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趨勢快訊
與時尚結合的生物複合性材料
2018/05/31
時尚產業背後所衍生的是大量的產品浪費,只有速度夠快,才能將流行元素及時展現給消費者,但也嚴重打擊環境與地球生態的永續性。長期以來人們已累積了快速方便的消費習慣,從源頭改變消費者觀念具有難度,但若是能改造現有材料,就能加速產品的分解速度,丟棄的產品就不再成為大量的掩埋垃圾。   美國特拉華大學(University of Delaware)的學生使用蘑菇、雞毛和紡織廢料創造一種複合材料,製作成可經生物降解的鞋子,產品原型包括菌絲製成的鞋底,上頭覆蓋著純棉材質與非動物來源的「素皮革」。為了生產這種特殊的複合材料,他們嘗試種植不同種類的蘑菇,等待菌絲體生長纏繞,而生長基質則由雞羽毛及紡織廢棄物構成;此三種材料在鞋底模型中彼此交錯混和,就能夠形成堅固耐用的鞋底,此外他們更利用名為smocking的縫紉技術將材料縫合,形成一雙嶄新的鞋子。【延伸閱讀】幫助生物質高效利用之水解技術   由於特拉華州是美國最大的肉雞生產地之一,具有充足的羽毛來源;而此創新想法更結合肯尼特廣場的菲利普斯蘑菇農場的農業廢棄物再利用,除了幫助強化當地廢棄物永續利用,也能解決時尚服飾所衍生之環境問題。相關的原型產品展示於國家永續設計博覽會,並得到了聯邦環境保護局(Environmental Protection Agency,EPA) 之People, Prosperity and the Planet (P3) grants program計畫支持,獲得15,000美元。
中國發布3000份水稻基因組研究計畫成果
2018/05/29
水稻是熱帶季風地區主要糧食作物之一,水稻品質及產量與人們生活息息相關。面對氣候變遷、自然資源短缺等挑戰,並因應人們對於高品質、多功能等生活要求,如何更有效率的完成育種,提高水稻品質以應對病蟲害威脅、營養或健康需求,是研究人員需要共同努力的目標。全球共計保留了78萬份水稻種源,需要適切且良好的利用這些資源,才能真正有利於人類社會。   為弄清水稻基因組中隱藏的秘密,2011年9月份,中國農業科學院聯合國際水稻研究所等單位共同啟動了「3000份水稻基因組研究計畫」,樣本來自於中國、南亞及東南亞等89個地區,該研究通過全基因組定序、建立基因圖譜、SNP (Single Nucleotide Polymorphism)分析與進行族群分類,將水稻品種由傳統的5個亞群增加為9個,分別是東亞(中國)的秈稻、南亞的秈稻、東南亞的秈稻和現代秈稻品種等4個秈稻群體;東南亞的溫帶粳稻、熱帶粳稻、亞熱帶粳稻等3個粳稻群體;以及來自印度和孟加拉的Aus和香稻。為了深入了解水稻基因的進化與馴化歷程,進行蛋白質序列比對以推估新基因出現的時間,並討論不同水稻間的基因變異與遺傳多樣性。【延伸閱讀】運用生物工程技術將可望提升近三成水稻產量   傳統育種在親代植株的雜交過程中無法得知預期的基因性狀出現在何種位置,只能依據經驗判斷;透過如此大規模的資料收集與整理分析,有助於加快優質水稻的開發,未來將致力於加強遺傳資訊平台與分子育種的整合,提高重要農業性狀的分子育種效率。此外,該研究首次提出了秈、粳亞種的獨立多起源假說,秈稻中很多基因並不存在於粳稻中,反之亦然;而水稻依據地緣不同,長期演化後會形成獨特的基因群,因此研究人員認為秈稻和粳稻屬中性名詞,不應帶有明顯的地域性差異。   該研究由中國農業科學院作物科學研究所、聯合國際水稻研究所、上海交通大學、深圳農業基因組研究所、美國亞利桑那大學(University of Arizona)等16個單位共同完成,相關研究刊登於<Nature>。
幫助生物質高效利用之水解技術
2018/05/24
