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利用植物的轉運蛋白促進農業及糧食的永續發展
細胞膜像個塑膠袋套住細胞讓細胞與外界區隔開來，但細胞得仰賴細胞膜上的轉運蛋白自外界取得養分或排出有毒的物質。植物轉運蛋白的近期發現提供新契機以滿足全球糧食及能源的需求，這些新發現能夠幫助植物控制水分散失、抵抗毒性金屬和蟲害，更可提高對鹽類的耐受性、對養分的利用以及糖類的儲存。在這些轉運蛋白運送機制的研究中，暗藏著增加糧食及能源供應的關鍵，以因應現今全球快速增長的人口數。
這是集合來自世界各地共十二位頂尖植物學家的近期研究結論；這十二個實驗室皆致力於植物運輸蛋白相關的生物化學、遺傳學以及生理學研究，他們的研究成果對於全球農業將有著極大影響力。這些科學家集合起來在五月份國際重量級期刊Nature上發表一份報告，回顧及展望他們的研究發現如何幫助減緩因人口激增所造成大量的糧食和燃料需求。目前世界人口為七十億；而至2050年可能達到九十億。在這一場國際盛會中，台灣沒有缺席。來自中央研究院分子生物研究所蔡宜芳教授所率領的研究團隊，在國科會尖端研究計畫的大力支持下，在硝酸鹽轉運蛋白的研究上有許多領先全球的突破。
蔡宜芳在該篇報導中指出：「懂得運用及製造氮肥是1950年代『綠色革命』(Green Revolution)成功的重要一環。氮肥的使用明顯地提高農作物的產量，舒緩飢餓的問題。但是每年氮肥的製造消耗1%的全球能源。更糟糕的是，施放的氮肥只有30%-50%真正被農作物利用。殘餘在土壤中的氮肥，會轉化成比CO2更不好的溫室氣體氧化亞氮N2O；或是流入水域，造成河川及海洋優養化，形成藻類大量繁殖而魚蝦無法生存的死亡域(Death Zone)。如何改良提高作物的氮利用效率以降低肥料的用量是一個刻不容緩的議題。」蔡宜芳教授的研究團隊，首次發現植物的轉運蛋白也有感應養分多寡的功能，以讓植物因應環境養分的變化做好應變的措施。硝酸鹽轉運蛋白CHL1原本以為只是負責幫植物從土壤中吸取硝酸鹽當氮源，進一步研究發現CHL1這個轉運蛋白身兼數職：既是搬運工負責將硝酸鹽搬進細胞內，還是守門員探測土壤中硝酸鹽的含量，也是傳令兵將土壤中硝酸鹽含量這個訊息傳送到細胞的指揮中心—細胞核。蔡宜芳在Nature該篇報導中指出：「CHL1的特性讓其他研究團隊也積極地瞭解是否其他轉運蛋白也有類似的特性，而且一個轉運蛋白身兼數職，這表示我們有機會同時改善作物的硝酸鹽的吸收及下游的訊息反應，以達到最佳的改善效果。」
在加州大學聖地牙哥分校Food and Fuel for the 21stCentury研究中心主任的Julian Schroeder教授的號召下，來自澳洲、日本、墨西哥、台灣、美國及英國科學家們根據他們的研究成果，合力撰寫了這一篇論文敘述這些成果是可應用在增加糧食和燃料產量。透過這樣的方式，科學家們希望將他們的研究成果傳播出去，期望能教育政策制定者，並且加速這些成果在全球農業上的應用。在全球七十億人口中，營養不良的人口數就將近一億，他們無法在日常飲食中獲得充足的蛋白質、脂質和碳水化合物。除此之外，另外有一億的人口無法攝取足夠的微量元素，像是鐵、鋅以及維生素Ａ而造成營養不均衡，這樣的營養失衡導致人們更容易受到疾病感染或是產生心智障礙，而對世界健康衛生產生巨大的負面影響。在未來的四十年內，已可預期需要充足營養糧食的人口將會再多兩億人。另外，快速的都市化，伴隨著即將發生的氣候變遷及人口增長，也會使開發中國家的蛋白質需求大幅增加，又會對農業生產需求施加另一層的壓力。單純的增加化學肥料以及水分補給，或是以有機方式栽種已經無法滿足我們對農業產量的需求，也無法達到環境永續的目標，想要在有限的土地資源上增加糧食產量必須結合嶄新的農藝技術和基因改良作物的使用。
Julian Schroeder教授和西澳洲大學的Rana Munns教授表示，根據他們鈉鹽轉運蛋白研究成果科學家可增加植物對於鹽分的耐受性，也已經可以讓農業學家得以改良小麥，使其可對土壤中的鹽分有更高的耐受性，並且試驗田中的小麥產量也提高了百分之二十五。這讓原本因為鹽分太高而休耕的農田便可再次從事生產。
而近期康乃爾大學的Leon Kochian教授及澳洲科學與工業研究組織的Emmanuel Delhaize教授的研究成果也提供了在酸性土壤上種植作物的可能性；現今地球有百分之三十的酸性土壤，這成果對於農業改良不失為另一個美好的遠景。科學家解釋：「當土壤呈現酸性時，土壤中的鋁離子會游離出來而有害於植物生長，對於一些易受鋁離子影響的植物，其根尖會因此受到傷害，進而影響養分及水分的吸收，使生長受到抑制。」植物學家從他們的研究中理解了轉運蛋白是如何調控整個過程，改良過的作物可以將鋁離子轉換成無毒的形式。如此一來，農業學家就可在沒有生產力的酸性土壤上種植糧食以及提供生質燃料。
而美國達特茅斯學院的Mary Lou Guerinot教授，英國約翰英納斯中心的Dale Sanders教授和日本石川縣立大學的Naoko Nishizawa教授的研究也可能提高鐵和鋅元素在植物體內的儲存量，以增加作物的營養價值。因為植物為主的食物中缺乏這些必須元素而造成鐵、鋅不足的人口整整超過二十億。
植物因為表皮細胞的氣孔蒸散作用散失了超過百分之九十的水分，透過研究氣孔如何被轉運蛋白調控，可能可以增加植物抗旱的能力。而農業學中另外兩個最主要的目標就是提高碳水化合物的含量以及作物對抗蟲害的能力。美國史丹佛大學植物生物研究所的Wolf Frommer教授及其他團隊的研究發現，一個在植物體中負責運輸糖類的轉運蛋白可能可以提供水稻擁有較好的抗蟲能力。科學家認為，這是一個作物改良的嶄新想法，使之擁有更好的抗病蟲害能力，並且顯著的提高產量。
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