工業革命後的人類活動需要燃燒大量的石化燃料，雖然短期內可產生大量的能量以供社會進步與工商業活動發展；但這些石化燃料同時也是早期固定並儲存在地球上的碳，短時間內大量的碳排放已使得全球暖化逐漸嚴重，全球溫度提高會導致現有之生態系統改變，對人類造成不良後果。因此近年來各界極力推行生物能源碳捕集與封存(Bioenergy Carbon Capture and Storage，BECCS)的概念，以期有效減少大氣中的二氧化碳。 　　美國康乃爾大學(Cornell University)與英國Cinglas合作，提出了一個BECCS系統，此系統中包含一個121公頃的藻類培養設施與一個2,680公頃的桉樹森林。其中桉樹可作為生物質燃料，進行熱電聯產（combined heat and power，CHP）；而藻類與大豆相比，每公頃可產生27倍的蛋白質，除了具固碳作用外也可收集脫水後利用。研究中評估了生產總成本、用水量、生物量、營養素與碳吸收量、產生電力與環境影響等，與種植大豆相比，此系統除了可產生與大豆相同的蛋白質以外，還能額外產生61.5TJ的能量且每年封存29,600噸二氧化碳，因此可視為是一種具潛力的二氧化碳的負排放系統。【延伸閱讀】紅樹林藍碳估算新方法 　　然而，BECCS系統所座落的環境會影響系統運作時的效率和營運成本，且藻類後續的應用領域也會影響其銷售價格，因此此研究中所探討的成本計算只能作為一時參考，但也提供我們設置固碳系統的嶄新想法。

大氣、海洋和陸地是地球上的三大碳儲存庫，工業革命發生前，人類活動所製造的二氧化碳穩定地在此三大儲存庫中循環；但工業革命後，人類對能源的需求逐漸提升，短時間內大量燃燒石化燃料後產生的二氧化碳除了造成溫室效應外，也會透過碳循環進入海洋，造成海洋酸化(Ocean Acidification)，使得動物碳酸鈣外殼、骨骼與珊瑚礁的融解速度大於製造速度，除了不利其生長，更會影響現今海中食物網的穩定性。 　　先前瑞典的研究顯示，在人工模擬環境Mesocosm中，隨著海水酸性增加，大西洋鯡魚（Clupea harengus）的幼苗生存率會隨之提升。而德國基爾亥姆霍茲海洋研究中心（GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel）則針對酸化環境中浮游生物(食物量)的變化，間接觀察二氧化碳對鯡魚的存活性影響。該系統將鯡魚幼苗暴露於高二氧化碳環境（研究者預測本世紀末將達到760 μatm pCO2）長達113天，結果發現魚苗存活率顯著提高了19±2％，經過浮游生物的族群分析，認為可能因酸性環境導致浮游生物增加，使得鯡魚等高級消費者間接受惠；且鯡魚的產卵環境主要靠近海底，比起在海水表面產卵的鱈魚更具有存活優勢。【延伸閱讀】海洋酸化將會影響魚類嗅覺 　　除了酸鹼值變動，海洋溫度也是影響物種遷徙的因素，由於冷水溶解的二氧化碳較多，因此海中的二氧化碳能透過溫鹽環流帶到底層海水儲存。若海洋環境未來持續改變，則區域性海域的生物結構可能因其環境適應性不同而發生變化。 　　相關研究發表於<Nature Ecology & Evolution>

農業發展歷史悠久，各地農業隨著漸趨專業化的發展，風險管理問題逐漸浮上檯面，因此越來越多跨領域專家爭相投入於農業環境監測與風險預警的領域。其中，農作物的病蟲害預警系統是農業風險管控中不可或缺的一環，為了強化資訊蒐集，提供客戶即時與方便的服務，以色列的Saillog公司推出免費的手機應用程式-Agrio，用戶可拍攝疑似生病的作物照片並上傳到平台，經由人工智慧學習和視覺辨識計算以辨別植物病害，使其在短時間內收到作物診斷和處理建議。   　　Agrio的發展經過以色列、美國和印度的農藝師測試，於2017年時就可供Android和iPhone系統下載使用，此程式具有11種語言，包含英語、法語、阿拉伯語、印地安語、坦米爾語和越南語等。若是遇到較不常見的作物病害，團隊中的農業專家也能另外提供協助，相關結果也能紀錄於程式資料庫中以修正人工智慧的學習；隨著時間的推移，病害預測與判斷將會更趨精確。【延伸閱讀】結合小農經驗與人工智慧將有助於提升玉米產量 　　此外，Saillog最近宣布推出一項新功能-AgrioShield警報系統，能夠通知農田附近地區發現的病蟲害，並且提出農民可採取的早期預防方式以減少後期的產量損失；目前AgrioShield已發送了蚜蟲、香蕉葉斑病和晚疫病等7種已知病蟲害感染的警報。雖然Agrio是免費程式，但使用Agrioshield需負擔每月2美元的成本，公司考慮未來將降低價格以提高使用普及率。

