洋蔥淚不淚！？ 不再賺人熱淚的洋蔥！

• 作者／賴昭正｜前清大化學系教授、系主任、所長；合創科學月刊

我擔心人工智慧可能會完全取代人類。如果人們能設計電腦病毒，那麼就會有人設計出能夠自我改進和複製的人工智慧。 這將是一種超越人類的新生命形式。

——史蒂芬．霍金（Stephen Hawking）　英國理論物理學家

大約在八十年前，當第一台數位計算機出現時，一些電腦科學家便一直致力於讓機器具有像人類一樣的智慧；但七十年後，還是沒有機器能夠可靠地提供人類程度的語言或影像辨識功能。誰又想到「人工智慧」（Artificial Intelligent，簡稱 AI）的能力最近十年突然起飛，在許多（所有？）領域的測試中擊敗了人類，正在改變各個領域——包括假新聞的製造與散佈——的生態。

圖形處理單元（graphic process unit，簡稱 GPU）是這場「人工智慧」革命中的最大助手。它的興起使得九年前還是個小公司的 Nvidia（英偉達）股票從每股不到 $5，上升到今天（5 月 24 日）每股超過 $1000（註一）的全世界第三大公司，其創辦人（之一）兼首席執行官、出生於台南的黃仁勳（Jenson Huang）也一躍成為全世界排名 20 內的大富豪、台灣家喻戶曉的名人！可是多少人了解圖形處理單元是什麼嗎？到底是時勢造英雄，還是英雄造時勢？

在回答這問題之前，筆者得先聲明筆者不是學電腦的，因此在這裡所能談的只是與電腦設計細節無關的基本原理。筆者認為將原理轉成實用工具是專家的事，不是我們外行人需要了解的；但作為一位現在的知識分子或公民，了解基本原理則是必備的條件：例如了解「能量不滅定律」就可以不用仔細分析，即可判斷永動機是騙人的；又如現在可攜帶型冷氣機充斥市面上，它們不用往室外排廢熱氣，就可以提供屋內冷氣，讀者買嗎？

CPU 與 GPU

不管是大型電腦或個人電腦都需具有「中央處理單元」（central process unit，簡稱 CPU）。CPU 是電腦的「腦」，其電子電路負責處理所有軟體正確運作所需的所有任務，如算術、邏輯、控制、輸入和輸出操作等等。雖然早期的設計即可以讓一個指令同時做兩、三件不同的工作；但為了簡單化，我們在這裡所談的工作將只是執行算術和邏輯運算的工作（arithmetic and logic unit，簡稱 ALU），如將兩個數加在一起。在這一簡化的定義下，CPU 在任何一個時刻均只能執行一件工作而已。

在個人電腦剛出現只能用於一般事物的處理時，CPU 均能非常勝任地完成任務。但電腦圖形和動畫的出現帶來了第一批運算密集型工作負載後，CPU 開始顯示心有餘而力不足：例如電玩動畫需要應用程式處理數以萬計的像素（pixel），每個像素都有自己的顏色、光強度、和運動等, 使得 CPU 根本沒辦法在短時間內完成這些工作。於是出現了主機板上之「顯示插卡」來支援補助 CPU。

1999 年，英偉達將其一「具有集成變換、照明、三角形設定／裁剪、和透過應用程式從模型產生二維或三維影像的單晶片處理器」（註二）定位為「世界上第一款 GPU」，「GPU」這一名詞於焉誕生。不像 CPU，GPU 可以在同一個時刻執行許多算術和邏輯運算的工作，快速地完成圖形和動畫的變化。

依序計算和平行計算

一部電腦 CPU 如何計算 7×5+6/3 呢？因每一時刻只能做一件事，所以其步驟為：

• 計算 7×5；
• 計算 6/3；
• 將結果相加。

總共需要 3 個運算時間。但如果我們有兩個 CPU 呢？很多工作便可以同時（平行）進行：

• 同時計算 7×5 及 6/3；
• 將結果相加。

只需要 2 個運算時間,比單獨的 CPU 減少了一個。這看起來好像沒節省多少時間，但如果我們有 16 對 a×b 要相加呢？單獨的 CPU 需要 31 個運算的時間（16 個 × 的運算時間及 15 個 + 的運算時間），而有 16 個小 CPU 的 GPU 則只需要 5 個運算的時間（1 個 × 的運算時間及 4 個 + 的運算時間）！

