楊祥發院士學習及研究的故事-轉貼-日日靜好│愛情公寓交友網站與聊天室

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篇名: 楊祥發院士學習及研究的故事-轉貼
作者: 日日靜好	日期: 2011.07.09　　天氣: 　心情:

二分藉智慧，二分天註定，六分靠打拼：研究乙稀合成途徑中的點滴

(Ⅰ)（楊祥發院士學習及研究的故事）

楊祥發副院長口述甘魯生整理（演講地點：植物所106 室）

我是台灣人北美教授協會的會員，每次協會集會時必定要唱「要拼才會贏」這首歌來互相鼓勵
一番。本來就是想用這首歌歌詞的一段來做這次談話的題目，但不知是不是已有專利了，所以
我選用現在的題目，「二分藉智慧，二分天註定，六分靠打拼：研究乙稀合成途徑中的點滴」，
顯然有「要拼才會贏」的意味在內。

我要講的是由台大求學開始，到Davis 加大任教、退休，而後去香港任教，再回中央研究院的
點點滴滴，一共有十多個小故事。

一、求學時代

我讀的是台大農化系，李遠川院士是高我兩屆的學兄，我於一九五六年畢業，相信在那一年大
半聽眾尚未出生。畢業之後報考研究所，那時不像現在，錄取率是百分之百，只要有興趣沒有
考不進研究所的。當年的指導老師是何芳陔教授。何先生指導學生的方式是「放牛吃草」，訂
一個研究題目之後就任由學生去做，當年覺得很辛苦，現在想來郤是最好的訓練方法。何教授
給我的題目是香蕉後熟（post ripen）的生化研究。那時做實驗也和現在不一樣，經費非常拮
据，研究的題目要遷就現有的儀器。我在系內生化研究所瀏覽了一番，發現一個儀器叫Warburg
Constant Volume Respirator。這儀器是一個壓力計，在定溫下可以精確的測出氣體的生成或
消耗，可以量到千萬分之一升的變化。我那時把這儀器運用得非常純熟，所以我就利用它測定
香蕉的呼吸率。在這研究中我們發現香蕉在後熟中把澱粉轉變成葡萄糖及果糖之前，先經過
phosphorylase 的作用分解為蔗糖，這是當時的新發現。實驗過程中所需的酵素基質
Glucose-1-phosphate 現在可以用買的，那時要自己製造分離。這裡我要特別提一下蘇仲卿先
生，他那時剛升為講師。他給了我許多指導，非常謝謝他。實驗的結果後來發表在中國化學會
會誌上。[ 註：J. Chin. Chem. Soc., Vol. 5, 71-85（1958）]是我的第一篇著作。

畢業之後和大多數人一樣到了美國。在猶他州以三年功夫拿到了博士學位，之後在三個大學一
共做了三年博士後研究，最先就是在Davis 加州大學，第二個在紐約大學醫學院，但無法忍受
殺老鼠，又回去研究植物，到San Diego 加州大學做第三個博士後研究。

二、進入Davis 加州大學

一九六六年Davis 加州大學要找一個做採後生化的新進助理教授，那時我在San Diego，系內正
好有一位從UCLA 來的（休假）訪問教授J. Biale，他對我很賞識，加之我在Davis 博士後研究
時也十分打拼，我的教授Paul Stumpf 對我的印象也很好，就由於他二人的推薦，我就進了Davis
加州大學當助理教授。現在回想起來也是夠幸運而天註定的。那時好像還沒有所謂的「機會均
等」法案，所以學校當局連報紙廣告也沒登一個就錄用我了，如果照現在的程序來進行，我
恐怕是毫無希望。

我到了Davis 就進入Mann Laboratory，一直到退休，度過了二十八個年頭。這期間Mann
Laboratory 成為全世界研究乙烯最活躍的研究室。我的二個男孩就是在Davis 出生和長大。
到了Davis 做什麼研究呢？我就選擇了乙稀的研究，乙稀是植物的生長激素，它催化了果實的
成熟、花朵的凋謝、葉子的老化等等。當時我們對這氣體激素的生合成（biosynthesis）及作
用了解很少，於是我選擇研究它的生合成，如今在這個題目上已經營三十多年了。

三、當選美國國家科學院院士

一九九○年四月二十日清晨六點多鐘，我家的電話鈴突然響了起來，吵醒了我們，我太太抱怨
說是誰這麼沒禮貌，一大早來吵人家。我拿起話筒，那頭傳來Stumpf 的聲音，他說：「你被選
為國家科學院院士了。」我實在不敢相信這是真的，事前一點消息也沒有。我回他說：「今天
不是四月一日愚人節呀。」之後，陸續打進來的電話－包括加州大學校長－都是來恭喜的，才
使我相信這是事實，我是美國國家科學院院士了。