擁有潔淨水源是人類生活的最低保障之一，然而隨著人類活動與工業汙染的增加，造成可用水已逐漸匱乏。地球上的淡水資源有限，主要包含在地底蓄水層、地表逕流和大氣層中，以及少量的海水淡化而得。居住於汙染地區的人們可能因為不乾淨的水源而感染疾病，或是為搶奪珍貴的淡水資源而造成國際關係的緊張。此外，由於全球氣候變遷漸趨明顯，使得極端天氣出現的頻率越來越高，在嚴重的天然災害發生後可能會發生無法預測的缺水情況，因此尋找穩定供應乾淨水源的方式便顯得十分重要。 　　地球上約有98%的海水水體，若是能找出適當的海水淡化方式，將對於人類未來生活有莫大助益。目前海水淡化方式主要為薄膜法及蒸發法兩大類，薄膜法是利用各式纖維薄膜隔絕海水中的鹽分，從而過濾出淡水以供人類使用；蒸發法主要是利用太陽能或其他能量來源加熱海水，蒸發出的水氣收集並凝結後就成為人類可使用的淡水。【延伸閱讀】新型微生物菌株A6可幫助處理水污染 　　考量到現今使用技術的轉化成本與能量耗損，海水淡化一直無法完全普及到現在的人類生活。美國德州大學奧斯汀分校(The University of Texas at Austin) 材料科學與機械工程系利用聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)和聚吡咯(polypyrrole，PPy)開發出一種混和水凝膠，同時具有可吸收太陽能的半導體性質和親水性質，這種水凝膠可幫助人們直接利用環境中的太陽能進行海水蒸發與淡化。經過室外測試，每天的蒸餾水產量高達18-23公升/平方公尺，且此種水凝膠能夠依據現有的海水淡化系統的需求進行改造。 　　研究人員採用死海中的水進行實驗，死海水體通過水凝膠後成功減少鹽度至美國環境保護署和世界衛生組織認定的飲用水標準，此技術目前已進行專利申請，未來也朝向商業化目標而努力，以應付全世界對淡水水體的需求。 　　相關研究發表於<Nature Nanotechnology>

甜度、口感、質地、顏色、尺寸、品種、栽種者、栽種地、生長環境是否優良、如何催熟、運輸時間以及營養價值多少等，究竟怎樣的番茄才是消費者想要的?一篇公開在農業未來(Future of Agriculture)網站的評論文章中，作者提出了未來農業區塊鏈(Blockchain)可能的雛形。過去科學家們叫針對農產品本身進行改良，透過強化作物的遺傳特性以符合鮮食、烹調或加工需求；若農產品的生產能夠配合大數據及區域經濟模式之應用，將能為農業帶來新一波革命。 　　文章中以番茄為例，農夫可以透過不同感測器對作物生長狀況(如溫度、濕度、光照等)進行監測，資料輸入至雲端後能成為每一顆番茄的生產履歷；而餐館、零售商或蔬果供應商則將消費者採買數據連結到番茄種植數據庫，使農夫更能準確依品種、條件等市場需求種植，平衡供需關係。美國新創公司Ripe.io就是透過這樣的服務，收集特定種植者的生產數據，並分享訊息給餐館或消費者。 　　雖然一般的交換資訊只存在於訊息雙方，並不需要用到區塊鏈規模，但面對多方消費者及多方供應商的情況，區塊鏈應用優勢就會浮現，搭配自動化感測器將數據隨時上傳到雲端，也能減少生產者不斷紀錄的麻煩。 　　此外，作者於另一評論提到區塊鏈在農業的五個潛在角色： (1) 提高食品安全：提高供應鏈透明度，間接淘汰條件不良之供應商，也可以在發生食品安全事件時快速查明問題來源。 (2) 建立可追溯性：不論消費者於何處購買商品，均能了解商品來源與加工運輸過程，防止仿冒產品充斥市面。 (3) 降低交易成本：透過區塊鏈資訊的幫助，創建更透明和高效率的供應鏈，集中原來散落四方的貿易能量。 (4) 開放新市場：資訊透明化之後，就不需要額外評估各方的可信度和執行能力，也不需要中間人和額外的保證金，直接建立信任和責任制，有效打開陌生市場。 (5) 便利後勤調控：農產品的保質期通常很短，透過建立在區塊鏈上智慧物流系統，就能提供更有效率的運輸與分配貨品。【延伸閱讀】世界自然基金會推出區塊鏈平台-OpenSC以增進供應鏈透明度 　　然而，距離區塊鏈真正應用於農業區域經濟還有一段路要走，不僅需討論農場內部的優化流程及數據處理責任，還要取得明確的監管共識；此外，系統整合也需要花費的人力與物力，因此需要再經過更多的評估，審慎進行為宜。

