稻田裡的魚和水稻一起興旺

• 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。

本文由 台灣萊雅 L’Oréal Taiwan 為慶祝「台灣傑出女科學家獎」15 周年而規劃，泛科學企劃執行。

• 2014 年「台灣傑出女科學家獎」傑出獎第七屆傑出獎得主

余淑美帶我們走進她在中研院分子生物研究所的辦公室，小的讓我意外。一台小型的葉片式電暖器放在門邊，就佔掉了一大塊空間。「這是給植物保暖用的，因為最近比較冷。」我們這群採訪者擋在門口還來不及動作，貴為院士的她就俐落地收起電暖器的插頭，將其移到另一側。「這舊電暖器要移動有個角度，我比較知道怎麼推。」她隨即拉來兩張椅子招呼我們坐下，採訪這天下午一連多日的寒流稍退，冬陽在此時斜斜曬入，點綴著大小綠色植栽的辦公室，在我眼中突然像是森林一隅，變得好大。

氣候條件跟植物生長狀況息息相關，這點你知、我知，我們老祖宗也知，因此才有了一萬多年前，被某些學者指稱為「農業革命」的時代，越來越多人類族群放棄狩獵採集，發展農牧生活型態。只不過這革命因為各種因素，過程極為緩慢、停停走走有時甚至還逆轉，而且並不是只帶來益處……。一萬多年後的此刻，科學家對農業與農作物的理解比老祖宗高出何止百萬倍，但人口暴增、耕地破碎、過度施用肥料與農藥、土壤與水源污染、加上氣候變遷造成的高溫、乾旱、洪患、海平面上升等，就連像余淑美這樣最頂尖的科學家也擔憂。

但比起現在才在煩惱氣候變遷的你或我，她早就採取了行動。

農業要發展，育種很重要

「農業其實跟我們生活息息相關，可是太廉價容易獲得，所以大家都不珍惜，辜負了辛苦的農夫。」余淑美院士小時候就跟許多同年代的孩子一樣，在農村成長，在水稻田邊玩邊學。雖然家庭經濟狀況不佳，但父親一直鼓勵她讀自己真正有興趣的，不要為了家境委屈求全，因此她從北一女畢業後，雖然同時考上國防醫學院護理系，可以畢業即就業，但從小就喜歡植物的她，最後選擇就讀中興大學植物病理學系，就此一直鑽研水稻，勤奮不懈，成為國際上舉足輕重的「水稻教母」。

就像 SARS-CoV-2 這新冠病毒不斷變異，余淑美說所有的生物基因都在不斷變化，就像人類的癌症來自基因突變，而現代社會能豐衣足食，也要感謝育種學家跟農夫持續透過作物雜交來改造基因。她說最早的玉米跟現在長得一點都不一樣，只有幾顆種子，而且又硬又難吃。不過透過化石證據，發現 7,000 年前到 500 年前這段時間的玉米不斷經過育種，外表已跟目前非常接近。另外，如今我們常吃的蔬菜，像是高麗菜、白菜、花椰菜、青花菜、羽衣甘藍……等，雖然名字跟外型差很多，但祖先其實都是十字花科的油菜，基因定序後會發現只有非常小部分不同，這都是育種多年的成果。

然而「育種多年」，也就等同速度太慢，而且也不一定想育什麼種，就出什麼種。過程艱辛也使得田間育種的人才越來越少。因此，新的生物技術接連誕生，有的使用化學藥劑，有的則透過放射線來誘發基因突變，速度雖然快了一些，但依舊是隨機突變，會出現難以預料的性狀，而且通常是我們不想要的。

基因轉殖，或你可能更常聽見的「基改」，則是速度更快更精準的育種方式，也是余淑美實驗室的專業。「我們知道很多水稻基因的功能，非常容易複製及插進好的作物品種基因體裡面。目前有技術可以精確地控制要插在哪裡，不會影響基因體其他基因的功能。」相較於其他育種方式起碼要六年到八年，余淑美表示基因轉殖兩到三年就可以完成，創造了已廣泛種植的基改玉米跟黃豆。因此，現代育種需要結合分子生物學、生物化學、物理化學、生物資訊學、組織培養技術、農園藝、病蟲害防治等技術，才能在短時間培育出好品種。余淑美說目前更已進入電腦育種時代，透過運算讓已經縮短的育種時間更短、產出更佳。

