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►在永續農業方面，針對硝酸鹽轉運蛋白的基礎研究，能增加植物的生長效率。而在土壤中添加微生物，可以抑制作物病害、降解土壤中殘留農藥。此外，以「酵素」取代製成堆肥的方法，則能成功縮短將製造堆肥的時間。
►透過生物化學的方式設計出「人工固碳循環途徑」，此循環中間產物是許多化學物質的先驅物；以「單原子三價鐵」作為催化劑，能將二氧化碳轉化成一氧化碳作為工業原料使用。能源應用則是先用能量打斷「甲烷」的碳氫鍵，將甲烷變為碳加上氫氣，就可燃燒氫氣發電。
►許多研究者都認為，基礎科學就是所有科學的根本。在基礎科學打好底，才能夠找到真正的創新之處，應用端也能更強大。

♦受訪者介紹♦ 

在看文章前，想先問問你對於「基礎科學」的想像是什麼？在現今的臺灣社會中，民眾大多將焦點擺在科學研究的「應用端」，似乎比較難理解基礎科學研究為什麼重要。

隨著全球暖化的議題逐步受到世人所矚目，無論是在去（2021）年第26 屆聯合國氣候變遷大會（COP26）中簽署的《格拉斯哥氣候公約》（Glasgow Climate Pact），或聯合國政府間氣候變化專門委員會（Intergovernmental Panel on Climate Change,IPCC）發布的報告都顯示，「減少碳排、控制全球升溫在1.5℃內」已經是個無法忽視的目標。那該如何達成這些目標？其實，基礎科學研究在這之中扮演了相當重要的角色。現在我們就一同來看臺灣科學家如何在生物、化學、物理等基礎科學領域中，找到新方法減少碳排以達到環境永續。

當基礎科學碰上永續農業

「民以食為天」，食物可說是緊緊牽動著人類的生存，為了維持土地的生產力、創造農業資源的循環發展，各種不同面向的永續農業生產方法紛紛被提出。像是精準施肥與減少化學肥料的應用、維持土地中有機物質的循環、增加農地碳匯、精準病蟲害防治等方式，都是目前科學家共同努力的方向。

氮肥的使用其實與永續農業有很大的關係。若要讓農作物的產量高，施肥至關重要，但也容易造成問題，例如肥料的製造過程耗能、農作物的肥料利用效率差、留在土壤中的氮肥容易製造出溫室氣體、空氣汙染、水質優養化等。而在如何提高農作物的氮肥利用效率上，中央研究院（簡稱中研院）分子生物研究所特聘研究員蔡宜芳，研究植物硝酸鹽的運輸與感應長達30 年，更發現了植物中參與硝酸鹽運輸的NRT1（PTR）轉運蛋白家族。NRT1（PTR）轉運蛋白家族不僅參與了硝酸鹽的吸收，也參與了植物葉片之間硝酸鹽的重新分配，當養分充足的時候，植物會將原本要送到成熟葉的硝酸鹽，利用轉換跑道的方式送到年輕葉片中；而在養分不足的時候，植物則會將原本存在老葉的硝酸鹽抓出來，送到年輕的葉片中。透過控制轉運過程，強化硝酸鹽的再移動並使植物將先前儲存的硝酸鹽做出更有效地利用，便能加強植物對於硝酸鹽及氮肥的運用、增加植物的生長效率、作物產量。

說到農業活動，其實土壤中的微生物對於植物生長也功不可沒。中興大學植物病理學系教授黃姿碧，主要研究土壤中的菌株對於植物生長的影響，並發現將枯草桿菌（Bacillus subtilis）、地衣芽孢桿菌（Bacillus licheniformis）、凝結芽孢桿菌（Bacillus coagulans）添加進土壤中微生物便能產生促進植物生長的因子，如吲哚乙酸（indole-3-acetic acid,IAA），並抑制作物病害的發生。而微生物本身的水解酵素、氧化酵素也有助於降解土壤中殘留的農藥。此外，農業活動中其實會產生相當多農業廢棄資材，例如「稻稈」在過往都會以焚燒的方式處理，農民普遍認為燒稻桿能夠殺死病蟲害，並也能增加土壤肥力。不過，焚燒稻稈卻也造成空氣汙染、影響用路安全等問題。而現在我們可以直接在稻稈中加入微生物，讓稻桿能夠被微生物快速分解，將農業中的廢棄資材能再利用，讓植物回歸到土地，增加土壤碳匯。

（Photo by Steven Weeks on Unsplash）

除了精準施肥之外，維持土地中有機物質的堆肥、增加農地碳匯也是永續農業中不可或缺的一環。中興大學土壤環境科學系講座教授楊秋忠研發了以「酵素」取代傳統微生物製成堆肥的方法。傳統的堆肥使用微生物進行發酵，製作時程長，且在製作過程較臭、髒，又需要大空間，更會有產生廢水、大量二氧化碳等缺點。為了解決這些傳統堆肥的困擾，楊秋忠團隊從過往建立起的菌種庫資料中，找出堆肥製作的關鍵在於酵素。他以酵素取代微生物，成功將製造堆肥的時間從三個月變成三小時，更能降低臭味、廢水，也不會釋放出大量二氧化碳，臭烘烘的堆肥變身為黃金，解決人類數千年來處理有機廢棄物的困境。……【更多內容請閱讀科學月刊第631期】