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趨勢快訊
在植物上找到的新型抗生素macrobrevin
2018/08/23
抗生素(antibiotic)是由微生物生合成的次級代謝物,能抑制其他微生物的生長,有利於其拓殖新棲地與競爭生長資源;人類則利用此特性作為醫療、農業、或食品等方面殺菌或制菌的藥劑。然而,抗生素大量使用卻造成細菌演化出多重抗藥性,使得人類逐漸無法抵抗病原性細菌的感染,因此各界均極力尋找新型抗生素以幫助解決抗藥性問題。   瑞士蘇黎世聯邦理工學院微生物學研究所(Institute of Microbiology, ETH Zurich) Julia Vorholt博士及其團隊利用植物界模式物種阿拉伯芥(Arabidopsis thaliana)作為研究材料,研究其葉圈(phyllosphere)上的微生物相(microbiota)組成。研究團隊發現,由於葉圈上的微生物為了有限的營養資源而彼此競爭,透過分泌抗生素或相關的次級代謝物抑制其他物種生長及繁殖,一旦競爭成功便佔據整個葉表,成為強勢菌群。另外,將葉表上的微生物相基因組進行定序,並利用生物資訊學分析其中細菌間的交互關係。透過生物資訊的研究發現約五萬個交互作用中有725個是與抑制性交互作用(inhibitory interactions)有關,其中Brevibacillus屬中的細菌Brevibacillus sp. Leaf 182抑制其他細菌的效果較佳。經純化次級代謝物並進行資料庫比對後發現了新的化合物,研究團隊將此化合物命名為macrobrevin,未來也將持續探討macrobrevin於醫療上的應用性。【延伸閱讀】叢枝菌根菌對大豆胞囊線蟲的抑制潛力   此研究是由瑞士國家科學基金會(Swiss National Science Foundation)贊助,相關資訊發表在<Nature Microbiology>。
小型室內栽種設備與家庭園藝未來發展
2018/08/22
家庭園藝存在歷史悠久,最初僅作為農業生產的附屬,但近年來人們對食品安全與生活品質重視程度提高,家庭園藝又逐漸受到喜愛,並朝向多元化、精緻化的方向發展。此外,隨著經濟成長與都市化發展,城市人口逐漸增加,住宅越顯密集且高樓化,未來的生活空間將會更加擁擠,適當利用室內小型空間顯得更為重要。有鑑於此,美國萊斯大學(Rice University)開發出書架大小的生長箱,提供人們小型的室內種植環境。   2017年室內園藝在Garden Media Group的報告中被列為流行趨勢之一,顯示企業注意到人們對家庭園藝的興趣不斷擴大。密蘇里州立大學(Missouri State University)植物科學副教授Clydette Alsup-Egbers表示,造成室內植物死亡的最大原因是缺乏了解植物特性而過度澆水,若使用小型自動化系統調控生長環境,則能幫助不擅種植的人們經營室內園藝。而Aerogarden公司更是從2013年開始就販賣適合室內小空間的自動培養裝置—Harvest Elite,自2013年以來銷售額同比增長率超過20%。此種植設備使用LED燈板,具有調控光線、溫度和水量的功能,客戶可依其種植之植物需求選擇適當的種植模式,只需要每三週補充一次水箱即可。【延伸閱讀】有效減緩城市高溫的幾種作法   為了降低氣候影響及促進規模性生產,商業溫室早已實施自動化多年;然而長時間進行室內種植則可能使得植物特性發生改變,例如生菜脆度降低等情況,未來相關園藝設備仍需進行不斷試驗與改良,才能使室內種植更具發展性。
食用油塗層可防止細菌在食品加工設備上生長
2018/08/20
