GMO基因轉殖動植物 二生技四甲 葉柏毅192H0023 李昀192H0031 梁雅茜192H0035 林慧青192H0046

一.何謂GMO基因改造食品: GMO，是指基因轉殖生物（Genetically Modified Organism, GMO，或稱為基因改造生物），就是經由基因改造過的農作物，將這些基因改造的作物作為食品（GM Foods）時，這些基因改造過的產品將會直接進入人體。將甲生物某個基因用現代基因工程技術轉移殖入到乙生物，如此乙生物便成為GMO，它獲得了甲生物基因的遺傳特性。GMO包括動物、植物及微生物。根據聯合國糧農組織/世界衛生組織（FAO/WHO）所組成之食品標準委員會（Codex）及歐聯法規對GMO之定義基因遺傳物質被改變的生物，其基因改變的方式係透過基因技術，而不是以自然增殖及/或自然重組的方式產生。

以現代基因工程技術從GMO製造出的食品，它在市面上呈現的方式有以下三大類： (一)食品本身含有新基因 (二)加工食品成分含有新基因 (三)純化精製的食品 ，有新基因。

二.基因改造食品的生產與銷售走向: 1970年代末期，東亞地區的稻米都遭受一種名為「草狀矮化病毒」的威脅 1977年，美國 加州酪梨也發生了枯萎病 在西元1960年代度時，發現可以使用游離輻射（如紫外線、gamma ray等）的處 理，增進突變的速率，再從突變株中挑選我們的性狀。　 至於基因轉殖植物最早在西元1980年代初期發表，美國食品藥物管理局（FDA）的 資料顯示在1991年卡爾京(Calgene)公司申請基因改造的番茄 1994年，該公司的「佳味」(FLAVR SAVR)蕃茄是世界上第一種獲准上市的基因改造食品。 世界上種植量最大的GMO是大豆（soybean），其次是玉米、棉花、油菜 （canola）等。預估2000年全球的GMP種植比1999增長了11% 。主要種植的是耐殺草 劑和抗蟲作物。

國家 種植面積(百萬英畝) 作物 美國 74.8 大豆、玉米、棉花、油菜 阿根廷 24.7 大豆、玉米、棉花 加拿大 7.4   表ㄧ、世界各國2000年種植GMO的情形 國家 種植面積(百萬英畝) 作物 美國 74.8 大豆、玉米、棉花、油菜 阿根廷 24.7 大豆、玉米、棉花 加拿大 7.4 大豆、玉米、油菜 中國大陸 1.2 棉花 南非 0.5 玉米、棉花 澳洲 0.4 墨西哥 少量 保加利亞 玉米 羅馬利亞 大豆、馬鈴薯 西班牙 德國 法國 烏拉圭 大豆

表二、全球1999年各GMO作物的生產面積 作物 種植面積(百萬英畝) 大豆 53.4 玉米 27.4 棉花 9.1 油菜 8.4 馬鈴薯 0.3 瓜（squash） 木瓜 耐殺草劑 69.4 蘇力菌抗蟲 22.0 蘇力菌耐蟲 7.2 抗病毒

三.基因改造食品所獲得的利益與風險: 利益 傳統的育種方法是運用選種及交配，以獲取想要的生物體特質及減少或去除不想要的特質。科學利用現代基因工程技術，精確的挑選生物體某些優良特性的基因，來轉殖到另外一個物種，使新的基因改造生物具有預期特定的特性。 GMO利用基因的操作技術，可以有計劃地選擇所想要的特徵、優點而改良農作物的品質，提高產量，增加營養分，也可以使作物變得更耐旱、或不怕蟲害。 例如把蘇力菌的基因帶進棉花、玉米、番薯，這種菌體的基因能產生一種蛋白質而能抵抗蟲害的侵犯，而不需要殺蟲劑的噴灑。另外如玉米缺乏人體必須胺基酸--離胺基酸；利用基因工程可以把能製造胺基酸的基因帶進玉米，玉米也就能含有離胺基酸。美國第一個基因改良產品－番茄，則是為了採收方便，以基因轉殖方式延緩番茄中的果膠軟化，以免番茄在採收遇程因碰撞而受損。

