植物可通過土壤中的養分和水分維持生命，故預測土壤中水分動態變化對農業或水資源管理具有重要意義。然而，利用電腦模型預測土壤濕度是一項具有挑戰性的任務，需要考量土壤質地、植被、氣候(包含日照、風、溫度、降水等)、地形等資訊，且模型開發、應用和分析方法也至關重要。大多數常見的水文模型都是根據回溯性資料(retrospective dataset)進行校正，且不考量氣候變化，進而假設降雨與徑流的固定關係；這樣的模型應用時會加深估計土壤濕度變化的不確定性，並產生較大的誤差。 　　美國國家航空暨太空總署於數前年發射GPM(Global Precipitation Measurement)和SMAP(Soil Moisture Active Passive, SMAP)衛星，可幫助進行全球性的降水觀察，通過良好的模型預測，能夠幫助增進農業效率。而韓國慶北大學(Kyungpook National University)與美國德克薩斯州A&M大學(Texas A&M University)合作，通過結合隨機隱馬爾可夫模型(Hidden Markov Model, HMM)與遺傳演算法(genetic algorithm, GA)，提出了一種新型演算法，可幫助校正不同時空下的衛星數據與驗證其他水文科學研究。【延伸閱讀】農業先進大國荷蘭將邁向新的挑戰—應用宇宙衛星預測作物生產 　　GA屬於一種進化演算法，而HMM則幫助調整模型所需的輸入參數，使預測結果更加符合實際情形。此演算法在美國愛荷華州和伊利諾州進行測試，與過去文獻提出的SWAP(Soil-Water-Atmosphere-Plant)-GA方法相比，更提高預測的準確性。 　　此研究為隨機模型的首次應用，並開拓了使用衛星數據預測土壤水分動態變化的方法。雖在預測每日水分變化仍具有技術上的侷限性，但可進行較大空間與時間尺度的土壤溼度預測，並根據氣候變化進行調整，且只需使用現有氣象站的降水數據；不但簡化了參數輸入與模型結構，更縮小了預測的錯誤性。可協助氣候變遷影響下，未來的農業及水資源管理效率提升。

薰衣草(Lavenders，為Lavandula屬，Lamiaceae科)為高經濟價值園藝植物，也是長期以來被廣泛運用的藥草，具有放鬆心情與輔助睡眠的效果，而精油(essential oils, EOs)也廣泛用於美妝、醫藥等產業。 　　為了更加了解植物精油的產生機制，加拿大的布洛克大學(Brock University)和英屬哥倫比亞大學(University of British Columbia)的研究學者對薰衣草進行基因組定序，並採用de novo draft genome assembly技術進行序列組裝，建立出第一個較為完整的薰衣草基因組草圖(draft genome)，並找出精油產生的相關代謝途徑，藉由了解並控制這些基因表達的調控因子，就能生產人類所需成分的精油。 　　這些資訊可以幫助之後的人員開發各薰衣草品種的鑑定基因標記，或是研究如何利用基因和生物技術協助育種改良，減少薰衣草中的樟腦或提高芳樟醇及乙酸芳樟酯等成分，有利於提升薰衣草精油的市場價值。【延伸閱讀】藉由基因標記與分子育種技術，可加速耐鹽釀酒葡萄品系之開發時程 　　相關研究得到加拿大自然科學和工程研究委員會(Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada)、加拿大研究主席計劃(Canada Research Chair Program)和卑詩省農業基金會(Investment Agriculture Foundation of B.C.)的資助，結果發表於<Planta>。

