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赴印度ICRISAT參訪耐旱作物栽培及育種概況

文‧圖 / 臺東區農業改良場 陳振義

壹、目的

  印度國際半乾旱熱帶作物研究中心 (International Crops Research Institute for the Semi-Arid Tropics ; ICRISAT),在亞洲和非洲撒哈拉以南與世界各地合作夥伴進行廣泛的農業發展研究,該中心以「減少乾旱熱帶地區人民的貧困、飢餓、營養不良和環境惡化」為使命, 專注於六大 「任務作物」(mandate crops),包括鷹嘴豆、樹豆、花生、珍珠粟、高粱及小米等重要作物之栽培及育種工作。本次考察主要目的為拜訪 ICRISAT 進行耐旱作物栽培及瞭解目前相關作物之育種概況,並配合農委會 102 年開始推動調整耕作制度活化農地計畫及推動「臺東地區有機樂活產業廊道之建構計畫」,將相關資料 提供本會臺東區農業改良場做為未來試驗研究之參考。

貳、參訪及交流過程

  本次考察印度 ICRISAT 耐旱作物栽培及育種概況 ,說明如下:

一、國際半乾旱熱帶作物研究中心簡介

  ICRISAT 總部設在印度海得拉巴,並在非洲撒哈拉以南的兩個區域中心及四個國家設有辦事處。ICRISAT 是一個非營利性、非政治性組織,也是國際農業研究磋商聯盟(CGIAR) 的成員之一, 在亞洲和非洲撒哈拉以南與世界各地合作夥伴進行廣泛的農業發展研究,並以「減少乾旱熱帶地區人民的貧困、飢餓、營養不良和環境惡化」為使命。

  ICRISAT 在亞洲和非洲撒哈拉以南地區與多樣化的合作夥伴共同努力逾 40 年,發現透過充分應用與適當的政策、行銷及其他支援服務科學創新,即能夠增加他們的作物產量和收入好幾倍,同時提高土地及種植的恢復能力。主要目的在於建構一個繁榮、食品安全、有彈性乾旱熱帶地區,為實現這一目標,ICRISAT 做法是建立透過夥伴關係為基礎的國際農業研究以促進整體區域發展,並實現科學與人性的尊嚴(Science with a human face)。

二、拜訪 ICRISAT 研究中心副主任 Dr. Gowda 及全球鷹嘴豆產業概況

  Dr. Gowda 為 ICRISAT 研究中心的副主任,本次參訪行程經渠與 Dr. Prasad 安排,始得以順利完成。Dr. Gowda 為鷹嘴豆(chickpea)育種專家,專長在於鷹嘴豆的育種及品種改良,是 ICRISAT 元老級的研究人員,畢生投入鷹嘴豆的育種及品種改良工作。

  鷹嘴豆又名桃爾豆、雞豆、雞心豆等,因種子形狀奇特,尖如鷹嘴,故稱此名,是世界上栽培最早的豆類作物,約在 7,500 年 前的中東遺跡即被發現。目前主要栽培地區有 印度 、孟加拉 、巴基斯坦 、衣索比亞 、墨西哥及伊朗。鷹嘴豆是印度及巴基斯坦的重要蔬菜之一,在歐洲食用鷹嘴豆也十分普遍,也是常用藥材。

  鷹嘴豆屬於高營養豆類植物,富含多種植物蛋白和多種胺基酸、維生素、粗纖維及鈣、鎂、鐵等成分,其中蛋白質含量高達 28 %以上,脂肪 5 %,碳水化合物 61%,纖維 4-6%。鷹嘴豆含有 10 多種胺基酸,其中人體必需的 8 種胺基酸全部具備,而且含量比燕麥還要高出 2 倍以上。籽粒作為主食或甜食,也可炒熟食用,亦可製作罐頭或蜜餞等風味小吃,鮮豆可做菜也可生吃。廣泛適用於蒸、煮、炒或泡湯,是糖尿病、高血壓及腎虛體弱者理想的健康食品。

