想瞭解基改作物嗎？先從農桿菌談起

本文由 Amway 委託，泛科學企劃執行。

到底怎樣才算是「乾淨」？這不是什麼靈魂拷問，而是一個價值上億的商業命題。

在半導體產業的無塵室中，「乾淨」的定義極其殘酷：一粒肉眼看不見的灰塵，就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢。空氣品質的好壞，甚至能成為台積電（TSMC）決定是否在當地設廠的關鍵性指標。回到你的家中，雖然不需要生產精密晶片，但我們呼吸系統中的肺泡同樣精密，卻長期暴露在充滿 PM2.5、病毒以及各種揮發性氣體的環境中。為了守護健康，你可能還要付費購買「乾淨的空氣」來用。

因此，空氣議題早已超越單純的環保範疇，成為同時影響國家經濟與個人健康的重要問題。

很多人可能沒想到，無論是家用的空氣清淨機，還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠，它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩，而是同一件看起來平凡無奇的東西：一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網。但你真的相信，就憑這層厚度不到幾公分的板子，能擋住那些足以毀滅精密晶片、滲透人體細胞的「奈米級刺客」嗎？

這片大家都聽過的 HEPA 濾網，裡面到底是什麼？

首先，我們必須打破一個直覺上的誤解：HEPA 濾網（High Efficiency Particulate Air filter）在本質上其實並不是一張「網」。

細懸浮微粒 PM2.5，是指粒徑在 2.5 微米以下的污染物，它們能穿過呼吸道直達肺泡，並穿過血管引發全身性發炎。但這只是基本，在工廠與汽車尾氣中，還存在粒徑僅有 1 微米的 PM1，甚至是小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」（UFP，即 PM0.1）。 UFP 不僅能輕易進入血液，甚至能繞過血腦屏障（BBB），進入大腦與胎盤，其破壞力十分可怕。

如果 HEPA 濾網像水槽濾網或麵粉篩一樣，單靠孔目大小來「過濾」粒子，那麼為了攔截奈米微粒，濾網的孔目只能無限縮小到幾乎不透氣的程度。更別說在台積電或 Intel 的製程工程師眼裡，一般人認為的「乾淨」，在工程師眼裡簡直像沙塵暴一樣。對於線寬僅有 2 奈米或 3 奈米（相當於頭髮直徑萬分之一）的晶片而言，空氣中一顆微小的塵埃，就是一顆足以毀滅世界的隕石。

因此，傳統的過濾思維並非治本之道，我們需要的是原理截然不同的過濾方案。這套技術的雛形，最早可追溯至二戰時期的「曼哈頓計畫」。

HEPA 的前身，誕生於曼哈頓計畫！

1940 年代，製造濃縮鈾是發展原子彈的關鍵。然而，若將排氣直接排向大氣，會導致致命的放射性微粒擴散。負責解決這問題的是 1932 年諾貝爾化學獎得主歐文·朗繆爾（Irving Langmuir），他是薄膜和表面吸附現象的專家。他開發了「絕對過濾器」（Absolute Filter），其內部並非有孔的篩網，而是石綿纖維。

有趣的來了，如果把過濾器放到顯微鏡下，你會發現纖維之間的空隙，其實比某些被攔截的粒子還要大。那為什麼粒子穿不過去呢？這是因為在奈米尺度下，物理規則與宏觀世界完全不同。極微小的粒子在空氣中飛行時，並非走直線，而是會受到空氣分子撞擊，而產生「布朗運動」（Brownian Motion），像個醉漢一樣東倒西歪。

當粒子通過由緻密纖維構成的混亂迷宮時，布朗運動會迫使它們不斷轉彎、移動，最終撞擊到帶有靜電的纖維上。這時，靜電的吸附力會讓纖維就像蜘蛛網般死死黏住微粒。那些狂亂移動的奈米刺客，就這樣被永久禁錮迷宮中。

現在最常見的 HEPA 材料，是硼矽酸鹽玻璃纖維。

現代 HEPA 濾網最常見的核心材料為硼矽酸鹽玻璃纖維。這些玻璃纖維的直徑通常介於 0.5 至 2 微米之間，它們在濾網內隨機交織，像是一座茂密「黑森林」。微粒進入這片森林後，並非僅僅面對一層薄紙，而是得穿越一個具有厚度且排列混亂的纖維層，微粒極有可能在布朗運動的影響下撞擊並黏附在某根玻璃絲上。

除此之外，HEPA 濾網在外觀上還有一個極具辨識度的特徵，那就是像手風琴般的摺紙結構。濾材會被反覆摺疊、摺成手風琴的形狀，中間則用鋁箔或特殊的防潮紙進行結構支撐，目的是增加表面積。這不僅為了捕獲更多微粒，而是要「降低過濾風速」。這聽起來可能有點反直覺：過濾不是越快越好嗎？

