文／楊雋珩 攝影／蔡易儒
颱風、暴雨、乾旱等極端氣候日趨頻繁地發生，衝擊國內作物生產與糧食安全，為分析作物在不同環境壓力下的生長變化、篩選出具抗逆境基因品系，行政院農業委員會農業試驗所（以下簡稱農試所）建置「水稻耐熱篩選圃」和「多重逆境篩選設施平台」，透過科學試驗了解溫度、溼度、強風等環境因子對於作物性狀和病蟲害發生的影響，加速選拔、育種出更適應未來氣候形態的超級作物種原，期望藉由作物防災學前端的基礎研究，幫助產業即早建立預防措施，降低減產的經濟損失。
水稻耐熱篩選圃 尋找高稔實率品種
以臺灣最主要的糧食作物水稻為例，目前國內栽種品種近九成為稉型稻，然而因氣候暖化，夏季高溫常導致一期作稻米品質下降，尤其不僅白天田間溫度高，當夜溫普遍升高，對稻米產量的影響更為嚴重。長期投入水稻育種和基因體研究的農試所稻作研究室副研究員李長沛解釋，植物白天行光合作用製造養分，夜晚則行呼吸作用，「所以白天溫度較高沒關係，但如果夜間溫度也降不下來，作物呼吸作用旺盛，本來可以好好累積的能量被消耗掉，作物就比較無法順利生長。」
不僅如此，高溫導致水稻減產的主因之一，在於影響開花期的花粉活力受抑制，不稔實率上升，即稻穀裡沒有米粒的「空包彈」變多了。
為了育成更適應高溫的稻米品種，李長沛在水稻耐熱篩選圃中種植近400種水稻，透過溫室上方4條管線全天候輸送熱空氣，平均至少高於一般田間5℃，將白天溫度設定39℃、夜溫28℃，長期觀察、記錄不同品系水稻在生育後期的暖化環境適應力。
其中，水稻耐熱性篩選的重要指標之一是稔實率。待水稻進入成熟期，研究員會收穫不同品系的稻穗，帶回實驗室針對稔實比例和穀粒重量、體積、形狀、顏色等詳細評估。攤開不同品系的穀粒比較，李長沛提到，在高溫環境下，田間的稻穗應該呈金黃色，但有許多穀粒仍呈青綠色和不充實，使得稔實率下降、穀粒變小，甚至大幅表現出農友說的「白肚」，即稻米在澱粉合成階段碰上高溫，「排列組合亂掉、累積不夠完整，導致白堊質增加」。此類米粒的心腹白明顯，實際煮出來的米飯口感較差、收購價格較低，形同未通過高溫試煉。
目前在篩選圃中耐熱表現最佳的品種為農試所自國外引進的埃及水稻品種「giza178」。「它屬於很早熟的品種，穀粒比較瘦、是細長型的，所以受高溫影響較小。因為穀粒一般先直的長，再往兩邊長胖，其中變胖的生長期比較長，所以穀粒越胖，受高溫影響越大。」李長沛以該埃及水稻品種與台農77號進行雜交，改良出新一代水稻品系，在高溫底下的稔實率表現頗豐，也改善原有的外觀品質，期待以此為基礎，繼續改良出在炎熱氣候下，仍可維持高稔實率和好的米粒外觀的優良水稻品種。
開箱多重逆境設施平台 逼真模擬颱風過境
當未來的氣候情境越來越多變不可測，打造一個可自由設定颳風、下雨、焚風發生時機和強度的大自然模擬器，可行嗎？農試所植物病理組助理研究員蘇俊峯博士站在即將正式啟用的「多重逆境篩選設施平台」前仔細檢查，這樣的想像即將成真。
「現在農業最常遇到的情況之一是，雷陣雨後突然又出現大太陽，且下雨時溫度降1 0℃，雨停了又立刻飆回去，這個叫作『多重逆境』。」一般溫室實驗田無法做到的複雜模擬，如今在多重逆境篩選設施平台兩間4X3平方公尺的鹽化鋼板隔間中，透過控制平台的操作面板，研究員可設定溫度、溼度、雨量、風量、光照和CO2共6種環境因子，且不限作物種類，只要體積可擺放進去，都可進行試驗。從高溫、高濕、淹水到強風，平台主要可模擬極端、短延時的環境變化。
以最容易造成災損的颱風來說，可將風速設定為輕颱等級每秒17.2公尺、時雨量40毫米，並將作物移入測試平台中3小時，再移出來放在一般室溫溫室下，讓作物實地走一回颱風從登陸到離開，承受風吹雨打3小時後又放晴、被太陽曝曬的旅程。透過精準控制的環境條件，研究員可清楚得出該情境會對作物造成哪些傷害，災損的嚴重程度和不同病蟲害的消長等實驗數據。
每年颱風來襲，青蔥價格就飆升，但漲幅合理嗎？卻沒人有把握。蘇俊峯也透露，「現在我們想做的是將天災與作物產量、價格的連動關係定量。」例如經實驗，颱風17級風時，可能造成青蔥產量損失50%的結果，再把價格減量線畫出來，「我們就可以知道當蔥價上漲100元時仍是合理區間，當它飆上200元就不合理了。」
多重逆境篩選設施平台的建置，可讓研究人員更了解影響作物非微生物病害的環境因子，也可應用於民眾最有感的葉菜類價格波動預測。未來只要在設施操作能力範圍內，研究人員可多方嘗試不同條件、實驗各種氣候組合，甚至是當下自然界尚未發生的超極端情境。 蘇俊峯期待更多有興趣的人應用此開放平台，共同打造更經得起未來考驗的韌性農業。
更多文章請見《豐年雜誌》2022年1月號
