講題：有益內生細菌在番茄栽培上之應用
演講者：林乃君副教授 國立臺灣大學農化系
小編：謝祥文、林亞琍
大綱 & 新知
番茄 (Solonum lycopersicum) 原產地為南美洲安地斯山區，為溫帶蔬果，較喜歡冷涼、陽光充足的環境。在臺灣，最主要的產季為秋冬，春夏季的產區則移至較冷涼的中部山區。農民通常以露天的方式栽種番茄，然而近年來為了提高皮較薄、甜度較高之小果番茄的產量，很多農民逐漸從露天移至能產出較高品質番茄的溫室內。臺灣主要產區 (中南部) 的栽培面積約為4400公頃，年產量約為11萬公噸，是臺灣十分重要的蔬果之一。以番茄品種的病害與環境因子耐受性來看，我們在市面上可以買到的番茄大多對青枯病為感病，對萎凋病為抗性，黃化捲葉病毒需要再做進一步研究，耐熱性為中耐或低耐受性。但也有少數例外，種苗亞蔬15號不僅抗黃化捲葉病毒與青枯病，也有高耐熱性，但因為它還不符合消費者的喜愛，故目前尚未商業化。青枯病為土壤傳播性病害，若土壤裡有殘留病原菌，又會再危害下一次栽種的作物，目前防治策略無推薦用藥，故若遇此病，農民也只能摘除整個植株，將會嚴重影響收成。目前的應對方式為使用抗病根砧，避免病害攻擊植物的根系，或栽種抗病、耐病的品種，然而目前還沒有好的耐病或抗病品種被商業化。熱逆境會導致花發育不好，例如使柱頭突出花外，使番茄無法自花授粉，或是影響花藥，使花粉發芽率降低，因此導致產量降低。
林老師研究團隊將促進植物生長根棲細菌 (plant growth-promoting rhizobacteria，PGRP) 應用於番茄上。PGPR為生長於植物根系的微生物，可幫助植物生長，未來在永續農業中將扮演很重要的角色，例如有些PGPR可施用在根部，使整株植物產生系統性的抗性，故可發展成生物農藥。將多支番茄益生菌經過篩選，研究團隊發現接種根系內共生細菌XP1-6的番茄可抗青枯病，在鹽逆境 (澆鹽水)、熱逆境 (加熱) 與淹水的情況下，接種XP1-6的番茄植株大小與重量也較未接種菌與接種其他菌的番茄要大，表示XP1-6可促進番茄生長，且在不同逆境下都有效果。為了探討未來是否能將 XP1-6 應用於夏季番茄栽植或因應溫室栽培溫度過高等問題，特別將熱逆境拿出來探討。先在番茄正常生長環境下種植植株一段時間，再經高溫處理數小時，處理完畢後放回正常環境下，觀察植株的恢復情形，若有恢復表示植株沒有死亡，只是有些許脫水，而接種XP1-6的番茄萎凋率較低，表示植株死亡率下降。若僅是單純在正常生長環境下種植，接種XP1-6的番茄植株大小也會比未接種的大，且有助於提早開花，對於花與花序的數量、花粉發芽率及果實產量也有正面的影響。番茄遇熱逆境時，訊息傳導路徑SIMAPK3會被抑制，使熱反應 (heat response) 與氧化壓力反應 (oxidative stress response) 提升，影響熱休克蛋白 (heat shock protein) 與抗氧化酵素的表現；而接種XP1-6後，熱逆境下抑制SIMAPK3的效果更強，熱休克蛋白基因與抗氧化酵素基因的表現也較高，可能是使植株對熱有較好耐受性的原因之一。
透過此次的演講，我們瞭解XP1-6是多功能的菌，不僅可以增加番茄的產量與品質，更可以解決主要市售番茄存在的一些問題，尤其是耐熱性。未來若因氣候異常導致氣溫越來越高、番茄可能會越來越難栽種的情況下，XP1-6勢必有不可被忽略的重要性，十分期待林老師研究團隊進一步的研究，與這項研究在未來的應用。
Q&A
Q1：SIMAPK3這個pathway在植物扮演甚麼角色，有甚麼重要性，讓老師在研究這個益生菌帶來的影響的時候，選擇這個從SIMAPK3著手?
A1：因為收集資料的時候發現番茄對熱逆境的反應之前有人做，在heat stress下會抑制SIMAPK3，然後間接影響剛剛提到的pathways，所以才想說會不會我們的菌是透過 SIMAPK3 來達到提高番茄耐熱性的能力，所以就從這條pathway開始做。在看到了一些現象後，就開始往下面再看其他下游基因等等的，然後確實就可以把整個故事連起來。所以其實蠻幸運的，就剛好別人有做，否則我們也沒有辦法這麼快就直接知道是SIMAPK3這條pathway，所以感謝前人有先做了一些研究。
Q2：想請問關於應用方面，老師有沒有想過未來這個益生菌的應用形式會是怎麼樣?譬如混於土內，在施用時直接撒這個土來使用。
A2：這問題非常好，我們一開始也是使用懶人哲學，想讓農民用最簡單的方法使用我們的菌，所以我們直接泡種子，只有在種子的時候用，其他的時候就不用使用。因為他會內生，所以泡完種子後，根長出來菌就會進去了，且進去後住在裡面，就會有效果了。我們剛看到在溫室的部分，也是種子泡了菌，然後只有在要進溫室之前再澆一次之後就不理他了，如此操作就會有看到結果。所以未來要應用的話可以找育苗業者配合，因為番茄要栽種前是會先經過育苗。我們想要發展種子的coating，這需要技術，等coating完後再直接播種，然後等他根長出來後，菌進去，再來就不用管他了。後來也有使用澆灌的方法，發現澆灌也可以進去。所以未來可以選擇購買處理好的苗，或買菌回去做澆灌。
Q3：想請問老師的益生菌是比較抗熱的，而鄧老師的是抗病的，有沒有可能把這兩種菌同時做coating，有做相關測試嗎?
A3：我們是沒有將我們的和鄧老師的菌同時combine在一起測試過，可是我們有將自己實驗室可以抗熱和可以抗病的菌混在一起測試過，但混在一起前有個前提，就是這兩個菌不能打架，不可以彼此抑制，如確定不會打架後，再直接用於植物上確認會不會競爭，因為有時候在培養基上不會打架，不代表在植物上不會競爭。鄧老師的菌很有可能會產生一些抗生素，不確定放在一起我們的菌會不會被他殺死，所以目前沒有這樣的想法。而在溫室裡面遇到比較大的問題通常是太熱，青枯病的狀況比較少，所以我們做青枯病的實驗是找其他青枯病比較嚴重的實驗田進行。而我們實驗室在草莓的研究上有進行耐熱和提高炭疽病抗性的兩種益生菌混和在一起，確實可以讓草莓在高溫的情況下接種炭疽病的病害嚴重度下降。但我會懷疑這件事在我們的XP1-6可否發生，原因是因為剛有看到和SA相關的pathway，這是和抗病比較有關的，如果抗青枯病的菌是需要這個pathway的話，那XP1-6在高溫的時候會抑制這個pathway，如此一來抗青枯病的能力就會下降。在高溫的時候把大部分的能量拿來抵抗高溫，而把抗青枯的pathway關掉了，所以這時如果有青枯病來可能是不好的，但說不定不這麼熱還可以hold住，一切還是需要實驗才能知道。
Key words : XP1-6、SIMAPK3、熱逆境、有益內生細菌