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趨勢快訊
可經生物降解的植物保護產品,促進環境永續
2018/07/10
為了避免昆蟲啃食植株造成產量損失或傳播病害,慣行農法中會噴灑農藥驅趕或殺死農業害蟲,雖然能夠維持農作物產量,但卻因此減少其他無害甚至有利於植物授粉的昆蟲數量,例如蜜蜂。此外,殘留於環境中的合成藥劑可能因雨水沖刷而流入土讓或附近的湖泊、河川甚至海洋,影響該地區的生物多樣性,因此長期以來農藥的施用量與施用時機持續受到各方爭議。   考量環境永續與食安問題,越來越多人投入有機農業與研究減少農藥使用的方法;而煙草植物可自行於葉片中產生一種稱為cembratrienol的化學物質,防止害蟲靠近植株,因此德國慕尼黑技術大學(Technische Universität München,TUM)將相關的基因轉殖於大腸桿菌中,利用發酵槽大量產生cembratrienol,再使用離心分配層析(centrifugal partition chromatography,CPC)與高效液相色譜法(high performance liquid chromatography,HPLC)純化,透過實驗證實純化的產品具有良好的驅蚜蟲效果。   目前使用cembratrienol的定位類似於人體使用防蚊劑一般,將其噴灑於植株上只是利用害蟲對其氣味的忌避性,並無毒害昆蟲的疑慮,同時也具有生物降解性,減少累積於環境當中的風險。此外,在大腸桿菌生產過程中能夠使用輾穀廢料進行發酵,有助於循環使用農業副產物,建立對生態有利的下游加工選擇。而此研究使用CPC回收純化的方法更加節省溶劑的消耗,相關的純化方法或許可作為類似化合物純化回收的參考資訊。【延伸閱讀】研究發現糞金龜能改變土壤菌相組成有助於強化糧食安全   相關研究發表於<Green Chemistry>
光譜分析技術用於探討生物多樣性的潛力
2018/07/06
長久以來,眾多不同的物種在地球上不斷交互影響,彼此消長達到生態平衡,然而這些生物多樣性與生態系統功能卻因人類活動受到干擾而逐漸失衡。隨著工業化及都市化程度提高,人類活動所影響之暖化程度越來越明顯,也威脅著原有物種的生長環境;一旦某地區的生物多樣性降低,對於極端氣候的應變能力也會跟著下降,因此更需要積極研究、評估與保護各地區的多樣物種及遺傳特性。然而複雜的生態系統也加深了人類研究的難度,故加拿大阿爾伯塔大學(University of Alberta)開發新的成像工具,將成像光譜儀(imaging spectrometer)安裝在自動推車上,操作者可於機器在地面移動的同時收集周邊植物所反射的光譜,能針對單一植物進行更精細的拍攝。   由於植物葉片對紅外線有很強的反射效應,該團隊使用短波長紅外線範圍(400-2400 nm)的光譜測量,藉由不同植物所反射的光譜不一,提出植物的光譜多樣性,在缺乏分類學、系統發育學等資訊下,此特性可作為區分植物生物多樣性的一項選擇。此方法可以改善近距離觀察的時間成本與補足遠距拍攝之細節不足的問題,並幫助研究者深入難以觀察的地區蒐集大型景觀植物的相關資訊。【延伸閱讀】提供海上資訊服務的HiSea計畫   此研究結合了各項跨域技術,包含:圖像處理、植物分類、光譜數據分析、機器人移動、統計等多種專業,相關結果發表於<Nature Ecology & Evolution>。
西班牙遠端遙控灌溉系統設置成效
2018/07/05
西班牙位於伊比利半島,內陸地區主要為溫帶大陸性氣候,北大西洋沿岸為溫帶海洋氣候,東部沿岸則為溫帶地中海型氣候,除了沿海地區,境內許多地方降雨甚少,天然環境不利於農業發展;然而西班牙政府致力於推廣灌溉農業,使得原本只適合旱作的地區也能發展園藝作物。近年來配合智慧化與現代化農業發展,逐漸推行遙控灌溉與遠端遙測系統,遙控灌溉系統通常由一台主要電腦連結到各個站點,自動化控制灌溉水量,人員也可視情況修改參數進行操作,遠端遙測系統則可追蹤參數變動對作物的影響情形,提供人們調整的依據。   