30 年來投入水稻研究，從 1993 年完成全世界第一個利用農桿菌轉殖水稻基因，到建立臺灣水稻突變種原庫、參與國際 C4 水稻計畫，余淑美持續突破，於前年（2019）10 月發表在《美國國家科學院期刊》加長版（PNAS, Plus）的研究，更發現了水稻抵抗逆境的關鍵機制。雖然這份研究在實驗時還是用基因轉殖技術，但隨著基因編輯技術發展盛行，她也向我們透露實驗室已經用基因編輯成功實現。

「我們平常追求 100 分的產量，可是如果雖只有 90 分的產量，水卻只用三分之一，經濟成本是很划算的，我們希望將來可以推這些技術。」對基因編輯稻米新品種，她樂觀期待。

基改的難題：要克服的不只有技術，還有人心

余淑美相信基因轉殖改良的作物能夠為世界創造更高的價值。以玉米這種易受玉米螟、玉米穗蟲加害的主要作物為例，農民可以噴灑蘇力菌（Bacillus thuringiensis Berliner, Bt）來防治。這種細菌的孢子會產生結晶蛋白，當幼蟲吃進腸道裡，會導致腸道穿孔，而且不同菌種有特定的殺蟲對象，能避免誤殺益蟲，也是對人類很安全的一種農藥。孟山都公司以此原理，透過基因轉殖技術，讓植物自行產生這種抗蟲蛋白，就可以連蘇力菌都不用噴了，而且一樣安全。
除了玉米之外，大豆、棉花、油菜、馬鈴薯也都陸續由生物科技公司開發出基改抗蟲品種，因此大幅降低了農藥的噴灑量達 3/4，間接保護了農人與消費者的安全，降低了環境保護跟生產的成本。另外像是香蕉萎縮病、木瓜輪點病等極難防治的疾病，影響貧窮地區的人民甚鉅，透過基因轉殖創造新品種也是最有效的作法。余淑美認為有些生技公司儘管名聲不好，但其對全球大量減少使用殺蟲劑的貢獻足以獲得諾貝爾和平獎。

科技上不斷突破、讓育種比過往更快更精準，降低農藥與肥料施用，從而減少環境影響；增加產量跟營養，讓食物更便宜可親。但在許多國家地區的政策跟民眾觀感中，基因轉殖作物始終過不了關，包括臺灣。

余淑美認為，相較於其他更不精準的育種技術，基因轉殖作物受到的要求太高了。生物安全評估的成本一層層疊加，「所以你可能十塊錢的成本，一塊錢是研發，九塊錢是花在生物安全評估上。」她說，這也使得這遊戲只有大公司玩得起，有志創新的小公司反而被排擠。

雖然臺灣面對少子化、人口下降，但就全球來說，總人口依舊還在快速增加，往 95 億前進，即使是此刻，全球也有 10 億人處於飢餓狀態。而一份統整了 500 篇研究的報告，顯示糧食生產的速率完全趕不上人口成長，屢創紀錄的自然災害，如旱災、洪荒、野火、高低溫、病蟲害等，更讓余淑美估計糧食危機將提早到來。

以稻米來說，「日本原來的品種都比較適合低溫，現在溫度越來越高，他們到臺灣來要品種去做雜交，因為他們的稻米現在已經開始不耐高溫了。」她接著指出前年（2020）花蓮有機米也因為高溫產量減少四成，桃竹苗第二期稻作也因為乾旱而休耕，去年（2021）中部許多地方第一期也休耕。她表示其實只要政策願意開放，她有把握可以育出不需要用那麼多灌溉水的品種。

除了耐旱，耐鹽也是余淑美認為值得開發的特性。像是歐洲唯一的稻米區——法國與西班牙南部就遇到地中海海平面上升、鹽水侵襲的問題；同樣的問題在臺灣，余淑美指出也有 30,000 公頃的耕地地層下陷受鹽害，影響範圍從彰化到臺南，在這些地方耐鹽的品種就能派上用場。

那現在最熱門的「基因編輯」呢？余淑美表示基因編輯的厲害之處，就是可以有效精準改變與改進基因，而且沒有外來基因，能夠提升消費者的接受度，她的實驗室也已經在做，但基因轉殖依舊是最能解決糧食問題的育種方式。余淑美認為，有機與基改其實訴求一致，都是要避免化肥跟農藥過量傷害環境與人體，尤其在臺灣每公頃農藥用量為亞洲第一的情況下，其實更該反思現行農法的問題。或許隨著教育、科普、跟糧食危機逼近，社會對基改作物的接受度也會逐漸提升吧！「我們家的豆腐都是挑基改的買喔！」她笑著說。