風險 反對者相信目前的基因技術，可能會因為外來基因會影響到原主本身的表現，可能會產生一些未知的有毒或者會引起過敏的物質。或者是插入之時傷害到原主的本身基因，例如插入到一串有效的基因中間時。早年的案例如tryptophan事件便是，這是一種人類所必需的氨基酸，使用改造的方法讓細菌大量生產，不過在大量累積tryptophan後，會衍生出一些毒性物質，使得37人死亡，和一千五百人殘障，稱為：eosonophil myalgia syndrome（EMS）。 過敏原是基因改造食品安全評估的重要審核項目之一。

四.基因改造食品之安全評估 聯合國糧農組織/世界衛生組織（FAO/WHO）對基因 改造食品之安全性安全評估原則： 

一、「實質等同」（substantial equivalence） 在1990年FAO/WHO的諮詢會中曾針對生物科技食品之安全評估進行討論。該諮詢會建議：安全評估政策應建構於食品的分子性、生物性、及化學行特性上。該諮詢會最後報告中建立了基因改良食品與某一可被接受的食品安全標準相互比較的觀念。 在「實質等同」之認定評估過程中，基因改良食品必須具有與傳統食品相同且相當的特性。這特性相當程度變異度之判定是取抉於下列特性： （一）遺傳表現型特性：在植物方面包括：形態、生長、產量及疾病抗性等；微 生物方面，包括：分類學特性、傳染性、抗生素抗性型式等；在動物方面，包括：形態、生長、生理機能、繁殖、產量等。 （二）組成分比較：食品中的重要組成分之比較主要是依關鍵營養素及毒物之認定，關鍵營養素為脂肪、蛋白質、碳水化合物、礦物質及維生素。

二、過敏原 大部分食品過敏原幾乎均為蛋白質。然而農作物成分中含有上萬種不同蛋白質中，僅有極少數蛋白質具過敏性 在對現代生物科技改造出來的食品進行安全評估時，過敏誘發性即是個相當重要的考量因子。潛在性過敏可經測試下列各因素而得知： (1)轉殖基因物質的來源； (2)新獲得蛋白質的分子量； (3)與已知過敏原的 氨基酸序列相同性； (4)食品的加熱和加工安定性； (5)pH值及胃酸的安定性。

標識基因有許多種類，包括：除草劑抗性標識基因及抗生素抗性標識基因。 三、標識基因 標識基因有許多種類，包括：除草劑抗性標識基因及抗生素抗性標識基因。 另外標識基因是否殘留亦是安全評估之重點。為了減少殘留的可能性，必須改造載體以降低其轉移性，對臨床上有用抗生素會產生抗性的標識基因應被禁止使用。

四、微生物之病原性    利用基因改造技術生產或製造食品時，所使用之微生物必須不具病原性。

五.基因改造食品的優缺點: 基因改造科技的優點 1. 對農民而言，基改生物可能簡化噴施除草劑的程序、減少差蟲劑的使用、提高作物的生產力、市場競爭力升高 2.  對消費者而言，若基改生物發揮效果，降低農民的生產成本，抗蟲基改作物若果真減少農藥的使用，則可能買更農藥殘毒更少的蔬果。 3. 對生技公司而言，製藥用的基改生物可以比以前產生更便宜的疫苗或者其他醫療用化合物，增加公司利潤。 4.  對環境而言，基改技術也可能對環境具有好處。若能減少農藥的使用與肥料的施用，可以降低農業對環境的污染。

基因改造科技的缺點 一、食品安全 一般而言，社會大眾對於食用基因改造食品對人體健康的關切以玉米 星連（StarLink）事件，與馬鈴薯的溥采（Pusztai）事件最為有名。 (1)  星連事件：星連玉米是某基改玉米的商品名，該品種轉殖了蘇力 菌的抗蟲基因。 (2) 溥采事件：蘇格蘭的溥采博士在一九九八年試驗發現用某基改馬鈴薯餵食老鼠，會使老鼠生長遲緩，免疫系統失調。