現今市面上常見的食品加工設備多為不鏽鋼材質,為了維護食品安全衛生,需要經過例行性的清潔後才能反覆使用於工業化食品製造流程。然而這些設備經過反覆使用後表面會產生微小刮痕,雖然肉眼不易察覺,但這些刮痕也容易成為大腸桿菌、李斯特菌、沙門氏菌等細菌孳生的溫床,增加食品微生物汙染的風險。   為了減少細菌附著所造成的汙染,加拿大多倫多大學(University of Toronto)與種子公司AGRI-NEO合作,以哈佛大學(Harvard University)於2011年發表一種豬籠草捕蟲籠的仿生塗層材料「注液光滑多孔表面(Slippery Liquid-Infused Porous Surfaces,SLIPS)」做為參考概念,使用食用油製成特殊塗料,塗佈於不鏽鋼表面。此塗料會自動滲入為孔隙中填充,並形成穩定的疏水層,降低食物殘渣和細菌附著的機會;經過測試,處理後的不鏽鋼板上的細菌數比起未處理過的對照組少了1,000倍,且經過高硬度玻璃珠研磨表層後剩餘的塗料仍能自動擴散,良好的表面抗菌性。   此SLIPS技術在高壓、冰凍等極端環境條件下,仍能保有排斥液體或固體的能力,因此也可廣泛做為防冰、抗污、抗腐蝕、抗菌塗層等用途,例如醫療器械、感測器、窗戶、運輸管路等表面。而利用對人體無害的天然油脂作為塗層原料,可避免使用化學清潔劑於設備表面殘留之毒性,並同時減少細菌在食品加工時造成汙染的可能性。【延伸閱讀】椪柑果皮可作為商業化果膠萃取的新來源   相關研究發表於<ACS Applied Materials&Interfaces>
Ceres Imaging結合無人機及感測器於精準農業之應用
2018/08/17
美國的農業型態多為大規模、粗放式農業,高度機械化作業與單一化種植有利於農民管理與補足勞動力,但這樣的作業方式面臨病蟲害威脅時也容易造成巨大損失。隨著全球氣候變遷現象越加明顯,農民需要更加良好的風險預測與管理能力,才能維持每一季農產產量與品質。   美國的Ceres Imaging公司在小型無人機上搭載高分辨率的航拍設備與感測器,能夠經由低空拍攝以取得作物葉綠素含量、植株數量計算、樹冠層溫度等資訊,並經由分析計算,協助管理者了解植物蒸散作用狀況與需水量;此外,該系統也結合GPS(Global Positioning System)定位,透過電腦或其他智慧型裝置可提示異常狀況所出現於田間的確切位置。其優勢在於提前發現肉眼無法觀察到的狀況,避免潛在性的作物病蟲害持續擴大,使農民可快速對症下藥或進行其他處理,減少後續品質或產量之損失。   目前此項技術已使用在許多農場,成效良好。例如澳洲Century Orchards的杏仁園依靠此技術找出缺水與需要修剪的高度生長區域,經過調整灌溉系統後提升了20倍的投資報酬率;而位於加州的Terranova Ranch則利用其搭配的IOS應用程式比較植株健康狀況的差異,並用於評估不同區塊的收穫時間,每英畝增加約25萬噸的產量;另外此技術也幫助Evergreen FS提早發現玉米與大豆田間的Cercospora屬真菌病害,針對其精準施藥比起傳統施藥法高出了6倍的投資報酬率。【延伸閱讀】印度農業科技公司如何幫助應對氣候風險    Ceres Imaging使得農民不必購買重型設備,也無須在農地安裝各式硬體裝置,即可定期得到作物生長狀況的精確報告,提升了管理便利性與農民接受度,或許此類技術也將成為未來智慧農業趨勢之一。
將廢紙板變成鉻過濾器
2018/08/15