近年來資訊技術發展快速，無論是資料收集、儲存與分析資訊的方式均有重大突破，目前全球98％以上的信息都是以數位格式儲存的，除了搭配網路及各項軟硬體開發應用，機器自學系統的培養也是另一個熱門的開發項目。而IT技術於農業及食品業中應用廣泛，包含環境監控、即時圖像、遠端操控等，隨著智慧管理的觀念逐漸普及，如何良好使用大數據與兼顧農民利益將是未來主要議題。 　　由28個生產商、國際集團、供應鏈公司、環保組織和環保組織兩黨組成的聯合會聯署寄信給美國參議院農業委員會主席Pat Roberts與眾議院議員Debbie Stabenow，希望他們支持2018年農業數據法案〈Agriculture Data Act of 2018 (S. 2487)〉。該法案將加強美國農業部對生產數據的管理，除了便於研究各項農業措施之影響，也能同時兼顧農民的隱私。【延伸閱讀】歐盟推動大數據技術整合幫助提升生物經濟價值 　　為了提高農業生產者的利潤、保護環境與降低生產風險，故須保障適當的數據收集、審查與分析行為。S. 2487指示美國農業部創設安全數據庫與保密程序，除保障現有資訊外也同時保護個別農場生產者的機密資訊，禁止出售個別生產者數據，以提高生產者自願提供農業數據的機會。此外，也推動優化各農業相關部門的橫向資訊互通，整合作物產量、土壤健康與保護措施等其他的外部數據來源，並允許研究者公開關於土壤健康，產量變化和風險之間的重要總數據，這些資訊也可作為學術研究、技術援助、未來經濟規劃等依據。

除了方便人為操縱的自動化機械以外，機器人開發也是現今智慧化農業中炙手可熱的項目。機器人能夠全自動或搭配人員採半自動執行，幫助節省勞力與時間，還能搭配大量數據收集與整合，幫助使用人員進行資訊歸納與提供有利情報。 　　由美國伊利諾大學(University of Illinois at Urbana-Champaign)團隊開發的TerraSentia crop phenotyping robot於3月14日在2018年能源創新高峰會的技術展示會上亮相，機器人能夠在作物之間自動行進，使用各式感測器與攝影機進行偵測，並將數據即時傳送至操作人員的手機或電腦，只要搭配相應的應用程序就能使操縱機器人。 　　研究人員表示，TerraSentia是一種具學習能力的機器人，透過良好的機器學習演算法，就能夠先教導機器人辨識常見的作物疾病與性狀測量，如植物高度、葉面積和族群量。經過多次學習後所收集的資訊會越趨正確，而自動化數據收集和分析能夠協助了解不同品種作物之間對環境條件所產生的反應，幫助農民改善育種和栽種條件。【延伸閱讀】透明且如鰻魚般柔軟的水下機器人 　　一般認為，高度智慧化的機械裝置通常因體型笨重，較適合大面積且單一化栽培之區域。然而TerraSentia結構較為輕便，重約10公斤，寬約33公分，方便運送到田間，也容易於植株間行進，可同時掌握操作上的精確度與高效率。此種機器人不但在美國具有使用潛力，在巴西、印度等農業發展中國家亦是如此；由於這些地區通常面臨更加惡劣或多變的氣候環境，因此由機器人幫助掌控個別植株的遺傳特殊性更有助於農民管理和挑選適合的植株，也能夠排除人為辨認上的主觀認定與差異性。 　　美國能源部高級研究計畫局的TERRA(Transportation Energy Resources from Renewable Agriculture)計畫為開發TerraSentia提供了310萬美元的資金。今年春季，幾家主要種子公司、研究機構與海外合作者將針對TerraSentia進行現場測試，預計三年內能夠提供給農民使用，其中部分型號的成本低於5,000美元。

