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降低水田的甲烷釋放

圖片:wiki
全球暖化有20%是甲烷(methane,CH4)造成的,而這些甲烷主要是畜牧以及農業產生。農業行為中產出最多甲烷的就是種稻了。

種稻怎麼會產生甲烷呢?原來水田是個厭氧的環境,在厭氧環境生長的細菌會產生甲烷,貢獻了80%-90%水田的甲烷產出。這些甲烷大部分由植物吸收後釋放到大氣中,製造全球暖化。

但是米不能不吃,要怎麼辦呢?科學家們發現,如果把水田的水放乾一段時間,可以提升稻子的產量、降低甲烷的釋放;但是放水的時機如果沒有抓好,產量反而減少,而且對於高低不平的水田這個方法也不實際。

最好的辦法是能夠改良水稻的品種。過去曾經發現,水田裡的細菌一部份的糧食是來自於稻子的根部合成的糖以及其他的化合物;有些品系的稻子可以合成比較多的米,而這些品系的稻子在種植時,水田裡的甲烷釋放的量相對比較少。

最近瑞典農業大學的研究團隊,將大麥(barley)的SUSIBA2基因放進稻米中。SUSIBA2是個轉錄因子(transcription factor),使稻子合成更多的澱粉,根部便會分泌少一點醣類以及其他的化合物。產生的新種稻米在開花前釋放的甲烷只有原品系的5%-10%左右,開花以後,因為合成穀粒的緣故,水田釋放的甲烷降到原品系的0.3%。

究竟減少水田的甲烷釋放,是否是因為甲烷菌(methanogen)減少以及澱粉合成上昇呢?研究團隊將稻子以420奈米波長的光照射,以觀察由甲烷菌特有的F420輔因子所放出的螢光。結果發現,SUSIBA2基改水稻所發出的螢光比野生種少很多。定量聚合酶鏈反應(qPCR)也發現,甲烷菌在基改水稻中的量比野生種少了20%-30%。而澱粉在SUSIBA2基改水稻的穀粒中佔乾重的86.9%,比野生種多了10.2%;研究團隊觀察了幾個與糖代謝相關的基因,發現這些基因在SUSIBA2基改水稻中的莖與種子的表現量都上昇了。

因此,研究團隊認為,他們經過提高水稻中特定轉錄因子的表現,使水稻將較多的光合作用產物用來合成澱粉;相對的,它的根分泌較少的化學物質,而這些物質是甲烷菌所需要的。因為食物減少,所以甲烷菌在水田裡的量就變少了,於是水田釋放的甲烷量也就跟著下降了。

筆者認為這是很不錯的研究,只是不知道社會大眾對基改作物的接受度,是否會使這新種永遠停留在實驗農場中?

參考文獻:

C. Sun et. al., 2015. Expression of barley SUSIBA2 transcription factor yields high-starch low-methane rice. Nature.

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【原來作物有故事】麵包樹 熱帶果實引發電影傳奇

第一次聽到麵包樹的名字,是在小學的校園裡。當時老師說麵包樹雖然果實真的長得像麵包,但因為台北太冷了,原生於熱帶的它沒辦法在台北開花結果。

後來在花蓮當老師時,發現學校餐廳夏天有時會出現一種特別的蔬菜湯:裡面有黃色果肉、白色種子的「菜」。在地的同事告訴我,那叫做「巴吉魯」,也就是麵包樹的果實。

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麵包樹是桑科波羅密屬的多年生大型喬木,花為單性花,雌雄同株;果實是由30-68朵雌花所形成的多花果。麵包果通常在採收後五天到一週內食用最好吃,如果冷藏可以保存二到三週。

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為什麼「種豆南山下,草盛豆苗稀」?

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首先,我們來看一下氣候。陶淵明隱居的地點在潯陽柴桑,也就是現在的江西省九江市星子縣。當地是北緯29.44度,在北回歸線以北,屬於濕潤型亞熱帶氣候(2),1971-2000的年平均溫度為攝氏17.03度,每年四月就不再有攝氏零度以下的低溫(3)。雖然還是比臺灣偏北(台北市是北緯25.02度),大致上還是屬於溫和的氣候,植物的種類應該也不會相差太多。即使考慮近年來全球暖化的問題,應該也不會超過攝氏一度(4)。

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而C4植物則在卡爾文循環上面,又增加了幾個步驟,而且這幾個步驟還跟卡爾文循環在不同的組織中進行呢(如圖三)!為什麼會這樣呢?


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