農學報導
讓作物開口說話:植物型生物感測系統強化田間偵測
刊登日:115/02/25

文章來源 : 農業科技決策資訊平台 2026-02-25
植物型生物感測研究的背景
植物生物感測研究過去多以雙子葉植物為研究對象,例如模式生物阿拉伯芥。而構成全球主要糧食來源的禾本科作物,相關研究卻相對有限。美國唐納德丹佛斯植物科學中心( Donald Danforth Plant Science Center )的研究團隊,開發出一套新型系統,使玉米等主要穀類作物成為可於田間應用的「活體生物感測器」。
合成生物學設計與色素反應機制
研究團隊透過合成生物學技術,重新設計禾本科植物的基因調控機制,使其在接觸特定化學訊號時,會啟動自身的花青素生合成路徑,產生肉眼可見的紫色色素。當這些色素變化搭配影像分析系統進行量化判讀時,可協助辨識極低濃度的化學暴露、污染,或其他可能影響作物與人類健康的不利環境條件。
研究成果與關鍵技術驗證
研究的關鍵成果包括
- 辨識出兩個可由單一轉錄本共同表現的轉錄因子,並有效啟動花青素生成。
- 證實該系統在原生質體與完整植株中,皆可呈現穩定或可誘導的色素表現。
- 開發高光譜影像與分析技術,可在不破壞植物的情況下,於近距離,甚至在與植物保持一定距離時,偵測葉片色素的細微變化。
禾本科作物的應用驗證與發展潛力
此外,研究團隊成功將可被化學配體誘導的基因迴路導入 C4 模式草種──綠狗尾草,證明該生物感測設計同樣適用於禾本科植物,為應用於玉米等穀類作物奠定基礎。未來若能讓穀類作物在田間「主動回報」化學暴露或環境壓力,將有助於提升農業管理的即時性與精準度,進一步強化糧食安全與農業永續性。
分子工具公開與應用情境
研究團隊已將相關分子工具與影像分析方法公開,讓其他研究者使用與延伸。未來該植物型生物感測系統將可應用於污染偵測、農藥飄移或其他影響作物表現的環境因子,進一步推動植物合成生物學與智慧農業的實務發展。本研究已發表於《Plant Biotechnology》期刊。
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孫*華(達人級會員)發表於 115/02/26
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