先前，許多化學物質用於防止或消除攜帶疾病的蚊子會汙染生態系統，且易導致更多抗殺蟲劑的物種進化。然而，值得慶幸的是現今已有更好的選擇，即以細菌產出的殺蚊標靶毒素具有較為安全，且更有效抗蚊的特性。 　　科學家先前發現一個天然存在的蘇力菌以色列亞種 (Bacillus thuringiensis israelensis, Bti)可產生幾種殺滅蚊蟲幼蟲的化合物，但對大多數其他生物無害。這些化合物在蘇力菌體內以晶體的形式存在，當幼蟲吃下蘇力菌後，幼蟲腸道的高pH值環境與消化酵素導致晶體融解，並轉化成新的分子，使得幼蟲腸道穿孔，進而快速導致蟲體死亡。現今，格勒諾布爾—阿爾卑斯大學的新研究發表於《自然—通訊》期刊中，其發現了Bti最可能呈現的晶體原子結構，並透過蚊子細胞膜的切片解釋晶體轉化成毒性狀態的作用機制。此外，研究員使用專門的計算系統處理由X射線晶體學方法收集的結構數據，該方法是在SLAC國家加速器實驗室的線性相干光源（LCLS）上進行。如同LCLS這樣的X射線激光光源是唯一能夠產生足夠聚焦的光束以探測微小的Bti晶體的技術。這些結果可幫助解釋透過改變單個原子造成毒性的差異。【延伸閱讀】研究蘭花香味的化學成分能在未來提供新型驅蚊劑的開發方向 　　收集並由不同的專門機構共同解釋複雜的數據屬大科學合作的良好範例，也為合理地設計出安全有效的毒素以控制特定的蚊子物種或目標疾病開起了一扇門。

智慧肉雞倡議（SMART Broiler Initiative， SMART是Sensors, Monitoring, Analysis and Reporting Technologies的縮寫）是美國食品與農業研究基金會（FFAR）和麥當勞所共同提出的提案，目的在開發自動化系統，以客觀角度全面評估全球肉雞的動物福利，而這些工具有可能提高全世界每年數十億隻鳥類的生活品質，該提案分為兩個階段，第一階段是給相關的技術開發和測試提供資金援助（約200萬美元），第二階段則是審核第一階段的計畫，挑選出在應用面上具有前途的技術，並持續提供金援完成開發。 　　肉雞容易出現腿部病變，影響動物福利的同時也不利於畜牧生產，當前評估農場裡肉雞健康的方法大多仰賴人工觀察，不但主觀且高度勞動密集，並可能因疏忽導致治療措施的延遲實行。荷蘭瓦赫寧恩大學的家畜研究中心和瑞典蘭特布魯克大學、美國維吉尼亞理工學院暨州立大學正在合作開發一種能自動分析肉雞行為的系統。 負責計畫的科學家表示，他們正在研究利用3D紅外線攝影機對肉雞進行持續性的監控並解釋其行為，希望能夠在肉雞出現問題時自動對農民提出預警，讓他們盡早介入並排除狀況。【延伸閱讀】電腦斷層掃描能檢驗小麥麥粒的抗逆境承受力 　　拍攝動物很容易，但要開發分析行為圖像的系統，尤其需要同時監控一大群動物，模擬分析小雞如何奔跑、行走和嬉戲，觀察他們如何與彼此和環境互動，這就是相當大的挑戰，通常這類系統的設置以大型、復雜而且價格昂貴為主流，但研究團隊反其道而行，運用大量精力去壓縮系統規模使其適用於任何情況，最終目標是建立一個簡單且價格合理的系統，用以支持家禽飼養者並提高其農場飼養動物的福利。此計畫從智慧肉雞提案中獲得了50萬美元的資助，並通過了第二階段的審查，而資金會於2021年下半年授予。同時從荷蘭Plukon食品集團、德國阿爾滕貝格的CLK GmbH軟體公司和荷蘭烏德勒支大學方面獲得金錢援助，該計畫目前的預算總額達到了61萬美元。

乳腺炎(mastitis)是由細菌感染牛乳腺所引起的乳房發炎症，據估計，在加拿大一例乳腺炎的發生將使農民平均多出660美元於藥物、人工和牛奶損失的支出，這種疾病會導致牛奶產量降低、上架期縮短的同時還造成牛奶質變，嚴重點還會有鮮血混雜其中，然而這種疾病的病徵通常不太明顯，根據數據，有90％的牛奶生產商會使用抗生素預防自己的乳牛群遭受乳腺炎感染，但實際上只有23％的比例需要施打抗生素，而乳腺發炎與否只能透過實驗室檢測牛奶中的細胞指數異常才能區別，若能即時分辨哪些動物需要治療，就能避免抗生素的過度使用，減低其乳牛及分泌乳汁中產生抗生素耐藥性的可能。【延伸閱讀】在飼料中添加氨基酸補充劑可提高斷奶小豬對抗疾病的能力 　　正所謂預防勝於治療，加拿大阿爾伯塔大學農業、生命與環境科學學院的研究人員正在開發一種簡便的筆狀檢測工具，可以檢測乳牛這種常見且花費高昂的疾病，並將結果發表於《獸醫學研究》(Research in Veterinary Science)上，該論文主要研究乳牛妊娠前後尿液中的代謝物變化，而代謝物是動物分解食物和其他物質時所產生的化學化合物。目前研究人員能夠鑑定出幾種在健康和典型乳腺炎患病乳牛之間產生的不同代謝物，能作為易染病動物的生物篩選標記，其運作原理是將尿液樣本與化學溶液混合，而溶液利用顏色強度顯示代謝物的濃度，尿液樣本可以以95％的準確度篩檢出可能罹患乳腺炎的乳牛。研究者表明，代謝產物的研究會拓寬我們對乳腺炎運作原理和罹病原因的認知，在了解疾病方面具有相當重要的價值。而研發的手持式筆型設備可以讓農民自行進行尿液測試分析，最終能避免大量抗生素的使用，同時為牛奶生產商節省數百萬美元的支出。

