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香蕉面臨絕種危機?絕症「黃葉病」死亡真菌現蹤哥倫比亞

小肥波
・2019/07/22 ・2418字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 584 ・九年級

作者/小肥波
本文轉載自立場新聞,原文為〈香蕉絕種危機?死亡真菌現主要出口國哥倫比亞

近年,黃葉病正在全球各地蔓延,重創市值近 400 億美元的香蕉產業,拉丁美洲亦被攻陷。上周哥倫比亞農業研究所(ICA)宣布,該國北部四個香蕉園懷疑感染 TR4 型尖孢鐮刀菌,需要緊急隔離。

如果 TR4 嚴重爆發,將會令農民生計大受打擊,亦會刺激香蕉價格上升,全球最大香蕉出口國厄瓜多爾,以及鄰近的幾個同樣香蕉出口量大的國家,如哥斯達黎加、危地馬拉,都非常關注此事件。荷蘭瓦赫寧恩大學植物病理學家 Gert Kema 更形容,我們「應極度認真對待問題」。

香蕉的絕症「黃葉病」

黃葉病是由尖孢鐮刀菌古巴專化型(Fusarium oxysporum f.sp. cubense)這種真菌造成,尖孢鐮刀菌會堵塞香蕉樹的維管束系統(vascular system),使其無法吸水,令蕉葉變黃凋謝死亡。

TR4 型是其中一個真菌株,該株真菌在二十世紀中期曾在中拉丁美洲香蕉園造成巨大破壞,結果讓原本出口最多的大米七香蕉(Gros Michel)無法再大量產出並商業性滅絕。農民最終選擇改種當時被視為次品,但可抵抗黃葉病的香芽蕉(Cavendish),現時市面上見到的香蕉九成也是香芽蕉。

基因多樣性低:一棵出事,全家牽連

圖/pixabay

避得一次避不過第二次。TR4 型尖孢鐮刀菌造成的黃葉病在 1960 年代首先再於印尼爆發,逐步傳到全球各地: 2013 年傳到中東約旦、 2015 年傳到東非莫桑比亞(與物種多樣性非常高的馬達加斯加只有一海之隔),同年全球最大香蕉生產國印度也發現 TR4 型尖孢鐮刀菌的蹤影。

至於為何香蕉業界如斯恐懼此病,除了因為無藥可醫之外,更重要是大部份蕉農都單一耕作,再加上香芽蕉跟水仙一樣是無性繁殖的植物,換言之全球的香芽蕉基因幾近完全一樣, 無法透過 DNA 變異發展出對抗黃葉病的基因。一棵香芽蕉樹出事,就等於全球的香芽蕉玩完。

圖/pixabay

剛過去的六月,北部一個大型香蕉園的員工發現疑似黃葉病症狀通知 ICA 。當局初步以聚合酶鏈反應測試(polymerase chain reaction test)蕉樹樣本——這種測試能不靠大腸桿菌或酵母菌等生物體,快速廉價地複製 DNA 片段,判斷樣本是否有黃葉病(或其他疾病,甚至是人類親子鑑定)。

樣本結果最終呈陽性, ICA 隨即展開應變計劃,關閉 4 個香蕉園並銷毀蕉樹樣本 10 米範圍內的所有植物。因為殺真菌劑無法殺死已受感染香蕉樹上的 TR4,而且泥土內的 TR4 孢子可持續生存數十年,完全銷毀附近植物是現時最有效遏制該真菌傳播的方法。

除此之外, ICA 又在香蕉園附近設檢查站為所有經過的汽車消毒,以及將疾病監控網絡擴大至另外 1,100 公頃範圍。興幸的是,到目前為止這個範圍抽查的香蕉樹樣本測試結果都是陰性。

尖孢鐮刀菌。圖/wikimedia

歐洲農業研究最強的瓦赫寧恩大學以及瓦赫寧恩當地一間植物養殖公司 KeyGene 正共同分析該四個香蕉園的樣本,期望下月會得出 TR4 的基因組排序,除了可以知道香蕉樹是否患黃葉病,亦將可窺探 TR4 的源頭,了解牠們如何傳到哥倫比亞。

由於這種真菌潛藏於泥土,能透過風、雨水以及交通工具傳播到其他地方,因此研究團隊推斷哥倫比亞發現的 TR4 型尖孢鐮刀菌,有機會是由外來農業機器、遊客或外來勞工傳入;在很多國家用來包裹食物的香蕉葉也有機會是其中一個傳播方式,不過大家可以放心的是香蕉本身不傳播該病,仍可放心食用

各地蕉農如何應對損失

圖/pixabay

現時,聯合國或任何組織都未有 TR4 對全球經濟損失的約數估算,但單是印尼估計每年因黃葉病造成的損失達 1.2 億美元,即近 36 億新台幣,而台灣如果中標經濟損失更可能達 75 億新台幣!