自古以來,造紙纖維多半取自於植物中的半纖維素與纖維素,除了半纖維素(hemicellulose)與纖維素(cellulose)以外,木質素(lignin)也是植物細胞壁的主要成分。由於木質素會影響紙張的保存性,使得紙張容易黃化與脆化,因此工廠造紙時需要通過物理或化學方法先行處理,分離木材中的木質素,才能剩下的殘餘物製成紙漿,收集並風乾漂白成紙。工廠為了提升生產規模,常以硫酸鹽製漿法等化學製漿法縮短製漿時間,降低製漿成本與提高紙漿產率。然而,製漿廠所排出的廢水中具有一定量的半纖維素與纖維素,除了造成纖維素的浪費,也會使得廢水中的化學需氧量COD(Chemical Oxygen Demand)提高,增加水資源汙染。【延伸閱讀】科學家利用農業副產物之酵素進行天然的洗衣清潔劑開發   中國天津大學發表了化學機械製漿之前的自動水解預處理技術幫助白楊木片的水解,除了能減少化學藥品腐蝕機器的風險,還能降低廢水中的COD。氫氧化鈉(NaOH)溶液也更能滲透進處理過的木片中,幫助木材的後續分解處理,且溶解於水中的半纖維素更容易收集與進行其他高附加價值利用,提高木材纖維的循環利用性與環境永續性。  相關研究發表於<Bioresource Technology>
矽藻土可用於改善食品安全檢測技術
2018/05/23
世界衛生組織估計每年全世界有6億人因食用受污染的食品而患病,並造成42萬人死亡;其中5歲以下兒童囊括了40%的醫療負擔,每年造成12.5萬人死亡。為了更加積極預防食物中毒的可能性,美國俄勒岡州立大學(Oregon State University)與中國山東大學及遼寧石油化工大學合作,利用矽藻土與奈米金粒子增強了光學檢測的靈敏度。   矽藻屬於真核生物,為最常見的浮游藻類之一,世界上已知矽藻種類多達250個屬,其主要特色在於矽化物包覆的細胞壁。矽藻土是由矽藻的細胞壁沉積而成,依其構成矽藻種類而顯現出不同的孔隙大小與孔隙率,提供多種吸附用途。此外,由於矽藻表面具有光子晶體(Photonic Crystals)的光學特性,能夠改變光的運動並增強拉曼光譜訊號,因而被作成TLC芯片,通過含有膠體奈米金顆粒(colloidal gold)的 4-mercaptobenzoic acid (MBA)就能偵測到如蘇丹一號(Sudan I)與鮭魚中的組織胺(histamine)等有害化學物質。【延伸閱讀】含有能量飲成分的杯子   TLC (thin layer chromatography)薄層層析法早已長期應用於小分子化合物的分離需求,而表面增強拉曼光譜(surface-enhanced Raman scattering,SERS)是一種先進的分析方法,因其具有高靈敏度而廣泛用於食品分析,而利用矽藻土光子晶體就能增強10倍的光譜訊號,有利於提高現有偵測技術的敏感度。此研究結合TLC與SERS兩種技術,製成便宜、堅固的便攜式食品檢測器,就能在汙染現場進行即時且精密的檢測。   相關研究發表於< Materials>
新型微生物菌株A6可幫助處理水污染
2018/05/21
氨氮(NH4+-N)屬於普遍性人為之污染物質,在水中含量過高則具有生物毒性,而透過微生物分解時則會消耗掉水中溶氧,使得水體優養化。近年來受到工業與人類排放活動的影響,自然界的氮平衡正在逐漸破壞。處理銨氮廢水具有下列幾種方式,包含生物處理法、化學處理法與物理處理法,其中生物處理法的成本最低但用地需求卻較高,且需要利用幫浦大量曝氣以幫助微生物將氨氮廢物進行硝化反應與後續的脫氮反應。   美國普林斯頓大學(Princeton University)土木與環境工程學院在紐澤西洲的沼澤中發現了一種細菌,叫做Acidimicrobiaceae sp. A6,這種細菌能在厭氧情況下以銨(NH4+)與鐵離子(Fe3+)進行氧化還原反應,稱為Feammox,具有使用在高度銨汙染汙泥或廢棄物的清除潛力。Feammox是一種關於銨分解的化學過程,發生在富含鐵的酸性濕地土壤中,包含紐澤西州的河岸濕地、南卡羅來納州濕地、熱帶雨林土壤以及中國南部的幾個濕地和森林地區均有發現Feammox的紀錄。【延伸閱讀】科學家利用綠藻去除污水中有害的環境賀爾蒙   雖然目前尚未得知Feammox反應如何發生,但目前A6已被證實為可進行Feammox反應的第一個已知物種,研究人員正在與中國環境部合作,開發適合A6的生物反應器,通過微生物電解池可幫助模擬鐵離子在Feammox發生的變化;研究人員也發現,當銨被氧化時,A6也能夠同時消除四氯乙烯和三氯乙烯,而且A6還可以將電子轉移到鐵之外的其他金屬(例如銅和鈾)。未來或許可利用A6作為廢水處理的一環,幫助轉化廢水中過量的銨,再透過其他硝化與脫氮細菌將汙染物移除。   相關研究發表於<Plos One>
植物的衍生性揮發物質作為抗菌劑之潛力
2018/05/18
