今年(2024年)2月起IIJ與千葉縣白井市有了一項新的合作，同樣以智慧化方式，提升當地名產梨子的產量，並解決當地長期鳥獸災害，同時改善當地從農民高齡化問題。 　　目前這項計畫處於示範實驗階段，IIJ以白井市約68.5公畝的水田為實驗基地，導IoT與無線通訊等相關設備。如下圖所示，試驗應用開發中的水田感測器，自動測出水位與水溫，再由遠端操作自動供水。並同步測試透過氣象感測器，以LoRaWAN、Private LoRa、Wi-Fi HaLow等方式進行數據傳接收。 　　此外，還能夠透過本系統確認生產現場的感測是否正常運作、人力勞動負荷問題與節水方面的成效，並評估最重要的農作物產量與品質評價。 　　除了硬體設備的導入之外，IIJ尚提供了IIJ水管理平台，讓農民、白井市等相關人士皆可以透過智慧型手機與電腦公開取得資訊。IIJ目前為2024年度日本農林水產省資訊通訊環境應用籌備委員會的負責窗口，協助農村基礎設備管理智慧化、達到省工與提升生產效能之效益，目標是希望透過資通訊環境的整備，促進地方振興與活化。【延伸閱讀】- 日本發展區域型Local 5G新農業技術-以東京智慧農業為例 圖一、白井市水田實驗階段之總體示意圖

農業部茶及飲料作物改良場發布資訊指出，8月3日為茶改場場慶暨機關開放日活動，當天現場正式推出「臺灣橙茶」，此為97年推出「紅烏龍茶」製程後，時隔16年推出的新茶類製程。 　　關於「臺灣橙茶」製程，茶改場長蘇宗振說，有3大特色。茶改場說明，此製程以機採茶菁作為原料，利用長時間萎凋，加上靜置不攪拌，取代費時費力的茶菁攪拌過程，可達省工目的。 　　其次，輔以低程度炒菁、揉捻整型，再於陰乾控制茶葉發酵達穩定品質後，以烘箱乾燥，可減少能源的使用，具低碳特色。經此製程所製作的新茶類，散發出獨特的花果香氣，口感清爽圓潤，風味多元。 　　茶改場慶活動現場的民眾也給予正面評價，茶改場指出，民眾對「臺灣橙茶」做成的茶品富含梔子花、野薑花、芭樂、梨子、橄欖與柑橘等花果香氣，並具有蔗糖甜香及青草、薄荷清香，以及甘甜圓潤的滋味，多表示喜愛；已有單位洽詢，可能朝特色茶方向發展。 　　茶改場公開化學分析佐證 ，「臺灣橙茶」在茶湯總可溶分、總游離胺基酸、總還原糖、總多元酚等成分上，都高於對照組的傳統白茶，且揮發性成分中的花香及果香化合物顯著較高，驗證具有新風味特點。【延伸閱讀】- 日本GABA烏龍茶改良新技術

豆科作物與根瘤菌形成共生關係，可將大氣中的氮固定在根瘤中。然而，這些根瘤易受到溫度變化、乾旱、洪水、土壤鹽分和土壤氮含量升高等環境壓力的影響。 　　丹麥奧胡斯大學(Aarhus University)、西班牙馬德里理工大學(Polytechnic University of Madrid)及位於法國的歐洲同步輻射中心(European Synchrotron Radiation Facility, ESRF)的研究團隊合作發現，豆科作物利用鋅作為次級信號，整合環境因素並調節固氮效率。【延伸閱讀】- 了解豆科植物如何為根瘤菌提供氧氣，為根瘤轉移至非豆科作物做準備 　　研究人員發現一種新型的鋅感測器，稱為Fixation Under Nitrate(FUN)，這是一種重要的轉錄調控因子。在土壤氮濃度高時，FUN會控制根瘤的分解，並受一種可直接監測細胞內的鋅含量的特殊機制所調控。 　　研究顯示，當鋅含量較高時，FUN會失去活性形成大型的絲狀結構，而無法正常發揮作用，相反，當鋅含量較低時，FUN被釋放而恢復活性與發揮作用。【延伸閱讀】- 用鋅生物強化的微型菜苗能作為協助緩解營養缺乏的優良蔬菜來源 　　從農業角度來看，持續的固氮作用有助於增加豆科作物的氮可用性，還能為共栽作物或依賴豆科作物後期土壤中殘留氮的作物提供氮源。這不僅為未來研究奠定基礎，還提供了管理農業系統的新方法，有助於減少氮肥的使用，並降低對環境的影響。 　　研究人員正在制定優化豆科作物固氮過程的策略，旨在增加氮的供應，提高作物產量，並減少對環境和經濟成本高昂的合成肥料的依賴。同步研究FUN產生和解碼鋅信號的機制，並期望應用在其他豆科作物如蠶豆、大豆和豇豆等。

如何減少農業活動中二氧化碳和甲烷等溫室氣體的排放，提升農地的碳吸收能力，讓農業從溫室氣體的「排放源」轉變為「吸收源」，農業脫碳化成為解決的關鍵鑰匙。然而，這過程並不容易，特別是氣候變遷的驅使下作物生長環境變化、生產力下降，早已嚴重衝擊農業生產者。對此，世界各國積極提出相關政策和技術開發，推動農業脫碳化，協助農業生產者應用新技術排解經濟壓力，以韌性因應這項外在長期危機，以下詳細探討相關的挑戰與可能性。 氣候變遷與農業間的關聯性 　　隨著溫室氣體排放增加，全球暖化加劇了極端氣候與氣候條件的變化，農作物的生長深受影響。與此同時，農業雖為溫室氣體的排放源，卻也為固碳增匯帶來貢獻，充分顯示農業脫碳化有利於實現永續農業之目標。 世界各國因應農業脫碳化之對策 　　世界各國正積極推動農業脫碳化之各項因應措施，例如，法國提出「千分之四倡議」（4Per 1000 Initiative），以增加土壤碳含量減緩氣候變遷影響性為目標。其內容主要推動土壤的永續管理，讓土壤有機物每年達到0.4％成長率。另外，澳洲則是導入「碳農業」制度，農地的土壤碳儲存量可作為碳信用額進行交易，成為農業生產者新的一項收入來源。【延伸閱讀】- 農田減排、增固碳、增碳匯的科學管理 　　此外，國際間也致力發展「氣候智慧型農業CSA」(Climate-Smart Agriculture)的公私夥伴關係，藉以平衡糧食發展與氣候變遷，在維護農業系統與因應全球暖化上發揮更具體的作用。【延伸閱讀】- 【減量】什麼是氣候智慧型農業 農業脫碳化與再生能源的應用 　　為實踐農業脫碳化，再生能源應用同樣不可或缺。例如：在農地上設置太陽能發電設備或風力及地熱發電，將產生的電力用於農業生產上。另一方面，由氣候組織（The Climate Group）和碳揭露計畫（Carbon Disclosure Project, CDP）共同主導的再生能源協議RE100（(Renewable Energy 100），主要以企業使用的電力100%來自再生能源為目標。農業領域也正朝此方向推進。 農業脱碳化之技術開發 　　新技術方面，農地土壤碳儲存技術，透過適當使用肥料、堆肥以及植被管理等有助於農地土壤中吸收和儲存碳，讓農地可作為碳的吸收源。另一方面，為了減少農業生產中的能源消耗，節能型設施、設備也不可或缺。例如：節水型灌溉設備和高效智慧機械，皆助於實現環保農業。再者，農業機械電動化對於減少燃料消耗和二氧化碳排放，不僅可有效達到脱碳化效果，更能提高作業效率，減輕農民負擔。 碳信用與農業新收入來源的可能性 　　由於碳信用可以作為碳交易的額度，特別是農業中的減排活動，有助於為農業創造新的收入來源。目前碳信用取得來自農業領域中生物碳應用、有機農業與再生能源等項目。 農業脱碳化與地方再生的連結性 　　地方再生與農業脱碳化有著深厚的關聯。直接利用在地資源，不僅可以減少農業的碳排，亦可促進地方活力。特別是當地有機農業、再生能源應用，不僅促進產業成長，對於整體環境改善也有積極作用。此外，農民可透過與在地企業鏈結，進一步加速農業脱碳化。例如，利用在地企業產生的廢棄物進行生質能發電，不僅為地方創造就業機會，同時活絡地方經濟。【延伸閱讀】- 國際間以生質能為主的負炭技術發展趨勢 農産品的「脱碳可視化」措施 　　為了讓農產品的脱碳效果可視化，可利用「碳足跡」計算工具，計算並在產品上顯示從生產到出貨過程中，每個環節所排放的二氧化碳量。藉此，讓消費者在購買上有新選擇，並藉由市場的銷售讓友善環境農產品有了新契機，且同時激勵生產者建立綠色生產體系。 農業脱碳化未來面臨挑戰 　　農業脱碳化為實現永續社會的重要方向。目前，相關新型技術研發正如火如荼進展中，包括再生能源應用、土壤碳固定技術的推廣、各式節能性設施・設備導入以及農業機械的電動化轉型。此外，碳信用作為新的收入能源也備受關注，相關資訊的可視化，以及提供消費者的資訊傳播也十分重要。透過上述相關措施方案，期待未來的農業活動，可以在減緩氣候變遷上發揮重要作用。以更積極的態度面對農業脱碳化的挑戰，持續探索新的可能性。

