【基改科普篇】基改作物的科學簡介

基因改造是採用生物科技的方式，選取符合人類使用目的的基因，設法植入植株裡並繁衍，目的是為了應付日形嚴峻的天候考驗，以及未來人口爆炸的糧食需求。科學家研究基改作物的初衷，是為了永續發展，許多人對基改工程仍抱持疑慮，疑慮有待科學實證來化解或證實，也有許多人相信，基改與有機農業應該可以不站在對立的兩邊，共同追求永續發展。

文／陳昊安

基改食品近期吵得沸沸湯湯，有人認為它有害，發動抗爭，有人認為是科技進步，應予支持。究竟基因改造是什麼？為什麼要有基改食品或基改作物呢？

為何要有基因改造作物？

台大生化科技系教授，也是連續六屆擔任衛福部基因改造食品審議小組成員的潘子明教授表示，由於全球對糧食的需求不斷攀升，現有農業產量將無法滿足人類的需求，因此全世界都在尋求能有效提高糧食產量的方法，而一些好的特性如：抗蟲、抗病、抗旱和耐鹽等，很難透過傳統品種改良的方式來培育，因此基因改造工程成為必須的手段。

基改作物的演進反映了支持者對基改的期望。第一代基改作物的成分不變，環境耐性改變，期能便於耕作，提高產量，如：抗蟲玉米；第二代作物著重提高營養價值，組成改變，如：黃金米（含胡蘿蔔素的稻米）、高離胺酸玉米；第三代為醫療或工業用途，如抗塵螨過敏番茄；新興趨勢為混合品系，一種植物具備多個特性。

基因是什麼？

要了解基因改造是什麼之前，必須先了解基因是什麼。基因是指承載特定遺傳資訊的DNA片段，DNA與組蛋白纏繞構成染色體。人體有23對染色體，約2萬4千個基因，果蠅有8個染色體，1萬3千個基因，是目前所知染色體數最少的生物，因此常被拿來進行遺傳相關的研究。

DNA由含氮鹼基、五碳糖、磷酸根組成，含氮鹼基又可分為四類：腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）、鳥糞嘌呤（G），其中A-T 為一組，C-G 為一組，稱為鹼基對，存在所有生物體中，這也是基因改造得以進行的基礎。最短的基因包含數百個鹼基對，長的可超過200萬個鹼基對。

基因需轉錄成RNA、轉譯為蛋白質才具有最基本的功用，比如控制肌肉活動；為數眾多的基因只有極少部分會表現出來，影響生物體的構造或功能，比如：決定眼睛形狀。

基因改造是什麼？與突變有何不同？

基因改造是採用生物科技的方式，選取符合人類使用目的的基因，設法植入植株裡並繁衍。自然環境中也會有形形色色的遺傳變異，稱之為「突變」，可能是染色體複製分裂的過程中，造成基因片段的缺失、重複，而表現出與原有形態不同的特性。突變與基改的不同處在於突變不具特殊目的，除非環境改變可能使突變種成為新的優勢種。過去某些育種實驗室會以輻射照射或化學物質誘發突變，再挑選可能具有優勢的性狀（生物體的形態特徵）加以培養、利用。

基因改造作物是如何做出來的？

基因改造簡單來說，就是將原有的DNA長鏈切開，中間插入選定的目標基因，目標基因前後連接「啟動子」與「結束子」，再將長鏈接起來。通常會選用有在主要染色體外有一小段質體DNA的細菌作為載體，比如農桿菌。

農桿菌是一種可以感染植物體的細菌，分子生物學家將目標基因安插在農桿菌的DNA上，利用農桿菌感染植物細胞，再進行組織培養，便可獲得帶有目標基因的植株。其它常用的還有基因槍法與顯微注射法等，唯後者使用在動物細胞。

目標基因在生物體內可否維持穩定並表現遺傳特性，需通過檢測和鑑定才能知曉，常見的方式是「南方墨點法」。在目標基因置入放射性同位素，使其與基改生物的DNA雜交，若出現放射性，就表示目標基因以插入染色體DNA中。

