高二氧化碳濃度對植物的影響
102/11/06
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王道還｜
中央研究院歷史語言研究所助理研究員
最近有幾則消息，都與糧食生產有關。
第一、9 月 12 日，農作物專家波洛格（Norman Borlaug, 1914 − 2009）過世。波洛格是美國人，因為對綠色革命的貢獻，得到 1970 年諾貝爾和平獎。第二次世界大戰結束時，他到墨西哥研究小麥、玉米的增產技術，包括培育新品種，研究土壤、施肥，以及教導農民農耕技術。後來他到印度、巴基斯坦，奔走同樣的事。
第二次世界大戰後，世界人口急速增加（1950 年 25 億；1999 年 60 億），許多學者發出警報。1968 年，美國史丹福大學生物學教授艾立克（Paul Ralph Ehrlich, 1932 −）出版《人口炸彈》，宣稱印度、巴基斯坦將會出現大飢荒。結果，波洛格之類的人成功了，全球糧食產量因而大增。
現在世界人口已達 68 億，預測 2050 年會接近 90 億，到時候會不會發生糧食危機呢？特別是，全球暖化對農作物生長的影響，我們還不清楚。專家相信，上個世紀靠育種與耕作技術提高糧食產量，本世紀將靠生物技術提高糧食產量。
總之，20 世紀最重要的農業改良專家過世了，代表那個時代已落幕。21 世紀的農業生產問題，情勢更複雜。21 世紀為人類解決糧食問題的新領袖會是什麼樣的人呢？
第二個消息是，10 月中，聯合國世界糧農組織（FAO）在意大利羅馬召開專家高峰會。根據事先公布的一份研究報告，到了 2050 年，世界人口會比現在還多三分之一以上。但是，對農業部門的投資必須增加 70％，才足以餵飽所有的人，而開發中國家必須增加的資金，則是 100％，因為低熱量的高品質食物及肉類的需求會大幅提升。
關於糧食生產，最近倒有一個好消息。非洲薩哈拉以南地區去年糧食產量增加了 3.5％，超過 1∕30。非洲的糧食生產過去幾十年都沒什麼進步，而薩哈拉以南地區有 700 萬平方公里適合農耕（將近 20 個臺灣大）但尚未開發，這個消息令人振奮。不過，現在那個地區的糧食生產，8 成來自小農戶；專家估計到了 2050 年，那裡的人口會增長到接近 20 億（2005 年只有 7.7 億），農業生產體系的結構與組織勢必要調整，才足以應付那時的需求。
第三個消息涉及大氣 CO2 濃度上升對於植物的影響。
大氣中 CO2 的濃度，在過去半個世紀中增加了 1∕5 以上，預測到 21 世紀結束時，將提升到 700 ppm（體積），是目前的 1.8 倍以上。高濃度 CO2 對植物生長會產生什麼影響呢？
過去，學者推測，大氣中 CO2 濃度增加對植物可能是件好事，因為植物能利用陽光把 CO2 與水轉變為葡萄糖。20 年前，學者以模型預測，到了 2050 年，農作物如麥子、大豆的收成會因大氣 CO2 濃度增加而增加 3 成。但是 2006 年發表的一份研究報告，顯示收成只會增加一半。
去年，學者又發現，稻、麥、木薯等植物，葉片上的氣孔在高 CO2 環境中會收縮。而氣孔收縮，對植物不利。因為水由氣孔蒸散，產生虹吸力，利於根部吸收土壤中的水分與養分。要是氣孔收縮，蒸散作用產生的虹吸力就變小了，根部吸收的水分與養分就會減少。結果，這類植物在高 CO2 環境中生長，會缺乏鈣、鎂、磷等礦物質，高達 15％。更重要的是，蛋白質也會缺乏。
最近，澳洲植物生理學家蘿絲．葛理竇（Ros Gleadow），在高 CO2 環境中（700 ppm）種植了幾種植物，包括棉花、高粱、大豆，以及南美原生植物木薯，有出人意料之外的新發現，實驗報告在今年 8 月發表。
植物在高 CO2 環境中生長，會長得較高，木質部較多（枝條較多），葉片較小，全在意料之中。但是，蘿絲挖出木薯的地下塊根，卻發現塊根變小，重量減了 8 成，看來不像山藥了。在正常情況下，木薯的塊根與山藥很像。
分析之後，蘿絲發現木薯不只塊根變小了，還變得更毒，含氰配醣體含量增加了兩倍，總量成為原先的 3 倍，大部分出現在葉片中。蘿絲認為，那可能表示木薯中毒了，塊根才變得那麼小。蘿絲的實驗顯示，大氣中 CO2 增加後，植物的反應不可一概而論。也就是說，不同的植物，對大氣中逐漸增加的 CO2，有不同的反應。她推測，木薯利用更多的 CO2，生產更多的防禦化合物含氰配醣體。
現在蘿絲．葛理竇要到非洲莫三鼻克研究芋頭與山藥。
木薯
是熱帶地區人民碳水化合物的主要來源，消費量僅次於稻米、玉米。木薯有甜木薯及苦木薯兩個物種，兩者表皮色不同，淡青色的是甜木薯，褐色的是苦木薯，不難區別。木薯含有氰化物前驅物質含氰配醣體（cyanogenic glycosides），本身無毒，但是在咀嚼、消化過程中，含氰配醣體水解後會轉化為有毒的氰化物，如氫氰酸（hydrocyanic acid）。木薯表皮中含氰配醣體最多，因此要先刮去外皮，煮熟後才能食用。（中毒症狀：輕者噁心、嘔吐、下痢、昏眩，嚴重者呼吸衰竭而死，還會引起甲狀腺腫，並傷害視神經和運動神經。）
