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農業生物技術發展的新趨勢

農委會技監 王明來

  自去(2003)年12月第一種基因轉殖寵物-基因螢光魚問世後,基因工程之應用引起了更大的關注。此項作為寵物用的魚其特徵是能夠在黑暗下發出螢光。由於消費者對此魚產生濃厚的興趣,引起了美國德克薩斯州一商業公司在聖誕節前加速生產。其結果是全美國於本(2004)年1月大量增加市場需要。此項長度一英吋可在黑暗發光作為寵物之螢光魚亦引起是否為生物技術適當使用的爭論。同時,此亦突顯出美國現行規範生物技術之法規的不周全。由於美國食品樂物管理局(FDA)認為觀賞用魚不供食品消費用,目前的法規無法規範此產品是否可上市?加州政府則禁止其上市銷售。美國二家知名的寵物連鎖公司Detco及Petmart亦禁止販售。此項基因魚所產生的問題,說明了傳統農業育種進展到以生物技術應用而急速發展出來之基因產品如大豆、棉花、玉米等所產生之問題,在10~20年前是無法想像的。

  學術與產業界最近利用基因工程發展出各項新產品:如供藥用之甘蔗、稻米或健全心血管疾病用可產生Omega-3不飽和脂肪酸之牛、豬,或是樹型整齊理想的聖誕樹等等,使一般人目不暇給。

  最近生物技術在農業方面之應用,除繼續發展原供食用之基因產品外,像寵物螢光魚或特別顏色之康乃馨、觀賞用聖誕樹,亦為發展趨勢之一。其中螢光魚之發展原係新加坡政府為監測水污染用。研究人員將珊瑚之一小段基因植入斑馬魚內所產生。其基本的觀念為當此種魚接觸到污染水時可發出亮光,惟由於此種魚遇污染水後即不停發光,與原研發目的不盡相符,無法應用。商業界人士則認為此項特色可在寵物市場佔一席之地而投入生產。

  研究人員也試著研究將基因植物作為有害化學及生物之試驗物,如美國賓夕凡尼亞州立大學研究人員即在發展某種基因植物,可以探測有害的化學物或生物製藥劑。此項計畫現雖尚在初步階段,但已獲得聯邦政府的支持。研究係探究基因植物如何偵測環境污染,其主要方式為研究基因植物對污染物質微生物、昆蟲、化學物質及荷爾蒙等之反應。例如目前已研究出某一植物其具有之特殊蛋白質,接觸污染物可轉變為綠色。此外研究人員希望找出斥侯植物以偵測出戰略化學物質、未爆彈或炭疽病等以降低戰爭的危害。此研究對一般農業具有相當的應用價值,如發展出來斥侯植物亦可偵測病蟲害、土壤劣化、初期乾旱等,可提前告知農民採取因應措施確保生產。

  目前農業生物技術之發展重點仍在於發展抗病、抗蟲以及防止環境條件變劣之品種。發展抗病抗蟲作物可減少農藥的使用,保護環境。印度的研究人員正在發展抗鹽及抗乾旱之稻米、小麥品種,以擴大生產因應糧食增產需要。其方式則係自抗鹽作物中取得基因植入水稻、小麥內,是否可順利發展出來,尚不得而知。

  此外,科學家們亦著手發展一種可抗臭蟲之樹豆(pigeon pea)。以往不管如何使用農藥,約有一半的產量受害而招致損失,如獲成功,可大量減少損失。研究人員亦研究抗病毒之基因作物(如非洲肯亞即正在研究一種抗甘薯feathery mottell病毒之品種,以降低此作物80%之損失,確保該國糧食之安全。

  在美國,夏威夷大學之研究人員利用稻米基因發展出抗線蟲(nematoes)及粉介殼蟲(mealybug)的鳳梨品種,最近獲得美國聯邦政府的支持。在生產此品種鳳梨時並特別研究所有種植之鳳梨能夠同一時期開花結果,俾減少勞力的使用,降低成本。不管研究係抗病或提升產品品質均可減少使用農藥,獲得利益,不僅農民高興,消費者亦可由產品品質提升中獲得利益。

