洋蔥淚不淚！？ 不再賺人熱淚的洋蔥！

本文與 Panasonic 合作，泛科學撰文 

●以下科學研究內容作為知識分享，不直接與Panasonic A La Uno全自動洗淨馬桶產品功能連結

在做家務的痛苦排行榜上，「刷馬桶」絕對名列前茅。明明天天都在沖水，但過不了幾天，馬桶內壁邊角總會浮現黃黃的水垢、角落發黑的霉斑，甚至是那些刷掉又長出來的粉紅色污垢（黏質沙雷氏菌）。

許多市售衛浴設備常標榜「神奇抗污」或「永久不沾」，讓人誤以為安裝後便能永保潔淨。然而從材料科學的角度來看，世上並無能使污垢憑空消失的魔法。所謂「耐污」的實質機制，並非打造完全不沾染髒污的材質，而是調整表面的物理與化學屬性，使水垢和微生物難以強力附著。一旦降低了污垢與內壁之間的附著力，透過日常水流沖刷，便能輕易地將髒污帶走。

為什麼污垢「黏不住」？ 

要搞懂為什麼某些特殊表面能做到「耐污」，我們得先像偵探一樣，拆解馬桶裡的髒污究竟是怎麼「抓緊」材料表面的。馬桶內壁的污垢主要有兩大難纏的元兇：

1. 水垢與礦物沉積*1：我們日常使用的自來水中含有鈣、鎂等金屬離子。當水滴在表面經歷反覆的濕潤與蒸發乾燥循環時，這些離子會逐漸結晶析出，變成硬度極高、緊緊「卡」在微觀縫隙裡的礦物質水垢。
2. 生物膜與有機物*2：包含尿液中的無機鹽、油脂殘留，以及細菌入侵後分泌出像超強膠水一般的聚合物，所組成的黏滑防禦大本營。

這兩大類污垢想要在材料上「落腳」，前提是它們必須能在表面找到足夠的附著點與黏合力。那麼，材料科學家是如何讓這些髒污「站不穩」的呢？答案就藏在「表面能（Surface Energy）」與「濕潤性（Wettability）」這兩個核心概念中。

當我們把水滴在某個表面上時，水滴會聚成一顆圓滾滾的水珠，還是迅速攤平開來？這取決於表面的特性：

• 疏水路線（Hydrophobic）*1：具備低表面能的疏水表面，能顯著減少水分子或污染物與表面之間的極性作用力與氫鍵。水滴在這種表面上會因為表面張力而收縮成水珠，當水珠滾動滑落時，就能順便把表面的灰塵與礦物質顆粒帶走，這就是著名的「自清潔效應」。
• 親水路線（Hydrophilic / Superhydrophilic）*2：相反地，極度親水的超親水表面則會強烈地吸引水分子，在材料最外層形成一層薄薄的「水化層（Hydration Layer）」。這層水化層就像是實體的液體盾牌，讓油污、蛋白質或細菌無法直接接觸到材料基底，只能漂浮在水膜上方。

如果要用攀岩來比喻：傳統粗糙的表面就像是有許多凹槽的攀岩牆，髒污就像攀岩者，需要找到落腳點並用力撐住才能攀附；而我們做的是抽掉把手點，或是在把手上塗上潤滑油，讓髒污找不到施力點，自然難以停留。

不給細菌「握手」的機會

解決了水垢，下一個更棘手的對手是「細菌」。

馬桶內壁那些黑黑粉粉、摸起來滑滑的污垢，在微生物學中被稱為「生物膜（Biofilm）」。細菌並不是孤立生長的，當單顆細菌落在表面後，如果覺得環境舒適，它就會開始分泌胞外聚合物（EPS），這是一種天然的超強膠水。細菌們用這種膠水把自己與同伴緊緊黏在一起，並築起堅固的防禦堡壘，這時一般的沖水就很難把它們沖洗乾淨了。

根據《Nature Communications》與《Microsystems & Nanoengineering》的學術期刊研究指出，要阻止生物膜形成，除了化學上的抗菌，材料的「表面微幾何結構」扮演了至關重要的角色。

