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植物保護生技:健康的蘭花種苗

94/08/04 瀏覽次數 12389
植物如同其他的生物一樣,在生育過程中必須面對病害的威脅。目前我們所看到的植物,其實都是在漫長的演化過程中,經過病原生物的感染、淘汰而能夠存活下來的物種。在自然界沒有人為介入的情況下,所有的植物對於病害的感染,多具有某些程度的抗性,因此其族群與病原生物間能夠保持動態的平衡。

但是當人類族群無限擴增,為增加糧食產量必須不斷改進農作物生產技術時,這種生態平衡便一再被打破。人類為了追求豐產與均一的品質,利用現代農業育種技術選育出心目中的優良品種,並且應用各種人為的快速繁殖技術,生產出遺傳背景近乎一致的種苗,並大量栽培在廣大的土地上。

然而經驗不斷地告訴我們,萬一有一種高危險性的病原生物入侵這栽培系統,能在短時間內在這單一純系的作物上快速蔓延,形成流行性病害,並構成毀滅性傷害。在近代的歷史上,其實不乏因為植物病害的流行而導致人類顛沛流離,甚至歷史文化轉折的例證。

然而現今的人類已經無法走回頭路,失去的生態平衡也已難回復,為了養活眾多的人口,只好在既有的農業體制與失衡的生態下,不斷地與作物病害對抗以獲取有限的收成。在近百年來現代農業技術的發展歷程中,植物病害防治技術雖然不斷有突破與改進,但是人類與作物病蟲害的對抗似乎不曾占到永遠的上風。

植物種苗與病害的關係

臺灣的地理環境溫暖而潮濕,物種豐富多樣且可終年繁衍不斷,過去一再被公認是作物栽培的寶島。但相對地,對於影響植物生長的病蟲害而言,臺灣,其實也是它們滋生的樂土,因此植物病害的多樣性與高發生頻率也是不爭的事實。

造成植物產生病害的病原微生物中,以俗稱「黴菌」的真菌所引起的病害種類最多。一般真菌類的病害除少數特例外,大都只在寄主植物上造成局部性的病害,而且其菌體通常暴露在植物表面,因此比較容易以切除感染部位或施以藥劑而達到防治效果。

但有些病原微生物,例如病毒、類病毒、植物菌質體,以及部分專門入侵維管束輸導系統的細菌,一旦入侵寄主植物後會形成全身性感染,病原會分布至整棵植物各部位的組織中,甚至會隨植物的無性繁殖(例如扦插、嫁接、組織培養或取親本的球根、塊根或鱗莖等加以繁殖成為個體種苗)過程,傳播到所有後代種苗,形成全面感染。另外也有部分病原體可以在感染的過程中,侵入寄主的種子組織或污染種子的表面,因而隨種子散布達到傳播的目的。

帶有病原體的種苗經過栽培後,有的會在生育初期就顯現明顯病徵,不僅造成寄主植物生長緩慢、品質低落,更嚴重的是會形成病害傳播的根源,造成病害提早流行,而危及整體作物的生產。有的帶病種苗雖僅形成潛隱性感染,在外觀上不顯現任何徵狀,但這種種苗容易被誤認為健康無病苗,經由貿易行為而廣泛散布各地。如此一來會使病原體隨種苗而四處蔓延,這也就是現今國際社會經常面臨的有害生物入侵問題。

我國過去幾十年來也曾遭受多種外來有害生物及病原體的入侵,形成農業及生態上的浩劫,影響既深且遠,年年造成重大經濟損失。國人應該印象深刻,其中有些病害可能就是隨國際間植物種苗的貿易管道而引進國內。因此植物種苗的健康是農業生產的根本,甚至是攸關生態與環境安全的重要關鍵,任何人包括政府、產業界、農業生產者甚至消費大眾,都應對植物種苗的健康與帶病種苗可能造成的危害有所認識,共同努力以保障全體國人的健康和生態環境的安全與穩定。

種苗繁殖與病害傳播

在現今的農業生產體系下,植物種苗的繁殖方式可以分成兩大類,其一是符合自然界植物繁殖模式的「有性生殖」,簡單地說,就是透過雌(子房)雄(花粉)兩性器官受精(或稱授粉),而發育成後代種子的繁殖過程。這種程序由於經過父母代兩方遺傳基因的重組,其後代種子個體間遺傳背景變化大,外表性狀變異也多。