密西根大學電氣工程和計算機科學教授—Zetian Mi表示美國30％的能源來自天然氣，因此發展出綠色甲烷作為替代能源是很重要的。根據這項目標，密西根大學、麥基爾大學和麥克馬斯特大學合作研發出新型催化劑促使甲烷生成。此項研究由亞伯達省減排放與自然科學機構、加拿大工程研究委員會以及U-M工程學院的藍天計劃資助，研究成果發表於《美國國家科學院院刊》，且U-M在該催化劑上擁有多項專利，正在尋求合作夥伴將其推向市場。 　　光合作用是綠色植物利用陽光、二氧化碳和水為自己製造養分並釋放副產物氧的過程。人工光合作用旨在將相同的原料生產類似於天然氣或汽油的碳氫燃料，也就是利用陽光將二氧化碳轉變為甲烷，期協助天然氣動力裝置達到碳中和，使溫室氣體的增加與減少相同。然而，碳成分必須從二氧化碳中收集，且因二氧化碳是最穩定的分子之一，所以二氧化碳需要大量能量得以分解，進而使二氧化碳轉化為甲烷的過程非常困難，同樣地，必須打破H2O的鍵結才能將氫連接到碳上。每個碳都需要四個氫原子才能轉化為甲烷，形成複雜的八隅體（每個碳氫鍵中都有兩個電子，並且有四個鍵）。因此，催化劑的設計對此反應的成功與否極為重要。 　　以往的人工光合作用設備通常僅能利用最大電流密度的一小部分操作於矽設備，而新操作手法可利用商業材料和地球含量豐富的催化劑以理論最大值的80或90%進行操作，其作用原理是將電引導至甲烷生成反應中，避開了副產物的生成，如氫氣或一氧化碳，因此研究團隊可調控相對較大的電流於大批量生產的設備中。新技術的成功主因是研究團隊利用推導出的化學理論並計算關鍵催化劑的成分，其為銅與鐵的奈米顆粒。作用方式為銅與鐵固定分子中的碳和氧原子，為氫騰出時間來使水分子碎片躍遷到碳原子上。根據此項原理，科學家將太陽能板的表面散佈著銅與鐵奈米粒子，基層的材質為矽晶片，與一般太陽能電池版中已有的矽晶片不同，該晶片頂部被水薄膜覆蓋的奈米線，由半導體氮化鎵製成，每個奈米線高300奈米（0.0003毫米），寬約30奈米。這樣的設計可產生大面積的反應，且能利用太陽能或電流來降解二氧化碳和水。也就是此設備可僅在太陽能下運作或是加上補充電力提高甲烷產量，或單靠補充電力於黑暗中運作產生甲烷。【延伸閱讀】人造葉片的發明可望以較乾淨的方式生產能源 　　試驗成果顯示，太陽能催化劑由多種材料製成並能夠大規模生產，而人工光合作用面板需要高濃度二氧化碳來源，例如從工業煙囪中收集的二氧化碳，因此研究員認為5到10年間可能可以將煙囪中的二氧化碳再循環成清潔燃料。現今，該裝置除了產生合成天然氣（syngas）外，還可以產生動物飼料中的常見防腐劑—甲酸。

位處聯合國訂定「高度糧食不安全」區域的東非索馬利亞、衣索比亞等國，遭遇數十億來自非洲之角的蝗蟲大軍侵襲，肯亞更是經歷了70年來最嚴重蝗災，聯合國糧食及農業組織警告，第二批次的沙漠蝗蟲即將進入孵化階段，而在過去一個月內蝗蟲產卵時間點都與作物播種季節相吻合，可能會威脅過境地區相當於2,500萬人的糧食安全。 　　總部設在肯亞首都奈羅比的跨政府發展管理局氣候預測和應用中心的衛星信息科學家表示，研究人員正在利用「非洲天氣和氣候訊息服務」計劃中由英國提供3,500萬英鎊資助的超級電腦，模擬系統預測地面監測所遺漏的蝗蟲繁殖區域，該超級電腦能利用風速、風向、溫度和濕度等數據成功預測蝗蟲的活動範圍，並在預測蝗蟲群未來移動位置方面已經達到90％的高準確性。該模擬系統不僅能夠告訴我們蝗蟲正在哪些區域出現，還可以進一步獲取地面資訊，警示哪些區域可能會成為蝗災熱點或是新一代蝗蟲的來源，如果不噴灑農藥控制害蟲數量上升，所付出的代價將相當昂貴。【延伸閱讀】新的應用程式能幫助農民應對蝗蟲群的侵擾 　　非洲上一次蝗災是發生在2003到2004年間，災情涉及23個非洲國家，包含兩到三代的昆蟲繁衍，並且花了兩年的時間控制疫情，估計花費6,000萬美元，但若發生蝗蟲數量大爆發，防疫成本將飆升至5億美元。目前研究人員正在將土壤水分和植被覆蓋率的數據輸入電腦，幫助預測蝗蟲在何處產卵並孵化、繁衍。而這些資訊將做為非洲各國政府哪些地區可以進行農藥噴灑工作的依據，以便在蝗蟲成年前控制住災情。