材料科學領域中有一個著名的「附著點理論（Attachment Point Theory）」：

1. 粗糙與微孔洞表面：如果材料表面存在許多微小的裂縫、氣孔或微米級凹洞，細菌（體積通常約 1 到 3 微米）就會興高采烈地鑽進這些小凹槽裡。這些凹槽不僅提供了極佳的機械咬合支點，還能幫細菌擋掉水流的沖刷。
2. 極致平滑與微結構表面：相反地，如果材料表面做到極致平滑，完全沒有微米級的缺陷；或者反過來設計出尺寸遠小於細菌的奈米結構，細菌的足跡構造（如鞭毛或纖毛）就無法在表面找到穩固的「接觸附著點（Contact Points）」。

當細菌發現自己在這個表面上連「手都握不緊」、隨時會被水流吹走時，它就無法順利定殖並分泌膠水築巢。此外，現代衛浴結構在設計時，也越來越強調「一體成形」與「無接縫工藝」。消除接縫與死角，等於直接拔除了細菌與水垢最喜歡的避風港。

當材料、結構與流體科技組隊聯防 

了解了材料化學與微觀幾何，我們就能勾勒出一座現代耐污馬桶的完整防禦體系：【材料層（低附著力）】+【結構層（無縫平滑）】+【動態流體層（泡沫與水流剪切力）】= 高效清潔！

以市面上備受矚目的 Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶為例，就是將材料科學、結構工程與流體力學發揮到極致的典型代表：

1. 材料層：有機玻璃系新素材

A La Uno 全自動洗淨馬桶採新開發的「有機玻璃系新素材」（以壓克力高分子為基礎研發的衛浴專用材料，這類高分子成形技術亦被廣泛運用於大型水族館高壓觀景窗與飛機機艙罩）。這種材料表面具備極佳的疏水性與耐水垢特性，水滴不易長時間攤平停留；材質堅固、不易破裂，耐刮、不易造成細小傷痕。通過實驗測試，這種素材配合泡沫洗淨，在沖洗後能有效沖刷掉高達 99.99% 的大腸桿菌，從源頭阻斷細菌定殖。

2. 結構層：無接縫工藝與三重防濺防護

在宏觀結構上，A La Uno 全自動洗淨馬桶採用無水箱沖水與便器、溫水洗淨便座一體成型設計，減少傳統水箱與座體之間的結構層次及接縫，並搭配可動迴轉式排水系統完成沖洗。更貼心的是其「三重防護」設計：

• 泡沫防護：在水面上製造一層充沛的泡沫緩衝層，有效抑制男性站立小便時的尿液與污水飛濺；
• 外圍防護：馬桶邊界特別設計了高約 3mm 的水檔，防止液體延著外壁滴落至地板；
• 測漏防護：便座與馬桶本體採用不外露的防護設計，避免液體從縫隙飛濺滲漏。

3. 動態流體層：雙效泡沫洗淨、漩渦水流與 nanoe™ X

當污垢降落在馬桶內壁時，A La Uno全自動洗淨馬桶 的動態流體科技便接手進行徹底打掃。其「雙效泡沫洗淨」會先釋放直徑約 5mm 的「毫米泡沫」包裹並帶走大塊髒污，再透過直徑約 60微米的「微米泡沫」深入微觀縫隙，徹底溶解殘餘的油脂與細微污垢。接著，配合高度清潔力的「漩渦型強力水流」，利用旋轉產生的流體剪切力，一口氣將附著力已被削弱的污垢剝離並沖走。此外，Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶還搭襯了 nanoe™ X 健康科技，釋放氫氧離子有效抑制異味與髒污，維持空氣與內壁的良好衛生狀態。

科技讓生活變輕鬆，但物理法則依然誠實

從材料化學的低表面能設計，到微觀幾何的附著點控制，再到流體力學的水流沖刷，一座現代抗污馬桶的演進，縮影了人類如何運用基礎科學來解決日常生活痛點的智慧。

我們習慣將衛生清潔想像成一場與細菌髒污的硬碰硬死鬥。然而，A La Uno全自動洗淨馬桶 等現代衛浴技術的突破，展示了材料科學的另一種聰明思維：不靠強酸強鹼硬打，而是透過物理與化學邏輯，將「污垢固著」的機率降到最低。

