專題討論
植物相剋物質 Momilactone B 的生成與效用
Studing of the synthesizing process and efficacy of Momilactone B
主講學生：巴若梅
指導老師：黃文達 助理教授
時 間：年月日 上午 地 點：農藝館 112R
摘要
目前在水稻和大灰蘚（Hypnum plumaeforme）植體均發現含有植物相剋物質Momilactone B，而其生成與外界生物性及非生物性的二大逆境因子有非常大的關聯。
在水稻不同品種間、水田雜草水稗存在否以及栽培密度均會影響其生成量。在非生物性的
因子方面，經紫外線照射之水稻植株的 momilactone B 濃度增加約 3~30 倍；經重金屬
Fe2+、Cu2+處理的水稻，其萃取液中 momilactone B 濃度也會提高約 2~6 倍。
Momilactone B 會抑制水芹、萵苣、苜蓿、黑麥草、梯牧草、馬唐、稗草的生育，可增加水稻和大灰蘚競爭優勢。
另外也發現稻穀中的 Momilactone B 在微量的濃度下可誘導細胞死亡標定物(caspase-activated DNase, CAD)的活化，進而將 DNA 片段化，增加人類淋巴腺細胞(T細胞)凋亡的現象。
也已發現米麩油可增加老鼠肝臟抗氧化物質，降低組織過氧化指標TBARS 濃度，具有延緩大腸癌復發的潛力。由此可瞭解 Momilactone B 除了具有植物相剋潛勢外，對於癌細胞和 T 細胞白血病的治療上也有顯著的功效，值得進一步研究探討。
關鍵字: 相剋作用、Momilactone B
一、前言
有些植物組織的分泌物或是植物殘體的分解物，具有抑制鄰近植物或釋放相剋物質到土裡
的能力 ( Rice, 1984; Dayan et al., 2000; Einhellig,2004 ) 。
植物生長過程中會受到各種因子的影響，當感受到逆境時，會釋出相剋物質來增加自身的競爭能力，並抑制鄰近植株之生長。
植物相剋作用與外界生物性及非生物性的二大逆境因子有非常大的關聯。
受非生物性逆境因子如重金屬、低日照、高溫和養分缺乏等，會誘導植物增加相剋物質的合成，進而提高植物相剋能力 (Einhellig, 1999; Wu et al., 1999; Belz,2007;Kato-Noguchi, 2009) 。
許多植物在遭受生物逆境因子如病原菌和昆蟲侵害時，會啟動防禦機制以抵抗攻擊 (Pe˜na-Cortés etal., 2005; Okada et al., 2007) 。
水稻已經證實受到茉莉酸和水楊酸的誘導會產生相剋作用，其中茉莉酸和水楊酸為重要的訊息物質，可調控防禦基因的表現以對抗病害的感染(Bi et al.,2007;Kato-Noguchi,2009) 。
許多植物在遭受生物逆境因子如病原菌和昆蟲侵害時，會啟動防禦機制以抵抗攻擊 (Pe˜na-Cortés et al., 2005; Okada et al., 2007) 。某些植物根部所分泌的化合物，在寄生植物以及它們的寄主之間產生交互作用時扮演重要角色(Palmer et al., 2004) 。相對於植物間的交互作用，藉由化學物質來調控寄生植物萌發和發育的機制，是更為人所了解 (Callaway, 2002; Palmer et al., 2004; Bais et al., 2006) 。
近年來在一些水稻品種的根部中發現會分泌幾種不同的有毒物質，Momilactone B 是其中一種
重要的物質(Kato, 2011)。
Momilactone B 的發現
Hisashi 等人在 1973 年由越光米的稻殼中分離出了 Momilctone B ( Kato et al., 1973 )，其中水稻的根、莖、葉和稻穀中都可以發現有 momilactone B 的存在( Kato et al. 1973；Cartwright et al. 1981; Chung et al. 2006 ) ，並且在水稻的葉子和莖稈發現的 Momilctone B 具有植物相剋物質的功能。
Momilactone B 從水稻生長至開花整個生育期間皆會持續的從莖部和根部釋出，其濃度從營養生長時開始增加，直到開花後則開始下降(圖 1)。