現今，大多數的社會希望農民可減少或排除用作保護作物的化學品，農民也期望能夠做到，然而，科學家們正面臨一個重大的挑戰，他們試圖找出如何提供非使用化學藥劑的保護措施，以便農民能夠繼續增加糧食產量以因應日益增長的人口。有據於此，其促進了大學與企業研發不需依賴商業化學品的生物產品。逐漸地，已有可滿足消費者需求的產品問世，其對於食品生產更安全也具永續性。 　　RNA可在所有活生物體中發現，一個基因透過信使核糖核酸(mRNA)來產生蛋白質，其實際促進每個生物的生理作用，如我們飲食模式、成長狀況與行為表現。因此，GreenLight Biosciences公司使用生物學的RNA訊號來破壞昆蟲收到食用特定植物的訊息。該新發明與基改物種有很大的不同，其不對昆蟲或作物的基因進行修飾，即不改變原有型態。GreenLight將他們研發的產品噴灑於葉面，RNA訊號會傳送給害蟲使其想食用特定作物，如油菜籽，當昆蟲開始食用植物時，同時將噴劑分子食入，一但分子進入有害生物體中，其會干擾RNA訊號，使昆蟲對葉子失去食欲，不食用特定作物，即阻止昆蟲生存的關鍵功能，進而導致該昆蟲種群死亡，且有益於植株的昆蟲不會受到傷害，讓作物可生存並繁衍生息。GreenLight的首款商品旨在保護馬鈴薯免受以馬鈴薯葉為食的科羅拉多金花蟲之危害。事實上，若將昆蟲的基因作圖，研究人員根據此圖設計了一個可影響特定昆蟲的序列，進而控制科羅拉多金花蟲的表現，同時不影響蜜蜂、蝴蝶、瓢蟲或其他益於作物的生態。【延伸閱讀】利用全基因組關聯性分析標記天然遺傳抗性基因，解決大豆蚜蟲害問題 　　雖然許多製藥公司認識到mRNA對於改善人類健康並阻止傳染病擴散扮演重要的角色，但因生產RNA干擾劑的成本高且耗時，使得廣泛的商業用途變得非常昂貴。此外，傳統製造RNA的方法也犧牲了RNA的品質。而GreenLight找到了一種以安全且環保的方式生產低成本及高品質RNA的方法，即無細胞生物加工的專利。該專利可快速且大量生產高品質RNA以解決地球上一些最急迫的挑戰。GreenLight Biosciences的首席商務官Mick Messman表示RNA干擾劑將會成為下個世代用以保護作物的方法，利用RNA控制有害生物的概念已在先前的生物技術中使用，市場上已有一些產品是利用植物將基因傳送給昆蟲。但直到現在其成本仍居高不下，因此，GreenLight自我生殖的專利是個重大突破，這是最具成本效益的方法，並提供高品質產品。因系統的製程時間比一般化學製品製造時間還短，因此能夠加快將新產品推向市場，同時價格也相對較低。因此，該公司今年申請監管部門的批准其研發的新產品，並預計於2022年進行全面的註冊。

甲醇可作為無數產品生成所需的燃料，其用途非常廣泛且為高效化學物質。另一方面，二氧化碳為一種溫室氣體，是許多工業運作中不想要的副產品。將二氧化碳轉換成甲醇是一種改善溫室氣體含量的方法，由於分離膜可極大地改善多種化學過程，因此，以色列理工學院的化學工程師展示新研發的高效分離膜如何更有效率地將二氧化碳轉變為甲醇。此項新突破可改善許多主要以化學反應為主且副產物為水的工業運作，該項研究已發表於《科學》期刊中。 　　由於副產物為水將嚴重限制了反應的連續性，加上過去這類型的分離膜易使氣體分子洩漏出去，因此，研究團隊著手於優化膜上晶體組成，製作出由鈉離子和沸石晶體組成的膜，其可小心並快速地讓水從小孔洞中滲出（稱導水奈米通道），且不損失氣體分子。負責這項研究的化學和生物工程學特聘教授—Miao Yu表示鈉離子可調節氣體滲透狀況，其只允許水通過，當惰性氣體欲進入時，鈉離子則會阻擋氣體通過。當水有效地移除後，該化學反應能夠快速發生，進而能夠將更多的二氧化碳轉換成甲醇。【延伸閱讀】以水熱液化技術將廢棄物變成生質柴油 　　此項導水膜具有良好且實用的轉換效果，其對水資源、能源與環境有重大的跨領域貢獻。該膜主要可改善許多因水而受到限制的化學反應，進而在嚴苛條件有效地進行。現今，研究團隊現在正努力開拓膜的製備並初創公司利用導水膜來進行商業生產高純度甲醇。

挪威皇家鮭魚公司（Norway Royal Salmon，NRS）每年銷售約70,000噸鮭魚，是世界主要的鮭魚生產商之一。目前已與微軟(Microsoft)合作，預計使用人工智慧簡化鮭魚養殖業務。此兩家公司以及擁有技術公司ABB正在開發一項技術，使用水下相機收集養殖鮭魚的圖像，然後應用人工智慧進行自動化計數。 相關計畫於2019年5月啟動，正處於迅速發展的階段。 　　這項新技術能夠免除工作人員在海上航行數公里才能檢視鮭魚，可直接於遠端觀察魚的生長狀況。遠端視覺檢測技術可以估算魚種類數量並計算魚體數量，以便收集鮭魚產量變化的關鍵數據。幫助員工塑造更安全的工作條件，同時降低了運營成本並降低公司的碳足跡。 　　NRS營運長Arve OlavLervåg認為，現在計算人工智慧系統為NRS節省多少時間或金錢還為時過早，但是公司已在相關操作上花費了大量時間。此技術使用水下相機拍攝魚的照片，通過這樣的方式，不僅可分析魚的體重，還能分析魚的幾種相關參數，並希望通過使用AI更精確控制養殖鮭魚的體重變化。 　　NRS長期專注於研究、開發、合作和創新的重要性，其他公司雖然也開始提供類似的產業解決方案，但Lervåg讚揚了Microsoft和ABB在相關領域的高度專業，且Microsoft Azure 的雲端服務和ABB Ability數位整合平台推動了這項技術的發展。ABB首席數字官（chief digital officer）Guido Jouret在聲明中表示，ABB致力於幫助實現更具永續性的未來，目前正在利用AI改革水產養殖，通過監控魚類健康、盡可能減少對環境的衝擊並降低營運成本，ABB Ability使NRS獲得更高的競爭力。【延伸閱讀】人工智慧將幫助農民提早發現作物疾病 　　微軟全球人工智慧專家Christian Bucher則表示，由於各方對永續性糧食的未來保有堅定的信念，通過工程團隊與客戶間的共同創新，才能創造利益最大化。在短短的幾個月內從構思走向現地解決方案。

