍晚溫度下降才閉合。在此特別感謝氣孔、水通道蛋白、鈣離子和水分子的協助。只能說到這裡了,身為擁有大批粉絲的花卉是需要維持一點神祕感的。

鈣離子
  我是植物不可或缺的元素之一,也會協助許多生理機制的進行。在清晨氣溫升高時,我會跑到鬱金香花瓣的細胞質裡,影響氣孔和水通道蛋白,讓花瓣順利打開。

氣孔
  我們是鬱金香花瓣上的氣孔,可以和外界交換水分及空氣。我們大都分布在花瓣底部,愈往上方夥伴就愈少。在花瓣的內外側,內側氣孔們大多在白天高溫時張開,體積也跟著變大,將花瓣撐開;晚上低溫時關閉,體積則隨之縮小。外側氣孔們大多在白天氣溫高、花瓣細胞裡鈣離子變多時關閉;晚上低溫時張開,體積隨之變大,讓花瓣往內閉合。

水通道蛋白
  我的英文名字叫aquaporin,是鬱金香花瓣的細胞膜上的一種蛋白質。我像是細胞的幫浦,也有其他親戚分布在各種哺乳類、兩棲類、植物、昆蟲及真菌。當我打開通道大門時,水分子們就會開心的跑進細胞,在花瓣待上一整個白天。不過,我的大門需要一把稱為「磷酸根」的鑰匙來開啟。當細胞質裡的鈣離子變多的時候,能幫助我獲得磷酸根,當我插上鑰匙,完成「磷酸化」的動作後,就能順利開門迎接水分子啦!當夜晚溫度下降,磷酸根鑰匙也被拔掉,我就會關起通道休息去。

  看到這裡大家是否發現,「溫度」似乎是影響鬱金香花瓣開閉的關鍵,讓我們用科學的角度來深入了解吧!
  由溫度調控的花瓣開閉
  白天溫度升高,花瓣的外側氣孔逐漸關閉,內側氣孔逐漸打開,並藉由水通道蛋白維持水分的持續運輸。花瓣完全張開時,內側氣孔打開的比例遠高於外側,反之(花瓣完全關閉)亦然。花瓣內側因氣孔張開、水分增加使細胞體積與膨壓提升,讓花瓣往外撐開。因細胞壁具有可塑性,膨壓造成的細胞體積變動是可逆的。
  日本島根大學的學者阿布‧卡拉姆‧阿扎德(Abul Kalam Azad)、澤嘉弘、石川孝博及柴田均分別於2004與2007年以帶有2公分花莖的鬱金香進行一系列試驗。由5oC移至20oC時,花瓣逐漸張開,水分從花瓣蒸散的速率也隨之升高。且20oC下的花瓣含水量約為5oC下的3倍。高溫下,水分持續運輸至花瓣及高蒸散速率使鬱金香能一直維持張開的狀態。
  溫度上升也造成細胞質中鈣離子濃度暫時提升,對鬱金香花瓣張開有兩個主要的作用:(1) 使花瓣外側氣孔關閉,維持花瓣內水分的累積。(2) 活化促進水通道蛋白磷酸化的蛋白酶(PM-associated Ca2+-dependent protein kinase)。水通道蛋白磷酸化後通道會打開,促進水分往花瓣運輸。當使用藥劑抑制鈣離子進入細胞質,並將鬱金香從5oC(完全閉合)移至20oC時,外側氣孔的關閉受抑制,花瓣張開程度與含水量也大幅減少。
  傍晚溫度開始降低,花瓣的內側氣孔逐漸關閉,外側氣孔逐漸打開。與白天相反,花瓣外側具相對大的細胞體積,使花瓣往內閉合。低溫下,水通道蛋白去磷酸化後關閉通道以減少水分運輸。鬱金香由20oC移至5oC後,花瓣內的水分會大幅散失,且不會像白天時藉由持續運輸來累積水分。在移至5oC的初期,花瓣仍維持較高的蒸散速率,隨後才持續下降。因此,低溫下花瓣的閉合是藉由蒸散所造成的水分散失來進行。
  然而,抑制鈣離子進入細胞質對花瓣閉合沒有影響,顯示內側氣孔的關閉並不會受鈣離子濃度降低所抑制,其調控機制可能與外側氣孔不同。鬱金香花瓣的氣孔開閉主要仰賴溫度的變化,但不同的訊號途徑間也會相互作用,共同完成花瓣的開閉。
  若在溫差不及試驗中15oC的自然環境呢?受溫度調控開花的植物中,有些需5-10oC的溫差(如秋水仙),而鬱金香及番紅花則僅需些微的溫度變化。日復一日,花瓣在張開與閉合中漸次成長,至完全開放後,便不再隨著溫度開閉而逐漸凋零。瞭解鬱金香的祕密後,下次賞花或栽植時,不妨觀察一下花瓣的開閉吧!

參考文獻
黃敏展. 2002. 亞熱帶花卉學總論. 國立中興大學園藝系: 台中.
Azad, A. K., Y. Sawa, T. Ishikawa, and H. Shibata. 2004. Phosphorylation of plasma membrane aquaporin regulates temperature-dependent opening of tulip petals. Plant Cell Physiol. 45: 608–617.
Azad, A. K., Y. Sawa, T. Ishikawa, and H. Shibata. 2007. Temperature-dependent stomatal movement in tulip petals controls water transpiration during flower opening and closing. Ann. Appl. Biol. 150: 81-87.
Doorn, W. G. and U. Meeteren. 2003. Flower opening and closure: a review. J. Exp. Biol. 54: 1801-1812.
老師文章總評: 雖然學術味道依然很重,但修改得比較通順了,期待下一篇作品。  
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