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趨勢快訊
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
2020/01/10
根據西班牙巴塞隆納全球健康研究院(Barcelona Institute for Global Health,簡稱ISGlobal)最新的研究指出,生活在綠地(green space)方圓300公尺以內的女性族群,其得到過重(overweight)與肥胖(obesity)的風險將相對較低。   研究團隊一共蒐集2008-2013年間,橫跨西班牙7個省級行政區的人口資料,自西班牙多病例對照資料庫(multi-case control Spain,簡稱MCC-Spain)中隨機取得2,354位年齡介於20-85歲之間的研究對象。研究首先將受測者居住地進行座標化(geocode),以居住方圓300公尺內能否接觸都市綠化區做為重要指標,再依據歐洲環境署(European Environment Agency,簡稱EEA)所提供的Urban Atlas地理圖層,以及衛星光學遙測所取得之標準化植被指數(normalised difference vegetation index,簡稱NDVI,又譯常態化差異植生指標)換算都市綠地整體範圍。研究團隊透過問卷調查與健康檢查等方式,調查受測者的居住史、生活方式(含運動習慣、閒暇時間等)、身高、體重、腰臀比(waist-hip ratio)、血液樣本、唾液樣本等數值並加以記錄,以受測者的身體質量指數(body mass index,簡稱BMI)與腰臀比判斷受測者是否有過重或肥胖等健康問題。   研究結果發現在女性族群中,表示過重或肥胖的指標與缺乏接觸公園(park)、花園(garden)等都市綠地之間有強烈的關聯性,然而這現象並未發現在男性受測族群中。研究團隊初步推論該現象可能與兩性在綠地資源利用差異化有關,而這樣的現象仍有待更進一步研究方可確認。   研究團隊在取自唾液與血液樣本中所萃取的DNA遺傳分子標記中也發現,過重/肥胖與特定遺傳分子標記之間具有關聯性。此外研究團隊也發現,具有特定遺傳傾向(genetic predisposition)的族群,可能在基因-環境交互作用(gene-environment interaction)下,導致過重或肥胖的發生,顯示接觸都市綠地與人體健康之間的關聯性。【延伸閱讀】藉多重文獻研究多方印證都市綠化與健康長壽之間的關聯性   研究團隊的發現在於強調都市綠地對居住在都會區居民健康的重要性,可提供加強身體活動(physical activity)、降低都市噪音、減少心理壓力(psychological stress)等多種維持身心健康的好處,是現代化都會生活中不可或缺的重要建設。   該研究主要由西班牙加泰隆尼亞衛生部(Department of Health, Catalan Government)資助。詳細研究成果已發表在<International Journal of Hygiene and Environmental Health>
黏土作為乳牛飼料添加物的利用潛力
2020/01/09
飼料中富含動物生長所需營養,恰好也是適合微生物滋長的溫床,為了防止動物飼料發霉變質,酪農常會添加黏土(clay)作為飼料添加劑。過去的文獻中顯示,黏土添加劑能夠減少乳牛胃腸吸收黃麴毒素(aflatoxin)的機會;利用澎潤土(bentonite clay) 也能減少瘤胃中pH值降低的負面影響,減少牛隻罹患亞急性瘤胃酸中毒(Subacute Ruminal Acidosis,SARA)的機會。此外,黏土為矽酸鹽,具有吸收重金屬和有毒物質的能力,但也由於其強大的結合力,可能會影響關鍵營養物質的分解與吸收。因此,須了解黏土對乳牛飼料分解的潛在影響,以確定營養物質的利用率。   美國伊利諾大學(University of Illinois) 採用霍爾斯坦牛(Holstein cows)為試驗對象,以紫苜蓿(dried alfalfa hay)、 乾草(grass hay)、 溼酒糟(wet brewer’s grains)、 碎玉米(ground corn)、 青貯玉米(corn silage)、soybean meal(豆粕)等六種飼料進行瘤胃原位消化實驗(in situ digestion methods),並在其中添加黏土以觀察飼料分解情形。研究人員將飼料放入網袋中,然後通過手術將其直接送入瘤胃,經過兩個小時到四天的消化後取出袋子並針對內容物進行採樣分析。結果發現,在乾草飼料中添加2%黏土時,可幫助脂肪的消化率和使用率就達到最大化。【延伸閱讀】餵食花生飼料可提高肉雞中不飽和脂肪酸含量   通過此項研究,可以告訴生產者在面臨黃麴毒素的風險時,可以考慮使用黏土,且不必擔心黏土阻礙飼料的消化率。另外,黏土會結合帶正電的離子,減緩瘤胃中的酸性,幫助避免因TMR(完全混合日糧,total mixed ration)飼養所導致的SARA風險。綜上所述,作者建議可添加1%到2%的黏土到飼料當中,黏土除了幫助降低黃麴毒素對乳牛的影響,還能作為pH緩衝劑並改善某些飼料的分解,具有利用價值。
2019年日本十大農業技術新聞
2020/01/08
