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馬唐屬的雜草(Crabgrass)如何霸佔土地

葉綠舒
・2013/06/27 ・874字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 444 ・四年級

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馬唐屬的雜草,俗稱crabgrass(來源:維基百科)

馬唐屬(Digitaria)的雜草(見上圖)大家都不陌生,在草地、農田裡面都很容易可以看到它們。他們長得快、而且因為是C4代謝所以特別不怕熱,根系又很深,任何地方只要有了它,若不趕緊除去,很快就會長得到處都是。

有些人認為這類的雜草能夠佔據草地、農田是因為它把其他植物生存的空間奪走了,讓其他植物不能進行光合作用;最近發表的研究成果發現,事情並沒有我們想得那麼單純。

研究團隊發現,馬唐屬的雜草,他們的根部會分泌三種化學物質:veratric acid, maltol, and (−)-loliolide(1)。這三種化學物質會抑制土壤中的細菌與真菌生長,改變土壤的菌相,造成小麥、玉米、大豆的生長受到抑制。當這些農作物的生長變慢了(其中玉米也是C4植物),馬唐屬的雜草便可以趁勢取而代之,成為農田裡的主要植物。

植物之間像這樣經由根部分泌有害物質來抑制其他的植物生長,進而使自己得以好整以暇地取得大部分的資源的行為,稱為allelopathy。

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不過,筆者第一次讀到allelopathy倒不是在專業的書中,而是在飛狐外傳裡面;金庸在飛狐外傳裡創造了一種具有非常強勢的allelopathy的植物:血矮栗。根據書中所說,「只要有這麼一棵樹長著,周圍數十步內寸草不生,蟲蟻絕跡,一看便知。」這一看就知道是allelopathy,只是這樣的植物太也可怕了。

相對來說,馬唐屬的雜草倒是還好,他分泌的毒素只會毒害細菌與真菌,造成農作物長得不好。為什麼細菌跟真菌會與農作物的生長有關呢?

因為植物的根部在土壤中會與細菌、真菌形成共生的關係,細菌會跟根部產生的黏液形成一層稱為mucilage的構造,它可以保護植物的根部不受到其他有害細菌與真菌的侵襲;而共生的真菌(稱為mycorrhizae)則可以幫助植物的根部吸取更多的礦物質,使植物長得更好。所以,如果這些細菌跟真菌不再有辦法跟植物共生,不管是因為農藥或是附近長了馬唐屬的雜草等等,都會影響到植物的生長。

所以,下次看到馬唐屬的雜草出現在家裡的草地時,順手拔除可能是最好的辦法。

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參考文獻:

1. Bin Zhou, Chui-Hua Kong, Yong-Hua Li, Peng Wang, and Xiao-Hua Xu. 2013. Crabgrass(Digitaria sanguinalis) Allelochemicals That Interfere with Crop Growth and theSoil Microbial Community. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 61 (22): 5310 DOI: 10.1021/jf401605g
2. Crabgrass’ secret: The despised weed makes herbicide to kill neighboring plants

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葉綠舒
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做人一定要讀書(主動學習),將來才會有出息。

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LDL-C 正常仍中風?揭開心血管疾病的隱形殺手 L5
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/06/20 ・3659字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 美商德州博藝社科技 HEART 合作,泛科學企劃執行。

提到台灣令人焦慮的交通,多數人會想到都市裡的壅塞車潮,但真正致命的「塞車」,其實正悄悄發生在我們體內的動脈之中。

這場無聲的危機,主角是被稱為「壞膽固醇」的低密度脂蛋白( Low-Density Lipoprotein,簡稱 LDL )。它原本是血液中運送膽固醇的貨車角色,但當 LDL 顆粒數量失控,卻會開始在血管壁上「違規堆積」,讓「生命幹道」的血管日益狹窄,進而引發心肌梗塞或腦中風等嚴重後果。

科學家們還發現一個令人困惑的現象:即使 LDL 數值「看起來很漂亮」,心血管疾病卻依然找上門來!這究竟是怎麼一回事?沿用數十年的健康標準是否早已不敷使用?