說是院士，其實是會員（member）。讓我談一談美國國家科學院，雖曰國家，其實是一民間結
社機構，和政府的關係來自一八六三年立的法案，內容明訂美國國家科學院為聯邦政府在科學
上的諮詢機構，此法案由當時林肯總統簽署生效至今，奠定了美國國家科學院祟高的地位。
這之後我收到了科學院秘書Peter Raven 院士寄來的通知，大意是說你願不願接受邀請成為會
員，會員的義務是每年要繳會費（五十元美金），但可享有免費收看會誌（註：Proceedings of
NationalAcademy of Sciences（USA）簡稱PNAS），及投稿在PNAS 和選舉新院士等權力。既然
是邀請，自然也有不參加的權力，可能也有人拒絕加入吧！我欣然接受了邀請，在翌年（一九
九一）四月參加了第一次年會，在年會中新加入的會員由主席一一唱名之後，在紀錄簿上簽下
大名，完成了入會手續。那紀錄簿非常珍貴，第一頁即登載有林肯總統的簽名。會議最後一天
的第一件大事就是選新會員，會議在早上九時準時開始。主席將今年被推舉的名單用幻燈片打
在銀幕上，詢問會員對名單上任何一位有無質疑；如有，則開始辯論，然後表決，保留，或是
除名。名單確定之後主席依慣例宣佈休息一小時，會員則利用這個空檔告知當選的友人。我被
選出那年可能沒有人對名單有異議，所以名單在半小時之內就搞定了，這就是為什麼我家電話
在六點半就響了起來的原因，加州的六點半正好是華盛頓特區的九點半。（註：科學院總部設
在華盛頓特區）
也許大家想知道科學院新會員是怎麼產生的。是由會員推薦，會員圈選而產生。每年最高可選
六十名新會員。為了保證每一學門都有適當比例的院士選出，每一學門都有限額，即數理十七
名，生物十五名，工程八名，人文經濟八名，醫學八名及農學四名。會員最多可圈選六十名，
但不能圈選少於三十人。每學門候選人依得票多寡排列，在限額內者為正選。我是從生物組選
出來的。

我帶了一家四口與會，我們的飛機票、旅館費、生活費、還有註冊費，都要自己負擔。幸虧註
冊費每人才五十元，包三頓飯，還不壞啦！這些作風是和我國不一樣的。另外不一樣的是誰被
提名為候選人是不公開的，除了當選，當事人事前是毫不知情的。開完會全家在特區愉快觀光，
並在科學院後院裡的愛因斯坦雕像下合影留念。這件事還有一個小插曲，不少台灣記者也打電
話來，並抱怨為什麼在台灣完全沒有楊祥發的資料，最後是由蘇仲卿教授發佈了一些了事。

當了美國國家科學院院士有什麼好處呢？在金錢上是沒有，上面提過開年會要自掏腰包。但對
個人研究是一項肯定，是至高的榮譽；對學校而言，是提高學校的名氣，因為在評鑑學校時往
往是先數得諾貝爾獎的人數，再來就是數院士的人數。

四、得到 Wolf 基金會獎及成為中央研究院院士

一九九一年是我的好運年。二月十一日的早上我收到了一張由以色列來的傳真。說我得到了Wolf
基金會農學獎，獎金是美金十萬元。由於我對Wolf 基金會是一無所知，因此我以為這是什麼人
在惡作劇，就把傳真丟在桌上，不去理它；但兩小時後有好多家報社記者打電話來問我得獎的
感想，我才相信這不是開玩笑。之後，我才打電話向我太太及校長報告了這項好消息。

Wolf 基金會和諾貝爾基金會相似，是一個有錢人捐出來的。Wolf 博士是德國猶太人，也是位
化學家，做生意累積了許多財富，後移民古巴，竟當了古巴駐以色列大使！在一九七五年創立
了Wolf 基金會。自一九七八年起每年頒獎給全世界在農業、化學、物理、醫學及藝術方面有傑
出成就的人士；但不考慮已得過諾貝爾獎的人，除非得獎原因是出自完全不同的研究領域。Wolf
獎每年由以色列總統頒獎，地點在以色列國會，相關官員都到場觀禮，場面十分隆重。唯一遺
憾的是由於基金投資結果不算良好，因而獎金一直是十萬元。

同年得獎人在化學方面有兩位：Alex Pines 和Richard R. Ernst；物理也有兩位：M. Goldharber
及V. Telegdi；醫學一位：Seymour Benzer；藝術兩位：L. Berio 及Y. Menuhin。Menuhin 是
鼎鼎有名的小提琴演奏家，觀禮者爭相要求簽名及合照留念。所以我太太也和他合照留念。每
位得獎人由總統先生手中接過獎狀（certificate）一紙，支票一張，然後發表二分鐘演講。我
是第一位，依規定講了兩分鐘，但Menuhin 先生最後一個講，他講了十多分鐘，內容是六百萬
猶太人在第二次世界大戰時被希特勒無情處死，世人寄以無限同情，但現在的以色列對付阿拉
伯人（巴勒斯坦人）就和當年希特勒對待猶太人如出一轍！尤其當主人面敢說如此正義之話，
勇氣可嘉，令人佩服之至。我是第三個華裔學者獲得Wolf 獎。第一位是吳健雄院士，於一九七
八年獲物理獎。第二位是陳省身院士，於一九八三年獲數學獎。這裡最幸運的是Ernst，他先得
了Wolf 獎，翌年得諾貝爾化學獎。