主題1:病蟲害防治 《研發同等藥劑效果之稻種溫湯消毒》   由東京農工大學、富山縣、佐竹株式會社、秋田縣立大學與信州大學共同研發種子消毒技術。此項技術發現預先乾燥水稻種子,可強化水稻高抗耐溫性。透過比平常高5℃的條件下溫湯消毒,仍可維持發芽能力,甚至具有發揮抗水稻徒長病、稲熱病、幼苗立枯病、水稻白葉枯病之化學合成農藥之同等效果。   其研究成果顯示,此項技術有效於抗藥性之病菌,同時可減少農藥的使用,有助於友善環境。 主題2:智慧農業 《輕鬆可得!配水管理系統—ICT自動化管理大幅降低勞力與費用》   農研機構利用ICT技術,研發供水路到水田的最佳農業配水管理系統。此項配水管理系統可因應所需的水量,讓水泵出力最佳化,省去人員管理作業程序,達到節省勞力之效益,同時可降低電費等管理費用,以及降低水資源浪費問題。 主題3:病蟲害防治 《蝙蝠的超音波防止飛蛾侵入,達成草莓溫室九成防治效果》   由農研機構、東北學院大學和JRCS公司(Just Right Customer Solution)利用飛蛾討厭蝙蝠所發出的超音波的特質,研發出模擬蝙蝠人工超音波驅離飛蛾之裝置。   此裝置針對草莓溫室側窗所設計。超音波功能主要利用飛蛾日沒前到清晨這段出沒時間開啟,大幅降低溫室類飛蛾侵入,成功抑制九成以上的蛾類飛蛾產卵,並有效控制農藥使用量,達到有效病蟲害蟲管理。 主題4:智慧農業 《利用AI人工智慧技術可提前預測三週後果菜類生產量,強化栽培環境改善與穩定交易,有助於農民所得提升》   高知縣、富士通、Nextremer公司研發可由智慧手機資訊共享的「高知縣園藝品生產預測系統」。此系統將所累積的出貨數據上傳至雲端系統,並加上果菜類每日出貨量、品質與部會內產出成果,預測之後的出貨量。藉此提升農業經營現場生產指導,改善栽培環境,以及促進大量預先銷售模式之建立,進而提升農民所得。【延伸閱讀】2019日本農業十大研究成果排行 主題5:動物衛生 《牛隻白血病的新抗病方法,有效成功抗病毒,應用於牛的疑難雜症疾病》   北海道大學研究小組針對有效疫苗,以及目前尚無有效治療的牛隻白血病成功研發出新型抗病方法。此項研發可抑制免疫細胞的內分泌物質和抑制其誘導的蛋白質功能的各種藥物 (前列腺素E2抑制劑以及免疫檢查點抑制劑),可減少牛隻白血病毒感染。除此,未來包含牛隻白血病在內,可應用於其他牛隻疾病。 主題6:病蟲害防治 《利用電力或超音波消滅福壽螺,無須使用任何藥劑驅除侵略水田外來物種》   國立佐世保工業高等專門學校發現侵略水田外來物種福壽螺對於電力會產生靜電反應。利用這種性質,在水田周邊設置電力裝置吸引大量福壽螺靠近捕捉,並在短時間內用超音波功能消滅捕捉的福壽螺。此項技術,無須使用任何藥劑可有效驅除福壽螺。 主題7:動物健康 《盡早發現牛乳房炎新型診斷方法。利用小型NMR早期檢測黃色葡萄球桿菌乳房炎》   國立研究開發法人理化學研究所與農研機構發現利用核磁共振(NMR)檢測牛的乳汁,可早期發現乳房炎新型診斷方法。其診斷方法發現留意乳汁所含有微粒子的表面積,感染黃色葡萄球桿菌的乳腺炎乳汁的比表面積數值較少。所呈現數值可即時反應此項症狀,能早期控制早期治療。 主題8:智慧農業 《輕巧低價專為中型養豬農家所設計的自動洗豬舍機器人,免除辛苦清潔作業亦能節省人力》   農研機構、中嶋製作所與香川大學等研究團隊,針對中型養豬農家所設計的自動化洗豬舍機器人。此機台輕巧可因應日本狹窄的豬舍通道,且無須太多花費即可清潔豬舍。由於豬舍環境嚴峻人工清潔向來辛苦且非常需要耗費時間。而自動化清潔機器人正好可幫忙負擔這部分工作,相較於人工清潔亦可降低30%勞動時間,同時徹底洗淨消毒,降低疾病風險。 主題9:新育種技術 《發現水稻高耐病性與促進植株花朵變大的BSR2,研發水稻紋枯病新防治法》   由農研機構、國立研究開發法人理化學研究所、岡山縣農林綜合研究中心生物科學研究所發現讓水稻重要病害之一的紋枯病,以及可讓促進植株花朵變大的遺傳因子BSR2。未來持續研究BSR2紋枯病的結構,研發新防治方法。此外,利用此項遺傳因子,進而研發出可高度抗病害的大型花朵。 主題10:智慧農業 《利用AI人工智慧,研發從人工到自動化茶葉採摘機》   由鹿兒島縣、松元機工公司、日本計器鹿兒島製作所研發可自動化採摘茶葉的「無人茶葉採摘機」。目前此機台已接受訂單開始販售。此機台利用AI人工智慧確認茶樹的位置,自動化且高精準度進行自動化採摘作業,亦可自動行駛至隔壁茶田。此項研發不僅大幅節省人力,在降雨等各種惡劣氣候下仍可作業,除了增加工作效能之外,同時可減輕事故風險,提升農作業安全。
海洋將是未來糧食安全的關鍵
2020/01/07
永續海洋經濟高層小組(High Level Panel for a Sustainable Ocean Economy) 由來自15個國家的政府首腦組成,並網羅世界各地的研究人員與政策分析人員組成專家群,並委託這些專家群提出藍皮書(blue paper)以探討海洋與經濟挑戰。這些藍皮書將結合技術、政策、管理和金融等跨領域的最新科學與思維,協助加速建立海洋的永續繁榮。預計到2020年6月,總共將發布16份藍皮書,並將由永續海洋經濟高層小組使用,在葡萄牙里斯本舉行的2020年聯合國海洋會議提出相關建議。【延伸閱讀】氣候智慧農作物:未來食品和營養安全的必要性   第一本藍皮書為《The Future of Food from the Sea》,內容提及海洋食物生產的現狀和未來潛力,以及通過海洋食物實現零飢餓永續發展目標的機會。此報告指出,海洋食物能夠在永續糧食安全中發揮獨特作用,其原因為 : 氣候變遷:與陸地的動物性食品相比,許多形式的海洋食物所產生溫室氣體足跡均較低。 飼料效率:與陸地動物食品的生產系統相比,在考慮飼料投入的狀況下,海洋食品的生產效率要高得多,且海洋中養殖的某些物種根本不需要飼料(例如非飼餵海水養殖)。 生產潛力:與陸地上的糧食生產不同,從海中獲取糧食不受土地和水供應等限制。 營養:海洋食物提供了多種重要的、生物利用度高的微量營養素:包含維生素、礦物質和長鏈omega-3脂肪酸。 可獲取性:大多數沿海居民都容易獲得海洋食品,且這是是許多低收入沿海國家可負擔的、營養豐富的蛋白質來源。   然而,要滿足海洋的糧食生產潛力,將需要重大的全球政策轉變,包括: 減少非法捕撈所導致的過漁問題:強化保護基礎資源的補貼方式,並採取措施改善管理和發展替代性經濟,盡量減少過度捕撈對環境和社會的影響。 擴大永續性海水養殖:養殖不須額外添加飼料的雙殼綱和海藻等物種,或是擴大魚類和蝦類等物種的海水養殖,但也需要考量魚粉和魚油等關鍵飼料成分的依賴性,並積極尋找永續性飼料替代物。   WorldFish價值鏈和全球營養研究負責人Shakuntala Thilsted表示,若如果我們能夠管理好海洋或內陸水產資源,就能夠為後代子孫提供安全、永續和營養豐富的食物。此份報告顯示,若對海洋漁業和海水養殖進行更良好的管理可能會使海洋糧食產量增加六倍,相當於可提供2050年時的全球百億人口所需蛋白質的三分之二。
