植物的「抗旱飲料」

兩年前曾經跟大家介紹過，給植物喝酒精水溶液，植物抗旱的能力就增加了。同一個研究團隊最近再度出擊，有了更有意思的發現。

之前他們只有用酒精測試，這次，研究團隊測試了好幾種不同的醇類。他們發現，1-丁醇（1-butanol）是最好的抗旱飲料。

2022年時，他們測試了阿拉伯芥、小麥、水稻等植物；這次，他們只測試了阿拉伯芥。他們把20天大的阿拉伯芥，用甲醇、異丙醇、2-丁醇、1-丁醇等水溶液，連澆3-4天，然後2週不給水，接著重新給水，在重新開始給水後第五天，紀錄植物的存活率。

結果發現，以甲醇（methanol）處理的植物，存活率約四成；以異丙醇（Isopropanol）或2-丁醇（2-butanol）處理的植物，跟只澆水（water）一樣全軍覆沒；但是，用1-丁醇處理的植物，全部都活得好好的。

進一步仔細研究發現，1-丁醇的濃度在20-50 mM之間是最好的，所有的植物（每組12株）都活了下來；當1-丁醇降到10 mM，只有三分之一的植物還活著。

到底這樣處理所引發的抗旱性，與植物的什麼生理途徑相關呢？首先當然是懷疑與離層酸（ABA）相關，畢竟離層酸是植物遇到乾旱時主要應對的賀爾蒙。於是，研究團隊測試了兩個突變株，一個無法感應ABA，另一個則是無法合成ABA。

結果發現，用20 mM 1-丁醇處理，無法感應ABA的植物只有12.5%還活著；無法合成ABA的植物也只有25%還活著。所以，ABA的確與1-丁醇引發的抗旱機制有關。

到底1-丁醇對植物產生了什麼影響呢？研究團隊觀察了氣孔開度、相對含水量以及電解質滲漏這三個現象，結果發現，以1-丁醇處理的植物，其氣孔開度顯著地變小；而在乾旱處理第11天測量植物的相對含水量時發現，1-丁醇處理的植物，在這個時間點的相對含水量還有60%，但不處理的植物，其相對含水量降低到25%。電解質滲漏實驗也顯示，以1-丁醇處理的植物，在乾旱第11天時，電解質滲漏的情形比不處理的組別要低得多，顯示1-丁醇可以減輕乾旱導致的細胞膜損傷。

分析不同處理的植物的基因表現發現，不同處理之間，其基因表現的差異在乾旱處理第10天時達到最大程度，而且地上部分（莖、葉）與地下部分（根）不太一樣。地上部分主要是與細胞壁相關功能、糖苷代謝、氧化與缺氧反應以及與光合作用相關的基因表現量增加了；而根部卻主要是與糖苷代謝以及組織發育相關的基因表現量增加了。

1-丁醇所引發的抗旱能力上升，與之前的酒精引發的抗旱，是否有互通呢？有的。研究團隊發現，1-丁醇處理的植物與乙醇處理的植物，他們的基因表現的變化有非常多的重疊。這意味著，他們走的是相當類似的途徑。

抗旱的植物通常也能耐鹽，於是研究團隊測試了1-丁醇處理是否能讓植物變得更耐鹽。結果發現，超過80%的1-丁醇處理的植物，在100 mM 食鹽下活了下來；而沒有處理的植物，只有少於10%還活著。

研究團隊觀察這些植物，是否如一般遇到高鹽狀況，會產生大量的自由基（ROS）？結果發現，1-丁醇處理的植物只產生了少量的自由基，而不處理的植物則產生了非常多的自由基。

總而言之，研究團隊發現以1-丁醇處理植物，可以讓植物變得更耐旱也耐鹽。而1-丁醇對植物耐旱性的影響，是透過與ABA相關的途徑達成的。從基因表現來看，這兩種醇類可能都是透過類似的途徑來讓植物提升耐旱性的。

至於到底是1-丁醇比較好，還是乙醇比較好呢？如果以阿拉伯芥來看，似乎是乙醇比較好，因為只要10 mM就可以達到效果，而且乙醇相對比較便宜也比較容易買到。不過，用乙醇也有需要考慮的點，就是會不會有人偷喝呢？如果用1-丁醇，因為它不能喝，就沒這個問題了。

參考文獻：

Do, T. N. Q., Todaka, D., Tanaka, M., Takahashi, S., Ishida, J., Sako, K., Nagano, A. J., Takebayashi, Y., Kanno, Y., Okamoto, M., Pham, X. H., & Seki, M. (2024). 1-Butanol treatment enhances drought stress tolerance in Arabidopsis thaliana. Plant Molecular Biology, 114(86). https://doi.org/10.1007/s11103-024-01479-0