念珠菌Candida glabrata 及C. albicans為伺機性人體病原菌,容易感染抵抗力較弱的老人、新生兒或免疫力低下之病患,依據感染部位差異而有不同症狀。其中C. albicans為一般人熟知的白色念珠菌,依其在培養基中所生成之白色菌落聞名,在悶熱潮濕的環境下易感染口腔、泌尿道、陰道、皮膚等部位;而C. glabrata為非白色念珠菌,對Azole類藥物具有抗性,近年來感染人數也逐漸增加。除了提升病患抵抗力、保持感染部位通風等方式減緩病原滋長,使用抗生素也是常見的處理方法之一。然而,抗生藥物的大量使用已造成部分病原對藥物產生抗藥性,增加治療難度與時間,因此當務之急便是尋找新的替代藥物以幫助感染病患。   抗菌劑種類多樣,例如多烯(polyenes)、巨環內酯(macrolides)、echinocandins、青黴素(penicillins)及精油都是屬於天然產物及其衍生物;其中精油屬於植物的次級代謝產物,蒸氣壓較高而水溶性較差,可能影響許多生物性反應,因此比利時魯汶大學(Katholieke Universiteit Leuven)與VIB(Vlaams Instituut voor Biotechnologie) Center合作,想要從植物精油中尋找新的抗菌劑。透過Headspace solid‐phase micro-extraction gas chromatography mass spectrometry (HS-SPME-GC-MS)分析175種植物精油中所含有的氣相揮發物質與37種精油中抗菌成份,加上念珠菌液培養測試,發現香茅醛具有明顯的抗菌活性,且比起C. albicans,C. glabrata對精油揮發物質更加敏感。【延伸閱讀】白芒花油籽廢棄物再利用,保護皮膚免受日曬   此研究提供了簡易的氣相揮發物質抗菌活性檢測方法,能用於測試複雜樣本於特定微生物的作用效果;此外,從植物精油中找尋抗菌物質或許也能為其帶來更多樣化的發展用途,提供新的醫療材料來源。   相關研究發表於<Scientific Reports>
符合永續性的固碳系統
2018/05/16
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。
用穀物殘渣降低食品中的糖含量
2018/05/15
食品中常添加蔗糖或甜菊糖等甜味劑以增添風味,這些甜味劑由於甜度極高,需要使用澱粉或麥芽糊精等澱粉衍生物以稀釋其在食品中的濃度。但食用麥芽糊精等添加物於人體內分解後容易使得血糖快速上升,長期下來則可能導致肥胖,並增加罹患心血管疾病與代謝症候群的機會;因此開發有益於身體的替代物,有助於消費者在選購食品的同時也滿足其對於健康的考量。   據聯合國糧農組織公佈的統計數據顯示,每年全世界約釀造近2億噸啤酒,其中歐盟佔了約20%,光是瑞士每年就產生近8萬噸釀酒殘渣,目前世界上已經有許多再利用殘渣的方式,包含酒粕入菜調味、醃漬、皮膚保養、製成動物飼料等多種用途。而現在瑞士洛桑聯邦理工學院(École polytechnique fédérale de Lausanne,EPFL) 的Embien Technologies則利用了釀酒剩下的穀物殘渣作為原料,將其中的可溶性纖維分解成只有三或四個糖分子組成的低分子量β-葡聚醣,除了可循環利用近50%的穀物殘渣外,這些小分子聚醣亦有助於降低小鼠血糖和膽固醇,並調節免疫反應。【延伸閱讀】新發酵技術,保留可可豆的天然果香味   廢棄穀物殘渣經過Embien Technologies的專利加工後就可搖身一變成為對身體有益的食品添加物,此加工流程可重複多次卻不降低效率,且比起現有的加工程序縮短近30倍,剩下的木質素、蛋白質與油脂也可以再度利用,這樣的循環加工的方式不但更符合永續利用的原則,也有可能改變食品製造商選擇原料的決策。
人工智慧幫助病蟲害風險管理
2018/05/11
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。
新型水凝膠能直接利用陽光淡化水體
2018/05/09
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>
天然細菌將纖維素直接轉化為丁醇
2018/05/08