抗生素在人類與動物醫療中使用廣泛，經排出體外後便進入環境當中；目前全球城市廢水中含有許多種殘餘抗生素，可能導致環境中微生物產生抗生素耐藥性，增加未來面對各式病原的風險。 　　使用細菌或藻類等微生物處理廢水，是一種透過「生物處理法」淨化水質的方式，依照不同微生物特性，能有效轉化並減少廢水中的重金屬或有害化學物質，並生產人類所需之副產物，具有經濟上的可行性。傳統上使用活性污泥法，藉由污泥中豐富的微生物清除廢水中的有害物質，但也容易變成抗藥性基因傳播和轉移的溫床，且官方並無規範抗生素耐受性的決定因子濃度，因此這種方式所處理過的水體可能仍具有健康上的疑慮。【延伸閱讀】利用微生物製成的燃料電池清理養豬廢水 　　愛沙尼亞塔爾圖大學(University of Tartu)則比較了利用光生物反應器(photobioreactor)與活性污泥法處理廢水時的差異，利用電阻率偵測與qPCR (Quantitative Polymerase chain reaction)進行定量分析，發現光生物反應器的抗生素抗藥性基因體(Antibiotic resistome)減少的機制不同。傳統的廢水處理系統中，抗藥性基因的減少與處理期間細菌族群豐度相關；而在光生物反應器中，抗藥性基因則和處理過程中微生物族群組成的變化有關。 　　光生物反應器中的廢水淨化效率取決於微生物生存條件，由於廢水當中具有高濃度營養，需要經過稀釋才能進入光生物反應器，確保處理系統可正常作業，一般常用天然水體進行稀釋。該團隊還評估了來自天然水體的自來水和當地湖水作為稀釋劑的效果，其中湖水中的抗藥性基因豐度遠遠超過自來水中的含量，顯示湖水已受到人類活動的嚴重影響，利用湖水作為稀釋劑更具有發展潛力。 　　先前許多研究已使用藻類和光反應器處理廢水以減少水中有毒物質，此研究更展現了此種方法對減少環境中抗藥性威脅的優勢，詳情發表於<Water Research>。

穀類富含大量的碳水化合物，自古便做為人們的主食，雖可供溫飽，但人體仍需額外攝取其他維生素或礦物質等元素，如：鐵、鈣、維生素A及B群等，才能進行正常生理代謝。美國農業部農業研究局(USDA Agricultural Research Service)的研究人員Robert Graybosch博士表示：食物中營養素不足或內部所含反營養物質(antinutrients)會干擾人們對營養素的攝取，根據統計，全球約60%的人並未攝取足夠的鐵質。 　　透過額外添加維生素或礦物質於食物中提升營養價值的手段，稱作食品營養強化(fortification)，可幫助補充人體所需養分。傳統的食品營養強化方式為食品添加劑，例如食鹽中適當添加碘可防止甲狀腺腫大。隨著生物技術不斷進步，若能在作物生長的過程中，利用遺傳育種或基因工程等方式，使植物自行生合成特定維生素或礦物質，強化食品本身營養素的方式，則稱作生物營養強化(biofortification)。 　　以稻米為例，稻米在部分貧困地區是窮人賴以維生的主食，但其中維生素A含量少，貧民在長期只食用稻米的情況下容易缺乏維生素A，使得免疫力下降與疾病產生。經基因工程技術，科學家成功培育富含維生素A的黃金米，提供更有效攝取維生素A的途徑，此為透過基因改良方式達到生物營養強化的案例之一。 　　Robert Graybosch及其研究團隊以小麥(Triticum aestivum, common wheat)作為研究材料，希望在不減少產量的前提下，探討影響穀物蛋白含量(grain protein content)的Gpc-B1基因與低榖植酸(low grain phytate)的 lpa1-1基因在小麥田間試驗中如何調控產物中的微量元素含量。結果表明，結合此兩種特性可以增加了人類從中獲得的鋅、鈣和錳等元素。【延伸閱讀】植物科學發現可能有助於治療過敏和免疫缺陷 　　雖然此研究結果有助於培養高蛋白含量、低穀植酸且單位面積產量不變的小麥品系，但植物基因表現容易受環境因素影響，因此在其他地區可依照這些研究結果調整小麥品系的育種背景方向，例如未來可改良北美大平原(Great Plains)的小麥，利用基因漸滲(introgression)的方式獲得生物營養強化的優良性狀，並在北美草原大量推廣種植。

