2018年2月15日 星期四

熱帶國家的糧食救星,印度瘋小米

熱帶國家的糧食救星,印度瘋小米

編譯 柴幗馨責任編輯 林韋佑

高溫與乾旱逆境的育種工作,是亞洲帶地區近年來重要的發展方向。氣候變遷導致熱熱浪發生的頻率越來越高,高溫逆境的強度也加劇,全球禾穀類糧食生產也因此受到衝擊。

由印度為主、聯合中國與法國的研究團隊,匯集了65位來自世界各地的科學家,攜手合作將珍珠粟(或泛稱小米)(Pearl millet [Cenchrus americanus (L.)]的基因組解序。從近千個小米品系中,篩選出能耐攝氏42度高溫與乾旱逆境的品種,解析小米耐熱的生理機制,成果發表在世界頂尖期刊「自然-生物科技(Nature Biotechnology)」。

若能將研究結論應用在禾穀類作物的育種產業,特別是亞洲與非洲等氣候較炎熱的地區,很有機會成功選育出抗高溫與乾旱的水稻、玉米、或是小麥品種。




科學家預測2040年,全球平均氣溫將提高攝氏2度,農民也將面對更嚴苛的氣候條件。

小米是旱地作物,相較於其他糧食作物,例如稻米與小麥,小米具有更強的耐熱與抗旱能力,包含非洲乾旱地區以及部分亞洲地區,全球以小米為主食的人口高達9千萬人。一旦解開小米耐逆境的生理機制,不但能促進加速耐逆境小米品種育成速度,又能能將其基因功能應用在其他禾本科的作物育種上,穩定世界糧食的供應體系。




印度是全球小米產量最多的國家,一年的產量接近1千萬噸,栽培面積也高達750萬公頃。挑選耐逆境的小米栽培品系,以維持印度的國防與糧食安全,是該國近幾年重要的研究目標。

小米不但可做為主食,提供人體碳水化合物,穀粒中更富含膳食纖維、微量元素、以及豐富的蛋白質,是很健康的穀物。然而在印度,超過60%的小米產區都在最炎熱的地帶。

研究成果中被挑選出的耐高溫小米品系,不但能適應乾旱逆境,又能維持產量,除了穩定印度人民的食物需求,也確保了農民的收益。




這項計畫的主持人之一-國際半乾旱熱帶作物研究中心International Crops Research Institute for Semi-Arid Tropics (ICRISAT)的執行長-David Bergvinson博士表示:小米是非洲低度開發地區人民重要的糧食來源,由於不是全世界大宗的糧食作物,相關的研究相對冷門,就像是「孤兒作物orphan / neglected crops 」。

藉由解序小米的基因組,了解小米耐高溫的機制,不但能幫助科學家挑選耐高溫的小米品系,提高栽培品種的小米產量,解決低開發國家的飢餓問題,也能對氣候變遷下的主要糧食作物的栽培,提出改良的方向。



資料來源: Nature Biotechnology Sep 18, 2017  Pearl millet genome sequence provides a resource to improve agronomic traits in arid environments

2018年2月8日 星期四

基改爭議有解:細胞受精之後就會死~有效避免基改花粉汙染自然環境!

基改爭議有解:細胞受精之後就會死~有效避免基改花粉汙染自然環境!

人工自交不親合技術-Synthetic Incompatibility,可有效避免基改花粉飄散至環境的危害

編譯 張瑞玶編輯 林韋佑

基因工程技術成果造福了人類社會與自然環境,但基改作物在農業面臨的挑戰也備受爭論:如何降低基因改造生物(轉殖生物)與其他物種雜交繁衍後代,並將改造的基因,再次散播至生態環境的風險,一直是支持基改作物的育種家最迫切的問題。農業學家研發新的育種技術,一旦基改作物的花粉與普通作物授粉之後,受精卵變會自行啟動「自殺」基因,使的受精卵無法正常生長,因此無法產生下一代。


