糧食的需求與日俱增，農業土地的利用達到極限綠色革命，以雜交方式引進其他野生種的優勢性狀，篩選高產量的新品種現階段的農業發展目的則抗病蟲害抗除草劑惡劣環境

基因改良生物（Genetically modified organisms，簡稱GMOs）是指該生物的遺傳物質DNA是經由除了天然交配或自然發生基因重組以外的方式改造而成。其中可能利用了基因重組或基因工程的技術來篩選某單一基因 • 基因改造食品不但是指被改造的作物，也可以包括許多使用此法改造的微生物，以及加工過的食品

糧食的需求與日俱增，農業土地的利用達到極限糧食的需求與日俱增，農業土地的利用達到極限 • 綠色革命，以雜交方式引進其他野生種的優勢性狀，篩選高產量的新品種 • 現階段的農業發展目的則抗病蟲害抗除草劑惡劣環境 • 讓單位面積的產量增加，或是減少栽培期間的人力物力，以節省成本 • 在消耗珍貴自然資源最低的程度下，達到增加糧食產量的目的

減少殺蟲劑的使用 • 保護土壤表層 • 有效利用有限農

10-1 植物組織培養技術 • 可重新分化，再成為新的植株 • 全能發展性(totipotency) • 未分化完全的組織，如芽、根尖、嫩莖或發芽的種子等 • 以帶有生長點(meristem)的部位進行繁殖 • 由組織碎片長出一團未分化的細胞團塊，也就是癒傷組織(callus)，即可培養出小苗，重新分化成完整的成株，這就是微體繁殖 • 或經癒傷組織分散成細胞個體 • 基因轉殖的必要步驟 ‧是篩選或繁殖，均需經過植物組織培養的過程，才能得到基因轉殖植物 • 微體繁殖 ‧於植物的生長點組織是無病毒感染的，因此也可以藉此方式來繁殖無病的幼苗

二次代謝產物 ‧二次代謝產物為其代謝過程無法再分解的副產物，對其他生物卻常有醫療效果或毒性 ‧自組織培養懸浮液中萃取產物較容易 ‧組織培養之產量也較一般植株高，國內相關單位也鼓勵中藥萃取物之研究 • 單倍體培養 ‧花藥進行組織培養，獲得單倍體植株，藉此顯現隱性基因之性狀以利篩選 ‧多倍體化 ‧有效縮短篩選時程 ‧以達快速品種改良之目的 • 體細胞雜種的產生 ‧去除細胞壁的原生質體(protoplast)細胞的培養，可以進行不同品種的體細胞融合，可以獲得優良性狀之品種，甚至異種同屬之間的體細胞雜種也可以成功

10-2 植物的基因轉殖技術 • 使用基因工程或分子生物技術，將外源基因轉入植物細胞中，產生基因重組之現象，但不包括傳統的雜交、誘變、體外受精、細胞及原生質體融合、體細胞變異與染色體加倍等技術 • 送入外源基因的步驟: TI plasmid, Gene Gun, Plant virus • 植物病毒感染 ‧植物病毒不會插入植物的基因體，也不會藉種子傳給後代，因此不會有穩定的基因轉殖株 ‧但病毒可以大規模地整株感染，建立植物的生物反應器，快速產生大量重組蛋白質

送入葉綠體

其他方式 ‧送入的基因通常利用抗生素進行篩選，挑出帶有轉殖基因的組織 ‧培養基主要的營養成分中含有平衡的植物荷爾蒙，能讓組織處在未分化的狀態，再藉由組織培養重新分化成帶有轉殖基因的新植株 ‧阿拉伯芥: 可以用真空吸入的方式得到重組DNA，只要把分化中的花芽浸在農桿菌液中，利用真空的方式把DNA吸入。(甚至有報告指出不需抽真空泡著就可以) ‧有一對重組酵素(Cre)的辨認位置(lox)，當此轉殖作物與帶有重組酵素的植株交配，就可以將兩個lox位置間的DNA移除不必要的質體片段

10-3 基因改造食品實例 • 估計全世界的大豆有51%種植的是基因改良品種，棉花有20%，玉米和油菜各有9%及12%之多

抗除草劑 ‧基因改良大豆絕大部分均是抗除草劑的 ‧基因改良作物中有75%是抗除草劑的品種 ‧台灣在2008年已核准種植大豆第二代的產品 • 抗蟲 ‧殖蘇力菌（Bacillus thuringiensis，簡稱Bt）的毒素基因，即可抗蟲 ‧抗蟲作物佔有17%的基因改良作物面積

抗病 ‧讓植物自行產生抗病能力的方式 (1)反義RNA (2)病毒交互作用：讓植物產生病毒外鞘蛋白佔住病毒感染路徑 • 抗環境 ‧蕃茄AVP1基因 ‧可讓植物耐乾旱 ‧根系的發展較佳，因而抗旱，也因此長得較好 ‧施水之後立刻可以復原

控熟 ‧阻礙乙烯的合成可控制果實的後熟過程 ‧以提早或延後成熟時 ‧改變開花時期 ‧錯開盛產期，充分調節供需 • 增加營養成分 ‧Golden rice：富含鐵及維生素A前軀物的胡蘿蔔素 ‧目前已改用玉米的基因，其胡蘿蔔素的含量更高