至今 Momilactone B 被發現只存在於水稻和大灰蘚（Hypnum plumaeforme）。
在水稻的整個營養生長至開花期的莖部和根部都可發現 Momilactone B ，以 Marateli、Kizilirmak、Karadeniz、Kiziltan 等四個水稻品種被檢測出含有 momilatone B，其中以 karadeniz 和Kiziltan 組織裡發現高含量的 momilatone B(圖 1)。
圖 1.在不同品種水稻的稻殼中 momilactone B 的含量。The bars represent the
standard errors of the means (P < 0.05)。(Husrev et al.,2012)
大灰蘚是生長在東亞地區陽光充足且較潮濕丘陵低地的一種苔蘚。常常在土壤和岩
石上形成群落(Ando & Matsuo, 1984; Tsubota et al., 2006)。大灰蘚可藉由根部的分泌
Momilacotne B 增加競爭優勢，幫助大灰蘚預防病原體的感染並與鄰近植物競爭進而形成
純菌落。(圖 2)
圖 2. 大灰蘚（Hypnum plumaeforme）群落下的土壤對不同植物的根、莖部生長的影響。(圖
由左至右分別為: 水芹、萵苣、苜蓿、黑麥草、梯牧草、馬唐、稗草)。(Hisashi et al., 2009)
二、誘導 Momilactone B 生成之影響因素
生物因子
Hisashi 等人將水稻幼苗單獨培養或與稗草幼苗混植培養 10 天後，由稗草生物檢定來
測定水稻萃取液相剋作用活性。
發現水稻單一培養的萃取液造成稗草根 15%以及莖 12%生長的抑制，而混植培養處理的水稻的萃取液則抑制稗草根 79%及莖 75%的生長抑制。
因此，水稻與稗草混植培養可增加了水稻的相剋作用活性，對稗草幼苗生長造成了 5.3 -
6.3 倍的抑制效果。單獨培養水稻幼苗中的 momilactone B 含量為 2.7 nmol/株幼苗；而
混植培養之水稻幼苗的 moilactone B 含量則高達 18.6 nmol/株幼苗。 因此，混植培養處
理的 momilactone B 含量是單獨培養處理的 6.9 倍。(圖 3、4)
圖 3.稗草對水稻相剋作用 (A) 及水稻 momilactone B 含量 (B) 的影響。各取 50 株水稻與稗草幼苗混植培養，或是水稻幼苗單獨培養 10 天後，以水稻萃取液進行稗草幼苗生物檢定試驗，以測定水稻的相剋作用活性。生物檢定的濃度為 1ml 水稻萃取液等於一株水稻含量。
相剋作用活性 (%) 的計算式為：[(對照組植株長度 － 經水稻萃取液處裡植株長度) / 對照組植株長度] × 100。對照組植株不添加水稻萃取液進行生物檢定。生物檢定試驗採取隨機設計， 6 重複，每重複取 10 株水稻幼苗進行檢定。同時分析水稻幼苗momilactone B 含量， 3 重複，每重複由 3 樣品分析獲得。依據 Tukey’s HSD 檢定，不同的英文字母顯示達顯著差異 (P < 0.01) 。(Hisashi, 2011)
圖 4. 稗草根泌出液對水稻相剋作用活性的影響。將 50 株水稻與稗草根的泌出液一起培
養 10 天，在取水稻萃取液進行稗草生物檢定。其他細節如圖 4。(Hisashi, 2011)
圖 5.稗草根泌出液對水稻相剋作用活性以及 momilactone B 含量之影響。將 50 株水稻
與含有稗草根釋出物的營養液培養 10 天，測定水稻幼苗中 momilactone B 的含量。
(Hisashi, 2011)
當水稻和稗草幼苗種植在一起時，水稻幼苗的相剋作用活性會增加。當稗草幼苗根泌出液的濃度大於 30mg/L 時，會增加水稻幼苗的相剋作用活性和 momilactone B 含量，且隨著根泌出液濃度的增加，相剋作用活性和 momilactone B 含量也隨之提高。目前的研究顯示，水稻可能是感應到鄰近稗草根部泌出的物質，而增加內生 momilactone B的含量，隨之提高了相剋作用的活性(Hisashi, 2011)。因此，水稻的相剋作用是藉由水稻和稗草間基於化學性交互作用所產生，此為一種可誘導的防禦機制，而此誘導的相剋作用可抑制稗草生長。(圖 5)