土壤鹽鹼化(soil salinization)常發生過度灌溉及排水不良之地區，因土壤中的鹽分隨著水分由毛細作用帶到土壤表層並堆積，造成土表鹽分過高，進而影響植物生理反應及產量。近年來隨著世界各國重視糧食安全議題，土壤鹽鹼化問題也逐漸浮上檯面，目前全球約有20%灌溉地區的鹽分過高。 　　水稻(Oryza sativa)是世界上主要糧食作物之一，對土壤鹽分較為敏感，若種植於高鹽度土壤中會導致產量嚴重下降。為了供應穩定糧食給快速增長的人口，開發水稻耐旱與耐鹽的相關特性顯得非常重要。而中國長沙湖南大學確認水稻中的STRK1(salt tolerance receptor-like cytoplasmic kinase 1)基因表現與改善水稻在高鹽度土壤中的產量相關。【延伸閱讀】最新研究發現數個可提升高粱產量的關鍵基因 　　在高鹽度環境下，STRK1基因表現量較高的水稻生長狀況較對照組佳，且產量也較高，顯示STRK1可能與水稻的耐鹽特性息息相關。一般的高鹽環境會刺激細胞產生大量的過氧化氫(H2O2)，影響植物正常的生理活性，使得葉片縮小、黃化、捲曲、植株矮化甚至於萎凋等情形，使得產量受到影響。而STRK1基因轉譯所產生的蛋白質會經由磷酸化作用活化細胞膜上的CatC(Catalase)蛋白質，促使其將過氧化氫分解，減少過氧化氫累積對細胞的毒害。相關發現可做為未來水稻育種時挑選的標靶基因之一，且幫助鹽分較高的土地維持一定的糧食產量。 　　相關研究發表於<The Plant Cell>

日本的Okunota Winery酒廠利用資訊管理技術、感測器技術與網際網路的結合，減少葡萄酒產業的農藥使用。總裁Nakamura Masakazu相信改善田間微生物環境有助於生產優質葡萄酒，因此自1998年開始葡萄種植以來，公司致力於保護土壤中的環境，透過將葡萄藤靠近在一起，迫使植根深根，並且使用不施肥、減少耕作的方法，將雜草留在田中以豐富微生物的生態環境。2010年Nakamura將部分農場借給富士通的員工，該公司建議將天氣感測器系統使用於田間，此系統以10分鐘的間隔自動收集並儲存有關溫度、濕度、日照和其他環境數據；因此Nakamura產生把這些數據用於監控葡萄酒生產過程的想法。 　　種植葡萄的過程中，需要使用殺真菌劑以減少葡萄真菌病害的發生；但以往農民無法確切掌握疾病大量爆發的時機，需要連續噴灑較高劑量的農藥以減少病原族群量。其實真菌在孢子發芽階段最為脆弱，透過數據收集與整理，施藥期間就可集中於少數幾天，濃度也能降低；因為農藥對環境的影響縮小，使得田間微生物更為活躍，收成後製作成葡萄酒的風味也更佳。 　　此外，由於葡萄酒是從葡萄汁釀造，80％的味道取決於水果的質量，因此自然環境的變化也成為造就葡萄酒風味的主要因素之一。日本也持續生產具有鮮明地方特色的葡萄酒，目前全國擁有超過250家酒廠，隨著用於種植葡萄的土地面積不斷擴大，開發商也逐漸投入為特定海拔、溫度和土壤的土地提供理想的葡萄品種。 　　長野縣東部千曲河(Chikuma)流域的農民也開始使用IT (Information Technology)管理田間，許多新葡萄酒廠和農民在Ueda、Tomi和其他地區等10個地點設置感測器，每小時測量6次溫度、濕度、日照和降水量，農民則輸入葡萄的各生長階段和蟲害控制記錄，研究人員再收集成熟的葡萄分析成分，並對所有數據進行分析，找出生長預測與最佳收穫時間。【延伸閱讀】以大數據解決全球植物問題之時機已成熟 　　為了使農民更易於自行輸入成長記錄，系統正在進行介面調整與測試，希望最後能讓農民在田間單手使用。Chikuma酒谷數據中心的研究員Kameyama Naoki解釋，此計畫是收集建立品質標準的數據，以便統一葡萄酒品質，推出具地區特色的品牌。收集數據也能作為教學工具，促使農民們分享、交換經驗，有助於地區的發展與繁榮。

