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改善馬鈴薯塊莖對逆境耐受性的策略

  引用來源:Dahal, K., Li, X.Q., Tai, H., Creelman, A. & Bizimungu, B. (2019).     彙整:劉雨蓁     點閱:216

問題在哪裡?

氣候變遷造成溫度上升、水資源短缺、土壤鹽度增加及淹水等環境逆境來影響作物的產量,尤其持續的溫室氣體排放將會加劇生物和非生物逆境的暴露風險。當全球溫室氣體排放濃度由380 ppm增加至700 ppm時,溫度會上升0.3至4.8℃,而溫度升高可能會增加土壤的蒸發與作物水分蒸散,導致土壤水分受限和作物的乾旱現象,會嚴重造成作物生產過程和產量的負面影響。儘管大氣的二氧化碳濃度可能會提高某些作物的產量,但因高溫和缺水導致的產量損失可能超過二氧化碳增加所帶來的效益。

其中,馬鈴薯是全球第四大非穀物糧食作物,在2014年全球馬鈴薯產量估計為3.82億噸,是全球超過10億人口的食物來源。由於馬鈴薯主要是食用塊莖,其需利用陽光於葉片中進行光合作合成碳水化合物,轉移最終光合產物-蔗糖於匍匐莖中,並將匍匐莖中的蔗糖轉化為澱粉(圖1),而作物內化學反應的轉換過程會決定塊莖的產量與品質。上述生化反應過程中的任何非生物逆境如高溫、乾旱、土壤鹽分和養分不均等逆境,皆會因危害的持續程度和作物當時的生長階段,而抑制塊莖生長,導致較低的產量和品質。

 

圖1 馬鈴薯塊莖光合作用碳同化及塊莖養分貯藏路徑示意圖。(圖片來源:參考網址2)


採取的改善作為

為了提高馬鈴薯產量,須加強關於馬鈴薯對抗非生物逆境確切生理機制的資訊,以確定最佳生產方法,並開發氣候變遷條件下具彈性的新馬鈴薯品種。


效果

國際農業研究中心聯合會(Consortium of International Agricultural Research Centers, CGIAR)已經研發出高度耐氣候逆境,包含耐旱、耐熱及耐鹽的馬鈴薯品種,並已將這些品種推廣於非洲和亞洲地區,以增加小農對氣候變遷的適應能力,如秘魯的Tacna、Unica和Maria Bonita品種,非洲的Kinga、Meva、Kinigi品種與菲律賓的Raniag品種。其中祕魯Tacna品種被以Jizhangshu 8的名字引入中國,其種植面積至2008年超過2萬公頃;另外,中亞(烏茲別克和塔吉克)也育出新的馬鈴薯Sarnav品種,其對土壤鹽分和乾旱具有耐受性。

除了選育新的馬鈴薯品種外,藉由分析每種非生物逆境對馬鈴薯生長過程能量轉換效率影響,執行一系列的調適策略,如乾旱會造成植物的光合作用被強烈抑制減少馬鈴薯塊莖的產量,而植物會透過關閉氣孔、增加乾旱相關蛋白的合成以減輕乾旱的危害(圖2)。

 

圖2 二氧化碳濃度升高、乾旱、高溫及鹽度等非生物逆境對馬鈴薯生理、形態特徵及的影響相對應的適應/調適策略彙整。(圖片來源:參考文獻2)

 

圖2(續) 馬鈴薯塊莖光合作用碳同化及塊莖養分貯藏路徑示意圖。(圖片來源:參考文獻2)


參考文獻

1.Millan, A., Havemann, T., Dinesh, D., & Campbell, B. (2017). 10 best bet innovations for adaptation in agriculture: Stress tolerant varieties to counter climate change. CGIAR Research Program on Climate Change, Agriculture and Food Security (CCAFS)https://ccafs.cgiar.org/blog/10-best-bet-innovations-agriculture-national-adaptation-plans#.XPDs2YgzaUk https://www.cgiar.org/news-events/news/10-best-bet-innovations-agriculture-national-adaptation-plans

2.Dahal, K., Li, X.Q., Tai, H., Creelman, A. & Bizimungu, B. (2019). Improving Potato Stress Tolerance and Tuber Yield Under a Climate Change Scenario – A Current Overview. Frontiers Journals in Plant Science.https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2019.00563/full


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