如何強化作物抗逆境能力協助化學農藥減半政策之推動
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文章來源：財團法人農業科技研究院 2018/07/18
面臨全球人口增長及天然環境快速變遷等難題，如何安全永續地供給食糧，成為全球農業生產之首要任務。土壤中富含多樣性微生物與礦物元素，構築為植物可茁壯生長的良好環境，植物根部與此些物質接觸，並發生密切交互作用，其涉及營養、生存空間及免疫防禦等生理機制，直接影響植物生長發育表現。
早期益生性微生物導入栽培系統研究中，發現其有助於作物生長及提升抗病能力，此為微生物製劑作用機制之基石，其可減低對化學農藥之依賴度，成為推動永續農業之助力；近期受人體及動物腸道微生物組體學作用之啟發，植物根圈微生物組體學亦澎勃發展，相關成果如Lebeis等人證實作物抗性賀爾蒙-水楊酸，除具有誘發植體免疫功能外還可影響根部特定微生物族群之定植與生長，尤以放線菌科鏈黴菌屬最為顯著；同時Fitzpatrick等人更證實在30種作物中，土壤乾旱會導致根部皮層放線菌科族群增加，並以鏈黴菌屬增加作物耐旱性最具關聯性，顯示鏈黴菌為作物抗逆境之重要微生物。
除根圈微生物會影響作物生理表現外，矽元素也會增加根系的生長及表面積，並可透過提高多元醇等滲透物質含量來增加吸水能力，也會調節根細胞膜的通透性及活化膜上H+-ATP通道，降低根部對鈉離子的吸收，還能增加吸收鉀、鈣等陽離子元素，進而提高作物的耐旱性。矽不僅可促進營養吸收，早期研究發現矽會沉積在植物細胞壁並形成抵抗病原侵入的障礙結構，近期發現矽也參與抗病生理表現，如提高幾丁質酶等抗菌水解酶活性；及參與植物抗病物質生成的調控機制，如提升過氧化酶(POX)、多酚氧化酶(PPO)及苯丙氨酸裂解酶(PAL)等酵素活性，已有抑制銹病、稻熱病、番茄萎凋病及疫病等成功案例。
鏈黴菌與矽元素已有許多試驗成果顯示其對植物生長之重要性，然天然條件下，植物對土壤中矽酸鹽吸收利用率不佳；鏈黴菌則因液態量產技術門檻高，國際市場中鏈黴菌活體產品稀少且價格高昂，國內也尚未有相關產品；財團法人農業科技研究院(簡稱農科院)為促進鏈黴菌與矽元素於植物生長之應用，目前與國內業者合作開發特殊天然矽片產品，由農科院協助進行功效開發與測試；同時也與國立中興大學合作應用專利成果(中華民國I325891及美國US 9624467 B2)，建立鏈黴菌量產技術平台，已成功驗證鏈黴菌液態醱酵量產技術，後續將推動兩項產品商品化開發與應用功效之最佳化，提供化學農藥減半政策更多可用的替代資材。
聯絡資訊
單位(或姓名)：財團法人農業科技研究院植物科技研究所 黃文的研究員
電話：03-5185156 電子郵件：1031104@mail.atri.org.tw
參考資料：
Salicylic acid modulates colonization of the root microbiome by specific bacterial taxa. Science. 2015.
Assembly and ecological function of the root microbiome across angiosperm plant species. PNAS. 2018.
Silicon (Si): Review and future prospects on the action mechanisms in alleviating biotic and abiotic stresses in plants. Ecotoxicology and Environmental Safety. 2018.
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