這種不均一的遺傳背景,其實是植物面對演化選汰壓力的基本活力來源,可以保證其後代種苗在遭遇包括病原生物威脅的逆境時,不會完全被摧毀,而使存活的個體能夠有機會恢復族群。經由有性生殖所發育的種子除了極少數的例子外,通常不會攜帶病原生物成為病原的媒介體,因此,以種子繁殖的作物,受到病害威脅的可能性較小。

自然界的植物還有另一種繁殖方式,稱為「無性繁殖」,這種繁殖方式不需經過父母代的遺傳重組,直接由特化的組織或部位再生而產生後代種苗。這種特化的組織細胞內,擁有其母體全套的遺傳訊息,能發育成為一個與母體完全相同的個體。這種特化的再生組織通稱為「芽點」,不同的植物其芽點分布的位置不盡相同,有些分布於莖部,有些分布於葉部,有的甚至分布於地下根部。

有些植物為了提供芽點生長所須的營養,芽點附近組織會演化成為營養儲存構造,形成一種特殊的繁殖器官,例如常見的番薯及馬鈴薯的塊根就是典型的營養繁殖體。花卉植物中常見的百合,其莖基部演化成鱗片狀,形成所謂的鱗莖,每一片鱗片上都有芽點存在,可以繁殖成為獨立的個體。另外有些植物的芽點隱藏於莖部、葉部或花部,這些芽點有的有特殊的外型可以分辨,有的甚至與一般組織細胞沒有兩樣,必須受到適當刺激才會活化成芽點。

無性繁殖的種苗又稱為分生苗或複製苗,分生苗承襲其母體所擁有的一切優良或不良性狀,甚至也會遺傳已感染母體的病原。過程中萬一所挑選的繁殖用母本已經遭到病原感染,則繁殖的結果會使病原體有機會傳播到所有後代種苗身上,並藉由種苗的散布而蔓延。

既愛又恨的組織培養法

近百年來栽培者為了提升作物管理的效率,廣泛應用無性繁殖技術生產遺傳背景一致的作物種苗,希望能把每一個體的外形、大小、品質與生長速度均一化,達到農產品規格化的目標。不過利用植物的球莖、根莖、鱗莖或走莖等自然無性繁殖器官的繁殖倍率與速率,通常無法滿足產業的需求。近半世紀以來科學界成功研發出組織培養法,能夠在無菌狀態下利用人工培養基,在控制的環境下使植物的芽點組織快速且大量誘導生成分生苗(複製個體)。

這種技術解決了自然無性繁殖法複製倍率低與生長緩慢的缺點,由於每個個體可以達到均一的外形與大小,非常符合花卉產業的需求,數十年來已成為花卉種苗繁殖的最主要方式,甚至已成為花卉產業中的一個重要生產環節,許多專業的組織培養公司應運而生。目前國內也有十餘家頗具規模的專業組織培養廠商,近年來我國的蘭花產業開創出可觀的外銷成績,與組織培養技術的廣泛運用及產業化有密切的關係。

雖然無性繁殖的倍率與速率,因無菌組織培養技術的介入而大幅提升,但相對地,無性繁殖法所可能造成系統性病原廣為傳播的負面影響,依舊難以避免,甚至,散播病原的速率也跟著顯著提升。近年來研究資料一再顯示,無菌組織培養技術的大量運用,是造成系統性病害在花卉作物上愈形普遍的主要原因。但我們也不能因為組織培養技術有廣泛傳播病原的缺點,就否定它對於產業的貢獻與重要性。

事實上,只要應用敏感的病原偵測技術,事先篩選出未受感染的種原,就可用組織培養技術大量繁殖。現有的病原偵測技術還可以在組織培養初期,就篩檢培養瓶內的幼苗,確定其未受感染後再大量增殖。這種事先篩檢,再進行組織培養、大量繁殖的程序,就成為現今健康種苗繁殖流程的主軸。