不斷前行的步伐與堅定的意志

除了力挺基改食材，身為研究糧食作物的生物學者，余淑美還有別的堅持，例如自己做飯。

「孩子小時候我都給他們每天帶便當。我雖然很忙，沒辦法幫他們做很多事，可是有些事情我很堅持。」余淑美回顧自己剛回國時的生活：兒子才滿月，女兒也只有兩歲，與先生趙裕展（同為中研院分生所研究員）互相配合，例如自己下午五點下班回家做飯，晚上八點回辦公室，換先生回家陪小孩，然後到十點換她回家顧小孩，輪到先生回辦公室繼續工作到十二點。

不過難以想像的是：回國 33 年，這般勤奮竟然一直延續至今！兩人如今還是每天早上九點半到辦公室，晚上抽空回家做飯、然後又回到辦公室，近半夜十一點半才回家。真的是連學生都不得不努力了。

「我小時候媽媽身體非常不好，我從小學一年級開始就要做很多家事，洗衣燒飯。冬天很冷，屋瓦上都會結霜，還是要到溪邊去洗衣服。」也因此，即使研究工作再忙再累，余淑美或許早已習慣，做事極有效率。身為家中老大，下有三個妹妹、一個弟弟的長女，成長的年代也曾感受過被視為「賠錢貨」的社會氛圍。負面的刻板印象反而刺激了她，讓她更努力，要讓所有人看見女生可以做得跟男生一樣好。

2014 年，得到第七屆「傑出女科學家」的肯定，余淑美因此多了許多到高中女校演講的邀約。她總是以自身為例，鼓勵學生要衝破家庭與學校教育給他們的窠臼，就像她父親告訴她的：想要唸、可以唸就往上唸，沒有一定要幫家裡賺錢或是早點出來工作。而當了母親的余淑美也總是鼓勵一對兒女盡量接觸各種興趣，自行探索方向。

就算在原本的路上撞了牆，或是想換條路走，余淑美也覺得沒什麼關係，但她建議學生要把握原有的基礎，在那之上學習新東西，才能為自己加分。「因為這種跨領域的人才其實更少，在這麼競爭的環境下，更可以凸顯你的能力。」她表示。

相較於其他科學領域，生命科學領域堪稱性別平衡，以余淑美所在的中研院分子生物研究所來說，男女比就幾乎各半，工作領域也無同工不同酬的問題。另外她認為，相較於美國女性婚後大多冠夫姓，臺灣沒有這情形，算是很不錯。

不少女性研究者在家庭裡負擔較多的工作，例如照顧長輩跟小孩，她認為的確比較辛苦，也因此另一半非常重要。她就有一些學術領域的朋友，因為先生跟家庭不太能諒解她們長時間待在實驗室而起衝突。她自己分析，即使生命科學領域女性跟男性比例平衡，但有許多女性未婚或沒有生育；若是成家有小孩的，另一半也幾乎都是學者，比較能體諒研究者的需求。由於分子生物領域非常重人力，進行各項精細實驗皆仰賴研究者的細心與耐心，加上也不太耗體力，她認為很適合女性。然而在她的學生當中，也會有女學生遇到職涯與家庭的兩難考驗。余淑美當然會予以鼓勵，但若她們仍舊放棄，在尊重其決定之餘，有時也不免覺得可惜。她認為每一個人都應該有權利追求自己的興趣，人生才有意義，但仍需要一定的幸運。

如今帶領多國學生的余淑美，笑著說實驗室像是聯合國一樣，巴基斯坦、印度、越南等許多南亞與東南亞國家的學生紛紛慕名而來，一方面是因為在這些國家，稻米是很重要的作物，他們也覺得很有發展前景，另一方面，她說，因為臺灣的學生想研究農業科學的越來越少了，因此國際學生佔比就不斷提高。

「我很喜歡手機定時欸，可以訂好多不同的時間提醒我。」在跟我們分享她怎麼安排每天的工作時間與指導學生的節奏時，余淑美眼睛一亮地冒出這麼一句話，讓人覺得十分可愛。這句單獨聽起來一點也沒什麼的話，放在脈絡裡，其實是這位頂尖科學家 30 多年來日復一日、研究、教學、與服務不歇的證據。不論是在對基因轉殖的認識、採納上，還是對農業與糧食安全的體悟上，或許臺灣還需要一些時間趕上她的腳步，只不過，到時候余淑美肯定又已經走得更前了吧！