「南方墨點法」的用途是確認目標基因插入染色體，「北方墨點法」則是檢測目標基因是否成功轉錄成RNA，以及「西方墨點法」或「酵素免疫分析法」（簡稱ELISA）用於檢測RNA是否順利轉譯成具備功能的蛋白質。因為遺傳是一項重大的工程，因此每個環節都必須謹慎。

基改作物與傳統作物「實質等同」

許多生技學家認為基改作物比起傳統作物只有更好，其它並沒有本質上的不同，這就要說到「實質等同」的概念。「實質等同」的安全性評估概念為世界經濟合作組織（OECD）於1993 年提出，意指比較食品於基因改造前後之異同，包括性狀、形態、遺傳、組成等，差異處便需進一步分析，簡單地說就是一種新的食品或成分與傳統的食品或成分經過比對，它們的分子、成分與營養等數據被認為是實質相等，則該種食品或成分即可視為與傳統品種同樣安全。此概念於1996年獲世界衛生組織（WHO）與聯合國農糧組織（UNFAO）認可。

基改作物的疑慮

現今的審查機制多是由廠商提供檢測資料，交由審議會委員審核，委員依其背景及認知，對研究方法或數據提出疑問，若資料完整且安全無虞則通過，若資料顯示可能有危險性（如過敏性等），將進一步要求安全性測試，進行動物實驗。從基因構築、轉殖、培養、分子檢定、田間試驗到商品化是一條漫漫長路，這也是為何目前研發基改種子的僅剩下大廠。縱使有層層檢測和鑑定，但基因改造工程仍有許多疑慮，其中疑慮最多在「目標基因插入染色體」及「做出蛋白質」的部分。

疑慮1、「啟動子」與「結束子」的影響不明
如前所述，基因若是有重複或缺失，可能會大幅增強或毀壞其活動，造成不可預期的結果；而為確認目標基因能夠被啟動，並在正確的位置結束，在置入時前後會連接「啟動子」與「結束子」，這兩小段DNA對於周遭DNA會有何影響，目前仍未有詳盡的研究。

疑慮2、同一個基因可能做出不同的蛋白質
DNA與RNA是遺傳過程中的工具，而蛋白質是生物體運作時真正具有功能的分子，但蛋白質是個複雜的結構體，若未製作成正確的形態會有不同的效果，因此，即使目標基因成功轉殖入作物體內，是否能夠產出正確的蛋白質，中間仍有變數。

RNA創造並聚集胺基酸，胺基酸組成蛋白質。不過在某些情況下，RNA未完成蛋白質配方前，會有「剪接體」將RNA重新排列組合，因此，同樣的基因可能產生多樣的蛋白質，這與基改工程的前提有很大的牴觸。

後來科學家們發現「信號塔」的有無可以決定剪接體運作，好比撥打119，消防車才會出現，若沒有信號塔，RNA就不會被剪接。在抗蟲玉米的例子裡，蘇力菌基因進入植物體後，蘇力菌產量不如預期，而當科學家們在目標基因片段裡添加了「信號塔」之後，蘇力菌產量增加了，還提升了蛋白質產量，但這也表示植物本有的「剪接體」會對外來信號塔產生反應，而製造出預期以外的蛋白質。

疑慮3、蛋白質添加不同分子會有不同功用
此外，蛋白質添加其它分子，如硫、糖或脂質，便會對身體產生不同的影響，好比一道菜加入不同的食材會有不同的味道；而且蛋白質需以正確的形狀摺疊才能發揮正常效用，好比不同的藥材須用不同的方式服用，如水煎、磨粉等，才能發揮效果。當新的蛋白質遇上植物原有的摺疊者時，又會產生什麼樣的變化，連科學家都無法預料。第一到第三代基改作物基本上只插入一種基因，更動一種特性，但混合品系插入不只一種基因，而是多種基因時，更有可能發生不可預期的結果。