隨著現今社會工業化程度提高,工商業蓬勃發展衍生出許多重金屬汙染問問題,鉻汙染便是其中之一 。鉻(Cr)可用於製造耐熱及抗磨損的合金,適合汽車零件或電鍍防鏽等用途,應用範圍廣大,加工後的廢液含有三價(Cr3+)及六價鉻離子(Cr6+),其中Cr3+是生物體所需之微量元素,但Cr6+卻具有毒性,若排放至水中則容易對環境造成衝擊;而人體不慎接觸鉻廢液也可能引起氣喘、過敏、皮膚潰瘍,甚至罹患癌症之風險,因此審慎處理鉻汙染與其他重金屬汙染是各地政府均須注重的議題。   另外,快速經濟發展所帶來的大量紙類廢棄物也是都市垃圾問題之一,據統計,原木紙漿製成之包裝紙製品佔所有都市固體廢棄物(municipal solid waste)的40-45%。若能有效使用這些紙類廢棄物,則有助於促進廢棄物再造新價值與促進林木資源永續利用。   中國科學院合肥物質科學研究院吳正岩(Zhengyan Wu)博士所帶領的團隊則利用低成本廢紙板作為原料,利用水熱處理法(hydrothermal treatment)將其中的纖維素製成小顆粒之球型碳(spherical carbon, SC),此球型碳具有易擴散、化學性質安定及高機械強度(mechanical strength)等特性,可用於吸附奈米零價鐵(zerovalent iron, ZVI),形成SC/ZVI複合物。將SC/ZVI投入含有Cr6+之汙水中,Cr6+經過還原反應後會轉換成Cr3+並吸附於SC/ZVI表面,而鐵(Fe0)則氧化成Fe3+;之後再透過磁鐵將兩者一併去除,即可完成鉻汙染之處理。【延伸閱讀】新園藝技術可不汙染水資源   我國長期以來也面臨數次含鉻汙水隨意排放之問題,除了依賴環保單位保持長期監測外,後續的汙染排除也十分重要,此研究提供了紙類廢棄物與鉻汙染處理的新契機,未來或可應用於其他重金屬汙染之處置,值得參考。   相關研究由中國科學院、中國國家自然科學基金委員會及中國安徽省環境保護廳資助,相關研究刊登於<Langmuir>中。
新菸鹼類農藥影響蜜蜂的學習和記憶
2018/08/14
菸草中含有菸鹼(又稱尼古丁,Nicotine),菸鹼屬於天然的殺蟲物質,對大部分食用植物的害蟲具有神經毒性。而新菸鹼類(Neonicotinoid)藥物是一種結構類似於尼古丁菸鹼的神經性殺蟲劑,於環境中更加穩定且不易降解,故於20世紀末期大量使用於田間噴灑與種子處理,成為現今世界上最為廣泛利用的殺蟲劑之一。新菸鹼類藥物施用後不光是停留於植株表面,還會透過植株吸收並擴散至所有的組織,屬於系統性殺蟲劑;因此陸續有研究顯示此類藥物可能導致蜂群生態破壞,歐盟也於今年年底開始禁用。   英國倫敦大學皇家霍洛威學院(Royal Holloway University of London)收集了許多針對探討藥劑蜜蜂嗅覺學習與記憶相關之文獻,並連絡其作者得到了相關數據,再將數據統一量化後利用整合分析(meta‐analysis)探討新菸鹼類藥物對蜜蜂的影響,發現即使蜜蜂於野外暴露於極低劑量下,新菸鹼類殺蟲劑對蜜蜂學習和記憶也有顯著的負面影響。【延伸閱讀】護蜂歐盟擬禁用數種殺蟲劑   本次的綜合文獻探討提供殺蟲劑如何影響蜜蜂生態的量化方式,而未來的討論方向將擴及(a)農藥如何影響蜜蜂幼蟲、(b)農藥如何影響其他昆蟲(c)其他具有潛力的農藥替代物如何影響蜜蜂的認知與學習。由於昆蟲屬於重要的授粉媒介,建議後續開發的植物保護產品或藥劑進行申請時,應納入相關的風險評估文件。   相關研究發表於<Journal of Applied Ecology>
促進永續性之纖維素奈米纖維製造方法
2018/08/09
纖維素(cellulose)為組成植物細胞壁的成分之一,是最廣泛存在且容易取得的天然素材,將其進行奈米化後組成的纖維素奈米纖維(Celluouse Nanofibers,CNF)具有輕盈、強韌、環保等特點。而纖維素奈米紙(Cellulose nanopaper,CNP)是一種新型材料,具有輕薄、堅韌等特性,可成為液晶螢幕、電子器材、阻隔材料等其他工業產品所需原料,擁有良好的應用潛力。然而,由於纖維素具有優異的親水性,CNP在水中或是高濕度環境常會失去原本應有的強度且無法耐久,如何增強CNP之防水性與延長使用時間是能否促成產業化的重要議題。