所謂各司其職,昆士蘭科技大學農業生物科技學家 James Dale 向《科學》表示,在 2015 年澳洲昆士蘭發現 TR4 蹤影,大部份農民都已裝設全面、昂貴的生物安全措施,避免自己的香蕉受影響,而菲律賓較為貧窮得多,當地農民只能在發現 TR4 出現時,完全放棄現有香蕉園,開拓新農地種極。不過,這只是因噎廢食的作法,最後一片淨土也可能因此消失,尤其在氣候變化夾擊下,屆時農民又可以避到哪裡去呢?

據 Dale 所言, TR4 的疫情在中南美洲比澳洲更難以控制,因為當地大量香蕉園都是由小戶種植,農民未必知道這些傳染病,亦無財力作出任何預防措施。

Kema 團隊在菲律賓的實地試驗顯示,使用多種有機物加入受感染泥土,並將整幅土地以膠布封起,這些有機物在泥土中降解,釋出對細菌與真菌都有毒的氣體,可大大減少 TR4 的孢子數目,或有助控制黃葉病蔓延。

當然這只是治標不治本,長遠來說我們仍需要研發可取代現有香蕉的品種——不要忘記,單在印度就有約 600 種香蕉!洪都拉斯過去數十年來一直研發抗 TR4 香蕉,但成品不論味道以及抗病能力都遠遜現存的香芽蕉,而 Dale 的團隊則曾在 2017 年發表報告,指其基改香芽蕉實地試驗成功,能有效抵抗 TR4 型黃葉病。團隊亦正在進行更大規模實地測試,期望這批香芽蕉可於 2023 年前正式商業售賣。不過,民眾是否接受基因改造又是另一回事了。

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小肥波
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販賣腦汁維生的蛋散,最愛吃喝玩樂,望有錢從天而降,全人類不須工作。著有《養生大謬誤》。Facebook 專頁

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失戀要吃「香蕉皮」,原來是真的?不但營養,還可以做甜點!
Evelyn 食品技師_96
・2022/09/30 ・3699字 ・閱讀時間約 7 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

香蕉皮太難吃?磨成粉就好啦!

香蕉氣味芬芳、味甜爽口、肉軟滑潤,幾乎人人都愛吃。通常大家吃完香蕉後,剝下的香蕉皮,都直接扔進垃圾桶。然而,根據外媒 ScienceDaily 的報導,其實香蕉皮的營養價值很高,被丟掉實在太可惜了!

香蕉皮因纖維含量極高(纖維質約佔了一半),不適合生吃,但 ACS 食品科學與技術期刊上最新的研究發現,這些香蕉皮乾燥後,磨成一種富含纖維、鎂、鉀和抗氧化物的「香蕉皮粉」,即可廢物再利用。

科學家們嘗試將香蕉皮粉取代一部分的麵粉,加入甜餅乾的麵糊中,製作成香甜的香蕉皮餅乾。結果發現香蕉皮粉取代麵粉比例愈多的餅乾,纖維、酚類物質含量愈高,抗氧化活性更好。

其中,以 7.5% 香蕉皮粉取代麵粉所做出來的餅乾,風味甚至比只用麵粉烘烤的餅乾更加美味[1]。如此看來,我們似乎可以利用香蕉皮粉替換掉麵包、蛋糕或餅乾配方中的精緻麵粉,使這些邪惡的烘焙點心變得更營養。

香蕉皮真的有那麼厲害嗎?

國立中興大學食品安全研究所、食品暨應用生物科技學系及食品業者共同開發的香蕉皮餅乾產品「Happy 蕉朋友」。圖 / 遠見雜誌

香蕉營養又好吃,其實「皮」比果肉更營養?!

香蕉果肉本身含有豐富的營養成分,包括鉀、鎂、葉酸、維生素 C、維生素 B6、色胺酸及膳食纖維等。果肉柔軟香甜,無種子且易剝皮,如此方便又營養的水果幾乎人人愛吃[2]

而香蕉皮的營養價值更勝果肉,除了擁有果肉原本的營養素之外,還含有更多的膳食纖維、蛋白質、色胺酸、血清素與其它生物活性物質。據研究,香蕉在成熟的時候,香蕉皮中的血清素濃度是果肉中的三倍[3]

傳統上,香蕉皮被視為一種中藥材,〈中藥大辭典〉中提到《廣東中藥》如此記載:「蕉皮為芭蕉科植物甘蕉之果皮,原植物見香蕉條。秋季收拾蕉皮曬干。果皮,鮮者黃綠色,干者黑褐色,呈不規則之條塊狀, 軟而韌,纖維眾多,具有較長的果柄,柄之纖維性較強,長約 4 至 5 厘米。以干燥、潔凈者為佳。主產廣東。內服治痢疾。炒過煎水服,治霍亂肚痛。煎水洗治皮膚瘙癢。」

而在現代藥理上,許多動物實驗已證明,香蕉皮具有抗氧化、改善情緒、治療憂鬱症、抗腫瘤和降血壓等效果[4]

香蕉在成熟的時候,香蕉皮中的血清素濃度是果肉中的三倍。圖/Unsplash

阿嬤說:「失戀就要吃香蕉皮!」,真的假的?

說到香蕉皮具有改善情緒的效果,讓人不禁想起有一種說法是「失戀要吃香蕉皮」,這是為何?