膽固醇的「好壞」之分:一場體內的攻防戰

膽固醇是否越少越好?答案是否定的。事實上,我們體內攜帶膽固醇的脂蛋白主要分為兩種:高密度脂蛋白(High-Density Lipoprotein,簡稱 HDL)和低密度脂蛋白( LDL )。

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想像一下您的血管是一條高速公路。HDL 就像是「清潔車隊」,負責將壞膽固醇( LDL )運來的多餘油脂垃圾清走。而 LDL 則像是在血管裡亂丟垃圾的「破壞者」。如果您的 HDL 清潔車隊數量太少,清不過來,垃圾便會堆積如山,最終導致血管堵塞,甚至引發心臟病或中風。

我們體內攜帶膽固醇的脂蛋白主要分為兩種:高密度脂蛋白(HDL)和低密度脂蛋白(LDL)/ 圖片來源:shutterstock

因此,過去數十年來,醫生建議男性 HDL 數值至少應達到 40 mg/dL,女性則需更高,達到 50 mg/dL( mg/dL 是健檢報告上的標準單位,代表每 100 毫升血液中膽固醇的毫克數)。女性的標準較嚴格,是因為更年期後]pacg心血管保護力會大幅下降,需要更多的「清道夫」來維持血管健康。

相對地,LDL 則建議控制在 130 mg/dL 以下,以減緩垃圾堆積的速度。總膽固醇的理想數值則應控制在 200 mg/dL 以內。這些看似枯燥的數字,實則反映了體內一場血管清潔隊與垃圾山之間的攻防戰。

那麼,為何同為脂蛋白,HDL 被稱為「好」的,而 LDL 卻是「壞」的呢?這並非簡單的貼標籤。我們吃下肚或肝臟製造的脂肪,會透過血液運送到全身,這些在血液中流動的脂肪即為「血脂」,主要成分包含三酸甘油酯和膽固醇。三酸甘油酯是身體儲存能量的重要形式,而膽固醇更是細胞膜、荷爾蒙、維生素D和膽汁不可或缺的原料。

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這些血脂對身體運作至關重要,本身並非有害物質。然而,由於脂質是油溶性的,無法直接在血液裡自由流動。因此,在血管或淋巴管裡,脂質需要跟「載脂蛋白」這種特殊的蛋白質結合,變成可以親近水的「脂蛋白」,才能順利在全身循環運輸。

肝臟是生產這些「運輸用蛋白質」的主要工廠,製造出多種蛋白質來運載脂肪。其中,低密度脂蛋白載運大量膽固醇,將其精準送往各組織器官。這也是為什麼低密度脂蛋白膽固醇的縮寫是 LDL-C (全稱是 Low-Density Lipoprotein Cholesterol )。

當血液中 LDL-C 過高時,部分 LDL 可能會被「氧化」變質。這些變質或過量的 LDL 容易在血管壁上引發一連串發炎反應,最終形成粥狀硬化斑塊,導致血管阻塞。因此,LDL-C 被冠上「壞膽固醇」的稱號,因為它與心腦血管疾病的風險密切相關。

高密度脂蛋白(HDL) 則恰好相反。其組成近半為蛋白質,膽固醇比例較少,因此有許多「空位」可供載運。HDL-C 就像血管裡的「清道夫」,負責清除血管壁上多餘的膽固醇,並將其運回肝臟代謝處理。正因為如此,HDL-C 被視為「好膽固醇」。

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為何同為脂蛋白,HDL 被稱為「好」的,而 LDL 卻是「壞」的呢?這並非簡單的貼標籤。/ 圖片來源:shutterstock

過去數十年來,醫學界主流觀點認為 LDL-C 越低越好。許多降血脂藥物,如史他汀類(Statins)以及近年發展的 PCSK9 抑制劑,其主要目標皆是降低血液中的 LDL-C 濃度。

然而,科學家們在臨床上發現,儘管許多人的 LDL-C 數值控制得很好,甚至很低,卻仍舊發生中風或心肌梗塞!難道我們對膽固醇的認知,一開始就抓錯了重點?

傳統判讀失準?LDL-C 達標仍難逃心血管危機

早在 2009 年,美國心臟協會與加州大學洛杉磯分校(UCLA)進行了一項大型的回溯性研究。研究團隊分析了 2000 年至 2006 年間,全美超過 13 萬名心臟病住院患者的數據,並記錄了他們入院時的血脂數值。

結果發現,在那些沒有心血管疾病或糖尿病史的患者中,竟有高達 72.1% 的人,其入院時的 LDL-C 數值低於當時建議的 130 mg/dL「安全標準」!即使對於已有心臟病史的患者,也有半數人的 LDL-C 數值低於 100 mg/dL。