其實，這與物理學中的流速控制有關。想像一條水管，如果你捏住出口，水流會變得湍急；若將出口放開並擴大，雖然總出水量不變，但出水處的流速會變得緩慢。對於 HEPA 濾網而言，當表面積越大，單位面積所需承載的空氣量就越少，空氣穿透濾網的速度也就越低。

低流速代表微粒停留在濾網內的時間也更久，增加被捕捉的機會。此外，越大的表面積也為 HEPA 濾網帶來了高「容塵量」，延長了使用壽命，這正是它能夠稱霸空氣清淨領域多年的主因。

然而，即便都叫做 HEPA 高效率空氣微粒子過濾網 (High Efficiency Particulate Air filter)，但每個 HEPA 的成分與結構還是會不一樣。例如 安麗逸新空氣清淨機 SKY ，其標榜「可過濾粒徑最小至 0.0024 微米」的污染物，去除率高達 99.99%。

0.0024 微米是什麼概念？塵蟎、花粉、皮屑或黴菌孢子，大小約在 2 至 200 微米；細懸浮微粒  PM2.5 大小約 2.5 微米，細菌也大概這麼大。最小的其實是粒徑小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」，大多數的病毒（如流感、新冠病毒）都落在此區間。對安麗逸新 的HEPA濾網來說，基本上通通都是可被攔截的榜上名單。

在過敏防護上，它更獲得英國過敏協會（Allergy UK）認證，能有效處理 19 大類、102 種過敏原，濾除空氣中超過 300 種氣態與固態污染物。

然而，同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室，就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷，就是「硼 (Boron)」。

在半導體製程中，硼是常見的 P 型摻雜物，用來精準改變矽晶圓的電性。如果濾網有任何微小的破損、老化或化學侵蝕，進而釋放出極微量的硼離子，就可能直接污染晶圓，改變其導電特性，導致晶片報廢。

此外，無塵室要求的是比 HEPA 更極致的 ULPA（超低穿透率空氣濾網） 等級的潔淨度。ULPA 的標準通常要求對 0.12 微米 的粒子達到 99.999% 甚至 99.9999% 的超高攔截率。在奈米級的競爭中，任何多穿透的一顆微塵，都代表著一筆不小的經濟損失。

為了解決「硼」的問題並追求極限的過濾效率，材料學家搬出了塑膠界的王者，PTFE 也鐵氟龍。鐵氟龍不僅耐酸鹼、耐腐蝕，還能透過拉伸製成直徑僅 0.05 至 0.1 微米 的極細纖維，其細度遠勝玻璃纖維。雖然 PTFE 耐化學腐蝕，但它既昂貴且物理上也很脆弱，安裝時若不小心稍微觸碰，數萬元的濾網就可能報銷。因此，你只會在晶圓廠而非一般家庭環境看到它。

即便如此，在空氣濾淨系統中，還有一樣是無塵室和你家空氣清淨器上面都有的另一張濾網，就是活性碳濾網。

活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附？

好不容易將微塵擋在門外時，危機卻還沒有解除。因為空氣中還隱藏著另一類更難纏的大魔王：AMC（氣態分子污染物）。

HEPA 或 ULPA 這類物理濾網雖然能攔截固體微粒，但面對氣態分子時，就像是用網球拍想撈起水一樣徒勞。這些氣態分子如同「幽靈」一般，能輕易穿過物理濾網的縫隙，其中包括氮氧化物、二氧化硫，以及來自人體的氨氣與各種揮發性有機物（VOCs）。

為了對付這些幽靈，我們必須在物理防線之外，加裝一道「化學濾網」。

這道防線的核心就是我們熟知的活性碳。但這與烤肉用的木炭不同，這裡使用的是經過特殊改造的「浸漬處理（Impregnation）」活性碳。材料科學家會根據敵人的不同性質，在活性碳上添加不同的化學藥劑：

• 酸鹼中和：對付氮氧化物、二氧化硫等酸性氣體，會在活性碳上添加碳酸鉀、氫氧化鉀等鹼性藥劑，透過酸鹼中和反應將有害氣體轉化為固體鹽類。反之，如果添加了磷酸、檸檬酸等酸性藥劑，就能中和空氣中的氨氣等鹼類。
• 物理吸附與凡德瓦力：對於最麻煩的有機揮發物（VOCs，如甲醛、甲苯），因為它們不具酸鹼性，科學家會精密調控活性碳的孔徑大小，利用龐大的「比表面積」與分子間的吸引力（凡德瓦力），像海綿吸水般將特定的有機分子牢牢鎖在孔隙中。

