趨勢快訊 - 農業科技決策資訊平台

2019/04/09

新興基因編輯(genome editing，或稱gene editing)技術的雛型最早源自於細菌對抗病毒感染的免疫機制。基因編輯技術可在辨識特定的基因片段達到精準定位後，再對定位區域的DNA進行片段的剪切或改造。由於基因編輯是一套較新的分子生物技術，因此各國皆針對基因編輯食品的安全性評估及是否為基改食品的認定標準進行討論，其中，美國與歐盟對基因編輯作物、食品或商品的立場有所不同。　　一方面，美國農業部(U.S. Department of Agriculture)認為基因編輯的食品不必經法律規範；另一方面，歐盟則已由歐洲法院在去年7月裁定，凡產品製造過程涉及任何形式的遺傳方式改良，包含基因編輯技術在內，皆視為基改食品，一律受基改相關規範。日本厚生勞動省藥事食品、衛生審議會(厚生労働省薬事・食品衛生審議会)近日也針對新興基因編輯技術在食品應用方面提出建議報告，認為基因編輯食品可以現行食品衛生安全法規進行規範，在標示食品開發者提供之基因編輯技術、修改基因資訊及及其他細節後即可上市，毋須如基改食品上市前的評估審查與標示檢驗合格標章。　　日本厚生勞動省藥事、食品衛生審議會的專家們認為，傳統基改常使用的方式是轉入(transfer)外來物種的遺傳片段到目標物種的染色體上，過程涉及外來遺傳物質轉移，屬基因轉殖(transgenic，又稱轉基因)的範疇；而基因編輯可利用像是CRISPR/Cas9基因編輯系統，精準地將目標基因靜默(gene silencing)或令部分DNA鹼基對發生突變。該觀點與美國農業部的看法類似，認為過程中僅藉由基因編輯技術隨機造成DNA鹼基的插入-刪除突變(insertion-deletion mutation)，而非傳統基因轉殖加入外來物種遺傳片段的做法。換言之，在此觀點下的基因編輯技術僅被當作增加突變率及提高遺傳變異的手段，此方法可縮短人們選拔目標性狀的時間及過程。然而，藥事、食品衛生審議會的建議報告中也提到，若基因編輯相關技術細節不夠詳細，則得進一步探討安全評估事宜。【延伸閱讀】正確食品標示的基改鮭魚產品可望正式在美國販售　　雖然代表日本政府的專家們已為基因編輯的食品安全背書，但消費團體仍不樂見基改食品上市，並希望產品上市前應先進行安全檢驗並清楚標明基改內容。面對排山倒海的意見，日本政府會在匯集專家建議、擬定指導策略的同時，持續地跟廣大農民及消費群眾溝通，在專家建議與民眾意見間取得普遍都能接受的共識。

#基因體學 #基因編輯 #育種 #農產品安全

DNA甲基化研究為植物病蟲害防治帶來新的突破

2019/04/08

植物病蟲害是農業生產上所面臨的重大問題之一，除透過農藥或生物製劑消滅病原體或害蟲外，人們常藉助分子育種的方式找出與抗病蟲害相關或與之連鎖的遺傳特徵(trait，又稱性狀)，將這些特徵作為分子標記(molecular marker)，再利用分子標記篩選出具有目標性狀個體。在影響表現型的遺傳研究中，早期多以分子生物學的中心法則(central dogma)為前提，探討遺傳物質本身(即DNA)的差異對表現型的影響；近十年在表觀遺傳學(epigenetics)的研究中進一步發現，透過DNA化學修飾的過程，可使得具有相同DNA特徵(或遺傳特徵)的個體，因DNA甲基化(DNA methylation)的不同，產生不同的表現型，而在這些表現型中，可能有些甲基化位置與抗性特徵有關。為釐清DNA甲基化的位置與遺傳形式在植物抗病蟲害方面的關聯性，英國雪菲爾大學(University of Sheffield)的研究團隊以具有完整遺傳背景阿拉伯芥(Arabidopsis)進行研究，找出DNA甲基化對植物抗病蟲害能力的影響。　　研究首先建構具相同遺傳背景(即相同基因組)，但分別表現不同DNA甲基化形式的表觀遺傳重組自交系(epigenetic recombinant inbred lines，簡稱epiRILs)。透過自交系的研究發現，有4個低甲基化(hypomethylated)基因座(locus)與抵抗露菌病(downy mildew)的抗性有關。研究進一步發現，這些受低甲基化影響的4個基因座與植物生長、抗環境逆境的能力無關，顯示植物的生長發育並不會因這些區域的DNA受到甲基化的變化而有所改變，這些區域的甲基化程度僅會影響植物抗露菌病的能力。【延伸閱讀】國際水稻研究所推出監控及預防水稻白葉枯病爆發的工具　　透過表觀遺傳學的研究，英國雪菲爾大學的研究揭示部分基因座在不改變DNA序列的情況下，透過DNA甲基化或去甲基化獲得抗病害的能力，而這些受甲基化影響的區域可遺傳至下一代。相關研究可望用於作物育種之用，解決人們長期倚賴大量農藥與確保糧食安全方面的問題。