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這項研究明確指出,依照當時的指引標準,絕大多數首次心臟病發作的患者,其 LDL-C 數值其實都在「可接受範圍」內。這意味著,單純依賴 LDL-C 數值,並無法有效預防心臟病發作。

科學家們為此感到相當棘手。傳統僅檢測 LDL-C 總量的方式,可能就像只計算路上有多少貨車,卻沒有注意到有些貨車的「駕駛行為」其實非常危險一樣,沒辦法完全揪出真正的問題根源!因此,科學家們決定進一步深入檢視這些「駕駛」,找出誰才是真正的麻煩製造者。

LDL 家族的「頭號戰犯」:L5 型低密度脂蛋白

為了精準揪出 LDL 裡,誰才是最危險的分子,科學家們投入大量心力。他們發現,LDL 這個「壞膽固醇」家族並非均質,其成員有大小、密度之分,甚至帶有不同的電荷,如同各式型號的貨車與脾性各異的「駕駛」。

為了精準揪出 LDL 裡,誰才是最危險的分子,科學家們投入大量心力。發現 LDL 這個「壞膽固醇」家族並非均質,其成員有大小、密度之分,甚至帶有不同的電荷。/ 圖片來源:shutterstock

早在 1979 年,已有科學家提出某些帶有較強「負電性」的 LDL 分子可能與動脈粥狀硬化有關。這些帶負電的 LDL 就像特別容易「黏」在血管壁上的頑固污漬。

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台灣留美科學家陳珠璜教授、楊朝諭教授及其團隊在這方面取得突破性的貢獻。他們利用一種叫做「陰離子交換層析法」的精密技術,像是用一個特殊的「電荷篩子」,依照 LDL 粒子所帶負電荷的多寡,成功將 LDL 分離成 L1 到 L5 五個主要的亞群。其中 L1 帶負電荷最少,相對溫和;而 L5 則帶有最多負電荷,電負性最強,最容易在血管中暴衝的「路怒症駕駛」。

2003 年,陳教授團隊首次從心肌梗塞患者血液中,分離並確認了 L5 的存在。他們後續多年的研究進一步證實,在急性心肌梗塞或糖尿病等高風險族群的血液中,L5 的濃度會顯著升高。

L5 的蛋白質結構很不一樣,不僅天生帶有超強負電性,還可能與其他不同的蛋白質結合,或經過「醣基化」修飾,就像在自己外面額外裝上了一些醣類分子。這些特殊的結構和性質,使 L5 成為血管中的「頭號戰犯」。

當 L5 出現時,它並非僅僅路過,而是會直接「搞破壞」:首先,L5 會直接損傷內皮細胞,讓細胞凋亡,甚至讓血管壁的通透性增加,如同在血管壁上鑿洞。接著,L5 會刺激血管壁產生發炎反應。血管壁受傷、發炎後,血液中的免疫細胞便會前來「救災」。

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然而,這些免疫細胞在吞噬過多包括 L5 在內的壞東西後,會堆積在血管壁上,逐漸形成硬化斑塊,使血管日益狹窄,這便是我們常聽到的「動脈粥狀硬化」。若這些不穩定的斑塊破裂,可能引發急性血栓,直接堵死血管!若發生在供應心臟血液的冠狀動脈,就會造成心肌梗塞;若發生在腦部血管,則會導致腦中風。

L5:心血管風險評估新指標

現在,我們已明確指出 L5 才是 LDL 家族中真正的「破壞之王」。因此,是時候調整我們對膽固醇數值的看法了。現在,除了關注 LDL-C 的「總量」,我們更應該留意血液中 L5 佔所有 LDL 的「百分比」,即 L5%。

陳珠璜教授也將這項 L5 檢測觀念,從世界知名的德州心臟中心帶回台灣,並創辦了美商德州博藝社科技(HEART)。HEART 在台灣研發出嶄新科技,並在美國、歐盟、英國、加拿大、台灣取得專利許可,日本也正在申請中,希望能讓更多台灣民眾受惠於這項更精準的檢測服務。

一般來說,如果您的 L5% 數值小於 2%,通常代表心血管風險較低。但若 L5% 大於 5%,您就屬於高風險族群,建議進一步進行影像學檢查。特別是當 L5% 大於 8% 時,務必提高警覺,這可能預示著心血管疾病即將發作,或已在悄悄進展中。

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對於已有心肌梗塞或中風病史的患者,定期監測 L5% 更是評估疾病復發風險的重要指標。此外,糖尿病、高血壓、高血脂、代謝症候群,以及長期吸菸者,L5% 檢測也能提供額外且有價值的風險評估參考。

隨著醫療科技逐步邁向「精準醫療」的時代,無論是癌症還是心血管疾病的防治,都不再只是單純依賴傳統的身高、體重等指標,而是進一步透過更精密的生物標記,例如特定的蛋白質或代謝物,來更準確地捕捉疾病發生前的徵兆。

您是否曾檢測過 L5% 數值,或是對這項新興的健康指標感到好奇呢?