採用智慧化氣耕栽培的垂直農業技術
2020/01/06
地球資源有限,而人口仍在持續增加,在短短二十年內,人口將由目前的77億上升至97億,屆時土地的使用競爭將更加劇烈,其他用途會不斷壓縮現有的農地空間,故必須盡快改變現有的農業生產模式,才有可能避免未來營養不良的問題。同時,氣候變遷也正在影響著現在的環境,而美國有8.4%的溫室氣體排放來自於農業活動,基於環境永續之考量,農業經營需要採取降低溫室氣體排放的方式。   過去十年中,垂直農業(vertical farming)發展蓬勃,因可充分利用垂直空間,比起一般單層的耕作方式更能提升土地利用效率,水資源的和化學藥劑的使用也減少許多,透過這些方式可減輕農業對環境的影響。另外,在城市地區附近建立垂直農業,產品運輸的距離就能縮短許多,間接減少運輸過程中二氧化碳的排放。然而,部分觀點認為維持垂直農業所提供的人工環境需消耗大量能源,並不屬於生態友善農業的一部分,這也是許多相關公司致力突破的技術障礙,以更高效率的資源利用提升實行垂直農業的優勢。【推薦閱讀】類似樂高積木般可組裝的垂直耕作系統   AeroFarms具有專利氣耕種植系統(aeroponics),在可完全控制作物生長環境的人工系統中進行耕作,依照目標作物所需空間訂製結構高度,並提供霧化的水和養分供植物吸收,其用水量比田間耕種少95%,比水培少40%。而且,此系統還採用LED燈為不同目標植物提供精確的光照強度和波長,促使能源利用效率最大化。另通過遠端監控,科學家在每次收穫時可以掌握超過130,000個數據,用以精進預測分析的正確性,盡量縮小耕作風險。這樣的智慧化系統使作物種植時間比傳統田間縮短一半,且每平方英尺的生產力比起一般田間商業農場更高。   結合機器學習、機器視覺以及物聯網協助收集傳感器數據等多種技術,AeroFarms至今已成功種植超過5億株植物,300多個品種。目前正與有影響力的市場領導者(例如Dell Technologies)合作,以提升自動化和數據分析方面的能力,希望能更進一步促進植物的健康狀況與產量。
大花紫玉盤對抗胰腺癌細胞的應用潛力
2020/01/03
胰臟癌(pancreatic cancer)是歐盟第三大與癌症相關的死亡原因,比乳腺癌還多,患者平均存活時間少於6個月,5年生存率也是所有癌症中最低的,例如英國每年約有10,000名患者死於胰腺癌,日本約有23,000人。由於胰臟癌初期幾乎沒有任何症狀,許多患者因此錯過了早期治療的機會,直到後期癌細胞轉移到其他器官時才就醫。         因為胰臟癌細胞生長較普通細胞快速,當腫瘤的發展速度超過了血管提供營養的速度時,就會使得細胞面對營養不足的環境。在營養不足的情況下,普通細胞容易死亡,但胰臟癌細胞卻可以改變其新陳代謝以挺過這種嚴峻的環境考驗,故開發消除癌細胞之飢餓耐受性的新藥物,也是發展抗癌藥物的一種策略。因植物在長期演化上產生許多特殊的天然化合物,具有無窮的應用潛力,部分研究人員就將新藥開發的希望放在自然界中的天然化合物,而熱帶植物大花紫玉盤(Uvaria grandiflora)體內含有Grandifloracin,屬於anti-austerity agent,已被證實可以消除癌細胞耐受飢餓狀況的能力。【延伸閱讀】兒茶素奈米載體具應用在癌症治療上的潛力         英國巴斯大學(University of Bath)與日本富山大學(University of Toyama) 研究人員則合成數個結構類似於Grandifloracin的產物,透過nutrient‐deprived medium實驗與人類胰腺癌細胞株PANC-1進行評估,其中兩個產物效果更好。儘管此項研究距離人體試驗還有五年多的時間,但研究人員認為這些分子有望成為治療胰臟癌的新型藥物,和相關的試驗與合成過程則可做為後續研究之參考。相關研究發表於<ChemMedChem>。
以生物晶片改善反芻動物的精確飼養條件
2020/01/02
草食性的反芻動物,例如牛,主要通過瘤胃中的微生物幫助分解纖維素以提供其生長所需能量,許多生物性和非生物性因素會影響纖維素分解的效率,進而影響動物生產力和健康。利用總體基因體學(Metagenomics)可以了解瘤胃中參與纖維素(cellulose)和半纖維素(hemicellulose)分解的相關基因,但僅能確定微生物群的分解潛力,無法了解分解酵素的基因表現狀況。而瘤胃中微生物群組成複雜,為了更加了解反芻動物消化道中的微生物分解纖維素的活性,加拿大Lallemand Animal Nutrition已與法國Dendris建立了研發合作關係,將開發一種新的監測工具,以評估不同營養條件下(包括補充益生菌)對消化菌群關鍵功能的影響。【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   在由法國國家農業研究院(Institut National de la Recherche Agronomique,INRA)和克萊蒙奧弗涅大學(Université Clermont Auvergne)的團隊進行的原型開發期間,選擇了約400個涉及纖維素消化的關鍵基因,並鎖定了60個重要基因作為探討分解纖維素和半纖維素的生物標誌(biomarker)。此工具將有助於促進反芻動物的精確餵養,並有助於開發飼料配方或新型飼料添加劑,以提高纖維分解效率。   由於益生菌可以提升瘤胃分解纖維素的效率,因此使用這樣的功能性生物晶片(functional biochip)有助於了解牛隻瘤胃中的狀況,並訂定相對的營養改善方式以改善瘤胃功能,現階段公司僅用於內部研發或客製化需求使用,尚無商業化計畫。相關研究發表於<frontiers in Microbiology>。
