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生物科技的應用：農業生物技術

93/01/13 21673

洪健睿｜成功大學生物科技研究所

張清俊｜成功大學生物科技研究所

什麼是生物技術

生物技術，簡單來說就是一門應用生物的科學，即利用生物學原理，在生物體內生產實用產品的一項技術。例如，利用魚類生長激素在鮭魚體內大量表達，使鮭魚體重增加五到十倍以上。此項技術正應用到人類醫藥的生產、農業產量的增加、農業疾病防治，以及生態防護等方面。

生物技術的誕生，得從基因操作技術談起。基因操作技術源起於一九五三年華生（James Watson）和克立克（Francis Crick）二人對去氧核醣核酸（DNA）雙股螺旋結構的預測。到了一九七二年，史丹佛大學史坦利．可漢（Stanley Cohen）教授發現質體DNA能送到大腸桿菌中進行體外大量培養；以及加州大學賀伯特．波義耳（Herbert Boyer）教授發現革命性酵素－依可阿萬（EcoR1），利用此限制性核酸酵素，能將質體DNA的特定片段核酸切割下來，從此開啟了基因操作技術的時代，經由二十世紀末的百家爭鳴，進入了二十一世紀百花齊放的農業生物技術年代。

生物技術中常用到的，有基因重組與基因轉殖等技術。什麼是基因重組技術？簡言之，就是一項在體外進行去氧核醣核酸剪接的技術。利用限制性核酸酵素，將特定的基因從染色體上切下，再用核酸連結酵素，將剪下的基因連接到特定的載體上，最後將含有特定基因的載體送到大腸桿菌內培養，以便獲得大量的特定基因。然後配合基因轉殖技術，將特定基因送到動物或植物體內表達，以達到基因轉殖的目的。

這裡所稱的載體，有時也被叫作質體，它是細菌體內游離的核酸，具有承接外源基因以及將其帶至特定細胞內的能力。至於基因轉殖技術，則是利用轉殖器如顯微注射器或基因鎗，將含有特定基因的質體送到動物或植物體細胞及胚中，使特定基因在體內發揮功能的技術。

生物技術在農業上的應用

糧食與農產品的增產，以及抗病品種的育成，在開發中國家如非洲和大陸等地區是相當重要的，其中以抗病基因的轉殖成效最為快速與顯著。

植物生物技術可區分為植物組織培養技術及基因轉殖技術。植物組織培養技術，主要是基於每一個植物細胞都有潛力進行複製、分化、發育成一株完整植株的特色。此項技術應用範圍廣泛，大致可分為：用來生產無病種苗；採用懸浮方式大量培養細胞，做為抗病育種的篩選材料；利用細胞融合方式，從事雜交育種工作，以節省傳統育種過程所需耗費的土地、人力與時間；用來保存種原，增進生物的多樣性，避免原生種因生態環境的人為破壞而滅絕；商業化的大量繁殖、生產苗種，臺灣大宗外銷的蝴蝶蘭，其瓶苗生產即是利用此一技術；以及用來生產抗癌藥物如紫杉醇等醫藥品及工業原料。

基因轉殖技術，是基因重組技術與植物組織培養技術二種技術的結合。此一技術可以將來自微生物、動物或植物的外源基因導入植物體中，藉以改變植物的各項特質，或利用植物做為生產工廠。此一技術的發展，打破了種間雜交不親和性的傳統育種藩離。以下列舉一些基因轉殖植物的應用。

改變植物的栽培與生產方式，提高生產力－由於雜草與作物競爭養分與空間，導致作物生長速率降低，於是開發抗殺草劑的基因轉殖植物成為努力的方向。此型植物也是目前栽植面積最多的基因轉殖作物，美國種植的大豆大約70％是具抗殺草劑的基因轉殖大豆。

改變觀賞植物的外表性狀，如改變花卉作物的花色－目前在市面上所看到的藍色玫瑰花、淡紫色康乃馨等都是基因轉殖的產品，這些花色利用傳統雜交育種方法是無法達成的。

增進食物的營養及風味－第三世界國家的兒童，每年因為維他命Ａ缺乏，導致各種疾病而死亡的人數高達百萬人。瑞士科學家利用基因轉殖技術開發出的黃金米，富含胡蘿蔔素，可以做為維他命A的豐富來源，有助於解決此一營養缺乏問題。

分子生物農場－例如將來自於水蛭的水蛭素基因轉殖入植物中，所生產出來的水蛭素可用來治療與血栓形成有關的疾病；生產可食性疫苗，例如將來自於病原微生物的表面抗原基因轉入植物中，並使其大量地表達在可食性的植物組織部位，人體經由直接攝食這些植物後，免疫系統可以誘導出抗體以對抗這些病原的感染，而達到防治疾病的目的。

此外，由於生物技術的發展，使得利用動物或植物生產特定產品或藥物的可行性增加，這種方式的運用稱為分子生物農場。例如將牛隻乾酪素基因數目增加，使得在牛奶中表現出含量較平常為高的乾酪素，如此可以提升乳酪（cheese）和優格（yogurt）的產量。

在豬隻的生物技術方面，包括增加生長速度、改進肉質組成和增加抗病能力。近年來，一些生物醫學研究人員企圖將豬皮覆蓋在燒燙傷患者的傷口上，以降低疼痛並防止細菌感染，但豬皮會造成嚴重的免疫排斥反應。為了降低豬皮所引發的免疫排斥反應，科學家利用基因轉殖方式，把人類誘發嚴重免疫反應的基因，如CD55、CD46和CD59送到豬胚中，使豬隻體中表現出該類基因，而減少排斥作用。

關於生物技術在食用魚種生產上的應用，一如早期的基因轉殖實驗，讓老鼠的生長激素在老鼠體內大量表現，可以使老鼠體型增加 1.5 ～2 倍一樣，若將大西洋鮭魚的生長激素大量表現在魚體內，則可讓魚的體型增加 5 ～ 8 倍之多。然而，這種以基因轉殖方式生產的食品，具有造成生態危害的潛在危險性，因此均採箱網方式養殖，以避免造成不可預知的生態浩劫。

農業生物技術的極限

綜合以上所述，生物技術應用的範圍廣泛，涵蓋農業、工業、生態保護、醫藥等領域，其蓬勃發展，無疑地會大大增進人類生活的福祉。

然而，利用生物技術所轉殖的動、植物的最大極限，是在於這些轉殖生物對人體具有潛在的危險性，如容易引起身體的過敏等。另一方面，這些轉殖生物有可能造成生態的危害，如大量的動、植物基因轉殖體外洩，以致破壞生態系的平衡，在水生生物方面，尤需審慎為之。

資料來源

《科學發展》2004年1月，373期，22 ~ 25頁

科發月刊(5210)

生物科技的應用：農業生物技術

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