臺灣蘭花產業的發展

一般所稱的蘭花是蘭科植物的俗稱,蘭科是植物界中的大家族,分布極為廣泛,除極地與沙漠外都有其蹤跡。蘭科植物成員多以其鮮艷美麗的花朵為共通的特性,因此多數種類都被人們採集、培養成為觀賞植物,甚至以人為交配方式,培育出不計其數的新種蘭花。臺灣由於自然景觀環境的多樣化,占全島面積55%的山地,即蘊藏著極為豐富的蘭科植物資源,其中尤以蝴蝶蘭最為知名,堪稱是臺灣的代表性蘭種。

臺灣蘭花的人工栽培,早於清代《彰化縣志》及《淡水廳志》就有記載,當時以大陸移民引進的報歲、素心等,俗稱「國蘭」的蕙蘭類為主要栽培對象。日據時代先後引進俗稱「洋蘭」的嘉德利亞蘭、石斛蘭、東亞蘭等種類。光復後,外來蘭種的引進更為蓬勃,而且隨政經情況的穩定,蘭花栽培與育種漸趨普遍。

民國41年士林園藝試驗分所,育成一株嘉德利亞蘭,並以蔣介石夫人為名–「美齡蘭」,曾經榮獲洛杉磯國際蘭展冠軍,顯示當時蘭花育種與栽培技術已具雛形。民國40至70年代隨國內經濟的起飛,蘭花栽培玩賞人口更加普及,許多大型專業蘭花育種及生產業者也應運而生。這段期間,雖然產業規模仍小,且以內銷為主,但已為臺灣蘭花產業的國際化奠定深厚基礎。尤其臺灣糖業公司於民國76年起投資蝴蝶蘭產業,有計畫地從事各項研發與改進後,我國蘭花生產便逐漸轉型為國際化產業。

據民國76年的統計,全臺蘭花栽培面積大約是44公頃,到了89年已達220公頃,91年更已擴增成461公頃,短短的兩年間栽培面積迅速增加1倍。91年官方正式統計蘭花總產值高達24.4億,占當年花卉總產值的22.6%。

目前栽培面積最多的是文心蘭,約有190公頃,大多是簡易遮陰網設施,少數是簡易防雨設施,全年估計可生產2千萬枝切花,4百萬盆盆花,所生產的切花約67%外銷,盆花外銷則占71%;其次是蝴蝶蘭,面積約1百公頃,但多屬較精密的環控溫室,年產3千5百70萬盆。依據91年的統計資料顯示,該年蝴蝶蘭外銷產值是7.1億,占所有蘭花外銷產值的65.4%。目前臺灣蝴蝶蘭的外銷地區已涵蓋歐亞美三大洲,以日本及美國所占比率最高。

健康種苗與蘭花生產

蘭花跟所有植物一樣,在栽培過程中可能面臨病蟲害的威脅,而導致生長與品質的損失。由於在消費者心目中,蘭花是高貴且完美無瑕的代表,所以栽培上必須達到絕對的品質要求,不能容許植株個體與姿態上有絲毫遭受病蟲危害的瑕疵。這點對於蘭花栽培者而言,通常必須面對相較於其他作物栽培更加嚴格的挑戰。

與所有作物一樣,要栽培完美無瑕的蘭花,從無病的健康種苗著手實為不二法門。我國現今蘭花產業中,約有2成的種苗是利用親本授粉所結的種子繁殖而來,其餘8成是藉由無性組織培養技術,把優良性狀的個體植株大量複製成為分生種苗,前者稱為種子苗,後者則俗稱分生苗。因此,分生苗若由已經感染系統性病原的蘭株無性繁殖而來,定會全面被感染,影響後續的栽培、生育與開花品質。

在已知的蘭花病害中,以病毒病特別容易隨無性分生繁殖散布到後代種苗,「病毒病」又稱為「毒素病」,國內部分蘭友稱它是「拜拉斯病」。到目前為止,根據正式文獻的紀錄,可以感染蘭花的病毒種類至少有28 種。

臺灣最早有關蘭花病毒的報告,是1973年證實的蕙蘭嵌紋病毒,到了1980年又發現齒舌蘭輪斑病毒。除這兩種之外,尚有胡瓜嵌紋病毒及一種斑萎病毒也已經被確認。不過多項調查報告顯示,感染情況最普遍,對全球蘭花產業影響最嚴重的,仍非蕙蘭嵌紋病毒及齒舌蘭輪斑病毒莫屬。