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認識「除草劑」的風險與非農地環境雜草管理
行政院環境保護署毒物及化學物質局_96
・2019/12/02 ・4081字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 550 ・八年級

本文由行政院環境保護署毒物及化學物質局之推動化學物質綠色生活知識教育平臺計畫企劃,泛科學執行

  • 文/林宇軒

這些年,除草劑躍上新聞版面的時候,形象往往都相當負面。像是新聞報導中偶見有人誤食用劇毒且沒有解藥的除草劑「巴拉刈」;或是農藥大廠孟山都的專利除草劑「嘉磷塞」,因為沒有警告消費者健康風險,在美國被許多民眾控告而且被判敗訴。

你可能很疑惑,這些歸類為「除草劑」的農藥到底是何方神聖?這篇文章就要跟大家一起來認識除草劑可能的風險,以及我們又該怎麼減少接觸,來保護自己。

除草劑的任務:消除令人頭痛的「雜草」

在農業生產過程中,會影響收成的生物,其實大多可以找到對應的農藥來處理。農藥根據處理的問題,可以分成好多類,而使用最多的是以下三大類:除草劑專門處理雜草;殺菌劑專門處理微生物;而殺蟲劑則是專門處理害蟲。

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除草劑是農業生產過程中需求最大的一類農藥。對農友們來說,要處理雜草很不容易,一方面雜草常常都生命力強健,可以耐受高鹽、高低溫、淹水、貧瘠等各種惡劣的環境,種子產量多,又常可以在土壤中休眠很久之後才發芽。

因此就算割草了,因為根系還在,那些草類也很容易重新長回來;即使累一點,將雜草連根拔起,從其他地方還是會飄來源源不絕的種子,防不勝防。

只要雜草出現在自家園子裡,如果不妥善處理,有時候不只是影響農作收成,還可能讓農夫在收割時要花額外的力氣,去剔除一起收割下來的雜草,農夫們因此對那些在自家農田、果園搶養分的雜草恨得牙癢癢。

無止盡蔓生的雜草會干擾作物成長,是農業生產的大敵。圖/Pixnio

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因應雜草春風吹又生的除草劑

正因為雜草「春風吹又生」的特性,除草劑也成為農夫們不能不求助的幫手。除草劑的種類多樣,不過共通點是藉由干擾雜草正常生理運作,來達到殺死雜草的效果。

除草劑可以根據除草的效果,分成選擇性除草劑和非選擇性除草劑兩類。有名的選擇性除草劑如 2,4-D(2,4-二氯苯氧乙酸),低濃度可以當作植物生長調節劑,高濃度可以殺死雙子葉植物,只留下單子葉植物;而非選擇性除草劑就是可以將所有的雜草全部殺死,例如文章開頭提到的巴拉刈和嘉磷塞就是屬於這類,不過如果作物和雜草物種太接近,這類除草劑也可能影響作物,所以常需要把種植和噴灑的時間錯開,或者是改種具有抗藥性的基改作物。

這些高效率除雜草的化學物質,有很多種類可以選擇,而且使用方便,只要簡單稀釋,再噴灑到園子裡長雜草的地方,幾天後雜草們就會枯黃死去,比起割草、拔草還要累半天,簡單省事許多。

也正因為除草劑太厲害了,所以也被用在很多農地以外的地方,只要不希望長滿雜草的地方就有可能使用除草劑,來維持環境的整齊感,像是道路兩旁、公園、住宅區、校園、水溝、魚塭等地方,甚至是清明掃墓前,除草公司選擇使用除草劑來清理墓園也時有所聞。

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因為可以省下大量的人力,各種農藥產品被廣泛使用。圖/Pixbay

