二稜與六稜大麥。圖片來源:維基百科 身為最古老的穀物作物之一,現在大麥( Hordeum vulgare L.)主要用於飼料、釀酒,會直接食用的人已經很少了(2%)。但是,大麥能夠在比較高緯度的地區生長,對土壤的肥份也比較不挑,在目前的世界,大麥的重要性只能說有增無減。 大麥的主要成分是澱粉,約占60-70%,其中約25%是直鏈澱粉(Amylose)、75%是支鏈澱粉(Amylopectin)。支鏈澱粉於直鏈澱粉的比例,會影響穀物煮熟後的黏性。而黏不黏則會影響這種品系的穀物的應用價值。例如比較黏的稻米(蓬萊米[稉米]、糯米)可以用來做點心、做飯,比較不黏的稻米(在來米[秈米])則適合作米粉、河粉、米苔目等。 大麥也可依照直鏈澱粉的佔比分為糯性(waxy)大麥、一般大麥與高直鏈澱粉大麥。其中糯性大麥所含的直鏈澱粉小於10%,為這三類中最低者。糯性大麥因為支鏈澱粉含量較高,具有高糊化黏度,對於製作需要黏稠質感的食品(如醬料和湯品)非常有利。另外,糯性大麥的冷凍解凍穩定性很高,這對於食品加工來說也是很重要的特性。另外,糯性大麥的澱粉開始糊化所需的溫度較低,且糊化後冷卻過程中黏度增加較少,這有助於節省能源並改善加工效率。 另外,糯性大麥中的β-葡聚糖(β-glucan)含量更高。β-葡聚糖是一種可溶性膳食纖維,被認為可以降低血液中的膽固醇、減少血糖反應、調節腸道菌群、並有助於維持體重,對健康有多方面的好處。所以,糯性大麥被當作一種健康食品。 既然低直鏈澱粉的糯性大麥有這麼多好處,如果能把它的直鏈澱粉進一步降低到零呢?中國的研究團隊,利用基因編輯技術,讓負責製作直鏈澱粉的基因「 waxy 」失去功能,果然製造出了不含直鏈澱粉的大麥。 研究團隊分析了不含直鏈澱粉的大麥後發現,雖然它完全不含直鏈澱粉,但是它的支鏈澱粉佔比也比它的野生種少了快兩成(本來佔39%,後來佔31.73%)。變多的是可溶的糖(從野生種的10%變成37.3%)以及β-葡聚糖。 少了Waxy這個酵素,會不會對大麥本身的生長發育造成影響呢?根據研究團隊的觀察,穗數、每穗粒數和其他一些農業性狀(如植株高度和分蘗數)在突變株中並未顯著改變。不過,穀物每千粒重下降了10.42%,這表示還是有出現一些影響的。 所以,這種新種的大麥,糊化的溫度低得多(從 84.50 °C降到 69.38 °C),且β
攝影:李鍾旻 原產於中南美洲的可可( Theobroma cacao )是巧克力的原料。由於歐洲人的世界殖民,可可樹被移植到非洲,而且目前世界上最大的可可生產國是象牙海岸、第二名是迦納、第三名是印尼;光是象牙海岸與迦納的可可生產,就占全世界的51%。 在迦納,可可的收益佔全國GDP的0.34%。雖然看起來不多,但是這只反映了直接的出口收入對GDP的貢獻。可可產業支持農業供應鏈、加工業和運輸業等相關行業,有助於穩定國家的經濟狀況。 任何植物都有病蟲害。在迦納的可可膨脹芽病毒(CSSVD),對可可造成非常嚴重的損害,導致高達15-50%的可可產量損失。這個病毒在1936年首次於迦納發現,後來的研究發現它藉由數種粉介殼蟲(Pseudococcidae, Homoptera)傳播,這些蟲在吸食可可汁液時將病毒從一棵樹傳播到另一棵樹。 由於介殼蟲對許多農藥都有抗性,所以用農藥並不是好辦法;有些農民會切除感染的枝條或是培育對病毒有抗性的品系,但這些都緩不濟急。雖然已經有疫苗問世,但是疫苗很貴,而且注射疫苗也會影響產量。 為了幫助迦納的農民,美國德州大學的研究團隊決定建立數學模型來獲得有關可可膨脹芽病毒實驗數據的動力學資料。他們建立了三種模型:確定性模型(Deterministic models)、隨機模型(Stochastic models)、延遲模型(Delay models)。 確定性模型使用常微分方程(ODE)來描述可可樹的健康狀態隨時間的變化。模型假設已知的平均速率作用於大型群體上,並不考慮隨機偏差。 隨機模型則是在確定性模型的基礎上加入隨機性,以模擬數據中的自然變異和不確定性。這些模型使用隨機微分方程(SDE)來描述疾病的傳播,其中包括了環境噪音(如風力對粉介殼蟲運動的影響)。 至於延遲模型則進一步考慮到從粉介殼蟲接觸到可可樹至病毒實際引起病徵之間存在一定的延遲。延遲微分方程(DDE)用於描述感染過程中的時間延遲現象,如病毒在植物體內的潛伏期。 研究團隊發現,延遲模型和具有隨機性的模型,雖然更為複雜,但更加貼近真實情況,因為它們考慮了實驗觀察中的變異性和錯誤,並且考慮了樹木感染所需的時間,這些都是不可忽略的。 使用這些數學模型,研究團隊測試了不同的防治策略,並從中找出比較可行的對農民進行建議: 1. 打疫苗:利用輕度病毒株來保護植物