根據自然通訊(Nature Communications)期刊,明尼蘇達大學生物科學學院助理教授Michael Smanski與他的團隊研究表示,目前已經發展出一種新技術或許能有效防止上述的雜交狀發生。這個新技術我們稱之為「Synthetic Incompatibility」(人工自交不親和性,暫譯),可以將基改作物變成一種「無法與其野生種或是馴化後的物種繁衍後代」的新品種。

Synthetic Incompatibility此技術的基本原理是:
將早已存在於生物體內的基因,於不正確的位置與時間點開啟(例如受精之後就開啟)。並且運用一種新型分子工具-可調控的的轉錄因子(programmable transcription factors),準確地控制生物體中特定基因的開啟或關閉,達到「無法產生後代」的效果。




以基改作物與其野生種的配對作為例子:一旦基改作物與野生種發生雜交事件,基改作物細胞中控制基因開關的轉錄因子,會活化特定基因導致細胞死亡,因而促使其繁衍出的後代無法生存。

Smanski與他的團隊表示,雖然現在也有許多不同的方法可以控制基因飄移(gene drift)現象(註),像是搗亂農作物授粉或使用化學物質來控制農作物繁衍後代等方式,但這些方法都需要針對每種物種的不同特性才能改變該農作物的繁衍。

而Smanski團隊想發展Synthetic Incompatibility此技術的主要目的,即是期望能夠在不改變原農作物的生長條件下,運用基因工程技術控制任何生物的有性生殖。

研究團隊中的博士後研究員Maciej Maselko指出,Synthetic Incompatibility將會是一種很有價值的新技術,因為這種方法絕對不會轉殖出任何有毒的基因。此外,這個研究雖然以啤酒酵母作為主要的研究材料,但此技術應該也能搭配熱門的新型基因編輯技術-CRISPR-Cas9,應用在昆蟲、水生生物與植物。


未來,此技術還會嘗試應用於生產藥物、食物、飼料與燃料。同時,此基因工程控制技術的持續發展,對於外來入侵物種或害蟲,例如:北美洲地區的亞洲鯉魚與全球各地傳播疾病的蚊子等環境議題,也帶來了更多解決困境之希望。

Smanski最後表示,接下來進一步的研究目標就是需要進行更多研究來證明Synthetic Incompatibility的技術能在啤酒酵母以外的生物體也有具有相同的作用,並且可能以魚類、昆蟲、線蟲和植物作為主要的新的研究材料。


註:基因飄移,作物的基因序列,藉由花粉與其他物種的花粉授粉後,發生雜交現象,改變原始物種的基因組,

資料來源: 每日科學 Oct 17, 2017   New way to prevent genetically engineered and unaltered organisms from producing offspring


2018年2月1日 星期四

小蘇打粉洗去蘋果農藥?科學家這樣說!

小蘇打粉洗去蘋果農藥?科學家這樣說!

編譯 張瑞玶編輯 林韋佑

適當施灑殺蟲劑可有助於田間的作物產量增加,然而隨著大眾對食品安全意識的提升,人們也會開始擔心,作物中的殺蟲劑殘留是否會對人類健康具有潛在的負面影響。而坊間劉串各種小蘇打粉能洗去農藥的傳言,究竟是其來有自,還是以訛傳訛?美國食品科學家,實際試驗給大家看。


正確地清洗蔬果是一種 能有效清除農藥殘留的策略,同時也是食品工業中常見的標準處理方法,但某些容易吸收農藥的蔬果可能無法使用一般的清潔方式處理。因此,麻薩諸塞大學阿默斯特分校(University of Massachusetts, Amherst)的學者Lili He與她的團隊,希望藉由清洗蘋果的試驗,找出哪一種清洗方式能最有效地減少蔬果上的農藥。

一般大眾可能常會用襯衫或衣角擦拭蘋果外皮,做表面的清潔,然而,這樣的清潔方式可能只能除去一些沾黏在蘋果外皮上的灰塵和污垢。如果想要去除殘留在蘋果外皮上的農藥,那就需要更好的清潔方法。

Lili He與她的團隊在農業與食品化學期刊(Journal of Agricultural and Food Chemistry)中的研究表示:其實,只要使用家中常見的小蘇打粉清洗蘋果,即可解決水果表面農藥殘留的問題。