因為香蕉皮中含有豐富的兩種物質,分別是色胺酸與血清素。

色胺酸(tryptophan)是無法經由人體合成的必需胺基酸,只能從食物中攝取而來。其可減少抑鬱症狀和焦慮、提高睡眠效率和睡眠時間、改善經前症候群、調節腸道微生物組成和多樣性、抗發炎、抗氧化等作用。

而色胺酸亦是「血清素」的前驅物,血清素(serotonin)是人體中重要的神經傳導物質。

色胺酸在腦幹中的縫核神經細胞被轉化為 5-羥基色胺酸(5-hydroxytryptophan, 5-HTP),5-HTP 在血液中被運送到大腦轉換成血清素,也稱為 5-羥色胺(5-hydroxytryptamine, 5-HT)[5]

血清素是大腦的一種快樂因子,可幫助穩定情緒和抗抑鬱 、減緩神經活動,達到身體放鬆,引起愉悅和睡意的作用。另外,香蕉所含的維生素 B6 也可刺激血清素的產生[2, 5]

香蕉皮含有血清素,可以幫助穩定情緒和抗抑鬱。圖/Pexels

青香蕉抗性澱粉可替代麵粉做成更營養的甜點

雖然香蕉皮營養價值高,又可以幫助心情變好,不過應該沒有消費者會想直接吃皮…

不用擔心,其實我國早在 2003 年,就利用國產青香蕉加工,連皮攪碎、過濾水份,去除雜質使澱粉沉澱,反覆脫水再磨成細粉,製成具高含量抗性澱粉的「青香蕉高纖維粉」[6, 7]

它具有顏色白、吸水性低的優點,可應用於麵包及糕點等烘焙製品,強化膳食纖維並調整產品質地,提升產品附加價值[6]

但之所以使用青香蕉,而不是黃熟香蕉,是因青香蕉的抗性澱粉(resistant starch, RS)含量較高。

抗性澱粉,是一種不易被人體消化吸收的澱粉,與膳食纖維具有類似的效果,除了不易消化吸收,增加飽足感,促進腸胃道蠕動。還能抑制餐後血糖升高,降低胰島素分泌,增加脂肪代謝速率,不易囤積脂肪,是良好的澱粉選擇。

據研究,以青香蕉抗性澱粉取代部分麵粉所製成的吐司,不但降低吐司的升糖指數(glycemic index, GI)[註],且風味、口感及色澤比一般的吐司更受到消費者的喜愛[8]

在臺灣,香蕉一年四季都盛產,但有時產量過剩造成價格低落,利用這套技術,就可以解決部分香蕉滯銷的問題[6]

國產青香蕉高纖維粉富含抗性澱粉。圖 / 參考資料 6
國產青香蕉高纖維粉製成的高纖涼麵。圖 / 參考資料 6

香蕉皮健康又營養,由它做的點心就可以放心吃嗎?

不過就算香蕉皮營養價值這麼高,也不代表我們可以盡情享用香蕉皮做的烘焙點心。

以先前提到的研究結果為例,香蕉皮餅乾確實比一般的餅乾營養價值高,但本質上仍是餅乾,一樣含有麵粉、油與糖的精緻食品,一樣會吃進許多熱量與油脂,最終導致肥胖。

所以香蕉皮做的點心還是適量解饞就好,不能因為它比較健康就吃得太過分囉!

除了香蕉皮之外,其實許多水果果皮的營養素比果肉來得多,這是因為果皮通常含有更豐富的植化素(phytochemicals),指的是存在於植物中的天然化學物質,為植物天然色素和氣味的主要來源,人體無法自己製造,必須從各種食物中攝取[9]

植化素在人體中可以清除自由基、抗氧化、降低發炎反應或提升抵抗力,而不同顏色的蔬果含有不同種類的植化素,像是蘋果皮含有多酚類、槲皮素、花青素(紅蘋果才有)[10];葡萄皮含有多酚類和花青素(紫葡萄才有)[2]

紅蘋果含有多酚類、槲皮素、花青素;紫葡萄含有多酚類和花青素。圖/Pixabay

不過這些營養的植化素經過加工後,可能或多或少被破壞、流失掉。一般來說,光線、空氣,還有 pH 值變化、溫度和接觸到金屬陽離子等,都是影響植化素變質的因素。

當然,除了蘋果和葡萄之外,水梨、蕃茄、桃子、李子等都是很適合連皮一起吃的水果。這樣不但省了削皮的麻煩,還可以攝取到豐富的植化素及膳食纖維,更減少廢棄物的產生[11]

不過要注意的是,記得要將果皮刷洗乾淨後再分切,以避免刀子將果皮細菌帶進果肉喔!