受到疾病或意外影響，部分醫療人口需要經由器官移植才有復原的希望；雖然目前已有器官捐贈推廣及人工製造器官的研發，器官移植需求仍然龐大。以美國為例，每年就有超過十萬顆的心臟需求，但只有約兩千人能接受心臟移植；為解決此一困境，各界研究人員正努力找尋再生醫學發展之相關出路，包含3D列印技術、人造機械器官等，另外還有科學家正在嘗試製造含有兩種不同物種的嵌合體(chimaera)—希望人類器官能成功長在親緣關係較相近的豬或綿羊身上。 　　然而此種想法需要克服不同物種間的免疫排斥問題，成為再生醫學研究發展上的重大障礙，因此使用不同來源之多能性幹細胞(pluripotent stem cell, PSC)為另一種新的選擇，且PSC需具有良好的自我更新能力、分化多能性並與細胞移植之個體相容，才適合作為發展標的。2017年時〈Cell〉期刊已發表了關於PSC衍生物—種間囊胚互補(Interspecies blastocyst complementation)，提供了在動物身上產生人體器官的可能性發展研究。 　　首先分離一種動物的幹細胞，注入另一物種(宿主)的胚胎中，再利用CRISPR-Cas9編輯融合胚胎的基因組防止免疫排斥，通過此種方式，人體器官就能在其他動物體內生長。2017年時研究人員已在大鼠(rats)身上培養出小鼠(mouse)胰腺，且移植胰腺可以治療小鼠的糖尿病，也成功使注入人類幹細胞的豬胚胎存活28天；然而豬胚胎中的人類細胞數量約為十萬分之一，而目前預估成功的器官移植須至少達到百分之一的細胞比率，故此研究仍有突破空間。【延伸閱讀】利用DNA檢測食物中微量的花生成份 　　經過一年的改進與測試，加利福尼亞大學戴維斯分校(University of California, Davis)的研究人員Pablo Ross於2018年美國科學促進會上(American Association for the Advancement of Science annual meeting)宣布創造了第二個成功的人—動物嵌合體：0.01％的人羊胚胎。但美國國立衛生研究院目前禁止公共資助人畜混合動物，且法規規定不得使此種胚胎發育超過28天，這些外在因素也限制了相關技術的發展。 　　雖然再生醫學中所使用的方法皆具有不同爭議，但都為面臨死亡的病人提供一線希望，直至真正廣泛應用到臨床醫療之前，仍需醫界、工程界及生物科學界共同努力。

隨著科技演變，農業生產不再是單靠傳統的經驗傳承進行，隨著各項感測器的發明，前人所留下的古老智慧都將轉變為一條條可靠的資訊，搭配電腦運算與統計就能幫助農民進行科學化的管理，即時了解環境狀況以便實施改善方法，維持良好的產品品質。另一方面，自動化的感測器技術會加強天氣與土地等各種數據的收集，透過物聯網技術與應用程式開發，幫助相關農產業了解如何量化與精確化培養條件，就能降低生產技術門檻與研究時間。 　　日本軟銀集團旗下的公司PS Solutions於2015年開發了一款帶有人工智慧功能的小型農業感測器e-Kakashi。目前有大約300台e-Kakashi正在田間使用，這款感測器的外形美觀且安裝方便，不僅能記錄關於空氣和地面溫度、日照和累積溫度的數據，還能告訴農民這些數據的含義：例如，它會發送一條消息，指出日常溫度的累計總量已達到稻米準備收穫的程度。 　　e-Kakashi最大的優勢在於將專家分析的數據與豐富的農民經驗結合，透過多部感測器能找出區域內的環境差異，非常適合運用在葡萄園管理。e-Kakashi已在長野的葡萄園使用，用來幫助統一葡萄品質以釀造葡萄酒之用；此外，經由感測器收集當地風土環境的大數據，也有助於建立葡萄酒的品牌特性。【延伸閱讀】鑲嵌在葉片中的碳奈米管可檢測植物受傷時產生的化學訊號 　　目前處理大數據的挑戰在於分析、儲存、隱私加密、可視化、資訊共享以及關鍵字搜尋的精準度，如何適切地使用這些資訊並準確預測成果或是進行風險評估，是未來需要持續努力的目標。

自主水下載具（Autonomous Underwater Vehicle，AUV）是一種無人水下載具，外型多半類似小型潛艇或魚雷，根據不同需求搭配探測器，可幫助人類進行長期性、例行性的水下檢查或深海探勘。無人水下載具研發需要結合多種領域，包含材料創新、感測器、巡航及定位技術等，隨著機器人技術發展日新月異，無人水下載具逐漸朝向外觀自然且自動化方向進行。 　　美國麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology)計算機科學與人工智能實驗室（Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory，CSAIL）打造了一隻18英寸長單眼機器魚-SoFi，外殼由軟矽膠、柔性塑料和3D列印的元件組裝而成，而尾部則搭配液壓系統與精密感測器，使其能如同真實魚類般左右擺動。 　　傳統的無人水下載具通常體積較大，且馬達運轉所產生之噪音常影響海中生物，而SoFi構造則更為輕巧，包覆電子零件的頭部含有少量嬰兒油，幫助抵抗水壓，且感測器配置與柔軟的外殼使其在水中移動時可減少對珊瑚礁的撞擊；此外馬達噪音則盡量降低到不影響周圍生物，通訊系統使用30,000-36,000 Hz的超音波發送，以減少環境干擾，「魚翅」及浮力裝置的調整也可使得水中移動更為順暢。【延伸閱讀】邁向商業生產的花椰菜採收機器人 　　SoFi的開發展示了絕佳的防水、動力、材料的技術成就，不但能靈活地泳動、轉彎與潛水，還能搭配防水的Super Nintendo控制器使用，是第一隻能在三維空間中長時間自由活動的機器魚。在最近的斐濟彩虹礁的潛水測試中，SoFi的游泳深度超過50英尺，時間長達40分鐘。未來，該團隊打算讓SoFi更加智慧化，使工作人員在沒有潛水員的情況下也能做出決策，最終希望將該技術提供給其他生物學家，幫助收集海洋生物和氣候變化的相關數據。 　　相關研究發表於〈Science Robotics〉。