藻華(algal bloom)係指水體中藻類、細菌或浮游生物，在短時間內過度繁殖的現象。藻華產生的主要原因可能是緣自全球氣候變遷或農業所施用的化學肥料(含有大量磷、氮、碳)流入水域中所致，使得藻類與浮游生物在短時間內快速大量繁殖，導致水中氧氣被大量藻類快速消耗殆盡；不但造成水下光合作用受阻，缺氧死亡的藻類與浮游生物也會在死亡後釋出生物毒素(biotoxins)，影響大範圍水域，使鄰近生態系受到影響。 　　過去十年間，美國沿岸及淡水流域均發生藻華現象，釋出的生物毒素嚴重衝擊河口沿岸及淡水河域的食物鏈及生態系。據美國國家海洋暨大氣總署(National Oceanic and Atmospheric Administration，NOAA)指出，全球近年發生藻華的次數較先前頻繁，若能即時提供藻華發生地點、影響規模及嚴重程度等預測資訊，將有助於進行預防處理。 　　美國加州大學洛杉磯分校(University of California, Los Angeles) Aydogan Ozcan教授及其同事研發輕巧便於攜帶的裝置，可用以即時分析特定水域樣本，提供監測人員獲得更快的資訊，避免災害損失擴大。該裝置是整合全像投影 (holography)及人工智慧(artificial intelligence)技術的新款流式細胞儀(flow cytometer)，利用紅色、綠色和藍色發光二極體(Light-emitting diode，LED)進行短時間曝光，以便獲得較清晰的成像並避免動態模糊(motion blur)，進而測量樣本中浮游生物的理化特徵；也可藉改變流通量(throughput)多寡，測量較大或較小的目標生物。運用上述科技，能較現行標準測量方法在更短時間內準確分析浮游生物的物種組成。【延伸閱讀】日本靜岡沼津市成立AI與光學測量之農業創新技術研究中心 　　傳統的分析方法是藉由人工採樣，透過光學顯微鏡判斷水中浮游生物的種類及數目，由於分析的時間較長，原水體常於分析的過程中發生變化，而利用流式細胞儀則可即時提供結果。一般流式細胞儀成本界於40,000-100,000美元，此裝置可將成本降低至2,500美元。團隊檢測洛杉磯沿岸浮游生物的組成，同時以有毒藻類Pseudo-nitzschia屬為檢測指標，於六處洛杉磯海灘進行檢測。該研究成果為加州公共衛生局(California Department of Public Health)所採納。 　　該研發計畫由加州大學洛杉磯分校Aydogan Ozcan教授主持，成果發表於<Light: Science & Applications>期刊。

哈密瓜具有粗糙的網紋外皮，部分細菌容易潛藏在表皮當中，傳統的洗滌和抗菌處理並無法確保表皮的乾淨程度，若表皮清洗不夠乾淨，這些細菌可能在刀具切開表皮時連帶汙染果肉，食用後就可能引起食物中毒。其中李斯特菌(Listeria monocytogenes)可在冷藏環境下存活，其潛伏期持續長達70天，感染後可能造成患者發燒、肌肉痛或其他腸胃道問題；而沙門氏菌(Salmonella spp.)的潛伏期從幾小時到兩天不等，感染症狀包括噁心、嘔吐、腹部痙攣和發燒，可持續長達七天之久。 　　為了讓哈密瓜儲存和運輸過程中受到良好地保存，新加坡國立大學(National University of Singapore，NUS)和韓國國立交通大學(Korea National University of Transportation)採用低成本、高壽命的發光二極體(light emitting diodes，LEDs)進行研究，發現使用波長為405和460 nm的藍光照射新鮮水果，具有一定的抗李斯特菌與沙門氏菌效果。其原理是來自於光動力學去活作用(photodynamic inactivation，PDI)，當細菌體內的感光物質受到特定波長的光激發之後，就能產生活性氧類物質(Reactive oxygen species，ROS)，干擾細菌正常生理作用，最終導致其死亡。【延伸閱讀】以生物固氮減少對氮肥的依賴 　　不同細菌可能因其體內的感光物質含量差異而使得照射效果不一，需要進行實驗驗證與模擬才能找出最合適的照射時間。此技術或許可提供一個有效的抗菌處理方式，降低經過攝食而感染沙門氏菌和李斯特菌的風險。