人類現今的便利生活倚靠於大量能源的使用,自工業時代以來主要以燃燒石化燃料產生能量為主;然而石化燃料並非取之不盡,因此各國政府也積極找尋其他的能源轉化方式,包含核能發電、太陽能發電、水力發電、風力發電、潮汐發電、地熱發電與生物燃料等。生物燃料是指由生物質所製成的燃料,能夠取代汽油或柴油的使用,且通常不需特別改變現行使用的引擎構造。而農業是少數能自行生產生物燃料的產業之一,以自然界中廣泛存在的纖維素作為原料,經由化學或生物轉化成醇類以供燃燒利用,除了可循環使用環境中的含碳資源,燃燒後所排出的氣體也較為乾淨,有效減少農業廢棄物與空氣汙染。【延伸閱讀】葡萄牙利用100%的食用油作為大眾運輸燃料   轉化纖維素的目標產物多半為生質乙醇與丁醇,丁醇與乙醇相比下具有更多使用優勢,包含低揮發性、低機器腐蝕性、高熱值且與汽油的混和比更高,但目前將纖維素生物質轉化為生質丁醇的技術成本較高,且丁醇對生物毒性較高,不易由微生物直接轉換得到,故複雜的處理步驟與昂貴的化學轉化成本一直是生質丁醇無法普及的原因。新加坡大學(National University of Singapore)土木與環境工程學系(the Department of Civil and Environmental Engineering)於養殖蘑菇的堆肥中分離出細菌Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum strain TG57,能夠幫助纖維素和木聚醣(xylose)直接轉化為丁醇。研究團隊不但在TG57細菌基因組中發現了butanol dehydrogenase (Bdh)、endocellulase、cellobiohydrolase的相關序列,也發現活躍的外泌系統能不斷促使丁醇向外排出,減少丁醇積聚於細胞中而引發生物毒性,本次研究測試可產生丁醇1.93g /L,產率為0.20 g/g。   由於TG57是經由在蘑菇堆肥中長達兩年的遺傳轉變中選擇而得,不需再經人為改變菌體基因,是一種具有潛力的丁醇生產微生物,能夠縮短纖維素前期轉化的時間,研究團隊未來將持續研究TG57的轉化表現,並設計相關的分子標記以提高生物丁醇的產率及產量。    相關研究發表於<Science Advanced>
應用區塊鏈建立番茄供應之物連網
2018/05/04
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。
單一化種植可能使得蜜蜂難以對抗疾病與逆境
2018/05/03
過去30年來,英國境內蜜蜂及其授粉花種的生物多樣性雙雙銳減,除了過度使用農藥而損害蜂群健康外,商業化大量種植單一作物可能也是蜂群數量原因之一。過往研究認為,蜜蜂具有將新鮮食物帶回巢中儲存與使用的特性,所以蜜源植物上所攜帶之微生物也會隨著花蜜與花粉一併進入蜂巢與蜜蜂體內;例如雙歧桿菌和乳酸桿菌等有益微生物能減緩蜂花粉(bee bread)腐敗,若是蜜源植物多樣性不足,則可能造成蜜蜂無法獲得足夠的有益微生物,進而影響蜂群健康與當地適應力。   地理位置、氣候環境與土地利用變化始終影響著當地的生物多樣性,而微生物則扮演著穩定與調控生態系的角色,因此一地的微生物相變化會影響當地其他大型中生物對環境的適應性或耐受性。本次英國蘭開斯特大學(Lancaster University)的環境中心(Lancaster Environment Centre)與生態水文中心(Centre for Ecology and Hydrology)針對蜂花粉(bee bread)中的微生物相進行研究。蜂花粉是蜜蜂採蜜時帶回的花粉團,在蜂巢內儲藏和發酵後的產物,所含的化學成分與微生物相會因蜜源不同而有所變化。研究人員從英格蘭西北部29個蜂巢中採集472個蜂花粉樣本,利用變性梯度凝膠電泳(denaturing gradient gel electrophoresis)與 Illumina MiSeq DNA進行核酸定序,發現位於城市附近蜂巢取得的樣本顯現出較低的生物多樣性。由於蜂花粉為蜜蜂重要的營養源,故內部的微生物相與營養成分會直接影響蜂群健康,因此作者認為當地植物組成與蜜蜂的環境適應性具有間接關聯性。【延伸閱讀】研究發現植物所散發的特定化學防禦訊號可誘發斜紋夜蛾的免疫反應   相關研究發表於<Ecology and Evolution>
甜菜鹼具減緩失智症進程的潛力