當材料科學與現代衛浴技術結合，刷馬桶不再是一件令人頭痛的辛苦瑣事。透過這些前沿科技的加持，我們得以從繁重的家務勞動中解放，享受更加乾淨、舒適且有品質的日常生活。

*1 參考論文：A metallic anti-biofouling surface with a hierarchical topography containing nanostructures on curved micro-riblets

*2 參考論文：Brushing up functional materials

近期，一則標榜把洋蔥芯放入耳朵一整夜，就可以緩解耳朵裡的任何炎症，減輕痛苦的神奇妙方，在某些社群傳了開來。這一個標榜自然通俗療法的敘述中指出「洋蔥中含有磷酸，有助於淨化血液、抵抗細菌感染……」而能保持耳朵健康、預防感染或幫助治癒感染。

然而，細究追溯這則訊息，雖有許多無稽之處，但也有一些有趣的古老經驗隱身其中……

所以我說，那個磷酸呢？

若說魔鬼藏在細節裡，那麼流言中最荒謬的錯誤，也往往出現在看起來最陌生的名詞身上。這個流言中標榜可以淨化血液抵抗細菌的磷酸，其實是一種肥料、洗滌劑、食品工業常見的無機酸，除了可用來生產製造酸性環境來達到消毒效果的產品以外¹，事實上磷酸並沒有抗菌、消炎的功效。

若多考慮以磷酸為原料所製造的磷酸鹽類，這類物質更廣泛地應用在食品工業中，例如魚、肉類加工；讓蚵仔保水性變好更為肥美²。而在身體中，磷是組成細胞膜上磷脂質的重要元素；磷和鈣能組成磷酸鈣沉積在骨骼與牙齒中；更有調節神經傳導、荷爾蒙分泌等關鍵作用³，但仍沒有抗菌消炎的功效。

更有趣的部分，是洋蔥的成分中其實並沒有磷酸。退一步言，若概括考慮食物中的含磷物質，每一百公克洋蔥的含磷量約為 29mg ^{4, 5}，其實在食物中的含磷量是相當低的。倘若含磷真的能有助於消炎殺菌，或許每一百公克含磷 715mg的干貝⁶，會是更強大的選擇（笑）。

莎草紙上的古埃及秘方

不過，把洋蔥當作耳疾用藥，倒也不是空穴來風的腦補流言。西元前 1550 年古埃及人所創作的埃伯斯紙草文稿（Eber papyrus）中，即記載了多種物質的醫療用途和療效。例如將洋蔥、大蒜、蜂蜜等材質作為傷口敷料；也可將洋蔥汁加熱後，可滴入耳朵內；在考古研究中，更發現一些木乃伊的耳朵裡有洋蔥⁷。

古埃及的經驗隨著歷史與文化的傳承到了三千年後的英國（這不是神鬼傳奇），1653 年，英國學者 Nicholas Culpeper，在他出版的 Complete Herbal 一書中，以系統化的資料庫方式，編目了數百種草藥特性與醫療方式。他在書中記述了將洋蔥汁滴入耳朵內，可減緩痛苦與噪音⁸。1986 年，一份刊載於耳鼻喉科期刊的研究中，更回顧了近兩世紀以來的文獻，發現洋蔥持續以草藥學和家庭偏方的型態，被人們視為耳疾的治療或舒緩方式⁹。

千年傳統的全新研究成果？

如果洋蔥真的有神奇的療效，這相當可能代表洋蔥身上有著某一種或數種物質，剛好具有抗菌或抑制發炎的作用。而在近年生物化學與臨床實驗上，也能觀察到洋蔥萃取物對部分細菌與真菌，有顯著的生長抑制效果^{10, 11}。

