殺菌燈可以替代農藥嗎?淺談UVC 於農業之應用
文圖/許晴情、何湧峰
長期以來農業對化學農藥的依賴,使我們必須面對農藥殘留、環境污染與抗藥性產生等風險。為了找到更加環保與健康的方式來保護農作物,農業界開始探索替代性的防治病蟲害方案。近年來,UVC( 紫外線C)因其高效的致死效果和無殘留性,逐漸受到矚目。
依據紫外線的波長,我們可以將其分為UVA(315-400nm)、UVB(280-315 nm)、UVC(100-280nm)。其中,在相同的照射時間下,波長越短,則能量越強。在這些紫外線中,UVC 擁有卓越的破壞效果。這是因為生物的遺傳物質( 核酸) 在波長250-270 nm的範圍內吸收最強,而一般常見作為消毒使用紫外線低壓汞燈管,所釋放的UVC 為254nm 波長,正好在就這個範圍之內。
當UVC 照射到生物體時,它能破壞其遺傳物質,使DNA 間交互鍵結,形成胸腺嘧啶二聚體(thyminedimers)。此過程阻礙了DNA 複製和轉錄的過程,進而影響其生長和繁殖,達到殺菌消滅的效果。然而,生物體也擁有幾套修復機制,其中之一是在有光照( 藍光或UVA) 的情況下,產生一種稱為光裂合酶(photolyase) 的DNA修復酵素,它可以修補受到紫外線破壞的DNA。因此,為了增加UVC 的消滅效果,進行UVC 操作的最佳時機是在夜晚,這樣能避免光裂合酶的修復作用,從而更有效地殺菌。
UVC 已廣泛應用於人類醫療體系或日常環境中,常見於醫院、百貨商場或幼兒園等做環境消毒使用。在農業上,過去主要將UVC 應用於採收後的處理,近年來趨勢轉向作物生長期施用,以病蟲害物為主要防治標的。如在葡萄白粉病防治方面,研究發現每週夜間平均兩次施用劑量為200 J/m2 的UVC,相較於對照組,能夠有效減少56% 的整體葉面疾病發生率。對於草莓白粉病的防治,每週夜間施用UVC 一次或兩次,劑量範圍在65 至170 J/m2 之間,同樣也能有效抑制葉片和果實上的白粉病發生率。此外,有研究指出,照射UVC 還能減少蟲害的發生,但需要施用的劑量較病害來得多,如應用於番茄溫室粉蝨防治,試驗顯示番茄每晚照射19.2 J /m2 的UVC,連續處理6 週,能顯著減少粉蝨各個生活階段的數量。而在草莓上,前人研究亦指出每晚72 J /m2 的劑量,連續照射29 天,二點葉蟎的數量大幅減少至對照組的3%。
國外已有開發UVC 燈具應用於病蟲害防治使用,目前本場也正研究開發適用臺灣農業作物生產模式之燈具,期待未來能實際應用以達到安全生產與農藥減量之目標。
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