甜菜糖的製造過程每一步的產物都有不同功能。首先將採收後的甜菜根切片成條絲狀，浸泡溫熱水中可萃取成糖漿溶液，而使用後的甜菜渣乾燥後，可製成甜菜顆粒狀飼料，提供當地家畜循環再利用。再者，萃取的糖漿溶液加入石灰和二氧化碳後去除糖漿中的雜質，過濾出來的LIMECAKE粉末（CaCO3和有機混合物）可作為土壤改良資材。 　　由於LIMECAKE粉末含有３０％的鹼性成分，可作為土壤pＨ值調節劑，有效調節農作物或飼料作物生長，維持農地永續力。 　　甜菜糖的結晶過程為透過上一階段將水蒸發後濃縮的糖漿再煮沸，並利用真空加壓離心機的高速運轉分離出結晶與液態的糖蜜。北海道的Hokuren農協與東京大學合作，應用甜菜製糖加工過程中產生的副產物「糖蜜」作為培養微藻類的營養來源，進行大規模培養並提高微藻生產力的共同研究。 　　由於從微藻類培養過程中從細胞生成的油脂可應用於生物燃料與機能性食品。這項計畫自2022年啟動後已成功進行1公升培養測試，去年（2023年）為了更進一步現場實證，位於中斜里製糖工場設置四台的10公升培養裝置，進行第二階段的培養測試。【延伸閱讀】- 應用微藻製造植物性乳製品-純素起士 　　北海道的Hokuren１除推動甜菜作為當地的經濟作物外，也提供甜菜種子的生產到砂糖銷售的一條龍產業服務。本項研究充分利用了Hokuren的產品製造滅菌技術、用於品質控制的無菌培養操作技術以及包含微生物在內的品質檢驗技術。計畫未來將持續與學術界共同投入國家相關研究，同時積極有效利用當地資源實現低碳、循環型社會。【延伸閱讀】- 美科學家將甜菜轉換為生物可分解包材 注1：Hokuren是一個由北海道農民團體所成立的組織，成立於1919年，目的是為了促進北海道農業發展，提供民眾安全及高品質之農畜產品，並作為農民與消費者之間橋樑，蒐集市場資訊，並協助農民行銷產品。（資料來源:農業知識入口網）

日本為實現 2050 年碳中和目標，2020 年編列了２兆日圓的「綠色創新基金」（Green Innovation Fund）作為十年研發預算。這項計畫由國立新能源產業技術綜合開發機構(NEDO)法人單位為執行單位，在以產官共同攜手合作的目標之下，提供企業至2030年間從研發、實證到社會落實等各階段的支援補助。 　　另外，為正確運用並有效執行基金，由經濟產業省的產業結構審議會之綠色創新事業推動小組負責決定各部會的補助計畫分配。同時，由各部會之下所設置的各領域小組負責審議各計畫實施的優先順序和基金補助款適當性，再由相關部會負責單位制訂研究開發與社會實施計畫，並依序對外公告。 　　農業領域方面，由農林水產省的農林水產技術會議事務局、林業廳、水產廳依循推動小組所提出討論與建議，於 2022 年制定「農業綠色低碳關鍵技術計畫」。其有關計畫研發議題如下： 主要三大研發議題： 1. 高機能生物炭之供給與應用技術之建構 　　利用微生物可提供肥料成分與促進作物生長之機能，研發增進農作物兩成以上產量的高機能生物炭，並藉此建構農產品的環境價值之評價方法。【延伸閱讀】- 加入生物炭的負碳環保混凝土 2. 高層建築物木造用的等向性大斷面木材之開發 　　以國產材料為原料，開發新型材料（可同時承受長寬方向載重的木質材料）的高效製造等向性大斷面木材之技術，增進國內高層建築物所適用的國產木材需求。並建構人工林的砍伐、使用、種植等循環應用模式，增進森林二氧化碳儲存量。 3. 促進藍碳的海藻床應用技術之研發 　　利用添加促進海藻生長的混合基礎材料和海藻移植輕型滾筒（僅占原有重量 1/4）等技術等整合應用，進而有效地恢復海藻床・開發海藻供應系統。【延伸閱讀】- 【增匯】新的水產養殖技術可以通過大量海藻幫助緩解全球糧食危機

亞蔬-世界蔬菜中心前身為亞洲蔬菜研究與發展中心，成立於1971年，就由改良品種、生產管理及採收後技術，幫助農民增加蔬菜產量，提高農村和城市貧困家庭收入，並為家庭和社區提供更健康、更營養的飲食，該中心總部設於台南善化，且世界蔬菜中心擁有全世界公部門最大的蔬菜種原庫，共有330個品種，逾6萬個種原品系來自155個國家，與我國學研機構共同努力，已推出42個耐熱、抗病蔬菜品種，在過去3年更提供超過4200個種原與品系。 　　本次簽署活動，農業部陳駿季部長、世界蔬菜中心主任沃培睿（Marco Wopereis）及10個試驗改良場所皆出席簽署，陳駿季表示，世界蔬菜中心是少數總部設在台灣之重要國際農業組織，旨在促進高營養價值蔬菜生產與消費，消弭開發中國家貧窮與營養不良問題。 　　陳駿季說，藉由本次合作備忘錄的簽署，農業部所屬農業試驗所、農業藥物試驗所、7個區域農業改良場及種苗改良繁殖場共10個機構，將強化與該中心的合作，借助該中心的國際研究網絡，並配合於去年甫落成的新實驗大樓及先進儀器設施，促進我國研究人員與世界頂尖研究人才交流，以提升蔬菜研究與種苗產業的創新動能。 　　沃培睿表示，本次簽署的合作備忘錄，標誌著雙方半世紀以來的重要合作里程碑，未來合作將特別聚焦於開發「超抗逆境」的營養蔬菜品種，這些品種能抵抗氣候與環境變遷所帶來的生存壓力。 　　世界蔬菜中心夥伴關係副主任王雲平表示，農業部歷年擔任中心的國家理事期間，對中心的經營與發展扮演重要角色，中心近年來與台灣公私部門合作協助種原繁殖，成功增繁超過1300個種原，公私部門可留下部分種子，有助豐富台灣蔬菜當地種原，部分種原也已陸續送回東南亞原產地延續傳承。【延伸閱讀】- 全球最大蔬菜種原庫就在臺灣 亞蔬世界蔬菜中心50週年

甘藷黑斑病(Sweetpotato black rot)是一種由真菌Ceratocystis fimbriata (甘藷長喙殼菌)所引起的疾病，自1800年代末期便威脅美國多達30%的甘藷作物。2015年時美國所有生產甘藷的州都經歷了史上最嚴重的災情，造成農業損失高達60%，雖然殺菌劑能夠協助控制這種疾病，但由於主要出口市場對殺菌劑殘留的限制不一定，該方法並不是一個可長期持續的解決方法。 　　近期一種新興的管理策略為應用一種經細菌分泌出的蛋白質進行育種輔助並開發抗病作物，該類蛋白質可以在分子和細胞兩種層面調節植物宿主，快速識別並選擇對該疾病具有抗性的植物，加速育種計畫，藉此方式建立抗病方法減少作物損失。而在科學研究上對Ceratocystis fimbriata (甘藷長喙殼菌)的生物學了解有限的現況造成了控制該真菌疾病的重重阻礙。 　　為了解決這個問題，美國北卡羅來納州立大學的科學研究人員鑑定了31種該真菌在感染過程中產生的蛋白質，藉此，研究人員了解真菌感染過程，並確定潛在宿主目標。此外，這項研究對病原體的進化及穩定性的看法為疾病監測提供了重要資訊，有助於更有效追蹤和管理Ceratocystis fimbriata (甘藷長喙殼菌)的傳播。 　　該研究為了解Ceratocystis fimbriata (甘藷長喙殼菌)的生物學提供了開創性的知識，透過該種細菌分泌之蛋白質進行輔助育種的潛在目標，儘管這些發現很有希望，但將其應用於實際疾病和植物育種上仍需更多時間研究。 　　研究人員認為從基礎研究到實際應用是一個相當漫長的過程，但它對於作物的恢復力和糧食安全具有潛在重大影響，使這項研究產生龐大價值，讓未來更易開發出抗病品種。【延伸閱讀】- 甘藷育種，市場地位轉換的奇蹟