為了控制開花與結果的成熟狀態，植物會釋放出氣態賀爾蒙—乙烯，而環境因素，如乾旱、鹽分和病原體，也會導致賀爾蒙水平有所波動。由於乙烯在植物的健康中扮演重要角色，因此農業界對監測乙烯很感興趣。盡早發現釋放出乙烯的變化可使農民採取防護措施，以恢復植物的健康並減少作物損失，因此，實時監測乙烯的釋放可以為農民提供有關植物發育和健康的重要資訊。然而，現有的感測器具有局限性，使得它在該領域中顯得不切實際。因此，麻省理工學院的研究員開發出一種可靈敏地檢測乙烯含量變化的感測器，其發表於ACS Central Science期刊中。【延伸閱讀】科學家為養雞場開發了寄生蟲檢測系統 　　新型感測器置放於一塊含有一個單壁碳奈米管（SWCNT）的玻璃中，其被夾在金電極之間。研究員將含有鈀的催化混合物放在SWCNT的頂部，因此，鈀催化劑將乙烯氣體轉化為乙醛，此反應稱Wacker氧化法。在此反應中，鈀催化劑改變了其氧化態以及與SWCNT的相互作用，從而改變了它們的導電率。透過這種反應方式，研究人員可隨時監測乙烯的變化。研究員將康乃馨或桔梗花放在裝有新型感測器的容器內，並觀察到花朵盛開和褪色時乙烯產量的波動。該設備具有高靈敏度，其可以檢測容器內十億分之一的氣體濃度，因此對於監測田間的植物具有應用潛力。

油菜、酪梨和橄欖樹等作物大多常被人類用來作為生產油或脂肪的材料，這是由於它們能藉由光的幫助從水和二氧化碳中生產油脂，而這項特性對於如單細胞藻類到巨型紅杉樹的所有植物而言，是相當基本而且普通的能力。過去一直認為藍綠菌(Cyanobacteria)，其又廣泛地被俗稱為藍綠藻(Blue-green algae)係缺乏這種特性，雖然名字中有“藻”字，但實際上是被歸類為細菌界的一員，藍綠藻跟大腸桿菌(Escherichia coli)的關係比和橄欖樹更加緊密。有別於一般細菌，藍綠藻具有行光合作用的能力，許多科學家懷疑葉綠體(chloroplast)，植物細胞裡負責行光合作用的綠色胞器最初來自藍綠藻，根據共生體學說，十億多年前原始植物細胞“吞噬了”藍綠藻，而細菌在細胞中存活並供給光合作用產物，倘若假說正確，那麼葉綠體的油脂合成酶最初可能來自藍綠藻。 　　德國波恩大學植物分子生理學和生物技術研究所（IMBIO）的科學家在過去的幾年間致力於研究葉綠體中催化植物油脂合成步驟中的其中一種酶。為了檢驗可能性是否為真，他們在各種藍綠藻基因組中搜尋是否有和植物油脂合成酶組成相似的基因，結果發現了一種同屬一類的酰基轉移酶基因，並透過進一步測試，驗證了雖然生成量小，但藍綠藻確實會利用這種酶產生油脂。雖然現今植物生產油脂主要是運用其他代謝途徑，但若以演化生物學的角度來看此結果，植物葉綠體中某些部分的油脂合成機制非常有可能源自藍綠藻。【延伸閱讀】將甘蔗副產物做為第二代生質酒精以外的另一種利用 　　此外，實驗結果也為動物飼料生產和生物燃料的開發創造了新的可能性，因為藍綠藻與油菜等作物不同，不需要耕地就能生長，一個裝有培養基的容器以及足夠的光和熱便可以滿足需求，能應用於沙漠中生產汽車引擎用油，無需犧牲糧食作物來完成。這種可能的替代能源同時還能為全球氣候保護貢獻心力，生活在海洋中的藍綠藻會吸收大量的溫室氣體，據估計，如果沒有它們的貢獻，大氣中二氧化碳的濃度將會是原來的兩倍，而所生成的燃料也相對環保，因為在燃燒後只會釋放藍綠藻從空氣中拿來製造油脂的二氧化碳。雖然類似的實驗已經應用於綠藻，但比起藍綠藻它們更加難以培養。而藍綠藻可以相對容易地進行基因修飾並透過生物技術優化提高油脂生產率。

豆粕和玉米餵食家禽動物的傳統主要成分，可滿足其對蛋白質和能量的需求，但菜籽餅、花生餅或其他動物蛋白成分，也能提供家禽不同的營養要素。過往的家禽飼養研究中已證實，普通花生（含有52％油酸和27％亞油酸）可以成為合適的家禽飼料原料，而關於高油酸花生（含有80％油酸和2％亞油酸）作為飼料的相關研究則較少。過去，美國農業研究局的研究顯示，使用高油酸花生和玉米作為蛋雞飼料，雞所生下的蛋中β-胡蘿蔔素含量提升1.35倍，蛋黃顏色也深2倍，並且單元不飽和油酸比一般餵食豆粕和玉米的雞隻所產的蛋高出許多，在肉雞飼養上則需進一步測試這種原料對肉雞產肉的影響。 　　此次實驗由北卡羅來納州立大學(North Carolina State University)進行，孵化當天，將雄性小雞（品種為Ross 708）隨機分配於30個籠子中（各處理均10重複），每籠10隻雞，並分成三個處理組，從孵化後第15天到第42天給予相對應的飼料，包含使用常規性大豆和玉米飼料的對照組、含有10-12％高油酸花生和玉米飼料的處理組、含有6％油酸的對照組，並調整其熱量供給為3,190 kcal / kg（內含21％的蛋白質），以符合飼養肉雞的NRC營養素標準，共飼養6週，再針對雞肉中的氨基酸、蛋白質、脂肪等進行分析。【延伸閱讀】餵食飼料補充劑可減少產奶乳牛腸胃內的甲烷排放量約25％ 　　結果顯示，高油酸花生飼料的處理組在第2、4、6週時的飼料轉換率較高，且比起另外兩組，能夠使肉雞產生較少的飽和脂肪酸和較少的反式脂肪，總膽固醇也最低。這項研究有助於驗證高油酸花生作為肉雞飼料的優勢，可來提升雞肉中不飽和脂肪酸，且不會改變蛋白質和氨基酸含量。相關研究發表於<Poultry Science>。