#糧食安全 #基因體學 #育種 #病蟲害監控與管理 #DNA甲基化 #表觀遺傳學

最新的研究揭露RNAi類農藥殘留在土壤內之降解機制

2019/04/02

農藥因具有預防、毀滅、驅逐害蟲(pest，泛指真菌、細菌、病毒與節肢動物等與人競爭作物利用之生物)等生化或物理功能，故農藥在病蟲害防治與糧食安全上扮演重要的角色。由於多數農藥對病毒、細菌、真菌、昆蟲等生物會造成危害，因此在農產品上架前須經一定程度的農藥殘留抽檢，以排除農藥殘留超標之蔬果，確保消費者購買到檢測合格的商品。除農藥引發的食安問題外，農藥施用不當也可能殘留於農田及周邊環境，殺死非目標生物；或經生物放大作用將農藥殘留經食物鏈的方式傳遞到高級消費者體內，導致生態系受破壞。　　由於農藥在環境，尤其是在土壤中的殘留會對生物產生一定程度的影響，因此了解農藥殘留最終的去處，將是防止農藥危害、加強農藥管理與增進農產品安全上所必要的一環。美國聖路易斯華盛頓大學(Washington University in St. Louis)與瑞士蘇黎世聯邦理工學院(ETH Zürich)的聯合研究團隊經研究發現RNAi (RNA interference，RNA干擾)類農藥在土壤中可能的分解機制。RNAi是由長度約莫20-25bp的小片段RNA，該RNA可透過互補結合的方式與害蟲體內的目標基因結合形成雙股結構，藉此破壞轉譯作用的進行，進而導致目標蛋白無法生合成，最終使害蟲死亡，RNA干擾技術最早應用在基因表現相關的研究，最終被用於農業作物的病蟲害防治方面。為釐清RNAi類農藥在土壤中降解模式與評估其對生態造成的危害，聯合研究團隊追蹤RNAi類農藥殘留與進行降解過程的研究。【延伸閱讀】麻省理工學院化學工程師開發便宜的肥料生產技術　　研究首先以放射性同位素磷32 (phosphorus-32)將RNAi農藥進行追蹤標記，以便觀察各個研究情境下，農藥在土壤中的位置、降解情形並以予量化評估，研究發現土壤中的RNAi農藥可透過土壤中的酵素分解成小片段RNA，一部分小片段RNA會再被土壤微生物所利用，而一部分則持續留在土壤中。然而在某些土壤環境中，RNAi農藥會附著在土壤顆粒上形成吸附作用，在土壤吸附作用的影響下，由於RNAi分子某種程度上受到土壤顆粒的保護，因此吸附在顆粒上的RNAi分子將很難被酵素或微生物所降解。研究發現吸附現象多發生在粒徑較小、表面積較大的土壤顆粒上，這樣的發現對於農藥殘留管理與農藥在土壤中的降解模式有了初步的認知，研究團隊希望能藉此研究結果逐步建構出一套RNAi農藥對生態風險危害評估的量化標準。　　該研究由歐盟Horizon 2020、美國農業部與蘇黎世聯邦理工學院提供經費協助，該研究成果已發表在<Environmental Science & Technology>。

#環境監控 #糧食安全 #環境友善 #農產品安全 #病蟲害監測與管理 #農用藥劑

以機器學習揭露植物功能性基因的秘辛

2019/03/29

陸生植物是長期在地表成功演化的生物，其所產生的化合物將直接或間接的影響植物對環境的適應與個體間的繁殖能力。植物體代謝產生的化合物稱作代謝物，可依其生合成的途徑進行分類。一般而言可將代謝途徑分為：泛物種存在並用以維持基本生理功能的初級代謝途徑(primary metabolism，或稱general metabolism，簡稱GM)；以及存在種間特化並用以防禦或適應功能的次級代謝途徑(secondary metabolism)，又由於其功能特化在不同的分類群間有所差異，因此次級代謝途徑又被稱作特化代謝途徑(specialized metabolism，簡稱SM)。植物產生的化合物在農業、醫療及生化等領域可能富含高經濟價值的潛力，以農業應用為例，許多抗病蟲害製劑或含費洛蒙成分的化學生物藥劑是提煉自特定植物的化合物，不但在施用上對環境友善，也使作物避免病蟲害的威脅。　　由於植物的基因體數據量龐大且存在種間差異，加上若分別以傳統植物生理與分子生物學研究某特定代謝途徑將是耗時的做法。為此，密西根州立大學(Michigan State University)的研究團隊採取不同的做法，研究團隊先以模式植物阿拉伯芥(Arabidopsis thaliana)的基因組數據進行研究，並以機器學習的方法，將3萬多個基因按代謝途徑分成GM或SM兩種。研究團隊表示，機器學習的方法就如同在電子商務中透過分析消費者的瀏覽模式，預測消費者潛在可能購買的商品，並以客製化的方式呈現廣告內容。利用新興機器學習的方法，研究團隊得以在未知功能的基因中，將基因依代謝途徑進行預測並分類，藉此一窺其可能扮演的角色。　　密西根大學的研究團隊完美的展現計算生物學與生物化學間跨域合作的研究模式，透過機器學習進一步預測基因的分類，將有助於候選基因的挑選。該研究也可進一部推廣到阿拉伯芥以外，用在其他的植物類群，藉此發現農業、醫療或工業用途的新興植物代謝化合物。【延伸閱讀】適用於現場的攜帶式設備能預防豬隻傳染病的傳播　　該研究由美國國家科學基金會(National Science Foundation)提供資金方面的協助，最新研究成果已發表在著名期刊<Proceedings of the National Academy of Sciences>。