2002年時西班牙參加了第一屆國家灌溉管理移轉研討會(The 1st International Workshop on Irrigation Management Transfer in Countries with a Transition Economy),此研討會旨在極力發展各國的灌溉農業產能,強調現代化灌溉系統之設置、經濟與用水管理制度等問題。2005至2010年間,西班牙在追求現代化灌溉技術的計畫中,設置了260個用水公會,這些系統所涵蓋的面積約占一百萬公頃;十五年後,科爾多瓦大學(University of Cordoba)的研究小組針對這些早前設置的用水公會設計調查問卷,以追蹤長期以來這些現代化灌溉系統的維持與營運狀況。   推行現代化之願景為,利用遠端自動控制系統降低電費成本,不僅可節省農民勞動力,且相關技術能協助有效利用水資源與能源,提升農業系統的永續性。然而,問卷調查顯示其中的15%已不再持續使用灌溉系統,而其中19%的系統無法控制一半以上的液壓閥,顯示農民在轉型至現代化的過程中勢必面臨適應期,在適應期中若無法具體看見現代化灌溉技術所帶來的良好效益,則不願意進行例行性的維護,甚至不再利用這項技術。【延伸閱讀】利用衛星遙測改善加州酒鄉的水源管理   為了完整建立現代化灌溉系統,政府與這些公會已付出250萬歐元的成本,未來這些標準化的設備將會全面推行至農村當中,配合長期保固與持續培訓農民以防止用戶放棄轉型;此外也將繼續推動技術更新,強化現代化灌溉系統前瞻性。
椰子油可提升過氧化小體異常之果蠅壽命
2018/07/03
「羅倫佐的油」是根據真實事件翻拍的電影,主角患有罕見的腎上腺腦白質退化症(Adrenoleukodystrophy,ALD)。此疾病由性聯染色體遺傳,女性為大部分的帶原者,患者體內的過氧化小體(peroxisome)無法行使正常功能以氧化與分解長鏈脂肪酸,使得長鏈脂肪酸堆積於身體各處器官,尤其是腦白質與腎上腺白質,導致神經傳導與腎上腺功能逐漸喪失,甚至死亡。   椰子油是一種取自成熟椰果肉中的食用油,是熱帶地區人們攝取脂肪的來源之一。由於椰子油含有豐富的飽和脂肪酸,因此具有高度的熱穩定性、不易氧化酸敗等特點,適合用於食品製造上需要經過高溫烹調的過程。此外,從椰子油中還可分餾出中鏈飽和脂肪酸(Medium Chain Triglycerides,MCT),擁有良好的潤滑性、穩定性、低黏度,可作為醫療或保健補充等用途。【延伸閱讀】透過生物精煉技術將木質素變成新興3D列印之複合材料   波昂大學(University of Bonn)、德國神經退行性疾病中心(German Center for Neurodegenerative Diseases)與德國癌症研究中心(German Cancer Research Center)則以果蠅作為模式生物,探討椰子油是否可以增加過氧化小體異常之果蠅(Pex19 基因突變)的活力與壽命。研究人員添加椰子油於實驗組果蠅幼蟲的飲食當中,對照組則無;實驗後發現發現對找組的果蠅大多數在24小時內就死亡,僅有20%發育成成蟲,而實驗組幼蟲則有55%可長成成蟲並存活數週。經過人類細胞實驗後,推測可能是因為椰子油飲食抑制細胞內的lipase 3活性,減少粒線體腫脹與游離脂肪酸的量,進而延緩細胞損傷。   相關結果仍需進一步進行研究與調整,文章發表於<Plos Biology>。
桑樹施用殺菌劑可能減少蠶絲生產
2018/07/02
為了維持產量與農產品質,慣行農業使用大量農藥控制田間病蟲害與雜草,殘留於環境中的藥劑除了破壞田間的生物多樣性,也影響了以植物花蜜為食物來源的蜂群;因此近幾十年來,推行有機農業的有志之士紛紛鼓吹減少農藥使用,以挽救迅速減少的蜜蜂數量,使農業得以永續經營。然而,另一種同樣受到藥劑嚴重影響但卻常被忽略的昆蟲則是生產蠶絲的家蠶(silkworm,學名:Bombyx mori)。由於桑葉為家蠶單一的食物來源,因此附近田區所噴灑的農藥或殺菌劑或許不利於家蠶成長,因此巴西聖保羅州立大學(São Paulo State University) 農業與技術科學學院本次探討廣泛於田間噴灑的pyraclostrobin對家蠶粒線體產生的影響。   