細胞療法為癌症和自身免疫性疾病的治療方法帶來革命性的改變。這個數十億美元的產業需要以超低溫冷藏的方式長期保存細胞，同時也要確保其解凍後仍能持續發揮功能。然而，低溫環境易使冰晶形成和生長，其會刺穿並撕裂細胞。因此，為尋求解決方法，猶他大學化學家-Pavithra Naullage和Valeria Molinero提供了有效保護細胞避免受冰晶損害的聚合物之設計基礎，該研究發表於《美國化學學會雜誌》。 　　以往冷凍保存細胞和器官的方法是利用大量的二甲亞碸，其是一種有毒化合物，可破壞冰晶的形成，但會給細胞帶來壓力，從而降低細胞存活率。現今，已找到了一種來自自然界使生物，如魚類、昆蟲和其他冷血生物，可在極端低溫環境下存活的抗凍醣蛋白。此蛋白可與冰晶結合，避免冰晶生長和破壞細胞。其抑制原理為抗凍分子會固定在冰晶表面上並與冰晶緊密結合，如同枕頭上的石頭，使冰面在分子周圍形成彎曲的表面。由於這種曲度使冰晶生成不穩定，從而停止冰晶生長。此外，分子結合在冰晶表面的時間比冰晶生長的時間還長，因此，可進一步防止冰再結晶。基於細胞療法的發展需求和冰晶抑制生長的原理，研究人員欲開發出有效的冰再結晶抑制劑，該抑制劑需與天然抗凍醣蛋白一樣具有競爭活性，但不具如同二甲亞碸的毒性和成本。因此，這種需求推動了合成可模擬抗凍醣蛋白作用的聚合物。然而，迄今為止所發現的最有效合成冰再結晶抑制劑—聚乙烯醇（PVA）的效力比天然醣蛋白還低，此外，由於尚未了解何種因素限制了聚合物抑制冰再結晶的效率，使得尋找更強的冰生長抑制劑似乎有停滯的現象。 　　因此，研究團隊進一步利用大規模的分子模擬來闡述分子作用在冰晶上的機制，其包含聚合物的柔性、長度與如何調節控制其與冰晶結合並防止冰晶生長的效能。研究表明，分子在冰面上的結合時間主要由聚合物結合在冰上強度、長度和聚合物在冰表面散播速度來控制。此外，研究人員也分析了各種控制柔性聚合物結合在冰晶上的因素，並解釋PVA和天然抗凍醣蛋白效能的差距。主要原因是每個抗凍醣蛋白都比PVA與冰的結合更牢固，抗凍醣蛋白的二級結構易區隔出冰晶結合和未結合區塊，使抗凍醣蛋白能快速附著在冰上，從而阻止冰晶的生長。【延伸閱讀】新型纖維素可望降低生質能源成本並治療感染 　　此項研究首先確認了聚合物結合在冰上傳播時間，研究發現柔性聚合物緩慢散播在冰晶上會限制其抑制冰晶生長的能力，根據這項發現可作為設計柔性聚合物的關鍵變量，為新型柔性聚合物的設計奠定了基礎，該聚合物甚至超過抗凍醣蛋白的效率，並在生物醫學研究中產生重要的影響。

