來自根部的革命 (II)

Posted on 2010/12/18 in 知識通訊評論, 科技報導 with 尚無留言 2,784 views

來自根部的革命 (II)
知識通訊評論第95期

柯奇昂

植物的根會尋找營養素，因此有些研究者就尋找幫助它們的方法，通常是加強根部釋放土壤中營養素，或是中和毒素的能力。

在巴西中部的熱帶草原，大多數的土壤都呈高酸性，溶解了土壤裡的鋁，使得土壤對植物的根產生毒性。有些作物品種能夠保護自己，其根部末稍會釋放出有機酸，讓鋁離子呈現化學惰性。二○○七年美國康乃爾大學植物遺傳學家柯奇昂 (Leon Kochian) 及其團隊的報告指出，他們比較熱帶草原上耐鋁跟不耐鋁的高梁品種，發現了影響耐鋁程度的基因。該團隊目前試著找出遺傳標記，使育種者能夠過濾當地高梁等作物的種類，以便能找出耐鋁的優良品種。柯奇昂表示，在巴西進行的初步試種，確認具有耐鋁性的遺傳品種，跟其他品種一起種在酸性土壤之中，收成大約多出三分之一。

澳洲阿德雷德大學植物生物學家賈奈特 (Trevor Garnett) ，與位於美國加州的農業生技公司「阿卡迪亞生物科學」合作，要將讓植物的根能夠更有效吸收土壤中的氮的方法，予以商業化。這套做法是讓合成氨基酸的一種，含有氮成分的丙胺酸相關的基因，產生過量表徵的現象。賈奈特表示，目前肥料的氮進入植物內部的，只有百分之四十到五十，這種情況糟透了，因為沒被利用的氮不僅很浪費，還會污染湖泊與溪流。他說我們會希望有更貪婪的植物，在氮成分逸失於環境中之前，就早早把氮先吸走，如此一來氮才會儲存起來，在成長季後期派上用場。

操縱微生物

另一群為根著迷的人，則想要駕馭生長在根部周圍土壤的微生物，並藉此來增加作物產量。這個概念還在早期發展階段，舉例來說，將一種新的抗霉基因加到微生物身上，或是把新的微生物帶進我們不甚了解的微生物體系中，到底哪一種做法可行，還不清楚。

瑞士洛桑大學生態學家桑德斯 (Ian Sanders) 最近偶然發現了一種技法。他研究叢枝菌根真菌，這是一種共生霉菌，通常會提供磷酸鹽之類的無機營養素給植物以換碳。他在六月時指出，將這種霉菌的個體交叉育種，所產生的後代擁有各式各樣的細胞核；他將其中某些品種拿去跟在溫室裡成長的稻米混在一起，結果種株成長的速度是原來的五倍。桑德斯目前在研究找出原因，他認為這項科技可能有助於在含磷量很低的土壤上維持其收成。

操控微生物有助於產量增加

有些微生物必須要加以抑制。美國華盛頓州立大學的植物育種者基德威爾 (Kim Kidwell) ，想要尋找能夠抵抗絲核霉菌所造成根腐病的種株，他使用乙基甲基磺酸酯這種化學藥劑，製造出變種小麥。經過濾過了五十萬種變種，她的研究團隊發現一種品種，具有前所未見的抗根腐病能力。

基德威爾說，他們當時樂觀得不得了，但是後來卻很難以確認是什麼基因造成這種抗性，若是沒有可供依循的遺傳標記，就很難大量選出具有抗病特性的種株。此外，基德威爾也不確定這種抗根腐病的基因（如果真有找到的話），在實地種植的情況下，是否也能產生類似的結果。她說環境扮演非常重要的角色，在實地狀況下，基因特性並不總是能夠展現出來。

健康固氮

將小麥、玉米與稻米這些穀物作物，透過育種工程手段使其自我供給氮的想法，儘管經歷了幾十年的嘗試失敗，依然沒有隨風而逝。倘若作物能夠從空氣中「固氮」，而不是從土壤中吸收，那麼就能減少或消除所費不貲，對環境又有損害的肥料需求。但是植物若要像小扁豆或大豆之類的豆莢類那樣，直接從空氣中固氮的話，就必須跟根瘤菌之類的固氮微生物，形成一種複雜的共生互動關係。大多數的研究工作集中在讓植物形成小瘤塊，讓根瘤菌能夠棲息在根部上面這些無氧的凸起處。

在一九九○年代早期，研究者欣喜地找出微生物用來啟動豆莢根部上，形成小瘤塊的訊號分子，稱之為「瘤因」。但是要將這些瘤因的受器引入其他作物的努力，到目前為止都沒有成功。最近的研究發現，慢生根瘤菌這種共生菌的某些品種能夠固氮，但卻缺少瘤因，顯示還有其他固氮基因存在。英國諾丁罕大學作物固氮研究中心主任，植物生理學家考金 (Edward Cocking) 表示，讓植物生瘤不再是什麼重要的事，而是要讓固氮細菌直接長在植物細胞內。

許多研究者認為，把某種固氮基因放進非豆莢類的植物裡，是農業科學的重要目標。美國佛羅里達大學微生物與細胞科學系系主任崔普雷特 (Eric Triplett) 表示，這需要一個有勇氣與資源的研究團隊，一幹起碼就要十年。