病毒可在蘭株上造成全身系統性感染,使蘭株生長趨緩,葉片出現黃化條紋或斑塊,有時會產生壞疽或條斑,花器(朵)上則有呈色不均、條紋、斑塊甚至畸形、壞疽、提早凋萎等病徵,嚴重影響蘭花商品價值。不同的蘭花種類或品系感染病毒後的反應也有所差異,由於多年來在業者利用自然淘汰選育的方式下,目前所保留的大部分品種,多具有感染後在幼年期不表現嚴重病徵的特性,這種情況在蝴蝶蘭中特別明顯。

但是每當植株越過成熟期或生長勢(生長狀態)因環境壓力而減弱時,往往蘭株會逐漸表現徵狀,並且加速惡化。這種幼年期不出現病徵的特性,常常導致栽培者的忽略,以致增加病毒傳染散播的機會,使得近年來病毒病在我國蘭園漸趨普遍,加上國際間品種交流頻繁,更助長病毒病無遠弗屆的散布。此外,病毒徵狀雖不在幼苗期出現,但常會在抵達外銷國家後逐漸表現,因而產生商業上的爭議,這種現象近年來時有耳聞,對我國蘭花種苗的商譽與國際競爭力難免產生影響。

近10年來,我國蘭花產業隨消費市場的改變,與國際間的競爭情況時有變動。早期廠商大多以生產終端產品為主,例如以切花或帶花梗的大型開花植株直接外銷,但近年來已逐漸蛻變為以生產組織培養瓶苗或中小型種苗為主的上游產業型態,因此種苗品質的維護,是未來我國蘭花產業能否持續發展的關鍵。

何況近年來歐亞地區的競爭國家,如中國大陸、荷蘭、馬來西亞與印尼等,相繼進入國際蘭花市場競相角逐,要保持市場的競爭優勢相當艱辛。未來蘭花種苗的品質,必須持續獲得消費國的認同,否則將難以穩住外銷領先的態勢。

健康種苗繁殖體系

國際社會針對隨種子或種苗傳播的病害,應用最廣泛的防治對策,即全面栽植已去除特定病原的健康種子或種苗,如此可降低田間作物生長初期的病原密度,減輕、延緩甚至阻斷病害的流行。

但是健康種苗的生產並非一蹴可幾,須有計畫與相關技術人才的配合,才能達到量產的目的。最重要的是,必須能完全掌握所有可能的病原生物種類、傳播特性、繁殖及栽培過程中的再感染方式與病害發生生態,其次要研發出敏感、專一、有效率及經濟的病原檢定法,才能在種苗繁殖過程中排除可能的感染來源,並且成為驗證種苗是否健康的客觀指標。

近年來,在國內蘭花產官學界各方人才的共同努力下,蘭花健康種苗生產體系所需的相關技術都已具備。在種苗繁殖技術方面,國內數十家專業組織培養廠商在大學及試驗改良場所研究團隊的支援下,其繁殖技術與效率都已達到相當的水準,具國際競爭力。在蘭花病原檢定技術發展上,舉凡酵素連結抗體免疫吸附檢測法及核酸探針雜配法,甚至現今公認最敏感的核酸聚合酉每連鎖反應檢定法,都已成功應用在例行的蘭花病毒檢定流程中。

過去幾年中,農業試驗所病毒研究室曾經成立蘭花病毒檢定服務中心,公開為全國蘭界服務,並且把檢定技術轉移至其他試驗研究單位及部分蘭花專業組織培養廠商。近來,農試所更把各種病毒檢定法與現今產業界所應用的蘭花種苗繁殖流程結合,研擬出蘭花無病毒種苗生產與檢定流程,供業者參考應用,以提升蘭花種苗的健康品質。

種苗檢查與驗證制度

所謂健康種苗驗證制度,是源自20世紀初荷蘭針對鬱金香病毒病害,所設計出的一種檢查與品質認證系統。1929年荷蘭輸往美國的鬱金香種球,被美方以帶有檢疫危險病蟲害為由拒絕入境,因而蒙受巨大損失。此後荷蘭就開始重視鬱金香種球病蟲害的防範,在30年代開始成立負責鬱金香種球的病毒檢查專責實驗室,協助農民判別並篩選健康無病毒種球,做為繁殖用種原,進而規劃出健康種球的標準生產模式,供農民應用。從此荷蘭所生產的鬱金香種球,品質獲得明顯的改善。