非生物因子 重金屬
檢視在重金屬處理過後之水稻幼苗萃取液和水稻根部分泌物對於稗草生長的影響。
經過重金屬處理過之水稻會製造 momilactone B，並由根部分泌 momilactone B。
圖 6. 水稻分別處理 CuCl2 和 FeCl2 後，植株萃取物(A)和根部泌出物(B)對稗草的抑制效
果的影響。水稻和 1 mM CuCl2 or FeCl2 溶液培養 48 小時。(Hisashi , 2009)
FeCl2 處理過的水稻其萃取液導致稗草根長度為對照組(沒有重金屬)的 71%；稗草的
莖長度則為對照組的 76%， CuCl2 處理過的水稻其萃取液導致稗草根長度為對照組(沒有
重金屬)的 42%；稗草的莖長度則為對照組的 41%(圖 6A)。
經過 FeCl2 處理過的水稻其根部分泌物導致稗草根長度為對照組(沒有重金屬)的 79%；稗草的莖長度則為對照組的81%(圖 6B)。 經 CuCl2處理過的水稻其根部分泌物導致稗草根長度為對照組(沒有重金屬)的 42%；稗草的莖長度則為對照組的 45%(圖 6B)。由此可見，經 FeCl2 以及 CuCl2 處理後，會增強水稻的萃取物以及其根部分泌物對稗草的相剋作用，且 CuCl2 效果較 FeCl2為佳。
圖7. CuCl2 和 FeCl2處理水稻萃取液及根部泌出液中 momilactone B濃度的影響。(Hisashi,
2009)
經過 FeCl2 處理過的水稻，其萃取物中 momilactone B 濃度為對照組的 1.9 倍；其根部分泌物中的 momilactone B 濃度為對照組的 3.4 倍。經過 CuCl2 處理過的水稻，其萃取物中momilactone B 濃度為對照組的 3.7 倍；其根部分泌物中的 momilactone B 濃度為對照組的 6.1 倍(圖 7) (Hisashi, 2009)。
紫外線
紫外線的照射的增加會使水稻幼苗的根部和莖部 momilactone B 之濃度上升。經前人
研究發現經 90 分鐘紫外線照射過後之水稻幼苗根和莖部的 momilactone B 濃度為未經處
理之幼苗的 31.8 和 3.6 倍。在研究中，經過紫外線照射處理後之莖部 momilactone B 的濃
度下降。
但培養基裡 momilactone B 的濃度為上升的。經過紫外線照射後五天，發現momilactone B 在培養基裡的濃度，為在第 0 天的 2.5 倍。濃度在幼苗裡占了 47%。表示，實驗中存在於水稻的 momilactone B 可能經由其他部位分泌到培養基中。由研究結果可得知紫外線的照射不僅增加了 momilactone B 的濃度，也會促使 momilactone B 分泌至水稻根部(圖 8-9) (Hisashi et al., 2007)。
圖 8.紫外線的照射對水稻幼苗之根和芽濃度的影響。(Hisashi et al., 2007)
圖 9.紫外線照射分別對根、莖和培養基 momilactone B 濃度的影響。(Hisashi et al., 2007)
三、Momilactone B 在醫學上之用途
由本文前部分所提可得知， Momilactone B 可抑制水芹、萵苣、苜蓿、黑麥草、梯牧草、馬唐、稗草等植物之生長。故對於 Momilactone B 的研究大多是在探討其作為相剋物質上的表現。較少討論 Momilactone B 對動物細胞機轉之影響。而近年來，在醫學的研究上發現，Momilactone B 能抑制人體癌細胞擴張和造成白血病 T 細胞的凋亡。
何等人利用探討利用化學誘發大腸癌發生，探討米麩油對大腸癌之影響。以 Fisher 344 鼠在整個實驗期皆攝取調整 AIN-93G 高脂飲食。除了對照組外，皆以致癌物1,2-imethylhydrazine/ dextran sulfate sodium （DMH/DSS）誘導。
以 DMH/DSS 誘發並
取其大腸分析異常腺窩病灶（Aberrant crypt foci, ACF）、黏液素分泌型態及黏液素缺乏病
灶（Mucin-depleted foci, MDF）。取所有組別老鼠之肝臟及大腸組織分析酵素和反應物質