二、生態環境安全 (1) 危害非目標生物：廣泛的種植抗除草劑基改作物，會因除草劑的積極使 用而降低野草多樣性，導致有益昆蟲所要吃的植物不見，無法覓食而死亡。昆蟲種類、數目減少，更可能影響到整個生態系。 (2)  轉殖生物的強勢化：抗旱基改作物本身若野草化，或許也可能成為新的耐旱型雜草，而危害到其他植物族群。 (3) 產生新的有害生物：基改作物花粉傳到同類屬的雜草型植株上，可能使得該雜草成為強勢雜草，而危害到其他植物族群。 (4) 農產品受到混雜：基改作物在生長期間花粉可能傳授到鄰近一般 品種身上，而將轉殖基因帶入一般品種。

六.基因改造食品的管理   我國民對新科技的發展了解不多，根據衛生署設計的問卷調查，以及2000年9月委託蓋洛普公司完成的一項民意調查，其結果顯示，國內的多數民眾：  （一）對基因改造食品的生產原理缺乏瞭解； （二）並不強烈反對基因改造食品； （三）購買食品時希望有選擇的權利，即要求食品具有標示說明。 對基因改造食品的認知及消費行為調查摘要： 基因改造食品的認知度有六成八；但是，對於基因改造食品有什麼好處或壞處的問題，有半數以上的民眾並不清楚。

由於生物科技是近年來才應用在食物生產方面，為了安全起見，所有基因改造食品均須接受嚴格的安全評估，才可在市面出售。 以生產最多基因改造農作物的美國為例，基因改造食品是由食品藥物管理署（FDA）、環境保護署（EPA）及農業部（USDA）三個聯邦機構負責管理評估。 我國則由國科會、農委會和衛生署分別在上、中、下游，就所管實驗室研究、田間試驗和食品衛生等方面，做安全評估的層層把關。基因改造食品須完全符合有關的安全評估，方可在市面出售。 依食品衛生管理法第十四條，經中央主管機關公告指定之食品(譬如基因改造食品)應經中央主管機關查驗登記並發給許可證始得製造或輸入。 衛生署邀請學者專家組成委員會，依據公告之「基因改造食品之安全評估方法」對基因改造食品的製程及產品本身均分別進行安全性評估，其評估之重點包括產品的毒性、過敏誘發性、營養成分及抗生素標識基因等相關資料。

世界各國正致力訂定一套基因改造食品標示制度。 （一）美國：認為如果基因改造的食品在組成份與營養等與原來的食品實質上不等同，就必須標示，若實質等同可以自願標示，惟須遵守2001年1月17日公告之規範。 （二）歐洲：歐盟自1998年起即規定所有基因改造食品均須加以標示。其後，歐盟又補充規定自2000年4月起，食品內含超過1%基因改造成分的加工食品需加以標示。 （三）澳洲及紐西蘭：2000年12月7日公告強制標示規範，一年後實施，採取1%的容許量。 （四）日本：規定自2001年4月1日起，採取5%的容許量，30類指定的食品中若含有基因改造成分，就須標示。不過，對於檢驗科技無法檢測出新基因或蛋白質成分的精製加工食品（油及醬油），則不在管制之列。 （五）南韓：農林部也宣布自2001年3月起，基因改造的玉米、大豆及豆芽均須加以標示。

衛生署管理基因改造食品標示 首先，基因改造食品之原料須於上市前通過審核，目前依國內民生大宗食品及國際間流通之品項，選定以大豆及玉米為優先管理項目。  其次，產品之標示，係採取強制及自願標示並行之制度，凡超過5%非刻意混雜容許量之基因改造食品必須依照「基因改造食品標示辦法」予以明顯標示，惟以漸進方式施行，即自2001年起，依產品加工程度，分三階段2年到4年逐步實施。非基因改造食品不須標示，若自願標示，仍應遵行真實且不誤導之基本標示規範。