藍綠乳菇染料用於螢光探針新開發
2019/12/31
活性氧物質(Reactive oxygen species,ROS)是生物進行有氧代謝過程中所產生的副產物,包括超氧化物、過氧化物、自由基等,因其存在未配對的自由電子,故十分活躍且不穩定。一般健康細胞中含有少量ROS,若累積過多則容易對細胞和基因結構造成損壞,可能導致癌症或神經退化性疾病的發生,例如阿茲海默症。   在研究ROS的各種技術中,由於螢光探針具有高靈敏度、呈像即時、操作簡單、高選擇性等優點,搭配螢光顯微鏡已成為細胞呈像中必不可少的技術。英國巴斯大學(University of Bath)則開發了一類新的螢光探針,稱為AzuFluor,來自於真菌Lactarius indigo中發現的一種亮藍色化學物質-Azulene,而Azulene衍生物也早已用於螢光增敏劑、淬滅劑和光電開關等,目前正在測試其在雙光子顯微鏡的應用性。【延伸閱讀】即時監測肉品品質的透明貼片   AzuFluor分子較小,具有良好的細胞穿透性、光穩定性、無細胞毒性,當AzuFluor與ROS接觸時會發出螢光,研究人員就能藉由螢光偵測到極為少量的ROS。 大多數螢光探針只能吸收1個光子,而AzuFluor能吸收2個光子,表示可以使用兩個較低能量的光子產生相同強度的螢光,且使用較低能量的短波長紅外光可以穿透組織而不損害細胞,未來在細胞生物學與製藥產業當中具有應用潛力,幫助科學家在顯微鏡下觀察細胞的變化。   目前此技術已可在大鼠組織中有效應用,研究人員希望將來可以開發這一系列的螢光物質作為可用於人體的探針,相關研究發表於<Journal of the American Chemical Society>。
聯合國糧農組織發表世界旱地最新的資源調查評估報告
2019/12/30
世界許多森林分布在旱地(dryland,或稱乾旱地區)。按聯合國糧食及農業組織(Food and Agriculture Organization of the United Nations,簡稱糧農組織FAO)於今(2019)年在第25屆聯合國氣候變遷高層峰會(High-Level Meeting on Forests at the U.N. COP25 climate summit)所發布,首份全球性關於乾旱地區的樹木及森林資源調查報告──《全球旱地之林木、森林與土地利用:第一次全球評估報告》(Trees, forests and land use in drylands: the first global assessment)所評估的內容,這些植物遍佈於全球1/3的乾旱區域中,而乾旱地區約佔全球41%的陸地面積,這些林木對於碳吸存方面具有相當程度的影響力,因此全球首次針對旱地評估的林相資源及土地利用調查報告具有極高的參考價值。【延伸閱讀】聯合國糧農組織指出於水產養殖業推動遺傳改善做法具有穩定糧食安全的潛力   評估結果首先將旱地區分為超乾燥 (hyperarid)、乾燥(arid)、半乾燥(semi-arid zone)及乾次濕(dry sub-arid)等區,覆蓋約61億公頃的土地,佔地球陸地表面積的41%,其中約11億公頃(~18%)為森林地貌。根據報告內容指出,全球約20億人、1/2的牲畜生活在其中,也提供1/3的全球生物多樣性熱點,為鳥類提供重要的遷徙據點。調查指出,以旱地為主的生態系易受缺水、乾旱、沙漠化(desertification)、土地劣化(land degradation)、氣候變遷等因素所影響,預估到21世紀末,世界旱地將增加10-23%,旱地面積的增加對於全球糧食安全、生計、人類福祉帶來嚴重的威脅。   報告指出,全球旱地中約莫18%為森林地貌,其中約一半區域的樹冠層密度(canopy density)超過70%,剩下則分別為:荒地28%、草地25%、農地14%、其他則為沙漠。   該篇報告一共蒐集來自全球共213,782個樣區,揭示全球旱地在森林覆蓋率、植被組成及土地利用等現況,這些資訊可望做為人們在因應全球氣候變遷、人類活動等情境下,規劃較適當的調適做為與減緩措施。   《全球旱地之林木、森林與土地利用:第一次全球評估報告》由聯合國糧農組織於2019年發表。詳細研究成果可參考下述報告及新聞稿連結。
使用生物礦化工法穩定懸崖
2019/12/27
水土流失、山崩、海平面上升以及極端天氣等因素可能土石滑動,減弱部分基礎建設的地基結構,為了保持其結構完整性,必須採取穩定或強化地基工程。現有的解決方式通常是使用水泥、石灰或工業樹脂作為材料,且所添加使用的微塑膠和有毒物質可能汙染地下水及土壤。因此,基於對環境友善的原則,部分研究人員將希望寄託於生物礦化工法(Microbial-induced calcium carbonate precipitation,MICP)。   Medusoil是法國洛桑聯邦理工學院(法語:École polytechnique fédérale de Lausanne,縮寫EPFL)的衍生公司,使用微生物誘導方解石(calcite,即碳酸鈣,化學式CaCO3)結晶生成,這是沉積岩的主要成分,能作為土壤的粘合劑,迅速硬化土壤。【延伸閱讀】粘菌和貽貝如何成為建築的未來   因Sporosarcina Pasteurii能產生大量的尿素酶,過往文獻中已有許多使用S. Pasteurii在土壤中進行生物礦化的經驗。而Medusoil團隊使用冷凍乾燥後的S. Pasteurii,當尿素酶與尿素分子結合時,尿素酶可催化尿素水解,產生碳酸根離子,可與鈣形成碳酸鈣晶體,進而與土壤中的其他細小沙粒黏合。此種由尿素酶催化的反應與自然情況相比快1,000倍,最終產品可以在幾天甚至幾小時內完成。   Medusoil團隊於2018年在沃州的懸崖進行測試,因風和雨水侵蝕造成懸崖結構不穩定,在這些測試過程中,團隊能夠將目標區域的土壤固結,進而提高了土壤的穩定性。此外,公司還建立了批次生產土壤穩定劑的設施,以及可在建築工地應用的移動式注射裝置,目前已準備好擴大生產規模,隨著材料調整,未來還可以擴展到其他建設方面的需求。相關研究發表於<Scientific Reports>。
