【農業洞察 AgriINSIDE】〔ROS自由基:細胞殺手〕作物逆境傷害系列#1

本文由〔科技農報〕和〔國歡植保〕共同編排與撰文,國歡植保致力以「農業科學」推廣農業資材,本次推出「逆境傷害」系列科普文章,期盼藉由科技農報的社群傳播力,讓更多農民了解「ROS自由基、與植物抗氧化系統」如何影響作物生長、以及田間管理的應變措施。


【農報文摘】「田間逆境與極端氣候」十年前只會出現在作物科學教科書上,現在已經成為農民管理農場的田間常見話題。異常乾旱、致災性豪雨、霸王寒流都是這幾年你我印象深刻的極端氣候事件,連人都受不了這樣的環境,更別提田間的作物。在作物管理科學領域,科學家通常以「逆境」來形容這些氣象事件,常見的逆境條件包含乾旱、淹水、熱傷害等,本篇文章邀請了國歡植保經理,分享資材業者如何引導農友,透過田間作物的健康管理,減少逆境對作物的傷害。


《ROS:細胞受傷的元凶》

極端氣候越來越常發生,包含乾旱、淹水、鹽基障礙、高光照、熱傷害、凍傷、臭氧、病蟲害等,都會在細包中產生高濃度的ROS(自由基)。所謂的活性氧族(Reactive oxygen species;ROS)或稱作「自由基」的分子,具有強氧化性,化學活性極強且十分不穩定,會傷害細胞。很神奇的是,這類具有殺手特性的小分子在低濃度下卻能作為訊號因子。

也就是說,自由基就像是一把雙面刃,
對細胞的是傷害、還是特殊功用?
取決於細胞內濃度!



國歡植保商務技術副理林煥智表示,低濃度的ROS是細胞訊號,是扮演植物器官之間的「訊號傳遞角色」、可以提升作物的耐逆境能力,換句花說,這是一種細胞內的自我平衡狀態!不過,作物若持續遭受逆境,細胞則會持續產生ROS,此時細胞內不斷累積高濃度的ROS,最終導致細胞死亡。。

《ROS(自由基)讓植物細胞慢性發炎》


ROS對細胞的影響依照傷害程度分為五個階段

1. 細胞的蛋白質受到破壞、遺傳物質DNA出現斷裂狀態。導致細胞分裂異常,產生弱根弱花的現象

2.細胞膜破裂,累積的養分流失,生長停滯,且細胞受傷又產生更多ROS。

3.代謝下降,累積養分的光合作用與產生能量的呼吸作用失效。開始消耗過去所儲藏的養分。

4.更高濃度的ROS產生,產生大量細胞損傷。

5.細胞死亡。最初葉片黃化壞疽,接著落葉、落花、落果,最終萎凋死亡。

《植物細胞用抗氧化系統抵抗ROS》

細胞也不是毫無招架之力,植物自己有一套抗氧化系統來抵抗逆境。細胞透過抗氧化酵素的累積,來清除ROS,但這個過程會消耗本來儲藏的養分與能量。

為此國歡植保提出幾個可行的逆境管理策略:

1.逆境前,「累積足夠養分」以支援抗氧化系統需要的必備能量。

2.逆境前增加足夠葉面積,並同時培養更強壯的根系結構。這是為了逆境來臨時有更強壯的抵抗力。

3.提高光合作用能力,累積足夠碳水化合物。這些碳水化合物作為燃料或原料,提供植物優化生理代謝,避免代謝中斷症況。

4.逆境後快速刺激抗氧化酵素的累積,提高抗氧化能力。避免細胞持續受傷,才能把能量用在修復,累積產量優勢。

國歡植保推廣經理劉佩芳認為:

「作物逆境」已成為台灣氣象的新常態,要如何與逆境共存已經成為農業生產的一大難題。以2021年為例,因為3-5月的高溫乾旱缺水,農損高達六億多元。而7月底到8 月上旬的豪雨,短短半個月竟產生近六億元的農損。農業靠天吃飯,但農業技術的進步,適當使用農業資材與肥料可以讓我們幫助作物度過短暫的逆境,或者在逆境中維持一定的細胞活力,等待逆境過後重新恢復生機。


參考資料:

  • 菁大讚
    https://www.gofarco.com.tw/plant/list/25
  • 億長好 / 適長好
    https://www.gofarco.com.tw/plant/list/37
  • 國歡植保-專業技術新知
    https://www.gofarco.com.tw/plant/blog/20#filter-24

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