人們逐漸意識農業生產對環境造成莫大影響，更加重視強化農地低碳生產與生物多樣性保育的重要性。近年來「再生農業」（Regenerative agriculture），以無使用農藥和化肥的自然再生的生產方式備受全球高度關注。對此，全球相關的食品及物流企業積極倡議其中，日本產學研界也紛紛投入於此項研究。【延伸閱讀】- 開發酸化處理GrAAS工法，連結低碳農業新技術 再生農法與溫州橘研究 　　再生農業主要是利用自然力量恢復農地生產力。雖然與有機農業有著相似作法，但在關注土壤的作用性仍有些差別。例如免耕式栽培及輪作，定期更改作物種類及種植位置等皆有不同之處。 　　另一方面，慣行農法通常會經由翻耕，將土壤搗至細碎，讓種子和幼苗更容易生長，並使用曳引機將稻草堆肥埋入土中。反之，免耕式栽培則採取不翻耕的方式，主要為了保留讓土壤中積累大量有機物和碳等優勢。 　　另外，種植高粱等禾本科綠肥作物時，無須採收直接作為肥料埋入土中，這樣做法不僅能夠預防病蟲害，同時還具有碳固定的效果。廢棄物轉化成有機肥料的技術應用同時也為再生農業的一環。 　　2022年，由NTT西日本、理化學研究所和福島大學等共八家產學研單位，針對土壤進行了相關研究，主要以溫州橘為標的，觀測種植地的土壤及其中的微生物與作物產量、甜度、香氣之間的關聯度，期盼透過研究結果，提高作物品質並緩解對環境負擔。 　　研究團隊在和歌山、熊本等八個縣市，共約兩百多個場域，進行有機農業和慣行農法的比對研究，探討土壤條件和溫州橘品質、產量之間的關係。其數據結果顯示，有機農業的微生物群落更加豐富多元。因此團隊在2023年擴大與從事有機栽培的企業合作與研究範圍。 　　NTT西日本方面，則是協助收集土壤和作物相關的大數據，期待透過「數位孿生」(Digital twin)的建置，未來能在虛擬空間模擬作物生長環境。【延伸閱讀】- 【減量】英國刮「再生農業」風－打造高儲碳農田，王室支持 全球大型企業領銜推動 　　全球食品與物流等大型企業紛紛將生態保育作為企業經營戰略的一環，這也促使「再生農業」受到高度關注，考量消費者和投資者的意識抬頭，企業也逐漸把「自然正成長」(Nature Positive）與「碳中和」等議題並列，作為重要經營議題之一。 　　「自然正成長」(Nature Positive）以維護生物多樣性，扭轉目前大量物種滅絕的現況，逐步恢復生態系統為目標。為了實現此一目標，人們開始將原材料中的農作物或物流配送時使用的食材，轉換成友善環境之作物。 　　知名跨國企業「百事公司」即是一例，為了實現自然正成長的目標，百事公司將自營農場中一部分的固定生產區域，積極轉換成再生農業。另外，聯合利華、沃爾瑪、嘉吉公司、星巴克、麥當勞等跨國企業也陸續表態支持。另一方面，戶外服裝品牌「Patagonia」利用過去以有機棉花生產商品的經驗，推出了再生農業認證計畫，並與其他公司聯手成立認證機構。 　　另一方面，世界銀行、世界企業永續發展委員會（WBCSD）、國際自然保護聯盟也加入此項運動，並於2021年成立「Regen10」官方組織，希望透過與全球5億多的農民合作，目標2030年未來食物將有一半以上是對人類、自然和氣候有正面積極貢獻的生產方式。【延伸閱讀】- 【綠趨勢】有助於食品系統實現碳中和的五項技術 藉以科學知識為後盾 　　農業對環境造成壓力的議題，應用科學知識加以緩解也是相當重要的一環。 　　在日本，農林畜牧業佔溫室氣體排放的比例約為4%（2019年度統計），佔全球比例高達23%（2007至2016年平均）。加上，全球居住面積約有50%為農業用地，化學肥料和農藥的使用將導致土壤劣化和水質污染。另一方面有96%哺乳動物是家畜的緣故容易造成環境污染的連鎖反應，對生物多樣性負面影響更是不在話下。 　　2022年聯合國召開第15次生物多樣性公約締約國大會（COP15），提出企業在生態系統維護應扮演的角色。為了促進企業披露對自然環境的影響，推動「自然相關財務揭露（TNFD）」並制定相關內容。 　　日本方面，農林水產省推動「綠色糧食戰略」，制定2050年減少一半化學農藥使用量、30％化學肥料使用量、並增加有機農業耕地面積至25％等目標。同時，積極建立有機農產品的購買資訊和物流機制，讓消費者更容易地取得有機農產品。 　　然而，農民在生產方面仍面臨諸多挑戰。例如，必須因應不同的天氣和土壤特性，採取免耕栽培方式並非適用於所有農地，以及連同輪作農法如何確保一整年有穩定的生產量等皆存在各種不確定因素。 　　目前，世界各國政府追隨跨國企業的腳步，開始轉變農業政策的方向。在日本，雖然生產者的反應仍稍嫌緩慢，期待在不久的將來，能夠與歐美相同，以企業作為領頭羊帶動行政部門和農民們朝著打造環保型農業的方向邁進。【延伸閱讀】- 直擊日本推動綠色糧食戰略重要兩張王牌-食品安全與有機農業

水是生命之源，同時也是任何經濟活動的核心。隨著氣候變遷和水資源的日益匱乏，水資源與衝突之間的相互關係變得日益密切，有效和永續地管理水資源對於減少紛爭、促進當地和平至關重要，而要實現這一目標，首先需要從監測水資源開始。 　　衛星遙測技術在監測水資源方面有著關鍵的作用，特別是彌補偏遠地區數據缺口的部分。WaPOR是聯合國糧食及農業組織（FAO）開發的一項工具，利用開放獲取衛星數據監測農業區域，包括受衝突影響的地區。FAO和各國相關部門利用開放數據，實施各項措施，以避免用水主體之間發生衝突，並識別出因衝突而受到破壞的基礎設施。 　　以下四個案例展示了WaPOR數據如何幫助監測水資源，進而減少衝突，並在衝突發生後協助恢復水資源供給。 1.敘利亞 　　2019年，敘利亞水資源部和遙測總局利用WaPOR數據，評估持續衝突對敘利亞灌溉基礎設施造成的損害，結果顯示水庫、廢水處理廠以及田間灌溉系統都受損嚴重，甚至完全損壞，水資源部則利用這些評估數據來擬定國家的重建計畫。 2.蘇丹 　　2023年4月蘇丹爆發武裝衝突，導致種子分發、田地整備等農業活動無法正常運行，透過WaPOR數據將2023年生長計平均值與前五年進行比較，以估算衝突對農業生產的影響，結果顯示與前幾年相比種植面積減少51%，主因為市場和金融機制中斷，導致農民無法購買農業用品，因此FAO安排在8月時分發種子，以趕上播種時間。 3.馬利 　　缺水導致用水主體之間矛盾不斷激化，使用WaPOR數據和相關工具建立衝突預測工具，重點針對動盪不安的地區，以採取化解衝突的措施，例如推動長期存在用水競爭關係的地區展開社區對話。【延伸閱讀】- 地表下消失的水域威脅地球的糧倉 4.斯里蘭卡 　　在斯里蘭卡，FAO實施Knowat(Knowing water better)計畫，利用WaPOR數據對水資源進行評估，並瞭解各用水主體及其用水量，以公平地分配水資源。在馬爾瓦杜流域，洪水與乾旱時常交替發生，氣候變遷和管理不善則使情況進一步惡化，借助WaPOR數據，可評估農業季節用水需求並提前進行計畫，有助於相關決策與措施的規劃，農技推廣人員也可以監測用水效率，並向農民們講解過度灌溉的危險與提出改善建議。【延伸閱讀】- 水資源再生循環!日本沖繩農業應用複合式發酵技術的節水循環系統

隨著全球人口持續增加，糧食需求日漸增大，科學家致力於研究新技術以提高農業效率，美國加州大學與卡內基美隆大學的研究人員在《自然》雜誌發表了一篇論文，提出利用奈米技術改善農業的幾種主要策略，並探討後續相關潛力應用方向。【延伸閱讀】- 奈米氣泡技術改善農漁用水的水質 　　奈米技術是一種研究和設計微觀物體的技術，尺度最小可至10－９ 公尺，比人類頭髮寬度小約10萬倍。這項技術目前在醫學方面已可完成藥物輸送，但在農業方面的應用仍未普及。而根據研究預測到2050年，糧食產量需求會比2020年更高達60%，但目前的農藥使用效率低，一半會流失到土壤中汙染地下水，而有效率更低，僅5%可達到預期效果，其餘則造成環境汙染。 　　農業活動對環境的影響也不容忽視，目前農業排放量佔全球溫室氣體排放量28%，加上極端氣候、蟲害肆虐及土壤退化等影響，使得我們需要尋求創新的農業技術以面對這些挑戰。【延伸閱讀】- 食物浪費X脱碳!全球面臨食物浪費對氣候變遷之影響與美日分析 　　研究人員發現，透過奈米技術可將殺蟲劑、除草劑和殺菌劑精準送到特定的目標，減少對環境的影響。目前正在積極開發以糖或胜肽為基底進行塗覆的奈米材料，這些材料能夠識別植物細胞和胞器上的特定蛋白質，利用植物的天然分子機制，將所需的化學物質準確引導到植物的葉脈、胞器或其他病原體感染部位，增強植物對疾病與不良環境因素的抵抗力，以此提高了農業生產效率，減少環境影響，有利提倡環保。 　　此外，研究更探討利用人工智慧和機器學習，透過設計奈米載體分子，將營養物質或其他農業化學物質送到植物特定部位。奈米技術於此可作為一個智慧助手，幫助設計具備精確農業特性的奈米粒子，逐步藉由實驗加以驗證與改善。 　　透過研究發現，奈米技術在農業的未來應用前景廣闊，除了可提高農業化學品的使用效率，減少對環境的負面影響，更可助於滿足全球日益增長的糧食需求，促進糧食永續生產。