除草劑的爭議與科學研究

除草劑可以說是處理雜草問題最有經濟效益的方式,也因此需求量極高。根據《上下游》的調查統計,2016 年全臺農藥銷售量有 47% 是由除草劑貢獻,幾乎是農藥銷售量的一半,而用量最高的前幾名都是非選擇性除草劑,如巴拉刈和嘉磷塞。但儘管除草劑好用,近年來卻有越來越多的報告指出,這些熱門除草劑可能對人體健康有負面影響。

首先,近年來常出現在新聞畫面的除草劑莫過於巴拉刈。這種除草劑在農業上其實相當好用,除了成本低、效率高,在環境中分解迅速,不會有殘留污染的問題。然而巴拉刈只要發生誤食就會嚴重傷害身體無法挽回,至今巴拉刈沒有任何的解藥可以拯救。因此禁用巴拉刈漸漸成為世界趨勢。農委會也已經在 2018 年 2 月停止進口,預計在 2020 年 2 月起全面禁用巴拉刈。

巴拉刈雖然除草效果很好,但是一旦誤食會對人體造成無可挽回的重傷害。圖/Flickr

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而另一個充滿爭議的除草劑則是嘉磷塞,是孟山都的專利農藥,由於有效又便宜,自 1974 年上市至今,已經是全世界用量最大的除草劑。嘉磷塞的急毒性低,不太會有急性中毒的問題;近年則有研究指出,長期暴露可能使動物發育不完全,以及可能提高惡性淋巴癌的風險。因而在 2015 年,國際癌症研究中心(International Agency for Research on Cancer, IARC)將嘉磷塞從「2B 類致癌物」升級為「2A 類致癌物」。也就是說嘉磷塞在動物實驗上有充分致癌證據,但對人類致癌的證據有限。但聯合國糧農組織與世界衛生組織共同組成的農藥殘留專家委員會(Joint Meeting on Pesticide Residues, JMPR)和歐盟食品安全局,則認為嘉磷塞沒有致癌風險。

嘉磷塞的危害尚無定論,不過從 2016 年開始,美國有上萬民眾紛紛對孟山都提起告訴,認為嘉磷塞要為他們罹癌負責,而孟山都並未揭露健康風險資訊。截至目前為止,雖然有部分案件孟山都敗訴,但仍有許多案件持續上訴中,尚未定案。

該如何減少除草劑的使用?環保署「非農地之環境雜草管理指引」

農業生產過程中少不了除草劑的使用,如果完全不使用除草劑,可能會大大影響許多作物的產量。大家也許會對除草劑有些擔心,不過政府有在把關農產品的農藥殘留劑量,只要在購買時認明「有機農產品標章」「TAP 產銷履歷農產品」,就可以減少暴露除草劑的風險。

有鑑於農田之外許多公私場所、公園、道路、社區等環境也會使用除草劑以維持環境整潔,環保署集合各部會與專家意見研訂「非農地之環境雜草管理指引」,已於 107 年 6 月 29 日提供中央各部會、直轄市政府、縣市地方政府參考。環保署化學局協助地方政府有效管理非農地環境雜草,降低除草劑的使用風險。目前主要分為「法制面」與「執行面」兩個部分,提供環境雜草管理指引及非農地環境雜草管理自治條例草案,供各級政府參考,目前臺北市、高雄市、宜蘭縣已訂定轄內的除草劑管理自治條例。雲林縣也已公告禁用除草劑之適用對象及區域,桃園市已制定草案並預告,花蓮縣、苗栗縣、屏東縣亦著手研擬草案。

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如臺北市即於 105 年 8 月 31 日公布施行「臺北市除草劑管理自治條例」,辦理查核、督導、申報、追蹤環境用藥及除草劑產品售出後之流向,避免濫用、誤用影響環境生態或人體健康。

荒野保護協會於 107 年 10 月於新竹高中舉辦「非農地禁用除草劑」相關講座,傳達正確的除草劑使用觀念給社會大眾。圖/環保署化學局提供。

除此之外,環保署化學局執行面上並持續編列預算推廣非農地環境雜草管理,107 年輔助共計有基隆市政府、桃園市政府、新竹市政府、臺中市政府、雲林縣政府、臺南市政府、花蓮縣政府及臺東縣政府等 8 個縣市政府及 2 個非營利組織(Non-Governmental Organization, NGO)提出辦理相關宣導;108 年共輔助 11 縣市及 3 個非營利組織相關之專案計畫。輔助各地方政府舉辦許多宣導說明會,向各地方政府承辦人員、各社區發展協會和居民、清潔隊隊員、病媒防治業者和環境用藥業者,介紹除草劑的危害和雜草適合的管理使用方式。如荒野保護協會舉辦的「108 年非農地禁用除草劑演講暨採食野草應用班推廣計畫」,由環保署化學局指導,在各縣市舉行多場「非農地禁用除草劑」巡迴演講,讓民眾認識以管理取代除草劑的觀念,減少對除草劑的依賴。