之濃度。結果顯示，不同劑量米麩油皆可顯著減少總 ACF 數、總異常腺窩（Aberrant crypt,
AC）數，以及小型及大型 ACF 數。此外，不同劑量的米麩油也顯著減少同時分泌
Sulfomucin 和 Sialomucin 的 ACF（MIX-ACF）數、主要分泌 Sialomucin 的 ACF（SIM-ACF）
數，以及 MDF 與腫瘤數目。
在肝臟抗氧化及脂質過氧化分析結果方面，不同劑量米麩油組其肝臟 TBARS 濃度皆顯著較低。實驗結果顯示米麩油可增加肝臟抗氧化物質，降低TBARS 濃度，進而抑制大腸中 ACF 形成，改變黏液素分泌形態，以及抑制 MDF 與腫瘤形成，推測米麩油具有延緩大腸癌進展的潛力（何等人, 2009）。
Lee 等人首次發現 momilactone B 在微量的濃度下可誘導人體白血病 T 細胞株細胞凋亡。在此項實驗中 momilactone B 誘導細胞核上的 CAD 易位。並發現 Hsp70 和 CAD 之間的交互作用在經過 MOMILACTONE B 處理後會增加。可得知，momilactone B 可成為人類白血病 T 細胞一種新的治方法（Lee et al., 2012）。
四、結論
當植物遇到逆境時通常會產生拮抗作用來保護自己。而在於水稻和大灰蘚生長過程中受到逆境因子時，就會增加分泌 momilactone B 來提高自身的生長優勢，競爭並侵略鄰近植物，或防止細菌和真菌感染。且近年來生物技術對 momilactone B 的研究，發現其有抑制癌細胞的功能。因此可利用兩種植物之特性，調整生育環境與肥培管理措施，則可生產高 momilactone B 含量的植體，進而開發為生物除草劑、除菌劑或利用於大腸癌化療和 T 細胞白血病的治療，此一課題值得進一步研究探討。
參考文獻
Hisashi, K.N. 2005. Possible involvement of momilactone B in rice. Allelopathy 162( 6)：
718–721.
Hisashi K.N. 2009. Secretion of momilactone A and B by the moss Hypnum plumaeforme.
Plant Signaling & Behavior 4:8, 737-739.
Hisashi K. N. 2009. Stress-induced allelopathic activity and momilactone B in rice. Plant
Growth Regul. 59:153–158.
Hisashi, K.N. 2011. Barnyard grass-induced rice allelopathy and momilactone B. Journal of
Plant Physiology 168：1016–1020.
Hisashi, K.N., I.Takeshino. 2005. Possible involvement of momilactone B in rice allelopathy.
Journal of Plant Physiology 162：718—721.
Hisashi, K.N., K. Hiroya, I. Takeshi. 2007. UV-induced momilactone B accumulation in
ricerhizosphere. Journal of Plant Physiology 164：1548—1551.
Husrev, M., M. NGOUAJIO, M. SAHIN, D. ISIK, and E. K. Altop. 2012. Quantification of
momilactone B in rice hulls and the phytotoxic potential of rice extracts on the seed
germination of Alisma plantago-aquaticawbm. Weed Biology and Management 12：29–39 .
沒有留言:
張貼留言