奈米施肥讓稻米又耐熱又營養

提到施肥，大家總是會先想到所謂的三要素：氮、磷、鉀。但是，植物的必需元素並不只有這三個，還有其他的巨量元素與微量元素，對植物也非常重要。

所謂的微量元素，是指在植物體內的濃度每公斤乾重小於10微莫耳（10 mmole/kg）的元素。這些元素雖然在植物體內所需量甚微，但仍然不可或缺。

鋅也是植物的微量元素之一。缺鋅的植物，節間會變短、葉片會變小。最近這幾年的研究發現，提供植物鋅離子，還可以讓植物獲取耐高溫的能力[1]。

但是，既然叫做微量元素，就代表植物需要的量其實並不多；所以，雖然知道提供鋅離子可以讓植物耐高溫的能力變好，怎麼提供以及提供多少也是重要的關鍵。給得太多，就會讓植物中毒，反而不好。若給的形式植物無法吸收或只能吸收一點點，這樣不但對植物無益，反而還會會對環境造成傷害。

最近有研究團隊發現，可以把氧化鋅以奈米顆粒的方式噴灑在植物的葉片上。他們發現，使用30-80奈米的氧化鋅顆粒（ZnO），以100 mg/L濃度噴灑在水稻的葉片上，可以讓水稻的產量不受到高溫（攝氏37度）抑制[2]。

為什麼噴了奈米氧化鋅顆粒的水稻就可以耐高溫呢？研究團隊分析水稻的轉錄體（transcriptome，也就是當下表現的植物基因的總和）發現，使用奈米氧化鋅顆粒可以讓植物在高溫下基因的表現回復到接近正常的程度。

另外，研究團隊也發現，噴灑了奈米氧化鋅顆粒的植物，其葉綠素合成相關的基因表現量都增加了，這使得水稻的葉色變得比較綠。另外，植物的金屬運輸蛋白的表現量也跟著上升，讓植物吸收如錳（Mn）、銅（Cu）、鐵（Fe）、鎂（Mg）等金屬離子的能力也都提升了。

還不止於此，研究團隊還發現光合作用相關的基因，如rbcS、psbR與psbS的表現量都上升了，這使得植物光合作用的效率變好了。另外，奈米氧化鋅顆粒的噴灑還可以讓抗氧化酶的合成也上升。

綜合以上種種，他們發現，在高溫下，噴灑奈米氧化鋅顆粒的水稻產量增加了22.1%；除了產量的增加，奈米氧化鋅顆粒的噴灑還可以提高水稻的蛋白質含量和胺基酸含量。在高溫條件下，噴灑了奈米氧化鋅顆粒的水稻，其蛋白質含量增加了11.8%，而胺基酸含量則增加了77.5%。

雖然奈米顆粒的製作可能會提高鋅肥的成本，但是研究團隊發現，奈米氧化鋅顆粒的吸收效率較高，這也意味著在施肥時可以不用放那麼多；另外，吸收效率高也意味著會有較少的氧化鋅流入環境中，這樣也會降低未來需要進行環境治理的成本。

總而言之，以奈米顆粒的方式施肥，或許是未來農業可以考慮的新方法。不只是鋅，或許其他的金屬離子也可以考慮以奈米顆粒的形式提供給植物！

參考文獻：

[1] Wei, Han., Lidong, Huang., Olugbenga, J., Owojori. (2020). 5. Foliar application of zinc alleviates the heat stress of pakchoi (Brassica chinensis L.). Journal of Plant Nutrition,  doi: 10.1080/01904167.2019.1659350 

[2]Guo S, Hu X, Wang Z, Yu F, Hou X, Xing B. Zinc oxide nanoparticles cooperate with the phyllosphere to promote grain yield and nutritional quality of rice under heatwave stress. Proc Natl Acad Sci U S A. 2024 Nov 12;121(46):e2414822121. doi: 10.1073/pnas.2414822121. Epub 2024 Nov 4. PMID: 39495932.