透過氣耕栽培技術將有助於瞭解樹薯根部特徵的發育情況
2019/12/26
樹薯(cassava, Manihot esculenta,又稱木薯)原產於熱帶地區,屬大戟科(Euphorbiaceae)根莖作物,其根部可食用,常被製成樹薯粉,可提供大量的碳水化合物及熱量,是許多地區的主要農糧作物。傳統研究樹薯根部的做法,多刨除其根部周邊覆土,將組織取出後加以研究,然而此種做法將會造成組織壞死,甚至是植株個體死亡,增加品種選育及品系保存方面的難度。   為了在不干擾樹薯生長的前提下,方便持續觀察其個體生活史與組織發育情況,並應用在品種選育方面,哥倫比亞國際熱帶農業中心(原文:Centro Internacional de Agricultura Tropical,英譯:International Center for Tropical Agriculture,簡稱CIAT)與英國諾丁漢大學(University of Nottingham)所組成的研究團隊便致力發展以氣耕(aeroponics)為主的栽培技術,試圖透過低設施成本且不傷害作物生長設施研發,觀察樹薯根部的發育情況,揭開樹薯根部在土壤底下不為人知的祕密。【延伸閱讀】採用智慧化氣耕栽培的垂直農業技術   研究團隊在研究中一共發展出3套以低成本建置的氣耕系統,分別是半氣耕系統(semi-aeroponic system)、噴霧型氣耕系統(aeroponic mist system)及滴灌型氣耕系統(dripponics System)。透過上述低成本建置的氣耕系統,可方便樹薯育種者以在不傷害植物組織的前提下,觀察樹薯貯藏根(storage root)的組織發育情況,便於育種者選育出喜愛的栽培特徵。在研究團隊的實際研究測試下,認為噴霧型氣耕系統可即時觀察樹薯根部錯縱複雜的發育情況,該氣耕系統同樣也提供根部組織足量的氧氣促進其生長。除此之外,研究團隊也透過氣耕系統,研究將植物生長素(auxin)在根部發育初期所扮演的角色及影響,可藉由表徵性狀的變化,找出可能參與樹薯根部發育生長的調控基因,為遺傳改良(genetic improvement)、永續集約農業(sustainable intensification)、加速作物生長等多方研究帶來重要的參考依據。   研究團隊避免以刨根鏟除覆土(shovelomics),在不傷害樹薯的前提下,觀察作物以氣耕環控(controlled environment)栽培的生長狀況,並以此做為加速育種的栽培手段。   該研究由英國生物技術暨生物科學研究委員會(Biotechnology and Biological Sciences Research Council,簡稱BBSRC)、國際熱帶農業中心、諾丁漢大學等單位資助。詳細研發成果已發表在<Plant Methods>
新型態牛結核卡介苗的研製可望預防牛結核病感染與傳播危機
2019/12/25
牛結核病(bovine tuberculosis,簡稱BTB)是種由牛分枝桿菌(Mycobacterium bovis)感染牛隻肺部組織所引起的疾病,也是我國法定的人畜共通傳染病,人們可藉由人畜間飛沫或誤食到污染、未經殺菌的乳製品及肉類等途徑感染到牛結核病。為避免感染牛結核病,人類會在出生後不久,透過施打卡介苗(Bacillus Calmette-Guérin vaccine,又稱BCG疫苗)預防結核桿菌的感染。然而在牛隻預防上,以往針對牛隻所開發的卡介苗在疾病預防的效果不佳,加上疫苗接種後的牛隻仍有可能在牛結核菌素檢驗(tuberculin skin test-purified protein derivative,簡稱PPD)上呈現陽性反應,干擾牛結核病檢驗的判讀,恐進一步影響防疫與病害防治。   英國薩里大學(University of Surrey)的研究團隊針對牛卡介苗的接種效力與判讀問題,開發出新一代疫苗,經研究證實可預防小牛(cattle)受牛結核病感染,並且不影響牛結核菌素檢驗的數據判讀。研究團隊試圖建構與卡介疫苗株(BCG vaccine strain)相似,但不會引起病徵的新疫苗株。研究團隊將卡介疫苗株基因體上生產特定免疫蛋白(immunogenic protein)的基因剔除,重新建構BCG-minus strain,成為新疫苗株。該疫苗株除了給小牛帶來保護力外,接種BCG-minus strain疫苗的小牛也能在結核菌素檢驗中呈現陰性反應,大幅提升檢測準確度。【延伸閱讀】協助控制牛隻疾病的新型疫苗   研究團隊希望未來能將相關研發成果推廣到畜產相關產業,提高動物健康且預防人畜共通傳染病發生的可能性。   該研究由英國生物技術暨生物科學研究委員會(Biotechnology and Biological Sciences Research Council,簡稱BBSRC)、印度生物科技部(Department of Biotechnology, India)、比爾與梅琳達·蓋茲基金會(Bill & Melinda Gates Foundation)等單位資助。詳細研究成果已發表在<Scientific Reports>。
歐盟提出最新《2019-2030歐盟地區農業市場及收入展望報告》
2019/12/24