#人工智慧 #基因體學

揮發性化合物誘導植物防禦啟動的影響

2019/03/26

植物終其一生會不斷受到食草動物威脅，且許多昆蟲依靠植物作為食物來源，因此植物面對這些生物性逆境時如何快速應變，將成為其是否持續存活的重要條件。　　當植物受到食草動物的攻擊時，會暫時釋出有助於抵禦侵染或吸引攻擊性食草動物捕食者的化合物。其中，GLV（Green leaf volatiles）為一類揮發性的有機化合物，在昆蟲啃食植物期間大量釋放，並調節植物的防禦反應。早期研究發現，暴露在GLV中的玉米苗會迅速累積茉莉酸(jasmonic acid)，並誘導一些防禦相關基因的表現，可提高植株對昆蟲的防護能力。　　然而，人們目前對GLV對生長和發育的影響了解甚少，為此，美國德州大學聖安東尼奧分校(UTSA)的研究人員利用玉米苗(Zea mays var. Kandy King)作為研究對象，並將其暴露於Z-3-HAC(一種GLV)，觀察植株的生長變化，發現植株平均停止生長20％，顯示植物可能在活化免疫反應上耗費較多，因此影響了生長速度；若是植株後續沒有受到食草動物進一步的侵害，也可快速恢復生長所需的代謝能力，補償原本不足的生長速度。【延伸閱讀】覆蓋作物的殘留物質影響雜草的控制　　受到暖化的影響，昆蟲數量也隨之增加，預期未來的作物產量將會減少10-25%，研究植物具有彈性的防禦和生長代謝轉換機制，有利於從事後續維護糧食安全的研究。相關研究發表於<Plant>

#玉米 #GLV #食草動物 #昆蟲 #飼養與栽培管理

研究發現水泥人行道或許成為影響都市樹木健康的關鍵因素

2019/03/25

隨著人們逐漸將生活重心移轉到都市的過程中，都市綠化成為都市計劃的規畫項目之一，都市植物的病蟲害管理也成為綠化考量的重點項目。由於都市景觀有別於野生環境，生態系組成與物種健康狀態可能與野生環境不同，為此，若能找出植物在都市環境中的生長模式，將有助於都市景觀規劃與管理。美國北卡羅來納州立大學(North Carolina State University)的研究團隊發現，都市地區中的樹木健康度，或許與周邊覆蓋的人造水泥人行道面積有關。　　在自然界中，樹木的健康程度往往與緯度呈現相關性。一般而言，在低緯度地區，由於植物受到較頻繁的乾旱逆境與較多食草動物(herbivore)的攝食壓力，因此植物健康狀態較差，反之隨著緯度的提升，植物就越健康，此現象隨著緯度而呈現梯度變化。然而都市環境是否與自然界所觀察到的現象相符，則有待重新觀察與驗證。北卡羅來納州立大學的研究團隊想釐清，是否都市景觀也能觀察到相同的現象，於是研究團隊選擇泛北美地區廣域分布的紅楓(red maple，Acer rubrum)作為研究的樹種，探討紅楓在不同緯度生長下的健康狀況，並主要選擇都市區內的植株進行研究。研究發現都市的紅楓會受食草動物介殼蟲(scale insect)影響，引發病蟲害問題，變得較不健康。另外，介殼蟲的豐富度(abundance)與都市所處的緯度、氣溫無關，而是與植物周圍地表的不透水(impervious surface)地區所占的面積有關，研究發現植株健康度較差的城市具有較高比例的不透水面積，而這與緯度分布無關。　　該研究指出都市植物與野生植物的健康狀況受不同因素的影響，在都市生長的植物主要受植株附近的不透水覆蓋面積影響，而不透水區域多為水泥人行道或人造地上物件等設施。研究提供在都市綠化過程中，影響造景植物健康的可能原因，並指出未來可能面臨的病蟲害問題。【延伸閱讀】研究發現住在綠地周邊的女性較不易產生過重或肥胖等健康問題　　該研究由美國農業部國家食品及農業研究所(National Institute of Food and Agriculture)南部病蟲害整合管理中心(Southern Integrated Pest Management Center)提供研究經費，相關研究成果已發表在<Oikos>。