Pyraclostrobin屬於strobilurin類的化合物,於環境中不易降解,可抑制真菌細胞內粒線體的呼吸作用,除此之外還能延緩葉片衰老,並強化田間作物對氧化壓力的耐受性,因此做為田間廣泛使用的殺真菌劑;而桑樹種植時也會使用pyraclostrobin提高桑葉產量和品質,以供給家蠶足夠的養分。研究人員嘗試於桑葉上施用不同劑量之pyraclostrobin,於30天後餵食五齡蟲,並觀察蟲體採食量與死亡率,並評估蟲體頭部與腸道的粒線體,發現桑葉施藥量為200 g/ha時可於蟲體內測得50μM的含藥濃度,雖然蟲體不會立即死亡,但餵食施藥後的桑葉會使得蠶繭重量下降,顯示食用含有藥桑葉後,pyraclostrobin可能藉由抑制頭部與腸道的粒線體活性而對蟲體產生潛在性的不良影響。【延伸閱讀】大黃蜂透過溫度差異來區分花朵   雖然使用農藥有助於提升植株的健康狀況,免除病蟲害的侵擾,但也需考量藥物對食用植株的經濟動物可能造成的反應,以免造成原有經濟效益之破壞,相關研究發表於<Journal of Economic Entomology>。
細菌降低除草劑汙染之機制
2018/06/28
草脫淨(Atrazine)為全球廣泛使用數十年的除草劑,具有不易揮發、不易燃、可溶於水等特點。目前發現暴露於草脫淨的動物可能損害肝、腎、心臟等器官功能,或是影響動物的性成熟、排卵與繁殖能力,但尚未確定人體是否會產生相同狀況。雖然現今尚未完全了解草脫淨對人體所產生的毒性機制,但影響人體健康的疑慮使得歐盟已禁止使用草脫淨。因草脫淨可穩定存在於環境中,因此土壤中殘留的草脫淨可能經由灌溉用水或雨水沖刷至河川,影響農田附近生態,而澳洲聯邦科學與工業研究組織(Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation,CSIRO)與澳大利亞國立大學(The Australian National University)則發現了土壤中已經有細菌發展出分解與利用草脫淨的機制。   草脫淨分子中含有豐富的氮,透過多重步驟分解與代謝過後可作為細菌生存所需的氮源,參與代謝過程的相關酵素及其基因均存在於細菌的質體(plasmid)內,且質體DNA容易在不同細菌間轉移;從1990年代開始,除了南極外,世界上各地區細菌中均存在類似的基因,因此推論細菌也逐漸隨著環境適應出新的營養利用方式。雖然目前已知草脫淨的分解機制中所參與的酵素名稱,但仍不清楚其中AztE蛋白所參與之將三聚氰酸(cyanuric acid)轉換成氨(ammonia)的機制。研究團隊發現另一種小分子量的蛋白—AztG可與AztE形成複合物,藉以穩定AztE的結構。此外,AztG及AztE的複合物還可與GatCAB結合成transamidosome,幫助細菌製造新的tRNA(transfer RNA)。【延伸閱讀】極具破壞性新型小麥病害侵襲歐洲農作物   此機制有助於細菌快速適應環境變化,然而分解後大量的氮可能造成河川優氧化的發生,未來若要有效利用細菌清除環境中殘留的農藥,必須搭配其他微生物進行全面性的分解與轉化,才能有效增進永續性。   相關研究發表於<Journal of Biological Chemistry>
狗幫助及早發現作物病害
2018/06/27
月桂萎凋病(Laurel wilt)是由Raffaelea lauricola所造成之真菌性病害,起源自亞洲,經由木製包材一同進入美國並形成危害嚴重的入侵種,此病原可經由嫁接或植株根系間傳染,等到外部病徵發展至明顯可見以供人為判斷時,往往已不利於病害控制。目前此疾病在美國境內造成超過三億棵月桂等樟科(Lauraceae)植物死亡,其中包含酪梨(avocado, 學名:Persea americana)。因為酪梨是佛羅里達州除了柑橘類以外的第二大作物樹種,因此酪梨樹的感染與死亡將造成重大經濟損失;而加利福尼亞洲及鄰近的墨西哥也是重要的商業化栽種酪梨區,若是疾病不幸向外擴散,則損害更大,開發及早發現病害的診斷方式,才有助於早期病害控制,減少產量損失。   