歐洲聯盟(European Union,簡稱歐盟EU)在近期出版的《2019-2030歐盟地區農業市場及收入展望報告》(European Union agricultural outlook for markets and income 2019-2030 report,以下簡稱報告)中提到,在歐洲消費型態轉變下,農業市場規模也隨之變化,消費者除考量購買農產品購買的便利性(convenience)與可負擔性(affordability)外,也漸漸關心健康保健、動物福祉(animal welfare)、氣候變遷、環境保護等多方議題。在2019年的調查中便得知,食品價格、食品安全、社會道德、宗教信仰等因素是歐洲地區的消費者農產品選購的四大主要依據。   報告也提到,為因應歐洲地區消費型態改變,農業生產系統能在未來衍生出有機、非基改(non-GM)等認證標章制度,以便滿足這類需求的消費市場。然而研究報告強調,以現況而言,消費者生活在忙碌的現代化生活型態中,普遍仍依舊以即食餐點(ready meal)、零食、外送餐(on-the-go food)等餐飲類型為主,與農糧生產系統的發展趨勢仍有一段差距。   根據報告預測,未來全球人均糧食消耗總量將會逐年上升,然而部分地區的糧食自給將隨著農業生產的進步而有所提升。在全球市場的變化下,歐盟原產地多餘的農糧產製品將有機會以全球貿易的方式銷往世界各個角落,展開全新的貿易競爭及挑戰模式。   報告提到,歐盟地區的農地有逐年下降的趨勢,預估2030年的總農地面積將僅剩1.87億公頃。相較於2020年,蛋白質作物(protein crop)、飼料(fodder)、油籽(oilseed),在2030年將分別提高46%、2%及1%的產量。   歐盟的這份報告分別提出三大主要農業情境(scenario)。報告所預測的第一個主要農業情境是乳製品產業將在近十年間發生重大的變化,在植物性蛋白(例如:大豆)生產逐年提高的趨勢下,恐衝擊到歐洲地區現有的畜牧產業,影響到肉類與乳製品等動物性蛋白質為主的消費市場。然而透過與植物性蛋白商品競爭的過程中,也可望降低肉類、乳製品的市場價格,歐洲地區的消費者可因此享受較便宜的蛋白質來源。除此之外,一旦提高蛋白質作物需求,減少畜產業發展的情況下,也可減少一定面積的農糧土地利用。而在這樣的情境下,歐盟地區的大豆(soya bean)產量,預估將在2030年提高5%,在增加植物性蛋白、減少動物性蛋白質生產的趨勢下,碳足跡(carbon footprint)也預估將在2030年減少約6%。   報告中提出的第二個主要農業情境認為,歐盟地區將在2030年開始提供以100%非基改飼料餵食所生產的牛乳。在這樣的情境下,歐盟地區將逐年減少大豆及肉品的輸入,並提高在地飼料的生產。然而報告也提到,牛乳生產(milk production)與牛肉生產(beef production)可能將分別減少0.5%與1.3%。   報告中提到的第三個農業情境主要是探討中國大陸爆發的非洲豬瘟(African swine fever,簡稱ASF)對歐盟地區乃至於全球市場所造成的影響提出的預測。由於中國大陸無法在短時間內提高國內豬隻產量,這使得中國大陸近期將有大量進口需求,此舉將提高包含歐盟地區在內全球的豬肉產量。雖然近期擁有這樣市場背景與發展契機,然而歐盟地區多數的會員國仍受限於其嚴格的環境保護政策,以至於豬肉生產規模仍受限其法規及政策層面。   最後,報告也針對歐洲市場在面臨全球氣候變遷下所產生的變化並加以預測。報告中首次提到應將農糧體系(food system)所產生的溫室氣體排放量納入整體考量,此外也應分析碳、氮、水、土地等資源所消耗的足跡(footprint)。報告主要預測因未來歐盟地區畜牧業規模下降,使得農糧體系產生的溫室氣體排放量下降。值得注意的是,施用糞肥(manure)提高作物生產的永續做法,恐將提高一氧化二氮(N2O)一類的溫室氣體排放量。報告綜整各種環境分析模型(environmental analysis model)的結果,認為歐盟農糧體系在場地(farm)與場後(post-farm gate)所產生的溫室氣體排放量將低於平均全球農糧生產體系。   除上述主要情境預測以外,報告中也提供橄欖油、葡萄酒、蘋果、桃子、李子、橘子、番茄等多項歐洲當地特殊作物(specialised crops)及其加工產品的生產規模及市場預測。【延伸閱讀】歐盟2020年後的CAP目標說明   歐盟《2019-2030歐盟地區農業市場及收入展望報告》勾勒出含非會員國英國在內,歐盟28個會員國所共同面臨的農業生產與市場發展趨勢。該報告的分析係透過2019年9月前所能取得的農糧生產資訊,以歐洲執行委員會(European Commission,簡稱歐洲執委會)所使用的農業經濟模型(agro-economic model)加以預測分析所得到的結論,供歐盟農業市場規模與農業收入相關的中期展望(medium-term outlook)。   該報告由歐盟執委會編纂印製,詳細報告內容請參閱下述出版連結。
濕度監控對改善家禽健康和福利至關重要
2019/12/23
為了確保家禽的健康狀況和生產力達到最佳,應定期監測禽舍的濕度、溫度和通風狀況,濕度過高可能會為家禽的健康與福利帶來威脅,需要密切監控禽舍內部濕度。美國喬治亞大學(University of Georgia,UGA)教授Brian Fairchild認為,目前的生產者在溫度控制方面做得很好,但是濕度控制就有待加強,理想情況下,禽舍的相對濕度需要控制在40%至60%之間。   為了幫助生產者計算理想的通風率,喬治亞大學開發了Chkminvent,可以從網頁下載excel表格或透過智慧手機下載應用程式。只要輸入外部溫度、欲達到的相對濕度目標以及內部風扇的數量和大小,程式就能計算風扇需要運行多久才能達到目標濕度。例如,在典型的冬季條件下,若要除去1加侖的水,需要每分鐘交換20,000立方英尺(Cubic feet per minute,CFM)的空氣,表示透過48英寸的風扇需要運行約1分鐘以去除1加侖的水,並進一步推測,若雞隻能消耗1,000加侖的水,並可保留其中的20%,那麼就需要清除另外800加侖的水,在這樣的前提下需要交換5,500 CFM空氣來維持濕度平衡。