#環境監控 #病蟲害監控與管理 #都市農業

研究指出都市花園與菜園為保育物種的重要關鍵

2019/03/20

都市是相對於鄰近地區，人口密度較為集中的區域。由於都市用地主要做為人們政治、經濟及貿易等目的使用，因此開發過程中往往忽略都市綠化的部分，這也使得歷來許多物種在都市發展的過程中消失。直至近年保育意識的抬頭與都市農業的推廣下，人們才逐漸意識到都市綠化在都市發展中所扮演的重要性。英國布里斯托大學(University of Bristol)與眾多科研機構共同研究發現，都市中的花園及菜園皆做為保育植物受粉者(pollinator)的熱點。　　由布里斯托大學所組成的研究團隊針對英國4座城市共計360個地區進行觀察，研究其中生物多樣性與都市植物授粉者的關係發現：包含都市花園(garden)與都市菜園(allotment，又稱社區菜園community garden)等綠化環境，都成為授粉者出現的熱點，同時也是物種多樣性在一個城市健全與否的重要指標。研究也發現花園授粉者豐度(pollinator abundance)與家庭收入存在正相關，這樣的現象又被稱作奢華效應(luxury effect)，研究團隊藉此推測授粉者豐度或許受到都市社經發展的影響，也是一個都市發展的重要指標之一。　　有鑑於都市庭園/菜園在保育授粉者與其他生物多樣性所發揮的影響力，布里斯托大學的研究團隊提出若干英國都市地區發展環境友善的建議，供決策當局參考： (1) 都市內的公園地區、樹籬廊道(road verge)及其他綠化地雖占整體都市的1/3用地，雖然占地廣，但與都市花園的授粉者數量相比仍顯得較少，應於未來規劃種植多種園藝作物，以利更多授粉者的拜訪； (2) 都市花園占英國都市地區1/4-1/3的土地利用，好的花園管理將對授粉者的保育有所幫助； (3) 都市規劃者或有關當局應增加都市菜園的土地利用面積，以利授粉者的成長。【延伸閱讀】研究發現水泥人行道或許成為影響都市樹木健康的關鍵因素　　該研究由都市綠化的角度探討生物多樣性與授粉者保育之間的關聯性，突顯都市花園/菜園在其中的重要性。研究也證實當區域社經發展到一定程度後，人們會越來越在意生活品質的提升，同樣伴隨著在都市地區種植農、園藝植物的行為。雖然該保育方面的研究與推廣休閒及糧食安全為發展導向的都市農業(urban agriculture)有些差異，但兩者皆具有相類似的內涵與目的，或許該研究能成為未來都市農業發展與規劃的重要參考。　　該研究由英國生物技術暨生物科學研究委員會(BBSRC)、英國環境食品暨鄉村事務部(Defra)等機構資助，研究成果已發表在<Nature Ecology & Evolution>。

#環境監控 #糧食安全 #環境友善 #生態保育 #都市農業 #療癒農業

引用湖水從事農業灌溉生產恐將產生大量溫室氣體

2019/03/18

面臨全球暖化的挑戰下，節能減碳成了上自政府下自民間的全民運動，包括農業在內的所有產業，均從事標榜符合環保法規且低碳足跡的生產作為。農業上，會造成碳排之處多半在肥料、農藥等製劑的生產及運輸過程或是來自作物的呼吸作用與農地的土壤呼吸(soil CO2 efflux)，以及農機具在操作中所產生的碳排放。除此之外，加拿大英屬哥倫比亞大學(University of British Columbia，簡稱UBC)的最新研究發現，除上述農業活動會造成大量碳排放外，引用湖水進行農業灌溉過程中恐會產生為數不低的二氧化碳排放量。　　某些地區耕作的水源引自農作區鄰近湖泊或其支流，相較之下是屬於較經濟的農業生產方式。由於大氣中有許多的二氧化碳氣體是以碳酸氫根的無機分子形式溶解在水體(例如：海洋、湖泊、河水等)中，因此湖泊中其實蘊藏著大量溶解自大氣的二氧化碳分子。英屬哥倫比亞大學的研究團隊即發現，在引用湖水灌溉的過程中會將原先一部份溶解於水體中的碳酸氫根釋放到大氣中，研究團隊在加拿大歐肯納根湖(Okanagan Lake)周邊地區進行研究，研究分別在將湖泊水與去離子水作為灌溉水源進行研究，並監控土壤表面與大氣中二氧化碳濃度的變化。研究最終證實引用湖水灌溉過程中會將碳酸根離子轉換為二氧化碳的形式釋放至大氣中，這占土壤呼吸總量的9-15%。據研究統計，引自歐肯納根湖從事的灌溉作業每年約莫會產生45,000公斤由碳酸氫根轉變成的二氧化碳，由此可知此地區使用湖水灌溉所貢獻的二氧化碳排放量相當驚人。【延伸閱讀】研究人員探索海洋微生物對於影響氣候的作用　　該研究有別於以往人們所關注的土壤有機碳(soil organic carbon，簡稱SOC)與大氣二氧化碳間的關係，英屬哥倫比亞大學的研究重點主要放在無機碳的轉移過程，並透過農業灌溉的實際作業，闡述其所產生的二氧化碳變化與探討所帶來的全球暖化問題。　　該研究由加拿大農業溫室氣體計畫(Agricultural Greenhouse Gases Program)提供經費方面的協助，相關成果已發表在<Geoderma>。