註解

  • 升糖指數(glycemic index, GI):是以「食用純葡萄糖後的血糖增加值」為基準,和「食用其他食物後血糖之增加值」來比較所得之指數,可藉以評估食用不同食物後,對餐後血糖造成的影響。一般來說,葡萄糖的分子小,容易被腸胃道吸收,因此會引起較大的血糖起伏,GI 值也會比較高[12]

參考資料

  1. Shafi, A., Ahmad, F. and Mohammad, Z. H. 2022. Effect of the Addition of Banana Peel Flour on the Shelf Life and Antioxidant Properties of Cookies. ACS Food Science and Technology 2: 8 1355-1363.
  2. 行政院農業委員會,2019。10 香蕉/15 葡萄。國產農漁畜產品教材。
  3. Gonçalves, A. C., Nunes, A. R., Alves, G. and Silva, L. R. 2021. Serotonin and melatonin: plant sources, analytical methods, and human health benefits. Revista Brasileira de Farmacognosia 31: 2 162-175.
  4. 韋婕婷,2013。香蕉果皮與一枝香之生物活性成分之探討。國立宜蘭大學食品科學系碩士學位論文。宜蘭。
  5. 高澔宇,2019。香蕉花、皮、果肉作為機能性食材之可行性研究。天主教輔仁大學生命科學系研究所碩士論文。新北。
  6. 行政院農業委員會,2003。國產青香蕉高纖維粉之開發與應用。農政與農情第 258 期。
  7. 行政院農業委員會,2003。國內第一家青香蕉製成抗性澱粉 獲日本人青睞。農業知識入口網。
  8. 陳麒升,2021。綠香蕉加工對香蕉產業影響的研究。國立臺灣大學生物資源暨農學院生物產業暨傳播發展學系碩士論文。臺北。
  9. 衛生福利部國民健康署,2021。天然蔬果 抗疫給力 吃出五彩人生
  10. 行政院衛生署。蘋果 記憶之果的營養成分。財團法人台灣癌症基金會。
  11. 衛生福利部國民健康署,2018。低碳飲食 愛護地球守護健康 國健署提供選購三原則 讓減碳從飲食做起
  12. 衛生福利部國民健康署,2022。「國人膳食營養素參考攝取量」第八版 – 碳水化合物
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Evelyn 食品技師_96
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一名食品技師兼研發專員,對食品科學充滿熱忱。有鑒於近年發生許多食安風暴,大眾對於食品安全的關注越來越高,網路上卻充斥著不實資訊或謠言。希望能貢獻微薄之力寫些文章,讓更多人有機會認識食品科學的正確知識!想獲得更多食品營養資訊可追蹤作者的粉絲專頁喔!https://www.facebook.com/profile.php?id=100066016756421

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來趟蕉心之旅?購買有產地履歷的香蕉好安心
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/06/02 ・2160字 ・閱讀時間約 4 分鐘

本文由 家樂福食物轉型計畫 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳彥諺

你喜歡吃香蕉嗎?香蕉是台灣人從小到大非常熟悉的水果,不僅方便攜帶、營養價值豐富,更符合現代的養生概念,很適合健身者、節食者。不過,你是從哪裡買到香蕉的呢?
你知道現在已經有專屬香蕉的「驗證」了嗎?

從以前到現在的台灣「蕉傲」

為什麼香蕉也有驗證?在談到驗證之前,首先讓我們聊聊過去。

作為常見的、隨手可得的水果,香蕉不只是台灣重要的水果產業之一,也是全球重要的經濟果樹及糧食作物。在巔峰時候,香蕉曾經是全球產量最多的水果,經濟價值非常高,僅次於蘋果、柑橘及葡萄,而糧食重要性也僅次於小麥、稻米和玉米。

而我們的台灣,曾經有「香蕉王國」美名,當時因爲產量大,加上風土及氣候適合栽種,台灣種植出來的香蕉特別好吃,價格和出口銷量的成績都非常亮眼。在香蕉的黃金年代中,台灣東西南北都有種植。

只是,雖然台灣是香蕉王國,外銷成績乍看亮眼,但蕉農的辛苦卻很少人知道。行話裡有種說法是「種蕉如賭」,因為種植香蕉必須靠天吃飯,將蕉苗種下之後,接著蕉農便得對賭著天氣氣候環境市場狀況——如果自然條件不佳,會導致收成慘澹,不過,若整體銷量過剩,也將造成價格大跌。又如果非常好運,成功撐過上述的局面,最終在進入市場銷售前,還將面臨到中盤、行口(台語)的層層轉手。作為一個蕉農,有太多變數不能掌控,收入也因此起伏不定。

吃好蕉!守護蕉農大行動!

台灣香蕉,從過去的出口黃金年代,邁入今天的另一個美好時代。如今,香甜軟糯的台灣香蕉,仍然是我們生活中的重要存在。

今天的台灣,因為經歷了多次爆發的食安問題,消費者越來越注重食品安全。與此同時,農民們仍然有收入穩定的需求。要如何平衡這兩點呢?