【延伸閱讀】入侵柄海鞘提供新型生物複合性材料之用途   中國科學院(Chinese Academy of Sciences)則利用亞硫酸銨和甲酸水解煙草桿,分離出含有木質素(lignin)的CNF,木質素的存在可增強材料的抗拉強度、韌性和熱穩定性。含有木質素的CNP抗拉強度與韌性可達到255 MPa和19.7 MJ m -3,比起不含木質素的CNP(179 MPa和12.8 MJ.m-3)更高,且木質素中的官能基可吸收紫外線能量,使得材料阻隔紫外線的效果更好。此外,CNP的最大濕拉伸強度(wet tensile strength)可提高至83 MPa,優於其他文獻發表過的CNP材料。   此法不須繁複的化學步驟處理,不但乾淨且能節省成本,生產之CNP也因強度與耐水性更好而具有取代石化材料之潛能,更能在製造過程中顧及環境永續性。
Microsoft-Techno Brain通過雲端數位平台促進非洲農業
2018/08/08
在新自由主義(neoliberalism)的推波助瀾下,全球農業逐漸朝向大規模、單一化、經濟化的模式推進,其中非洲綠色革命聯盟(The Alliance for a Green Revolution in Africa,AGRA)與非洲化肥與農業企業夥伴關係協會(African Fertilizer and Agribusiness Partnership,AFAP)也因應而生。在國際農業巨頭公司遊說下,非洲多國政府順應其邏輯推動農業管理政策,鼓勵農民邁向現代化農業。   在此同時,規模小、資源少的地方小農由於缺乏風險管理與預警經驗,比起經濟化農場更容易受到氣候與病蟲害影響。為了增加農民因應農業災害的時間,提升風險管理能力,Techno Brain公司與微軟合作,在非洲推出數位農業平台,以全球定位系統(Global Positioning System,GPS)標示農場位置,可搭配氣候預測、土地管理、作物與土壤調查等其他用途,以有效幫助農民提高產量與增加收入。目前此項系統已和印度政府及企業合作,而現在也正在向馬拉威、坦尚尼亞等非洲國家擴展,農民可通過簡訊和語音服務,從雲端獲得最佳播種時間、害蟲生長警報、天氣通知、建議收穫時間、市場資訊和農業技巧等訊息。【延伸閱讀】JA全農增加Z-GIS農業經營管理系統的資訊共享功能   Techno Brain是非洲第一家通過CMMI 能力成熟度整合模式(Capability Maturity Model Integrated) level-5的公司,其與微軟在雲端智慧和精準農業運用之結合,能強化非洲地區農業的智慧化進程。而撒哈拉沙漠以南地區的小農與依靠天然雨水灌溉的「雨養農業」佔據90%,若能適當利用相關地理與農業資訊,則未來潛力無限。
來自葉綠素f的新型光合作用系統
2018/08/03
植物的光系統中含有多種光合色素(phytosynthetic pigment),包含葉綠素、葉黃素、類胡蘿蔔素等,當植物進行光合作用時,這些光系統會吸收與傳遞太陽光能,並經由後續反應將其轉化為化學能。目前大多數已知的藻類、藍綠菌(Cyanobacteria)及植物中的光系統中心多為葉綠素a,而葉綠素a較善於捕捉紅光(波長680至700 nm)的能量;此種情況代表,雖然太陽光所涵蓋之波長範圍廣泛,但只有來自紅光的能量才能用於光合作用。   然而,1996年時發現部分藍綠菌(如Acaryochloris屬)可另外於可見光不足或陰影環境下,使用葉綠素d吸收波長700-720 nm的近紅外光進行光合作用。除了葉綠素a與葉綠素d系統以外,研究人員現今還確認了第三種光合作用系統—葉綠素f。藍綠菌可在陰影環境下,藉由葉綠素f轉化近紅外光(約750 nm)以補充不足的能量。   