分別分析洋蔥萃取物的成分，一種名為木犀草素（Luteolin）的物質，可能是洋蔥得以抑菌的原因之一。木犀草素是一種黃酮類化合物，富含於芹菜、香菜、花椰菜、洋蔥葉、胡蘿蔔、辣椒、蘋果皮、菊花等植物，可用於治療高血壓、發炎與癌症等疾病¹²。

另一個可能，是如洋蔥、大蒜、蔥、韭菜等蔥屬植物細胞中，含有大蒜素（Allicin）。近年來也有相當研究證實，大蒜素具有抑制細菌與真菌生長的效果^{13, 14}。此外，當大蒜素從植物細胞釋出後，也會有部分分解為二烯丙基二硫（diallyl disulfide, DADS）這種具有良好抑菌效果的有機硫化物。也因此，確實有廠商正利用大蒜萃取物，來開發具有止痛療效的耳滴藥劑^{15, 16}。

「專業問題，專業解決」

雖然說，以洋蔥作為耳疾替代療法，並不是毫無根據的流言。洋蔥的部分成分，也被證實有抗菌消炎的效果。然而，這樣的替代療法或草藥滴劑，並不被主流醫學界所認可。

美國兒醫學會（AAP）和美國家醫學會（AAFP）在 2004 年的診療指引指出「基於有限和有爭議的數據，補充和替代醫學（CAM），並不推薦用於治療急性中耳炎（AOM）」¹⁷。美國耳鼻喉科學會（AAO-HNS）在 2011 年的臨床診療指引中，也指出「目前仍無充分證據，足以制定補充和替代醫學作為兒童中耳積水（OME）的診療方式」。

前衛生福利部部長林奏延醫師策畫的「華人育兒百科」也建議兩歲以下幼兒是中耳炎好發的年齡層，若發現幼童有耳朵痛等症狀，應由兒科醫師診斷。平時居家也可藉由維持乾淨、避免二手菸環境、施打肺炎鏈球菌與流感疫苗；以及哺餵母乳增加免疫力等方式，來降低罹病機率¹⁸。

雖然說崇尚自然遵循古法也是一種堅持生活的浪漫（咦），但在把洋蔥（或大蒜、辣椒、蔥）塞進不太舒服的耳朵前……還是讓生病的歸醫院，食材的去鍋內吧。

參考資料：

1. “Phosphoric Acid“. En.Wikipedia.Org, 2017
2. 川貝枇杷膏,.”肥美蚵仔加「磷酸鹽」有什麼問題？ – Pansci 泛科學“. Pansci 泛科學, 2013
3. 許庭禎,. “期刊 – 藥物食品安全週報 – 衛生福利部食品藥物管理署“. Fda.Gov.Tw, 2016
4. USDA,. “Basic Report: 11282, Onions, Raw“. United States Department Of Agriculture Agricultural Research Service, 2016,
5. 食品藥物管理署,. “食品營養成份資料庫 – 洋葱“. Consumer.Fda.Gov.Tw
6. 食品藥物管理署,. “食品營養成份資料庫 – 干貝(加工)“. Consumer.Fda.Gov.Tw
7. Pahor, Ahmes L. “Ear, nose and throat in ancient Egypt.” The Journal of Laryngology & Otology 106.08 (1992): 677-687.
8. Culpeper, Nicholas. Culpeper’s Complete Herbal & English Physician. Applewood Books p.130.
9. Brooks, Denzil N. “An onion in your ear.” Journal of laryngology and otology 100.9 (1986): 1043-1046.
10. Elnima, E. I., et al. “The antimicrobial activity of garlic and onion extracts.” Die Pharmazie 38.11 (1983): 747-748.
11. Kim, Jung-Haeng. “Anti-bacterial action of onion (Allium cepa L.) extracts against oral pathogenic bacteria.” The Journal of Nihon University School of Dentistry 39.3 (1997): 136-141.
12. Lin, Yong, et al. “Luteolin, a flavonoid with potential for cancer prevention and therapy.” Current cancer drug targets 8.7 (2008): 634-646.
13. Ankri, Serge, and David Mirelman. “Antimicrobial properties of allicin from garlic.” Microbes and infection 1.2 (1999): 125-129.
14. Borlinghaus, Jan, et al. “Allicin: chemistry and biological properties.” Molecules 19.8 (2014): 12591-12618.
15. “ABOUT OTIKON – South Africa“. Otikon.Co.Za, 2017
16. Sarrell, E. Michael, Avigdor Mandelberg, and Herman Avner Cohen. “Efficacy of naturopathic extracts in the management of ear pain associated with acute otitis media.” Archives of pediatrics & adolescent medicine 155.7 (2001): 796-799.
17. Neff, Matthew J., American Academy of Pediatrics, and American Academy of Family Physicians. “AAP, AAFP release guideline on diagnosis and management of acute otitis media.” American family physician 69.11 (2004): 2713.
18. “《華人育兒百科》林奏延：台灣要想辦法，把生兒育女變成一種崇高天職｜人物觀點｜2015-01-13｜天下雜誌出版｜天下雜誌“. 天下雜誌, 2017