永續農業的植物保健產品研發與應用 國立中興大學植物病理學系 黃振文 終身特聘教授 國立中興大學循環經濟研究學院植物保健學程 黃姿碧教授 一、前言  　　自1909年哈伯(Fritz Haber)發明人工合成氨的方法，化學肥料的研發及應用開始普及，也大幅提升了糧食的供應量，避免因世界人口急速增加，造成糧食危機。此外，自1940年代開始大量生產成本低廉的化學農藥，也變成農業生產的重要利器。雖然世界糧食產量大幅的提升，但由於長期大量使用化學農藥及化學肥料的負面效應也就逐漸浮現，例如: 大量施用DDT、BHC及含有重金屬之化學藥劑及化學肥料，嚴重傷害自然生態環境的平衡與人畜的健康，同時也造成土壤酸化，導致過量重金屬被植物吸收(楊，2004)；此外，也迫使土壤中多樣性的微生物逐漸單一化，喪失有效遏止病原菌為害植物的能力(Li et al., 2023)，進而降低作物生產力。因此為了維護農業環境資源永續，保護農作物健康，產官學界進行研發與應用友善環境的植物保健產品，已成為國內外栽培管理農作物的重要手段。  　　研製生物製劑產品替代合成的化學肥料及化學農藥，以提升作物的生長與產量，是對抗環境逆境沖擊及保護作物健康的重要方法。我們曾利用稻穀、蔗渣、蚵殼粉、礦灰等農工廢棄物成功調製「SH土壤添加物」，用於改良土壤及防治多種農作物的土媒病害，成效相當卓著。SH土壤添加物的防治原理，除了改善土壤的理化性質外，也大量促進土中的微生物增殖，證明SH土壤添加物誘發產生的微生物，是參與抑制作物土媒病害發生的重要因子。  　　因此我們團隊從2006年開始由台灣各地農田收集土壤與植物樣本，分離拮抗微生物菌種，依序在實驗室、溫室及田間進行測試分析，結果篩選出具有促進作物生長、防治作物病害及提升作物耐受非生物性逆境的多重功效之本土優良拮抗菌菌株，共計有Bacillus mycoides、B. subtilis、B. licheniformis及Streptomyces species等菌株。 　　我們利用工廠等級規模設備，將這些代表性的益生菌進行試量產製作成液態、粉狀及顆粒劑型的產品，除應用在農作物的保健外，並拓展單一微生物菌株製劑應用在畜禽及水產保健與環境污染復育等多種用途。此外，也利用植物病原菌Alternaria spp.菌絲體抽取的蛋白質，成功研發蛋白激活子製劑可以有效誘發植物產生抗病反應。本文主要目的在於分享我們由實驗室研究代表性微生物菌株的特性、功效與機理，拓展開發至商品化之植物保健產品及其於多元產業應用的經驗，以嚮讀者。 二、蕈狀芽孢桿菌(Bacillus mycoides)製劑產品  　　蕈狀芽孢桿菌主要存活於農作物的根系、植體內部及土壤中，是一種本土的農作物保健益生菌，其於培養基上的菌落形態特殊，極易辨認(圖一) (彭及黃，2019)。本產品的菌種發酵配方及發酵製程，經過不斷的修正改良，製作成液劑、粉劑及導入栽培介質與種苗根系的技術均已相當成熟。 　　在實驗室、溫室及田間試驗結果，證明商品化的產品可顯著促進高麗菜、胡瓜、長豇豆、蘿蔔、萵苣、番茄、草莓及水稻等(圖一)作物根系與植株的生育及產量外，尚可有效防治番茄萎凋病、胡瓜與甘藍幼苗猝倒病、番茄與胡瓜白粉病、草莓萎凋病、水稻稻熱病、水稻白葉枯病、青蔥銹病及草莓紅蜘蛛等。西元2015年迄今，蕈狀芽孢桿菌 (BM02) 的技術授權廠商，在台灣各地陸續證明BM產品在田間可以有效防治苦瓜白粉病，咖啡銹病、蔬菜炭疽病及葉斑病，水稻白葉枯病、紋枯病及稻熱病，茄子青枯病、蝴蝶蘭黃葉病等病害的發生(圖二)，並大幅提高農作物的產量(Huang et al. 2022)。 圖一、蕈狀芽孢桿菌BM02的菌落型態及其產品於田間應用可促進水稻、草莓的生長及提升產量與品質。(引用自Huang et al. 2022) 圖二、蕈狀芽孢桿菌BM02產品防治番茄白粉病、蝴蝶蘭黃葉病及茄子青枯病的效果。(引用自Huang et al. 2022)  　　探究B. mycoides BM02防治植物病害的相關機理，發現利用不同培養基培養B. mycoides，其所產生的氣體會抑制立枯絲核菌(Rhizoctonia solani)菌絲生長，其中B. mycoides 生長於含有黃豆粉的培養基，其所產生的氣體最具有抑菌生長的功效。進一步利用氣相層析質譜儀分析B. mycoides產生的氣體，其產生的主要氣體為二硫二甲基(dimethyl disulfide)。利用空氣採樣器 (Gastec model GV-100 gas sampling pump; GASTEC Corporation, Japan)與氨氣檢知管(Color Detector Tube No.3La; GASTEC Corporation, Japan)檢測，發現B. mycoides 亦可產生氨氣。 　　應用電子顯微鏡觀察發現立枯絲核菌菌絲經過B. mycoides 產生二硫二甲基與氨氣處理之後，會使得菌絲尖端出現膨大與畸形的現象；也會使得猝倒病腐黴菌 (Pythium aphanidermatum)原生質凝聚、細胞壁變厚及細胞壁邊緣呈現不規則的情形。此外，二硫二甲基除了會使病原菌菌絲變形或細胞膜破裂外，亦會誘導植物產生抗性，抵抗病原菌的感染，進而達到防治作物病害的功效。 　　應用螢光基因轉殖技術證明B. mycoides 可以內生於植株的維管束及依附於根毛(圖三)。利用次世代定序分析接種過B. mycoides的草莓植體，發現可誘導啟動抗病和開花相關基因之表現，佐證B. mycoides 可以促進草莓提早開花，增加產量與抵抗萎凋病的發生。 圖三、蕈狀芽孢桿菌內生於植物體內，可促進植物生長，並可產生二硫二甲基誘導植株啟動抗病反應。(引用自GASE Newsletter – Taiwan Research Highlight. 2021.5) 三、枯草桿菌(Bacillus subtilis)及地衣芽孢桿菌(Bacillus licheniformis)製劑產品  　　枯草桿菌與地衣芽孢桿菌，它們同歸屬為「枯草桿菌群」，也都具有產生耐受冷熱、乾旱、紫外線等環境逆境的內生孢子的能力，是美國食品藥物管理局 (US Food and Drug Administration)、歐洲食品安全局 (European Food Safety Authority) 及台灣農業部皆認可可作為農業、食品及飼料添加用的安全菌種 (黃及陳，2019)。我們團隊由台灣茶樹、番茄根部土壤、及菱角田中分別分離到本土枯草桿菌151B1菌株、枯草桿菌MCLB2菌株、枯草桿菌WMA1菌株及地衣芽孢桿菌EC34-01菌株，並建立工業化量產製程，以1500公升的微生物發酵量產槽產製之液劑菌量皆可達5×109 cfu/ml；也以噴霧乾燥機系統製備飼料加粉劑，所產製粉劑成品菌量可達5×1010 cfu/g以上。 　　我們開發微生物的生物農藥、生物肥料、生物刺激素及魚與豬飼料添加劑產品 (圖四)，皆已達產品上市規格。在研究室進行研究分析確認它們的作用機理外，也於田間及商業飼養場域進行功效驗證，證實發現此四株菌在植物保健、循環農業、畜禽及水產養殖均具有多元的應用潛力，可拓展應用於多種產業（圖四）。 　　我們團隊開發成功的B. subtilis 151B1液劑，也已經在符合世界經濟合作開發組織優良實驗室操作(Organization for Economic Cooperation and Development Good Laboratory Practice，OECD GLP)規範之毒理實驗室，完成口服及肺急毒性與致病性之安全性評估試驗，證實該液劑的安全性。 