家樂福認為,比起讓蕉農單打獨鬥,有另一個能兼顧農民與消費者雙方利益的方法,那就是以賣場的力量,支持小農。家樂福賣場內,只販售通過驗證的香蕉,藉由驗證,不僅可以做到產地溯源、驗證履歷,鼓勵且支持小農轉型,讓蕉農可以專注栽種,不需擔心後端銷售問題,同時,顧客也能藉由驗證得知透明資訊,進而安心選購。

四大金蕉:履歷蕉、有機蕉、金蕉伯、石虎香蕉

家樂福的香蕉驗證共有四大種。家樂福的「履歷蕉」,是從雲林屏東產區中挑選出來當季的、品質最優良的香蕉,並且全產品都需具備「產銷履歷(TAP)標章」,也需要遵循「家樂福農藥規範」,履歷蕉的每一根香蕉,都有其栽種來源用藥是否符合歐盟標準的紀錄,且只有在經過政府委託的第三方驗證機構定期抽檢合格後才能販售。

家樂福 BIO 有機香蕉」則是來自全台最大的「有機驗證(Organic)」香蕉農園,位於屏東。「有機」的標章並不好取得,蕉農必須以全天然農法栽種,不施化肥不催生催熟,以人工除草代替除草劑,讓土壤是自然健康的狀態,健康的土壤所種植出來的香蕉,除了來源健康,口感香氣也特別好。

金蕉伯履歷香蕉」不是一個人,而是一群人!10 多年前,家樂福已開始在全台各地找尋志同道合的農友,終於在雲林遇到願意為食品安全環境永續共同努力的蕉農,後來更成為長期契作的對象。他們以友善農法耕種,呵護土地,種出好蕉。

石虎山蕉」則是南投中寮的一群農友。他們為了保育瀕臨絕種的台灣保育類動物石虎,不擴大農地面積、不使用化學肥料及除草劑,保留給石虎一塊乾淨安全友善的棲息地。

家樂福的 Act For Food 食物轉型計畫

家樂福與民生息息相關,通路可以單純只是販售點,也可以帶來改變、產生力量。因此,家樂福推動食物轉型計畫,希望建立起與農民、農民團體相互信賴的合作連結,藉由大量計畫性種植、保證收購降低平均成本,一來讓農民能獲得合理的農務所得,二來讓消費者能以合理價格買到安全的食物,三來,通路能成為穩定供貨的角色。

買香蕉選擇家樂福香蕉驗證,不僅食得安心,更是以行動支持在地農民。家樂福相信每個人都值得最好的,以家樂福 AFF 食物轉型作為領航,一同創造友善農民、土地、消費者的共好模式。

家樂福以行動,開創對所有人與土地共生共好的食物轉型模式,也邀請大家一同參與支持。

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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香蕉也有身分證!找到抗黃葉病品種的 DNA 特徵,保護台蕉專利權
研之有物│中央研究院_96
・2020/03/05 ・4093字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 545 ・八年級

本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位

  • 採訪編輯|張容瑱、美術編輯|林洵安

「以前只會吃香蕉,不會特別關心香蕉。」中研院農業生物科技研究中心陳荷明副研究員,過去研究主題無關香蕉,也沒有想過自己有一天會研究香蕉,但有鑑於香蕉黃葉病影響甚鉅,加入了研究的行列。她帶領團隊運用基因序列資料分析,找到鑑定台灣抗黃葉病香蕉品種的分子標誌,保障台灣香蕉的品種專利權。跟著研之有物一起來了解!

抗黃葉病品種的分子標誌

處處買得到的香蕉,好吃、便宜又很方便,剝開皮就可以吃,兩三口就吞下肚,因為果肉裡沒有籽,不需要一邊吃一邊吐籽…… 等等!你有沒有想過:香蕉沒有籽,怎麼繁衍下一代?

香蕉便宜又美味,不需要一邊吃一邊吐籽。台灣的香蕉在國際上更是高級蕉代表,被譽為香蕉王國。
圖片來源│iStock

香蕉,其實有籽……

切開香蕉,果肉中軸附近有一些黑點,有些比較明顯,有些幾不可見。這些黑點正是香蕉已退化或發育不良的種子。因為市面上的食用香蕉大多是三倍體,也就是有三套染色體的華蕉。三倍體的香蕉會開花、會結出果實,但沒辦法發育出正常的種子。

人類是二倍體,有兩套染色體,一套來自父親、一套來自母親。像香蕉這樣染色體超過兩套的,稱為「多倍體」,這在動物界很少見,在植物界卻相當普遍,像小麥是六倍體,草莓則是八倍體。由於多倍體結的果實通常比較大,而且相較於二倍體來說,有更多染色體可儲存基因,具備比較多樣的性狀,在農業上有許多應用價值。而且三倍體的香蕉種子會退化,能讓果肉吃起來柔軟滑順。

有些香蕉仍有明顯種子,它們是二倍體、四倍體,種子又黑又硬、大小如木瓜籽。三倍體的香蕉,則是二倍體和二倍體,或是二倍體和四倍體香蕉雜交而來,例如:一個二倍體親代提供一套、另一個二倍體親代提供兩套,結合成三倍。三倍體香蕉種子不能正常發育,只剩下種皮。資料來源│ 蘇柏諺 (陳荷明實驗室)圖說重製│林洵安

