撰文╱葉綠舒
1998年畢業於杜蘭大學生化所，沙克研究所博士後研究員，慈濟大學生命科學系助理教授、通識教育中心助理教授，致力於植物科普寫作。著有《有邊讀邊學生物英文》、《番薯原來是外國人》、《植物與人類社會》、《老葉說ㄏㄨㄚˋ學》、《作物的故事》、《作物人類史：穀物與香料》、《綠葉之間：植物在文化與生活中的角色》。
農業自一萬兩千年前誕生以來，深刻改變了人類文明，也悄悄重塑了地球的生態。人類在馴化作物、追求高產與美味的過程中，卻無意間切斷了植物與微生物長久共演的關係，使土壤逐漸貧瘠，農業走向依賴化肥與農藥的惡性循環。近年研究揭示，植物其實仰賴「植物微生物體」維繫健康與產量，而野生種與野生親緣種正保存著關鍵的「M基因」與微生物夥伴。或許，通往永續農業的答案，不在更強的投入，而在重新學會與微生物共舞。
人類在無意識地選擇可食、可用部分（果實、根莖、葉片）較大較美味的品系時，卻不知道這些新品系的植物，因為根系分泌物與野生種迥異，也同時在影響著土壤中的微生物。數百萬、千萬乃至數億年與植物緊密合作的微生物伙伴們，因為植物本身的代謝改變，無法再繼續跟隨它們的宿主；而失去好伙伴的植物們，獲取養分的能力降低，使得相同的植物無法一直在同一塊土地上成長茁壯。
當然，與狩獵採集相比，農業耕作也加速了土壤養分的移除。採集行為僅移除需要的部分，其他部分仍留在原地「化做春泥」；但是農耕收穫時，卻將所有地上或地下的部分，不論人類需要或不需要，一併移除。這帶來的效應，就是土壤的養分失去得更多也更快。
從穀田必須歲易到開始施肥 化肥與農藥並非永續的選擇
早期的人類，注意到這個現象，於是寫下了如「穀田必須歲易」這類的心得建議；也有些人會讓土地休息（休耕）。後來，人們開始懂得施肥：一開始都是用有機肥，在西漢農學著作《氾勝之書》裡面，就提到如何製作有機肥，也提到了施肥的時機。
到了20世紀初，隨著「哈伯法」（Haber-Bosch process, 德國化學家哈伯發明固氮之法）的應用，化學肥料就此誕生；從此人們可以不用再擔心沒有肥料的問題了！而科學的進步，也讓人們開始能合成一些新的化學物質，幫助人類消滅影響作物產量的害蟲與微生物。欣喜的人類，卻沒想到大量使用化肥與農藥的耕種方式，其實並不永續。隨之而來的土壤鹽化與生態破壞後造成的農作物減產，這些都在提醒我們，我們進入了一個惡性循環。更不用提過度施肥造成的「死亡海域」的問題了。
而藉由植入微生物基因製造出來的基改作物，雖然一時之間似乎可以有效地消滅害蟲，但害蟲也很快地發展出抗性。雖然生物科技公司很快的又找到新的基因、製作新的抗蟲植物，但是這真的是解決的方法嗎？
M基因使植物召喚有益微生物 減少化肥、農藥的施用
隨著微生物體（microbiome）的研究愈來愈深入，科學家發現，跟動物一樣，植物全身也蓋滿了微生物，被稱為「植物微生物體」（plant microbiome）。而且，植物微生物體對植物的抗病力與產量、風味等息息相關。有益的微生物體生活在植物表面，幫助植物獲取養分、抵抗病菌（甚至某些動物）的侵略。但是，育種這個行為，卻在不知不覺中讓這些微生物遠離了植物。
如果我們能藉由育種，讓農作物可以召喚回那些對它們有益的微生物，是否就可以降低農藥與化肥的使用呢？
近幾年的研究發現，如對香豆酸（p-coumaric acid）、蠟菊素（scopoletin）等由植物產生的化合物，可以讓植物的微生物體變得更豐富化，同時也提升植物的產量。或許，我們也可以透過育種來調整植物自己合成的產物，讓植物恢復召喚對植物有益的微生物的能力，使植物的抗病性上升、獲取養分的能力提高。
這一類的基因，被科學家命名為「M」基因。「M」是「微生物體」（microbiome）的意思，也就是說，這些基因影響的是植物召喚有益微生物的能力。雖然它們並不會讓植物的可食可用部分明顯變大或抗病能力直接大幅提高，但是卻可以藉著召喚有益微生物，讓植物不太需要化肥、不太需要農藥，就可以長得好。
野生作物不只是基因庫 更是微生物多樣性的守護者
