人工光影響植物二次代謝物生成與有機養液搭配益菌之研究

 

台灣大學生物產業機電工程學系 博士班候選人 鍾興穎

 

本篇是2017高階設施園藝論壇第二天的第三場分享,由台灣大學生物產業機電工程學系的博士班候選人 鍾興穎分享。

 

近年來,對於二次代謝物的研究越來越多,主要原因之一就是為了對抗自由基。自由基又稱活氧族,是一種容易影響正常細胞的分子,在體內我們依靠抗氧化劑來對抗自由基,這包含維生素、酵素和我們最關心的植化素。有很多種植化素對於癌症也有非常好的效果,2010 年 Willam Li 在 TED 上分享的演講也提到他如何使用草莓的萃取物抑制癌細胞的生長,許多自然萃取物的效果甚至勝過人工藥物。

 

光量和抗氧化力的關係

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回到主題,在植物工廠內透過環境的控制可以達到提升植化素的效果,第一階段透過給予不同的光量的白光來試驗。選擇的作物是紫甘藍芽,並透過抗脂質過氧化試驗,將人工抗氧化物、酒精 (幾乎無抗氧化力,作為對照組) 與不同光量下栽培的紫甘藍芽萃取物做比較,發現不論光量高低,有照光的組別都會有較佳抗氧化的效果,無照光的處理組幾乎和對照組相同,抗脂質過氧化能力較差。

 

不同光質的比較

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除光量之外,光質 (人工光中不同光譜的比例) 也會影響植物生長情形和植化素的生成。對於總鮮重來說,高紅光鮮重最好,藍光多鮮重就降低,但以植化素濃度來看,藍光多的處理組植化素則較高,測試下來若要獲得最多的植化素,在初期使用紅光多的光質,末期在轉換為藍光多,可以兼顧鮮重和植化素濃度,達到量產最多植化素的目標。

 

益菌和有機養液

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最早日本有機養液的研究是將土壤和有機肥料丟入水中並且打氣,經過一陣子後發現NH4會緩慢提高然後下降,NO3則會提高,靠著菌的幫助讓植物生長。台大研究團隊比較了無機養液、有機養液以及有機養液另外添加市售的益菌,栽培奶油波士頓萵苣。實驗結果有添加益菌的有機養液處理組成長情況最好,次之為無機養液,最差的是單獨使用無機養液。

 

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使用有機養液和無機養液另一個最大的差別是根部的生長情形,無機養液很明顯的可以看到根部的細毛非常多,這些細毛有助於植物增加根部的表面積,提高養分吸收。

而使用有機養液有一個重點是需要先養水,至少是三週的準備時間。益菌的實驗主要是看是否能透過添加益菌來省去養水的過程,其中一種菌是台大生物科技研究所提供的特殊光合菌,另一種是市售的硝化菌,對照組則是無機養液。目前研究加入光合菌無法完全取代養水的步驟,但光合菌可有效緩解未養水的有機養液對植物所造成的逆境,這部分也是接下來要研究的重點。

 

Q&A

 

Q: 第一個實驗的紫甘藍是否有再嘗試過更低的光量?

鍾: 本次實驗的50 μmolm-2s-1 的光量已經很低了,沒有再往更低的光量嘗試,再低的話有可能沒辦法進行光合作用。

 

Q: 有機養液是否能測量裡面的養份?

鍾: 有機養液內的養份是大分子的狀態,並不像無機養液那樣容易測量。 有機養液的重點在養份、植物和菌的交互作用,

方煒教授補充: 目前可以透過廠商給的配方來檢視,或者透過種植出來的葉片來量測。

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