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植物病毒診斷試劑套組之研發與利用

農委會動植物防疫檢疫局 張世忠
國立中興大學生科所 胡仲祺
高容生物科技股份有限公司 陳義信‧陳信宏

  一項極具國際競爭力之植物病毒診斷試劑套組,在農委會動植物防疫檢疫局(以下簡稱防檢局)、國立中興大學、高雄師範大學及高容生物科技股份有限公司共同合作下已完成商品化階段,並申請國內外專利。本試劑套組不僅突破傳統須於實驗室才能正確診斷植物病毒種類之限制,更以先端技術超越國外類似產品需冷藏保存之缺陷,其低廉的生產成本,快速便捷且具極高鑑定準確率之優點,將是日後邁向國際市場之重要利器,而其操作步驟簡便,無須額外增購儀器與耗材,且能在短時間內獲知檢驗結果,因此不但能讓第一線的植物防疫檢疫工作人員迅速得知植株是否感染病毒,協助農民預作防範、減少損失,更能讓相關單位迅速掌握病毒病害蔓延情形,以研擬對策,進行有效防治。

  植物病毒是極具危害性之植物病原,作物感染重要病毒後易造成植株極大之損害,嚴重時甚至導致耕作田毫無收成,植物病毒每年在作物上造成全世界近百億美元之損失,作物一旦感染病毒目前仍無藥劑可防治。因此,早期的診斷,妥適的預防措施,為最佳之防治策略。然而,由於植物病毒無法人工培養,以致診斷鑑定工作相形困難,以往之植物病毒診斷,最直接的方法是以植物病徵作判別,但是此方法誤判率極高,因植物病毒與生理性障礙所產生之病徵極為類似,而病毒在潛伏感染時,更無法由肉眼直接觀察之。在血清學研究深入與酵素連結免疫吸附法(ELISA)技術平台建立後,植物病毒之診斷有了突破性之發展,藉由各種植物病毒多元抗體、單元抗體、抗血清的純化,植物病毒之診斷可在數小時至數天內確認結果。近年來,由於分子生物技術的發達,專一性核酸探針之建立,使得診斷鑑定靈敏度更大幅提昇,而聚合?連鎖反應(PCR)技術平台的蓬勃發展,植物病毒診斷方法也更多元化,在診斷準確性、速率及效率上均往前邁進一大步。

  精密之植物病毒診斷技術絕大部分需在實驗室以精密儀器進行操作,而操作者更需具備專業之植物病理素養,才能避免錯誤,準確之鑑定。然而就一般農民、農產業團體而言,大都缺乏專業訓練,通常亦無充裕經費、人力可建置完善之實驗室設備,對於植物病毒之診斷,僅能以肉眼觀察判別,或透過學術研究單位的協助,始能獲知正確結果,在診斷準確度及處理速率上已大打折扣;而由於無準確診斷工具與防治方法,農民對於作物是否感染病毒,普遍態度是以忽略方式處理,任由其蔓延擴散,以致產量及品質均大幅降低,甚至毫無收入可言。因此,如何研發出一種快速、簡便、準確、走出實驗室及一般農民可直接操作之植物病毒診斷工具,實為迫切需要解決之問題。

  有鑒於此,防檢局自成立以來,一直致力於推動植物病毒診斷鑑定技術之研發工作,更結合國內相關專家學者組成技術研發團隊,精研各種病毒之鑑定方法,91年度特別結合在植物病毒診斷上已具有相當傑出成果之國立中興大學生物科技研究所胡仲祺教授研究室、國立高雄師範大學生物科學研究所王惠亮教授研究室與高容生物科技股份有限公司進行產學合作,選定目前嚴重危害瓜果蔬菜類的胡瓜嵌紋病毒(CMV)、矮南瓜黃化病毒(ZYMV)、蕪菁嵌紋病毒(TuMV)等作物重要病毒進行快速診斷試劑套組之研發,透過高容生物科技股份有限公司精良之生物技術、先進之設備及自動化之生產體系,終於完成商品化過程。

  本試劑套組具有三大特色︰一為國內首創,第一套由國人研發完成可商品化之植物病毒診斷套組;二為突破傳統,走出實驗室可直接於田間進行診斷確認;三為深具國際市場競爭力之農業生技產品。何以說本項植物病毒診斷試劑套組深具國際競爭力?目前國際市場常見類似之植物病毒診斷產品大致上有三類︰(一)驗孕棒型,缺點為價格昂貴,在不含相關輔助材料及運費下,每10個測試組即高達66美元,而診斷之靈敏度與專一性均甚低,僅能鑑定到屬的層次,無法鑑定至種,且需冷藏保存;(二)試紙型,缺點為測試緩衝液需另行配製,且需低溫保存,而診斷靈敏度亦較低,加上過多的植物萃取液極易影響檢測結果;(三)試管反應型,缺點為價格更昂貴,不含相關輔助材料及運費下每10個測試組更高達99美元,加上診斷靈敏度亦不高,並需貯存於低溫4~6 oC。

  較之下,本植物病毒診斷試劑套組由於擁有以下之優點更具有國際市場競爭力︰(一)可於常溫下運送,無須低溫冷藏;(二)操作簡便,無需相關輔助儀器與藥劑,可以肉眼進行直接判讀;(三)可於田間現場操作,反應時間短,於一小時內獲知檢測結果;(四)一次可同時檢驗10組樣本,初估價格約僅國際上類似產品之三分之一;(五)診斷靈敏準確度與實驗室精密儀器檢測法相當。

  依據國立中興大學生物技術研究所胡仲祺教授以胡瓜嵌紋病毒診斷試劑套組所作實驗分析結果顯示,本試劑套組可檢測至低於0.2ng之病毒量,靈敏度遠高於以ELISA方式檢測,肉眼判讀僅能至0.1μg,也高於以機器判讀只能到10ng病毒量。

  本項診斷試劑套組之使用方法非常簡單,以可危害上千種植物之胡瓜嵌紋病毒(CMV)診斷試劑套組為例,其步驟為先採下測試植株之一小片葉片組織,加入稀釋劑研磨後,將其檢體溶液點在測試條上,經數種藥劑反應後,即可以肉眼直接進行結果判讀,白色代表沒有感染病毒,紫色則表示植株已經感染病毒。本試劑套組與一般植物病毒檢驗試劑不同之處是僅須極少的檢體溶液即能有效檢測,故對於植株外觀破壞甚少,可避免影響植株生長,降低商品價值,而其所需之操作時間由傳統檢驗方法的6小時縮短至一小時以內,操作者不須事先研習相關技術,可即刻上手操作,更不需要任何實驗室器材與藥劑的支援,直接於田間進行檢測步驟,立即可得知測試結果。

  我國加入WTO後面臨遽增之農產品進出口量,致防疫檢疫問題更形複雜,防疫檢疫工作負擔也日益加重,有了這項植物病毒診斷利器,不但可協助現場工作人員區分病徵極為相似之作物生理性病害與病毒病害,得以迅速掌握疫情,研擬對策,進行有效防治,亦可提供防檢局機場、港口檢疫站人員迅速有效的實施檢測,並能協助試驗研究單位及農產業界篩選健康種苗或抗病品種,提高作物品質與產量,保障我國農業生產環境安全,增加農民收益。未來防檢局將持續與相關產業界及學術研究單位密切合作,研發更多植物病毒性病害診斷試劑套組,並藉由此項技術平台拓展至其他相關領域,一方面提昇我國動植物疾病診斷水準,防杜國外危險性病原之入侵,另一方面也提昇我國農業生技產物在國際上之競爭力。

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