  最近美國農業部與杜邦公司作物基因研究人員發展出一種含大量維他命E之基因玉米,其含量約為一般玉米的6倍。維他命E具很強的抗氧化作用,可保護細胞對防止心臟病、糖尿病、癌症等均有幫助。此外,具有含高量維他命E之玉米亦可延緩其腐爛,其加工產品如玉米油亦可延長效期。此種含高維他命E之玉米品種依規定須先作飼料性測試,再作人類食物安全測試後始得上市。

  哈佛大學醫學院研究人員亦利用生物技術誘使動物生產Omega-3脂肪酸,此種對心臟有益之油脂只在存於魚體內。Omega-3脂肪酸可增進人體循環,具有減少發炎及抗癌效果。目前肉類及乳製品中含高量之Omega-3脂肪酸係餵予魚飼料的結果,成本不但高而且亦耗費大量的海洋資源。為創造可生產Omega-3脂肪酸之基因動物,哈佛大學研究人員將線蟲之基因先植入老鼠體內,此基因即可釋出Omega-3飽和脂肪酸之酵素,可將原Omega-6脂肪酸轉變為Omega-3脂肪酸,此動物即可將Omega-6飽和脂肪酸轉製為Omega-3不飽和脂肪酸。研究人員將於近期內將此項研究結果用在雞隻的生產上。

  生物技術除發展上述健康食品外,研究人員亦利用其生產醫藥用物質。某一商業公司發展出一項新品種基因稻米,可生產治療下痢之2種酵素-Lactoferrin及Lysozyme,雖然該公司已獲得加州稻米協會的支持進行此項試驗,但加州農業廳卻否決了此項試驗的申請,理由是尚未取得全國農業部核發給之許可。而該公司說明生產65英畝之基因稻米所獲得之Lecto-ferrin酵素即足夠治療65萬孩童的下痢,同樣面積所產生的Lysozyme酵素亦足夠治療650萬病人所需的藥量,用途很大。

  德州農工大學(Texas A & M Univer-sity)則與某商業公司共同研究發展新品種基因甘蔗以生產藥用蛋白質。研究人員將所需基因片段植入甘蔗內,使該甘蔗生產糖及某種特別蛋白質,供治療糖尿病之用。利用甘蔗生產此合成蛋白質,不僅大大增加此蛋白質生產的能量,亦可降低病患自動物攝取此蛋白質之衛生風險。目前此合成蛋白質均係由哺乳類動物細胞培養而取得,成本高昂。

  目前,除可用植物作為生產蛋白質的工廠之外,研究人員亦發展出生產工業物質之基因作物,如在俄羅斯莫斯科綜合基因研究所(the Institute of General Genet-ics)的研究人員發展出一種可產出蜘蛛絲的基因煙草,而位於加拿大魁北克的一家商業公司Nexia Biotechnologies則發展出可在羊乳中含有蜘蛛絲蛋白質之基因羊。研究人員試著透過各種不同的方法以生產聚合性蜘蛛絲,所生產出來的絲強度高過鋼鐵的5倍,且其彈性比Kevlar還大。由於此種蜘蛛絲有廣大潛在的用途,包括可作藥劑、太空探測用機件材料等,生產成本低,具有龐大的商業利益。

  生物技術之發展原為解決全球糧食生產不足及增進人類營養,但目前發展的基因螢光魚,紫色康乃馨、樹型完美的聖誕樹、藥用稻米、甘蔗等基因產品,已偏離原來發展的主軸,被視為第二代(second generation)的基因工程,可見基因工程未來發展的範圍極為廣大,但目前的發展已對各國政府之法令制度造成極大的挑戰,亟需要研擬一套透明、完整與全面性的法規制度,以允許研究人員發展具有價值的產品銷售市場,同時亦可增加消費者對消費基因產品的信賴,不致受反對者杯葛的影響而躊躇不前,影響對人類有巨大貢獻之此項科技的進一步發展。

(本文取材自From Glofish to purple Cornations April 20, 2004)

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