空氣濾淨的終極邏輯：物理與化學防線的雙重合圍

在晶圓廠這種對空氣品質斤斤計較的極端環境，活性碳的運用並非「亂槍打鳥」，而是一場極其精密的對戰策略。

工程師會根據不同製程區域的空氣分析報告，像玩 RPG 遊戲時根據怪物屬性更換裝備一樣——「打火屬性怪要穿防火裝，打冰屬性則換上防寒裝」。在最關鍵的黃光微影區（Photolithography），晶圓最怕的是人體呼出的氨氣，此時便會配置經過酸性藥劑處理的活性碳進行精準中和；而在蝕刻區（Etching），若偵測到酸性廢氣，則會改用鹼性配方的濾網。這種「對症下藥」的客製化邏輯，是確保晶片良率的唯一準則。

而在你的家中，雖然我們無法像晶圓廠那樣天天進行空氣成分分析，但你的肺部同樣需要這種等級的保護。安麗逸新空氣清淨機 SKY 的設計邏輯，正是將這種工業級的精密防護帶入家庭。它不僅擁有前述的高規 HEPA 濾網，更搭載了獲得美國專利的活性碳氣味濾網。

關於活性碳，科學界有個關鍵指標：「比表面積（Specific Surface Area）」。活性碳的孔隙越多、表面積越大，其吸附能力就越強。逸新氣味濾網選用高品質椰殼製成的活性碳，並經過高溫與蒸氣的特殊活化處理，打造出多孔且極致高密度的結構。

這片濾網內的活性碳配重達 1,020 克，但其展開後的總吸附表面積竟然高達 1,260,000 平方公尺——這是一個令人難以想像的數字，相當於 10.5 個台北大巨蛋 的面積。這種超高的比表面積，是市面上常見濾網的百倍之多。更重要的是，它還添加了雙重觸媒技術，能特別針對甲醛、戴奧辛、臭氧以及各種細微的異味分子進行捕捉。這道專利塗層防線，能將你從裝潢家具散發的有機揮發氣體，或是路邊繁忙車流的廢氣中拯救出來，成為全家人的專屬空氣守護者。

總結來說，無論是造價百億的半導體無塵室，還是守護家人的空氣清淨機，其背後的科學邏輯如出一轍：「物理濾網攔截微粒，化學濾網捕捉氣體」。只有當這兩道防線同時運作，空氣才稱得上是真正的「乾淨」。

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本文轉載自中央研究院研之有物，泛科學為宣傳推廣執行單位。

• 採訪編輯｜張容瑱；美術編輯｜林洵安

國際 C4 水稻計畫

中研院分子生物研究所余淑美院士，從小對農村和農作物就有濃厚的感情。踏上研究之路後，她以水稻為一生懸命的研究主題。處處用心、事事認真的余淑美在水稻的基因研究成就斐然，獲邀參與蓋茲基金會資助的「國際 C4 水稻計畫」長達十年之久，致力於打造抗逆境、高產量的超完美水稻品種，解決越來越急迫的全球糧荒，也讓臺灣的水稻基因研究在國際占有一席之地。

「這是非常困難的挑戰，大多數植物學家都覺得做不到，壓力很大」余淑美院士說：「可是如果現在不做，就永遠沒有機會。」這位中研院院士口中的不可能任務，就是「國際 C4 水稻計畫」。

這個龐大的計畫，終極目標是打造出高產量的「超完美稻米」，以餵飽全世界不斷增加的人口——目前世界人口已經超過 77 億，預估 2050 年會超過 95 億。想要餵飽這麼多人，糧食需要再增加 60%！然而，土地大量開發、水資源不足，全球氣候環境惡劣，現有糧食增加速度已追不上人口增加速度。

在科學家擘劃的藍圖中，這種超完美稻米與我們現在栽種、食用的稻米截然不同，將會是「C4 型」的植物，能夠高效率利用太陽能，使用較少的水和肥料，卻能有很高的產量。

等等，什麼是 C3、C4 型植物？

大家都知道植物會行光合作用：利用陽光把空氣中的二氧化碳和土壤中的水轉成醣類。C3 型植物，意即光合作用轉化二氧化碳時，最先產物為三碳化合物，如水稻、小麥、大豆、馬鈴薯等等；C4 植物的最先產物則是四碳化合物，如：玉米、甘蔗、高粱、芒草等等。重點來了！C3 型植物行光合作用的效率沒有 C4 型那麼好，也比較耗水。國際 C4 水稻計畫，簡言之，即是把屬於 C3 型植物的水稻改造成 C4 型植物。

「這個任務必須改變水稻的組織構造，以及它所進行的生化反應」，研究水稻基因超過三十年的余淑美解釋：「其中牽涉太多基因，要把水稻完全改造成 C4 型，真的難如登天！」不過余淑美始終堅信，有做就有希望。

