讓作物開口說話：植物型生物感測系統強化田間偵測 - 農業知識入口網

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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