文／ 陳奕均 （台灣大學生化科技學系所）

無淚洋蔥的發展

每每提到洋蔥，大家馬上就會聯想到流眼淚。究竟為什麼洋蔥會讓人流眼淚呢?為什麼婆婆媽媽總是交代切洋蔥要浸在水裡切才不會流淚呢? 一篇感人的文章，也常被形容是加了洋蔥，但是感人的眼淚與洋蔥的眼淚真的相同嗎？

過去的研究認為當我們切開洋蔥時，洋蔥的細胞被破壞，釋出一種酵素，蒜氨酸酶 (alliinase)。蒜氨酸酶會將基質 (1-propenyl-L-cysteine sulfoxide, PRENCSO) 催化成中間產物 (1-propenylsulphenic acid)，而中間產物會迅速且自發性地轉換成兩種物質丙硫醛-S-氧化物 (propanthial S-oxide) 或硫代亞硫酸鹽 (thiosulfinate) ^(1)(2)(3)。丙硫醛-S-氧化物為一揮發性氣體，當與人體眼角膜接觸會刺激人體命令淚腺分泌淚液，將刺激物質排除⁽⁴⁾。

既然知道主謀是誰，以現在的生物技術，只要將這段基因剔除掉，就可以生產出不會讓人流眼淚的洋蔥，天下的媽媽也可以開心地切洋蔥。

但是蒜氨酸酶的另一個產物，硫代亞硫酸鹽為新鮮洋蔥產生香味的來源，且會轉換成具有降血脂⁽⁵⁾與抗血小板凝聚⁽⁶⁾的效果的功效成分。如果降低了蒜氨酸酶，洋蔥的香味與營養價值也會跟著流失，洋蔥將不再是洋蔥。實際上美國早已有無淚洋蔥的產品誕生，不過口味就是和原本的洋蔥有差異。

這樣的兩難局面現今已經被打破！日本研究發現，蒜氨酸酶的中間產物不會自發性變成丙硫醛-S-氧化物，而是需要另一種酵素，淚腺分子合成酶 (lachrymatory-factor synthase) 催化產生，而另一產物硫代亞硫酸鹽則不需要此酵素的參與。因此只要將此段基因剃除，就可以得到既有洋蔥香味與營養價值，且不會讓人流眼淚的洋蔥了⁽⁷⁾。

時至今日，經過紐西蘭科學家六年的努力，藉由基因剔除 (gene knockout) 技術已經成功培育出真正的無淚洋蔥，其味道與營養價值都與一般洋蔥無異。美國威斯康辛大學的園藝學教授邁克爾‧哈維甚至認為這種無淚洋蔥將取代一般洋蔥成為未來世界廚房的主角，廚房內婆婆媽媽流眼淚的情況也將不復存在⁽⁸⁾。但是在無淚洋蔥推廣前，要如何降低切洋蔥造成的眼淚呢?