因為在漫長的演化長河中，C4 型植物就是從 C3 型演化過來的，換句話說，C3 型是 C4 型的祖先。如果以人為的方式加速水稻往 C4 型植物演化的路徑，或許可以把水稻的光合作用模式調整成人類需要的樣子，解決未來糧食不足的困境。

以田間試驗評估轉殖成效

國際 C4 水稻計畫，一開始全世界共有二十多個實驗室參與，隨著計畫一期一期推動，愈來愈聚焦，到了第三期時（2015～2019 年）剩下 12 個實驗室。2019 年 12 月 1 日進入第四期（2019～2024 年），只剩 7 個實驗室參與。余淑美率領的研究團隊於 2009 年獲邀加入，至今已經堅持參與超過十年，義無反顧繼續前行。

最近的第四期計畫，余淑美的團隊負責兩個項目：一個是從「臺灣水稻突變種原庫」篩選出與 C4 型光合作用相關的重要基因，另一項工作則是把 C4 型的光合作用基因轉殖到水稻，種植在田裡，然後評估這個基因在水稻上是否有類似在 C4 植物時的功能、可否提高光合作用的效率。

「水稻轉殖之後，一定要到田裡去種，」余淑美表示，因為要試驗的水稻數量很多，光靠生長箱或溫室培養是不夠的，而且生長箱或溫室的環境非常穩定，沒辦法看出真正的農藝性狀，必須回到田裡，經過自然環境日曬風吹雨打的洗禮，才能顯現真正的性狀。

借重「水稻突變種原庫」的經驗

余淑美之所以能被國際 C4 水稻計畫委以重任，主因為團隊水稻基因轉殖的技術非常純熟，執行田間農藝性狀的評估已有十多年的經驗，這都要歸功於余淑美於 2002 年開始領導整合國內各個單位建立的「臺灣水稻突變種原庫」！

時間回到 1993 年，余淑美與博士班學生詹明才（現為中研院農業生物科技研究中心研究員）成功完成全世界第一個利用農桿菌轉殖水稻基因！此法便宜又快速，突破了水稻基因轉殖的瓶頸，目前已被廣為使用。

臺灣水稻突變種原庫，即利用農桿菌製造基因突變的水稻，作為研究水稻基因功能的材料。余淑美解釋，水稻大約有四萬個基因，想知道每個基因有什麼功能，最簡單、快速的方法就是製造突變：破壞基因或是促進基因表現，讓水稻出現不一樣的性狀，藉由性狀的改變來探討基因的功能。

舉例來說，如果利用農桿菌在水稻的基因體插入一個基因，製造突變，結果水稻長得很高，我們就知道這個基因與水稻生長的高度有關，由此著手研究，很快就能找到調控水稻高度的基因。

成立至今，臺灣水稻突變種原庫已製造、累積十萬多突變株，建立六萬筆突變基因資料，成為全世界科學家研究水稻基因功能的寶庫。

「建立水稻突變種原庫是一項非常艱鉅的任務」，余淑美回憶：「需要很多經費、很多人，和長時間的投入。」因此她遲疑了兩年，眼看基因功能研究已是全球擋不住的趨勢了，臺灣如果再不跟上潮流，水稻基因研究就會一蹶不振，失去競爭力。她決心放手一搏！

余淑美四處爭取經費，費盡心力整合中研院、國科會、農委會、中興大學等單位的資源，終於完成這項不可能的任務。目前，全世界只有韓國、法國、中國和臺灣有類似的水稻突變種原庫，臺灣雖然起步晚，花費的經費也比別人少，卻是目前品質最好的。

臺灣水稻突變種原庫利用農桿菌轉殖技術，製造出基因缺失或活化的水稻突變株，並保存突變水稻的種子，開放全世界申請，作為研究之用。

水稻長得好的秘密基因

除了優異的轉殖技術與豐富的田間試驗經驗之外，余淑美長年專注在水稻抗逆境生長的基因研究，也是受到國際 C4 水稻計畫肯定的原因之一。像去年（2019 年），余淑美的團隊就破解了水稻糖濃度的調控機制。

「人體內的血糖要維持一定的濃度」，余淑美說：「植物也一樣，糖的濃度維持一定範圍，才能長得好。」

水稻主要是利用 α- 澱粉水解酵素 (α-amylase) 將澱粉分解成糖。余淑美團隊的研究發現：缺糖時，水稻利用調控因子 MYBS1 促進 α- 澱粉水解酵素產生，把儲存的澱粉分解成糖；糖濃度過高時，則利用 MYBS2 來抑制 α- 澱粉水解酵素的產生。兩種機制互相協調，讓水稻的糖濃度維持正常範圍。