我成了美國國家科學院院士及得了Wolf 獎之後，中央研究院也於一九九二年選我為院士，之後
我被邀當了生化所的通訊研究員及學術諮詢委員和植物所的學術諮詢委員。

五、回台服務

一九九二年加州政府財政開始困難，在美國地方政府的經費中教育方面經費所佔比例很大，所
以州立大學的經費也開始困難起來；法律規定州政府不能舉債（註：聯邦政府可以），既然開
源無著，祇有節流了，其中一個辦法就是鼓動接近退休人員提早退休。我在九一年就收到這樣
的通知，我沒理會；九二年又收到，也沒理會；但第三張通知也來了，中國人說事不過三，這
次就認真考慮了，和太太商量後，我在一九九四年七月從服務了二十八年的Davis 加州大
學退休。提早的條件是多給予八年年資，是很優厚了。

退下來之後想回台做一名陽春教授，沒別的想法。一九九二年十二月趁中央研究院植物研究所
慶祝三十五週年之便我回到了台北。李院長（註：尚未就職）知道我要回來，叫我到台大去看
看。我看了。好幾個系，包括母系，每系都對我說非常歡迎回來；但沒有人，包括台大校長，
能給我一個offer。在這一點台灣卻遠比不上香港。在慶祝會上我遇見了在香港科技大學當副校
長的孔憲鐸，他馬上邀請我去訪問科大，之後孔副校長及理學院張立綱院長都到過我家，兩個
月後聘書就送來了。如是我就進了香港科技大學生物系當教授。香港可能是全世界薪水最高的
大學。科大有全新的校舍，寬敞舒適的宿舍，幽雅的環境和充足的經費；缺點是有將無兵，做
實驗比較辛苦。李院長接掌中央研究院之後，要我回來，我答應先一半一半，等到我在科大任
期滿後再回來專任。一九九五年春天回來植物所三個半月，在這期間被提名接任植物所所長，
一九九六年三月回來就任植物所所長。八月再回香港科大完成我在科大的任期。一九九七年一
月就專任回到中央研究院，一直到今日。這就是我回台的經過。今天就講到此地，我們下次再
談，如講不完，請主持人給我第三次機會。大家有問題的可留下，有事的請先離開，謝謝。

問：二二六是怎麼來的？
答：打拼比較重要，所以是六分，其餘「青菜」分分。

問：美金十萬元獎金怎樣花掉的？
答：美國的稅很重，包括獎金。為了少繳稅，我捐了五萬給加大，其實就是給我的實驗室。三
萬買了一部Lexus（註：日製高級房車），我為紀念這次得獎，特別向加州車管處申請了一
個『WOLF 91 』牌照。剩下二萬就繳了稅了。

問：九七之後科大情形如何?
答：你的答案和我的一樣的好，但我想是不會有什麼大改變。

研究受到肯定之道
我覺得一個人無論做什麼事，成功總要具足三個因素：智慧、機運(天註定)、及打拼。其中又
以打拼最為重要，也是唯一自己可以掌控的要素。機運是無法掌控的，而智慧不足還可以怪父
母，但是不打拼則要自己負責。事實上，科學史上許多重要的發現，是在很多努力的工作後「意
外」得到的。但沒有先前的打拼及許多錯誤的實驗，只等待是不會有好運上門。所以我把一個
人的成就歸結於二分藉智慧、二分天註定、六分靠打拼。

一九九二年的四月廿二日，我在Davis 校園榮獲加州大學頒發的「教授研究講座」(Faculty
Research Lecture)。這個講座是加州大學對校內教授所給予的最高榮譽。我的講題為「不是天
才也能在研究上受到肯定之道」(How to gain recognition in researchwithout being a
genius)。

在講題中，我提出了四個努力的方向供大家參考：

第一、認真及長時間的工作。
第二、朋友多而敵人少－培養誠實、公正、喜愛助人、及謙虛的個性。
第三、有好的研究單位、研究同儕、研究生及博士後。
第四、研究計畫有獨特且深遠、切實的應用範疇。
我一直覺得工作認真、專心打拼是很重要的。此外，朋友多而敵人少也是一個很重要的因素。
我一生也發現許多平日幫助別人的人，也會得到許多人的幫助。還有謙虛也是科學家很重要的
個性。當然好的研究單位及好的研究夥伴也很重要。若是研究的題目是深遠且有實用價值，則
可以長期受到支持及肯定。我拿博士學位的猶他州立大學是個小學校，但我並沒有因此而被排
於得獎名列之外，這對於從小學校畢業的人是很大的鼓勵。