此種新發現的光合作用形式可協助藍綠菌等自營物種於低光源環境中成功利用太陽能,未來或許可應用於火星或其他地區作為合成氧氣之來源,或是做為光合微生物燃料電池生產的先驅研究。【延伸閱讀】英國石油BP在美國投資生物燃料工廠降低航空公司燃料成本   此研究相關參與機構包含英國倫敦帝國學院(Imperial College London)、倫敦瑪麗王后大學(Queen Mary University of London)、法國巴黎第六大學(Université Pierre-et-Marie-Curie)、細胞綜合生物學研究所(Institut de Biologie Intégrative de la Cellule)、澳洲國立大學(Australian National University)與義大利國家研究委員會(Consiglio Nazionale delle Ricerche),結果發表於<Science>。
無人機進行大面積橄欖病害監控
2018/08/02
橄欖是義大利主要的經濟作物之一,也是橄欖油製造的重要來源;但近年來義大利南部地區的橄欖樹受到細菌Xylella fastidiosa影響,使得橄欖產量與品質下降,對於其農業經濟產生嚴重危害。X. fastidiosa是一種植物病原細菌,經過媒介昆蟲入侵植物後會逐漸堵塞其木質部,使得寄主體內水分運輸受阻,造成植株脫水、葉片黃化、焦枯、萎凋甚至死亡等徵狀。此種病原長期於美洲地區肆虐,可感染葡萄、梨樹、柑橘、夾竹桃等超過350種園藝作物,並且已擴散到歐洲與亞洲多個國家,我國也有許多作物感染案例。   有鑑於現今全球農業貿易之發達,及早發現並預防病害向外擴散是至關重要的課題。然而,病原感染植株後具有潛伏期,農民無法光從外觀評斷作物是否受到感染,因此常忽略及早剃除病株的黃金時間,而媒介昆蟲在此期間也不斷來回於健株與病株間,等到病徵明顯時已無法挽救產量損失。   為了幫助農民及早發現病害,歐盟聯合研究中心(Joint Research Centre,JRC)的研究團隊利用機載成像光譜儀(Airborne Imaging Spectrometer,AIS)與熱成像(thermography)拍攝橄欖樹影像,此種裝置能捕捉可見光至紅外光區段的光線,分辨率為40-60公分,搭配人工智慧進行分析,可判讀光合作用之旺盛程度,例如,蒸散作用較弱的植株溫度較高。【延伸閱讀】Smart Ag發布第一款無人駕駛機械平台   該團隊於兩年間拍攝了15個區域中的七千多棵橄欖樹,部分橄欖樹叢透過此種方法所得之判斷準確率可超過90%,因此適合在田間大範圍進行即時監測;以往1000公頃面積需要經過三個月的人工檢測,現在只需要一架無人機即可於一小時內完成。未來推廣至西班牙的杏林,與馬約卡島(Mallorca)的葡萄園,相關研究發表於<Nature Plants>。
鱸魚腸道篩選出乳酸菌 可製成天然優格
2018/07/31
許多民眾喜歡喝發酵乳品,農委會水試所從鱸魚腸道篩選出能產生葡聚糖的乳酸菌B4,經適當發酵就可製成天然優格,且不需任何添加物就有柔細口感,讓民眾吃得安心、健康。 乳酸菌是重要的益生菌之一,牛奶經過乳酸菌發酵後,不僅口感佳且更容易被人體消化吸收,但由於目前發酵乳多半以保加利亞乳桿菌(Lactobacillus bulgaricus)或嗜熱鏈球菌 (Streptococcus thermophilus)等作為菌種,為了改善製品出現穩定性差、質地鬆散及乳清析出過多等問題,通常都會添加刺瑰豆膠、果膠及酵素製劑等多種穩定劑或增稠劑。 隨著民眾對健康重視的提升,不含任何添加物的健康食品也越來越受到消費者的青睞,行政院農業委員會水產試驗所從鱸魚腸道篩選出能產生葡聚糖的乳酸菌B4,將其與蔗糖加入牛奶,經過適當發酵後,可產生乳酸菌的特殊代謝產物及葡聚糖。 水試所指出,葡聚糖會與牛奶的細胞及蛋白質的網狀結構結合,減少乳清的分離,同時具有乳化特性,有助於提升發酵乳品的口感、黏度、風味、外觀及色澤。 水試所表示,以乳酸菌B4製成的優格質地細緻、口感滑順,且不需其他添加物,是目前相關產品中唯一含有天然保健成分葡聚糖者,除了直接食用外,因質地較一般優格濃稠,也可當作吐司塗醬或取代高熱量的市售沙拉醬,讓消費者吃得安心、健康。