當植物遭遇乾旱、高溫、病菌感染等逆境時，往往呈現糖濃度太低的狀態，就是抑制 MYBS2，讓 α- 澱粉水解酵素大量表現，維持體內糖濃度的平衡來抵抗逆境。

了解這個機制後，她利用基因編輯技術控制 MYBS2 及 α- 澱粉水解酵素的表現，果真增加水稻的生長效率、耐逆境，而且維持高產量。

從世界看臺灣

「加入國際 C4 水稻計畫這樣的團隊，學到非常多！」余淑美說：「而且經費比較充裕，國外的博士生、博士後研究員等素質又好。」相較之下，臺灣研究人才的量和質一直在下降，「缺乏人才」已成為參與國際計畫最大的困難和挑戰。

余淑美認為政府在這當中扮演非常關鍵的角色，「很多部分靠我們自己努力，還可以克服，一旦牽涉到政策，真的無能為力。」政府不鼓勵基因轉殖作物、不重視農業生技，相關科系畢業之後找不到工作，自然沒有學生想唸——沒有出路、沒有新血，臺灣的研發能力怎麼深耕？

為了讓世界免於飢餓，國際 C4 水稻計畫要逆天打造全新型態的水稻；以米為主食的臺灣，農業研究是不是也該行所當行，開創新生機？！

延伸閱讀

• 「努力時，不要想自己是女性！」水稻教母余淑美
• The C4 Rice Project
• 臺灣水稻突變種原庫
• 余淑美個人網頁
• 中研院發現平衡植物糖濃度的關鍵技術 改良水稻品種 抗氣候變遷！

本文轉載自中央研究院研之有物，原文為《打造超完美稻米，餵飽全世界！余淑美與國際 C4 水稻計畫》，泛科學為宣傳推廣執行單位

本文由衛生福利部食品藥物管理署委託，泛科學企劃執行

文／葉綠舒

基改作物是什麼？它的全名是 Genetically Modified Organisms，簡稱為 GMO。基因改造生物中的植物，如作為食物，即是基因改造作物。

從 1994 年美國食品藥物管理局核准供人食用的基改作物——蕃茄一號（Flavr Savr^TM）開始，到 1996 年第一個上市的耐除草劑作物，基改作物已經逐漸進入我們的生活中，由少到多，甚至可說是無所不在！根據 Clive James 2015 年的年度報告摘要，基改作物的種植面積由 1996 年的 170 萬公頃增加到 2015 年的一億七千萬九百七十萬公頃，足足增加了一百倍之多！這意味著全球二十八個不同國家，超過一千八百萬名農夫，不約而同地決定種植基改作物。

不過，雖然全球有那麼多農民選擇基改，四大植物生技公司也努力地推展基改，但是基改作物似乎沒有那麼受歡迎？在林富士老師的《食品科技與現代文明》裡面的〈基因改造食品風險與管理〉中提到，歐洲一直不願意全面開放含有基改作物成分的食品進入；而在台灣的許多團體，無不反對基改作物引進台灣。多年來，基改這個議題不論是贊成或反對，兩方陣營在科學上的唇槍舌戰可說是絕無冷場。

在這一片喧囂之中，是否曾有在一旁觀戰的民眾思考過：究竟什麼是基改作物呢？基改作物是如何產生的？

一切開始於對抗農桿菌的奇幻旅程

這就要從農桿菌（Agrobacterium tumefaciens）開始說起了。從前從前，植物跟我們一樣，身邊圍繞著好菌與壞菌，而農桿菌就是壞菌之一。打從聖經時代開始，由農桿菌導致植物生成的冠瘤（crown gall tumor）便已經受到注意；最早對於冠瘤的文字記載，則要從 1853 年開始算起。科學家們看到同樣長在森林裡的樹木，為什麼有些長瘤、而有些則沒有呢？他們也注意到，雖然植物長瘤不致命，但是長了冠瘤的果樹產量會降低，於是便開始動手要找出造成冠瘤的禍首。

Fridiano Cavara 在 1897 年從葡萄的冠瘤中分離出了農桿菌，後來的許多研究也發現，農桿菌喜歡從植物的傷口進入，所以只要在寒流來襲前妥善地將果樹接近地面的樹幹包覆起來，減少樹木表皮因凍傷造成破裂，便可以有效防止農桿菌的感染。

雖說預防勝於治療，不過每次寒流來襲之前就要幫果樹穿棉襖，也實在太累了；於是有些科學家便開始尋找可以消滅農桿菌的方法。

孫子說：「知己知彼，百戰不殆。」想要消滅敵人，當然要瞭解敵人囉！於是歐洲、美國的科學家們，便開始了一場調查農桿菌的奇幻旅程～

第一個突破來自美國。1958 年，洛克斐勒大學的 Armin Braun 博士發現，冠瘤細胞可以在沒有提供植物激素的培養基裡不斷分裂生長。由於這是一般的植物組織無法獲取的技能，因此 Braun 博士便假設，農桿菌一定有給冠瘤細胞一些特殊的武器，否則這些冠瘤細胞如何能生生不息呢？