狗的嗅覺比起人類更加敏銳,由於狗鼻子中藏有大量皺褶,能夠容納更多嗅覺細胞,使得狗辨別氣味的能力更佳,配合人類良好的訓練,就能夠在生活中提估各項協助。目前已經有搜救犬、緝毒犬、檢疫犬、導盲犬等憑藉著優異的嗅覺及靈巧的動作,幫助進行更細微的氣味判斷,找出人們不易發現的有害物質或避免危險;此外,也有部分犬隻藉由嗅覺協助飼主及早發現癌症或其他疾病之案例。佛羅里達國際大學(Florida International University)則嘗試利用犬隻的優異嗅覺進行樹木疾病診斷,訓練一隻比利時瑪利諾斯犬及兩隻荷蘭牧羊犬判斷感染萎凋病之酪梨葉氣味。經過訓練後的犬隻能嗅出病原及受感染的材料,在229次試驗中只有12次判斷錯誤,且於高熱與高濕度的環境中仍保有絕佳的辨識程度。【延伸閱讀】瑞士林學評大學研發玫瑰內部建構電線和電容器   此項研究顯示犬隻具有幫助人類找出如月桂萎凋病等農業病害之功能,未來或許可應用於商業檢測前期進行快速篩檢之用,加速病害診斷過程,相關研究發表於< HortTechnology>。
在海底種菜不是夢
2018/06/25
根據聯合國糧食及農業組織預估,2050年全球人口將成長為97.3億人,為維持農業發展與糧食供給,需要增產50%之食物、飼料與生物燃料。為因應此一情形,義大利海洋珊瑚礁集團(Ocean Reef Group)於2015年募集超過30,000美元資金,資助尼莫菜園(Nemo’s garden)水下種植研究計畫,並於2018年4月進行運營。   此項計畫創始人為Sergio Gamberini與Luca父子,他們在義大利北部海底,放置5個透明的生物球(氣球形狀吊艙),每個容量2,000公升,內部充滿空氣,以鍊子固定於海床上,浮動於6~10公尺深處,吊艙中可容納8-10個托盤或22個植物盆,成為尼莫菜園,由合格的潛水夫擔任農夫的工作。此外,由於海水會阻擋調植物行光合作用所需之紅光,因此栽種植物的深度目前不會超過水下5-8公尺處。艙內不僅種植著蔬菜和水果,同時具有海水淡化的功能,陽光照射使吊艙溫度高於外部,造成海水蒸發後水氣凝結於吊艙屋頂,滴下來的淡水可用以澆灌植物。   自2012年開始,尼莫菜園已種植30種以上各式蔬菜沙拉、草藥、花卉、水果(草莓)等農產品。與陸地植物相比,雖然水下種植的農作物生長較不茂盛,但是生長速度卻比陸地植物更快。比較水下種植農作物的特性,以羅勒為例,經義大利農業研究中心(Centro di Sperimentazione e Assistenza Agricola,CeRSAA)檢測,證實其與陸地上生長的羅勒特性相同。【延伸閱讀】高粱類黃酮萃取物可望成為對抗玉米蚜的天然生物製劑   海洋珊瑚礁集團針對尼莫菜園採用環保設計理念,利用綠色能源,供應菜園與系統監控所需電力。並於生物球形狀構造、工程、技術與生長條件等各方面,收集大量研究數據。未來將針對不同季節之水下機械阻力與節省經濟成本方面,進行更深入研究。期許透過此項研究計畫,未來能應用於開發大型水下農場、水下觀測站與科研實驗室等設施,為人類日益短缺的糧食問題,提供創新性的解決方案。
高蛋白質玉米也能抵抗雜草寄生,穩定糧食安全
2018/06/22
獨腳金(學名:Striga asiatica (L.) Kuntze)是一種田間雜草,屬於半寄生植物,寄主範圍廣泛,但多寄生於禾本科植物如稻、麥、玉米等。獨腳金利用根部前端吸附於寄主植物的根部並吸收其營養,常導致寄主植物缺乏營養、水分甚至死亡,因而使得植株發育受阻;就算寄主植物生長於肥沃、濕潤之地區,農民也不間斷的供給營養,仍無法改善作物生長狀況,最終影響產量。此外,獨腳金可結出數量眾多且細小的種子,種子可隨風力、水流或動物攜帶而傳播,且種子壽命長,能留存在土壤中長達15年,因此易快速造成附近地區的禾本科作物歉收。   小麥、水稻與玉米是世界三大糧食作物,其中玉米更是非洲撒哈拉沙漠以南地區的重要主食,受到獨腳金侵襲所造成的產量減少程度可達20%-80%,嚴重損害小農利益。由於獨腳金繁殖快速且不易完全根除,小農也無法耗費大量成本使用化學藥劑進行防治,因此尋找耐受性較高的玉米品種顯得十分重要。【延伸閱讀】新技術將鑑定油菜感染翠菊黃化病的時程從兩週縮短至一小時   辛巴威大學(University of Zimbabwe)作物科學系測試了四個典型玉米品種與八個高蛋白質玉米品種對獨腳金的抗性,並調查這些玉米高度、產量、種子重量和活性。發現其中四個高蛋白質品種具有較好的獨腳金抗性與高產量,未來這些品種可作為農民種植的另一種選擇,而栽種出的玉米也具有更高的營養價值,同時保障糧食安全與營養,有利於農民與消費者。   相關研究發表於ACSESS Digital Library
