(2021年成果)
子計畫五：農業新穎材料在植物保健開發、應用與機理
主持人：黃振文
團隊成員：鍾文鑫、張碧芳、王智立、黃姿碧、洪爭坊、林傳順(農科院)

一、子計畫推動重點、成果與特色亮點
臺灣社會對食安議題的重視，有機農業、友善環境及永續循環為新農業的趨勢，然而在植物保健方面仍難以在實務上廣泛實踐，藉由新穎農業資材的開發與應用，分析各類材料對植物保健之效用，將有利於永續新農業之發展，因此本計畫團隊在前期的研究中著重於新穎材料對植物對抗生物與非生物逆境耐受性的影響，分別測試新穎材料是否具有顯著抑制病原菌的能力，以及測試新穎材料對植物體本身的影響，本基礎研究將可應用於後期應用端的產品開發。
今年度延續開發多枝花狀奈米氧化鋅於植物病害防治之應用性，發現複合使用多枝花狀氧化鋅與農用藥劑可以增強抗菌的效應，且利用此複合使用的方法可以降低抗藥性菌株之抗藥能力，同時可以提升農藥在濃度低的效應，在草莓葉片施用上也發現複合使用多枝花狀氧化鋅可以有效降低草莓炭疽病之病斑 (圖一)，此結果顯示該材料在未來可做為農藥之增效劑並減低農藥用量，未來將進一步針對此材料進一步分析其影響抗藥性之機理。
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圖一、奈米氧化鋅與農藥之複合施用
本年度利用阿拉伯芥測試有益微生物BM02與BM103在高溫與乾旱逆境下對植物之效用，結果發現BM103可提升阿拉伯芥對逆境之耐受性，在根部發育的測試中發現處理BM103可促進莖基部之直徑、單位根毛密度及根毛長度 (圖二)，在利用RNA定序分析阿拉伯芥在逆境下處理BM103後之轉錄基因體變化，在分析差異表現基因後取得約152個基因顯著表現於BM103或逆境處理，同時利用加權基因相關性網絡分析 (Weighted genes correlation network analysis, WGCNA) 取得「阿拉伯芥-BM103-逆境」交互作用中的核心基因 (圖三)，同時在後續分析中了解大部份核心基因與苯基丙酸代謝路徑相關 (圖四)，苯基丙酸代謝路徑為植物二次代謝物的主要合成路徑，同時也與植物防禦反應有關，因此未來將針對本研究所取得之候選基因設計試驗，並以此鑑別新穎材料對於植物之效用。
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圖二、阿拉伯芥在處理BM103後於不同逆境下之根部發育。
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圖三、利用加權基因相關性網絡分析 (Weighted genes correlation network analysis, WGCNA) 取得「阿拉伯芥-BM103-逆境」交互作用中的核心基因。
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圖四、「阿拉伯芥-BM103-逆境」之核心基因與苯基丙酸代謝路徑相關。
(一)人才培育面向
本計畫共培育學生10名 (大學部3名、碩士生5名、博士生1名)，及1名延覽博士後。
(二)學術研究面向
植病系博士後研究員張道禾利用新穎材料抑制病原菌，並探討成因之成果獲得科技部109年博士後研究人員學術獎。

圖五、張道禾博後獲科技部109年博士後研究人員學術獎
(三)產學合作面向
  1. 黃振文副校長與興農公司，雙方在會中簽署「產學長期合作夥伴關係」意向書，同時獲頒「產學鏈結合作獎」。興大農資學院農業推廣中心多年來持續為興農公司員工開設「環境友善植物保護資材應用培訓班」及「植物醫生訓練班」等相關課程，協助該公司培訓農業科技應用推廣人才，也優先錄用國立中興大學學生培訓並進用為重要幹部，縮短產學之間的落差，形成良好的產學長期人才及技術合作的典範。2021年與大統國際生技股份公司簽訂技術移轉，展開農業益生菌全方位保護農漁牧產業新世代。
  2. 黃振文副校長整合興大、農科院專家群的專業領域、農藥殘留檢測中心及財團法人農業科技研究院的團隊研究發掘三株益生菌 ─ 枯草桿菌、地衣芽孢桿菌、凝結芽孢桿菌具有多元產業的應用潛力，不僅能促進許多種農作物生長，且可抑制作物病害發生外，對於降解堆肥中的農藥殘留亦有所成效，促使農業廢棄物製成的堆肥更安全。此外將枯草桿菌及地衣芽孢桿菌加入豬、魚的飼料中，能改善產品及養殖環境品質，他們也証實該菌種可增加豬與魚的腸道益菌叢。    
 
 
圖六、右圖的虱目魚吃了添加益菌的飼料後，體型比左圖對照組的魚長得還大
(四)國際鏈結面向
本團隊協同主持人鍾文鑫教授和王智立教授同昆蟲系莊益源教授合作，於菲律賓Benguet與 Mt. Province利用綜合防治管理生產優良與有機之草莓和青花菜，並建立草莓炭疽病之病原調查與綜合防治平台。
二、未來展望
  1. 延伸奈米氧化鋅於抗菌上之應用，以化學改質同時利用其物理破壞的特性作用於已具農藥抗藥性的病原菌株，期能提升抗藥性病原菌株對農藥之敏感性，也因此得以再利用已無效用之農藥，並減低化學藥劑的使用，達到永續農業之目的。
  2. 研究新穎材料對模式植物阿拉伯芥的各類效益，由於阿拉伯芥生長期短，此平台可做為開發新穎材料和複合配方的主要依據。
 照片圖說：國內第一跨農漁牧產適用益生菌，興大與農科院技轉大統生技公司