耐熱又耐旱,仙人掌可成新生質能源

作者 | 發布日期 2021 年 05 月 08 日 0:00 | 分類 能源科技 , 農業科技 Telegram share ! follow us in feedly


許多仙人掌類植物外型可愛討喜,組合成療癒的多肉盆栽後能給多肉迷生活增添許多樂趣(註)。多肉植物可不僅止於此,美國內華達大學里諾分校研究人員最近發表一項研究指出,仙人掌既耐熱又耐旱,將可在極端氣候期間為人類提供燃料和食物,是繼大豆和玉米之後另一種重要經濟作物。

氣候變遷改變對作物的需求

根據氣候變遷模型(climate change models)預測,全球各地遭遇長期乾旱的天數與強度都將逐年增加,導致氣溫升高且供水量減少。由於許多經濟作物如稻米、玉米和大豆等,生長都有溫度上限也需要足夠水分,內華達大學生物化學暨分子生物學系教授約翰庫什曼(John Cushman)指出,由於氣候變遷,乾旱地區將更為缺水,最終會影響玉米和大豆等農作物之產量。

華爾街日報今年(2021)1 月報導,美國中西部氣候乾旱引發糧災,美國玉米、大豆價格已飆升至 6 年來最高點,人類有必要尋求其他耐旱又耐高溫的新興經濟作物,以因應全球氣候變遷考驗。

仙人掌為何能耐熱又耐旱?

仙人掌是如何適應沙漠乾旱炎熱的氣候條件呢?多數植物在白天進行光合作用時氣孔會打開以吸收二氧化碳,並利用陽光能量將二氧化碳轉化為醣類、澱粉,但此時水分會由葉片氣孔蒸散流失,氣溫愈高水分喪失愈多,因此需水量高又不耐炎熱。

仙人掌則只在夜間打開氣孔吸收二氧化碳,由於此時氣溫較低,所以能大幅降低水分流失量;而仙人掌於夜晚所吸收的二氧化碳會先以蘋果酸形式儲存於細胞液泡內,待白天再釋放出二氧化碳並參與光合作用。

墨西哥人對仙人掌的利用

到過澎湖旅遊的朋友應該品嘗過仙人掌冰,事實上在墨西哥等乾旱地區,早已培育出可食用的「蔬菜」仙人掌品種,並發展出涼拌、清炒、煎烤等料理方式;而仙人掌的果實成熟後,色澤鮮豔水分充足又富含營養價值,已被當成水果食用。此外,有墨西哥農場業者開發仙人掌果發酵以產生沼氣(生質燃料,biofuel)為自家農機提供動力,節省約三分之一燃料成本。

替代化石燃料的第一項長期田間試驗

借鏡墨西哥的經驗,內華達大學庫什曼教授團隊進行了一項為期 5 年的研究計畫,調查將仙人掌做為經濟作物之各項特性。該研究由內華達農業實驗站(Nevada Agriculture Experiment Station)和美國農業部國家糧食暨農業研究所(U.S. Department of Agriculture’s National Institute of Food and Agriculture)共同出資,是美國針對仙人掌屬物種做為發展「生物能源」(bioenergy)原料、以替代化石燃料的第一項長期田間試驗。

研究結果表明,梨果仙人掌(學名:Opuntia ficus-indica,又名食用仙人掌)的果實產量相當高,且耗水量僅有現行生物能源作物(玉米、甘蔗)五分之一,該研究成果已發表於今年(2021)一月的《全球生物變遷──生質能源》(Global Change Biology-Bioenergy)期刊。

由於仙人掌的效益與玉米、甘蔗相當,消耗水量很少又具高耐熱性,這使它們成為更具氣候適應性的作物。

推動進一步的研究

2019 年,庫什曼教授在美國農業部乾旱土地植物遺傳資源中心(National Arid Land Plant Genetic Resources Unit)就已展開一項研究計畫,尋找重要的仙人掌遺傳特徵及種源,希望培育出產量更好的新品種並優化栽培條件。

任何事物都需要精益求精,庫什曼說:「我們需要一種能快速生長並產出大量生質能源的仙人掌。」此外,庫什曼還希望能利用仙人掌基因來提高其他農作物抗旱的能力。由於仙人掌保留水分的方法之一是在白天關閉氣孔以防止水分流失,他希望能將相關基因植入其他作物之中,以提高其抗旱性。

全世界約有 42% 土地為不適合多數作物生長的半乾旱或乾旱地區,若能用來種植仙人掌,將能提供龐大的生質能源;如不採收,更可以從空氣中吸收二氧化碳,成為對抗地球暖化的生力軍。台灣近來遭逢 60 年來最缺水旱象,水稻、梨、桃、葡萄和西瓜以及茶葉等對缺水敏感之作物生產遭遇嚴峻考驗,研發耐旱作物品種將成為必須正視的課題。

註:多肉植物是一類植物統稱,用來代表有胖胖的葉子或莖的植物,它們分別屬於不同科的植物(如大戟科、番杏科等),仙人掌則專指來自於仙人掌科家族的植物。

(首圖來源:pixabay