【延伸閱讀】電子商務拓展農園藝產業之銷路   禽舍中的高濕度與高氨和二氧化碳含量之間存在密切關係,代表做好濕度控制也會間接影響其他空氣品質的變因,如果相對濕度高於70%,則空氣品質也會下降。要使墊料保持乾燥,就必須降低相對濕度。因此,在典型的冬季條件下,若雞隻消耗500加侖的水,欲保持50%的濕度,需要交換3,000 CFM的空氣量;若想達到40%的溼度,則必須將通風率提高300%,達到9,000 CFM。   然而,若要保持乾燥則需要提高通風效率,這也代表需要消耗更多的熱能和成本。因此,必須在考量保持安全濕度的情況下盡可能維持雞舍中的密閉性,避免雞隻著涼。為檢查雞舍中的密閉性,生產者應針對每平方英尺的地面空間進行常規的風扇測試,以功率為1 CFM靜態壓力的風扇進行測試。理想狀態是每1,000平方公尺的氣體洩漏量最多0.4平方公尺,而可接受的最小範圍是每1,000平方公尺的氣體洩漏量為0.65至1.2平方公尺。除此之外,也應該從飲水設施、墊料品質、蒸發冷卻裝置著手,幫助提升禽舍濕度管理。
日本農業基礎研究逐步落實於社會應用
2019/12/20
(一)越貼近生活,越是充斥創新的無限可能   創新研發商品一轉眼已充斥在我們身邊,新技術的誕生已掀起生產者與消費者間革命性轉變。過去我們根深蒂固地認為:馬鈴薯的芽有毒或是害蟲,所以必須剔除乾淨。而為了突破這項問題,大阪大學的村中俊哉教授利用基因編輯技術,研發「代謝轉換」先端技術,不僅馬鈴薯毒分降低了,也讓調理人更加輕鬆。   此外,龍谷大學的伏木亨教授研發一種製冰淇淋的新方法,而此種方法可使得冰淇淋熱量從一份150卡路里降至80卡路里,且依舊美味,其秘訣為「脂肪酸」,一般冰淇淋的卡路里降低後口味也會變調,但因為添加脂肪酸後,使得低卡路里的冰淇淋也能美味依舊。   另一項創新的契機,是在有著蕎麥聖地之稱的長野縣,其中最有名的是使用「長野S8」品種的蕎麥所製成的信州翡翠蕎麥生麵條。雖然長野S8可加工為翡翠色的蕎麥麵,具有相當高的人氣,但是此品種的蕎麥容易倒伏,導致栽植農戶不易收割。對於此項蕎麥品種栽植的不便性,信州大學的松島憲一副教授率領研發團隊,研發出「桔梗11號」,具有與長野S8一樣香氣與色澤,但是植株較為矮小、不易倒伏,栽植農戶的收割便利性大幅增加。   番茄農戶的栽植過程中,常為了番茄甜度與產果量之間的問題來回拉鋸,筑波大學的江面浩教授為解決番茄甜度與產果量間的問題,進而研究番茄生理,不料卻誤打誤撞地研發出具有機能性GABA成分的番茄,可抗血脂上升,被稱為「GABA水果黃金」。   上述研究的分享案例,由日本農林水產省的「農林水產業暨食品產業科學技術研究推動計畫」,以及日本內閣府綜合科學技術與創新會議的研究資金挹注下,開展了實用性的案例產生。   農林水產技術會議事務局的別所智博局長表示:隨著全球國際食品市場迅速發展,日本正在關注全球食品市場與消費者多樣性需求動態,並與跨領域產業相結合,共同開發技術,並加速其實用化,使得日本農業與食品業未來將是具有莫大潛力產業。 (二)友善環境新契機,酵素分解塑膠材料更容易   日本農林水產省「農林水產業暨食品產業科學技術研究推動計畫」推動環境友善的項目,大幅改善農事生產作業與農產品的安全性。   田間巡視時,是否發現田間會覆蓋大量的黑色或銀色的塑膠膜,這些塑膠膜稱為「多功能塑膠膜」或「多功能塑膠布」,其功效可使地面上溫度升高,長時間維持土壤養分,並抑制雜草與病蟲害的發生。這些塑膠膜在作物採收前益處眾多,但採收後卻變成田間麻煩製造者。   塑膠膜的主要素材為聚乙烯(polyethylene,簡稱PE)或是生物可分解塑膠,PE製的塑膠膜在田間使用完畢後,會當作工業廢料進行回收,另外處理;而生物可分解塑膠為環保塑料,可於田間土壤中自動分解。   農業環境變動研究中心與再生循環的北本宏子主任提及:「我們需要的是在作物栽植過程中不易破損、採收後可在土壤中自動分解的塑膠膜。但實際使用的經驗,田間環境與土壤條件的不同,使得塑膠膜分解的速度不一,進而使得許多農戶認為塑膠膜分解效果不如預期、難以使用。若有穩定且可快速分解生物性塑膠膜的方法,可解決田間的環境問題。」   計畫推動中,最受到眾人注目的研究是可分解生物性塑膠膜的酵素。   起初,研究人員試圖從土壤中的微生物發現可分解生物性塑膠膜的酵素,但未有所收穫。因此,北本宏子轉而研究植物微生物的研究,終於找出可分解生物性塑膠膜的酵素,並研發出可大量生產該種酵素的方法。   該酵素名為antarctica,源自於1960年日本科學家在南極湖的泥巴中發現因此命名,同種的酵素大多存於水稻中,正巧塑膠膜在日本的水稻田中廣泛地被運用。   實際運用上,是將antarctica培養液噴灑在塑膠膜上,實驗階段中發現與未使用培養液相比,能夠更快速分解塑膠片。這項技術已被應證實用化,接著面臨的挑戰則是事業化發展,即使找出可加速生物性塑膠膜的酵素,但生物性塑膠膜的使用率只佔了5%,市場規模尚有開發空間。   為此,北本宏子表示:「雖然大家知曉生物分解塑膠的益處,但價格方面仍不易入手,但若將處理費等整體成本一起納入,甚至有可能比PE製的塑膠膜便宜,相當具有商業化潛力。希望能與酵素一起讓更多農戶實際體會這項技術的便利性。」【延伸閱讀】2019日本農業十大研究成果排行 (三)天敵儲存袋,有效防治蔬菜害蟲   「天敵儲存袋」是由日本中央農業研究中心、民間企業、縣市研究推廣機關花費三年時間研發而成,尺寸與紅包袋一樣大,已於2017年春天上市。   「天敵儲存袋」懸掛在小黃瓜、茄子、草莓等樹枝或莖的下方,可驅除所引起的蜘蛛、薊馬、粉蝨等微小病蟲害,產出賣相良好的作物。實際上「天敵儲存袋」,添加了蜘蛛、薊馬的天敵捕植蟎科,等同於放了捕植蟎科的巢一樣。   此項技術是農戶為了因應不使用化學農藥的消費端需求,在農事上以不使用農藥為主所研發。然而,設施栽培蔬菜容易有蜘蛛、薊馬等害蟲,再加上農藥害蟲效力很低,抗藥性極高。   捕植蟎被當作生物防治上效果顯著,其飼養方法並不困難,被拿來做為蟲害防治的商品販售,但由於捕植蟎容易受到環境變化影響,不容易定著於設施,反而導致成本提高。   