其後荷蘭政府更進一步推動種球驗證制度,藉由客觀的驗證標準,對鬱金香種球品質與帶病毒比率加以評估,訂定不同等級的標準,一方面供消費者購買時參考,另一方面也提供生產者訂定種球價位的客觀衡量標準。後來荷蘭政府更訂定「農業品質法」,規定鬱金香業者必須在種球大量繁殖前,把原種送請政府所授權的檢定實驗室進行病毒及其他有害生物的檢查,確定不帶病原後才准予進入繁殖階段,繁殖過程中也需接受檢查人員的監控,繁殖後的種球更需接受抽驗,以確定其品質符合國家標準。

有了這種公開公平的種球驗證制度後,荷蘭的鬱金香品質便逐漸贏得世界各國的肯定,產業得以逐漸茁壯,並擺脫其他國家的競爭,在鬱金香產業獨占鼇頭。

基於上述荷蘭種苗業的發展經驗,「驗證制度」是推動健康種苗事務的一種更積極主動的作為。我國過去數十年來所推動的健康種苗事務,雖已具成效,但仍只是輔導與鼓勵性質,除非面臨重大的病害威脅,否則很難刺激農民產生栽培健康種苗的動機。這種情況常會使健康種苗生產者,因生產成本增加,反而成為一種反淘汰的壓力:在沒有客觀的認證標準下,健康種苗不易與一般種苗區隔,導致健康種苗的生產者,未能在辛苦地工作後,獲得相對的投資報酬,栽培者也無法感受到相對的信心。

相反地,有了積極的驗證制度後,可進一步協助種苗生產者建立統一的種苗健康管理標準,讓合於標準的種苗獲得客觀的驗證,提升品質形象與競爭力,進而對未能符合統一標準的業者產生淘汰的壓力,促使其提升種苗健康管理的意願。更重要的是,驗證制度可使栽培者有了選擇種苗品質的依據,進而從栽培成果的改進,提升購買健康種苗的意願。健康種苗也因而獲得較佳的認同,從而提升其在種苗市場上的競爭力,良性循環的結果,將可創造健康種苗生產者與蘭花栽培者雙贏的局面。

我國的種苗驗證制度

動植物防疫檢疫局為使蘭花種苗產業進一步茁壯,以便面對未來激烈的國際競爭,仿效荷蘭種苗驗證的觀念與做法,開始著手建立符合我國產業需求的種苗驗證制度。不同的是,這制度尚未立法,而仍以鼓勵性質代替全面性的強制執行,讓合於標準的種苗獲得客觀的官方驗證,以提升其品質形象與競爭力。對於未申請驗證的種苗,並未強制取締,希望逐漸透過良性的競爭,經由健康種苗在栽培效益上的凸顯,獲得生產者與栽培者的認同,而達到未來全面採行驗證制度的境地。

民國90年度防檢局委託農業試驗所,以文心蘭為模式作物,規劃其健康種苗生產、檢查與驗證制度。這制度於91年3月12日正式由防檢局公告實施,是國內「非強制性種苗驗證制度」的首例。希望這種造就荷蘭成為國際花卉王國的種苗驗證制度,能輔導蘭花業者產出合乎國際標準的種苗,進一步提升我國蘭花產業的競爭力。

過去幾十年來,經過產官學界的披荊斬棘,臺灣蘭花已經在國際花卉市場中闖出一片天地,雖然其年產值或許不及一家晶圓廠,但所創造的工作機會,實為提振農村經濟與維持社會安定的重要因素。更甚者,因為蘭花產業的發展,已使我國在精緻文化與精神層次的發展上,獲得國際的認同,這是每年可創造幾千億產值的電子產業所難以冀求的境界。

未來除應珍惜並呵護現有的成就外,更應加倍地努力,以擺脫競爭國家的威脅,生產更精緻、高品質與低病原感染率的蘭花種苗,爭取國際市場的認同,確保我國蘭花種苗在國際市場上的競爭力。
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