土壤鹽分是影響全球農業生產力的非生物性因子之一，每天有近2,000公頃肥沃的農田由於鹽分過高而退化。由於稻米與小麥等主要糧食作物對鹽分較為敏感，土壤中的高鹽分會使得植物體內的滲透壓提高，降低光合作用效率，進而影響產量。 　　許多地區的作物產量因土壤中的高鹽度而受到抑制，而植物生長促進細菌(plant growth-promoting bacteria，PGPB)在高鹽度環境具有提升植物生產力的潛力，但由於缺乏非侵入性的植物測試方法，因此PGPB的應用進展緩慢。 　　由於鹽分逆境與光合作用效率和植物揮發性有機化合物(volatile organic compounds，VOCs)排放具有密切關係，因此韓國忠北大學(Chungbuk National University) 與愛沙尼亞生命科學大學(Estonian University of Life Sciences)進行合作，透過檢測水稻的VOC排放，觀察水稻於不同濃度的鹽分逆境下與處理過細菌Brevibacterium linens RS16的差異。【延伸閱讀】透過模仿藍綠藻，有望提高糧食作物產量 　　此研究中，研究人員使用水稻(Oryza sativa L.)品種IR29(對鹽度敏感)和FL478(中度耐鹽)來評估在不同鹽度環境中葉片中ACC oxidase活性、碳同化(carbon assimilation，又稱碳固定carbon fixation)和VOC排放結果。發現使用B. linens RS16接種水稻可減緩鹽分逆境對植物的影響，提升葉片光合作用效率和減少的VOC排放；顯示微生物與植物間的交互作用可能影響植物體內的生理代謝途徑，進而增加植物對逆境的耐受性。

歐洲科學院諮詢委員會(European Academies' Science Advisory Council, EASAC)近日提出一份關於土壤永續利用的建議報告，供歐盟及其會員國政策制定者參考，報告內提及歐洲地區土壤永續利用面臨到的問題、現況及如何制定相對應之政策。 　　土壤永續利用是歐盟長期關注的議題之一，雖然歐盟試圖於2014年提案訂立土壤指令(Soils Directive)，但因成員國支持度不足，該指令最終遭撤回，至此歐盟仍缺乏土壤永續利用的相關準則及規範，各國間丈量及監測土壤環境的方式也未見統一的標準。歐洲議會在上個月討論如何透過土壤保護與土壤永續利用改善糧食安全問題，顯示土壤永續經營管理將是近期歐盟各國未來政策制定的方向之一。【延伸閱讀】歐盟2020年後的CAP目標說明 　　歐洲科學院諮詢委員會為土壤永續經營管理提出下列議題： 議題一：氣候變遷 　　歐洲科學院諮詢委員會在報告中指出，土壤碳含量是大氣的2-3倍。委員會建議透過實踐千分之四倡議(4 per mille initiative)每年增加土壤中0.4%的碳含量，改善土壤肥力及結構。改善農地土壤肥力及結構的措施將有助於健全糧食安全體系，並減緩氣候變遷造成的影響。委員會亦建議應針對不同地區的農民採取因地制宜的土壤管理方式。 　　委員會另外提到：在設法增加土壤碳含量的同時，泥炭地(peatland)因燃煤需求而開發，將對土壤保護造成極大的衝擊。為此，如何在開發及復育間取得平衡，將是歐盟重要的課題。 議題二：森林砍伐及土壤永久喪失 　　歐洲科學院諮詢委員會擔心瀝青封路或建造地上建物等土壤密封(soil sealing)的舉動將使土壤永久無法再使用。若土壤密封的速度日漸增加，而歐盟對農作物的需求量不減的情況下，將需要歐盟以外的地區生產農產品，其他地區為滿足歐盟地區的農產品需求，將開墾林地作為農地，形成惡性循環。 　　若日後有建造業或礦業等活動，應在不影響土壤潛在生態系服務(ecosystem)的條件下，降低土壤環境面臨的衝擊。 議題三：生物多樣性 　　歐洲科學院諮詢委員會指出，地表生物多樣性與地下土壤的生物多樣性息息相關。有鑑於地表生物多樣性有相對應的保育法規加以規範，土壤內的生物多樣性也應比照立法規範之。 議題四：生質能源 　　生質能源的發展會對土壤造成衝擊。若種植抗土壤侵蝕(soil erosion)能力較低的生質作物(例如：玉米)，將無法在土壤風蝕的過程中保護地表土壤，造成土壤劣化。若能在能源政策擬定過程中考量這個環節，將有助於將影響降至最低。 議題五：人類健康 　　人們隨意丟棄的PPCPs (藥物和個人保健用品，pharmaceuticals and personal care products)與動物用藥已對土壤等環境造成衝擊，藥物內的抗生素可能降低土壤微生物多樣性及產生具抗藥性的微生物。另外，若土壤內缺乏營養物質，將導致作物缺乏微量元素等養分，不利於人類健康。 議題六：共同農業政策(common agriculture policy, CAP) 　　歐洲科學院諮詢委員會建議應在下次CAP中提出關於土壤永續經營管理的政策討論，並且建議廣邀各界專家參與討論及參與政策制定。目標使農民以永續利用的方式活用耕地及造福社會大眾。