智慧農業是指利用現代資訊和通訊技術管理農場，其可為農民提高工作效率，在過去幾年中，進入智慧農業所需的技術和經費障礙已大大減少。然而，智慧農場的主要組成為監控環境和基礎設施，但此對於農村地區和跨距離較大的農場可能具有挑戰。來自加拿大艾伯塔省的農民 - Brian Tischler在今年初於薩斯卡通的CropSphere演講中表示"低功率廣域網(LoRaWAN)” 具有低功耗且網域廣泛的特性，使這些感測器的網路能夠遍布整個區域，通常距離涵蓋範圍為2-20公里，但具體狀況仍取決於天線本身與天線設計，因此，這種類型的網路可克服監控農村地區環境與基礎設施的困境。這也是LoRaWAN大放異彩的地方，其可幫助人們了解如何使用物聯網設備搭配LoRaWAN技術將農場轉變為智慧農場。 　　事實上，能在農場上進行監控的內容有很多，農民可使用智慧系統並透過手機接收警報，如當商店的門開啟、霜附著在農作物上、土壤溫度變暖使裝箱的穀物開始產生二氧化碳、牛隻在農場漫步的狀況、在距離農場很遠的地方開起一扇門、田野開始下雨或測量田地中的土壤濕度等。因此，許多農民有意付費給供應商協助建立該監控系統。但是，也有一些農民想自己安裝和維修農場設備，主因是他們不願花費龐大金額在其上面。然而，自行DIY的農民將會發現他們值得花更多時間關注線上社群以幫助他們瞭解遠程監控農場所需的知識。 　　LoRaWAN網路中使用的寬頻幾乎沒有限制，並且不需經許可即能免費使用。透過訂購感測器，其包含一塊基本的LoRaWAN面板和一個備用電池（可使用大約一年），只需花費幾美元就可以建構出一個基本的感測器連接到網路的設備。將這三個組件焊接在一起和基本感測器的硬體設備即為低功率收訊器(LoRa)的節點。LoRa具專有標準的設計，並非開放資源，所有的設備的通訊皆建構於SDI-12的標準上。感測器將透過電路板發送訊號，該訊號可接收指令並執行基本功能，如打開或關閉照明設備或灌溉系統。雖然這些訊號頻率處於非常緩慢的速度並隨時間而改變（增加或減少），但這些訊號只需在極小的設備以非常低耗能的方式運行數英里遠。 　　由於用戶對天氣訊息的需求龐大，因而推動了DIY LoRaWAN社群的發展。一個稱EnviroDIY的全球性社群擁有所有的資料庫、所有軟體與大多數感測器通信的所有內容，並且都可以免費下載。LoRaWAN面板現已能編程並可以傳輸感官信息，因此，可從EnviroDIY社群中（www.envirodiy.org）複製要輸入到網路中任何特定感測器的代碼。接著，用戶需輸入設備ID或在網路上將來自EnviroDIY所複製的代碼進行編號並輸入於設備中。 　　感測器連接到LoRaWAN面板後，該面板將發送遠距離信息到一個稱為閘道器的網路組件。閘道器可偵測並收集來自感測器的所有信息。一般而言，可直接購買已建立好的LoRaWAN閘道器或農民可使用Raspberry Pi構建自己的閘道器。Raspberry Pi是一種小型單板計算器，價格便宜，能夠與已經安裝好的LoRaWAN、藍牙和wi-fi組件一起訂購，並且可以利用線上社群提供的編碼對其進行編程以執行基本操作。Tischler在演講中展示了Raspberry Pi閘道器，該閘道器具有八個感測輸入口。但是，每個感測器僅間歇性傳遞訊號，因此，若縮短每個設備傳遞訊號時間，那麼短時間內不僅可收到8台設備的訊號，甚至可到800台設備。現今，包括歐洲在內的世界許多地區，已經有LoRaWAN閘道系統可用，因此人們不必費心建立自己的網管系統，但是這些網路在加拿大仍然不常見。 　　之後，閘道器將信息藉由家用路由器傳遞到網路服務器，該網路服務器就像是網路的橋樑，並且在某種程度上像交通警察。該服務器可在中國、也可在家裡的桌子上、或是在互聯網上零散地散佈，其無固定的形式。網路服務器從閘道器收集所有訊息並弄清楚誰在發送訊號、誰在接收訊號、誰需要接收訊號並可以臨時存儲數據。對於免費的網路服務器的選擇，Tischler建議使用The Things Network（TTN），該系統擁有超過一萬個閘道器、數百萬個設備和十幾萬個用戶。為了要在TTN上使用感測節點，須設置一個帳戶並輸入對感測節點進行編程時所使用面板上設備的ID或編號，它將開始自動接收數據。【延伸閱讀】荷蘭瓦赫寧恩大學暨研究中心正在研究番茄的數位雙胞胎 　　現在，感測節點將信息發送到LoRaWAN閘道器，再傳送至路由器，路由器又將信息發送到網路服務器（TTN），這些動作需要一個應用程式，該應用程式將進入網路服務器收集數據，同時將數據發送或命令送回節點。在TTN上，用戶可以輕鬆設置因應數據資訊的操作，如當感測到田野低於零的數據，用戶將會收到電子郵件的通知。該信息可以輕鬆匯出到Excel或自動發送到C-sharp應用程式，該應用程式將即時製作圖形。 　　農民在進入新技術之前需要知道他們在時間和金錢上的投資是值得的，因為他們不想在不使用的新設備上浪費金錢。而LoRaWAN是一項建構完全的技術，此外，越來越多功能強大且一般人負擔得起的感測器已經上市。如溫度感測器非常便宜，因此一個農民僅需花100美元建構一個系統，其可監控距離農場數英里遠的20個農倉。因此，LoRaWAN可協助農民建立智慧農業。

根據國家犯罪記錄局的數據，2016年有超過11,000名印度農民自殺。賓夕法尼亞州立大學信息科學與技術助理教授—Amulya Yadav表示，雖然造成高自殺率的原因很多，但是因為許多印度農民借貸買種子、肥料和設備，之後再將收成的農作物賣至市場上，但是該國農產品市場價格普遍波動，農作物在市場的實際銷售價格取決於供需關係，若農民的售出價格過低而無法讓他們償還債務並維持生計，從而導致財務困境。政府的協助僅是以其所訂定的最低價格購買有限配額，然而原產地與市場距離有時較遠，進而增加了運輸與燃料成本，若未爭取到政府購買農作物的農民，其不得不將農作物出售給無法保證以最低購買價購買之第三供應商。 　　因此，賓夕法尼亞州立大學及溫州基恩大學的研究人員藉由開發深度學習算法以作為預測農作物未來市場價值的決策系統，希望解決印度農民因負債而導致令人震驚的自殺率，該研究團隊在3月初的人工智能促進協會會議介紹此研究成果。【延伸閱讀】科學家借助科學技術來預防第二批沙漠蝗蟲過境 　　研究團隊為了創建演算法，其分析過去11年中1,300多個印度市場的最高與最低農作物價格及作物數量，進而開發出深度學習法的模型。該系統會假設將農民利潤最大化，藉以預測農民何時何地最適合出售他們的農作物。例如此算法會建議農民待農作物收成後5天再運送至40公里遠的市場以獲得較高價格，此預測系統反而不會建議將農作物在收成後隔天賣至當地市場。因此，該預測模型相較於現今標準模組具有更符合實際狀況的準確性。