過去數百年來，工業革命帶動人類生活與科技的快速發展，開採與使用的石化能源也導致溫室氣體大量排放，使得全球氣候變遷逐漸加速，而再生性極低的石化能源也正逐漸枯竭中。為解決此一困境，各國政府與科學家正努力尋找減少溫室氣體排放與氣候變化的方法，其中一種令人矚目的方向是生物燃料的開發。 　　近年來，利用玉米或大豆所生產的生物燃料已成為機器動力或燃料的來源之一，這種以糧食作物為原料轉化的「第一代生物燃料」在種植此類作物時會壓縮其糧食用途，因此部分地區則利用非糧食作物或廢棄物的纖維素為原料進行轉化，是為「第二代生物燃料」。其中美國科羅拉多州立大學(Colorado State University，CSU)則開發柳枝稷(switchgrass)作為新的原料。柳枝稷是北美洲原生的多年生草本植物，具有容易繁殖、草梗粗壯、根系深、環境適應性強等特點；相較於種植玉米，柳枝稷所花費肥料與灌溉成本更少，故具有做為生物燃料的絕佳潛力。 　　研究團隊利用一種稱為「DayCent」的生態系統建模工具進行模擬，此系統可通過追蹤農業系統中的氣候狀況、土壤因子、植披覆蓋等因素推測碳循環與氮循環之狀況，幫助科學家評估某地區生產某植物的可行性。透過DayCent模擬堪薩斯州西南部商業化種植柳枝稷的狀況，並量化相關燃料生產成本和溫室氣體排放量，顯示種植柳枝稷進行生產會比美國再生燃料之標準少22 g CO2 e MJ−1。【延伸閱讀】新型技術以3D虛擬模型建構禾本科花朵結構 　　綜上所述，柳枝稷非常適合做為第二代生物燃料來源，且生產所製造的碳足跡更低。此外，以前對纖維素生物燃料的碳足跡研究集中在生產農場和製造工廠之間的距離；然而經CSU分析發現，生產植物的地點和生產方式對於碳足跡計算也是極為重要的部分。相關研究發表於<Nature Energy>

大腸桿菌廣泛存在人體或動物腸道內，其部分菌種會引起下痢、腹痛等症狀，因此稱為「病原性」大腸桿菌。最具代表性為腸道出血大腸桿菌，為一種人畜共通菌，主要存在於牛、羊腸道與排泄物內。當食品被檢驗出含有此菌，即已受到直接或間接的糞便汙染，故常被作為飲水、食品衛生檢定指標。 　　根據美國疾病管制與預防中心統計，其中由賀氏桿菌毒素產生的O157:H7型大腸桿菌，已導致每年有超過6萬人受到感染，甚至有20位的個案死亡。但值得注意的是，O157:H7型大腸桿菌並不會使牛群生病或有其他臨床症狀，因此在飼養過程中容易被忽略。美國康乃爾大學獸醫學院Renata Ivanek副教授表示，近年相關研究多利用益生菌、抗生素、疫苗或飲食策略等減少牛群排泄後糞便內的大腸桿菌量，以幫助改善動物管理的問題，然而這些方法所呈現的結果並不明顯。【延伸閱讀】未來牛舍的設計將為乳牛和氣候變遷保留更多的緩衝空間 　　因此Ivanek團隊與其它研究者合作，發現農場中牛隻所飲用的水槽，可能作為病原性大腸桿菌的汙染途徑之一，牛群經由飲水過程將病原菌藉著糞便傳播，而此項研究近期刊登於PLOS ONE期刊。團隊分別於2014年與2015年間的兩個夏季進行隨機對照實驗，比對降低水槽水量與正常控制組的影響，採樣牛群糞便與水槽飲用水之大腸桿菌數（包含常見大腸桿菌與O157:H7型大腸桿菌）。團隊預期降低水量能預防大腸桿菌散佈，但實驗結果發現O157:H7型大腸桿菌濃度卻比控制組高約3成。 　　雖然可懷疑低水量是否易使牛吞入底層碎屑而吃入更多細菌，或高水量將大腸桿菌的濃度稀釋，不過目前樣本數仍不足必須投入更多研究。因此團隊正積極研究相關實驗，並希望未來也能從季節與溫度角度探討，了解大腸桿菌如何傳播的機制，幫助畜牧業減少用藥成本與動物健康管理。

