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臺灣植物種原的「諾亞方舟」

101/10/04 瀏覽次數 30660
全球農作物多樣化基金會接受聯合國農糧組織委託,選定位在挪威大陸以北100公里處的北冰洋斯瓦爾巴群島,建造號稱是全球農業「諾亞方舟」的種子庫。這項計畫獲得挪威政府的支持,並已啟用且開始運作。

據稱這項所謂「世界末日種子庫」中已貯藏達50萬份植物種原,包括美國提供的大豆、俄羅斯的草莓,一些國際農業研究機構所提供的小麥、玉米、大麥和水稻種子,以及世界各國具有特色的種子。我國也不落人後,已提供水稻種原四千多份。

這個所謂「世界末日種子庫」的用途為何?基本上興建這種子庫的科學家都希望所保存的種子不會用得上。那又為何需要大費周章在永凍層挖個山洞保存這些種子呢?

就如電影〈明天過後〉,考古學顯示,地球曾經歷過5次大滅絕。因此有識之士希望能建造傳說中的「諾亞方舟」,為那些在大滅絕後倖存的人類,提供重建時所需的種子。這種子庫處於永凍層,因此縱使沒有電力供應,裡面的溫度仍維持在攝氏零度以下,在這環境中,種子大概能保存10年以上。此外,這地方海拔200公尺以上,縱使因地球暖化海平面上升也不容易淹到,而且是獨立小島,除非有交通工具,一般人不易到達,因此汙染源少。

自1992年在里約熱內盧訂定了生物多樣性公約後,生物多樣性及種原保育就成為全球的重要共識。各國都認同人類必須保育物種與生態,若物種流失太快,會影響到人類的生存。尤其科技愈發達,愈覺得物種保育的重要性,因為許多救命的藥物其實都是從自然界已存在的生物體中提煉出來的。而自然界到底有多少物種,人類已了解或曾調查研究的部分,據推估僅占整體生物圈不到十分之一。

然而人類破壞大自然生態甚速,聯合國報告指出生物物種每年正以5萬種的速度流失中。尤其是南美洲雨林的過度開發,物種流失的速度或許更嚴重,可能很多物種在人類尚未認識或做研究前就已絕種。這種狀況對人類的生存絕對是不利的,因為唯有維持生態系的穩定,人類賴以生存的食物鏈才會供需平衡。若無限制地破壞生態,導致物種連鎖性地滅絕,到最後地球上僅有人類存在時,還能生存嗎?沒有植物行光合作用,食物從哪裡來?沒有綠草如茵,地球不就像月球表面那麼荒蕪?人類會活得愉快嗎?現今科技發達, 科學家已能成功複製羊、牛,種原有那麼重要嗎?自華生和克拉克證明遺傳物質是DNA後,生物科技確實發展迅速,但至今仍無法合成基因,基因轉殖實質上僅進行了基因的操控及複製。因此,自然界經幾百萬年演化後的產物—基因,也就是遺傳物質,仍是人類最大的資產,須妥善保存。一經流失,就目前科技而言,並不像〈侏羅紀公園〉電影那麼神奇,要挽回其實是很難的!

另由於全球人口一直在成長,對糧食的需求愈來愈多,然而巧婦難為無米之炊,科學家欲提高作物產量所需的基因,仍需來自自然界,也就是種原。惟科技目前能提供的方法,僅是使傳統育種方法縮短年限、效率更高,或打破物種繁殖限制的疆界而已。基於這些共識,全球各國開始重視種原保育的重要性,更有一說,21世紀是「種子戰爭」的世紀。事實上糧食禁運已在戰爭對立時,成為不戰而屈人之兵的利器。

民國75年, 行政院第八屆科技委員會接受美國農業科技顧問Sylvan Harold Wittwer建議,台灣應制定種原蒐集的長短程目標,並成立一現代化種子庫,以保存這些珍貴的遺傳資源。據調查,全球已知的維管束植物約有24萬種,在台灣就有四萬餘種,相較於其他地方,台灣可稱種原豐富的地區。會後,農委會指派農業試驗所研究興建植物種原庫的可行性,並由當時所長杜金池博士主持,成立小組開始規劃。