圖四、芽孢桿菌製劑產品可應用於植物保健、畜禽養殖及水產養殖之多元產業。 (引用自GASE Newsletter – Taiwan Research Highlight. 2021.5 及第二十屆國家新創獎)。  　　我們研發的芽孢桿菌B. subtilis 151B1、B. subtilis MCLB2、B. subtilis WMA1及B. licheniformis E34-01可研製成生物肥料提供植物生長所需要之營養；依抑菌機理，製成生物農藥用於防治植物病害發生；亦可調製菌種擴培處方作為生物刺激素提升植物於逆境生長之韌性，用於保護農作物健康 (Chiang 2010; Hermanto 2019; Lin 2015; Sung 2020)。【延伸閱讀】- 到2025年化學農藥減量化行動方案  　　此四株芽孢桿菌經實驗室、溫室及田間試驗證實具有促進草莓、白菜、甜椒、百香果及茶樹等多種植物生長，並提升產量與品質效果(Huang et al. 2022)。應用B. subtilis 151B1及B. licheniformis EC34-01於田間茶園應用，可分別提升金萱茶株單位平方公尺面積採收產量達307%及245% 。 　　將B. subtilis 151B1及B. licheniformis EC34-01製劑搭配以農業剩餘物高麗菜下位葉研製的CH100植物健素，應用於設施栽培小黃瓜，試驗結果顯示此兩芽孢桿菌單獨施用或搭配CH100植物健素之處理，皆能顯著提升小黃瓜品質及產量 (Huang et al. 2022)。這四菌株亦具有產生多種分解酵素的能力外，也有溶磷活性與產生吲哚乙酸等能力，可促進植物生長(圖五)；可登記作為溶磷微生物肥料，用於降低化學肥料之使用。 圖五、Bacillus subtilis 151B1具產生蛋白酶、澱粉酶、纖維素酶及脂解酶等多種酵素活性，並具溶磷活性與產生植物生長促進賀爾蒙吲哚乙酸之能力。  　　這四株芽孢桿菌菌株在植物保健皆具有抑制多種植物病原菌生長的功效，可防治多種植物病害，各菌株各有其不同特性及適用作物對象。其中B. subtilis 151B1對真菌、卵菌病原及細菌病原，如:茶及百香果炭疽病、木瓜疫病及番茄青枯病等病原菌均具有拮抗效果，可用於防治百香果炭疽病、百香果頸腐病、瓜類萎凋病、瓜類苗期猝倒病、小黃瓜露菌病與茄科青枯病(Chen et al. 2020; Hseih 2018; Lin 2015)。B . subtilis MCLB2菌株應用於番茄之栽培管理，則可較對照組降低46.7%番茄細菌性青枯病的發生 (Hseih 2018)；B. subtilis WAM1 可應用於防治茄科疫病 (Nurman 2019)；B. licheniformis EC34-01則對白菜炭疽病原Colletotrichum higginsianum PA01、胡瓜炭疽病原Colletotrichum orbiculare COC3及十字花科黑斑病菌Alternaria brassicicola ABA31均具優異拮抗活性，可以使檬果炭疽病之罹病度由 100% 降至 10% ，具有良好防治病害的效果。 　　研究芽孢桿菌防治病害的原理，發現這些微生物製劑都具有多重的防病機制。其中較特別的是B. subtilis 151B1可產生C14, C15 family surfactins及C14, C15 family iturin A等二次代謝產物，抑制病原真菌孢子發芽，誘發病原真菌細胞凋亡，並影響病原真菌之呼吸作用及能量代謝 (圖六) (Chen et al. 2021; Huang et al. 2022)。 　　B . subtilis MCLB2則能夠纏據在植物的葉表及根系形成近似於膜狀的結構，此構造又被稱作是「生物膜」，並可產生抑制病原菌生長的物質，保護植物免於受病原菌的為害 (Hseih 2018)。將 B. licheniformis EC34-01 以 SSM (Soybean meal-Surimi-Molasses) 培養基培養之醱酵液粗萃取液以高效能液相層析 (HPLC) 收集獲得之活性化合物，經鑑定比對後確認可抑制炭疽病原菌之孢子發芽成分為金雀異黃酮素 (genistein; 5, 7, 4’ – trihydroxyisoflavone) (Chiang 2010; Huang et al. 2022)。此外，我們的研究亦證實B. subtilis 151B1及B. licheniformis EC34-01可誘發胡瓜PAL、POX及PR1a等植物防禦相關基因表現 (圖七)。 　　探討B. subtilis 151B1應用於田間百香果栽培對其根圈微生物相影響顯示，施用B. subtilis 151B1後，並不會影響根圈土壤中微生物物種之豐富度及多樣性，反而會改變原棲居微生物物種之組成，降低根圈Rhodanobacteraceae 及 Burkholderiaceae細菌、Fusarium spp.及Penicillium spp.等病原菌叢，增加芽孢桿菌科及乳酸菌科細菌及Trichoderma spp.族群量 (Huang et al. 2022; Huang et al. 2020)。綜合上述結果顯示，B. subtilis 151B1、WMA1、MCLB2菌株及B. licheniformis EC34-01具有防治多種作物病害的功效，可登記作為生物農藥。 圖六、Bacillus subtilis 151B1可影響病原真菌-百香果炭疽病菌之呼吸作用及能量代謝。左，阿爾瑪藍之細胞代謝活性測試 (Alamar Blue assay)；右，粒線體膜潛勢JC-1染色。 圖七、Bacillus subtilis 151B1 (BS) 及Bacillus licheniformis EC34-01 (BL) 具有防治作物病害的功效，並可誘發胡瓜PAL、POX及PR1a等植物防禦 (抗病) 相關基因表現。  　　全球暖化引發的異常天氣發生頻率與日俱增，尤其乾旱及淹水等逆境對作物生產造成嚴重危害，因此我們也嘗試開發可提升作物耐乾旱及淹水等逆境之微生物製劑。研究發現B. licheniformis EC34-01及 B. subtilis WMA1菌株具優異生物膜產生能力，可纏據於作物葉表及根系 (圖四)，且能提升不結球白菜耐乾旱及淹水之能力，使不結球白菜在乾旱9天或淹水6天依然能存活，同時植株生育性狀亦較水或SYB養液對照組佳(圖四)。 　　研究亦證實B. subtilis WMA1菌株可提升不結球白菜對乾旱及淹水逆境之耐受性或可歸因其具有產生ACC deaminase的能力，且可提高不結球白菜植株之抗氧化酵素活性及降低逆境對光系統II造成損傷(Liu, 2023)。此外，我們也發現農業剩餘蔬果渣所調配之SYG培養基可作為促進B. subtilis WMA1生物膜及提升不結球白菜耐逆境能力之佐劑配方。本研究均已分別取得中華明國發明第I815533號及中華明國發明第I818611號專利。  　　台灣每年有超過120萬公噸的農業廢棄物，除稻桿、稻殼、玉米桿、花生殼、大豆藤，還有蔬果廢棄物、菇類栽培介質、禽畜養殖廢棄物等，將此類廢棄物製作成堆肥再生循環利用，為兼具資源循環、環境保護與提升經濟的多贏方向。然而這些農業廢棄物多來自於慣行農法栽種，難免有化學農藥殘留，且廢棄物多為植株外層 (如甘藍外葉)，農藥種類及濃度相對較多且高，我們的檢測資料顯示，由農業廢棄資材所再製之堆肥中仍可檢出微量三賽唑、益達胺等農藥，因此我們評估B. subtilis 151B1及B. licheniformis EC34-01是否具農藥降解效果，結果發現B. subtilis 151B1及B. lcheniformis EC34-01皆具降解殺蟲劑馬拉松及第滅寧之效果；此外，B. subtilis 151B1亦具降解殺菌劑三賽唑效果(Huang et al. 2022) 。