紐約時(shi)報(bao)：為(wei)了養活(huo)變(bian)熱的(de)地球，科(ke)學(xue)家(jia)利用(yong)植物(wu)表型(xing)技(ji)術(shu)培育更加的(de)作物(wu)

 近期(qi)，紐約時(shi)報(bao)報(bao)道了Robert Furbank博(bo)士（澳大(da)利亞國(guo)立大(da)學(xue)、澳(ao)大(da)利亞研(yan)究委員會轉(zhuan)化光(guang)合作(zuo)用(yong)中(zhong)心主任(ren)）的(de)研究工作。

澳大(da)利亞國(guo)立大(da)學(xue)植(zhi)物(wu)生長艙(cang)（Growth Capsule）中(zhong)培育的(de)小麥品(pin)種(zhong)

由(you)於(yu)氣候變(bian)化的(de)影響(xiang)，諸(zhu)如溫(wen)度(du)升高、幹(gan)旱加劇、風和降雨模式改(gai)變(bian)都在威(wei)脅(xie)農業(ye)生產，從而使*都在面(mian)臨逐(zhu)漸(jian)逼(bi)近的(de)糧(liang)食短(duan)缺(que)危機(ji)。

Furbank博士和(he)他(ta)領(ling)導(dao)的(de)科研(yan)中(zhong)心與相關科(ke)學(xue)家(jia)合作(zuo)，瞄(miao)準了壹(yi)個大(da)膽的(de)糧(liang)食危(wei)機解(jie)決方(fang)案：讓作物(wu)更加地傳導光(guang)合作(zuo)用(yong)。

作物(wu)生理學(xue)家(jia)估計(ji)，如(ru)果(guo)植(zhi)物(wu)光(guang)合效(xiao)率可以提高5%，那麽(me)大(da)部分作(zuo)物(wu)的(de)產量(liang)可(ke)以提高20%。

這(zhe)對(dui)養活(huo)不斷(duan)增(zeng)長(chang)的(de)人口(kou)會是(shi)壹個(ge)非(fei)常大(da)的(de)幫(bang)助(zhu)。據預測(ce)，到(dao)2050年，人(ren)口(kou)會從(cong)現(xian)在的(de)75億增長到(dao)100億。而科學(xue)家(jia)估計(ji)作(zuo)物(wu)產量(liang)要(yao)增長70%以上(shang)才能滿(man)足(zu)需求(qiu)。

回顧歷史(shi)，得(de)益於(yu)壹系(xi)列(lie)統(tong)稱為(wei)綠(lv)色(se)革命(ming)的(de)農業(ye)革新(xin)，在1960-2010年(nian)間，糧(liang)食產(chan)量(liang)增(zeng)長了175%。通(tong)過(guo)培育高產(chan)作物(wu)、改(gai)善氮(dan)肥(fei)的(de)使用(yong)以及改(gai)良灌(guan)溉方(fang)式，農業(ye)部門避(bi)免(mian)了世(shi)界人口快速(su)增長(chang)可能造(zao)成的(de)性饑(ji)荒。

然而(er)，近些年來(lai)，綠色革命(ming)的(de)技術(shu)逐漸(jian)達到(dao)了極(ji)限，作(zuo)物(wu)產量(liang)已(yi)經止步(bu)不(bu)前。據2014年糧(liang)農(nong)組(zu)織(zhi)報(bao)告(gao)，三大(da)主要谷(gu)物(wu)，水稻、小麥和(he)玉(yu)米(mi)的(de)年產(chan)量(liang)增(zeng)長率從1960-1990年的(de)2.19-2.95%下降(jiang)到(dao)1990-2010年的(de)0.79-1.74%。同時(shi)，現(xian)代農業(ye)的(de)負面(mian)影響(xiang)開始顯現(xian)，比如(ru)溫(wen)室氣體排(pai)放、氮肥(fei)汙染、土(tu)壤(rang)退(tui)化等(deng)。

除了保障耕種(zhong)面積(ji)和(he)維(wei)護(hu)生態環境(jing)，有(you)效(xiao)的(de)措施(shi)就(jiu)是(shi)開發(fa)利用(yong)優良(liang)的(de)作物(wu)品種和先進(jin)的(de)栽(zai)培技(ji)術(shu)。因此(ci)，在未(wei)來(lai)的(de)數十(shi)年間，科學(xue)家(jia)需要(yao)培育作物(wu)新品種。這些(xie)新(xin)品種要(yao)應(ying)對更(geng)加嚴(yan)酷(ku)而(er)變(bian)化莫(mo)測(ce)的(de)環境(jing)條(tiao)件，更(geng)少的(de)資(zi)源(yuan)——包(bao)括土(tu)地、水和肥(fei)料，同時(shi)還(hai)能獲得(de)高產(chan)。

為(wei)了達到(dao)這壹(yi)目的(de)，農業(ye)科(ke)學(xue)家(jia)們的(de)科研(yan)工作也(ye)迫(po)切需要(yao)更(geng)先(xian)進(jin)的(de)技術(shu)和儀(yi)器來(lai)支持(chi)。與之(zhi)相關的(de)工作都需要(yao)對(dui)兩方(fang)面(mian)的(de)技術(shu)支持(chi)：