#環境監控 #友善環境 #氣候變遷 #精準農業 #生產技術

【減量】小農民也能為氣候調適研究盡一份心力

2019/03/15

為因應全球氣候變遷所帶來的衝擊，包含農糧領域在內的科學家正積極找出減緩(mitigation)與調適(adaptation)等策略，以此降低因氣候變遷形成的糧食短缺等問題，然而除了透過科學家們自身的努力外，主流學界也提倡應結合公民科學家(citizen scientist)的研究力量與匯集第一線的研究成果，提升科學理論的完備性並實際驗證其可行性。　　公民科學(citizen science)是指公眾參與的科學研究，對象包含非職業科學家及業餘愛好者，這在生態學及環境科學領域中皆有大量的研究成員，而以農糧生產方面的研究為例，從事的公民科學家職業多為農民，在業餘時觀察並記錄作物生長的狀況及生長期間氣候的變化，最後將這些數據提供給科學家進行後續分析之用。一項由國際生物多樣性組織(Bioversity International)所進行的研究顯示，公民科學家(即一般農民)在研究上扮演舉足輕重的角色。　　研究中提到參與計畫的農民皆可隨機獲得種源庫中3個不同品系的同種作物，不同品系則代表其可能存在不同的抵抗逆境、病蟲害等性狀或存在生長上的差異。參與的農民僅需提供試驗場域並記錄生長的相關數據，最後將數據紀錄結果供專業人士進行分析。研究按不同的栽種季及不同的農業氣候區(agroclimatic zone)進行分類，現階段已在尼加拉瓜、衣索比亞與印度的合作區中，分別獲得842處菜豆、1,090處杜蘭小麥與10,477處普通小麥的產量數據，科學家們將這些數據分別結合當地農業氣候與土壤肥力資訊進行關聯性分析。結合農民提供的最新的數據也發現到，農民試驗的結果有許多與現行的栽培建議相左，這也顯示公民科學在氣候調適農業中扮演的重要性。【延伸閱讀】監控水下聲音以監測河流健康　　雖然傳統的試驗研究可將新品系成功應用在實驗室或溫室等小規模尺度，然而能否實際大規模的應用在田間及被農民所接受，則是接下來所要面臨的挑戰。而經農民驗證的研究成果，能有效的對既有的栽植作法進行改善，提升糧食的產能。　　研究成果證實公民科學在農糧領域的必要性，也顯示農民最終能獲得產值方面的提升。相關研究已發表在<Proceedings of the National Academy of Sciences>。

#環境監控 #糧食安全 #氣候變遷 #公民科學

土壤有機質多寡與作物收穫量之關聯性已被確立

2019/03/13

長年以來，不論是政府單位或是學研各界，皆提倡土壤肥力與作物收穫多寡之間的關聯性，盼能透過改善土壤性質提升作物產量，進而解決當前面臨的糧食安全問題，其中一項土壤肥力的指標是土壤有機質(soil organic matter，簡稱SOM)的含量多寡。土壤有機質是源自於生物分解形成的含碳有機物，一般研究認為土壤有機質可作為作物生長的營養來源。為此，各界政府、組織均呼籲藉改善土壤有機質以提升糧食產量，然而由於缺乏區域乃至於全球尺度的相關科學研究，土壤有機質與作物豐收之間的關聯性是否存在，或其中是否會因區域的不同而有所差異仍有待商榷。美國耶魯大學(Yale University)的研究團隊近日發表的研究，證實高土壤有機質含量，對於提升作物產量有著顯著的效益，也可藉此減少人工氮肥的使用。　　耶魯大學森林與環境學院(School of Forestry & Environmental Studies)發現，雖然人們普遍有”增加土壤有機質，以提升作物產量”的想法，農界也均普遍提倡這樣的觀念，但透過文獻回顧後卻發現僅有極少的觀察及研究探討這方面的現象。為此，研究團隊以世界兩大主要糧食作物—玉米及小麥作為研究標的，希望能找出作物收穫與土壤肥力之間的關聯性。研究最終蒐集涵蓋世界29個國家在內的840篇獨立研究文獻進行整合分析(meta-analysis)，以迴歸分析的統計方式檢測土壤有機質的含量與作物產量之間的關聯性。　　研究發現，土壤中土壤有機質的比例若在0.1—2%之間，則土壤有機質的多寡變成了作物產量多寡的重要關鍵；但土壤有機質的比例若超過2%，則所能提升的產量便十分有限。研究也發現，土壤有機質含量多寡與施用氮肥量之間似乎有些關聯性，當土壤有機質含量增加時，土壤能利用的氮肥量便有下降的趨勢。綜合上述，研究認為提升土壤中的有機質，除了增加作物產量外，同時也能減少對氮肥施用的依賴，減少對環境造成的負擔。【延伸閱讀】最新研究發現土壤孔隙結構與大小是影響土壤碳儲存的主要關鍵　　耶魯大學的研究團隊匯集世界各地獨立研究的成果，發現土壤有機質含量與作物產量之間的關聯性，並證實該現象在全球均呈現相同的趨勢，同時也印證農界普遍認為”增加土壤有機質，以提升作物產量”的想法。研究結果可望推廣到全球，作為各地農業政策擬定之用，同樣也可做為糧食作物經營管理方面的參考資料。　　相關研究成果已發表在<Soil>。

#環境監控 #糧食安全 #環境友善

研究指出泡茶用水將大幅影響茶水口感及所含機能性成分多寡

2019/03/12

飲茶文化早已成為人們日常生活的一部份。一般飲用的茶(Camellia sinensis, tea)按製茶技術與發酵程度的不同，粗略地分為不發酵的綠茶、半發酵的烏龍茶及全發酵的紅茶，除製成差異外，不同產區又產生不同的風味。茶葉的風味除了受上述差異所影響外，據美國康乃爾大學(Cornell University)食品科學系的團隊研究表示，泡茶所使用的水源同樣也對茶水的口感及機能性成分的攝取有著重大的影響。　　康乃爾大學的研究團隊對泡茶使用的水源進行研究，將水分成瓶裝水、自來水及去離子水三種，分別用來沖泡紅茶及綠茶，最後將沖泡的茶飲按消費者在意的商品特點，例如：茶水色澤、濁度與具有抗氧化機能性成分的EGCG (Epigallocatechin Gallate，表沒食子兒茶素沒食子酸酯)濃度等項目進行分析驗證。結果發現，使用瓶裝水與去離子水沖泡的茶水是濁度低且能帶出大量茶葉內的EGCG，是較為健康的沖泡用水，由於EGCG在口感上會造成特殊風味，因此沖泡出的綠茶品嘗起來較苦，但也較具抗氧化的效果。然而在紅茶的沖泡上，口感就無明顯的差異，這可能是因為紅茶在發酵後，會將大部分的EGCG轉變成茶黃素(theaflavin)或紅茶素(thearubigin)，故紅茶本身所含的EGCG含量就偏低，口感的變化就較不明顯。【延伸閱讀】以色列政府與民間種苗業者在保存及培育作物多樣性方面的成果　　透過進一步的研究發現，因美國的自然水富含鈣離子及鎂離子等成分，這使得水質偏硬，因此能溶出的EGCG含量偏低，這同樣也是造成茶水濁度較高的主要原因。　　康乃爾大學的研究提醒人們，品茗之餘不妨也注意沖泡的水源，在提升口感之餘也能同時喝出健康，相關研究成果已發表在<Nutrients>。