台灣傑出女科學家獎邁入第 15 年，台灣萊雅鼓勵女性追求科學夢想，讓科學領域能兩性均衡參與和貢獻。想成為科學家嗎？妳絕對可以！傑出學姊們在這裡跟妳說：YES！：https://towis.loreal.com.tw/Video.php

本文由 台灣萊雅 L’Oréal Taiwan 為慶祝「台灣傑出女科學家獎」15 周年而規劃，泛科學企劃執行。

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

2012 年當選第 29 屆中研院院士的余淑美，以水稻基因研究享譽國際，成就包括：全世界利用農桿菌轉殖水稻基因的第一人、建置「臺灣水稻突變種原庫」、探討植物缺糖或缺氧等抗逆境發育的分子機制 ……，歐美日等國際專利更達二十多項，讓臺灣水稻研究在國際舞台綻放光采！一起來聆聽「水稻教母」余淑美院士的故事。

「這是真的植物，看不出來吧？」余淑美指著辦公桌角落生長旺盛的鱗毛蕨盆栽，自豪地說：「很多人都以為是假的，你看我養得多漂亮！」

她是中研院院士，撐起臺灣水稻基因研究的一片天，讓臺灣水稻研究在國際舞台上發光又發熱。但一說起自己養的植物，眼底仍閃爍如孩童般熱情光芒。

余淑美的祖父母、外祖父母都務農，童年總在稻田間奔跑嬉戲，對於水稻有一份特殊的感情：「稻田一年四季有豐富的變化，看到一片一片的稻田就非常愉快。」現在，水稻更成了她一輩子研究的對象。

既然考上北一女就去唸吧！余爸爸埋下的關鍵種子

1952 年次的余淑美，出生於臺中鄉間。在那個「重男輕女」的年代，傳統家庭認為女孩子沒必要接受教育，早點工作賺錢才實際，更何況她是家中的長女，打七歲起就要幫忙母親照顧弟妹，包辦所有家事，還得挑菜到街上叫賣，貼補家用。

但余淑美成績一直很好，國中畢業後，同時考上了北一女和臺北商專。但顧家的她暗自打算：「如果唸商專，畢業之後很快就能找到工作吧。」一心想幫忙分擔家計的余淑美打算選擇商專，放棄高中。

所幸，余淑美的父親認為不管男生女生，受教育都很重要。雖然他承擔著一家七口的生活重擔，卻鼓勵她：「既然考上北一女，為什麼不去唸，將來好考大學？」

在父母親的支持下，余淑美自己也爭氣，成為全家族第一個讀大學的人，余爸爸實為臺灣水稻基因研究埋下關鍵種子。

由植物病蟲害轉行，踏入分子生物新世界

但在研究水稻基因前，余淑美其實是一位植物病蟲害學家，直到博士班畢業後才毅然「轉行」。

在臺灣中興大學完成大學和碩士學業之後，余淑美赴美留學，攻讀博士學位，此行為她開啟國際級的研究眼界。1984 年，她博班畢業，正值分子生物學興起，余淑美洞察這是將來的主流趨勢，毅然決然從傳統植物病理學「轉行」到分子生物學。

但這一轉，她幾乎整個打掉重練！余淑美來到紐約冷泉港實驗室以及羅徹斯特大學生物系擔任博士後研究員，從最簡單的分生技術學起，一步一腳印，緩緩走進分子生物學的新世界。

1988 年，她加入康乃爾大學吳瑞教授的研究團隊，正式開始三十年的水稻基因研究長征。吳瑞教授的實驗室是當時全世界水稻分生研究的第一把交椅，發展出利用基因鎗轉殖水稻的技術，啟蒙余淑美在水稻分子生物學的研究方向，直到如今。