農業試驗所是一農業研究單位,對於建築並不熟悉,尤其當時台灣尚未有興建這類建築物的經驗。為恐任務失敗反而浪費公帑,杜所長指派筆者為小組召集人開始規劃。小組訂了幾個方向:借鏡—找有經驗的專家來指導;實地考察—了解現有種原庫的優缺點;負責提出規劃原則,並央請當時的住宅暨都市發展局(是省政府時代專業的建築單位)幫助規劃設計與興建。依這些準則, 很快地找上當時國際水稻研究中心種原保存負責人張德慈博士回國指導。張博士是享譽國際的種原保育專家,也是美國、中華民國、印度等國的院士,曾蒙天主教教宗諾望保祿二世接見並給予祝福。張博士很快地答應,讓小組成員軍心大振,開始第二步驟,參訪世界已有的種原庫。當時世界有3 個比較有名的種原庫,分別位於菲律賓、日本筑波與美國科羅拉多州。參訪後的心得如下。日本筑波種原庫號稱是當時最現代化,以機械手臂進行庫房管理的全自動化倉儲作業,是當時最先進的理念。然而有幾個缺點:機械手臂因潤滑油的關係,在低溫環境下常故障;為了減少故障率,因此把種子庫的溫度提高10度,而只適合中期儲藏(5∼10年),不適合長期儲藏(30∼50年);當時國內機械手臂技術尚未成熟,因此購買費用昂貴且須專業人士負責保養,實際上這種自動化投入並未能減少人力,只成為華麗的展示。

美國則走傳統路線,在美國農業部下設立種原研究室,負責全美國種原保存的規畫與指導,並在美國各重要地點都設有種原庫(分成短期種子庫及現場異地保存園) ,並以Genetic Resources Information Network互相聯繫。參訪後讓小組成員獲得了3個啟示:植物種原保存要有分散保存的概念;須有資訊管理系統加以整合管理;要有備份保存。整個系統的核心是位在美國西部科羅拉多州州立大學旁的國家植物種原庫,這裡保存了所有能以種子形態保存的種原。經過實地考察後,發現美國之所以把種原庫設立於西部,是因為當地溼度低,溫度適宜且緊鄰大學,可獲得大學支援研究人力,和研究保存所需的技術。

這種原庫採傳統保守式的設計,門禁森嚴,進出要登記,且須刷卡。冷藏庫採一般冷凍庫的設計概念,有絕緣保溫的功能,種子庫分為零下12度的長期庫與零下1度的中期庫,但不具除溼功能。經詢問,當時負責人Dr. Rose認為美國西部有洛磯山脈屏障,很少下雨,溼度較低不須除溼(除溼設備貴且需耗費大量能源)。另為延長保存期限,美國當時已展開研究液態氮(攝氏零下196度)超低溫保存的可行性。

國際稻米中心的種原庫由張德慈博士籌建規劃,也採傳統式保溫保溼冷藏法保存。因此,我國作物種原庫的規畫就以國際稻米中心的種原庫為藍本,但特別注重「安全」的觀念。意味著凡是種原庫保存的種原,我們的責任是永續保存避免流失。這是一巨大的挑戰,因此提出建築本體需抗震(7級)、防水、防火、防鼠、防蟲、防潮等需求,庫房則需保持恆溫及恆溼,短期庫是攝氏10±2度,相對溼度40±3%,中期庫是攝氏1±2度,相對溼度40±3%,長期庫是攝氏零下12±1度,相對溼度30±3%。