幫助植物追逐陽光的機器人
2018/07/30
一般而言,植物透過外界環境刺激,藉由水分變化進行膨壓運動或激素進行生長運動,以捕捉日光、水分或其他生長所需營養,例如向日葵的向光性、氣孔開闔與毛氈苔的捕蟲運動。然而,植物的移動較為被動與緩慢,植物根部的固著性使其無法像動物一樣,根據環境的即時狀況而移動至所需生長要素面前,在劇烈變動的環境下較容易因適應不良而死亡。   有鑒於此,中國的Vincross公司提出結合機器人與植物的想法,製作出可自主移動的六足機器人—HEXA,具有良好的移動與穩定功能,前方則搭載720p攝影機、測距感測器、三軸加速度計、紅外線發射器,幫助機器人「看見」前方狀況與跨越障礙。將盆栽結合機器人,就能實現植物自行即時移動的目標,幫助植物「走出」陰影與「躲避」烈日,而人們則可透過手機應用程式遠端操控機器人,或藉由MIND系統及HEXA simulator自由控制與設計機器人的動作,並上傳分享或下載其他人所編排的程式,使機器人動作更為複雜與擬人化。【延伸閱讀】沿著抹香鯨的表面移動的小型機器人    透過該機器人的發明,能夠增進植物移動的自主性及植物與人類間的互動性,未來或許可增加偵測水分或二氧化碳之感測器,或將相關技術應用於園藝領域中,減少人們於居家照顧大量植物的麻煩。
椪柑果皮可作為商業化果膠萃取的新來源
2018/07/26
水凝膠(hydrocolloids)是一類廣泛運用於生活中的水溶性聚合物,常見的水凝膠包含冷敷包、愛玉、蒟蒻等;水凝膠於食品工業中可作為增稠劑與凝結劑使用,防止食品中的水分釋放與冰晶形成,常用於冰淇淋、果凍、果醬、乳製品中,幫助改善食品質地。除此之外,水凝膠多半為不易分解的多醣聚合物,屬於膳食纖維,具促進腸道蠕動、延緩腸道吸收葡萄糖的能力、防止血糖急遽上升等功能。   果膠(pectin)是一種主要由半乳醣醛酸(galacturonic acid)構成的複合式多醣聚合物,廣泛存在於植物細胞中,可作為天然的食品添加劑來源。目前於商業上使用的果膠主要來源為蘋果渣與柑橘類表皮等水果加工副產物,經過分離後的果膠需含有65%以上的半乳醣醛酸才適用於食品工業。【延伸閱讀】酵母生產防腐添加劑的應用潛力   椪柑(Citrus reticulata Blanco cv. Punkan)雖然也屬於柑橘類水果的一員,但至今尚未有商業化分離椪柑中果膠的方式。巴西的巴拉那大學(Federal University of Paraná)則利用高溫與酸性溶液(pH1.6)從椪柑皮中分離高甲氧基果膠(High Methoxyl Prectin,H.M. pectin),產率可達25.6%。   此項研究結果可幫助椪柑產區更加有效利用果實資源,將原本效益較低的果皮轉化為果膠原料,並減少農業廢棄物,促進環境永續。相關研究發表於<Carbohydrate Polymers>
【循環】食品殘渣於沼氣發電之應用
2018/07/25