#功效性測試 #兒茶素

DAS提供新的農業分析平台，幫助農場迎向未來挑戰

2019/03/07

Digital Agriculture Services (DAS)與澳洲聯邦科學與工業研究組織(Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation, CSRIO)合作，推出Rural Intelligence Platform™，這是第一個在澳洲任何地方進行全面性評估和監測農村土地的平台，利用可靠數據來源提供的生產力、水資源取得、產量、土地利用、作物類型、降雨、乾旱影響等資訊。　　DAS估計，澳洲每年有約1,250億美元的農業經濟決策是建立在不可靠或不完整的數據上，平台提供的準確資訊有助於農民、企業、政策制定者等在正確的數據背景下進行良好的投資選擇，提升風險應對能力。平台改進了CSIRO開發的一系列技術，並納入最新的衛星圖像、數位土壤資訊、氣候資訊等及其他州政府或聯邦政府提供的公共數據，並利用機器學習演算法進行分析。此外，數據庫中涵蓋了3.71億公頃的農業用地及可追溯至10年前的銷售記錄，並採用人工智慧自動評估，準確率高達90％。【延伸閱讀】濕度監控對改善家禽健康和福利至關重要　　在面對人口持續增加和氣候變遷的壓力下，預估亞太地區的數位農業市場到2028年將達到100-250億美元。自2017年與CSIRO合作成立以來，已從澳洲上市的農企業Ruralco和其他投資者獲得425萬美元的資金，目前DAS已與部分公司展開密切合作，測試Rural Intelligence Platform™。

#人工智慧 #數位農業 #風險預警 #環境監控

超越傳統混凝土的生物建材

2019/03/05

義大利生物工程專家Paolo Ronchetti表示，建築製造業消耗了40%全球原料，並排放50%的二氧化碳到大氣當中，且傳統的建築材料很難回收再利用，於壽命將盡時多半只能做為垃圾掩埋或棄置，長期下來將對環境產生負面影響。隨著人們對環境和汙染問題的日益關注，生物基(Biobased)材料的相關研究也逐漸熱門，這類混和生物與其他原料特性的產品越來越多元，其中在建築方面也有類似素材的開發。　　歐盟Isobio計畫以火麻(Hemp)和石灰的混合物製成生物複合材料hemp-lime，可用以取代傳統混凝土作為建築材料，減少使用建材所產生的污染和能源耗損。若是比較英國的建築系統，採用hemp-lime的牆壁每平方公尺比傳統建材的牆壁便宜約30％，在西班牙更便宜約55％，且仍具有相似的熱傳導表現，約為0.09-0.1 W/m K。　　由於良好的熱傳導性，可減少建築熱橋(Heart Bridge)產生；若以瓦斯噴槍對此材料進行加熱，會導致碳化和冒煙，但卻不會著火，較符合現行的消防法規。此外，材料的多孔性可幫助建築物「呼吸」，維持溫濕度均勻，讓建築物更加透氣。　　現在團隊更改進開發一種含有二氧化矽的特殊塗層，改進材料的耐火、防水、耐腐蝕的特性，並於內部添加粘土，幫助吸收濕氣。另外，材料的堅固性和製造效率也值得推薦，可在工廠快速加熱壓縮製成後再帶到作業現場，而不會在過程中損壞。【延伸閱讀】粘菌和貽貝如何成為建築的未來　　由於原料來自於生物，在建築壽命結束時可回收利用作為田間覆蓋物，幫助抑制雜草生長與減緩水分蒸發；而完全腐爛分解後則可成為植物的肥料，省去處理及掩埋廢棄傳統混凝土的問題。