這些宣導活動,希望透過提供有效管理雜草的策略,推廣綜合環境雜草管理代替除草劑使用,來減少除草劑的整體使用量。具體的作法例如:在雜草開花前就要除草,以機械、人力,甚至放牧動物除草。或者是利用不同覆蓋程度的草皮,來蓋住土壤表層,避免雜草種子生根等積極作為。雖然說推動非農地環境雜草不使用除草劑改用人工除草,有可能增加非農地環境之除草的成本,但是這些措施,能進一步減少大眾暴露於除草劑的風險,降低環境污染,及維護環境生態,達成綠色化學滅毒目標。

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最後,還是不免俗要說,使用農藥必定有利有弊。如何好好的管理農藥農用、控制使用量,避免健康風險的同時,又能夠兼顧農業經濟效益,是我們應該好好關注的事。

本文由行政院環境保護署毒物及化學物質局之推動化學物質綠色生活知識教育平臺計畫企劃,泛科學執行

參考資料

  1. 認識雜草篇 – 台大農藝系雜草管理研究室
  2. 除草劑篇 – 台大農藝系雜草管理研究室
  3. 【找回草生力! 除草劑濫用傷土系列報導】 – 上下游
  4. 常用除草劑之特性與應用 – 農委會農業藥物毒物試驗所
  5. 嘉磷塞-食品藥物專區-衛福部食藥署
  6. 不是說會致癌嗎,為什麼台灣要開放嘉磷塞的農藥殘留容許量? – 食力
  7. 嘉磷塞致癌風險報告曝光!孟山都施壓四年破功,年年春黑洞終露曙光 – 上下游
  8. 除草劑嘉磷塞是否致癌?歐盟看法不同 – 上下游
  9. Evaluation of the impact of glyphosate and its residues in feed on animal health – EFSA
  10. Toxicological Profile for Glyphosate – 美國毒物與疾病註冊局(ATSDR)
  11. 環保署毒物及化學物質局 107 年度環境雜草管理成果整理
  12. 環保署毒物及化學物質局 108 年度非農地雜草管理教育推廣活動 – 講師培訓暨學校、社區巡迴說明會計畫書

延伸閱讀

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行政院環境保護署毒物及化學物質局_96
52 篇文章 ・ 10 位粉絲
行政院環境保護署毒物及化學物質局,落實毒物及化學物質之源頭管理及勾稽查核,從源頭預防管控食安風險,追蹤有害化學物質,維護國民健康。 網站:https://www.tcsb.gov.tw/

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馬唐屬的雜草(Crabgrass)如何霸佔土地
葉綠舒
・2013/06/27 ・874字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 444 ・四年級

馬唐屬的雜草,俗稱crabgrass(來源:維基百科)

馬唐屬(Digitaria)的雜草(見上圖)大家都不陌生,在草地、農田裡面都很容易可以看到它們。他們長得快、而且因為是C4代謝所以特別不怕熱,根系又很深,任何地方只要有了它,若不趕緊除去,很快就會長得到處都是。

有些人認為這類的雜草能夠佔據草地、農田是因為它把其他植物生存的空間奪走了,讓其他植物不能進行光合作用;最近發表的研究成果發現,事情並沒有我們想得那麼單純。

研究團隊發現,馬唐屬的雜草,他們的根部會分泌三種化學物質:veratric acid, maltol, and (−)-loliolide(1)。這三種化學物質會抑制土壤中的細菌與真菌生長,改變土壤的菌相,造成小麥、玉米、大豆的生長受到抑制。當這些農作物的生長變慢了(其中玉米也是C4植物),馬唐屬的雜草便可以趁勢取而代之,成為農田裡的主要植物。

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植物之間像這樣經由根部分泌有害物質來抑制其他的植物生長,進而使自己得以好整以暇地取得大部分的資源的行為,稱為allelopathy。

不過,筆者第一次讀到allelopathy倒不是在專業的書中,而是在飛狐外傳裡面;金庸在飛狐外傳裡創造了一種具有非常強勢的allelopathy的植物:血矮栗。根據書中所說,「只要有這麼一棵樹長著,周圍數十步內寸草不生,蟲蟻絕跡,一看便知。」這一看就知道是allelopathy,只是這樣的植物太也可怕了。

相對來說,馬唐屬的雜草倒是還好,他分泌的毒素只會毒害細菌與真菌,造成農作物長得不好。為什麼細菌跟真菌會與農作物的生長有關呢?