到了 1970 年，法國的 George Morel 發現冠瘤細胞會製造農桿菌愛吃的食物 octopine 和 nopaline。由於被不同農桿菌感染的植物的冠瘤，所產生的食物也不同，更鞏固了科學家們的想法：農桿菌提供了植物細胞生生不息的技能。

植物基改元年

真正的突破來自 1977 年。華盛頓大學的「農桿菌女王」Mary-Dell Chilton 博士與她的團隊在不眠不休的努力下，證明了農桿菌在感染植物時，會將自己 Ti（Tumor-inducing，Ti）質體上的一段基因植入植物的基因體。同時她的團隊（以及另一個團隊）也建立了將 Ti 質體分裂為二，讓科學家們可以更方便的將要植入的基因放進去的方法。

如果有「植物基改元年」的話，那一定就是 1983 年了。那年的一月十八日，Chilton 博士與美國孟山都（Monsanto）公司的幾位研究員在邁阿密冬季學術研討會上，分別發表了對農桿菌的研究。

原來，農桿菌在感染植物時，會將一段位於自己的 Ti 質體（上圖中的 C）上的片段（上圖中 C 之 a）插入植物的基因體內（上圖中的 7）。這段片段含有合成植物激素所需的酵素，以及合成農桿菌愛吃的食物的酵素。被感染的植物細胞，因為合成了更多的生長激素，於是細胞分裂便開始加快了。

因為植物有細胞壁，產生的腫瘤並不會轉移，所以植物的冠瘤不致命，冠瘤以外的組織也作息如常；但是插入冠瘤細胞的基因，卻會跟著這些冠瘤細胞代代相傳，永遠都不會離開了。

出乎意料的「天然基改」

由於通常在自然界被感染的植物細胞都是體細胞，而非生殖細胞，所以農桿菌的感染不會遺傳；但也有例外！

在 2015 年華盛頓大學的科學家們，在分析不同栽培種的蕃薯（Ipomoea batatas）的基因體時，卻意外地發現我們吃的蕃薯竟然是「被天然基改」的！這些蕃薯的基因體內，含有農桿菌用來合成植物生長素（auxin）的基因！

蝦米！剛剛我們說的基因片段不會遺傳被打臉了嗎？究竟這些基因是怎麼跑到我們的蕃薯裡面去的呢？目前科學家推測最有可能的是，在「從前從前」農桿菌感染了蕃薯的塊根（農桿菌是土壤中的微生物，所以要感染植物塊根其實挺容易），後來農桿菌不見了，但是農桿菌的基因不會離開；接著因為農夫在選種時都會選擇長得快又大的，而帶有農桿菌基因片段的塊根，因為製造了額外的生長素，當然長得快又大，於是在選種時，就這麼被人擇特別保留下來了。

讀者看到這裡可能會問：這件「天然基改」的事發生多久呢？答案是：不知道，因為華盛頓大學研究團隊發現他們手上的 291 個蕃薯的栽培種，全都可以找到農桿菌的序列喔！

當然，現在所謂的基改作物裡面所帶的基因，與這些蕃薯裡面帶有的農桿菌基因是不同的；基改作物裡面所含有的基因，目前大概可以分為兩大類：抗蟲（帶有蘇力菌的結晶蛋白基因）與耐嘉磷塞除草劑（glyphosate，台灣商品名稱為年年春）。

蘇力菌（Bacillus thuringiensis）的結晶蛋白簡稱為 Cry，常以 Bt（蘇力菌的簡稱）作為暱稱，會使吃下它的昆蟲腸穿孔而死，但是我們的胃因為會分泌胃酸，反而會把結晶蛋白給消化掉，使得結晶蛋白對我們無害；而嘉磷塞除草劑會抑制植物的 EPSPS 酵素^註，使植物無法合成必需胺基酸；但農桿菌的 epsps 基因所產生的 EPSPS 酵素不怕嘉磷塞除草劑，因此只要將農桿菌的 epsps 基因植入植物，植物便立刻獲取不怕嘉磷塞除草劑的技能了！

讀者看到這裡，應該可以從農桿菌歷史淵源的開端，瞭解基因改造的基本原理以及基因改造的歷史緣由。

註：EPSPS 酵素為縮寫，中文學名為： 5-烯醇丙酮莽草酸-3-磷酸 （EPSP）合成酶

參考文獻：

1. Clive James. 2016. ISAAA Brief 51-2016: 20th anniversary (1996-2015) of the global commercialization of biotech crops and biotech crio highlights in 2015.
2. 林富士。2010。 食品科技與現代文明。稻鄉出版社。
3. Tina Kyndt, Dora Quispe, Hong Zhai, Robert Jarret, Marc Ghislain, Qingchang Liu, Godelieve Gheysen, and Jan F. Kreuze. 2015. The genome of cultivated sweet potato contains Agrobacterium T-DNAs with expressed genes: An example of a naturally transgenic food crop. PNAS. published ahead of print, doi:10.1073/pnas.1419685112