產生醫療用途的蛋白質 ‧人吃了後會產生抗體的疫苗：edible vaccine. ‧馬鈴薯產生的B型肝炎疫苗 ‧由於人體對於以腸道吸收方式的食物抗原常產生耐受性(tolerance)，為了避免接受疫苗者無法產生抗體，因此目前只核准其作為追加劑，不能用作第一劑注射之用 • 加工品改良 ‧轉殖反向DNA抑制軟化酵素基因表現的方式讓蕃茄的果實較為可口 ‧殘渣量降低，有效降低成本

改變成分 ‧油菜改變種子油脂成分 ‧增加大量lauric acid及mystric acid以代替椰子油及棕櫚油 ‧增加oleic acid的油菜及大豆品種，這是花生油及橄欖油的主要成分之一，是單一不飽和脂肪酸，可改善高不飽和脂肪酸在高溫不穩定的缺點

10-4 基因改造食品的安全性 • 台灣也於2001年2月，公布「以基因改造黃豆及基因改造玉米為原料之食品標示事宜」等相關規範，規定一定要有相當的標示，凡超過5%基因改良作物之食品及加工品，於92年起均需標示為基因改良食品

轉殖基因在食用後的狀況 • 產生的重組蛋白質是否對人體有害 (1)過敏原常常耐熱 (2)過敏原常常不會被腸道酵素分解 (3)有些過敏原具有特定的胺基酸序列，可以辨識 • 其他考量 (廣義的基因改造食品包括使用生技微生物) (1)利用微生物或黴菌生產食品加工的酵素: chmyosin– 乳酪, amylase– 低卡啤酒 (2)加工食品: 蕃茄醬(使用有antisense RNA的蕃茄) (3)植物的其他衍生物: EX– 麵粉或植物油

10-5 基因改造食品的檢測 • 按歐盟規定，1%以下的污染是准許存在的

偵測蛋白質 ‧抗除草劑的基因轉殖大豆，會帶有農桿菌的EPSPS蛋白質、抗蟲的玉米及帶有Cry I毒素的棉花等 • 檢測DNA ‧直接偵測食品來源中是否帶有轉殖基因 ‧GENESCAN公司發展出的生物晶片－GMO chip是針對歐洲常見的一些基因轉殖作物進行檢測，對象包括基因轉殖的玉米、大豆及水稻中可能出現的一些CaMV啟動子區、Bt毒素基因區

來源基因的分析，無論是對人體、對植物甚至對環境的影響都需要謹慎，主要需要考量的重點如：來源基因的分析，無論是對人體、對植物甚至對環境的影響都需要謹慎，主要需要考量的重點如： • 此作物的基因組成有何改變 ‧基因槍高壓打入基因，此法有可能會造成DNA重新排列的現象，而斷出的小片段DNA可能插到基因體的其他地方，這種變化在檢驗DNA時很難發現。這些小小的變異，都可能對植物或人體健康有影響

抗藥基因傳遞 ‧抗生素的抗藥性基因作為篩選標記 ‧此基因若沒有在後來的步驟進一步去除，有可能傳給植物體內的其他細菌，因此應嚴格要求將標記基因去除 ‧有可能導致自然界的細菌得到抗藥性

10-6 基因改造作物對生態環境的影響 • 再過20年，大多數的作物基因都會被基因改造 • 同種雜交的影響 ‧基因轉殖的動物是侷限在可管制的環境範圍內，不會到處繁衍。然而，作物的栽植不是實驗 ‧田間大面積栽種，花粉會藉風力或蟲鳥媒介傳送，可能會散布到其他農地，這是基因改造作物目前所面臨的最大挑戰 ‧花粉的污染已經是很普遍的一個現象 ‧有機作物的農場被污染，更可能對農民造成很大的損失

同類近親植物雜交的影響 ‧一些像具有野草特性的近親能夠和他們雜交，後代有可能會得到轉殖基因而容易蔓延生長 ‧得到了抗蟲基因，不僅得到相對的生長優勢，對自然環境的昆蟲也會造成威脅 • 對其他昆蟲的影響 ‧一種類尼古丁的農藥使蜜蜂幼蟲失去學習能力所以長成工蜂無法回巢：蜂群崩解症候群(colony collapse disorder) • 害蟲抗毒性的產生 ‧植物和昆蟲的演化是相輔相成的，植物具有抗蟲的毒素基因，大量分泌之後，會加速篩選出具有抗毒能力的昆蟲 • 對土壤微生物的影響 ‧用來對付昆蟲的Bt毒素基因其實大多來自土壤微生物，因此這類基因應該是原本就存在於土壤環境生態的

解決之道 (1)葉綠體的基因組花粉不具有葉綠體，因此不會將此基因到處散布；果實的非綠色種子部分也不帶有葉綠體 (2)利用不稔性的原理，讓作物授粉之後產生的種子無法栽種，農民必須每年向公司購買新的種子。或種植不產花粉的品種無法自行授粉，需再以”回復”品種授粉

糧食的需求與日俱增，農業土地的利用達到極限 綠色革命，以雜交方式引進其他野生種的優勢性狀，篩選高產量的新品種 現階段的農業發展目的則抗病蟲害抗除草劑惡劣環境