要怎樣才能找到這些M基因呢？科學家們建議可以從全基因體關連研究（GWAS）來著手。我個人的想法是，答案一定在野生種作物身上。或許我們可以透過將野生種作物與培育品系的作物雜交後，去找尋可以召喚有益微生物的數量性狀基因座（QTL，quantitative trait loci）的方式，來找出更多的M基因。
另外，也可以透過分析野生種作物與培育品系合成的化學物質圖譜，比較它們的不同之處，找出能影響微生物體組成的關鍵化學物質。一旦確認，即可從植物的代謝途徑去找到合成這些關鍵化學物質的M基因，同時進行育種。
在2025年7月10日，一篇發表於《自然通訊》（Nature Communications）的論文，不僅呼應了我的看法，還進一步把這樣的構想推向更廣的應用視野。他們指出：野生作物不只是基因庫，更是微生物多樣性的守護者；要保存與利用M基因，我們就必須建立原地保育的「CWR（Crop Wild Relatives）生物多樣性保留區」，讓植物與微生物共同演化持續發生，才能成為未來永續農業的種子庫。
除了研究農作物的野生種的M基因之外，這篇論文還進一步提出納入農作物的野生親緣種（Crop Wild Relatives, CWR）與其共生微生物體（microbiome），並尋找這些野生親緣種的M基因。
累積臺灣的M基因 原地保育聖域的重要性
該論文也指出，在小麥野生親緣種大賴草（Leymus racemosus ）中找到的染色體片段，能讓現代小麥分泌特定物質抑制硝化菌活性，造成減少氮肥流失與氧化亞氮排放；而野生稻與栽培稻的根圈微生物比較則顯示，栽培稻失去了固氮菌、增加溫室氣體釋放。這些都證明M基因與根圈微生物的功能不只影響單株植物，更牽動整個農業生態系統。
如果我們能系統性地找出影響根系形態、根毛密度、分泌物組成的關鍵基因，搭配野生種與野生親緣種作物的共演微生物體資訊，也許能創造出一種全新育種方向：不只選出「強壯個體」，而是選出「能與微生物共舞的植物」。
另外，他們也提出從野生親緣種中篩選出有益微生物，重新組裝一個具特定功能的菌群（即所謂的SynComs），應用於現代作物，有望提升抗病力與養分利用效率。尋找SynComs的概念並不是新的，但是過去的SynComs多半都是從馴化作物的根圈中找尋；相對的，野生親緣種的SynComs多樣性應該會比馴化品系的SynComs更高，應用的潛力也更大。
雖然目前已有許多組織致力於建立野生種種質庫（如Crop Trust），但尚未有整合「野生植物＋共生微生物」的全球性保育網絡。科學家們建議應保留一部分原始棲地，讓野生種以及野生親緣種與其共生微生物能在原始棲地中進行持續互動與演化，例如祕魯的「馬鈴薯公園」（Parque de la Papa）即為在地社區共同管理的範例。他們採用數百年來當地的Quechua傳統耕作方式，不施化肥與農藥，保存了超過1,300種的馬鈴薯在地品系。歷年來，他們透過Indigenous Biocultural Heritage Area（IBCHA）法律模式，自主保存資源；並與 CIP、Crop Trust合作，將若干品種送往Svalbard全球種子銀行，同步進行非基改育種。
從臺灣的角度來看， 我們應該也能從目前已復育的紅鬚稻（Oryza rufipogon，俗稱「鬼稻」）以及狗尾草（Setaria viridis，小米的野生祖先）中，找到重要的M基因以及微生物資源。
等到我們累積越來越多的M基因，我們便可以使用越來越少的化肥與農藥，我們的農業也會變得更能兼顧永續與產量這兩件事。不過，如果沒有原地保育的野生作物、野生親緣種與其微生物體，M基因終究可能只是紙上談兵。所以很重要的下一步就是，我們不只是要懂得找M基因，更要懂得保護它們還活著的地方。或許這樣的「原地保育聖域（in situ CWR Biodiversity Sanctuaries）」，可望在花蓮找到？
當前農業面臨的最大挑戰之一，是要如何在糧食安全與環境永續之間取得平衡。而這個平衡的鑰匙，很可能就藏在那些尚未被充分發掘的「野生種、野生親緣種與其微生物夥伴」身上。
如果我們不設法保存這些隱形的資源，等到需要它們的時候，可能就為時已晚。事實上，現在就是我們最需要這些資源的時刻，而時間並不真的站在我們這邊呢！
