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洋蔥淚不淚!? 不再賺人熱淚的洋蔥!

黑熊老師
・2014/02/21 ・1880字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 503 ・六年級

credit: CC by Nanagyei@flickr
credit: CC by Nanagyei@flickr

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。

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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。

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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!

洋蔥之淚
Fisher 的作品,左為洋蔥之淚,右為悲傷之淚

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

 

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黑熊老師
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台灣大學生化科技碩士,目前為專業家教老師。熱愛旅遊與自然科學,希望透過淺顯易懂的科普教育來提升大眾對科學的了解,讓科學與生活不再遙遠。部落格:黑熊老師的家

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停工即停薪:如何證明你的時間值多少?車禍背後的認知 x 情緒 x 金錢 x 法律大混戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/01/09 ・3286字 ・閱讀時間約 6 分鐘

本文與 PAMO車禍線上律師 合作,泛科學企劃執行

走在台灣的街頭,你是否發現馬路變得越來越「急躁」?滿街穿梭的外送員、分秒必爭的多元計程車,為了拚單量與獎金,每個人都在跟時間賽跑 。與此同時,拜經濟發展所賜,路上的豪車也變多了 。

這場關於速度與金錢的博弈,讓車禍不再只是一場意外,更是一場複雜的經濟算計。PAMO 車禍線上律師施尚宏律師在接受《思想實驗室 video podcast》訪談時指出,我們正處於一個交通生態的轉折點,當「把車當生財工具」的職業駕駛,撞上了「將車視為珍貴資產」的豪車車主,傳統的理賠邏輯往往會失靈 。

在「停工即停薪」(有跑才有錢,沒跑就沒收入)的零工經濟時代,如果運氣不好遇上車禍,我們該如何證明自己的時間價值?又該如何在保險無法覆蓋的灰色地帶中全身而退?

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如果運氣不好遇上車禍,我們該如何證明自己的時間價值?/ 圖片來源: Nano Banana

薪資證明的難題:零工經濟者的「隱形損失」

過去處理車禍理賠,邏輯相對單純:拿出公司的薪資單或扣繳憑單,計算這幾個月的平均薪資,就能算出因傷停工的「薪資損失」。

但在零工經濟時代,這套邏輯卡關了!施尚宏律師指出,許多外送員、自由接案者或是工地打工者,他們的收入往往是領現金,或者分散在多個不同的 App 平台中 。更麻煩的是,零工經濟的特性是「高度變動」,上個月可能拚了 7 萬,這個月休息可能只有 0 元,導致「平均收入」難以定義 。

這時候,律師的角色就不只是法條的背誦者,更像是一名「翻譯」。

施律師解釋「PAMO車禍線上律師的工作是把外送員口中零散的『跑單損失』,轉譯成法官或保險公司聽得懂的法律語言。」 這包括將不同平台(如 Uber、台灣大車隊)的流水帳整合,或是找出過往的接單紀錄來證明當事人的「勞動能力」。即使當下沒有收入(例如學生開學期間),只要能證明過往的接單能力與紀錄,在談判桌上就有籌碼要求合理的「勞動力減損賠償 」。

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PAMO車禍線上律師的工作是把外送員口中零散的『跑單損失』,轉譯成法官或保險公司聽得懂的法律語言 / 圖片來源: Nano Banana

300 萬張罰單背後的僥倖:你的直覺,正在害死你

根據警政署統計,台灣交通違規的第一名常年是「違規停車」,一年可以開出約 300 萬張罰單 。這龐大的數字背後,藏著兩個台灣駕駛人最容易誤判的「直覺陷阱」。

陷阱 A:我在紅線違停,人還在車上,沒撞到也要負責? 許多人認為:「我人就在車上,車子也沒動,甚至是熄火狀態。結果一台機車為了閃避我,自己操作不當摔倒了,這關我什麼事?」

施律師警告,這是一個致命的陷阱。「人在車上」或「車子沒動」在法律上並不是免死金牌 。法律看重的是「因果關係」。只要你的違停行為阻礙了視線或壓縮了車道,導致後方車輛必須閃避而發生事故,你就可能必須背負民事賠償責任,甚至揹上「過失傷害」的刑責 。 

數據會說話: 台灣每年約有 700 件車禍是直接因違規停車導致的 。這 300 萬張罰單背後的僥倖心態,其巨大的代價可能是人命。

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陷阱 B:變換車道沒擦撞,對方自己嚇到摔車也算我的? 另一個常年霸榜的肇事原因是「變換車道不當」 。如果你切換車道時,後方騎士因為嚇到而摔車,但你感覺車身「沒震動、沒碰撞」,能不能直接開走?

答案是:絕對不行。

施律師強調,車禍不以「碰撞」為前提 。只要你的駕駛行為與對方的事故有因果關係,你若直接離開現場,在法律上就構成了「肇事逃逸」。這是一條公訴罪,後果遠比你想像的嚴重。正確的做法永遠是:停下來報警,釐清責任,並保留行車記錄器自保 。

正確的做法永遠是:停下來報警,釐清責任,並保留行車記錄器自保 。/ 圖片來源: Nano Banana

保險不夠賠?豪車時代的「超額算計」

另一個現代駕駛的惡夢,是撞到豪車。這不僅是因為修車費貴,更因為衍生出的「代步費用」驚人。

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施律師舉例,過去撞到車,只要把車修好就沒事。但現在如果撞到一台 BMW 320,車主可能會主張修車的 8 天期間,他需要租一台同等級的 BMW 320 來代步 。以一天租金 4000 元計算,光是代步費就多了 3 萬多塊 。這時候,一般人會發現「全險」竟然不夠用。為什麼?