根據新加坡國家環境局(National Environment Agency,NEA)的資料顯示,食物殘渣約佔新加坡廢棄物總量的10%,估計只有14%的食物殘渣有效被回收。為了有效利用這些食品廢棄物,新加坡國立大學(National University of Singapore,NUS)與上海交通大學合作,開發了一種厭氧發酵系統,能夠回收食物殘渣並將其轉化為肥料,發酵時所產生的沼氣也能用來發電與維持系統運作。   藉由微生物的幫助,一公噸的廢棄物約可產生兩百至四百瓩(kWh)的電,隨著廢棄物中所含的碳水化合物、蛋白質與脂質越高,所產生之沼氣與發電量也就越多。透過沼氣發電後部分能量可供應系統熱水與電腦、幫浦、換氣扇等需電裝置,以維持發酵時的最適溫度50℃,多餘的電力則可儲存於電池當中。此外,發酵系統中的每一個過程都能透過電腦進行控制,而各裝置上的感測器也能將排程開始、結束及異常訊號傳送至管理者手機中,以確保系統運作時的效率和安全性。【延伸閱讀】研究指出農電共生的經營模式可最大化太陽能光電轉換效率   此厭氧發酵系統裝設於可移動裝置上,每天可處理約200公斤的廢棄物,將80%廢棄物轉化成富含營養的肥料,加工後可供給於農藝或園藝所需。另外,此系統於發酵過程中能除去水份與硫化氫,因此可避免發出難聞氣味,適合用於人口密集的城市處理廚餘之用。現在研究人員正於校內持續測試,電池中儲存的電力則作為學生手機與平板充電站之用;而另一個更大的400公斤系統也正在開發中,希望未來能實際使用於當地居民生活當中。
促進藍綠菌生產琥珀酸之方法
2018/07/23
藍綠菌(Cyanobacteria)是地球上廣泛存在的微生物之一,能夠利用以光合作用合成自身所需養分,屬於自營生物。而帶有葉綠素或葉綠體的自營生物,能經由複雜的代謝過程固定大氣中的二氧化碳,將光能轉化為化學能,提供後續生理各階段所需能量。微生物的代謝途徑十分複雜,琥珀酸(succinate)便是其中一項重要的中間產物;此外,琥珀酸也是現今石化工業經常使用的原料之一,可從石油或微生物轉化而得,藍綠菌可經由代謝過程將二氧化碳轉化為琥珀酸,若是深入探討此細菌合成琥珀酸之機制,將有助於微生物協助工業製造的發展。   日本神戶大學(Kobe University)發現實驗室中常使用的藍綠菌Synechocystis sp. PCC 6803於攝氏30至37度間,隨著環境溫度上升,代謝途中重要的有機酸產物也會跟著增加。經過分析,確認磷酸烯醇丙酮酸羧化酶(Phosphoenolpyruvate Carboxylase,PEPC)參與的代謝過程中重要的速率決定步驟,因此使用基因工程技術改變了藍綠藻Synechocystis sp. PCC 6803,將其生產琥珀酸的速率提高至先前研究報告中的7.5倍。【延伸閱讀】燻蒸劑對土壤健康方面的最新研究   此系列研究有助於人類進行微生物碳代謝途徑之基礎研究探討,未來或許也可應用於商業化微生物之固碳速率提升。相關研究發表於<Metabolic Engineering>
可使用於3D列印的纖維素材料
2018/07/20
3D列印技術是快速成型技術的一種,透過電腦建模、分區設計截面,再經由3D列印機逐層製作。最常使用在3D列印的原料便是塑膠聚合物,然而大部分的塑膠聚合物雖具備良好的熱塑性與強韌性,卻不易受到生物降解,產品於未來可能成為環境汙染一部分。而纖維素(cellulose)是世界上最豐富的有機化合物和工業副產物,不但取得方便,也容易經由生物分解而回歸自然;但對3D列印技術而言,纖維素並非容易處理與使用的素材,不但生產成本高,延伸性也不如金屬和塑膠材質好,因此不易利用3D列印製作大型物體。   新加坡科技設計大學(Singapore University of Technology and Design,SUTD)從卵菌細胞壁中獲得靈感,利用水溶解幾丁質(chitin),再將其滲透進纖維素結構中,製作出類真菌黏合材料(fungal-like adhesive materials,FLAM)。不但具有良好的延展性、重量輕且成本低廉等特性,且製造期間不需使用有機溶劑或合成塑膠,產品也能在自然情況下進行生物降解,維護環境永續性。   FLAM的製作成本大約2美元/公斤,比起成本介於20-30美元/公斤的PLA和ABS更具效益,除了進行3D列印以外,也能利用一般的木工技術進行塑形與切割,剩餘的廢棄材料更可投入堆肥中回歸環境。因此研究人員認為FLAM是一種適合未來社會的材料,將促進製造業提升至更加友善環境的層級。【延伸閱讀】利用青芒果皮解決油污泥問題   相關研究發表於<Scientific Reports>