白芒花油籽廢棄物再利用,保護皮膚免受日曬
2018/06/20
活性氧化物(Reactive oxygen species,ROS)是生物生理代謝過程所產生的副產物,因其存在位配對的自由電子,故氧化活性極高,過多的ROS容易造成細胞與DNA結構的破壞,進而改變生物的其他生理功能或是增加癌症發生機率。然而在外界環境影響(如紫外線曝曬)下,ROS的量也會急遽增加,美國每天有將近10,000人被診斷出罹患皮膚癌,其中大部分是因紫外線UVB輻射與活性氧化物所造成的DNA損傷;除了引發癌症外,長時間暴露在陽光下也可能會導致皮膚過早老化,黑斑與皺紋出現。   白芒花(Meadowfoam,學名:Limnanthes Alba)是一種原產於美國的油籽作物,而白芒花籽油因富含維生素E與不易變質等特性,常作為化妝、保養或是按摩用基底油成分。此外,白芒花等十字花科植物還含有硫代葡萄糖苷化合物(Glucosinolates),其衍生物已被證明具有抗癌和防曬等保護特性。   俄勒岡州立大學(Oregon State University)藥學院利用人體原發性表皮角質形成細胞(human primary epidermal keratinocytes,HPEKs)與3D體外重建皮膚測試白芒花中所含的硫代葡萄糖苷化合物:3-甲氧基芐基異硫氰酸酯(3-methoxybenzyl isothiocyanate,MBITC)和3-甲氧基苯基乙腈(3-methoxyphenyl acetonitrile,MPACN)是否可保護皮膚細胞以免於紫外線傷害,這些次級代謝產物可從加工後的種籽粉中取得。結果顯示,此兩種化合物均可降低UVB誘導的基質金屬蛋白酶MMP-1和MMP-3表達,且可降低皮膚中的cyclobutane pyrimidine dimers,具防止光老化與光致癌的效用。【延伸閱讀】遺傳工程蛋雞可望成為治療人類疾病的新希望   來自植物的天然產品可為未來的科學研究提供新的材料,而使用3D人造皮膚作為研究材料,也能逐漸免除使用動物作為化妝品研究的想法,相關研究發表於<Frontiers in Pharmacology>。
結合衛星、超級電腦和深度神經網路分析辨識並提供即時作物類型
2018/06/19
遙測技術最早起源於登高望遠時以相機記錄大地圖像,隨著科技發展,飛機、直升機、衛星等遙測載台種類越趨多元,圖像拍攝與分析判讀技術也日益精進,有助於人類掌握環境資訊的分布情況。廣義的遙測技術是指不經接觸物體表面而取得物體、地區或現象之資訊的技術,狹義的遙測技術則是以電磁波為主要探測訊息,藉以觀測大地現象;遙測技術需考慮遙測感應能量的類別、光源、觀測對象、能量在大氣中的傳遞與干擾。   智慧農業的興起,將原本用於氣象或地理觀察的遙測技術應用於農業觀測,Landsat 系列衛星為美國太空總署 (National Aeronautics and Space Administration,NASA) 的地球觀測衛星,自 1972 年 Landsat-1 發射至今已持續在地球上連續觀測近40年,主要利用可見光與紅外光等電磁波光譜特性的差異收集地面圖像。而玉米和大豆是美國主要的經濟作物,準確得到作物生長的即時狀況有利於進行市場評估、作物保險、土地租賃與供應鏈物流等各種決策進行;然而過去的技術仍無法良好區分玉米田和大豆田間的差異,美國農業部在收穫後四至六個月才能提供全國玉米和大豆種植面積。   