沒有種子,怎麼繁殖?香蕉採用「營養繁殖」,利用從塊莖冒出來的「吸芽」產生新的植株。栽種時,農民可直接挖取母株旁邊由吸芽發育長成的小香蕉樹,移植到另外的田地上,或是向蕉苗場購買利用組織培養產生出來的香蕉苗。無論用哪一種方式栽種,母株和子株的基因幾乎是一樣的,保障香蕉的優良品種。

但,保留品種的反面,即缺乏基因多樣性。一旦現存品種對於某種疾病沒有抵抗力,即將面臨全面性的滅種危機……

黃葉病:香蕉的瘟疫

香蕉大滅絕,沒有香蕉吃——這可不是危言聳聽,而是真實發生過。一百多年前中南美洲主要栽種的香蕉品種是「大米七」,雖然外皮比較厚,但是香氣濃郁,果肉超甜,據說比現在的華蕉更美味。 1900 ~ 1960 年間,香蕉黃葉病肆虐,導致大米七幾近滅絕。

香蕉黃葉病又稱「巴拿馬病」,是一種叫做「尖孢鐮刀菌古巴專化型」的真菌所引起,這種真菌能以(厚壁)孢子的型態在土壤裡存活超過三十年,經由土壤、灌溉水或附著在農具或車輛上,四處傳播、感染栽種在田裡的香蕉。罹病的香蕉會由下方老葉葉緣先黃化,然後逐漸擴大,最後整株枯萎死亡。罹病的香蕉植株如果隨意丟棄,也會傳播病菌,難以防治。

所幸,後來可抗黃葉病的華蕉取代了大米七,成為目前全世界主要栽種的品種,人們才又有香蕉可以吃,臺灣的主力品種「北蕉」就是屬於華蕉。

然而,黃葉病的威脅並沒有遠離。1967 年台灣屏東縣佳冬地區的蕉園首次出現熱帶第四型黃葉病,罪魁禍首是尖孢鐮刀菌古巴專化型的第四型生理小種。華蕉雖然可以抵抗舊型的黃葉病,卻無法抵抗這種新型黃葉病。1990 年代,新型黃葉病繼續入侵東南亞,2013 年證實已入侵南亞、中東、非洲及澳洲的香蕉園!

香蕉研究所,培育抗黃葉病品種

至此,全世界無不想辦法拯救香蕉的滅種危機,其中包括培育能抵抗新型黃葉病的香蕉新種,例如:台灣香蕉研究所培育的寶島蕉(又稱台蕉四號)、台蕉五號和七號,其中台蕉五號在台灣、寶島蕉在菲律賓皆已有商品化,除了抗病,也直接有經濟產值。一旦華蕉全面性的毀滅降臨時,這些可抗新型黃葉病的品種將會成為蕉農的救星。因為尖孢鐮刀菌很難用殺真菌劑殺死,又能潛藏在土壤中數十年,難以從田地中清除,改種抗病品種可說是解除黃葉病威脅最好的策略之一。

三倍體的華蕉,雖然會開花,但花無法受孕產⽣種⼦,因此必須以組織培養孕育新種。台灣香蕉研究所的研究員,在香蕉苗的組培階段,誘導植株突變,增加基因多樣性,再將香蕉苗種回疫區田間,挑選出存活的抗病栽培種,最終培育出可抗黃葉病的寶島蕉、台蕉五號、台蕉七號。
資料來源│蘇柏諺 (陳荷明實驗室)
圖說重製│林洵安

問題來了!未來如果將抗病品種推廣到其他國家,必須防範別的國家買了少量香蕉幼苗後,利用組織培養大量盜用。但過往作物多由植株或果實的外型做為分類,不容易分辨,爭議時也較難舉證。

為此,陳荷明研究團隊發揮基因序列資料分析的專長,找到了寶島蕉、台蕉五號和七號 DNA 上特殊的序列,一旦有人盜用,就能從這些獨特的 DNA 序列,也就是分子標誌,鑑定出該品種是否源自台灣香蕉研究所。

香蕉的身分證:具專一性的分子標誌

想要正確區隔出品種,分子標誌必須有專一性,以達到可信任的辨別度。陳荷明的研究團隊先把香蕉會表現的基因定序出來,利用電腦程式比對北蕉和抗病品種,找出哪些 DNA 序列不一樣,將有差異的序列一個個挑出來,進一步比對各個品種之間的差別,從中選出單一品種特有的分子標誌,作為鑑定品種的依據。

定序之後,比對寶島蕉與北蕉的基因序列,找出不一樣的地方做為寶島蕉的分子標誌候選者。再將候選的分子標誌和台蕉五號、台蕉七號及常見的栽培品種的序列比對,找出只有寶島蕉才有、其他品種都沒有的最佳分子標誌。研究團隊會為一個品種挑選大量分子標誌,再三確認,以確保可信度。
資料來源│蘇柏諺 (陳荷明實驗室)
圖說重製│林洵安

找到各個品種特有的分子標誌之後,陳荷明的團隊開發出兩種鑑定分子標誌的方法。

方法一:使用限制內切酶切割特定 DNA 片段。限制內切酶可與特定的 DNA 序列結合,將序列從中間切斷。它的專一性很高,如果序列有一點點不一樣,它就沒辦法結合、切斷序列。再用電泳法分離切割後的 DNA 片段,片段越小跑得越遠,如此一來,從電泳圖上條帶的數量和位置即可鑑定品種。