乙烯生物合成的研究過程

我今天想講一些有關乙烯生物合成(biosynthesis)的小故事。乙烯是植物賀爾蒙之一，調控許
多植物生長、發育及老化的過程。很早以前就有人發現香蕉在成熟時，其乙烯的生成量增多達
上千倍，所以相信香蕉的成熟和乙烯的生成有絕對的關係，但是對於香蕉為何會產生乙烯及其
化學反應機構，則一直沒有答案。我在植物學上的主要貢獻是「闡明乙烯是怎樣在生物體中合
成的」。乙烯是最簡單的烯屬烴(Olefin)化合物。從事化學構造物簡單的乙烯研究有益處也有
困難：好處是因乙烯為氣體，而其先驅物不是氣體，所以容易分離，在氣相層析儀(GC)內，一
分鐘就可以得到結果；而壞處是因乙烯是很簡單的化學物，比如在《碳氫化合物百科全書》中，
就指出生成乙烯的途徑可多達五百多種，因此很難確定生成乙烯的途徑。乙烯可能從C_2H_6 脫
氫而來，也可能由CH_3CH_2OH 脫水而得．．．等等。但都一一被證實這些化學物不會在生物體
中合成乙烯，到底什麼化學物是在植物體中作為乙烯的先驅物而生成乙烯呢？

幾千年前埃及人就知道在無花果上滴橄欖油，可以促進其長大與成熟，後來知道是因為乙烯生
成的關係。在1964 年時，Lieberman 從先前的文獻資料中得知，橄欖油中的重要成分linolenic
acid 在抗壞血酸(ascorbic acid)及銅和氧的存在下，會有自由基反應產生乙烯。由於甲硫胺酸
(methionine)是自由基反應有效的清除者(scavenger)，加入methionine 應會抑制乙烯的生成。
但實驗的結果，卻意外發現乙烯生成的速率不減反增。於是他使用相同的反應環
境，發現methionine 產生乙烯的速率比次亞麻油酸(linolenicacid)還快，因而發現methionine
是乙烯的先驅物。

當我於1966 年到UC Davis 時，我看到一篇1964 年由Abeles 及Rubinstein 發表的論文中提到
豌豆的抽出物和FMN 反應會生成乙烯，但並沒有交待生成的原因，於是我就決定研究到底豌豆
成分中，那一種化學物導致乙烯的生成？

首先我將豌豆抽出物分離為上清液(supernatant)及沈澱(pellet)兩部份，發現supernatant 加
FMN 可生成乙烯，而pellet 部份無反應。其次又將supernatant 依分子的大小，分成有蛋白質
部份及無蛋白質的游離小分子部份，發現游離小分子含有反應物。然後這些小分子部份又以離
子交換樹脂將之分為中性、陰性或是陽性的部份。發現陽性部份有反應，這陽性部份就包括些
胺基酸。然後以濾紙層析儀(paper chromatography)分析，結果在Rf 0.39 到0.52 間的反應最
大。這個部位含有兩種胺基酸纈胺酸(Valine)和methionine。Valine 和FMN 無反應，但
methionine 加上FMN 就可產生多量的乙烯，我們的實驗表示methionine 是先驅物。這Lieberman
先前的實驗結論相同。

但用一般化學的方法來想，這是不可能的反應，除非有光。於是我又做了一個實驗，證明在有
光的環境下，一分子的methionine 可以轉變成一分子的乙烯，而在黑暗中是不會反應的。這是
我到Davis 教書後發表的第一篇論文。題目就是豌豆抽取物中和FMN 反應生成乙烯的物質是
methionine，而且該反應是需要有光的。後來我又以放射活性(radioactivity)的方法，找出
methionine 上每個碳原子所形成的產物。乙烯是由第三、第四個碳所生成的。我非常幸運，第
一篇論文在到Davis 三個月後就發表，而剩下的研究是找出其中間體(intermediate)，及了解
其反應機構(mechanism)。

我剛到Davis 時，該校的生化系有位有機化學反應機構的專家L.L. Ingraham 教授，我時常向
他請教有關的知識。因為以前學的有機反應機構都忘光了，只有到非常迫切需要知道時，才會
真正學好。特別是要研究代謝中間體，了解反應機構是很重要的。根據一般化學反應的知識推
測其反應機構，我們認為從methionine 到乙烯，其反應的中間體分別為
KMB(2-keto-4-methylthiobutyric acid)及methional。這時候，我以為有關乙烯的生成已經研
究完畢。因為已經找到先驅物methionine，又知道其中間體與合成的酵素，但後來證明如此有
機化學和生物合成所經過的途徑是完全不同的，因而所經過的反應機構也不同。

