磷酸鈣—植物防禦的外衣

　　生物礦化作用(biomineralization)指的是生物透過控制體內有機與無機分子移動而形成結晶的行為，一般廣泛用於硬骨骼、外殼、牙齒等組織之構成；例如磷酸鈣(Calcium phosphate)為構成人體牙齒和骨骼的典型成分，而矽(Silica)則可保護植物表面。過往認為，植物中存在的生物礦物質以二氧化矽、碳酸鈣與草酸鈣為主，從未有人將磷酸鈣列入其中，但德國波昂大學(University of Bonn)的植物學家證明，磷酸鈣在部分高等植物中存在。

　　植物的礦化作用以蕁麻為例，蕁麻科植物表面覆蓋許多細小刺毛，為具有倒鉤的毛狀體(trichomes)，尖端具有礦化之碳酸鈣與二氧化矽，能夠保護植物免於食草動物的損害。而刺蓮花科 (rock nettle family；學名Loasaceae)植物也具有類似的毛狀構造，基部為多細胞構成，頂部則為尖刺狀單細胞，尖端為球體，此球體易受外力作用而脫落，使得尖刺可注入刺激性物質於動物體內。

　　研究人員以掃描式電子顯微鏡附加能量色散X射線光譜儀(Scanning Electron Microscope/ energy dispersive X-ray microanalysis, SEM/EDS)和拉曼光譜儀(Raman spectrometer)觀察毛狀體外觀，發現尖端含有高濃度的鈣與磷，而非尖端部位只有少量的磷，顯示刺蓮花科毛狀體尖端的礦化作用以細胞壁外形成奈米結晶羥基磷灰石(nanocrystalline hydroxylated apatite) 為主，且磷酸鈣硬度會比二氧化矽及碳酸鈣更強，表示植物會調整不同物質的運送，造成礦化成分與強度具位置的差異性，而不同物種間的礦化成分差異性也可能是來自於遺傳控制。【延伸閱讀】植物中的長壽基因

　　雖然目前尚未了解刺蓮花科中部分物種會表現出磷酸鈣相關的特殊礦化成分，但這些結構的觀察結果除了發現自然界礦化的新系統，也許將來可用於纖維素—磷酸鈣相關的仿生複合材料的礦化製作，使得複合材料的生物相容性更高，或用於開發抗蟲作物與保護植物的防護劑。相關研究發表於Nature旗下的Scientific Reports。

資料來源

• Phys.org
• A first report of hydroxylated apatite as structural biomineral in Loasaceae – plants’ teeth against herbivores

文章摘譯

• 農業科技決策資訊平台管理團隊