因為植物的根部在土壤中會與細菌、真菌形成共生的關係,細菌會跟根部產生的黏液形成一層稱為mucilage的構造,它可以保護植物的根部不受到其他有害細菌與真菌的侵襲;而共生的真菌(稱為mycorrhizae)則可以幫助植物的根部吸取更多的礦物質,使植物長得更好。所以,如果這些細菌跟真菌不再有辦法跟植物共生,不管是因為農藥或是附近長了馬唐屬的雜草等等,都會影響到植物的生長。

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所以,下次看到馬唐屬的雜草出現在家裡的草地時,順手拔除可能是最好的辦法。

參考文獻:

1. Bin Zhou, Chui-Hua Kong, Yong-Hua Li, Peng Wang, and Xiao-Hua Xu. 2013. Crabgrass(Digitaria sanguinalis) Allelochemicals That Interfere with Crop Growth and theSoil Microbial Community. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 61 (22): 5310 DOI: 10.1021/jf401605g
2. Crabgrass’ secret: The despised weed makes herbicide to kill neighboring plants

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化學物質這~麼多,要怎樣才可能成為合格的農藥呢?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2019/07/01 ・2756字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 541 ・八年級

  • 文/呂宏耘

前一篇我們提到政府很努力地明訂標準,幫民眾把關,那麼究竟一個合格的農藥,是怎麼研發出來,又經過多少的嚴格檢視呢?

人類發展農業至今日,在市面上飽受汙名化的農藥,其實是各種農產品的守護者,站在第一線和害蟲們對抗著。防治的範圍從微生物、寄生蟲到雜草或野鼠等不一而足,倘若失去農藥這個田間管理工具,在很多情況下我們恐怕連見到農產品的機會都沒有。談到農業發展時,農藥的使用與演變是很重要的環節,農藥研發也走向更嚴格的管制。

然而,究竟怎樣的農藥才算是品學兼優、安分守己的好農藥呢?農藥開發又需要跨過哪些門檻呢?

農藥開發又需要跨過哪些門檻呢?圖/pixabay

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怎樣才能成為合格的好農藥?

農藥可以分為兩大類別:化學農藥生物性農藥,而現行化學農藥的比例又較生物性農藥高出許多。在化學物質的世界,「藥」與「毒」往往僅有一線之隔。現今的農業發展,對於農藥會有怎麼樣的要求與考驗呢?怎樣才能成為合格的「好」農藥呢?

第一要點:農藥本分的功能效率

要做為農藥使用,最重要的是有效率的完成任務。說起農藥,大家想到的功能無外乎除蟲、除草等功能。實際上,農藥的功能還包括殺線蟲、植物生長調節、除螺等功能。(參考:我國農藥管理及其展望

第二要點:良好的專一性

一個合格的好農藥,理想狀況是要能夠專一的完成任務,不會造成多餘的損傷。專一性高的農藥不會危及鳥類、人畜或其他非目標生物,對生態環境相較安全。為了盡量做到專一性,現行的化學農藥中,就有許多產品是針對某些植物效用較強的「選擇性除草劑」。另外有些生物農藥也具備專一性,例如「蘇力菌」這種細菌產生的孢子含有特定的毒素可以殺死蝶蛾類幼蟲,卻不會殺死蜜蜂,更不會對哺乳類動物造成影響。

第三要點:適當的代謝速度

農田多為開放的環境,農藥在這樣的環境中,會因外力被分解或擴散;隨著不同的環境,能持續維持功能的時間也會隨之變化。

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除了功效及專一性之外,是否能夠在環境中代謝亦是重要考量。如果農藥無法在環境中自行降解,將會影響到附近的生態。但代謝速度也不是越快越好。試想家裡的殺蟲劑如果兩天就失效,對於使用者來說必須經常性的補噴,會有多惱人!而農藥也是如此。因此,我們在田間使用農藥,是希望農藥的代謝速率「剛剛好」最好。

一種好農藥的誕生:康胖(compound)進京趕考記

每種化學物質屬性大不相同,要達到功能有專一性又代謝得剛剛好,如此的高標準,宛如讓社會新鮮人找一份錢多事少離家近、睡覺睡到自然醒的工作:就算單一項目能夠達標,要全數交集那可不容易啊!