原本深信的反應途徑是methionine→KMB→methional→乙烯但由於把KMB 放入蘋果中，所生成
的乙烯比用methionine 少，又methional 不能轉化成乙烯，因而知道上述的生物合成途徑是不
對的這時已經是1971 年了，經過六年時間，先前所做的很多實驗都變成沒有用了，因此又得重
新再來尋找methionine 轉變成乙烯的代謝中間產物。後來我們決定改變策略，從研究什麼是乙
烯的共同產物，進而推測什麼是其代謝中間體。於1977 年，我們發現當methionine 在蘋果轉
變成乙烯時，methionine 分子中的甲硫(methylthio)基部份就轉變成甲硫基腺核甘
(methylthioadenosine)，因而我們就了解在methionine 轉變成乙烯之前，methionine 必定先
轉變成s-腺核甘甲硫胺酸(s-adenosylmethionine(SAM))。到此時，我們對於這個生物合成的了
解是methionine→SAM→"X"化學物→乙烯
牛頓說：「新的發現，要站在巨人的肩上，則可以看的遠一點。」由於植物體內X 化學物的含
量太低，我們使用一般生化方法偵測不出來，於是我們開始尋找相關文獻，希望能從其他的相
關訊息找到中間產物。在一篇1959 年Burg 和Thimann 發表的論文中，他們發現將蘋果以氮氣
來隔絕空氣的影響，所產生的乙烯量大大減少，而後一旦接觸空氣，則產生非常多的乙烯。也
就是說，這個X 中間體是和空氣中的氧氣反應成乙烯的。利用這個觀念，我們使用隔絕空氣的
方法來累積放射性X 中間體的量，並用濾紙層析儀將X 中間體在層析圖中的位置測出，這時只
要把X 中間體化學物檢定出來，就可建立生成乙烯的途徑。

我們分離出來的X 中間體化學物，雖具有放射性活性，但幾乎沒有質量，因而其化學構造的檢
定就必須依賴其放射性的特性。根據放射性的化學性質，這個X 中間體含有NH_2、COOH、
CH_2CH_2 。將X 中間體加氫之後，得到兩個產物Y(30%)和Z(70%)，後來我們檢定出Z 為2-氨
基丁酸(2-aminobutyric acid)。這時已是1978 年夏天，我和研究生Adams 發表了一篇學術論
文摘要，並提出X 中間體可能是乙烯基甘胺酸(vinylglycine)，因為vinylglycine 加氫後轉
成為2-aminobutyric acid。但在學會論文發表前，實驗發現vinylglycine 並不是X 中間體，
我和Adams 都非常失望。幸好由於祕書不小心在摘要裏漏了幾個字，vinylglycine 沒有打上去，
才免去非常尷尬的場面。Adams 後來告訴我，當他發現vinylglycine 並不是X 中間體時的那段
日子，是他在研究生生涯中最黑暗的時光。.大本文由於已知X 中間體加氫會產生
2-aminobutyric acid，於是倒回來分析。當2-aminobutyric acid 脫氫的時候有三種可能產物
A(vinylglycine)、B、C[一氮四圜-2 一羧酸(azetidine-2-carboxylic acid)]。而其中A 和C
很快就證明不是X 中間體。而B 產物是一個三角環丙烷化合物，其實我們已經想到很多次，但
由於以為在天然界中，如此三角環狀化學物是不可能存在的，於是都不以為意。有天晚上我回
家時，帶了一本有機化學課本，查閱有關環丙烷化合物的加成反應，發現其加氫之後有兩個生
成物，和我們得到的Y 和Z 產物的情形很相似。我當時跳了起來，整晚再也睡不著了，因為我
知道這個B 環丙烷化合物，必定是氨基環丙烷羧酸(1-aminocyclopropane-1-carboxylic
acid(ACC))，可能就是我們尋找很久的X 中間體。

隔天一大早我就到了學校，要Adams 去圖書館找些和ACC 相關的資料。一個小時候後，他回來
了，他的雙眼發亮，因為在1957 年的一篇論文中提到在梨子成熟時會有大量的ACC 產生，這和
我們所推測的結果一致，而且現在已知ACC 是天然界存在的物質，下一步就要證明ACC 就是X
中間體。.大本文我在做博士後研究時，學了一個共結晶(co-crystallization)的方法。把某
一放射性化學物與其相同的物質混在一起，經幾次共結晶後，其相對的放射活性不會減低，若
是不同的物質，則其相對活性會降低。最後利用共結晶的實驗，結果證實ACC 就是X 中間體。.
大本文在1979 年，我們發表了一篇論文，闡明以methionine 為先驅物產生乙烯的生物合成的
途徑如下：methionine→SAM→ACC→乙烯.小空同一年年底，德國著名的大化學公司Bayer 經由
上千萬種化學物的篩選試驗，也發表了相同的結論－當植物以咱HACC 處理後，ACC 在植物體內
轉變成為乙烯。乙烯生物合成途徑的研究，終於劃下了完美的句點。