現在就讓我們來看看為什麼稱 GPU 為「圖形」處理單元。圖一左圖《我愛科學》一書擺斜了，如何將它擺正成右圖呢？ 一句話：「將整個圖逆時針方向旋轉 θ 即可」。但因為左圖是由上百萬個像素點（座標 x, y）組成的，所以這句簡單的話可讓 CPU 忙得不亦樂乎了：每一點的座標都必須做如下的轉換

x’ = x cosθ + y sinθ

y’ = -x sinθ+ y cosθ

即每一點均需要做四個 × 及兩個 + 的運算！如果每一運算需要 10^-6 秒，那麼讓《我愛科學》一書做個簡單的角度旋轉，便需要 6 秒，這豈是電動玩具畫面變化所能接受的？

人類的許多發明都是基於需要的關係，因此電腦硬件設計家便開始思考：這些點轉換都是獨立的，為什麼我們不讓它們同時進行（平行運算，parallel processing）呢？於是專門用來處理「圖形」的處理單元出現了——就是我們現在所知的 GPU。如果一個 GPU 可以同時處理 10⁶ 運算，那上圖的轉換只需 10^-6 秒鐘！

GPU 的興起

GPU 可分成兩種：

• 整合式圖形「卡」（integrated graphics）是內建於 CPU 中的 GPU，所以不是插卡，它與 CPU 共享系統記憶體，沒有單獨的記憶體組來儲存圖形／視訊，主要用於大部分的個人電腦及筆記型電腦上；早期英特爾（Intel）因為不讓插卡 GPU 侵蝕主機的地盤，在這方面的研發佔領先的地位，約佔 68% 的市場。
• 獨立顯示卡（discrete graphics）有不與 CPU 共享的自己專用內存；由於與處理器晶片分離，它會消耗更多電量並產生大量熱量；然而，也正是因為有自己的記憶體來源和電源，它可以比整合式顯示卡提供更高的效能。

2007 年，英偉達發布了可以在獨立 GPU 上進行平行處理的軟體層後，科學家發現獨立 GPU 不但能夠快速處理圖形變化，在需要大量計算才能實現特定結果的任務上也非常有效，因此開啟了為計算密集型的實用題目編寫 GPU 程式的領域。如今獨立 GPU 的應用範圍已遠遠超出當初圖形處理，不但擴大到醫學影像和地震成像等之複雜圖像和影片編輯及視覺化，也應用於駕駛、導航、天氣預報、大資料庫分析、機器學習、人工智慧、加密貨幣挖礦、及分子動力學模擬（註三）等其它領域。獨立 GPU 已成為人工智慧生態系統中不可或缺的一部分，正在改變我們的生活方式及許多行業的遊戲規則。英特爾在這方面發展較遲，遠遠落在英偉達（80%）及超微半導體公司（Advance Micro Devices Inc.，19%，註四）之後，大約只有 1% 的市場。

事實上現在的中央處理單元也不再是真正的「單元」，而是如圖二可含有多個可以同時處理運算的核心（core）單元。GPU 犧牲大量快取和控制單元以獲得更多的處理核心，因此其核心功能不如 CPU 核心強大，但它們能同時高速執行大量相同的指令，在平行運算中發揮強大作用。現在電腦通常具有 2 到 64 個核心；GPU 則具有上千、甚至上萬的核心。

結論

我們一看到《我愛科學》這本書，不需要一點一點地從左上到右下慢慢掃描,即可瞬間知道它上面有書名、出版社等，也知道它擺斜了。這種「平行運作」的能力不僅限於視覺，它也延伸到其它感官和認知功能。例如筆者在清華大學授課時常犯的一個毛病是：嘴巴在講，腦筋思考已經不知往前跑了多少公里，常常為了追趕而越講越快，將不少學生拋到腦後！這不表示筆者聰明，因為研究人員發現我們的大腦具有同時處理和解釋大量感官輸入的能力。

人工智慧是一種讓電腦或機器能夠模擬人類智慧和解決問題能力的科技，因此必須如人腦一樣能同時並行地處理許多資料。學過矩陣（matrix）的讀者應該知道，如果用矩陣和向量（vector）表達，上面所談到之座標轉換將是非常簡潔的（註五）。而矩陣和向量計算正是機器學習（machine learning）演算法的基礎！也正是獨立圖形處理單元最強大的功能所在！因此我們可以了解為什麼 GPU 會成為人工智慧開發的基石：它們的架構就是充分利用並行處理，來快速執行多個操作，進行訓練電腦或機器以人腦之思考與學習的方式處理資料——稱為「深度學習」（deep learning）。