利用紅外光變化偵測二氧化碳之感測器應用
2018/07/17
全球人口數量至今仍在持續增加,據聯合國統計,至西元2050年時全球人口預計將超過90億,屆時糧食需求將增加六成以上。然而目前儘管耕作方式不斷改進,但農作物產量增加速度並無法跟上糧食需求的增長。此外,氣候變遷、環境汙染、土地與水資源耗損等因素也持續威脅著糧食安全,因此發展改變食物生產的突破性技術刻不容緩。   未來預計80%的人將聚集於城市地區,如何在空間、資源與能源的限制下應付高密度人口的糧食所需是學者專家們正在努力研究的方向,「垂直農業」的出現提供未來糧食生產的新方向。垂直農業藉由精準的偵測與環控技術,創造適合作物生長的理想環境,屏除天然氣候的不確定因素與病蟲害侵擾之風險,日本、荷蘭、新加坡與美國等地均已出現相關的商業化工廠;預計至2024年,垂直農場市場將到達130億美元。【延伸閱讀】能偵測土壤水分多寡的作物灌溉感測器將能達到省水之效   除了營養、需水量、溫溼度控制外,二氧化碳濃度也是影響作物生長與光合作用速率重要的影響因素,適當的濃度可以幫助節省作物用水量與增進生長速度。英國Edinburgh Sensors公司推出了氣體感測器-GasBoxNG,此儀器使用NIDR (non-dispersive infrared) gas sensors進行偵測,當紅外光通過含有二氧化碳的空氣管時,部分光線會被吸收,而機器可以光線通過差異推算二氧化碳濃度。使用在垂直農場中可即時監測二氧化碳濃度,並搭配自動化控制系統持續維持適合作物生長的二氧化碳濃度。另外,此儀器也能應用於厭氧發酵時的通氣量監測與植物生理狀態觀察,並將資訊傳輸於電腦或智慧型平板中。
野生蜂容易受特定波長之藍色螢光吸引
2018/07/13
人類具有紅光、藍光、綠光等三色視覺受體,能夠區分這三種色光交疊合成的各種顏色;而蜜蜂複眼也具有三色視覺,包含藍光、綠光和紫外光等三種感光器,因此人眼與蜂眼所見的花朵顏色並不相同。而紫外光由於能量較高,能夠激發花朵上的螢光體而產生不同顏色的螢光,這些光線進入蜜蜂眼中的感光器,能夠幫助蜜蜂找到富含花蜜的地方。   雖然蜜蜂擁有三色視覺,但前人研究已證明其中一或兩種感光器能夠主導蜜蜂對花朵的偏好,尤其是藍色螢光光譜區段。由於目前尚無關於野生蜂的顏色偏好研究,故美國俄勒岡州立大學(Oregon State University,OSU)設計了一系列蜜蜂誘引裝置與結合日光激發產生螢光的裝置,用以測試野生蜂是否會受到綠色或藍色螢光的吸引,以及何種波長間的光線對野生蜂的誘引性更強。研究顯示,在不同的景觀背景的顏色條件下,野生蜂較偏好藍色螢光的誘導結果;此外,野生蜂在波長約400-490nm中藍色螢光區段更偏好波長介於430-490nm的螢光。【延伸閱讀】寄生黃蜂為種植者提供了無化學害蟲防治方法   相關結果發表於< Journal of Comparative Physiology A: Neuroethology, Sensory, Neural, and Behavioral Physiology >。有鑑於蜂群數量日漸稀少,可能影響野生植物與作物的授粉與收獲,此研究具有未來評估與吸引蜂群的應用潛力,幫助科學家或農民誘引蜂群授粉。

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