我今天想講一些小故事，希望能對正在從事研究工作的人有一點啟發。幾千年前，人類已開始
在日常生活中使用乙烯，只是那時並不知是乙烯的作用。乙烯是在最近五十年才被發現是植物
的重要賀爾蒙之一。在上次的演講中，我們已談到乙烯生合成的途徑很短，其中間產物只有s-
腺核甘硫胺酸(SAM)和氨基環丙烷羧酸(ACC)，也就是：methionine→SAM→ACC→乙烯
所有的生物都具有一種酵素，可以讓甲硫胺酸(methionine)轉變成SAM，然而只有植物具備酵
素，可以從SAM 到ACC 而最後生成乙烯反應，這是植物特有的代謝反應與途徑。今天要和大家
談談由SAM 生合成ACC 以及從ACC 要氧化成乙烯的生化學過程。

ACC 的發現與生合成

ACC 於一九五七年被英國人Burroughs 發現。當時它僅是一種存在於天然界，而不會合成蛋白的
「非蛋白質胺基酸」(non-proteinamino acid)，並沒有引起科學家注意，一直到一九七九年，
我們實驗室發表ACC 是生合成乙烯的中間體後，ACC 從默默無聞，成為植物學研究界的搶手貨。
原先製造ACC 的Calbiochem 公司表示，二十多年來ACC 化學品沒有什麼人訂貨，不料今天會連
續製作五批次仍被搶購一空的盛況。

英國人首先發現ACC 不是偶然的。我曾開玩笑的問說：「為什麼首先把ACC 從植物中分離、鑑
定出來的人是英國人，而不是美國人？」英國人一向喝的是發酵過且含有酒精的蘋果西打(apple
cider)或是梨子發酵汁(peary)，而美國人喝的是蘋果的榨汁。果汁經過發酵後，可以將量多的
α-胺基酸(alpha-amino acid)轉化為酮基(keto)化合物，然後代謝掉。只剩下γ-胺基丁酸
(gamma-amino butyricacid)和ACC 等非alpha-amino acid 的胺基酸，在濾紙層析儀上可以清
楚的看到ACC 的藍點(blue spots)。但美國人喝的未發酵的蘋果榨汁，滴到濾紙層析儀上，則
因大量的alpha-amino acid，使得濾紙形成一片藍色，蓋住量少的ACC，以致無法察覺ACC 的
存在，所以英國人比較有可能發現ACC。

話說當時因為ACC 頓時非常搶手，不容易買到，於是我們決定自己從植物中將ACC 分離出。原
本以為漂白劑(NaOCl)的作用和英國人將果汁發酵的作用很類似，加漂白劑可以將所有的
alpha-amino acid 分解，而得到ACC，沒想到加了漂白劑後，ACC 也被吃掉，變成乙烯。當我的
學生Lizada 告知我這個意外的結果時，我們不但沒有因為做不成ACC 感到灰心喪志，反而根此
意外發現，發展出一套定量溶液中ACC 濃度的方法。實驗證實在ACC 溶液中加入一滴漂白劑，
ACC 馬上轉變成乙烯，乙烯可經由氣相層析儀，在兩分鐘內定量，從放出的乙烯量，我們可以計
算出ACC 的含量，其靈敏度高達數個picomole。(按： picomole = 10-12 mole)。這個方法又
稱為Lizada and Yang s Method，優點是簡單、快速而敏感度高。一直到現在，大部分的研究
者仍沿用此意外發現的方法來測定ACC 的含量，也被SCI 列為被引用最多的文獻之一。

從乙烯生合成的整個反應機構來看，不難推測為何ACC 的生合成是需要先經過SAM。其實生物選
擇SAM 當作ACC 的前驅體是有道理的。首先，SAM 是在動物、植物及微生物普遍存在的化學物其
次，ACC 是一個三角環形的化學物，要產生這樣的化學結構，最可能的來源是由帶正負電鋸齒狀
的碳氫先驅者，經電子「推與拉」合作機構，就可產生三角環形的化學物，如下圖所示：
而SAM 的結構具備有上圖的左邊結構的特徵，只要將alpha-H 原子拿去即可。依據一般生化學
的學理要去掉alpha-H 原子，最輕易的方法是藉Vitamin B6 即磷酸[口比]哆醛(pyridoxal
phosphate)為輔[酉每] (coenzyme)來完成。當我們成功地分離ACC 合成酵素後，發現它需要
pyridoxal phosphate 作為輔[酉每](coenzyme)，這和我們的推測完全一樣。此外，SAM 的另一
特點是它可再生成methionine 及SAM 而完成「楊氏循環」。

當我們找到SAM 生成ACC 的酵素及機理時，感到非常的滿足與快樂。當然我們也曾做了很多錯
誤的預測，得不到結果，好幾個晚上睡不著，感到非常氣餒。生物化學是一門實驗的學門，不
試是不可能成功的。只有願意花長時間去實驗與工作，才能當一個成功的生化學家。也唯有多
花時間做實驗，經過多次失敗，成功的機會才會跟著增加。