疑慮4、基因污染（流布）的可能
種植傳統作物，尤其是有機耕作者，相當排斥農田附近種有基改作物，擔心基改作物的花粉會飄進自家田地，造成自家作物混有外來基因，即所謂的「基因污染」。但生技學者們認為「基因污染」是污名化，基因交換本來就是很平常的事情，因此將基因擴散這件事以「基因流布」稱之。

許多生態學者及環保團體憂心基改作物開放種植，原本留在實驗室的轉殖基因會藉由花粉傳播擴散，因此各國進行了許多種植間隔的試驗，測試花粉飄散的距離，不同季節風的吹送造成的影響等，獲得相當的成果。基改大廠為人詬病的「自殺種子」也是為此而生，為避免農民留種散播，一發不可收拾，而開發出「基因使用限制技術」，使基改種子繁衍出的二代種子不具生殖能力，避免轉殖基因擴散。

基改作物有害健康　尚無明確證據

疑慮是可以透過實驗來排除的，應追究的是實驗設計是否縝密。廠商提供的數據難免令人懷疑，實驗天數不夠長、實驗動物的餵食方式與上市後人類食用的方式不同…有許多批評的聲音。但是實驗用老鼠的生命週期有限，且不可能迫使老鼠進食大量食物，這都會增加其它變因，所以動物實驗使用純化的高劑量蛋白質餵食，再以此推斷人類食用低劑量的基改蛋白質時不致造成危害。

基改作物的發展時間至今仍不算很長，數十年來尚無基改作物有害健康的明確證據，究竟是現今科學對基因的了解不夠周全，實驗不夠多而全面，又或者是大廠介入干預，難以斷言。民眾似乎對此說法感到不以為然，責怪政府或科學家不能給出確切的保證，但在統計學上本不可能證明「絕對無害」這件事，只能說「機率極低」。

關於基改作物的迷思

民眾對於基改作物的擔憂，有些是科學知識可以破解的，比如：

迷思1、基改作物既可殺死害蟲，一定也對人體有害
抗蟲玉米吃能夠自產蘇力菌，吃下肚裡會不會對人體有害，潘子明表示，蘇力菌是針對鱗翅目及鞘翅目昆蟲，破壞其消化道致死，昆蟲的消化系統呈鹼性，人類的消化系統為酸性，不會產生作用。

迷思2、轉殖的基因會轉移到生物體內
食物中帶有基因的DNA 在通過消化道時會被快速的分解破壞，因此這些基因進入人體的機率幾近是零。目前已發現少量基因進入腸道菌叢基因的例子，尚不曾發現直接進入生物體細胞的狀況。

迷思3、種植基改作物會導致「超級害蟲」和「超級雜草」的出現
超級雜草的出現是來自大量使用除草劑的演化機制，超級害蟲亦然。其實新品種進入，在該區域當然會造成一波區域內的競爭，如生技學者所說的「加速進程」，並不特別，值得思考的是一個區域的加速進程是否會造成周遭區域的不平衡。

基改之初衷是追求永續發展

基改之初衷是為了永續發展，種植基改作物理論上可減少農藥和除草劑的使用，同時減少噴灑藥劑所需的能源浪費。此外，新品種的基改玉米能提高澱粉含量，也同時生質酒精的生產效率，添加入燃油裡，減低碳排放。至於慣行農法習於大量使用化學藥劑，此非基改之罪。

潘子明在演講時常引用《明日的餐桌》書中的一句話：「兩種農業型態的明智調和，基改作物與有機栽種將有助於以生態平衡的方式，提供充足的糧食給不斷增加的人口。」囿限於各國在有機農業規範中排除基改作物，有機農業與基改工程似乎毫無交集。其實科學家研究基改的初衷，與有機農業相同，皆是為了永續發展。許多人相信，基改與有機農業應該可以不站在對立的兩邊，共思如何為這個美麗地球的存續盡一份心力。