來自康乃爾大學綜合植物科學院土壤與作物學系(Soil and Crop Sciences Section - Cornell University)的微生物生態學家Dan Buckley與研究團隊，從酸性森林土壤中發現擅長分解有機物質能力的新土壤菌種Paraburkholderia madseniana sp. nov.，其能力包含可分解來自媒、天然氣、石油及焚燒垃圾所產生的致癌化學物質。 　　此項新發現的菌種是屬於Paraburkholderia屬，本身以分解芳香族化合物(aromatic compound)為名，同時在一些物種上亦能形成根瘤幫助固定大氣中的氮。研究團隊將重點以生物降解(biodegradation)為首，研究微生物扮演分解土壤汙染物質的角色，特別是針對多環芳香烴(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)相關的有機汙染物，而此項成果的突破也幫助難以挖掘與清除土壤內危險廢棄物的區域。 　　實驗於康乃爾植物園校外自然保護區之實驗林展開，從土壤分離發現的新菌種第一步先進行RNA基因定序以驗證是否為獨立物種，而在研究過程中，研究人員發現Paraburkholderia madseniana能分解芳香烴並將其轉化為植物生物質(plant biomass)與土壤有機物質的主要成分—木質素(lignin)，值得一提的是，芳香烴結構同時在有毒多環芳香烴汙染環境中可被檢驗出，因此代表此菌種不僅能作為生物降解研究的方向之一，亦是扮演土壤碳循環重要的角色一環。【延伸閱讀】根分泌物能影響土壤穩定性 　　碳排放是造成氣候變遷加劇的因素之一，每年僅在分解自然界物質的土壤碳排放量已是高於全世界因人類排放導致的汙染，例如汽車、發電廠及暖器等的七倍，而由於地球土壤層本身含有大量的碳元素，因此當人類即使是改變微小的管理方式也會造成氣候巨大影響。未來研究團隊將探索新菌種在碳循環中的角色，並瞭解其與森林之間的共生關係，目前初步研究已瞭清楚樹木將碳元素供給於細菌，藉由此菌種降解土壤有機物質並為樹木釋放出氮及磷等營養物質，因此將有助於土壤環境循環性及預測未來氣候變遷的關鍵。相關成果同時發表於微生物系統及演化國際期刊(International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology)。

甲烷是反芻動物消化食物時的天然副產物，主要透過氣體排放被釋放到大氣中。在美國，牛所呼出的甲烷常被錯誤的描述為腸胃脹氣並被大肆的嘲諷其在氣候變化中的影響。美國賓夕法尼亞州立大學最近發表的一項研究(一系列物質研究的其中一份)指出，3-硝基氧丙醇(3-Nitrooxypropanol，3-NOP)這種化合物，能夠抑制牛的瘤胃(牛的第一個胃)中生成甲烷最後階段對於合成來說十分重要的酵素作用，所以餵食添加3-NOP的飼料，牛體內的甲烷生產量會受到抑制，與實驗對照組相比，攝食添加3-NOP飼料的母牛每天甲烷產量減少21％、排放量減少26％、排放強度降低25％。除了研究3-NOP對腸內甲烷排放量的影響外，科學家們還研究了3-NOP對乳牛的瘤胃發酵、分泌乳汁的能力、產出牛奶的風味和牛隻卵巢週期恢復的影響。在過去的實驗中已經嘗試了許多方法，包括精油、奧勒岡葉(Origanum vulgare，常撒在披薩上，又名披薩草)和海藻，這些添加物都沒辦法產生明顯的效用，而3-NOP是唯一一種能顯著降低牛的腸內甲烷生成並且對牛奶產量或品質沒有嚴重影響的物質，不但不影響乳牛的泌乳能力，實際上還提高了單位泌乳量的飼料使用效率，而用含3-NOP飼料所餵養的牛所產出的牛奶和加工製成起司的口感風味並不受添加物的影響而有明顯改變。這幾篇完成於賓夕法尼亞州立大學的研究被認為是在美國或是世界上其他國家允許3-NOP作為飼料添加物最關鍵的因素。【延伸閱讀】豬隻的益生菌研究有新的突破 　　研究人員指出3-NOP化合物相當經濟實惠，因此農民可以負擔得起。而調查於美國、紐西蘭和荷蘭的消費者洞察研究報告顯示，民眾相當支持實施3-NOP作為牛隻飼料添加物。目前荷蘭帝斯曼公司（DSM）已獲得3-NOP的專利，並已經向歐洲監管機構申請授權出售該化合物作為牛隻飼料添加劑。該公司希望在2021年初在歐盟推出該產品，然後於巴西，澳洲，紐西蘭和加拿大等地註冊使用。

隨著氣候變化加劇，目前植物育種所遇到困境與挑戰越趨嚴重。為了鑑定影響穀物產量和逆境脅迫耐受性的基因，研究人員需要精確分析每個小麥麥穗上的穀物組成成分。然而目前蒐集的實驗數據多半是透過從田野中的穀物脫粒機獲得，但這種方法往往會造成小麥的損毀或缺失，而另一種方式是透過人工在溫室裡手動脫粒和測量數據，不但耗時費力而且費用昂貴。【延伸閱讀】透過電腦視覺系統提升不孕昆蟲技術的害蟲防治功效 　　來自澳洲阿德萊德大學農業、食品和葡萄酒學院與德國弗勞恩霍夫集成電路研究所X射線技術發展中心的科學家們，開發出一種電腦斷層掃描（computed tomography，CT）方法，除了比起傳統方法更加省時省力，甚至可以提供更微小的精確數據，分析以人力來操作困難且費時的性狀特徵，像是麥穗上的麥粒尺寸、形態學上的區別和重量的差異，而這些特徵當小麥在不同生長時間點出現環境壓力時就會產生相對應的變化。例如在先前的研究中已經觀察到經歷乾旱和熱逆境脅迫會引起某些類型的種子在形態上的改變。更重要的是，這種方法可以實現完全自動化，能夠在短時間內大量比對遺傳性狀不同的小麥，意味著將能夠透過大規模篩檢、分析穀物完成遺傳研究並訂定育種計劃，而這些實驗數據對於能夠確定小麥基因組區域和抗逆境脅迫機制的運作模式非常重要，從而加快能適應氣候變遷的植物育種過程。