【延伸閱讀】- 利用農業廢棄物製造可生物降解的塑料  　　B. subtilis及B. licheniformis為美國、歐盟認定為人類可食用且可添加於飼料之安全菌種，且為台灣農業部公告可供家畜、家禽、水產動物之飼料添加物。我們發現將B. subtilis 151B1加入豬飼料中，分別可以提升豬隻的體重，使肉豬提早3天達到上市之體重，且肉質鮮紅、軟嫩多汁、減少豬糞便臭味來源之硫化氫及硫醇含量、改善豬場環境 (圖四) (Huang et al. 2022)。將B. subtilis 151B1餵食肉雞，亦可提升雞胸肉及腿肉於整體肌肉重之比例，並可提升IgA及IgG等免疫指標，另亦發現餵食B. subtilis 151B1之肉雞墊料中的氨氣含量較低於市面上販售含預防性藥物飼料添加物的組別。且可降低由Clostridium perfringens所造成壞死性腸炎，並讓餵食添加B. subtilis 151B1飼料，在肉雞受C. perfringens感染後之腸道膜，仍維持如健康肉雞之腸道膜完整性 (圖八)。 圖八、添加Bacillus subtilis 151B1及Bacillus licheniformis EC34-01可降低由Clostridium perfringens所造成壞死性腸炎 (左) 及維繫受C. perfringens感染後之腸道完整性 (右)。Control:未接種病原對照組；C：接種C. perfringens (2 × 108 CFU/mL)；BS：餵食B. subtilis151B1；BL：餵食B. licheniformis EC34-01；Kemin：餵食B. subtilis市售商品Kemin CLOSTAT®。  　　將B. subtilis 151B1及B. licheniformis E34-01等益生菌，分別加入虱目魚、吳郭魚及白蝦飼料養殖時，也可增進魚及白蝦肥滿度 (圖四及圖九)、降低魚及白蝦疾病發生率以及改善魚蝦養殖池水質。另外也証實該菌種可增加魚的腸道益菌菌叢，減少腸道弧菌目 (Vibrionales) 病原，並可改善養殖水質，調整養殖水體中藻類餌料的生物相及改變魚腸道菌相等多重水產養殖應用功效 (圖九) (Huang et al. 2022)。 圖九、Bacillus subtilis 151B1 (BS) 及 Bacillus licheniformis EC34-01 (BL) 作為魚飼料添加劑能增進魚的飽滿度，提高取肉率，提升飼料效率，並能有效降低腸道弧菌菌叢及增加養殖水體中藻類餌料。  　　我們所研發芽孢桿菌於農作物、畜禽水產多元應用技術，自2020年起技術授權兩家生技公司。廠商開發出多項可對抗氣候環境變遷之農業栽培管理應用產品，搭配該公司奈米鈣及矽等資材，應用於九層塔、檬果、蓮霧、百香果、甜瓜、草莓、茶葉與柑橘生產，能有效提升作物耐受乾旱與淹水等環境逆境，並可使水稻能抗倒伏(圖十)，亦可提升作物品質、產量與安全，顯著提升農民收益且兼顧環境資源永續。 　　此外，我們也發現技術授權枯草桿菌151B1菌株搭配禽畜糞堆肥，應用於水稻栽培，依黃金標準(Gold Standard for Global Goals)的土壤有機碳框架方法學 (Soil Organic Carbon Framework Methodology) 建議之方法進行採樣，並經土壤有機碳檢測結果顯示，田區經處理含有枯草桿菌151B1菌株之禽畜糞堆肥，除可增加水稻收成產量外，換算每公頃試驗田區下層土壤可增加66.495噸二氧化碳，符合COP21巴黎氣候峰會中所提出之「千分之四倡議」，有效增加土壤固碳效益。【延伸閱讀】- 農田減排、增固碳、增碳匯的科學管理 圖十 、應用Bacillus subtilis MCLB2產品可使水稻抗倒伏，並提升百香果的著果率、品質及產量。 四、稠李鏈黴菌(Streptomyces padanus PMS-702)製劑產品  　　Streptomyces padanus PMS-702是從台灣農田堆肥中分離獲得，經與Acremonium diospyri、Colletotrichum gloeosporioides、Fusarium oxysporum f. sp. conglutinans、F. oxysporum f. sp. niveum、F. oxysporum f. sp. lactucae、F. oxysporum f. sp. raphani、F. proliferatum、Pestalotiopsis eriobotryfolia、Pythium myriotylum、P. aphanideratum、Rhizoctonia solani等11種植物病原真菌進行對峙培養測定，證明PMS-702菌株具有優異的拮抗能力。進一步，取PMS-702再與其他20種植物病原真菌與9種植物病原細菌進行對峙培養測定，結果顯示PMS-702對於各種植物病原真菌具有不同程度的拮抗功效。 　　利用傳統鑑定方法發現PMS-702菌體的細胞壁含L-二氨基庚二酸(L-diaminopimelic acid; L-DAP)，全細胞中不含特殊糖類，屬於Chemotype IC型，是Streptomyces 屬內的一個種。它在ISP2 (International Streptomyces Project Medium 2), ISP3及ISP4培養基上生長及產孢情形良好，在ISP2及ISP4培養基上可以產生黃色色素，但不產生黑色素；其營養菌絲呈灰黃色至橘黃色；氣生菌絲為灰黃褐色或淺灰色。 　　在掃描式電子顯微鏡觀察PMS-702菌株，發現孢子鏈生呈螺旋狀排列，每串孢子數目超過20個，表面平滑。PMS-702菌株可利用的醣類有：D-glucose, D-fructose, D-xylose, D-mannitol, cellulose；可分解starch, casein, 及hypoxanthine。將PMS-702菌株之形態、生理、生化特徵及16S rRNA全長度基因序列分別與S. galbus CCRC12166及S. padanus CCRC12168等菌株的特性比對後，鑑定PMS-702菌株為Streptomyces padanus Baldacci. et al.。  　　為了有效利用Streptomyces padanus PMS-702防治植物病害，需要探討PMS-702菌株與不同營養資材間的親和性，因此我們針對6種不同營養配方比較它們培養PMS-702菌株的效果差異，結果顯示以SMG配方培養PMS-702之生質量最佳。進一步，選香蕉黃葉病菌評估PMS-702在不同配方組合中的抑菌功效，結果顯示SMG配方培養PMS-702經過7天或14天的濾液，對於黃葉病菌孢子的抗生活性最佳，因此選用SMG配方培養PMS-702研製植物保護製劑產品。 　　在實驗室內取植株或切離葉檢定分析法PMS-702植保製劑的防病功效，證實S. padanus PMS-702製劑可以抑制Acremonium lactucum、Colletotrichum gloeosporioides、Peronospora brassicae、Microdochium panattonianum、Phytophthora citrophthora等植物病原菌。隨後在新社種苗繁殖場田間測試PMS-702製劑防治番茄晚疫病 (Phytophthora infestans) 的效果，結果顯示PMS-702製劑確實可以有效防治番茄晚疫病；並可提高番茄的果實產量。技轉合作廠商台灣肥料公司在宜蘭田間試驗，也証實PMS-702可有效防治蔥疫病。  　　