農業生物技術

專題報導 生物科技的應用

生物技術就好像煉金術一樣，

化腐朽為神奇，具有點石成金的妙用。

然而你知道什麼是生物技術嗎？

為什麼二十一世紀是生物技術的世紀呢？

它是如何應用在農業生產上呢？

它在應用上又有何極限呢？

■洪健睿　張清俊

農業生物技術

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

農業動植物有用

基因的基因重組

與轉殖簡要流程

圖。

基因重組

基因轉殖

動植物

轉殖體

核酸連結酵素

含外源性基因的載體

基因轉殖技術（顯微注射及基因鎗）

有用外源性基因（如生長激素或植物抗病基因）

質體

限制性核酸酵素切開質體

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，台灣大宗

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

24 科學發展 2004年1月，373期

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

利用基因轉殖技術，將負責合成胡蘿蔔素的三個酵素基因轉殖入正常水稻（左圖）中所開發出來的

黃金米（右圖），富含胡蘿蔔素，可以做為維他命A的豐富來源。

藉由基因轉殖方法，將負責合成藍色花青素色素體的酵素基因殖入正常玫瑰花（左圖）所培養出的

藍色玫瑰花（右圖），利用傳統雜交育種方法培育不出這種花色。

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期

25科學發展 2004年1月，373期

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。

洪健睿　張清俊成功大學生物科技研究所

專題報導

生物科技的應用

為避免對生態環境造成不可預知的浩劫，經基因轉殖的大西洋鮭魚在峽

灣處採箱網養殖。

大西洋鮭魚體內有無額外表現大西洋鮭魚生長激素的比較圖。上圖：無

額外表現者；下圖：經基因轉殖後，體內生長激素具有額外表現者。

︽自然︾雜誌，2

000

年，第4

06

卷

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