#建材 #火麻 #石灰 #生物基 #廢棄物利用 #生質材料 #環境友善

適合紅肉的氣調式包裝技術

2019/03/04

Afrox(African Oxygen Ltd.)公司是一家位於南非的企業，透過開發一系列氣調式包裝(modified atmospheric packaging, MAP)，幫助超市貨架上的食品維持新鮮度。　　大多數的食物包裝中會填充二氧化碳或氮氣等氣體，並可能降低食物附近的氧氣含量，防止其提早氧化變質。然而紅肉產品卻是特例，由於紅肉中含有豐富的肌紅蛋白(或稱肌紅素、myoglobin)，肌紅蛋白與氧氣結合後便顯現出鮮紅色，但隨著氧氣逐漸消耗，肉品表面會出現褐變情形，就算儲存溫度持續控制在0°C左右，產品也不會被消費者接受。　　主要用於紅肉的MAP氣體是氧氣、二氧化碳和氮氣，其中氧氣和二氧化碳的相對比例會直接影響肉品顏色的變化。氧氣可與肌紅蛋白結合，部分二氧化碳會溶解到食物的液體和脂肪中，降低環境pH值，同時可稍微抑制微生物生長；由於部分氣體的溶解，使得包裝內的氣體體積會隨著時間的推移而減少，導致包裝塌陷，因此會填充氮氣保護包裝的結構。【延伸閱讀】創新加工包裝技術，提升家禽肉品保質期　　以下介紹三種新鮮肉品採用的包裝方法，包含高氧MAP、低氧MAP，與結合兩種技術優點的雙層工序。高氧MAP：為了防止肉品褐變，使用60-80％氧氣和20-40％二氧化碳的MAP 混和氣體，而且所搭配的溫度控制對此種包裝應用的成功性非常重要，若是沒有精良的冷鏈技術，將會導致腐生性微生物快速滋長與肉品褐變的結果。低氧MAP：低氧/高二氧化碳 MAP則可表現二氧化碳對微生物的抑製作用，較適合用於長距離運輸或長時間儲存的產品，所使用的氣體通常含有高於65％的二氧化碳，剩下則為氮氣，但在這樣的缺氧環境下，肉品容易變成紫色。雙層工序：為了克服以上缺點，發展出雙層工序。肉品切割後可放置在預先製作的塑膠盤中，並以高二氧化碳 MAP 氣體替換周圍空氣，再立即使用雙層薄膜密封。上層為可剝離薄膜，下面是半滲透層，在肉品從存放空間取出並用於展示銷售時，去除可剝離薄膜，就可讓氧氣逐漸進入包裝當中；不但可延長儲藏時間，同時可在超市冰箱中呈現良好外觀。　　隨著肉品種類不同，所使用的MAP混和氣體比例也具有差異，需要與食品研究機構、加工客戶以及包裝材料和機器供應商密切合作，針對微生物、衛生要求、包裝材料、環境變化等因子進行詳盡探討，才能盡可能保留新鮮食品的口味、質地和外觀。

#肉品 #氣調式包裝 #農產品安全 #儲運管理

世界自然基金會推出區塊鏈平台-OpenSC以增進供應鏈透明度

2019/02/26

世界自然基金會(World Wildlife Fund, WWF)推出了一個稱為OpenSC的區塊鏈(blockchain)食品追蹤平台，由WWF-Australia和BCG Digital Ventures合作開發，期望能幫助企業和消費者避免非法、破壞環境的產品，同時改善供應鏈透明度。藉由掃描列印在包裝或產品上的QR code、RFID(Radio Frequency IDentification)等，可以追蹤產品從原產地、加工、運輸、包裝到零售業貨架的所有資訊。客戶只需在智慧型手機中安裝OpenSC應用程式，即可查看產品供應鏈的生命週期。【延伸閱讀】巴布紐幾內亞的豬農已成功運用區塊鏈技術進行溯源管理　　此系統還可記錄產品的其他重要資訊，做為日後食品安全或其他審核之用，例如溫度、濕度和其他社會與環境認證條件等。透過OpenSC將能幫助消費者了解產品的生產背景，協助其作出對環境友善、符合人權、促進永續生產的選擇。　　為了促進食品安全，IBM公司已經創立了供應鏈區塊鏈聯盟，稱為IBM Food Trust。雖然此平台不像OpenSC涉及消費端，但已確實連結從農場、加工、儲藏、運輸到零售商的過程，增加產品的可追溯性。而對企業而言，區塊鏈系統可避免紀錄遭到竄改，提升供應鏈管理的信任度。且平台可在自動追蹤每次產品轉手時的狀況，幫助降低追蹤成本，並減少潛在的人為錯誤，優化業務營運。

