智能灌溉系统土壤污染监测解决肥料环境污染问题

    虽然肥料内含有氮、磷等可促进作物生产的成分，然而不当施肥将会造成农地及周边环境污染的问题。农地中无法吸收的肥料将随着地下水影响周边水域，肥料成分之一的磷一旦渗入周边水域，将促进水中藻类生长形成优养化现象，此过程将消耗水中溶氧，使需氧的水生生物因缺氧而大量死亡，造成环境、生态等问题。为解决肥料造成环境污染的问题，除尽可能地减少含磷肥料的施用外，透过了解植物遗传及生理机转，提升植物体对营养物质的吸收力，将是另一种可行的做法。      美国博伊斯汤普森研究所(Boyce Thompson Institute)与美国康乃尔大学(Cornell University)的研究团队由分子生物学的角度着手，找到可影响植物丛枝菌根(arbuscular mycorrhiza，简称AM)真菌相组成的关键基因，并发现此关键基因的调控可改变根部真菌菌相组成与植物—真菌间的共生模式，以此调节植物根部对于营养素的吸收力，进而减少因肥料施用造成周边环境的负荷。丛枝菌根菌(arbuscular mycorrhiza fungi，简称AMF)又称为内生菌根菌，属于共生在植物根系的共生真菌之一。丛枝菌根菌可以自身吸收的氮、磷等元素，与植物体换得菌体生长所需的脂肪酸，彼此间以此模式共生。然而，由于植物提供脂肪酸的过程需付出相对较高的代价，因此找出能提高植物体获取来自丛枝菌根菌的氮、磷等物质的方法或提高植物-共生真菌间的物质交换效率的做法，将有助于减少额外氮源、磷源的施用。 研究团队为此首先研究植物体调控菌根菌生长的机制，发现植物体会产生一群小分子量胜肽，称为CLAVATA3/ESR-related (CLE) peptides，简称CLE胜肽。小分子的CLE胜肽存在于整个植物界(plant kingdom)，在植物生长与对抗逆境时扮演一定的功能。研究团队在负责生合成CLE胜肽的基因中找到两个能影响丛枝菌根菌共生的关键基因，分别为CLE53及CLE33。CLE53可在植物根系有共生根菌存在时增加表现，以减少菌根菌拓殖(colonization)率；而CLE33可在磷源足够的情况下增加表现，以减少菌根菌拓殖率。      研究团队同时也发现上述CLE胜肽需透过特殊的类受体激酶(receptor-like kinase)──SUNN，方能发挥完整胜肽功能。研究也发现CLE是透过调控某种称作独角金萌发内酯(strigolactone)的贺尔蒙物质在植物根部的含量，以减少植物根部共生真菌的拓殖率。藉由CLE-SUNN-strigolactone所构成的回馈调控机制，将能改变植物体—丛枝菌根菌的共生关系，进而改善植物体对氮、磷等元素的摄取效率，减少肥料的施用。