伊利諾大學(University of Illinois)自然資源與環境科學系分析了三顆Landsat衛星所收集2000-2015年的光譜數據,發現短波長紅外線(Short Wave. Infrared,SWIR),對於鑑別玉米和大豆之間的差異非常有用。SWIR波段能有效反映葉片中水分含量,搭配Blue Waters和ROGER超級電腦的深度神經網路(Deep Neural Network,DNN)以學習及分析數據,就可順利區分大豆和玉米植株間的差異。【延伸閱讀】日本佳能MJ集團利用攝影相機與AI技術掌握作物採收   此研究所有實驗均在伊利諾州中部進行,評估哪些資訊對於訓練分類的機器學習模型最有用,以及空間和時間因素如何影響分類狀況,這項新技術可以在7月底之前(種植後兩到三個月)區分兩種主要農作物,並達成95%以上的精確度。   相關研究發表於<Remote Sensing of Environment>
結合噬菌體與智慧型手機用以檢測食品汙染
2018/06/14
經過美國食品與藥物管理局估算,美國每年大約有4,800萬則食物中毒病例,造成約128,000住院次數和3,000人死亡。其中大腸桿菌O157:H7會導致感染病患輕重不一的腹瀉,且5-10%病人會引起溶血性尿毒症候群,而其他血清型如O26、O45、O111、O103、O104、O121及O145等亦可能造成類似症狀。   嗜菌體(phage)屬於病毒的一種,以細菌為宿主,並且只能寄生於活菌內,部分是菌體可造成寄主細菌裂解。因嗜菌體具有可將遺傳物質注入細菌的特性,故早已成為分子生物學技術上廣為利用的核酸載體;美國普渡大學(Purdue University)則利用此特性,將嗜菌體作為檢測食品污染的新工具。   推測食材或食物被細菌汙染時,只要噴灑噬菌體於檢體並加上適當的反應物,若檢體確實受到汙染,反應物則會因分解而發光,光訊號可透過智慧型手機與專用程式轉化為一般圖像,即使是一般民眾也能輕易理解汙染狀況。此種智能手機與噬菌體的跨域結合技術可提供農場或食品加工廠進行現場檢測,減少樣本檢測時間,作者也創立Phicrobe公司進行技術的商業化,未來除了食品致病菌外,也希望能用於檢測水中污染物。【延伸閱讀】非侵入性可攜檢測設備的發明讓植物病害檢測更為快速便利
利用無人機和電腦深度學習幫助澳洲農民達成精準農業之目標
2018/06/13
近年來衛星多重光譜成像(multispectral image,MSI)與無人機技術逐漸發展完備,這些無人操作技術能夠遠端幫助農民及時且主動性的管控作物的生長情形,利用光譜強度差異轉換成植被的健康狀況,讓農民可依據作物當下的健康狀況差異給予適合的水、養分或農藥等處理;然而在高空中進行的多重光譜成像需要依靠昂貴的相機拍攝及掃瞄農地,對於想提升管理效率與降低成本的農民而言,無法作為廣泛使用的選項。   南澳大利亞大學(University of South Australia)與阿德萊德大學(University of Adelaide )和LongReach植物育種公司合作開發新的技術,使用無人機在20公尺的高度進行每兩秒一次的圖像收集,利用RGB(R:紅色、G:綠色、B:藍色)彩色圖像分析小麥田中的狀況,並藉由深度神經網路學習與比對MSI高空測量與RGB地面測量的圖像差異,顯示植被指數(vegetation index,VI)與高度相關,而圖像的空間配置、光譜及時間資訊有助於估計小麥的植被指數。經過驗證後,團隊認為未來可以經由成本較低的RGB圖像與深度神經網路評估以進行VI測量。【延伸閱讀】廣積深耕智慧農業 茶葉自動包裝機導入北部茶園   此研究由澳洲研究委員會(Australian Research Council)和穀物研究開發公司(Grains Research and Development Corporation)共同發起,相關研究發表於<Plant Methods>。
奈米材料可減少水稻中的鉛移動
2018/06/11