實際做法是:挑選一個 DNA 片段,如果受測基因序列屬於一般北蕉(不抗新型黃葉病),片段會被切斷,電泳會出現兩條線(代表被切斷後兩個較小片段)。如果這段基因序列屬於抗新型黃葉病的台蕉(如寶島蕉),片段無法被切斷,就會多出一條代表完整片段的線。這種方法費用相對便宜,而且不到三個小時就能知道結果。但不是所有找到的品種特有序列,皆能找到適當的限制內切酶來分辨。

以一般北蕉來說,用特定限制內切酶去切特定分子標誌所在的 DNA 序列,北蕉的 DNA 序列會被裁切成兩段,跑電泳後,電泳圖下方出現兩條條帶,表示較短的兩個片段。
資料來源│蘇柏諺 (陳荷明實驗室)
圖說重製│林洵安
寶島蕉該處的 DNA 序列與北蕉有差異,限制內切酶無法切斷 DNA 序列,跑電泳後,可發現電泳圖多出一條完整片段的條帶,形成三條色帶。為什麼不是一條線,而是三條線?北蕉有三套染色體,但變異通常只發生在其中一條染色體上,所以無法被裁切的序列大概只有三分之一,另外三分之二還是會被裁切。
資料來源│蘇柏諺 (陳荷明實驗室)
圖說重製│林洵安

方法二:經由聚合酶連鎖反應大量複製分子標誌的 DNA 片段,然後以「桑格定序法」(Sanger sequencing),進行專一性片段的定序。簡言之,桑格定序能直接檢測出 DNA 片段上 ATCG 四種鹼基的排列順序(一般交由提供定序服務的廠商處理),檢查序列上特定位置是否有變異,就可以確認品種。

桑格定序法費用較高,定序時間比較久,但準確性高,目前陳荷明提供香蕉研究所的品種特有分子標誌,都能以桑格定序來檢測。

舉例來說,北蕉有一段序列是 GAAT,台蕉五號為 GACT,第三個鹼基的位置,在北蕉為 A,在台蕉五號則突變為 C,以此段序列作為鑑定台蕉五號的分子標誌。把未知品種該處的 DNA 片段拿去定序,測定出來的序列如果包含 GACT,就能知道該品種為台蕉五號。
資料來源│蘇柏諺 (陳荷明實驗室)
圖說重製│林洵安

創新的檢驗方式,研發開端可謂篳路藍縷,除了要整合多種現有序列分析工具,嘗試不同參數設定,甚至得自行編寫程式!由於要比對的序列非常龐大,沒辦法用人工逐一比對,必須靠電腦運算。不是資訊背景出身的研究助理侯博瀚,自學程式設計,編寫程式比較北蕉與抗病品種間序列差異,實驗才能進行。之後,博士後江明豪和研究助理蘇柏諺針對找到的北蕉與台蕉差異序列,以多個在地及國際常見香蕉品種,進行廣泛地測試,終於驗證分子標誌的專一性。

那麼,陳荷明團隊的下一步呢?「既然找到抗病品種的特殊序列,是否能從其中找到抗黃葉病的基因呢?」事實上,確認抗病品種的分子標誌來區分香蕉品種,只是最基礎的工作。陳荷明和許多與黃葉病對抗的科學家正分頭努力,最終希望找到香蕉抗黃葉病的基因,掌握抗病的機制,幫助香蕉擊退黃葉病,讓蕉農有香蕉可種,民眾永遠有美味又方便的香蕉可享用。

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香蕉面臨絕種危機?絕症「黃葉病」死亡真菌現蹤哥倫比亞
小肥波
・2019/07/22 ・2418字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 584 ・九年級

作者/小肥波
本文轉載自立場新聞,原文為〈香蕉絕種危機?死亡真菌現主要出口國哥倫比亞

近年,黃葉病正在全球各地蔓延,重創市值近 400 億美元的香蕉產業,拉丁美洲亦被攻陷。上周哥倫比亞農業研究所(ICA)宣布,該國北部四個香蕉園懷疑感染 TR4 型尖孢鐮刀菌,需要緊急隔離。

如果 TR4 嚴重爆發,將會令農民生計大受打擊,亦會刺激香蕉價格上升,全球最大香蕉出口國厄瓜多爾,以及鄰近的幾個同樣香蕉出口量大的國家,如哥斯達黎加、危地馬拉,都非常關注此事件。荷蘭瓦赫寧恩大學植物病理學家 Gert Kema 更形容,我們「應極度認真對待問題」。

香蕉的絕症「黃葉病」

黃葉病是由尖孢鐮刀菌古巴專化型(Fusarium oxysporum f.sp. cubense)這種真菌造成,尖孢鐮刀菌會堵塞香蕉樹的維管束系統(vascular system),使其無法吸水,令蕉葉變黃凋謝死亡。