  鷹嘴豆為自花授粉作物 (圖 1),是世界上第三大的食用豆類。 It is currently grown on about 11.5 million ha, with 96% of the area in developing countries. 目前栽培面積約 1,150 萬公頃。 Chickpea production has increased during the past 30 years from 6.5 million tons (1978-1980 average) to 9.6 million tons (2007-09) because of increase in grain yields from 630 to 850 kg/ha during this period. 南亞及東南亞地區占了大約 81 %的全球鷹嘴豆的生產量,與印度成為主要鷹嘴豆生產國(占市場 84 %)。栽培面積由 The chickpea area marginally increased from 9.1 million ha to 9.5 million ha during the period 1978-80 to 2007-09 1978 年至1980 的 910 萬公頃,增加到 2007 年至 2009 年的 950 萬公頃 ,同時期單位面積產量由 610 公斤/公頃提高至 800 公斤/公頃,增加了 27%,糧食供給量從 5.6 億公噸增加至 7.7 億公噸。由此可見,鷹嘴豆在印度、南亞及東南亞地區已成為重要的糧食作物。

Severe drought in several parts of India during 2000-03 led to sudden decline in chickpea area during that period.

圖 1   ICRISAT 試驗田鷹嘴豆生長情形(左圖)及其成熟種子(右圖)  圖 1   ICRISAT 試驗田鷹嘴豆生長情形(左圖)及其成熟種子(右圖)

圖 1   ICRISAT 試驗田鷹嘴豆生長情形(左圖)及其成熟種子(右圖)

Severe drought in several parts of India during 2000-03 led to sudden decline in chickpea area during that period.

三、穀類研究中心珍珠粟研習

  該項計畫主持人為 Dr. Gupta,在 ICRISAT 研究中心算是年輕一輩的研究人員,他在穀類研究中心負責珍珠粟及小米的育種改良工作,從事珍珠粟的研究工作已有 14年,小米因到訪前 2 個月已採收,故沒有安排相關行程,其指導教授 Dr. Rai 亦是珍珠粟國際級的專家。

  珍珠粟別名蠟燭稗、禦穀、 非洲粟 。原產地為印度和西北非洲,主要為糧食用。珍珠粟脫粒後籽粒蛋白質的含量約爲 8.3~ 20.9%,多數品種蛋白質含量比小麥、水稻、玉米及高粱都高,一般平均爲 16%。將珍珠粟磨成粉或濕磨成糊,可製做成餅或麵包以及其他形式的糕點。其植株莖稈可作為牲畜飼料、燃料或草房的建築材料,種子亦作為家禽和牲畜飼料或填充劑用。珍珠粟能適應在高鹽度的或酸性的土壤,如沙漠,佔有很重要的地位。珍珠粟具耐旱性,是很多乾燥地區貧窮農民賴以維生的重要作物。

  珍珠粟分布在西非、中非地區包括:尼日、奈及利亞、馬里、布吉納法索 等國家,栽培面積約 1,500 萬公頃、在南亞印度栽培面積約 1,000 萬公頃,在東非、南非地區包括: 蘇丹、坦尚尼亞、衣索比亞、厄利垂亞等國家栽培面積約 300 萬公頃(如圖 2)。

圖 2  珍珠粟在非洲、南亞地區各國栽培分布圖

圖 2  珍珠粟在非洲、南亞地區各國栽培分布圖

圖 3  珍珠粟脫粒後種子(左圖)及植株生長情形 ­ (右圖) 圖 3  珍珠粟脫粒後種子(左圖)及植株生長情形 ­ (右圖)

圖 3  珍珠粟脫粒後種子(左圖)及植株生長情形 ­(右圖)

  珍珠粟屬於短日照作物,生長條件並不苛刻,年雨量約 250-400mm 、生長溫度 10-45 ℃ 皆可生長,但最適溫度為 33-35 ℃。珍珠粟除了容易積水、堅硬的土壤及含鹽分高的土壤不利其發芽外,皆可以生長在所有類型的土壤中。珍珠粟為耐旱性作物,幼苗期的耐熱性高,可以生長在土壤表面溫度 62 ℃ 的環境下,具生殖耐熱性,種子儲藏在 46 ℃ 的環境下仍可發芽,耐低溫,發芽溫度 8-10 ℃,在 10 ℃ 的環境下仍可開花;對於土壤耐酸性、耐鹽性高,適合於低產能及土壤退化的環境栽培。生長期短,為 75-85 天,每穗約有 2,000 個以上種子數(圖 3),至於病蟲害則很少發生。