為什麼要研究水稻基因？世界人口急速增加，耕地不增反減，再加上氣候變遷，傳統的作物雜交育種和栽種方式已經跟不上人口的增長，只能靠基因轉殖、農業生技才能餵飽全世界。

吳瑞院士致力於以基因轉殖提升水稻抗逆境的能力、增加產量，造福家國世界，是余淑美心中的典範。

對抗糧食危機，水稻基因研究成為下一代農業科學的必然之路。

因此 1988 年底，當余淑美返臺到中研院工作，仍以水稻基因為一生懸命的研究主題。

破解水稻基因，創立臺灣水稻突變種原庫

2000 年左右，由日本主導的「國際水稻基因體定序計畫」已進行得差不多了（臺灣負責第 5 條染色體的定序，主要由中研院植物暨微生物學研究所負責），接下來研究的主流便是破解水稻的基因功能。

「以一本字典來比喻，先把所有的英文單字照字母次序排列起來，知道有 apple、book 這些字，但是還不知道這些字是什麼意思，」余淑美解釋：「接下來就是要註解出 book 是書、apple 是蘋果，字典才算完成。」

基因定序，就是要把所有基因在染色體上的位置及次序正確訂出，如同在一條街上每間房子的門牌，每個基因都有一組「門牌號碼」。

水稻基因定序後，接下來就要研究每個基因有什麼功能，怎麼運作，如何調控生物發育與行為。如此一來，水稻基因體這本「字典」才真正完成。

為此，余淑美說服當時的中研院院長李遠哲及副院長陳長謙，爭取經費和空間，勞心勞力整合國內各個單位，改良她與學生詹明才博士（現為中研院農生中心研究員）開發的農桿菌轉殖技術，建立「臺灣水稻突變種原庫」。

這個種原庫不但成為國際水稻基因功能研究的重要資源，提升了臺灣農業生物科技的國際地位，她也因此獲得蓋茲基金會的青睞，獲邀參與「國際 C₄ 水稻計畫」（請見研之有物另一篇好文「打造超完美稻米，餵飽全世界！余淑美與國際 C₄ 水稻計畫」）。

成功的祕訣：能力、興趣加上努力

回到臺灣做研究三十多年以來，余淑美已找到二十多種讓水稻抗逆境、提高產量的重要基因，成就斐然。說到成功的祕訣，她認為：「每個人際遇不同，適合不同的工作。除了能力之外，要有興趣，然後一定要努力，」她歸納說：「能力、興趣加上努力，一定會成功。」

在努力打拚的時候，要用心、細心、有耐心，她叮嚀說：「用心就是把心思聚焦在工作上，細心就是不能出錯，耐心就是不怕困難。」

至於「性別」是否會造成限制？尤其孩子仍小的時候，她如何兼顧家庭與事業？獲頒最佳創意女科學家獎、臺灣傑出女科學家獎的余淑美認為，首先歸功於一位尊重她的專業、也能與她分工的先生—中研院分生所趙裕展研究員。余淑美笑著說：「孩子小的時候，我們常常就是輪流回家照顧，讓另一個可以進研究室工作。」

環顧四週，櫃子上還擺著全家福照片，牆上掛著女兒小學時期的畫作，抽屜裡存放著一疊女兒兒時手繪、自己影印發行的刊物。一問到孩子，余淑美的驕傲溢於言表：「兒子現在在舊金山的 Google 當工程師，女兒在倫敦是微電影、3D 動畫導演暨美術指導，還擔任前年（2018 年）台灣金鐘獎的視覺創意統籌 ……」過去常常在研究室晃悠的一雙兒女，如今已展翅高飛，開創自己的天地。

從辛苦的童年、異鄉奮鬥的青年、事業與家庭兩頭燒的中年，直到如今成就斐然，箇中辛苦實難對外人盡言。最後，余淑美希望能以自己的例子來勉勵女性學者，不要自我設限，務必專注在自己的目標上：

努力的時候，不要去想自己是女性，一切就是靠實力！

延伸閱讀

• 打造超完美稻米，餵飽全世界！余淑美與國際 C4水稻計畫
• 余淑美個人網頁
• 水稻基因改造的專家！中研院余淑美院士－第七屆台灣傑出女科學家獎得主
• 吳瑞院士的典範永遠在我們心中
• 〈科學家的科學路：難行須行 ─ 余淑美的水稻基因研究路〉，許靜娟，《科學研習月刊》52（10）：40-45，2013。
• 〈余淑美：對水稻基因情有獨鍾〉，簡宛著、曾文娟採訪撰稿，《我愛科學—六位女科學家的生命態度》，遠流出版， 2008。

本文轉載自中央研究院研之有物，原文為《「努力時，不要想自己是女性！」水稻教母余淑美》，泛科學為宣傳推廣執行單位。