稻米(Oryza sativa L.)為全球一半以上人口之主要糧食,若是種植水稻的環境受到重金屬汙染,這些重金屬就可能經由根從環境轉移到植物的莖葉、花甚至穀粒當中,若是人們長期攝食受到汙染的稻米,就可能產生輕重不一的中毒症狀。鉛是人類長期以來廣泛使用的金屬之一,但進入人體後不易排除,累積過多可能造成身體器官與神經系統的損傷;而土壤中的鉛被水稻根系吸收後,會集中在榖粒中,嚴重影響稻米品質和食品安全。   最近,中國科學院固體物理所發現奈米羥基磷灰石(Nano-hydroxyapatite,nHAP)抑制鉛離子轉移的機制,由於nHAP對鉛具有較強的吸附能力,在奈米大小具有非常大的表面積與高度活性,故廣泛用於修復水體和土壤中的鉛汙染,但研究人員並不了解其調控機制。利用ICP(感應耦合電漿原子發射光譜儀)、SEM(掃描電子顯微鏡)-EDS(能量色散X-射線光譜)和TEM(透射電子顯微鏡)-EDS技術對暴露於鉛中14天的水稻進行觀察,發現nHAP進入水稻根部後可作為屏障,在根細胞當中與鉛結合,一方面減少鉛對根部正常生長的干擾,另一方面減少鉛往植株地上部移動,將鉛轉化為根部的沉積物。【延伸閱讀】藉由植物表現型學發展,將開啟稻米多樣性差異的分析潛力   此研究可增進奈米材料在環境與植物間的應用,有利於提高稻米品質與食品安全,相關研究發表於<Environmental Science: Nano>。
火腿的核磁共振攝影
2018/06/08
核磁共振攝影(magnetic resonance imaging,MRI)為非侵入式的造影工具,其原理在於把人體放置於強大磁場中,再利用特定的無線電波激發,使得人體組織中的氫原子核發生共振,將不同器官或組織間的訊號變化轉換成電腦成像,強度則以Tesla表示。由於MRI具高解像力、可進行多方向掃描、提供三維影像且不另外產生輻射影響,因此成為近年來臨床診斷上相當重要的影像工具。   伊比利亞火腿是西班牙的傳統食物之一,具有「火腿中的勞斯萊斯」之稱,並由國家法令規範法定產區、肉品來源與分級,因其特殊的風味、香氣與口感,市場價值極高。而MRI除了應用於醫學中觀察人體器官與組織的病變,因MRI在拍攝期間並不會造成食品損傷,故西班牙埃斯特雷馬杜拉大學(University of Extremadura)更將其應用於分析伊比利亞火腿的肉質。【延伸閱讀】澳洲Genics公司所提供的新工具能夠用來對抗蝦類十足目虹彩病毒   經過拍攝後的圖像能以電腦進行視覺計算分析,經過統計後就能在不切開火腿的前提下預測熟成期間的火腿內部肉質,包含水分多寡、脂肪分布與鹽分擴散情形。此研究能夠提供珍貴肉品加工業另一種即時控管品質的方式,未來也可用於監測其他不便提前破壞外觀的食品,幫助穩定食品在發酵或熟成期間的品質。   相關研究發表於<Journal of Food Engineering>
根分泌物能影響土壤穩定性
2018/06/06
圍繞著植物根部附近的土壤區域稱之為「根際」,植物進行生理活動時會感應到周圍環境變動並分泌出相應的化學物質於土中,而根際附近的土壤結構可能隨著植物分泌物質而改變。此外,這些分泌物也可能成為微生物的食物來源或是影響附近微生物的族群變化,因此觀察植物根部與土壤結構的交互作用有助於了解植物在生長期間的生理變化。   土壤團粒是由土壤單粒黏結而成,需要由有機物等良好膠結劑以幫助土壤維持團粒化結構,才有利於根部透氣、保溫與排水,穩定植物生長所需環境。自然界所分泌的膠結劑多為大分子多醣、有機酸、脂肪酸、胺基酸、其他醣酸或醣醇聚合物等有機質,部分地區則會添加人工分子聚合物、天然礦物或肥料作為調節土壤團粒結構的改良劑,這些物質的多寡與種類會影響土壤中的機械力作用與水流動態。【延伸閱讀】最新的研究揭露RNAi類農藥殘留在土壤內之降解機制   英國亞伯丁大學(University of Aberdeen)與南安普敦大學(University of Southampton)合作,直接測量在黏質土與砂質土中的大麥(Hordeum vulgare L. cv. Optic)、玉米(Zea mays L. cv. Freya)及奇亞(Salvia hispanica L.)根部分泌量與土壤硬度、彈性、乾燥土壤吸水性與分泌物疏水性等指標,發現大麥根系分泌物並不會顯著影響土壤水分,但玉米根分泌物則會稍微增加疏水性,而玉米分泌物形成土壤團粒化的能力比大麥好。相關的測量數據將有助於開發根際附近水及養分輸送的模型,未來團隊將繼續研究植株根系於不同生長期的分泌物如何影響結構與保水狀況等土壤條件。