油污泥(oil sludge)是原油煉製過程中產生的廢棄物，由於回收率低，易對環境造成污染，因此開發花費低廉且有效的處理方法成為油污處理的主要課題。先前發表的研究證實，由Biruck Desalegn博士及其團隊發明的新型態奈米微粒，可有效解決廢油污泥造成的污染。 　　南澳大學(University of South Australia) Biruck Desalegn博士表示：去年平均每日全球石油產量突破9,260萬桶，創歷史新高。雖然污染控制的技術已逐漸進步，但精煉的過程中仍無可避免地產生大量的油污泥，這些污泥具細胞毒素，可能導致細胞誘變及致癌性，具有潛在的環境及生物風險。此外，油污泥中的毒化物的物理性質與毒性會隨時間改變，暴露於環境經過風化，恐怕將產生新型態的毒化物。 　　新型態的零價鐵奈米微粒是由青芒果表皮萃取物與氯化鐵(iron chloride)製造而成，利用氧化還原反應的過程分解土壤中的污染物。經過21天的土壤實驗發現，青芒果零價鐵奈米微粒具有良好的清除效果，能去除土壤中高達90%的TPH (total petroleum hydrocarbon，總石油碳氫化合物)。這類利用植物產生的新型態奈米微粒，提供一個更加經濟、永續及環境友善的油污處理方式。【延伸閱讀】啤酒酵母細胞壁化身生物循環肥料進行葡萄栽培 　　該研究由澳洲政府資助的合作研究中心計畫(Cooperative Research Centres Programme, CRC Programme)提供研究經費，相關文獻已於8月發表至<Environmental Technology & Innovation>。

RuBisCO(Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase)是參與植物光合作用中不可或缺的羧化酵素，催化二氧化碳轉為葡萄糖；然而隨著溫度升高，此酵素與氧的結合率也會跟著提高，產生光呼吸反應(photorespiration)，抵銷植物光合作用的效率，影響植物產量。 　　藍綠藻(Cyanobacteria)則發展出一種二氧化碳濃縮機制(CO2 concentrating mechanism，CCM)，在由多面體蛋白質組成的腔室(Carboxysomes)中使用運送蛋白幫助碳酸氫根吸收並聚集於RuBisCO附近，提升光合作用效率，使藍綠藻得以繼續生存。多年來，生物學家嘗試要將此機制帶入植物中；然而，Carboxysomes需要約12種蛋白質互相協調表達才得以產生，並不容易將此機制轉移到植物細胞當中。 　　澳大利亞國立大學(Australian National University，ANU)則成功地在轉基因煙草葉綠體中產生簡化的carboxysomes，推測可以使植物生長和產量增加60％。若是可以應用於糧食作物如小麥、豇豆、木薯中，將有助於提升作物產量，滿足不斷增長的全球人口需求。【延伸閱讀】脈衝電場技術對於新鮮水果冰沙中的酵母菌和黴菌之生長影響 　　此研究只是突破性的第一步，未來還需要進行更加深入的研究以確認此機制於糧食作物的應用是否成功，相關計畫得到了Realizing Increased Photosynthetic Efficiency的資助，結果發表於<Nature Communications>。