全球農業目前面臨著人口爆炸和氣候變化帶來的巨大挑戰，全球暖化嚴重影響乾燥地區可耕作用地之數量，為了滿足糧食供需，提高糧食安全，因此尋找促進作物生長與生產的方法刻不容緩。國際生物農業中心(International Center for Biosaline Agriculture，ICBA)、阿拉伯阿布都拉國王科技大學(King Abdullah University of Science and Technology，KAUST)、荷蘭瓦赫寧恩大學(Wageningen University)與德國聯邦種植植物研究中心(Julius Kühn-Institut，JKI)提出了「Darwin21」計畫，旨在調查沙漠微生物及乾燥地區重建永續農業系統的應用。 　　作物需要更強的抗逆境能力，育種技術與基因工程雖可解決此一需求，但也耗費大量時間；若是可以現有之微生物直接或間接輔助植物生長，則更能節省時間和成本。存在植物根圈附近的微生物能夠影響土壤性質與植物健康，故DARWIN21計畫的其中一個項目為探索沙漠微生物多樣性，期望能在高溫、高鹽或缺水條件下仍然存活的先鋒植物找出提升其存活率的根圈微生物，並調查其在沙漠及其邊緣地區改善農業永續性的潛力，藉此重建當地農業。 　　由Heribert Hirt教授所帶領的團隊就針對了SA187細菌進行研究，此細菌從一種稱為「木藍(Indigofera argentea)」的沙漠植物根留中分離；經過全基因組定序，目前已發現其具多種促進植物於逆境中生長的基因。此外，受到SA187細菌處理的阿拉伯芥(Arabidopsis thaliana)幼苗於逆境中的生長較未處理組更佳，顯示細菌可調節其酵素分泌以幫助植物健康生長。而該團隊將SA187細菌的基因組進行分析，發現它可能屬於腸桿菌科(Enterobacteriaceae family)內的新屬，此結果尚待進一步調查，才能準確描述其分類地位。【延伸閱讀】研究可抵抗多重逆境環境之關鍵基因 　　該團隊還開發了此細菌的應用性，現在正創建一家非營利性公司，向世界各地的貧困農民推廣SA187，於播種前塗在植物種子上，希望能夠增加農民收成，以改善其農業生產與生活。

細胞間的訊息依其分泌的胞外囊泡(Extracellular vesicles, EVs )傳送，通過血液或體液傳達到身體其他區域，這些囊泡扮演著溝通與微環境調節的角色。因此囊泡運輸系統中與疾病相關的生物標記分子(biomarker)，可作為協助癌症、心血管或血液疾病的臨床診斷之用。但囊泡顆粒為奈米大小，具高擴散性及流動性，因此分離過程較為困難且耗時，傳統上需要依靠超高速離心機執行。 　　來自新加坡國立大學(National University of Singapore)研發新型裝置，名為microfluidic CEntrifugal Nanoparticles Separation and Extraction (µCENSE)，具有短時間分離與疾病相關的循環生物標記分子(Circulating biomarker)之相關潛力。此項技術較為簡單、快速且方便，能幫助臨床液態生物檢體(liquid biopsy)診斷。 　　研究團隊首先利用微流體離心技術(Microfluidic centrifugal technique)，分離癌細胞培養液中的囊泡。將樣本置入具有特殊設計之彎曲分離微通道的μCENSE晶片，之後把μCENSE加裝至一般實驗室專用之離心機，以離心力分離界於100-1000奈米(nm)的囊泡。透過分析其中的核酸與蛋白質等biomarker成分及含量，便能協助特殊疾病的檢查及診斷。【延伸閱讀】以犬骨、羊骨做為家鴿骨折的新興固定材料 　　研究顯示，此裝置能成功分離出帶有標記分子CD63的囊泡，且分離速度比傳統的超高速離新技術快100倍。目前團隊正積極朝向優化μCENSE晶片設計以增加分離量。希望此項技術未來能協助臨床癌症、心血管或血液疾病等研究，或許在未來也能將其擴增應用於動物醫學領域，加速動物疾病診斷與生理途徑相關研究等，保障動物健康及福利。 　　相關研究發表於AIP Biomicrofluidics