依這些要求, 庫房本身的建構及空調設備的規格也特別嚴格。要抗震,地基的底盤非常重要,經過多次地質鑽探,擇定一處30公尺下是石礫層的地方為基地,採筏式基礎(建築當時是民國80年,在921地震之前)。另為達防水功能,一樓樓板比當地地面高出1.0公尺,而且四周都是空曠的稻田,不太可能淹水。但為防萬一,四周的排水溝也加寬至1.5公尺以上,以加速積水的洩除。

防火看似簡單,其實不然。庫房是密閉空間,相對溼度又低,很有可能因靜電產生火災。但保存標的物是活體的種子,用灑水系統恐會破壞,因此採用乾式滅火的海龍系統,而仍然配置一般灑水式防火系統,做為第二道防線。另為預防失火時缺水,更在大樓前建一水池,一般人都以為是造景,其實最主要功能是消防用蓄水池。大樓四周都挖有深溝,一方面有利於排水,另一方面可防蟲。庫房的房門都須密閉,四周上下都有橡膠護條以防鼠。

防潮就像冰箱要避免冒汗一樣,基本上庫房下層是水泥加絕緣層,日子久了保溫效果可能會下降,因此要做好防水層以防水氣。建築時地面下施建7層的防水層,結果地下室就覺得很乾爽。保溫庫房內外層是0.5公分不銹鋼片內填入10公分防火保溫層,施造方式是懸吊式。如此一來,縱使地震,庫房也會如同火柴盒一樣,隨之搖擺而不會硬碰硬產生裂痕,避免使維護變得很麻煩。短期庫是做為短時間儲放用,採固定架方式,中期庫及長期庫則採如圖書館的可移動軌道式,以增加儲藏量。依規畫,中期庫採3層鋁箔袋可存放20萬份種原,長期庫分成3間(因不會一次用完,先開放1間使用,另2間先不使用以節約能源),每間可存放8萬份,滿載容量是24萬份。

種原庫使用壽命預計是50年。冷凍空調是營運的核心,「安全」仍是規劃的最中心思考,因此所有配備都採用兩套互為備援。中長期庫因被保護在短期庫內不會直接與外界接觸,已具雙層保護,達到運轉溫溼度要求後所需能源較少,所以採能源效率較低但故障率也較低的直冷式壓縮機。短期庫、乾燥室、前處理區及辦公區則使用效率較高,但需較常維護的水冷式壓縮機。

另為防停電,也配備了500千瓦、350千瓦及200千瓦發電機各一台。這些考量在921地震時,就可以了解當時以「安全」為考量的深謀遠慮是多麼重要。921地震時,種原中心離地震而隆起的斷層僅約200公尺,霧峰地區的震度是6級。但種原中心在地震後檢視報告是零損失,所有庫房及建築物都完好,連一塊磁磚及大理石都沒掉下,當時庫房內已藏有五萬餘份的種原,也都安然存於原處。

庫房中那些架子內的抽屜邊都有一彈簧式卡榫,以免抽屜因擺動而滑出,也發揮了小兵立大功的作用。另地震停水停電也都因備有發電機而完全沒影響。但這樣是否就可保證萬無一失?

其實仍需有萬全的「安全」策略,那就是備份保存的概念,不要把雞蛋放在同一個籃子裡。除了在農試所的國家作物種原中心保有這些種原外,農委會所屬各改良場就其任務及研究也需備份保存部分種原。而目前,農試所更挑出一些代表性種原保存到挪威的「世界末日種子庫」。

台灣的植物「諾亞方舟」也扮演著種原的提供者,這點與挪威所謂「世界末日種子庫」的目標不同。農試所的作物種原庫還需進行種原提供利用,才能使種原庫的價值完全發揮,因此種原庫也建立了一套完善的資訊系統,網址是www.npgrc.tari.gov.tw,提供研究人員及有興趣的人員進行種原的查詢,並以條碼進行庫存管理。

除了農試所的種原庫進行種子的保存外,農試所嘉義分所及鳳山熱帶園藝分所也收藏一些不能以種子形態保存的果樹花木等進行異地保存,因此國內整個植物種原的保存體制可謂是相當完善。
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