黃仁勳在 5 月 22 日的發布業績新聞上謂：「下一次工業革命已經開始了：企業界和各國正與英偉達合作，將價值數萬億美元的傳統資料中心轉變為加速運算及新型資料中心——人工智慧工廠——以生產新商品『人工智慧』。人工智慧將為每個產業帶來顯著的生產力提升，幫助企業降低成本和提高能源效率，同時擴大收入機會。」

附錄

人工智慧的實用例子：下面一段是微軟的「copilot」代書、谷歌的「translate」代譯之「one paragraph summary of GPU and AI」。讀完後，讀者是不是認為筆者該退休了？

GPU（圖形處理單元）和 AI（人工智慧）之間的協同作用徹底改變了高效能運算領域。GPU 具有平行處理能力，特別適合人工智慧和機器學習所需的複雜資料密集運算。這導致了影像和視訊處理等領域的重大進步，使自動駕駛和臉部辨識等技術變得更加高效和可靠。NVIDIA 開發的平行運算平台 CUDA 進一步提高了 GPU 的效率，使開發人員能夠透過將人工智慧問題分解為更小的、可管理的、可同時處理的任務來解決這些問題。這不僅加快了人工智慧研究的步伐，而且使其更具成本效益，因為 GPU 可以在很短的時間內執行與多個 CPU 相同的任務。隨著人工智慧的不斷發展，GPU 的角色可能會變得更加不可或缺，推動各產業的創新和新的可能性。大腦透過神經元網路實現這一目標，這些神經元網路可以獨立但有凝聚力地工作，使我們能夠執行複雜的任務，例如駕駛、導航、觀察交通信號、聽音樂並同時規劃我們的路線。此外，研究表明，與非人類動物相比，人類大腦具有更多平行通路，這表明我們的神經處理具有更高的複雜性。這個複雜的系統證明了我們認知功能的卓越適應性和效率。我們可以一邊和朋友聊天一邊走在街上，一邊聽音樂一邊做飯，或一邊聽講座一邊做筆記。人工智慧是模擬人類腦神經網路的科技，因此必須能同時並行地來處理許多資料。研究人員發現了人腦通訊網路具有一個在獼猴或小鼠中未觀察獨特特徵：透過多個並行路徑傳輸訊息,因此具有令人難以置信的多任務處理能力。

註解

（註一）當讀者看到此篇文章時，其股票已一股換十股，現在每一股約在 $100 左右。

（註二）組裝或升級過個人電腦的讀者或許還記得「英偉達精視 256」（GeForce 256）插卡吧?

（註三）筆者於 1984 年離開清華大學到 IBM 時，就是參加了被認為全世界使用電腦時間最多的量子化學家、IBM「院士（fellow）」Enrico Clementi 的團隊：因為當時英偉達還未有可以在 GPU 上進行平行處理的軟體層，我們只能自己寫軟體將 8 台中型電腦（非 IBM 品牌！）與一大型電腦連接來做平行運算，進行分子動力學模擬等的科學研究。如果晚生 30 年或許就不會那麼辛苦了?

（註四）補助個人電腦用的 GPU 品牌到 2000 年時只剩下兩大主導廠商：英偉達及 ATI（Array Technology Inc.）。後者是出生於香港之四位中國人於 1985 年在加拿大安大略省成立，2006 年被超微半導體公司收購，品牌於 2010 年被淘汰。超微半導體公司於 2014 年 10 月提升台南出生之蘇姿豐（Lisa Tzwu-Fang Su）博士為執行長後，股票從每股 $4 左右，上升到今天每股超過 $160，其市值已經是英特爾的兩倍，完全擺脫了在後者陰影下求生存的小眾玩家角色，正在挑戰英偉達的 GPU 市場。順便一題：超微半導體公司現任總裁（兼 AI 策略負責人）為出生於台北的彭明博（Victor Peng）；與黃仁勳及蘇姿豐一樣，也是小時候就隨父母親移居到美國。

（註五）或。

延伸閱讀

• 「熱力學與能源利用」，《科學月刊》，1982 年 3 月號；收集於《我愛科學》（華騰文化有限公司，2017 年 12 月出版），轉載於「嘉義市政府全球資訊網」。
• 「網路安全技術與比特幣」，《科學月刊》，2020 年 11 月號；轉載於「善科教育基金會」的《科技大補帖》專欄。

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

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