精準智慧農業發展成趨勢 「奈米生物技術」破解糧食危機

以如今的糧食產量而言，全球依舊有約10%的人經歷持續性挨餓；到了2030年中期，全球人口預計將高達86億，此數值估計將只增不減。傳統農業透過增加農藥與化肥的使用，雖能提高農業生產力，卻也對人類健康與環境造成了難以估量的傷害。「奈米生物技術」結合了生物與奈米技術，在應對糧食危機方面展現了巨大前景，在維持產量的同時，更加注重環境與人類健康的保護。編譯／高晟鈞

以如今的糧食產量而言，全球依舊有約10%的人經歷持續性挨餓；到了2030年中期，全球人口預計將高達86億，此數值估計將只增不減。傳統農業透過增加農藥與化肥的使用，雖能提高農業生產力，卻也對人類健康與環境造成了難以估量的傷害。「奈米生物技術」結合了生物與奈米技術，在應對糧食危機方面展現了巨大前景，在維持產量的同時，更加注重環境與人類健康的保護。

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未來農業的核心價值將是兼具「精準」與「智慧」的農業技術，而奈米生物技術便是將其化為現實的關鍵。（示意圖／123RF）[/caption]

什麼是奈米生物技術？

相信各位讀者對奈米化這個詞並不陌生，但可能不知如何具體形容。奈米技術其實泛指尺寸大小在1至100奈米間的材料。由於許多材料在奈米尺寸時，擁有許多與宏觀尺度不一樣的特性，例如：反應活性增強，表面積更高，導電度與光敏感度都有所改變，有望克服傳統技術限制。當與生物技術結合時，「奈米生物技術」便就此誕生，例如：透過奈米肥料與農藥來提高生產率；奈米感測器進行污染檢測與管理；奈米材料包裝為食品品質把關。

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未來農業的核心價值將是兼具「精準」與「智慧」的農業技術，而奈米生物技術便是將其化為現實的關鍵。

改善糧食安全 吃得安心

奈米生物技術是對作物與農地的保護有兩個主要關鍵：肥料與農藥。前面提到，化學肥料與農藥容易殘留，不只對於土地而言，對於人體來說同樣如此。奈米農藥有許多類型，例如：二氧化矽奈米農藥可以殺死90%的稻瘟病菌；石墨烯奈米粒子能提高作物對於鹽度壓力的能力。奈米肥料可以在整個作物生長期緩慢釋放養分，使植物充分吸收養分，減少淋溶浪費。作物生產力取決於種子產量，奈米技術也能提高儲存種子的發芽率，像是銀奈米顆粒能將發芽率提高95%。

作物休耕時，土地的恢復同樣重要。奈米材料能增加土壤的保水能力、影響土壤的物理特性（孔隙度、質地、堆積密度和結構等等），讓土地獲得充分休息，有助於維持耕作循環。不只如此，奈米技術對於消除環境中的有毒成分、幫助土壤修復和環境安全也很重要。例如，奈米零價鐵已用於修復被砷和汞等重金屬污染的土壤。

智慧包裝為品質把關

在發展中國家，超過40%的糧食損失發生在收穫後和加工階段。將產品浸入可食用奈米塗層中可以防止它們脫水，保持其質地，顛覆呼吸作用，並減少微生物生長。例如，基於PVP的銀奈米粒子具有抗菌特性，可以延遲微生物生長和重量減輕，並減少蘆筍的顏色變化；活性包裝將具有抗氧化或抗菌釋放或吸氧特性的成分整合到食品中；碳奈米管用作包裝熟雞肉或切絲雞肉的抗菌薄膜；加入乙烯吸收粉以保持水果和蔬菜的新鮮度等等。智慧奈米包裝還能夠檢測產品變質所釋放的揮發性化合物、禁用的色素添加劑，追蹤產品在儲存與運輸過程中的品質。

奈米生物未來挑戰與展望

當然，生物奈米材料也並非只有好處，或者說，我們對於奈米材料如何在不同的農業環境下相互作用缺乏了解。舉例來說，體積更小、反應性更強的奈米材料會不會其實更容易在生物體或土壤中累積，進而損害DNA造成疾病隱患，或者在環境中產生不可降解的污染物。就商業層面上來說，開發與實現奈米技術的初始成本非常高，這也一定程度上限制了開發中國家農民的使用。而關於奈米材料的使用、處置與環境監管仍處於起步階段，許多國家仍缺乏管理奈米技術使用的法規。

未來，生物奈米技術的發展可能會與以下2點息息相關：

• 綠色合成奈米材料：利用植物、細菌、藻類和真菌合成的天然奈米材料，能更好地避免環境毒性累積的疑慮。


• 人工智慧與機器學習：演算法的進步，使得預測奈米材料對於不同土壤與氣候條件下的轉化更為容易。

奈米生物技術的開發、監管與利益需要齊頭並進；因此，研究人員、監管機構、行業利益相關者和農民之間的合作對於將奈米技術成功融入農業至關重要。

資料來源:AZOlifescience

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