在明白了ACC 生合成的過程之後，我們開始著手研究如何抑止ACC 的合成，以減少乙烯的生成
量，進而希望能抑止或減緩植物的成熟或老化。

我們已知有兩種可抑制磷酸[口比]哆醛(pyridoxal phosphate)作用的抑制劑(inhibitor)，AVG
與AOA，可用以減少ACC 的生成。所以我們就用康乃馨做實驗材料，分別在甲、乙、丙三個花瓶
各插了一朵康乃馨，所不同的是花瓶中的水；甲瓶放的是自來水、乙瓶加入AVG、而丙瓶則加入
AOA。過了二十天後，乙瓶和丙瓶的花朵仍然茂盛，而甲瓶的花已經凋謝了。使用Lizada & Yang s
Method 測出，甲瓶中含ACC 的量比乙瓶及丙瓶高到幾十倍。也由此可知，將AVG 或AOA 加入放
置康乃馨的水中，可以減緩ACC 及乙烯的生成，達到保鮮的功效。

另一方面，我們利用ACC 合成酵素需要pyridoxal phosphate 做為輔[酉每]的特徵，成功地把
ACC 合成酵素的活性部位(active site)的胺基酸定序(sequence)出來，然後再基於此胺基酸順
列合成相對的寡核甘酸(oligonucleotide)，用以複製ACC 合成酵素的基因。

ACC 氧化產生乙烯

從Lizada & Yang s Method 中我們知道漂白劑(NaOCl)和ACC 會反應生成乙烯，其基本原理是
將氨(amino)基氯化。所以在一九八四年時，我們發表了一篇論文，推測在植物體內ACC 會產生
乙烯的反應與漂白劑相似，是經氧化酵素將amino 基羥(hydroxylation)，而其中oxene 所扮演
的角色和漂白劑中的Cl+很像。許多化學反應機構都顯示，hydroxylation 和氯化除了氧化劑
(oxidant)不同之外，其作用有異曲同工之妙。此外，我們以實驗證實ACC 在植物體內被氧化成
乙烯的副產物分別為CO~BB2S1;2 及HCN。這些結果支持ACC 轉化為乙烯是經N-hydroxylation。
但當時我們實驗室對於自己的結論並沒有很大的信心，最重要的原因是我們除了從副產物來間
接推測之外，沒有任何技術可以直接證實這個羥基化(hydroxylation)的假說。

一直到一九九○年，英國科學家Grierson 比較已成熟與未成熟的蕃茄，發現在成熟的蕃茄中有
六個基因是未成熟的蕃茄所沒有的。後來他們發現了其中的一個基因pTom13 是與乙烯生合成的
機制有關，把其DNA 相當的胺基酸序列(amino sequence)找出來，發現和二氫黃酮-3-羥基化[酉
每](flavanone-3- hydroxylase)的胺基酸序列很近似。他馬上以傳真告訴我，一九八四年我提
出有關ACC 產生乙烯的反應機制是hydroxylation 的假說是正確的。

後來英國科學家John 收了一位希臘留學生，生化的底子並不強，但對這個問題很有興趣。延續
Grierson 的實驗，這位希臘同學到圖書館去找關於分離及測定flavanone hydroxylase 的資料，
發現這個酵素需要Fe2+和抗壞血酸(ascorbate)當協同因子(cofactor)。於是他就用同樣的這兩
個cofactors 來展現乙烯生成酵素(EFE)的活性。很幸運地，他們證實了這個反應的過程需要這
些hydroxylation 所需的cofactors。他很快的做出實驗，並開始寫論文，一年後得到博士學
位，如此想想，他在圖書館好好花二個小時是非常值得的收穫。

原本以為是很難的實驗，沒想到如此快的被做出來。從一九七九年知道ACC 為中間體，一九八
四年提出乙烯生成酵素可能是羥基化[酉每] (hydroxylase，一直到一九九一年才被證實。進步
如此緩慢的最主要的原因是我們一直錯誤地以為打破細胞則酵素會被破壞，而事實上不是酵素
被破壞而是cofactors 被稀釋，只要加上cofactors，酵素的活性即可展現。這一個觀念之差，
使該項研究的進展慢了十年。所以我常常告訴我的研究生，想的簡單些、多做些、多錯些，不
要什麼都怕、都不敢做。這時，乙烯生合成的反應機制已經幾近完全了解。

乙烯可以促使水果的成熟與樹葉的老化

秋天的葉子變紅與凋落其實和乙烯很有關係。乙烯可以導致消化細胞壁酵素的合成，在枝梗上
產生隔絕層，將葉子分離，葉子因而老化，而後因重力而掉落。

一九八三年我去英國劍橋大學講學的那年，曾經去看三一學院(Trinity College)庭院前的那棵
蘋果樹，據說牛頓曾在此樹下因蘋果的掉落而發現地心引力。牛頓不是植物學家，不知道只有
重力是不夠的，植物的葉子和果實之所以掉下，是因為體內先生合成乙烯，促使葉子和果實與
枝梗分離而落下。

