種子「渴」望生存-新塗層幫助種子在乾旱環境中存活
2022/01/24 @國際
摘要
因為氣候變遷加劇，世界上許多半乾旱/草原地區，越來越乾燥，因為缺「水」而限制了農業發展，引發作物生長問題，這些地區的多數作物，在生命的早期、發芽及幼苗階段常因乾旱而死亡。因此本篇研究的科學家開發出一種新的種子塗層，可由廢棄物製成，且成分為生物可降解物質。此塗層為雙層結構，內層含有固氮細菌協助植物吸收養分，而外層能夠鎖住水分。在撥種前將塗層直接用於種子就可以幫助種子在乾燥條件下存活和發芽。此項創新讓作物種子更具抗旱性，更能適應氣候的變化。
示意圖
當你把蠶繭、柳橙果皮廢物、有益菌及一點兒創新結合在一起時，會得到什麼呢？一組研究團隊希望這可能會是乾旱地區，作物生長問題的解決辦法。來自麻省理工學院(MIT)和摩洛哥國王穆罕默德六世理工大學的科學家，已經開發出一種新的塗層，來幫助種子在半乾旱的條件下可以存活及發芽。他們的研究已經發表在《Nature Food》期刊。新型種子塗層由兩層材料組合而成，並直接用於撥種之前。外層為柳橙果皮廢物加工製成的果膠，目的在鎖住水分，防止種子在乾旱或缺水期間失去水分而乾枯。其靈感來自奇亞籽和羅勒籽的表層，它會創造一個濕潤的環境讓種子生存，直到適合發芽的環境條件出現。而內層直接塗佈於種子，它含有一種細菌，利用來自蠶繭的材料將其保持在原位。當接觸到水和土壤時，根棲細菌會將氮固定到土壤中，來提供種子發芽所需的一些營養物質，同時減少了對肥料的需求。
麻省理工學院土木暨環境工程學教授、致力這項新技術的科學家Benedetto Marelli在新聞稿中說明：「這是種子塗層真正的附加價值。因為這些微生物可以自我複製，並固定氮氣至土壤供植物使用，因此減少額外添加氮肥的同時還能肥沃土壤。」世界上大約15%的土地在半乾旱(即草原)地區。在那裡，水是農業的限制因子，影響超過10億人的糧食安全註1。在這些乾燥的土地上，大多數作物在生命的早期、發芽和幼苗階段就死亡了。
Marelli告訴我們:「前一段時間，氣候變遷開始影響我們的生活，但現在我們日復一日清楚地看到這些影響。因此，我們確實需要找到新的解決方案，使農糧體系更具彈性。」以種子塗層種植的普通豆類-四季豆生長狀況良好，且正在進行田間試驗。如果豆類試驗作物能大規模地提高收成，下一步就是將此塗層嘗試在不同作物上，接著與產業合作，讓每人都可負擔得起這項技術。未參與這項研究的國際乾旱地區農業研究中心(ICARDA)遺傳資源組榮譽組長Ahmed Amri告訴我們:「可能需要進行更多的研究，尤其是常見的乾旱地區，證明種子塗層在乾旱時期對植物的影響是有利的，且不僅只在發芽期間，在植物生命早期或後期皆是如此。」
種子塗層的使用將增加種子本身的花費，但可以節省肥料費用並提高產量，而抵消這些成本。塗層中使用的所有材料皆為生物可降解物質，並可由廢棄物製成，因此科學家希望這也能降低生產成本。挪威大學生命科學系副教授Ola Westengen對我們說：「像這樣的創新如果要實際幫助在前線的農民，就必須撥款給當地並進行調整適應。」麻省理工學院的博士生Augustine Zvinavashe在博士研究時開發了種子塗層，他說到:「種子塗層可以在當地完成，這是當初設計這個塗層時考慮到的事情之一，第一層你可以用浸泡的方式，接著第二層你可以用噴的。製作過程非常簡單，都是農民可以自己做的。然而，在中心位置塗上種子塗層的成本可能會更低，因為此處可以供應根棲細菌無菌的環境。」Westengen說:「總結來說，農民需要透過不太正式的種子供應系統才能得到新種子，像是在社交網路上交換，當地市場購買，或是從自己的收成中保留下來。
舉例來說，非洲撒哈拉以南的多數易旱國家，不到20%的作物種子來自正規的種子供應系統，此系統可讓農民購買經過認證及註冊品種的種子。」Marelli說:「我們最大的夢想是創造出一種技術，能實際影響這個世界。我們希望這些材料及技術可以促進作物種子在貧脊土地上發芽，並使作物更能適應氣候變化。」Westengen說:「使我們作物更具耐旱性的創新是相當關鍵的，而且氣候變遷已經不可避免的狀況下，這項創新將變得更為重要。」【延伸閱讀】UN氣候報告：暖化導致旱災飢餓 威脅人類健康
註1:「糧食安全」是指能夠穩定地讓所有人取得足夠食物的狀態。
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