食源性疾病主要通過攝食病原性微生物汙染或有毒化學物質與其他毒素而引起，可能造成病患腸胃不適、嘔吐、發燒等症狀，嚴重時甚至會休克，透過良好的食品檢測技術可以減少相關案例產生；因此全世界每年都需要對許多水、飲料和食品樣本進行檢測，守護民眾的食品安全。 　　軍團菌(Legionella)、假單胞菌(Pseudomonas)、賈第蟲(Giardia)/隱孢子蟲(Cryptosporidium)、沙門氏菌(Salmonella)，曲狀桿菌(Campylobacter)和致病性大腸桿菌(pathogenic E. coli)等皆是造成人類疾病的主要病原，這些微生物的存在也導致巨大的經濟損失，然而目前使用的黃金標準(Golden Standard)培養測試仍需要數天至兩週的時間才能得到結果。 　　CellCount計畫通過開發儀器和一次性檢測試劑盒-Microfluidic cartridges，建立革命性的微生物檢測平台，主要包含兩大部分，其一是分離和濃縮細胞的免疫磁性分離（immunomagnetic separation，IMS）技術，以及用於偵測和計數的流式細胞儀（flow cytometry，FCM）。Microfluidic cartridges設計成一次性消耗品，將樣品直接放入盒中的孔洞，再將盒插入自動化儀器中，磁性顆粒可結合至目標微生物表面，並施加外部磁場將其與其他細菌分離，再另外以螢光標記對細胞染色以區分活細胞和死細胞。【延伸閱讀】加拿大大湖保護計畫—農場磷過濾技術 　　利用此技術能更加簡化樣品處理時間，並提供快速、可靠和高分辨率的數據，而機器的高度便攜性與簡單操作更可降低檢測人員的技術門檻，一小時內便可得到檢測結果，適合在醫院、水淨化企業、污水處理廠、瓶裝水製造商、遊輪等使用。 　　相關計畫由歐盟Horizon 2020資助

日本人口高齡化程度嚴重，為了緩解農業勞動力不足的問題，近年來各界積極進行無人機輔助農業作業的開發研究，目的是緩和農民務農的身體負擔並增進生產力，以對抗數十年來農村出生率下降與人口外移的問題。無人機可能是未來的日本高齡化農村的主要勞動力來源。 　　近期新創公司Nileworks 開發的無人機Nile-T8與JA Miyagi Tome及Sumitomo Corp公司進行合作測試，自動無人機於水稻田間噴灑殺蟲劑，同時診斷植株生長狀況，快速分析稻稈並決定需要多少農藥或肥料，讓農民能輕鬆判斷田間投入之需求與估算作物規模。購買一般較大型無線電所控制的小型直升機搭配噴霧設備約需1,500萬日圓，無人機卻只需約400萬日圓左右就可購得，高科技應用能緩解農村社會在年輕人出走後所面臨的勞動力短缺。【延伸閱讀】藉由無人機技術應用，精準監測馬鈴薯種植過程之氮肥使用 　　目前Nileworks公司正與官方進行協商，期望能允許操作者不用證照就能控制無人機，且能利用iPad進行操作及運用繪圖軟體，最終目的是將水稻種植成本降低到現在的四分之一。Nileworks計畫於五月開始販售無人機，預計第一年以100架作為年度目標並於五年達成4,000架。其它無人機業者，如SkymatiX公司也與Mitsubishi Crop及Hitachi公司合作，將提供農用無人機服務。 　　現今人們對農業仍存有刻板印象，認為務農是骯髒且粗重的工作，透過科技逐漸促進農業現代化轉型，或許能有效轉換民眾的舊有觀念並吸引年輕人回歸。