PMS-702菌株培養濾液的系列萃取的抽出物對於植物病原真菌亦具有抗菌活性，因此利用分光光度計及薄層色層分析PMS-702的培養濾液，發現其含有多烯類大環內脂（polyene macrolide） 的抑菌物質。S. padanus PMS-702之培養濾液經由矽膠管柱層析（Silica Gel Chromatography）分離，再以不同比例溶劑萃取，分別得到PM-1~PM-4等4個沖提區。進一步，以薄層色層分析與矽膠管柱層析分離純化後，可由此4沖提區分別純化出具有抑菌活性的化合物。利用紫外光吸收光譜、紅外線光譜、核磁共振光譜及質譜儀等之相關圖譜資料分析，將此化合物鑑定為治黴色基素 (Fungichromin)。Fungichromin是PMS-702濾液抑制R. solani的主要抗菌物質。利用掃瞄式電子顯微鏡觀察處理過S. padanus PMS-702培養濾液的立枯絲核菌菌絲，會出現破裂及壞死的現象。這些現象顯示S. padanus分泌的抗生物質fungichromin與R. solani菌絲遭受破壞有著密切的關係(Shih et al., 2003)。  　　此外，我們發現治黴色基素3.07mg/L的劑量可顯著抑制50%以上的水稻紋枯病菌菌絲生長，並可引起菌絲原生質滲漏及抑制病原菌形成侵入墊(infection cusions)的構造。在混有紋枯病菌的稻稈田土中施用0.5 % (v/v) PMS-702發酵液，可加速病原菌死亡及減少病原菌於稻稈中的存活。進一步，研究發現PMS-702發酵液配合0.5 % (w/v)苦茶粕施用後第12天，可使土壤中帶菌稻稈之菌絲完全死亡，施用三週後亦可顯著降低紋枯病菌核發芽率。此外，利用黃豆粉-葡萄糖培養液(SMGC-2)培養S. padanus PMS-702製成SMGC-2發酵液與2 % (w/v)茶皂素溶液以體積一比一混合製成SPT製劑後，在溫室進行水稻紋枯病的防治試驗，結果發現SPT製劑之100倍稀釋液可使水稻紋枯病的罹病度由66.67 %降至24.04 %。 　　這些研究成果證明稠李鏈黴菌PMS-702之發酵液搭配苦茶粕拌入稻田中，可有效降低紋枯病菌於稻稈上存活外，其發酵液混合2 %茶皂素溶液，亦可顯著防治水稻紋枯病的發生 (Yang et al., 2021)。 五、利用基因轉殖技術生產微生物抗病蛋白(又稱: 蛋白激活子製劑)  　　植物的防禦系統可以透過生物和非生物因子誘發產生。我們從植物病原微生物純化獲得的總蛋白質，雖不會抑制真菌的生長，也不會引發受測試植物的過敏反應，但卻可促進植物生長及降低病害發生的嚴重度，這種現象會隨供試蛋白質和不同植物種類而有所差異。  　　我們團隊從植物病原菌Alternaria brassicicola及Sclerotium rolfsii菌絲體中抽取的蛋白質，具有促進甘藍、番茄及甜椒等蔬菜幼苗生長的效果，但對於西瓜及胡瓜幼苗之生長則較無明顯的作用。此外在病害防治方面，則以A. alternata之蛋白質防治甘藍黑斑病及白菜炭疽病的效果最為顯著，至於A. brassicicola 及Colletotrichum higginsianum兩者之蛋白質則具有防治胡瓜白粉病之效果。進一步，測試蛋白質之稀釋液對病原真菌之菌絲生長是否亦具有拮抗作用，結果顯示測試的真菌蛋白質皆不具有抑菌之功效，因此研判真菌總蛋白可以有效防治蔬菜病害的原理可能與其誘導植體的抗病反應有關。  　　評估Alternaria brassicicola (ABA) 及A. alternata (ALA) 真菌蛋白質誘導植物抗病功效，結果顯示甜椒幼苗處理ABA之總蛋白質1000倍稀釋液可降低立枯病發生率達12%，白菜幼苗處理ABA之總蛋白質1000 倍稀釋液亦可顯著降低立枯病發生達60%；白菜葉片處理ABA 及ALA之總蛋白質1000 倍稀釋液分別可減少白菜炭疽病發生達25%與30%；胡瓜葉片處理ABA 及ALA 之總蛋白質1000倍稀釋液則分別減少胡瓜炭疽病發生達60%與52%。上述試驗，皆以總蛋白質稀釋1000 倍施用。進一步測試不同濃度之蛋白質稀釋液對於胡瓜炭疽病發生的影響，結果顯示相同濃度之ABA及ALA蛋白質稀釋液對於減輕胡瓜炭疽病之發生率，以ALA蛋白質稀釋液的效果較佳。 　　因此，進一步將不同濃度之ALA 蛋白質稀釋液處理胡瓜葉片並接種胡瓜炭疽病菌，結果顯示處理2µg/ml 濃度之蛋白質稀釋液的效果最佳，可減少胡瓜炭疽病發生達70%左右。胡瓜葉片處理ALA 蛋白質1000 倍稀釋液(2µg/ mL) 經過0小時及24小時後，分別接種胡瓜炭疽病菌之分生孢子懸浮液(2×104spores/ mL)，結果顯示蛋白質稀釋液於兩種不同時間處理皆可顯著減少病害的發生。測試真菌蛋白質對白菜抗病相關酵素活性的影響，將白菜葉片處理植物病原菌之總蛋白質後接種立枯病菌之菌絲塊，並觀察白菜葉片上病斑擴展的情形，藉以篩選具有生物活性之蛋白質，結果顯示施用A. tenuissima (APR01) 之總蛋白質稀釋液(2µg/ mL) 可有效減緩立枯絲核菌在白菜葉片上擴展，亦可有效降低白菜幼苗立枯病的發生。 　　白菜的葉片處理過植物病原真菌的總蛋白體後，分析白菜的抗病相關酵素如PAL (phenylalanine ammonialyase)與POD (peroxidase)的活性，結果發現處理植物病原真菌的總蛋白質並接種立枯絲核菌(Rhizoctonia solani AG-4 RST-04)的白菜，其PAL及POD等酵素的活性均明顯的增加，顯示植物病原真菌蛋白質中含有可誘導白菜抗病的因子。  　　利用SDS-PAGE (sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis) 電泳分析植物病原真菌的總蛋白質，並以Coomassie Brilliant BlCueR-250 (CBR)染色後，在電泳膠片上可呈現條帶。若將其以50℃熱處理時，即會喪失防病的功效，顯示其活性成分，屬於一種蛋白質。進一步，利用不同的分子篩過濾，發現分子量在10 KDa以下的組成分，不具有防病的功效，推測該有效成分物的分子量大於10 KDa。隨後將該蛋白基因轉殖於大腸桿菌進行大量表現重組蛋白，並評估其誘導胡瓜抗炭疽病的效果，分別將未轉殖之E. coli BL21 (blank)、轉殖pET-28a載體之E. coli BL21(check)、轉殖ALA 片段的ALA-01、轉殖含有APR片段的APR-09 及APR-16 等重組蛋白的粗萃取液(2 μg/mL)，分別噴佈胡瓜葉片上，觀察各蛋白之粗萃液對炭疽病發生的影響。結果發現APR-09 及APR-16 之重組蛋白粗萃液可分別減少胡瓜炭疽病發生達73%與72% (圖十一)。 　　然而，ALA-01之蛋白粗萃液並無法有效地減少胡瓜炭疽病發生，其原因有可能歸因於大腸桿菌細胞內易形成內含體 (inclusion body)，致無法獲得有活性的重組蛋白，亦或是超音波粉碎細胞的條件未能充分地將ALA-01 的重組蛋白釋出或破壞其結構，使其喪失誘導抗病的功能。進一步以SDS-PAGE 分析蛋白質時，透過蛋白質誘導表現試驗，ALA-01 可出現34kDa-42kDa的條帶，若以His-trapTM column純化蛋白粗萃液並濃縮目標蛋白，即可得到純度90%以上的蛋白質；再利用2μg/mL ALA-01及APR-09 蛋白質分別施用於胡瓜葉片上，可誘導胡瓜抗炭疽病的效果分別可達55%及34%。 圖十一、重組蛋白 (APR-09) 之粗萃取液誘導胡瓜抗炭疽病的效果。 六、微生物植物保健產品研發與展望  　　微生物有多元的功能及用途，但微生物製劑產品的研發，常受限於研發人員的專長，而限縮了製劑產品應用領域的開發，以及所開發產品可拓展的市場。另外，也常因為儀器設備的限制，產品研製無法達到產業量產的規模，並建立量產標準流程，使相關技術在移轉後業界仍須自行克服量產及產品應用的瓶頸，而導致研發成果與商品間應用效用的落差及延宕商品化時程。 　　