2018/04/27
阿茲海默症(Alzheimer's disease)又稱失智症,為一種發病進程緩慢的持續性神經性功能障礙,可能因遺傳或其他特殊情況,使得人體內amyloid 前驅物蛋白質發生錯誤摺疊,變成不溶性的β-amyloid;而這些錯誤摺疊的蛋白則無法被身體順利排除,隨著堆積量越多,疾病進程也愈發嚴重。至2013年為止,失智症影響了500萬美國人,預計到2050年將增加至1400萬人。   部分科學家認為,微量金屬元素參與人體中重要的生理代謝,而這些元素的失衡可能潛在性導致慢性疾病發生。過去談到銅與失智症間的關係時,學界出現意見分歧,一派學者認為銅會干擾大腦的血腦屏障,使得大腦無法順利排出澱粉蛋白質;而另一派學者則認為過低的銅會使得β-amyloid堆積增加。   甜菜鹼(betaine)是一種生物鹼,具有良好的去污能力,早期常用來做成天然的清潔產品。甜菜鹼廣泛存在於多種生物體內,包含水果、甲殼類動物及人體等,是參與新陳代謝的中間產物。早期的研究顯示,甜菜根汁能夠改善大腦的氧氣含量,而甜菜鹼更可以改善由鋁引發的記憶退化,因此美國南佛羅里達大學(University of South Florida)化學系針對甜菜鹼進行相關研究,測試甜菜鹼是否可以阻止銅對蛋白質的影響,進而減少對神經元的傷害。作者使用3,5 di-tert-butylcatechol與分光光度法測量氧化反應,發現甜菜鹼可以減少90%由銅導致的蛋白質氧化,進而推測可能減少蛋白質的錯誤摺疊性與堆積,減少神經損傷。【延伸閱讀】富含維生素E的棕櫚油可改善小鼠的認知功能   相關研究展示於洛杉磯舉辦的第255屆美國化學學會全國會議
機器人能加速農業數據收集
2018/04/25
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。
新發酵技術,保留可可豆的天然果香味
2018/04/23
身兼可可育種者與可可品質國際顧問,來自法國農業研究發展國際合作中心(CIRAD)的研究員Albertus Eskes博士,發明新的發酵技術「TropMix」能在製程中保留可可豆的天然水果香味。   世界可可市場將可可豆歸類為兩大類:fine or flavor beans (優質或具有香味的可可豆) 與bulk or ordinary beans (散裝或平價可可豆),兩者差別在於可可豆本身帶有的香氣。優質可可豆多來自於單一生產的來源地(single-origin beans),因此比平價可可豆更能表現出果酸味、花香味甚至是堅果味等特殊香氣。此外決定可可豆的風味因素除了來源,發酵、乾燥或烘焙等加工過程也會改變原有口感。   加工過程中,發酵(fermentation)是製作巧克力的第一步驟,由成熟的可可果肉與可可豆同時發酵,能將可可豆內的多酚(polyphenols)、碳水化合物、胺基酸等分子,利用微生物進行微發酵,將其轉換為巧克力各種風味的前驅物(precursor),同時也去除可可豆本身強烈的酸味與苦澀味。然而此步驟若過度發酵,會讓耗氧微生物將已經發酵剛好的風味破壞,因此即使是優質的可可豆,也會失去其本身優勢。此項新技術TropMix能協助將平價可可豆或在加工中被破壞風味的可可豆轉變為優質可可豆;另外也允許在加工過程中添加香料來提升一般可可豆的口感,例如秘魯Chuncho品種,其可生產出約有64種口味像是仿香蕉、玫瑰、葡萄或芒果等諸多風味的巧克力。【延伸閱讀】生產過程更符合永續性的甜味劑   近年來,此項方法已被許多巧克力廠商應用於高品質可可豆之小量生產,而Eskes博士表示未來將持續研究TropMix技術,希望能將其應用於更大型的生產過程中。同時,也教導消費者優質的可可豆並非都來自於單一生產地,平價的可可豆也可以生產出優秀的巧克力。
STRK1基因促進鹽鹼土中的水稻生長和產量
2018/04/20
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>
日本葡萄酒產業的大數據應用
2018/04/18
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。

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