我們可以從兩方面著手，第一，從酵素著手。酵素都有本身適合的反應溫度，溫度的差異會導致酵素變性，進而失去作用，先將洋蔥冷凍或加熱後再進行處理，蒜氨酸酶已經失去作用，自然就不會有刺激淚腺的物質產生。第二，從刺激物著手。丙硫醛-S-氧化物可以部份溶於水中，因此在水中切洋蔥可以降低丙硫醛-S-氧化物與角膜接觸，減緩流淚。

了解洋蔥催淚的原理後，那眼淚的成分呢？看完感人文章所留下的淚與其是否有差異？有名的攝影家 Rose-Lynn Fisher 也對這個議題產生了興趣，於是在 2013 年收集了 100 個眼淚樣本，風乾後以光學顯微鏡拍攝。如圖中所示，左邊為切洋蔥所留下的眼淚，右邊為因悲傷而流下的眼淚。洋蔥之淚的外型較為規則且細長，就像鋪滿了一片片的雪花般，而悲傷之類的外型則較為零散，且常有大塊不規則物出現^(9)(11)。

從科學的角度來看，眼淚可以依據其產生原因分為三種類型。快樂或悲傷的眼淚被歸為同一類型，屬於精神眼淚 (psychic tears)，無論是正面或負面情緒，極端的情緒皆會引發該類型眼淚。保持眼角膜的潤滑的工作交給基礎眼淚 (basal tears)，小量但持續性的流出，平均每天可以流出 0.75 ~ 1.1 克。反射性眼淚 (reflex tears) 則是當眼角膜遇到刺激性物質，包含洋蔥或灰塵時所流出的眼淚。所有的眼淚都是由鹽水與多種生物物質，包含抗體與酵素 (例如可以殺菌的溶菌酶) 所組成⁽⁹⁾。而不同種的眼淚也具有本身特別的分子。史丹佛大學的 William Frey II 教授在 1981 年做了一個有趣的實驗⁽¹⁰⁾。他收集了兩種眼淚，一種為看悲劇電影留下的眼淚，一種為切洋蔥所留下的淚。分析化學成分後發現看悲劇電影所留下的淚含有較高的蛋白質，例如神經傳導物質腦啡 (enkephalin)。腦啡具有止痛的效果，這也是為什麼在哭過以後感受會比較好的原因之一。但是切洋蔥所造成的眼淚並無此類成分，因此切完洋蔥並不會覺得好受。因此以後看到一篇令人感動的文章，不要再說作者在裡面加了洋蔥了，因為產生的淚是不一樣的！

參考資料：

1. Brodnitz, Michael H., and John V. Pascale. “Thiopropanal S-oxide: a lachrymatory factor in onions.” Journal of agricultural and food chemistry 19.2 (1971): 269-272.
2. Block, Eric, Robert E. Penn, and Larry K. Revelle. “Flash vacuum pyrolysis studies. 7. Structure and origin of the onion lachrymatory factor. A microwave study.” Journal of the American Chemical Society 101.8 (1979): 2200-2201.
3. Shen, Cunxi, and Kirk L. Parkin. “In vitro biogeneration of pure thiosulfinates and propanethial-S-oxide.” Journal of agricultural and food chemistry 48.12 (2000): 6254-6260.
4. Thomas Scott. “What is the chemical process that causes my eyes to tear when I peel an onion?” Scientific american: Oct 21, 1999.
5. Adamu, I., P. K. Joseph, and K. T. Augusti. “Hypolipidemic action of onion and garlic unsaturated oils in sucrose fed rats over a two-month period.” Experientia 38.8 (1982): 899-901.
6. Makheja, A. N., and J. M. Bailey. “Antiplatelet constituents of garlic and onion.” Agents and actions 29.3-4 (1990): 360-363.
7. Imai, S., et al. “Plant biochemistry: an onion enzyme that makes the eyes water.” Nature 419.6908 (2002): 685-685.
8. 董楠。新西蘭培育出“無淚”洋蔥。中國日報。2008年02月03日。
9. Joseph Stromberg. “The microscopic structures of dried human tears.” Smithsonianmag.com: November 19, 2013.
10. Mccall, John T. “Effect of stimulus on the chemical composition of human tears.” American journal of ophthalmology 92 (1981): 559-567.
11. 更多眼淚的照片

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