TR4 型是其中一個真菌株,該株真菌在二十世紀中期曾在中拉丁美洲香蕉園造成巨大破壞,結果讓原本出口最多的大米七香蕉(Gros Michel)無法再大量產出並商業性滅絕。農民最終選擇改種當時被視為次品,但可抵抗黃葉病的香芽蕉(Cavendish),現時市面上見到的香蕉九成也是香芽蕉。

基因多樣性低:一棵出事,全家牽連

圖/pixabay

避得一次避不過第二次。TR4 型尖孢鐮刀菌造成的黃葉病在 1960 年代首先再於印尼爆發,逐步傳到全球各地: 2013 年傳到中東約旦、 2015 年傳到東非莫桑比亞(與物種多樣性非常高的馬達加斯加只有一海之隔),同年全球最大香蕉生產國印度也發現 TR4 型尖孢鐮刀菌的蹤影。

至於為何香蕉業界如斯恐懼此病,除了因為無藥可醫之外,更重要是大部份蕉農都單一耕作,再加上香芽蕉跟水仙一樣是無性繁殖的植物,換言之全球的香芽蕉基因幾近完全一樣, 無法透過 DNA 變異發展出對抗黃葉病的基因。一棵香芽蕉樹出事,就等於全球的香芽蕉玩完。

圖/pixabay

剛過去的六月,北部一個大型香蕉園的員工發現疑似黃葉病症狀通知 ICA 。當局初步以聚合酶鏈反應測試(polymerase chain reaction test)蕉樹樣本——這種測試能不靠大腸桿菌或酵母菌等生物體,快速廉價地複製 DNA 片段,判斷樣本是否有黃葉病(或其他疾病,甚至是人類親子鑑定)。

樣本結果最終呈陽性, ICA 隨即展開應變計劃,關閉 4 個香蕉園並銷毀蕉樹樣本 10 米範圍內的所有植物。因為殺真菌劑無法殺死已受感染香蕉樹上的 TR4,而且泥土內的 TR4 孢子可持續生存數十年,完全銷毀附近植物是現時最有效遏制該真菌傳播的方法。

除此之外, ICA 又在香蕉園附近設檢查站為所有經過的汽車消毒,以及將疾病監控網絡擴大至另外 1,100 公頃範圍。興幸的是,到目前為止這個範圍抽查的香蕉樹樣本測試結果都是陰性。

尖孢鐮刀菌。圖/wikimedia

歐洲農業研究最強的瓦赫寧恩大學以及瓦赫寧恩當地一間植物養殖公司 KeyGene 正共同分析該四個香蕉園的樣本,期望下月會得出 TR4 的基因組排序,除了可以知道香蕉樹是否患黃葉病,亦將可窺探 TR4 的源頭,了解牠們如何傳到哥倫比亞。

由於這種真菌潛藏於泥土,能透過風、雨水以及交通工具傳播到其他地方,因此研究團隊推斷哥倫比亞發現的 TR4 型尖孢鐮刀菌,有機會是由外來農業機器、遊客或外來勞工傳入;在很多國家用來包裹食物的香蕉葉也有機會是其中一個傳播方式,不過大家可以放心的是香蕉本身不傳播該病,仍可放心食用

各地蕉農如何應對損失

圖/pixabay

現時,聯合國或任何組織都未有 TR4 對全球經濟損失的約數估算,但單是印尼估計每年因黃葉病造成的損失達 1.2 億美元,即近 36 億新台幣,而台灣如果中標經濟損失更可能達 75 億新台幣!

所謂各司其職,昆士蘭科技大學農業生物科技學家 James Dale 向《科學》表示,在 2015 年澳洲昆士蘭發現 TR4 蹤影,大部份農民都已裝設全面、昂貴的生物安全措施,避免自己的香蕉受影響,而菲律賓較為貧窮得多,當地農民只能在發現 TR4 出現時,完全放棄現有香蕉園,開拓新農地種極。不過,這只是因噎廢食的作法,最後一片淨土也可能因此消失,尤其在氣候變化夾擊下,屆時農民又可以避到哪裡去呢?

據 Dale 所言, TR4 的疫情在中南美洲比澳洲更難以控制,因為當地大量香蕉園都是由小戶種植,農民未必知道這些傳染病,亦無財力作出任何預防措施。

Kema 團隊在菲律賓的實地試驗顯示,使用多種有機物加入受感染泥土,並將整幅土地以膠布封起,這些有機物在泥土中降解,釋出對細菌與真菌都有毒的氣體,可大大減少 TR4 的孢子數目,或有助控制黃葉病蔓延。

當然這只是治標不治本,長遠來說我們仍需要研發可取代現有香蕉的品種——不要忘記,單在印度就有約 600 種香蕉!洪都拉斯過去數十年來一直研發抗 TR4 香蕉,但成品不論味道以及抗病能力都遠遜現存的香芽蕉,而 Dale 的團隊則曾在 2017 年發表報告,指其基改香芽蕉實地試驗成功,能有效抵抗 TR4 型黃葉病。團隊亦正在進行更大規模實地測試,期望這批香芽蕉可於 2023 年前正式商業售賣。不過,民眾是否接受基因改造又是另一回事了。

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小肥波
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