本文以我們跨領域團隊共同合作開發，從實驗室研發到田間試驗及商品化的經驗與讀者分享。「一個人的力量有限，分享才能發揮更大的價值」，大家彼此貢獻自己的專長與經驗，資源及研發成果共享，便能縮短研發時程，讓微生物發揮「一菌多效」，不僅可用於作物健康保健，又能跨足禽畜、水產養殖領域，擴大保護範圍，讓更多產業受益。 　　而研發成果技術移轉產業界後，研發人員亦為技轉業者與產品使用者間重要橋樑，因研發人員了解微生物製劑產品主要機理與應用最適時機及方式，若能與技轉業者持續合作，至田間共同推廣教育使用者，就能讓產品發揮最大效用，加速落實產品在田間之應用。  　　我們所研發的孢桿菌屬益菌（蕈狀芽孢桿菌、枯草桿菌、地衣芽孢桿菌、凝結芽孢桿菌）、稠李鏈黴菌及蛋白激活子植物保健產品，可作為生物農藥、生物肥料及生物刺激素，為糧食生產安全與農業環境永續提供了解決方案。我們並成功將單一微生物菌種，讓它可跨足至植物保健、畜禽產業與水產養殖。  　　應用於作物栽培可提升作物品質及產量，降低病害、乾旱淹水逆境之傷害，減少化學農藥及化學肥料和抗生素的使用，亦可降解堆肥中的農藥殘留，促使農業廢棄物製成的堆肥更安全。添加至豬雞魚蝦飼料中，有助於促進畜禽水產動物生長、減少抗生素使用、增強免疫力與改善飼養場域環境，使能同時兼顧動物、植物和環境健康的防護，開創微生物製劑產品多元產業應用新價值。研發技術成品除於實際產業場域進行功效驗證，亦需進行學理機轉之探討，作為技術專利保護基礎，以使產品能推展至國際市場。 　　相關技術成果已授權廠商量產，落實產業應用，並嘉惠農民助益產業。也期冀所研發之微生物製劑相關技術與應用，能讓這片大地生機再現，資源循環永續。   參考文獻： 彭玉湘、黃振文。2019。蕈狀芽孢桿菌植物保護製劑。環境友善之執醫保健祕籍。黃振文、謝廷芳、謝奉家、羅朝村編著。五南圖書出版公司。45-54頁。ISBN 978-957-7635-51-8 黃姿碧、陳郁璇。2019。枯草桿菌植醫保健產品。環境友善之執醫保健祕籍。黃振文、謝廷芳、謝奉家、羅朝村編著。五南圖書出版公司。55-78頁。ISBN 978-957-7635-51-8 湯佳蓉、張碧芳、張道禾、林盈宏、黃振文。2019。蕈狀芽孢桿菌防治番茄萎凋病之機制分析平台。植醫期刊61(1): 29-38。 楊秋忠。2004。土壤與肥料: 應用的觀念與要領。農世股份有限公司。542頁。ISBN 957-29496-1-6 Chen, J. 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薑黃和婀娜多(annatto)是常見的天然食品添加劑，在食品加工中被廣泛應用。薑黃為金黃色的天然色素，婀娜多則是一種源於胭脂樹種子的橙紅色天然色素，兩者皆具抗氧化、抗發炎等特性，且能夠延長食品的保存期限，增添食品色澤提高視覺吸引力。        在東南亞有一道特色料理醃魚肉(Fish Tocino)，透過加入醋、糖和各式香料醃製曬乾而成，其富含豐富的omega-3脂肪酸，對大腦和心臟健康皆能夠帶來益處。然而將同樣對身體有益的薑黃、婀娜多和醃魚肉相結合對於消費者而言卻是新的嘗試，因此菲律賓北伊洛伊洛大學(Northern Iloilo State University)研究團隊透過研究薑黃、婀娜多作為製作醃魚肉料理的食品添加劑是否能受消費者喜愛進行分析，進而進行商品化。【延伸閱讀】- 研究顯示薑黃素在治療消化不良症狀方面可能與藥物同樣有效        根據研究結果，用薑黃、婀娜多製作的醃魚肉是一種可行的產品，並且薑黃和婀娜多作為天然防腐劑和天然色素受到消費者的認可，因此研究團隊建議生產該產品，將配方分發給創業中的企業，以促進中小微型企業(MSME)發展，這符合菲律賓Go Negosyo法案，創造當地就業機會、生產和貿易，推動國家發展以減少貧困，透過研究、開發和推廣(RDE)計畫和技術轉讓，也增強農民和漁民適應技術的能力，改善他們的生計，逐步從新冠疫情帶來的經濟衰退中恢復，但同時在漁業方面須對西拉戈魚(Silago Fish)產卵季節加以保護，農業方面則由農學院進一步發展薑黃和胭脂樹的作物種植，並引入當地社區，以實現永續發展。

大多數人體所需的維生素須透過多樣化的飲食來攝取，但在以水稻等穀物作為主食或唯一食物來源的人來說，缺乏維生素是很普遍的現象，尤其是維生素B1，缺乏維生素B1會導致許多神經和心血管疾病，因此由瑞士日內瓦大學(University of Geneva)、瑞士蘇黎世聯邦理工學院(ETH Zurich)和臺灣國立中興大學組成的研究團隊共同開發了維生素B1含量較高的水稻品種，以改善維生素B1缺乏的相關問題。【延伸閱讀】- 中研院遺傳工程新進展 可生產維生素B1高含量農作         稻米作為世界上半數人口的主要糧食，但其維生素B1含量卻較低，經過拋光等加工過後更減少90%的維生素B1含量，因此研究團隊致力於提高稻米胚乳中維生素B1的含量，他們培育一種能控制將維生素B1封存於胚乳中的基因，在玻璃溫室中培育改良後品系並收割和拋光，發現其稻米中維生素B1含量增加。         隨後研究團隊將改良品系稻米播種至臺灣，並根據多年的數據分析，發現改良後水稻在植株高度、單株莖數、稻米重量和繁殖能力的數值都與未改良水稻相當。後續對改良後的水稻品系進行拋光並測量其維生素B1含量，相較於未改良品系，改良品系稻米中維生素B1含量提升3至4倍。若食用300克的改良後稻米就可以提供成人每日維生素B1建議攝取量的三分之一，進一步改善維生素B1缺乏問題。         這一項研究也為商業品種發展提供契機，但在此之前須採取基因工程生物強化相關的法規步驟進行管理。

在撒哈拉以南非洲地區，氣候變遷對當地農業造成了嚴重影響，預計未來將會加劇影響。由於該地區高度依賴雨養農業，農作物產量減少是主要問題之一，而隨著人口增長，糧食安全也變得更加嚴重。 　　保護性農業(Conservation Agriculture)是一種永續的耕作系統，能夠緩解土壤退化、提升土壤健康、增加作物產量、減少勞動需求，同時也有助於小農應對氣候變化。該農業建立在三個核心原則上，分別是最小限度的土壤干擾、保留作物殘留物、增加作物多樣化，可透過保留土壤水分和增加有機碳含量，有助於減輕農民受到氣候變化的影響。然而，保護性農業在馬拉威等國家並未被廣泛應用。 　　國際玉米和小麥改良中心(CIMMYT)的團隊研究調查小農採用保護性農業的原因，以及當地小農不採用的原因。該組織自2005年以來與馬拉威當地非政府組織Total LandCare合作推廣保護性農業。經調查結果顯示，採用保護性農業的農民所獲得的產量較高，尤其在乾旱時期有較強的抵抗力，同時提高土壤肥力及減少病蟲危害。 　　Nkhotakota地區作為主要推廣保護性農業的主要因素包含培訓、推廣和諮詢服務的可行性，以及當地農民提供的示範地，另外，當地農民會由Total LandCare推廣官員親自培訓，並透過農田觀摩和當地農業展覽會，分享相關知識與技給其他農民。然而，部分農民不採用的原因包括社會經濟、財務和技術限制，以及其收益時間需要2-5年才能實現。 　　此外，卻乏足夠的勞動力和時間來控制雜草也是一大問題。近年來，CIMMYT組織的研究人員一直在尋找更有效的雜草管理策略，包括化學防治、生物防治和機械控制等綜合防治法。 　　研究團隊提出三項快速實施保護性農業的政策建議，首先，持續以農民為中心的推廣方法來實現保護性農業，包括透過大型示範會邀請農民展示實施的方法與技術，以及利用數位技術進行快速、大規模的推廣。第二，讓農民有足夠的時間嘗試不同的保護性農業方法，並提供除草劑和培訓課程以協助農民從傳統耕作方式轉變為保護性農業的耕作方法。第三，建立農民組織，讓其參與培訓課程，作為激勵計畫的媒介，例如提供環境服務支付費用和補貼給實施保護性農業的農民。【延伸閱讀】- 比起友善農業，集約農業能為物種和碳存留出空間而保護生態 　　這些措施有助於短期內促使農民採取保護性農業，並鼓勵持續進行。