#區塊鏈 #可追溯性 #食品安全 #資通訊應用 #感測元件 #OpenSC

運用生物工程技術將可望提升近三成水稻產量

2019/02/25

糧食安全一直是世界各國關注的重要課題，透過現代化分子生物技術改良作物的遺傳性狀，將大幅提升作物產量，避免糧食短缺的問題。中國大陸華南農業大學運用基因轉殖的方式，改良水稻(Oryza sativa, rice)葉綠體胞器中的酵素活性，藉此提高其生產量。　　在植物生理中，植物經光合作用將二氧化碳固定後，以醣類的形式儲存能量。然而除了光合作用外，包括水稻在內的C3植物，皆具有光合作用與光呼吸作用兩種代謝途徑，由於發生在葉綠體中的光呼吸作用產生的乙醇酸會被進一步轉移到其他胞器中代謝成二氧化碳及氨，其產生的二氧化碳無法直接在葉綠體內經光合作用所固定，因此如何減少光呼吸作用帶來的影響、提高葉綠體胞器內可直接利用的二氧化碳濃度，進而提升光合作用的固碳效率，藉此增加作物產量成了研究的重點方向之一。中國大陸華南農業大學的研究團隊建立了以農桿菌(Agrobacterium)作為基因轉殖的技術，改良水稻葉綠體內的三個酵素，分別為乙醇酸氧化酶(glycolate oxidase)、草酸鹽氧化酶(oxalate oxidase)與過氧化氫酶(catalase)。這三種酵素可在葉綠體內形成GOC途徑(GOC pathway)，透過GOC途徑，植物體可迅速將光呼吸作用產生的乙醇酸在胞器內迅速地代謝成二氧化碳、水及氧氣，在胞器內產生的二氧化碳便可直接做為光合作用的碳源，可避免乙醇酸進一步轉移至其他胞器，減少額外消耗其他能量進行代謝的過程。研究發現，轉殖後具有GOC途徑的基改水稻與普通水稻相比，基改水稻具有較低的光呼吸效率、較高的光合作用效率、葉綠體內具有較高的二氧化碳濃度；基改的株型則顯得較碩大、翠綠，稻穀收成提升7-27%，各種結果皆顯示基改水稻具有提升糧食生產的潛力。【延伸閱讀】藉由發展具多元營養素之稻米品種以解決營養需求問題　　中國大陸華南農業大學利用農桿菌提升水稻產量的作法，有別於以往僅改變單一酵素的手段，研究藉由一次改良作物體內多個基因，影響作物生合成途徑的方式，進而改變其光合作用效率、提高收穫量。華南農業大學的研究團隊也計畫將該基改技術應用在其他作物上，盼能提高其他糧食作物的產量。　　該研究由中國國家自然科學基金會資助，相關研究成果已發表在<Molecular Plant>。

#糧食安全 #基因體學 #育種

靈巧的機器人可加速電子商務推進

2019/02/22

近年來，隨著網際網路逐漸發達，於線上交易的電子商務也蓬勃發展，電子商務具有方便、快速交易、無營業時間限制、節省實體店面成本等優勢，因而吸引大量商機。為了迅速滿足大量訂單，商家也需要準備大型倉庫以儲備足夠的庫存量，在此同時也衍生人力短缺的現象，然而電子商務在零售業中的比例仍在持續成長，許多企業也逐漸考慮使用機器人化解人力不足所造成的限制。　　現今的機器人技術多半只能以特定手勢或吸盤等構造抓取物品，一但改變目標物的外型，機器手臂的掌握力就會下降。當線上訂單完成時，商家需要在倉庫中搜尋並取出儲藏的貨品，但是倉庫中的物品形狀複雜，不利於使用單一的機器手臂抓取和移動，且訓練機器學習也是一大問題。　　為了改善抓取的活動性，可能會在機器手臂上裝配多種吸盤或夾具，故訓練機器人辨識物品並採用適合的工具成功拿取，是需要突破的重點。加利福尼亞大學柏克萊分校(University of California, Berkeley)的工程師提出了新技術，可以使機器人在不經過培訓的情況下掌握各種物體形狀。　　研究團隊採用Dexterity Network(Dex-Net)4.0系統與類神經網路Improved GQ-CNN，並通過多達五十種不同的物品和ABB YuMi機器人進行測試，探究機器人在箱子當中拿取物品的效率，實驗顯示可成功改進機器人抓取物品的可靠性(reliability)。未來可能會改善機器人辨識困難的部分，包括從物品堆中找出被遮擋的目標物、透明物件、多孔和包裝鬆散的物體。【延伸閱讀】日本超級農機提升飛驒牛生產力　　現在電子商務熱潮也逐漸帶動農產品於網路販售，農委會也設立農產品電子商務推動小組，積極推動臺灣農產品電子商務；而農產品比起工業產品的形狀、規格更為複雜，若要運用相關技術於農業電商平台，還須經過多項測試。

#電子商務 #人工智慧 #儲運管理

飲用烏龍茶可能有助於預防乳癌

2019/02/21

癌症(惡性腫瘤)是全球人口主要死因之一，其中乳腺癌/乳癌好發於女性，除可能造成局部乳房變形、皮膚潰爛，也可能經由淋巴管或血管轉移至肺、骨骼、肝臟等更遠處的器官或組織。根據估計，至2018年為止，美國有超過250,000名女性被診斷患有乳癌。　　茶是自遠古時代流傳下來的飲料之一，由茶樹葉片萃取而得。茶葉依發酵程度可分為不發酵茶(龍井、煎茶及綠茶等)、部分發酵茶(包種茶、烏龍茶、鐵觀音等)及全發酵茶(紅茶)三種分類。現今許多文獻已證實綠茶具有良好的抗癌作用，但針對其他茶類影響乳癌的效用研究則較為稀少。　　中國福建省是烏龍茶的主要產區之一，根據2014年數據顯示，福建省乳癌的發病率低於全國平均35％，死亡率低於全國平均38％，且烏龍茶高消費者的死亡率比全國平均水平低68％。因此美國聖路易斯大學(Saint Louis University)與中國福建醫科大學進行合作，欲探究烏龍茶對於乳癌的影響。【延伸閱讀】研究發現咖啡含有抑制攝護腺癌細胞的成分　　研究人員使用不同濃度的綠茶、烏龍茶、紅茶(black tea)和黑茶(dark tea)萃取物處理六種不同的乳癌細胞，發現烏龍茶和綠茶都可造成乳癌細胞的DNA損害，抑制乳癌細胞生長和增殖，而紅茶和黑茶萃取物物處理的組別效果較弱。詳情還需要更進一步的研究，才能確定高烏龍茶消費人口與乳癌發生間的關係，相關研究發表於<Anticancer Research>。

#烏龍茶 #綠茶 #乳癌 #功效性測試