  ICRISAT 作物研究中心的使命即是減少乾旱熱帶地區人民的貧困、飢餓、營養不良及環境退化,因此,進行旱地作物之耐旱試驗為重要的育種試驗。研究人員在溫室內,利用控制給水量測試不同耐旱作物對乾旱的耐受性,並且在耐旱性佳的品系中篩選優良品系,經過篩選後再移出旱地試驗,選拔出具耐旱、高產、質優的品種,提供旱地農民種植(圖 4)。

圖 4   ICRISAT 溫室內進行各種旱地作物之耐旱性試驗

圖 4   ICRISAT 溫室內進行各種旱地作物之耐旱性試驗

Severe drought in several parts of India during 2000-03 led to sudden decline in chickpea area during that period.

四、豆類研究中心樹豆研習

  樹豆由資深研究員 Dr. Saxena 主持,渠負責樹豆的育種及改良工作已長達 30 餘年。Dr. Saxena 是一位國際級的樹豆資深研究員,育成樹豆品種約有 40 餘種。 Since 1976, the area under pigeonpea has increased by 7%. 全世界樹豆栽培面積約 520 萬公頃,主要分布在亞洲、非洲東部與南部、拉丁美洲及加勒比海等國家 。 在亞洲,樹豆栽培面積約 433 萬公頃,產量為 380 萬噸(圖 5)。

  全世界樹豆目前以印度擁有最大栽培面積(338 萬公頃),其次是緬甸(58 萬公頃)、中國(15 萬公頃)及尼泊爾(21,360 公頃)。 樹豆的生長期為 90 天至 260 餘天,晚熟品種適合在各種耕作制度中種植。Between 1976 and 2009, pigeonpea recorded a 57% increase in area (2.76 to 4.33 million ha) and 78% increase in production (2.14 to 3.8 million tons). 1976 年至 2009 年間,在亞洲樹豆栽培面積增加了 57 %(276 萬公頃增加至 433 萬公頃),產量增加 78 %(2.14 億公噸至 3.8 億公噸);種植樹豆時可與其他作物間作,例如:高粱、玉米、香蕉等,不但可充分利用土地,又可增加農民收入。樹豆在中國南部主要種植的目的用於水土保持、食品(蔬菜)及飼料。 近年來,樹豆育種人員利用雜交方式育成高產的新品種,可增加 40-50 %的產量,大大提升樹豆的產能 (圖 6 、圖 7),增加旱地農民收入。

圖 5  樹豆在亞洲栽培面積 433 萬公頃產量為 380 萬噸

圖 5  樹豆在亞洲栽培面積 433 萬公頃產量為 380 萬噸

圖 6   ICRISAT 利用雜交技術育成高產量的樹豆新品種  

圖 6   ICRISAT 利用雜交技術育成高產量的樹豆新品種

圖 7  樹 豆雜交後新品系與原來親本產量之比較圖

圖 7  樹 豆雜交後新品系與原來親本產量之比較圖

  Severe drought in several parts of India during 2000-03 led to sudden decline in chickpea area during that period.

五、參訪 ICRISAT 種原保存中心

  ICRISAT 種原保存中心為國際上最大的基因庫之一,主要儲存全球半乾旱地區重要的六個任務作物種原資源庫,總共蒐集 With over 120,000 germplasm accessions assembled from 144 countries, it is one of the largest international genebanks. 來自 144 個國家、超過 12 萬個種原,為世界上重要的種原基因庫之一。 ICRISAT 基因庫保有目前已經從非洲及亞洲其自然棲息地消失的幾個重要地方品種,The collection serves as insurance against genetic erosion and as a source of resistance to diseases and pests, tolerance to climatic and other environmental stresses, and improved quality and yield traits for crop improvement. 並保存作為對遺傳侵蝕與抗病蟲害、耐旱氣候及其他環境壓力的自然種原,可作為將來改良作物、提高質量及產量性狀的來源。