本研究針對兩種有機的加拉蘋果(Gala apples)施灑的藥劑作為試驗的材料,分別為殺菌劑腐絕(fungicide thiabendazole)與殺蟲劑益滅松(insecticide phosmet)。根據過去的研究文獻指出,腐絕這種殺菌劑會滲透蘋果外皮進而殘留於蘋果內。

研究方法則是使用三種不同配方的清潔液分別清洗這兩種噴灑不同殺蟲劑的蘋果,三種清潔液分別為:自來水、含有1%小蘇打的水溶液、與經美國EPA認證且常用於水果產業的清潔劑。

研究成果顯示,含有1%小蘇打的水溶液是減少蘋果表皮農藥的最有效清洗方法。經由12與15分鐘之後的清洗與浸泡,含有1%小蘇打的水溶液分別除去了蘋果外皮上80%的腐絕與 96%的益滅松。


圖片來源: http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jafc.7b03118

這兩種蘋果外皮所去除的農藥百分比之所以有差異,如前面所提到的,腐絕會滲透蘋果外皮而殘留到蘋果內,因此也造成在去除蘋果外皮的農藥時的困難度增加。因此噴灑腐絕的蘋果比噴灑益滅松的蘋果吸收更多的殺蟲劑。


從影像圖的畫面結果也清楚地看到同樣的結果:在蘋果皮下80微米處測得殺菌劑腐絕,而僅在蘋果皮下20微米處檢測到殺蟲劑益滅松。最後,研究成果中也顯示,使用普通自來水或漂白劑溶液清洗蘋果的清潔效果不佳。


由本研究成果指出,當要清洗蘋果時,不要再只是用衣服擦拭蘋果或是使用自來水清潔,下次,不妨在自來水中加入1%的小蘇打粉,如此一來,不僅可減少蘋果外皮上的農藥殘留,更能吃得安心健康。


資料來源: 每日科學 Oct 17, 2017   A better way to wash pesticides off apples

2018年1月26日 星期五

農創不簡單,4個青年創業的食安 Know How

農創不簡單,4個青年創業的食安 Know How

作者 柴幗馨


「青年返鄉務農」的風潮正夯。但多數投入農業的青年沒有專業背景,只能憑著對農業的「印象」以及長輩的「經驗」自行摸索。

在缺乏農業技術與農產加工的訓練下,栽種的農產品品質往往良莠不齊,無法賣到好價錢,索性以「苦情認同牌」換取市場支持。又或者把賣不出去的蔬果加工成果醬及其他副產品,但遊走在法律邊緣的小型加工,其食品安全性及合法性,仍有討論的空間。這些都是在踏進農產業之前,必須仔細審視的議題!



1. 從事加工以前,一定要了怎麼種植作物

「將產量過剩的水果,加工作成果醬」!

簡單的從農夢,可能面臨這樣的現實:產季遇上農業缺工,找不到人幫忙採收;收購的水果大小、品質不一、或是出現病蟲害等,提高了加工的成本及食安風險。又或者產期遭逢颱風侵襲,農民無法提供足夠的水果進行加工,導致延遲出貨的狀況。

除了規劃不同的契作收購產區,讓雞蛋不被裝在同一個籃子裡之外,必要時還得與農民協商,適當調整產期降低災損風險。

想幫助小農,不單只是收購他們的農作物就能解決問題,協助生產才是最能互利雙方的永續發展模式。而自產自銷的小農業者,更應該隨時關心地方行政機關的各項補助公告;定期參考改良場的農業栽培技術及種苗來源。



2. 認識食品標示及加工登記法規

近年來流行各種「手作的美味」,除了美味之外,「手作的環境」是否經得起時食品法規的檢驗?從事食品加工的製造者,都必須遵守衛服部的「食品標示法規」: 包裝上必須詳細列出產品的原料、成分、添加物品項、保存期限、熱量及營養標示等。特別是以網路作為通路、或者自產自銷的小農品牌,更應該注意正確的食品標示,一旦食品發生劣化、產生安全疑慮時,才能針對商品的製造過程,找出問題發生的原因。(衛服部食品標示諮詢服務平台