因為保險公司承擔的是「合理的賠償責任」,他們有內部的數據庫,只願意賠償一般行情的修車費或代步費 。但對方車主可能不這麼想,為了拿到這筆額外的錢,對方可能會採取「以刑逼民」的策略:提告過失傷害,利用刑事訴訟的壓力(背上前科的恐懼),迫使你自掏腰包補足保險公司不願賠償的差額 。

這就是為什麼在全險之外,駕駛人仍需要懂得談判策略,或考慮尋求律師協助,在保險公司與對方的漫天喊價之間,找到一個停損點 。

談判桌的最佳姿態:「溫柔而堅定」最有效?

除了有單據的財損,車禍中最難談判的往往是「精神慰撫金」。施律師直言,這在法律上沒有公式,甚至有點像「開獎」,高度依賴法官的自由心證 。

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雖然保險公司內部有一套簡單的算法(例如醫療費用的 2 到 5 倍),但到了法院,法官會考量雙方的社會地位、傷勢嚴重程度 。在缺乏標準公式的情況下,正確的「態度」能幫您起到加分效果。

施律師建議,在談判桌上最好的姿態是「溫柔而堅定」。有些人會試圖「扮窮」或「裝兇」,這通常會有反效果。特別是面對看過無數案件的保險理賠員,裝兇只會讓對方心裡想著:「進了法院我保證你一毛都拿不到,準備看你笑話」。

相反地,如果你能客氣地溝通,但手中握有完整的接單紀錄、醫療單據,清楚知道自己的底線與權益,這種「堅定」反而能讓談判對手買單,甚至在證明不足的情況下(如外送員的開學期間收入),更願意採信你的主張 。

車禍不只是一場意外,它是認知、情緒、金錢與法律邏輯的總和 。

在這個交通環境日益複雜的時代,無論你是為了生計奔波的職業駕駛,還是天天上路的通勤族,光靠保險或許已經不夠。大部分的車禍其實都是小案子,可能只是賠償 2000 元的輕微擦撞,或是責任不明的糾紛。為了這點錢,要花幾萬塊請律師打官司絕對「不划算」。但當事人往往會因為資訊落差,恐懼於「會不會被告肇逃?」、「會不會留案底?」、「賠償多少才合理?」而整夜睡不著覺 。

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PAMO看準了這個「焦慮商機」, 推出了一種顛覆傳統的解決方案——「年費 1200 元的訂閱制法律服務 」。

這就像是「法律界的 Netflix」或「汽車強制險」的概念。PAMO 的核心邏輯不是「代打」,而是「賦能」。不同於傳統律師收費高昂,PAMO 提倡的是「大腦武裝」,當車禍發生時,線上律師團提供策略,教你怎麼做筆錄、怎麼蒐證、怎麼判斷對方開價合不合理等。

施律師表示,他們的目標是讓客戶在面對不確定的風險時,背後有個軍師,能安心地睡個好覺 。平時保留好收入證明、發生事故時懂得不亂說話、與各方談判時掌握對應策略 。

平時保留好收入證明、發生事故時懂得不亂說話、與各方談判時掌握對應策略 。 / 圖片來源: Nano Banana

從違停的陷阱到訂閱制的解方,我們正處於交通與法律的轉型期。未來,挑戰將更加嚴峻。

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當 AI 與自駕車(Level 4/5)真正上路,一旦發生事故,責任主體將從「駕駛人」轉向「車廠」或「演算法系統」 。屆時,誰該負責?怎麼舉證?

但在那天來臨之前,面對馬路上的豪車、零工騎士與法律陷阱,你選擇相信運氣,還是相信策略? 先「武裝好自己的大腦」,或許才是現代駕駛人最明智的保險。

PAMO車禍線上律師官網:https://pse.is/8juv6k 

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讓黯然銷魂飯催淚的洋蔥,是治療耳疾的祖傳妙方嗎?
廖英凱
・2017/04/06 ・2675字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 575 ・九年級

是的,耳朵加了洋蔥。圖/《食神》影片截圖

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……

你想過把洋蔥放進耳朵裡嗎?圖/By Hafiz Issadeen @ flickr, CC BY 2.0

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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

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連木乃伊都有發現洋蔥放在耳朵中。圖/By Paul Hudson @ flickr, CC BY 2.0

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

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木犀草素(Luteolin)結構。圖/Wikimedia

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

大蒜素(Allicin)結構。圖/Wikimedia

「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。

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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:

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  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
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廖英凱
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非典型的不務正業者,對資訊與真相有詭異的渴望與執著,夢想能做出鋼鐵人或心靈史學。 https://www.ykliao.tw/

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想瞭解基改作物嗎?先從農桿菌談起
衛生福利部食品藥物管理署_96
・2016/08/30 ・2834字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 560 ・八年級

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 SavrTM)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。

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AAEAAQAAAAAAAALSAAAAJDMzMGJjOTFkLTNhZTAtNGRkMC1iZWE3LWE2ZTlhNTM2NGNjZg
1994 年開發出來的莎弗番茄(Flavr Savr tomato)能較一般番茄慢腐壞。

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。

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640px-Agrobacterium_tumefaciens_Forsythie
農桿菌造成的冠瘤。圖/By C-M – Own work, CC BY-SA 3.0, wikimedia commons.

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~

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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。

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圖/By Chandres – Own work, CC BY-SA 3.0, wikimedia commons.

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。

點擊看大圖。

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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!

台農10 31 57 66 73號

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!

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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,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

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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
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