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【媒體報導】神奇植物內生菌發威,強大農作物的生長力

更新時間:2023-02-17 11:55:03 / 張貼時間:2023-02-15 14:20:07
興新聞張貼者
單位秘書室
新聞來源天下雜誌
1,376
稿源:2023-1-4/天下雜誌微笑台灣/智慧新農力「智慧科技於農業生產之應用」計畫成果專刊/文/莊安華、圖/汪忠信

要讓農作物快速生長、頭好壯壯,也可不必倚靠基因轉殖、品種改良、噴灑農藥與肥料喔!中興大學生命科學院的研究團隊,研發出植物內生菌生物刺激素,就像大力丸一樣,給作物增強健康茁壯的驚人功力。

聽起來很不可思議!在漫威電影裡,科學家為體弱男孩注入「超級戰士血清」,將他快速變成「美國隊長」的情節,竟然也可以在農作物身上實現。

中興大學生命科學院院長黃介辰、食品暨應用生物科技學系特聘教授蔣恩沛、生命科學系副教授黃皓瑄所組成的研究團隊,是這項成果的幕後推手。

他們從野地常見的禾本科植物「培地茅」,篩選出一株「Burkholderia sp. 869T2」的植物內生菌,將其代謝產生的生物刺激素PQQ(Pyrroloquinoline quinone),噴灑在香蕉苗、蔬菜苗、蘭花苗上,長出根系發達、高大健康、抗病與抗逆境、開花數更多的成株,不但縮短種植時間、提升產量與品質,也能減少農藥、肥料的使用,增加農民收益。

促進植物生長 可望取代基轉
從植物內生菌而來的生物刺激素,具有刺激生物生長發育、提高免疫力與抗逆境等效果,是目前全球農業、保健營養市場眾所關注的新產品類型。

「臺灣農業法規目前還無法界定植物生物刺激素,因既不屬於農藥,也不是傳統肥料,它的角色有點類似促進健康的腸道菌跟分泌物,也可以說是幫助植物強筋健骨的大力丸。」黃介辰提出一個容易理解的比喻,並指出多數民眾質疑食用基因轉殖作物,會造成人類健康上的威脅,而植物生物刺激素正好迎合這樣的趨勢,可望取代基轉。

在國內植物內生菌的研究領域裡,黃介辰帶領的團隊是第一支先驅部隊,他們在科技部「智慧科技於農業生產之應用」專案計畫,以及農委會「農業科技專案計畫」、「農業科技產學合作計畫」的支持下,他們成功開發出「全方位植物內生菌型生物刺激素」技術,獲得國內生技研發與創新力表現的最高指標性競賽──2020年第17屆國家新創獎的肯定,並在持續努力下,進一步拿到2021年第18屆國家新創獎的精進續獎。

研究團隊不光是找出培地茅的植物內生菌與PQQ,也從雲林莞草、蜘蛛蘭中,發現可以有效提高植物耐鹽、耐旱的內生菌,以及其相關代謝的生物刺激素,並且將生物刺激素的合成酶,以合成生物學技術接入枯草桿菌中,做成史上第一株人造植物內生菌,研製幫助植物成長與抵擋氣候變遷衝擊的生長調節劑,並以此成果帶領中興大學學生團隊得到國際遺傳機器設計競賽(iGEM)的金牌肯定。

降低罹病率 減少使用農藥
黃介辰強調,團隊的強項不僅在於開發植物內生菌、生物刺激素,更進一步了解它們發揮的效能,以及啟動運作的核心關鍵因素,「對於臺灣推動化學農藥10年減半的政策來講,植物生物刺激素將會是很重要的武器。」他舉例指出,香蕉樹平均高度約230公分,將PQQ施用於香蕉苗後,植株會長到260公分,而且香蕉黃葉病的罹病率從25%降至3%左右,展現優異的抗病效果。

另外,在黃介辰的實驗室裡,陳列架上一盆盆用培養土種植的大白菜苗,長得青翠挺拔。其中,有噴灑培養植物內生菌上清液的菜苗,與只澆灌清水的對照組相比,個頭明顯得要來得大,而且葉片組織依然保持幼嫩。

在農作物領域裡,哪一種培育型態最適合使用植物內生菌的生物刺激素?黃介辰認為,組織培養苗最適用,一來大幅強化原有品種的優良性狀,減少農藥、肥料的施用,二來讓植物具備抗鹽、抗旱、抗逆境能力,能夠種植在土壤條件不佳的鹽化、乾旱土地裡,可以增加耕地面積、提高糧食生產效率。

植物內生菌的應用,兼顧環境友善與糧食安全,如何將技術導入栽培現場落地,已是箭在弦上。研究團隊透過產學合作夥伴豐聯資訊的引薦,到外銷生菜至海外市場的台灣生菜村,進行生物刺激素施用於結球萵苣的田間試驗。

「以300公頃的種植面積計算,通常需要1次基肥、4~5次追肥,但是若能使用黃教授的植物內生菌生長調節劑後,只要1次基肥,某些區域再1次追肥就夠了,可望省下高額的肥料成本。」豐聯董事長黃裕峰指出,臺灣萵苣生長期為10月至翌年4月,在植物內生菌的幫助下,可望提前至9月種植,並將產期拉長至隔年的5、6月,另外還能提升萵苣的重量、葉片緊密等優良品質的表現。

目前,研究團隊也與多家蘭園合作,針對外銷美國市場的文心蘭盆花,施展植物內生菌生長調節劑的大力丸效果,希望讓植株能挺過長達1個月暗無天日的船運時間。

結合農業AI 鏈結淨零碳排、碳權交易
植物生物刺激素的新問世,為全球農業對抗氣候變遷、糧食危機,帶來不同以往的解決方案,帶起潛力無窮的商機。黃介辰指出,全球生物刺激素的市場規模,在2020年已經超過26億美元,預期2025年將成長至49億美元。

臺灣植物生物刺激素的產品,目前處於萌芽階段,尚無規範可循,黃介辰希望將研究團隊已經取得專利的生長調節劑,結合智慧農業的人工智慧管理決策系統,打包成為一套統包解決方案(turnkey solution)。

「植物生物刺激素能減少農藥、肥料的施用,讓農業減少大量碳排放。所以我們還有一個夢想,就是藉由管理決策系統精準算出節能減碳的數據,作為未來鏈結淨零碳排、碳稅及碳權交易的應用。」黃介辰強調。

看來植物內生菌、生物刺激素的影響力,不止於農業栽培內,也將為地球永續注入更多正向力量。
中興大學生命科學院的研究團隊,是國內植物內生菌領域的第一支先驅部隊。

中興大學生命科學院的研究團隊,是國內植物內生菌領域的第一支先驅部隊。

中興大學生命科學院院長黃介辰(左)表示,生物刺激素直接調控植物體的基因表現而改變其農藝性狀,具有取代基轉作物的潛能。

中興大學生命科學院院長黃介辰(左)表示,生物刺激素直接調控植物體的基因表現而改變其農藝性狀,具有取代基轉作物的潛能。

在中興大學食品暨應用生物科技學系特聘教授蔣恩沛的實驗室裡,研究人員利用碳流追蹤分析,證實植物內生菌代謝物優化細胞的能力。

在中興大學食品暨應用生物科技學系特聘教授蔣恩沛的實驗室裡,研究人員利用碳流追蹤分析,證實植物內生菌代謝物優化細胞的能力。

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