自己從事食品生產的農民朋友,當產量達一定規模時,就必須向政府申請「食品加工登記」。根據食品加工管理法,具有「工廠登記證」或是「臨時家庭式加工廠」證照,才是合法的食品加工商。

令人擔憂的是,目前台灣沒有完整的法規來約束小型食品加工者。所謂「手做的古早味」,其安全性只建立在消費者與販售者的信賴關係上。

產品的加工環境、烹飪流程、廚房的清潔度、設備、與包裝材料等,是否符合合理的規範,有無食品安全疑慮?現今仍沒有相關機構負責管理與監督。(例如從事加工的人員,最好能穿著手套,戴上帽子及口罩,避免食物受到汙染)自產自銷的小農,應該積極地建立自主管理規範及系統,如此一來不但能提高產品品牌信賴度,也能同時保證消費者的權益。



3. 拒絕煽情文案,透明產銷紀錄才能永續經營

許多主打「直接和小農購買」的鮮果品牌,大多數只以口頭約定方式與不同的農民契作收購水果。而在廣告商品時,由於沒有公開透明的沒有進出貨紀錄,只能訴諸故事行銷,民眾根本無法確實追蹤原料的來源及生產過程。又或者強調友善環境、無農藥栽培,卻提不出檢驗證明、也沒有驗證標章及產銷履歷。

若能提出每一批原料的生產追溯資訊,既能增加與消費者的信賴感,鼓勵消費者支持小農生產;同時讓產銷透明化,真正杜絕菜蟲以及黑心盤商的惡意壓榨行為。



4. 正確農業科學觀念,無毒與零檢出的迷思

常常看到農創產品標榜「有機才是無毒」的理念。所謂的「無毒蔬果」,指的是沒有健康疑慮的農產品。但不只有機農法,只要是遵守安全農業操作規範生產的蔬果,都是「無毒」農產品。過分強調無毒蔬果,隨之而來便是農藥零檢出的迷思。

其實「農藥零檢出」與有機栽培沒有絕對的關係。換言之,有機轉型期、或是鄰近慣行農法的有機田,縱然農民使用有機栽培,其生產的作物仍然有機會被驗出農藥殘留。過分強調零檢出,反而會壓迫到某些土地受到汙染、但願意進行友善環境栽培的小農。

農產業的投入門檻固然低,但牽涉層面非常廣,從生產、收穫、加工後貯藏,乃至於行銷及物流都是不一樣的高深學問。在食安問題層出不窮的現在,建立小農品牌不困難,但如何永續經營,真正解決農民的產銷問題,這四個know how,你一定要知道!

2018年1月25日 星期四

AI人工智慧讓手機變成植物醫生!幫助非洲小農防治樹薯嵌紋病

AI人工智慧讓手機變成植物醫生!幫助非洲小農防治樹薯嵌紋病

編譯 柴幗馨編輯 林韋佑

「樹薯嵌紋病」,不僅嚴重影響非洲農民的生計,甚至引發該地區的糧食危機。「國際農業組織(CGIAR)」,其下所屬的「根莖類作物與香蕉研究學程」的研究團隊(CGIAR Research Program on Roots, Tubers and Bananas (RTB)),為此開發了一款診斷樹薯嵌紋病的應用程式(APP),協助農友藉由植株照片回傳,提供相對應的病蟲害防治建議。



樹薯的塊根是東方料理常見的勾芡食材,地下塊根富含澱粉,可作為製作甜點的原料,在非洲當地則是重要的糧食作物,也是人民的主食。然而,近年來因為一種病毒引起的病害-「樹薯嵌紋病」,導致樹薯產量遽減。這不僅嚴重影響非洲農民的生計,甚至引發該地區的糧食危機。