因此,「天敵儲存袋」的發明人下田武志研究員將思考面向轉為:「如何更容易穩定取得且低成本地運用捕植蟎?」,並將過去研發的相關產品進行優、劣勢的特性盤點,進而完成天敵儲存袋的改良。   天敵儲存袋的外包裝是耐水性的封袋,裡面有100隻的捕植螨與飼料、儲存水以及可供成蟲產卵的貼膜。下田武志提及:「天敵儲存袋可使得捕植螨在穩定溫度的環境中產卵,並保護其不受到灑水與噴灑農藥的影響,可完全隱蔽繁殖,使得捕植螨充分發揮作用。」   天敵儲存袋已經於日本市面上販售,目前仍持續進行使用情境、使用時機、如何使用等資訊蒐集,並進行全國性的數據交叉比對與驗證,試圖創建更完整的使用說明手冊。   下田武志認為:「這項研發技術無論任何種植地和農產品都能使用。雖然目前皆以蔬菜設施栽培為主,但也能應用於玫瑰和菊花等花卉,甚至果樹皆適用。」   我們每天的生活脫離不了農業。創新的基礎研究正支撐農業生產活動發展,最關鍵莫過於新創技術如何實際應用。因此,更須促進各項知識累積應用,克服此項課題,並將其成果更密切落實於社會。
植物在逆境下能產生超聲波傳遞訊息
2019/12/19
植物在面對環境壓力時會產生相應的生理變化,顏色或形狀會與一般情況下的植物不同,或是釋放出揮發性有機化合物(volatile organic compound,VOC),例如遭遇乾旱或動物啃咬時,且這些VOC會影響附近植物,提升附近植物的抗性。然而,目前尚未有相關研究探討植物主動發出能在空氣中傳播的聲音能力,此次以色列特拉維夫大學(Tel Aviv University)就針對植物發出的聲音進行探討,或許可幫助人們更了解植物所處環境的潛在資訊。【延伸閱讀】導入新科技對漁業發展帶來的利弊得失   研究團隊建構了一個錄音系統,利用煙草(Nicotiana tabacum)和番茄(Solanum lycopersicum)作為觀察對象,並透過麥克風收取頻率為20-150 kHz的超聲波,探究在經歷乾旱、剪切等逆境下和對照組發出的聲音差異。研究發現,番茄和煙草在乾旱時發出聲音的次數分別為每小時35次和11次,剪切時每小時發出聲音的次數分別為25次和15次;而相反地,所有對照組植物發出聲音的次數都是每小時少於1次。   此次研究利用距離為4英吋(10公分)麥克風收到了65 dBSPL(dB of sound pressure level)的超聲波,還開發了機器學習模型,能夠依據植物發出的聲音區分其所處的不同狀態。這些結果證明了研究植物聲學的潛力,動物、人類甚至是其他植物,都可能利用植物發出的聲音交流環境資訊,這樣的交流形式可能在生態學和演化中扮演重要作用,並提供在農業當中監測植物的應用潛力,相關研究發表於< bioRxiv>。
清理河流中塑膠垃圾的新設備
2019/12/18
河流提供了孕育人類文明的資源,但經過長期開發和現代化的進展,許多汙染物也經由河流匯集到海洋中,大部分的海洋汙染來自於河流排放的結果。其中,不易分解的塑膠類廢棄物一旦落入海洋中,就可能造成海洋生物誤食的危機,甚至隨著食物鏈累積。【延伸閱讀】科學家利用綠藻去除污水中有害的環境賀爾蒙   為了減緩海洋汙染,既需要清理既有的海洋垃圾,更需要防範更多的垃圾持續流入海洋當中。荷蘭發明家Boyan Slat於2013年設立了非營利組織The Ocean Cleanup,並於今年10月26日於鹿特丹展示了一種攔截塑膠垃圾的系統-Interceptor™。河道中的漂浮的塑膠垃圾會順流而下,透過浮動式柵欄引導至Interceptor™中,輸送帶則會不斷將垃圾與河水分離,並透過感測器將垃圾平均分配至六個大垃圾箱中,在垃圾箱盛滿後會向地方當局發送訊息,並停泊在河岸,方便人員將塑膠垃圾帶上岸進行後續的回收利用行為。   此外,系統所採用電子設備完全由太陽能供電,並搭載鋰離子電池,可日夜不間斷工作,免除噪音或廢氣問題,而且還可透過網路監控系統的性能、能耗和零組件運行狀況,最多可以儲存50立方公尺的塑膠垃圾,且不會干擾船隻或野生生物的活動。   目前此系統正分別在印尼雅加達和馬來西亞巴生河進行測試,計劃第三套與第四套系統將分別裝設在越南媚公河三角洲與多明尼加共和國的聖多明各。The Ocean Cleanup希望後續可達到2025年解決全球1000條最嚴重的河流汙染問題,最終目標是2040年減少90%的海洋漂浮塑膠。
利用香蕉製成環保包裝新技術
2019/12/17
香蕉是在全世界相當受歡迎的熱帶水果,但在採收後就需全株砍除,讓其他吸芽繼續生長或重新種植。對於香蕉種植產業而言,可產生經濟價值的水果僅占12%,剩下來的有機質副產物則在收穫後遭到丟棄。澳洲新南威爾士大學(The University of New South Wales,又稱UNSW Sydney)的研究人員則開發一種新方法,可以將香蕉園的副產物轉化為可生物降解且可回收利用的包裝材料。【延伸閱讀】從水產加工廢水中回收養分新技術   研究人員利用雪梨皇家植物園種植的香蕉假莖作為原料,假莖中大約有90%是水分,因此乾燥後的固形物會只剩下約10%,將其切碎並乾燥後研磨成粉末,再經過鹼性溶液處理後萃取纖維素,經過處理後的材料可形成類似於烘焙紙的薄膜。此外,經過測試,薄膜放在土壤中六個月後可被分解,且對細胞無毒,未來或許可依據用途製作成不同厚度,例如購物袋或承裝食物的托盤;而實驗室也針對此材料對其進行三次循環利用,而不會改變其屬性。   由於纖維素是構成植物細胞壁的成分之一,基本上可以從任何植物中取得,而香蕉屬於一年生植物,每年都會產出大量的有機副產物,若是能充分利用這些奈米纖維素作為食品包裝材料,將更能幫助產業永續發展,且符合資源循環利用的目標。而包裝公司若是了解材料容易取得的程度,或許將更願意嘗試這種材料。現階段團隊真正想要的是尋找適合的合作夥伴,幫助研究如何擴大生產規模及降低生產價格。

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