利用植物的晝夜節律基因作為農業及育種的工具，以提升作物產量及有效利用資源

　　 在選擇具有特殊性狀的植物（例如開花時間較晚）以提高作物產量時，農作物育種者已經在不知不覺中選擇具有最合適生理時鐘的植物，而對植物相關基因的認識可使這類型的育種更具專一性並更加有效。研究顯示，植物內部的晝夜節律與外在環境變化的頻率搭配良好時，植物也會生長得更好。在模式生物(阿拉伯芥)上的實驗已經證明了植物對溫度、水、害蟲和除草劑的對應日常節律。利用栽培作物研究的數據顯示，或許可以藉此開發出新的農藝方法，在最有效的時機施用肥料、化學物質、調整光照和溫度等。
　　 利用作物內部的生理時鐘機制，在白天或晚上的最有效時間灌溉、施用除草劑或農藥等，稱之為「時序栽培」(chronoculture)。使用包括無人機和感測器在內的低成本技術可以全天候收集作物生長和健康的相關資訊，根據準確的位置和天氣狀況，農民可以獲得對特定農作物進行最佳處理的最佳時間建議。該方法也可應用在垂直耕作的系統中，以基因工程改變植物的生理時鐘，調配適合的照明及溫度周期，達到更高效的生產。
　　 另一個潛在應用是在收穫後，當植物緩慢變質並遭受蟲害時。有充分的證據顯示可以藉由保持收穫後植物的內部節律來減少有害生物的損害：將一天中植物對蟲害抗性最高的時機對應至害蟲最活躍的時候，只需在冷藏貨櫃中打開或關閉一個燈，以模仿白天/夜晚的循環，就可以利用植物本身的生理時鐘來改善倉儲損失。
　　 將來，晝夜節律相關的基因編輯和轉基因技術等可用於進行農作物的改良，而組織專一性的基因表現策略為一選育優良性狀作物的長期目標。例如，生物時鐘運行緩慢的植物可能更加適應高緯度地區的夏季；以及改變韌皮部伴細胞中的晝夜節律可調整開花時間的性狀，而不影響其他部分的晝夜節律表現。利用split protein 的方法，應可以在一天中的特定時間在所需組織中表現蛋白，以達到抗逆境或生產特定物質的作用，比起持續性的表現有更少的負面影響。相較之下育種及轉基因法所需時程較長，也需受監管機關審查。
　　而晝夜節律的表現因植物種類及生長地區有所不同，因此還需要更多相關的基礎研究和在農業上的應用，以釐清晝夜節律生物學在農業中的基本作用機制和應用方式。時序栽培研究的主要目標將是在田間主要作物中測量受晝夜節律影響的產量相關性狀表現，並將農事作業於一天當中的時間施行的效果加以量化。【延伸閱讀】荷蘭瓦格寧罕大學發現「植物的眼睛」對光線的感測協調性，能促進植物快速成長

資料來源

• 劍橋大學

文章摘譯

• 農業科技決策資訊平台管理團隊