食用基改玉米的大鼠，容易長腫瘤！？

這些年來，關於含有基改作物的食品，是否會對人類健康造成威脅，最重要的論文大概就是 Séralini 等人發表的有關大鼠研究的論文了（原文連結請點此，中文改寫請點此）。在這篇論文中，研究團隊將大鼠分為 10 組，每組 10 隻，攝取不同的食物；簡而言之，大概就是以基改玉米噴灑年年春、基改玉米不噴灑年年春、非基改玉米噴灑年年春、非基改玉米不噴灑年年春等組別，對大鼠進行大約二年的測試。

實驗結果發現，食用基改玉米的大鼠，雌性都在食用一年以後出現乳腺癌（雄性則是以肝臟病變居多），而等到他們長到兩歲時，有八成都出現了腫瘤（控制組只有三成）。實驗結果發表後，真的是舉世震驚，許多反基改的團體們無不爭先引用這篇論文。

但是…慢著！如果基改作物的確有致癌性，那麼為什麼從那時（2012）到現在，基改作物還可以販賣呢？有幾個原因，讓這篇研究充滿爭議，使得有些學者無法採信他們的結果。

第一，這種大鼠（簡稱為 SD rat）原本就容易長瘤。在 1973 年的論文中，研究團隊用了 360 隻這種大鼠，發現牠們在飼養18個月（年齡大約是 19 到 20.5 個月）時，有 45% 都長了腫瘤；而且雌性是雄性的兩倍。也是因為這麼容易產生腫瘤，所以一般以這種大鼠進行測試，都是測試三個月，不會進行長達兩年的測試。

當然，讀者可能會說，但是實驗組的腫瘤發生率還是比對照組高得多啊？在這裡要注意，因為在這篇論文中每組只用了 10 隻大鼠，對於癌症發生率如此之高的動物來說，只用了 10 隻，其實個別組的結果很難完全認定的確與實驗相關；就如在中文改寫下面的意見，就有讀者認為，這些組別中只有一組可以被認為牠們的腫瘤發生率與實驗的處理有關。

第二，大鼠本來就不是很長壽的動物。絕大部分使用大鼠進行的「長時間」測試的研究，僅觀察三個月而不觀察一至兩年，是因為大鼠們的平均壽命就是兩年！也就是說，這些大鼠在長到兩歲時，很多都長出腫瘤，其實跟人老了就會開始有很多大大小小的毛病是一樣的。

第三，在實驗組中並不是只單純的添加了年年春，還有組別添加了其他的物質來模擬受污染的自來水。而實驗結果顯示，並不是吃越多（添加基改玉米的含量分為11%、22%、33%）基改玉米的大鼠，癌症發生率就跟著提高。

因此，雖然在學術界有些學者選擇相信這篇論文，但質疑者也不在少數。筆者個人的意見是，人吃五穀難免會生病，但是要如實驗中的大鼠天天吃玉米，即使只是11%，應該也不大容易。畢竟人會有口腹之慾，早餐吃麵包，午餐就會想吃米飯，晚餐可能又想換換口味…要我們餐餐、頓頓、天天都吃一樣的，有誰會受得了呢？

當然，我們也有可能會吃到玉米、大豆而不自知！例如高果糖玉米糖漿（又名果糖液糖、豐年果糖）以及大豆沙拉油等。但是，這些加工食品中到底有多少含有基改作物的基因呢？

首先筆者要提醒大家的是，我們每天吃的食物，除非是加工食品，否則蔬菜、水果、魚、肉、蛋、奶、豆等等……，全部都是跟著它們的基因一起吃下肚的（而且，還連著在它們表面的細菌、病毒等等） 。如果吃基因是危險的，我們每天都活得很危險。

加工食品因為透過精煉，如高果糖玉米糖漿，玉米磨碎後加入酸分解澱粉，再以酵素將葡萄糖轉化為果糖，這中間經過許多純化過程，殘留於其中的基因微乎其微（更何況抗蟲或抗殺草劑的基因僅佔植物基因體約萬分之一）；而大豆沙拉油則經過壓榨、萃取接著精煉，可說幾乎不含有植物的基因了。

抗殺草劑年年春對人體有危害嗎？

或許會有讀者說：那麼抗殺草劑的基改作物，不都是噴灑年年春（嘉磷塞，glyphosate）嗎？年年春是否對人體有危害呢？

年年春在過去一直被認為是低毒性的農藥。不過，先前的一些發現，又讓歐盟重新開啟了研究，但也在 2015 年的 11 月 12 日再度下了結論，認為年年春的致癌性不高（中文改寫請點此）。當然，歐盟還是建議了年年春的每日容許量（就是吃一輩子也不會有事的量）為每公斤體重 0.5 毫克。