  Seed conservation has a vital role in preservation of genetic variability as it is simple to handle, cost-effective and has the capability of maintaining genetic stability over long periods of time. 基因庫在保存作物遺傳變異有其重要的作用,因為其係以簡單的處理,即能維持遺傳穩定性一段很長時間。The conserved germplasm has been characterized (98.9% of the collection) for important morpho-agronomic characteristics. 保存作物種原資源的重要形態及農藝性狀達 98.9 %。基因庫內的種原一部分保存於 4 ℃ 和 30 %相對濕度,另一部分將種原處理後裝在真空包裝的鋁箔袋中,保持在 -20 ℃, 種子含水量 3-7 %的狀態下,在此種基因庫的條件中 Base collections ensure long-term viability of material (more than 50 years) as a security to the active collection. 可確保材料超過 50 年的長期生存能力(圖 8)。 In addition, ICRISAT has committed to place the FAO-designated germplasm (111,000 accessions) at the Svalbard Global Seed Vault in Norway as safety backup. 此外, ICRISAT 一直致力於將世界糧農組織指定的種原,數量共計 111,000 份,儲放在挪威斯瓦爾巴全球基因庫作為安全備份。 The Seed Vault provides an insurance against the loss of seeds in genebanks, as well as a refuge for seeds in the case of large scale regional or global crisis. 該基因庫提供一個預防將來面臨大規模地區性或全球性糧食危機的情況下,對糧食作物種子作為基因庫的避難所。

  基因庫能確保種原以一個安全、可靠的方式保持,並可分發給所有需要的使用者,從事在作物改良及育種工作上。The collections are maintained under long-term conditions, monitored regularly, and regenerated with appropriate plant population and pollination controls to ensure genetic integrity. 該基因庫是在長期的條件下監測,並定期重新繁殖及授粉控制,以確保種原遺傳完整性。目前 ICRISAT 基因庫保存重要的作物及份數,包括:高粱 37,943 份、珍珠粟 21,594 份、鷹嘴豆 20,140 份、樹豆 13,632 份、花生 15,419 份、 Finger millet 5,949 份及 Fox millet 1,535 份,總計 116,212 份,對於種原保存具有莫大的貢獻。

圖 8   ICRISAT 基因庫肩負保存人類重要糧食的重責大任 圖 8   ICRISAT 基因庫肩負保存人類重要糧食的重責大任

圖 8   ICRISAT 基因庫肩負保存人類重要糧食的重責大任

圖 9  展示館展示不同品種樹豆種子(左圖)及珍珠粟果穗(右圖) 圖 9  展示館展示不同品種樹豆種子(左圖)及珍珠粟果穗(右圖)

圖 9  展示館展示不同品種樹豆種子(左圖)及珍珠粟果穗(右圖)

Severe drought in several parts of India during 2000-03 led to sudden decline in chickpea area during that period.

六、ICRISAT 農業 教育資訊推廣中心

  ICRISAT 農業教育資訊推廣中心位於行政大樓 1 樓,該中心具有一間視聽教室、一間接待室、一間閱覽室、一間展示館;其中展示館展示 ICRISAT六大「任務作物」 的種子,包括鷹嘴豆、樹豆、花生,珍珠粟、高粱及小米(圖 9)。農業教育資訊推廣中心負責人為 Ms Prasanti Pradhan,主要工作為引領訪客、外賓或參訓學員等,進行簡報或介紹 ICRISAT 的環境及主要任務,筆者透過渠協助,獲得有關珍珠粟及樹豆等相關出版品數本,收獲相當豐富。

參、建議

  1. 充實試驗材料為育種人員從事品種改良工作最重要的基本條件,因此,多方蒐集國內地方品系或國外品種,建立完整的育種材料庫為首先要務。
  2. 對於國內重要糧食作物,應做好優良品種之種原保存工作,除充實種原保存庫以外,仍要定期繁殖更新種原,以確保優良種原能持續維持。
  3. 針對具本土特色的雜糧保健食品的開發應評估各產區環境特色及市場需求,俾提供國人更安全、保障且多樣化產品選擇,始能奠定國內糧食作物產業長遠發展之根基。
  4. 持續發掘具適應性好、栽培容易、且營養高的新興作物,例如:鷹嘴豆、珍珠粟等旱地作物,其耐旱性強,可藉引種方式引入國內水源缺乏地區試種、推廣種植,增加國人種植雜糧作物新選擇。

致謝

  本次出國計畫承蒙行政院國家科學技術發展基金管理會補助計畫「耐旱早熟小米種原蒐集及多元化加工利用技術之研究」(NSC 102-3111-Y-067C-002) 經費補助。

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