畜牧產業為了維護家畜禽健康及發揮動物生長潛能，會在飼料中添加具有功能性的飼料添加物（例如益生菌及植生素），但只憑個人的經驗法則使用這些產品，往往只能說在飼料裡加了這些好料，「感覺上」能讓動物長得快、長得健康，卻無法得知怎麼使用是最佳配方，更無法了解使用之後的成本效益是否划算，因此，財團法人農業科技研究院（簡稱農科院）在「飼料添加物產學研聯盟」的基礎下，訪查聯盟成員從產品開發到上市時可能遭遇的困難，建立「飼料添加物研發及試驗技術服務平台」，旨在協助學研單位及產業界解決飼料添加物產品效益評估的問題，促進研究成果轉化成具應用價值的商品。 　　此外，因應友善環境的趨勢，應用異臭味檢測技術，評估飼料添加物在畜牧場的降臭效果，以改善環境品質及促進鄰里和諧。 飼料添加物產學研聯盟協助業者及學研單位進行確效及田間試驗，找出效果最好的添加物配方 飼料添加物類型多 有賴科學驗證找最好 　　經由行政院農業委員會輔導，農科院結合產官學研於103年成立「飼料添加物產學研聯盟」，動物科技研究所副所長林傳順說明，加入聯盟的飼料、添加物及動物保健產品等相關業者，從103年的33家，成長到現在已有180餘家，其中半數是具有製造廠的業者，這些業者有開發產品的製造能力及行銷通路，但仍需要田間試驗及功效分析的檢測平台，以在國內外產品推陳出新時，評估產品效益與市場競爭力，有鑑於此，聯盟成立至今已協助產學研各界完成超過30件產品試驗案，並成功衍生為商品上市，實際應用於產業。 　　林傳順說明，聯盟協助業者及學研單位進行田間實驗，藉由追蹤家畜禽（例如肉雞、蛋雞、仔豬、肉豬及母豬）牧場的實測結果，檢測生長表現、健康指標、免疫生化等各功效項目，找出效果最好的添加物配方或劑型，最後由農科院的產業分析團隊評估經濟效益，提供產品上市的分析，業者只要視需求進行專案委託，即可透過一系列的科學化驗證來獲得目標產品的效益評估或市場分析報告。 飼料添加物的型態有粉狀或液體，可視飼料種類與添加方式選擇使用 　　市售飼料添加物的劑型通常有粉狀、液體，可依照飼料的種類與動物的攝食習慣選擇使用。林傳順以寵物飼料添加物的商品化為例，業者為提升寵物對添加物的接受度，將飼料添加物做成液體，噴塗在飼料顆粒上，讓飼料表面塗佈保健物質；或是利用可消化的微型晶球包覆營養物質，混入飼料中，讓寵物吃飼料時可直接吃進這些保健成分。 有效利用農業副產物 減低豬隻排泄物氣味顧環保 　　而農業副產物透過適當處理技術也能有效利用，林傳順舉例，像是茶園修剪枝的去化速度慢，但是裡面仍具有茶葉的機能成分，藉由茶葉改良場關鍵的加值技術，將其中的機能成分比例提高，把抗營養物質等會影響動物耐受性的成分盡量降低，作為飼料添加物加入飼料中，有利於動物的保健，並減低畜牧場的硫化氫含量。 　　由於商業化集約式養殖的氣味問題，可能不利於牧場設備保養與動物健康，且部分異臭味跟環境中的水分結合後會產生腐蝕性，減少畜舍設備的使用年限，如果比空氣重的異臭味分子，通常沉積高度約在人類的腰部以下，對於家畜禽而言，長期生活在濃度偏高的硫化氫環境下，刺激其呼吸道粘膜容易生病。學研單位及產業界也積極地開發降臭訴求的飼料添加物來幫助減低動物排泄物的異臭味濃度是畜牧產業的趨勢，「養殖技術再好他人可能都不知道，但異臭味問題就可能引起鄰里抗議」，也面臨罰則，當減少這些異臭味排放量（例如硫化氫或氨氣），畜牧場在改善生產效率時也能兼顧環保，有利於產業永續經營。 善用飼料添加物可幫助減低家畜禽排泄物異味濃度（致臭原因），在提高產能時也能顧及環保 替代抗生素 減低屠體藥物殘留 　　對畜牧業而言，家畜禽採食多少飼料可以增加多少體重將關係到飼養成本，因此飼料換肉率的改善也是為檢驗飼料添加物成效的指標之一。舉例來說，原本豬隻吃2.5公斤的飼料會長1公斤的肉，但使用可促進營養分吸收利用的飼料添加物後，豬隻只需吃約2.3公斤的飼料便可長出1公斤的肉，可因此節省飼料費用以及縮短達到目標體重的時間，透過試驗可篩選出具改善飼料換肉率的產品，進一步減少飼養成本、創造利潤。儘管飼料添加物對於動物具有保健效果，但是在改變飼料口味後，畜牧業者會擔心影響家畜禽的採食意願。對此，林傳順說明在進行產品試驗，也必須測量家畜禽採食量，以便找出最佳的產品配方與添加量。【延伸閱讀】新飼料配方對於蝦類早期死亡綜合症有重大突破 飼料添加物產品功效檢測，圖中正在進行雞蛋品質分析 　　因應全球減用預防性含藥物飼料添加物的法規趨勢，畜牧業逐漸以機能性飼料添加物替代，冀望在發揮產能的同時亦可友善環境，並逐漸減少飼養過程中對藥物的依賴，降低細菌抗藥性的產生，對公共衛生與食品安全更具有正面意義，然而從研究發想到產品上市並不容易，需透過嚴謹的試驗設計與科學化評估程序，才能以數據分析成本效益，找出具動物保健效果又符合市場需求的潛力產品。