中國人幾千年前就知道將點燃的香放入盛有香蕉的容器，可以促進香蕉的成熟。小時候，朋友
解釋說是因為拜拜的關係，我不相信。後來知道科學家早已證明只要空氣中乙烯的濃度大於千
萬分之一，就有催熟的功效。也就是說，在密閉容器中因香柱不完全燃燒所產生的微量乙烯，
可促使其中的香蕉成熟，今天這教室中若有人抽煙，也會有相同的效果。

埃及也早在建造金字塔的時代之前，就知道將少許的橄欖油滴在無花果上或是把無花果刻痕，
以促進果實的長大與成熟。現代的科學探討結果，知道橄欖油可以氧化生成乙烯，而在無花果
上刻痕則可以刺激合成ACC 的基因之活性，而導致ACC 與乙烯的生成。這兩種方法都在金字塔
考古研究中被證實。

在西洋的文獻中，Theophrastus 於西元前三世紀寫了人類史上第一本植物學方面的書，名為
Inquiring into the Plants。其中記載在無花果果實上割痕可以在四天內促使果實長大成熟。
<<舊約聖經>> 中的阿摩司書第七章第十四節中，也有如下記載，阿摩司說：「我不是先知，也
不是先知的兒子，我是牧人，又是割裂無花果的人。」以現代的用詞，我們可以說先知阿摩司
是農業生物技術人員，他用刀割裂無花果，以便誘導ACC 合成酵素，進而促進果實長大、成熟。

施明德先生<<苦難的啟示>>與乙烯

台灣的政治人物施明德先生在一九七五年發表的<<苦難的啟示>>文章中，曾提到被囚禁在火燒
島(綠島)時因缺乏蔬菜，於是在押房孵豆芽的情形。「在同一批所孵出的豆芽中，有的瘦長，
有的粗壯。經過好幾次觀察，我終於得到一個結論。這和品種無關，凡是生長在舒適的上層都
長的瘦長，被困在下層，負荷最大壓力的則長得粗壯結實像白武士。」他同時將這種現象引申
到人類文明的發展，認為只有在壓力下，生活不易才會產生文明。他表示，「懂了這個孵豆芽
的原理以後，我就不再為我個人被關在火燒島感到痛苦」。因為神要給他壓力，好讓他像白武
士般強壯，創造人類文明。施先生這番孵豆芽的感懷，有許多值得現在正從事研究工作的同
學學習。首先他知道要比較「同一批豆芽」，可見他知道做比照(control)實驗的重要性，我常
告訴同學們，只有好的比照實驗，才能有真確的結論；其次，他的結論是「經過好幾次觀察」
所得，是重覆實驗的結論。有些同學常常僅做了一次實驗，即要馬上發表而畢業的念頭。施先
生以為生活上的壓力是文明開創的原動力，實驗室中的研究壓力又何嘗不是人類科學創造的源
頭。而後我把施先生的文章翻譯給美國同事聽，並開玩笑地告訴他們，假如當年施先生拿那篇
文章來申請加州大學生物學研究所當研究生，我一定會接受並給他獎學金。因為我相信以他的
苦幹精神及仔細的觀察，一定可以完成博士學位，並成為一個優秀的生物學者。如果他如此做，
或許不必經過第二次被囚禁的苦難。幼時也曾聽過母親提及：「小孩的生長就像孵豆芽般，有
壓力才會出頭」等類似的庭訓。於是我決定做一個實驗，以探討壓力對於豆芽的影響。這個實
驗很簡單，找兩個細長的玻璃瓶，分別放入同樣的土壤及豆芽，唯其中一個玻璃瓶上平擺一張
紙，紙上放置少許土壤與小石頭以增加負荷壓力。實驗結果發現受壓的豆芽果然長的
較為粗、短，且芽頭彎曲向下。根據文獻報告，豆芽受壓後，誘導乙烯的合成，而如此產生的
乙烯可促使植物細胞壁的細微纖維(microfibril)之生成及放置的方向改變，由橫向轉為直向。
以致於當水分從根部往上輸送時，其芽梗自然向橫膨脹，變得粗壯。此外，受到壓力而生成的
乙烯，也會促使芽頭彎曲向下。植物就靠這個機理在受到重大壓時，生成更多乙烯，讓豆芽生
成粗壯又芽頭向下彎曲。這些反應是幼芽能夠從重土鑽出來而生長、生存的原理。如此，施先
生的苦難的啟示，可以追溯到乙烯生合成的機制。知道豆芽長得「結實又粗壯」的直接原因是
乙烯後，豆芽生產者就不再採用舊式的方法在孵豆芽時以大石頭壓在豆芽上面，而改用新式的
乙烯處理法讓綠豆舒適的生長成為「結實又粗壯」的豆芽。

by-http://homepage.agron.ntu.edu.tw/~menchi/%B5%B9%BE%C7%A5%CD%AD%CC/%A4G%A4%C0%BEa%B4%BC%BCz.pdf

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