非洲中部與西部地區的農民飽受樹薯嵌紋病所苦,植株感染嵌紋病毒後,根部會出現棕褐色的細長病斑,因此影響塊根生長,嚴重時甚至必須全株剷除,導致農民收益受損。


由全球各大農業研究中心共同組成的「國際農業組織(CGIAR)」,其下所屬的「根莖類作物與香蕉研究學程」的研究團隊(CGIAR Research Program on Roots, Tubers and Bananas (RTB)),開發了一款診斷樹薯嵌紋病的應用程式(APP)。


研究團隊以開源程式TensorFlow設計APP,並和坦尚尼亞與肯亞的大農場合作,蒐集了超過20萬張田間樹薯的病斑葉片影像。利用人工智慧與大數據分析,讓程式產生自行判定病斑特徵的功能,搭配即時簡訊回傳系統,打造「掌上型」的植物醫生。


農友只要用開啟手機的相機功能,拍攝樹薯植株葉片,經過應用程式分析後,系統會立即以簡訊回傳診斷結果,並提出相對應的病害防治建議。使用這個APP,就能在病害發生的初期,及早診斷及時治療。該團隊也得到10萬美元(約台幣300萬)的獎助金,期望未來能造福數百萬的非洲小農。


圖說:樹薯嵌紋病診斷APP目前仍在坦尚尼亞進行田間測試中。
圖片來源:國際熱帶農業研究所(International Institute of Topical Agriculture (IITA))


對於缺少技術資源的非洲小農而言,這款APP可說是農民的救星。農友只需要一支智慧型手機,就能上傳病斑影像,及時獲得病害管理的資訊,減少嵌紋病的損失。


研究團隊也正計畫加入預警功能,讓農民即時掌握非洲各地區嵌紋病的疫情。除了及早治療,更能事先預防。估計在2018年七月以前能建立好預警系統,屆時將能造福肯亞地區將近35萬名的農民。



資料來源: 每日科學 Sep 28, 2017  New app diagnoses crop diseases field alert rural farmers

2018年1月19日 星期五

選擇基改食物之前,應該知道的3件事

選擇基改食物之前,應該知道的3件事

作者 編輯 柴幗馨

市售豆漿與豆腐的商品包裝上,常出現斗大的「非基因改造大豆」字樣。究竟什麼是基因改造作物?

根據台灣與歐盟的定義:將不屬於作物本身的基因片段,以人工方式轉殖進入作物的基因序列中,就稱為基因改造作物。使用這些基改作物當所生產的食品,便稱為基因改造食品(簡稱基改食品)。基改食品的健康風險仍然存有爭議,不論支持與否,在選購基改食品之前,我們都應該注意以下三件事!


1. 台灣呢有沒有生產基改生鮮農產品呢?

沒有!台灣沒有開放農民種植基改農作物,只有經過政府許可的研究單位,才能在規定的試驗田區種植基改作物。

換言之,在台灣生產的生鮮蔬果都是非基改農產品,因此本土的蔬菜水果不會有「是否基改」的疑慮。目前市售基改食品以黃豆、黃豆製品、玉米、與油菜為主。

雖然我們不會買到除了大豆以外的基改農產品,但仍舊能吃到基改作物的加工的基改食品,例如豆干、素雞、花甘、玉米罐頭、及芥花油等。民眾在選購時可以注意包裝標示,便能了解食品是否含有基改成份。除了上述農作物,台灣亦開放進口基改甜菜與棉花。(註1)


2. 注意基改成份標示,維護自身的權益

根據衛服部在2015年修正的食品標示法規:只要食品的總重量含有超過3%的基改成份,就應在包裝上標示「基因改造」字樣(註2)

若包裝上標示「非基因改造」,考量一些不能預期的因素,例如運送或是加工過程中的汙染,基改成份不得超過3%才具有標示的權利。至於高度加工的(高層次加工),例如醬油、芥花油、大豆油等這類經過加工後,不再含有基改成份的食品,則需註明「本產品為基因改造〇〇加工製成,但本產品已不再含基因改造成分」或「本產品加工原料中有基因改造〇〇,但本產品中已不再含有基因改造成分」等字樣。

值得注意的是,不是每一種食品都能標上「非基因改造」字樣,畢竟目前市面上只有黃豆、玉米、油菜、棉花、甜菜等作物有商業化的基改品種,若隨意標示自己的農產品「非基因改造」,不但會造成消費者的恐慌,還會觸犯食品標示法規。



3. 進口的基改玉米黃豆,這些生鮮產品去哪裡了,我會吃下肚嗎?