農藥的開發從實驗室到田間應用相當艱難如同進京趕考一般,所有的康胖們(康胖:compound)需通過層層關卡考驗,才有機會脫穎而出。

每種農藥的研發,都需要經過層層關卡才能篩選出來。圖/pixabay

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第一關:實驗室內初步篩選的「鄉試」階段

若將農藥的汰選流程比喻為科舉考試,那麼第一關的鄉試便是實驗室裡最初步的試驗和挑選。

首先在實驗室初步測試,觀察康胖們對於目標功能的效果。此外,還需要康胖的毒理資訊,諸如水生毒性或環境毒性、致癌性、急性或慢性的毒理試驗等等。

而在第一關的「鄉試」究竟有多少康胖前來應試呢?答案十分驚人,研發初期為了找到潛力的新成分,通常會篩選超過十萬種化合物;而最後通過鄉試的秀才可能只有十來個,錄取率甚至比麻省理工還低。

第二關:田野中的實地實驗「會試」階段

通過實驗室測試的「秀才」康胖,會進到溫網室、露天農田進行第二部分的試驗。在溫網室及農田中,有更多的環境因素影響著實驗,包括日照長度、紫外線、溫濕度等。因此科學家必須擬定田間施作的程序,並且密切觀察對於生態有沒有危害。

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除此之外,在這個階段研究人員也會持續改良劑型,找出每種康胖最適合的使用方式:對於這種化合物,使用粉劑還是水溶液比較適合?如果做成噴霧會不會達到更好的防蟲除草效果?如果要製作長效的藥劑是否要使用微膠囊技術?這些考量將會最佳化農藥使用的效率,同時也為將來商品化做準備。

第三關:官方審核許可的「殿試」階段

但康胖要成為農藥,最後一關「官方許可」還等在後頭!

以台灣來說,主管機關是行政院農委會,把關著康胖能否通過審核。要得到官方的許可,必須先準備充足的審核文件,包括農藥物理性、化學性試驗報告及品質管制資料、毒理資料、國內外田間試驗資料、使用方法及注意事項等資料。確認符合法規要求,對人體不會有毒性、對生態不會有影響,且所有檢驗及文件都符合資格,整個流程才算圓滿完成。另外,拿到了官方許可的農藥,還需要完成量產的製程規劃。工廠量產使用的反應槽和實驗室裡的燒杯攪拌棒是完全不同的事,該如何安排製藥工廠設廠的地點及人力?如何確保反應槽和燒杯調製出來的是相同的產品?又如何保證產品線符合政府規章?這些也都是一個農藥真正上市之前需要通過的考驗。

其實農藥開發就如同人類用藥一樣,需要大量的經費以及時間。都說文人十年寒窗,其實農藥從實驗室到商品架上平均需要十年以上,花費則至少需要 2.8 億美金,箇中的研究人員甚至比文人更辛勞啊!

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使用農藥,也須對症下藥:植物醫師制度

正確用藥本身就是種專業。圖/pixabay

就如同前面所提及的,每一種農藥都需要經過田野試驗找出最合適的使用方式,許多調整細節相當複雜,也因此,正確用藥本身就是種專業。過往農藥的使用較缺乏專業化的分工,但近年來,行政院農委會推出了「植物醫生」的制度,相繼在台灣大學、中興大學、嘉義大學、屏東科技大學等校成立植物教學醫院和施行植物醫學的學程。

人生病需要看醫生,植物也是。植物醫生的角色,會到田間評估是否有對症下藥,施予農藥同時兼顧防蟲及食安。透過專業診治而達成精準用藥。未來植物醫師制度的推行,希望能夠推廣更多正確診斷及正確施藥的觀念,才能讓每種農藥發揮最大的效用。讓我們不用顧忌著農藥的陰影,可以更放心享用豐美蔬果。

本文由作物永續協會及泛科學合作企劃執行

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  1. 王一雄,農藥污染對作物的影響《植物重要防疫檢疫病害診斷鑑定技術研習會專刊(三)》
  2. 農藥登記審查流程及審查標準

延伸閱讀:

過了這個數就超標啦!農藥最大殘留容許量是怎麼來的?超標就會中毒嗎?

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