探索應對非洲秋季蠕蟲暴發的最佳策略
2018/06/05
草地夜蛾(Fall armyworm)(學名:Spodoptera frugiperda)為來自美洲地區的外來種,嗜食禾本科作物,因而造成非洲撒哈拉以南地區嚴重的農業損失,尤其是玉米與高梁等榖類作物;根據估計,玉米每年損失高達25億至62億美元。2016 年時非洲首次報導這種源自美洲的外來有害生物,從聖多美普林西比和奈及利亞開始,短短兩年內就傳播到38個非洲國家。   草地夜蛾的生命週期為1到3個月不等,在幼蟲時期所造成的作物損害最為嚴重。由於草地夜蛾在非洲屬於外來種,並無天敵進行數量抑制,且雌蟲產卵量大,每批產卵可達50-200顆,且在其死亡前可產下多達10批卵,而孵化之蟲體可躲藏於植株葉片中,故使用殺蟲劑控制效果有限。   利用耕作技術或其他生物性防治方法能夠幫助控制害蟲數量,例如使用忌避植物進行間作,可減少害蟲靠近與危害作物的機會;或是可於玉米田間種植納皮爾草以吸引雌蟲產卵,由於草的營養價值較低,使得幼蟲孵化後存活狀態不佳,能夠間接減少田間的害蟲數量。國際昆蟲生理和生態中心(International Centre of Insect Physiology and Ecology)目前正積極推廣用玉米與耐旱之greenleaf desmodium雜交,並且於周邊種植Brachiaria的方法,使用此法可使平均每株植物的幼蟲數量減少82.7%,損害植物數量減少86.7%,還可降低食用豆類與玉米田中40%的發生率。【延伸閱讀】餵食菌絲體萃取物可減少蜜蜂體內的病毒量   此外,國際昆蟲生理和生態中心經由實驗還發現當地的Cotesia icipe能夠寄生幼蟲,透過具規劃性的釋放,或許可有效進行生物防治。而美國及巴西也利用綠殭菌(Metarhizium anisopliae)與蘇力菌(Bacillus thuringiensis)作為生物農藥以進行防治。目前非洲各國政府正努力控制夜蛾族群數量,以往在美洲所使用的控制手段仍需要依據非洲氣候環境進行調整與適應,才能遏止愛蟲對糧食作物的影響。
控制可可豆烘烤條件能夠增進食用益處
2018/06/01
巧克力來自於熱帶作物可可(Theobroma cacao),含有鐵、鈣、鎂、鉀、維生素、維生素、可可鹼與多酚類(polyphenol)化合物,經過可可豆分離、發酵、日照曝曬、脫皮、烘烤、研磨再定型等多種步驟後才能作為食用原料,常作為食品中調味或直接食用等用途。其中多酚類化合物對抗氧化、降血壓、防止動脈硬化具有一定效果,但可可在經過烘培處理時,高溫會破壞內部所含的多酚類化合物,削減可可原有的營養價值,故研究適合人體利用的的烘培溫度有助於提高食用巧克力對人體的益處。【延伸閱讀】用菠蘿蜜籽粉製成的卡布奇諾咖啡具有巧克力香氣   美國賓州州立大學(Pennsylvania State University)指出,控制可可豆烘烤的溫度和時間能夠保存甚至提高某些生物活性和抗氧化化合物的效用,並同時維持巧克力的美味與香氣。透過控制不同的烘烤溫度與時間,搭配TPC(total phenolic content)分析、GC–MS(gas chromatography–mass spectrometry)分析與Pancreatic lipase assay分析,發現於150℃ 以上烘烤會提高兒茶素(catechin)和原花青素(proanthocyanidin)六聚體及七聚體的含量,這些原花青素抑制胰脂肪酶的能力更好,有助於減少降低脂肪在腸道中分解成脂肪酸,降低人體吸收脂肪酸與肥胖的機會。   因應國際間逐漸看重農產品機能性與加工步驟間的關係,作者未來推測將會有更多人關注加工影響食品健康度的相關議題。相關研究發表於<Food Chemistry>

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