• 對(dui)復(fu)雜(za)的(de)植物(wu)生長環境(jing)的(de)監(jian)測(ce)與控(kong)制，用(yong)以模擬(ni)各種(zhong)不同的(de)環境(jing)條(tiao)件來(lai)研(yan)究植(zhi)物(wu)的(de)反應(ying)；
• 大(da)量(liang)植(zhi)株(zhu)的(de)各種(zhong)特(te)征(zheng)和(he)性(xing)狀(zhuang)即(ji)表型(xing)（phenotyping）的(de)鑒別(bie)與分(fen)析。

因(yin)此(ci)，現(xian)代植物(wu)表型(xing)研(yan)究與分(fen)析技(ji)術(shu)就應(ying)運而(er)生。Furbank博士在研(yan)究中(zhong)就(jiu)使(shi)用(yong)了PSI公(gong)司(si)提供(gong)的(de)植物(wu)生長艙(cang)（Growth Capsule）。

Furbank博(bo)士（左）在植(zhi)物(wu)生長艙(cang)中(zhong)檢查(zha)培養的(de)小麥

Growth Capsule植物(wu)生長艙(cang)為(wei)集(ji)裝箱式設計(ji)，方(fang)便(bian)移動(dong)運(yun)輸(shu)，無(wu)需專(zhuan)門的(de)溫(wen)室或實驗(yan)室，可(ke)露(lu)天(tian)使(shi)用(yong)，多個(ge)單(dan)元可以拼(pin)疊(die)在壹(yi)起。每(mei)個(ge)單(dan)元可獨(du)立調節(jie)環(huan)境(jing)條(tiao)件，溫(wen)度(du)、濕度(du)、光(guang)照及(ji)CO₂調控(kong)並(bing)在線(xian)監(jian)測(ce)顯示在觸(chu)摸屏(ping)上(shang)，可(ke)以在任(ren)何(he)地點、任(ren)何(he)環境(jing)條(tiao)件下進(jin)行(xing)生態環境(jing)模(mo)擬實驗和植物(wu)培養。

同(tong)時，Furbank博士所屬(shu)的(de)澳大(da)利亞國(guo)立大(da)學(xue)與澳(ao)大(da)利亞聯邦(bang)科學(xue)與工業(ye)研(yan)究組(zu)織(zhi)已(yi)經與PSI公(gong)司(si)合(he)作(zuo)建設了多(duo)套PlantScreen植(zhi)物(wu)表型(xing)成(cheng)像分(fen)析系(xi)統(tong)。

PlantScreen植(zhi)物(wu)表型(xing)成(cheng)像分(fen)析系(xi)統(tong)集(ji)植(zhi)物(wu)自(zi)動傳(chuan)送(song)技(ji)術(shu)、智能(neng)LED光(guang)適應(ying)與培養技(ji)術(shu)、自(zi)動澆灌稱重技(ji)術(shu)、FluorCam葉綠素熒(ying)光(guang)成像技(ji)術(shu)、光(guang)譜成(cheng)像技(ji)術(shu)（包(bao)括RGB、VISIR高(gao)光(guang)譜成(cheng)像、SWIR高(gao)光(guang)譜成(cheng)像、LWIR紅(hong)外熱(re)成像等(deng)）等(deng)，以及根(gen)窗技(ji)術(shu)全(quan)自(zi)動根(gen)系(xi)表型(xing)觀(guan)測，高(gao)通(tong)量(liang)、無(wu)損傷、全(quan)自(zi)動、實(shi)驗(yan)觀(guan)測分(fen)析植(zhi)物(wu)形(xing)態結構與生理功(gong)能(neng)形(xing)狀表型(xing)，成(cheng)為(wei)表型(xing)組(zu)學(xue)與遺傳(chuan)組(zu)學(xue)研(yan)究及(ji)遺傳(chuan)育種機(ji)構的(de)重要(yao)平(ping)臺，如(ru)德國(guo)IPK（Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research）、美(mei)國橡樹嶺國(guo)家實(shi)驗(yan)室（Oak Ridge National Laboratory）、荷蘭生態表型(xing)研(yan)究中(zhong)心（NPEC，Wageningen University & Research，Netherlands Plant Eco-phenotyping Centre）、德國(guo)BIOP（Institute of Biochemical Plant Pathology）、澳(ao)大(da)利亞CSIRO（Commonwealth Industrial Research Organisation）、水稻研(yan)究所、杜邦(bang)先(xian)鋒良(liang)種公(gong)司(si)、孟(meng)山(shan)都公(gong)司(si)、美(mei)國(guo)合(he)成基因公(gong)司(si)等(deng)等(deng)。

Furbank博士已(yi)經在澳(ao)大(da)利亞和(he)世界各地開展(zhan)了壹(yi)系(xi)列(lie)不(bu)同(tong)的(de)實驗(yan)。他說：“我(wo)認為(wei)將(jiang)會(hui)有(you)不(bu)止壹種技(ji)術(shu)解(jie)決方(fang)案。我們需要(yao)在許(xu)多戰(zhan)線上(shang)采取(qu)壹致(zhi)行(xing)動(dong)。”

澳大(da)利亞國(guo)立大(da)學(xue)的(de)相關研(yan)究成(cheng)果(guo)（Salesse-Smith, 2018, Nature Plants）

紐(niu)約時(shi)報(bao)原(yuan)文(wen)鏈(lian)接：To Feed a Hot Planet, They’re Making More Efficient Plants