日本東京工科大學研發提高植物養分的新技術
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文章來源 : 農業科技決策資訊平台 2023-05-24
由日本東京工科大學應用生物學院的多田教授研發團隊，成功研發一種可提升植物最重要營養來源的磷酸吸收與應用之新技術，無論在低磷酸或一般磷酸的條件下，皆可提升植物生產力。
【研究背景】
磷是植物所需的三大營養素（氮、磷、鉀）之一，同時也為核酸、細胞膜成分和能量代謝產物所運用的重要元素。磷雖以磷酸的形式被植物吸收，成分卻難溶於土壤，不利於植物吸收，反成為限制植物生長關鍵因素之一。此外，有研究報告指出磷酸作為施肥被作物吸收的比例約為10～30%。未被植物吸收的磷酸流入河流和湖泊，在優養化情形下反影響水質環境。再者，作為磷肥原料的磷礦資源儲存量有限，有可能比石油更快面臨枯竭。因此，提升植物對磷酸的吸收與應用已成為農業永續經營中重要的育種目標。另一方面，已有諸多報告指出過去應用磷酸吸收輸送蛋白質作為增加磷酸運轉蛋白(phosphate transporter)表現，無法強化植物本身反而阻礙了植物生長的案例出現。
【研究内容】
有關植物整體增加磷酸運轉蛋白(phosphate transporter)表現，研究團隊在植物根部表皮中發現了特異性磷酸轉運蛋白表現，認為植物整體增加磷酸運轉蛋白反而有可能破壞植物對磷酸的吸收與輸送。具體研究，研究從阿拉伯芥抑制根表皮受到AKT1(protein kinase B α)強烈運作，導入小麥來源的磷酸轉運蛋白基因（TaPT2）於阿拉伯芥研究中得到驗證。
相較一般阿拉伯芥（非重組），抑制根表皮受到AKT1(protein kinase B α)強烈運作導入磷酸運轉蛋白於阿拉伯芥，無論在低磷酸或一般磷酸的條件下皆可促進成長，且增加了葉莖類的大小與粗細。除此，連同植物整體的磷酸吸收量也一同成長。另一方面，研究觀察若對植物整體抑制ACT8運作，不僅無利於植物成長，反阻礙植物成長。
其從研究結果發現從植物對於磷酸的吸收與輸送的限速步驟（rate-determining step (RDS)），植物根部表皮即具備吸收能量，包括後續的磷酸吸收能力完全沒問題。反之，增強植物整體磷酸運轉蛋白，不利於植物的磷酸吸收與輸送，對於植物成長毫無幫助。
【研究重點】
本研究闡明增強植物表皮的特異性磷酸轉運蛋白表現，可大幅改善植物對於磷酸的吸收與應用的可能性。過去研究從未證實一項研究，期望未來將有助於降低磷酸肥料使用達作物永續栽培，以及削減肥料成本。此外，本研究將為肥料不易取得地區，增加作物產量，降低磷酸排放對環境帶來幫助，更進一步對於保護有限的磷礦資源等，永續發展目標SDGs帶來諸多貢獻。
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