在農業與盆栽園藝中，泥炭苔(Peat moss)常被作為無土栽培的重要介質；因其有層層薄壁細胞，能將水分與空氣容納於其中，具良好吸濕性，並可吸附養份，幫助植物固著與平衡生長環境而被廣為使用。 　　泥炭苔主要由高緯度寒冷地區之苔蘚類(Moss)植物經長時間腐化所沉積形成，且大部份發生的地點位於沼澤中。由於沼澤泥炭累積過程緩慢，每年深度不超過一毫米，故其被視為不可再生的自然資源。此外有專家指出，在泥炭苔的開採過程或是作為混合介質使用於盆栽種植時，容易造成二氧化碳釋放於大氣中，增強溫室效應，因此為了維護自然環境，現已有許多高緯度國家不再開採。 　　在最近的一項研究中，美國伊利諾大學厄巴納大學-香檳分校的作物科學系助理教授Andrew Margenot與選用選伐林(Selective logging)中的軟木(Softwood)製成生物炭，替代泥炭苔進行萬壽菊盆栽種植研究。生物炭類似於木炭，藉由有機質廢棄物如玉米桿、風傾草(Switchgrass)、稻桿等，於無氧環境下經過熱裂解(Pyrolysis)過程所製成，其性質會因原料和熱裂解溫度而異；且生物炭分解非常緩慢，因此有助於將碳封存於土壤中，減緩大氣中二氧化碳濃度。【延伸閱讀】研究人員將澱粉和纖維素結合在一起以開發出可水解塑膠 　　研究團隊指出生物炭其酸鹼值(pH)可高達10.9，對於植物生長較為困難，發芽初期容易造成缺氮、矮化或葉綠素減少等徵狀。但根據實驗結果，種植於溫室中的萬壽菊仍能完成生命週期至開花結果，且萬壽菊外觀性狀未受影響；最後測得盆栽混和介質之酸鹼值也被中和，其推論是由於植物根部與盆栽內混合介質進行自然過程的離子交換所造成。 　　雖然以生物炭作為泥炭苔的替代介質，有理論負面影響，但在萬壽菊實驗發現效果良好，因此仍有潛力應用於其他商業化盆栽植物之種植與研究，以間接幫助大氣中溫室氣體濃度減少，維護自然環境。 　　相關研究發表於 Industrial Crops & Products

針對現今人口快速增加，即將面臨的糧食不足問題，人工智慧(artificial intelligence, AI)技術是否可以應用於農業領域，協助解決此一難關?目前已有許多公司將AI運用於農業，提高農產品生產效率。 　　加拿大San Jose的Resson公司開發比人眼更精確的影像辨認系統，可偵察與分辨植物病蟲害疾病，Resson公司和McCain Foods公司合作，已將此技術運用於馬鈴薯生產線上，減少馬鈴薯生產之損失。 　　新成立的Orbital Insights、Descartes Labs、Gro Intelligence與Tellus Labs公司，利用人造衛星影像、氣象資訊、歷年生產資料，開發預測軟體。Tellus Labs公司表示利用此預測軟體可以比USDA報告提早一個月，得知生長季節中每日農產品之產量。 　　位於美國聖地牙哥市新成立的Slantrange公司，成功開發準確量測作物與雜草數量之影像偵測機，可使用於美國中西部與南非等植物種植較稀疏之沙質土壤地區，Slantrange公司近期與Bayer Crop Science公司合作，共同從事植物生產工作。 　　AI與農業機械結合最成功之案例是位在美國加州Sunnyvale的Blue River Technologies (BRT)公司，運用自動化辨視噴灑(See and Spray)系統，有效消滅棉田中的雜草。利用AI分析高解析度影像，辨認雜草種類與所在位置，精確噴灑除草劑，有效減少90%除草劑之使用量。【延伸閱讀】以次世代人工智慧技術加速孕育抗性作物品系 　　另外，AI也應用於植物生產領域上，孟山都(Monsanto)公司在玉米育種方面，利用過去累積15年之田野試驗資訊和分子標誌技術，預測並擬定在一年期田間試驗中，具有最佳表現型之育種策略，加速玉米育種時程，相較於傳統育種方式，孟山都公司藉此方式可擴大生產線規模達5倍以上。 　　AI在農業上之運用，目前已初見成效，未來仍需要農民與各界持續提供田間農作物資料，建立完整農業大數據資料庫。同時，期待AI此強大工具，在不久的將來，能夠在農作物品種改良、提高生產效率與產量方面，具有更多突破性之發展。