而抗蟲的基改作物，雖然過去曾發生過含有結晶蛋白 Cry9C 星鏈玉米的過敏事件，但這個版本的結晶蛋白已經不能再使用囉！身為地球上最厲害的轉轍掠食者的我們，天上飛的、地上走的、水裡游的，常常都是先吃再說，因此遇到的過敏與中毒事件，又少過了嗎？花生算是天然食物吧，但是 0.6% 的美國人對它過敏；而在美國國家過敏與傳染病研究所的「常見的過敏食物」網頁上，花生與堅果（如核桃）也是榜上有名的，而且大人小孩都會過敏喔！

有些讀者看到這裡可能會說：我為了嚐鮮吃到過敏的東西怪不了別人，但是廠商添加了我不知道的東西害我過敏，這可不行！筆者也同意這觀點。我們因為好奇心所吃下去的，當然應該要自己一肩扛起責任；但是廠商怎麼可以在我不同意的狀況下亂加東西到我的食物裡呢？

從基改的角度來看，目前台灣的法令，含有基改成分的食物是需要標示的；不過對於大豆沙拉油等精煉過的產品，就如前面所說，基改的成分應該是趨近於零，所以就不用列出了。既然已經有標示，不管您覺得基改安全不安全，反正不放心就別買含有基改成分的產品就好。當然，也別忘了在前一篇文提到的，因為目前主流的基改都是降低生產成本，要買非基改，就要有花錢的心裡準備喔！

從 1994 年的蕃茄一號到現在，其實基改還算是相當新的發明；很多新發明，一開始的目的與後來產生的結果，似乎都有不小的差距。而基改作物從當初 Mary-Dell Chilton 發現農桿菌可以把自己的基因植入植物的基因時，研究團隊只是為了可以證明第一個跨生物界（原核生物與真核生物）的基因轉移而興奮，接著也意識到這是一個非常強大的生物科技工具。孟山都也是從那時開始投入植物生物技術的研發，一開始或許只是為了要推展年年春的銷路？但是後來為了牟利，開始與農夫們斤斤計較、研發終結者基因，使他們成為許多人口中的「邪惡企業」，甚至禍延了可以真正為民眾帶來健康的黃金米，真的讓人不知要從何說起？

在基改之外

最後，還是不能不提一下抗蟲與抗殺草劑作物對生態的影響。由於抗除草劑的作物不怕年年春，農夫便放心地使用，造成農地周圍的雜草大量減少、影響到附近的生態；而抗蟲作物究竟會不會影響到其他昆蟲呢？

在 1999 年，曾有一篇研究發現，帝王斑蝶（monarch butterfly）的幼蟲吃了含有結晶蛋白的玉米花粉會死亡。消息一出，真的也是把大家都驚呆了！但是後來發現，其實在這篇研究裡面使用的花粉量相當多，在自然界，任一株植物葉片上要有那麼多的花粉，還真的需要一點奇蹟。不過，由於玉米是風媒花，雄花開在整株玉米的最高點，種植的時候的確有可能使得轉殖基因污染到周圍的作物；因此各國也都定下規定，在基改作物種植區的周圍，需要有隔離區，隔離區的面積需達到20%的面積才行。目前的經驗，能夠認真執行隔離的國家（澳洲），不論是轉殖基因的污染或是抗性昆蟲的出現，都幾乎無法觀察到。

其實，不論是抗蟲或抗年年春的作物，雖然可以降低生產的成本，但是就跟抗生素一樣，如果使用者不接受規範、任意濫用，到最後也會漸漸失去神效（詳見抗性雜草、抗性昆蟲）。人們不應該只是想著要控制自然，而應該找出與自然和平相處的方式，這樣才有可能永續生存在地球上，不是嗎？

參考文獻：

• Gilles-Eric Séralini et. al. 2014. Republished study: long-term toxicity of a Roundup herbicide and a Roundup-tolerant genetically modified maize. Environmental Sciences Europe.
• 【公民寫手】基改玉米引發腫瘤？Séralini論文爭議事件始末。上下游新聞市集。
• European Food Safety Authority. 2015/11/12. Glyphosate: EFSA updates toxicological profile.
• NIAID. 2012/3/6. Common Food Allergies in Infants, Children, and Adults
• John E. Losey et. al. 1999. Transgenic pollen harms monarch larvae. Nature 399 | doi:10.1038/20338
• 老葉的植物王國。2015/2/20。雜草以「人海戰術」來對抗年年春（glyphosate）。
• 老葉的植物王國。2015/2/10。抗蟲作物的末日即將來臨？