進口基改玉米大多作為為飼料用,而基改黃豆則有9成流入市場作為鮮食或加工食品。


消費者可以透過包裝標示,自行選擇基改或非基改的黃豆食品。然而,2016年10月爆發了基改黃豆玉米在台灣落地生根,還可能因為人為管理不當,導致這些作物的基因,藉由花粉雜交汙染本土非基改農作物。

非基改的作物一旦受到外源基因片段的汙染,鄰近的田區也可能受害。而反基改的消費者,也可能在毫不知情的狀況下,吃到這些帶有外源基因的農產品。這些受汙染的農產品,消費者是否願意接受?該如何處理賠償農民?都是令人頭疼的問題。



結語:大多數基改作物具有抗殺草劑或是抗蟲的外源基因,能夠降低種植過程的田間管理成本,因此基改食品的販售價格也相對便宜許多。不過除了健康疑慮,基改作物也有許多環境問題,如何衡量輕重,正考驗台灣消費者的智慧。


引用資料:
1. 台灣基改農產品有哪些?從哪裡來?
2. 遠離基改食品風險的七個小叮嚀

2018年1月18日 星期四

種子公司趨之若鶩-基因編輯結合環控溫室的尖端育種科技,加速育種過程。

種子公司趨之若鶩-基因編輯結合環控溫室的尖端育種科技,加速育種過程。

編譯 柴幗馨責任編輯 林韋佑

生物技術與育種方法的演進,讓作物改良的進程有了革新的重大突破。農藝學家發現:使用LED燈調整光週期,搭配環控溫室,便能讓小麥一年能夠收穫6次種子。

結合基因編輯-一種快速修改植物基因組的基因改造技術,也加速育種者了解作物每一個基因的功能。如此一來,不但能建立「對人類有幫助的種原基因庫」,同時也能讓新品種的選育更有效率。這項由昆士蘭大學與雪梨大學發表的研究成果,於2018年1月刊登在頂尖生命科學期刊-Nature Plant 
中,被喻為是第二次的綠色革命。


圖片來源:Nature Plants

人類史上的第一次綠色革命是在1960年代,育種家培育出半矮性小麥與水稻。植株高度較矮小的品種具不容易倒伏的特型,且穀粒吸收肥料的效率更好,此後全球糧食產量倍增2倍之多。

但隨著氣候變遷所帶來的環境驟變,傳統的育種方法已經不敷使用。「新品種」往往在育成之後,性狀的特性就無法再適應當下的環境逆境。




昆士蘭大學與雪梨大學組成的研究團隊,設計了一套溫室栽培小麥的環控系統。他們在溫室內裝設LED燈管給予小麥每天22小時的光週期,延長小麥照光的時間,縮短作物生長週期。從種子萌芽到收穫脫粒,只需8周就能完成,而一年最多可收獲6次種子。


這套系統應用在雜交子代的選拔工作,則能增加選拔的效率。科學家就能在更短的時間內,研究特定基因的功能與其對應的性狀,像是植株高度、外觀、以及開花期,或特別像是穗上發芽這種會直接影響產量與品質的性狀。


新型環控系統目前除了應用在小麥之外,大麥、油菜花與鷹嘴豆也都有成功的試驗結果。過去,繁殖種子需要3至4個月,但新技術只需要2周。研究主持人Wulff博士表示:搭配基因編輯技術,新的栽培系統能夠幫助科學家以更短的時間,分析基因型對花、果實、與種子的性狀之影響。


基因編輯作物,可能不受基改作物規範的理由在這裡!


資料來源: 每日科學 Jan 1, 2018   Speed breeding technique sows seeds of new green revolution: Pioneering new technology set to accelerate the global quest for crop improvement