七.基因改造食品的原理及技術: 在GMO的製作中使用到的因改造技術可包括： （1）載體系統重組核酸技術； （2）轉殖技術﹔ 七.基因改造食品的原理及技術:  在GMO的製作中使用到的因改造技術可包括： （1）載體系統重組核酸技術； （2）轉殖技術﹔ （3）細胞融合或雜交技術而能克服自然生理學上、生殖上或重組上的障礙。

（1）載體系統重組核酸技術 圖一中所示就是一個稱為載體（vector）的環形核酸，具有抗藥性基因，這樣當轉殖到大腸桿菌的時候，可以在培養基中加入這種抗生素，這樣細菌如果含有這個載體就會存活，其他沒有該載體的就會滅亡。另外一個基因ori，是該載體在細菌體內複製時的起點，如果沒有這樣的基因，則載體不會複製，那麼會在細菌繁殖中失落。還有很重要的是一個外來轉殖基因的切入結合點，一般來說是一個可以偵測的基因（如lacZ便是乳糖分解基因），和幾個可供不同限制脢切開的切點，當外來的基因插入後，該可顯示的酵素基因因為阻斷的關係不能表達，這樣配合抗生素和這酵素表達的失效，可以在培養基上選出還有外來基因的核酸，我們稱為重組核酸（recombinant DNA）。

（2）轉殖技術 轉殖的技術就是將重組後的核酸，以各種人為的技巧轉至宿主（作物）的體內，而穩定地存在和表現。方法會隨不同的宿主而不同，例如細菌、植物、動物細胞等。對於細菌和植物的細胞因為有細胞壁，所以可以使用電擊讓細胞壁通透增加，基因槍可以將核酸打入細胞，整個過程簡單描述如圖二。對於動物細胞則藉由顯微注射法（micro-injection）、巨量注射法（macro-injection）及微膠囊法（micro-encapsulation）將生物體外製備之遺傳物質直接注入生物體內的技術。在GMO的資料中，Agrobacterium tumefaciens-mediated plant transformation就是利用這種可以侵入植物的細菌作為轉殖方法。

（3）細胞融合或雜交技術 細胞融合或雜交的技術基本上不屬於重組基因的技術，例如將血緣接近或相同的生物的細胞融合，讓他再分裂，因而把兩個細胞的特性融合在一起，桃莉羊或者一般的複製技術都僅是融合不同的細胞而激起分裂而已。不過在融合前如果細胞經過基因改造，則屬於遺傳工程（重組基因的技術）。

八.基因改造產品有那些: 年份 公司 產品 改造原理 加拿大改良油菜（Canola） 1995 Monsanto Co. 耐Glyphosate Canola 從細菌Agrobacterium sp. 轉殖 Enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase 基因 Calgene Inc. 月桂油菜Laurate Canola 從加州月桂樹轉殖 12:0 acyl carrier protein thiosesterase 基因 Agrevo, Inc. 耐Glufosinate Canola 從鏈黴菌Streptomyces viridochromogenes轉殖Phosphinothricin acetyltransferase 基因

玉米（Corn） 1995 Ciba-Geigy Corp. 抗蟲玉米  從蘇力菌Bacillus thuringiensis kurstaki轉殖 cryIA 基因  Agrevo Inc. 耐Glufosinate 玉米  從鏈黴菌 Streptomyces viridochromogenes轉殖Phosphinothricin acetyltransferase 基因 1996  Plant Genetic Systems 雄性不育玉米 從細菌Bacillus amyloliquefaciens轉殖 barnase基因 Northrup King 抗蟲玉米 從蘇力菌 Bacillus thuringiensis kurstaki轉殖 cryIA 基因 

 Monsato Co 抗蟲玉米/耐Glyphosate 玉米  從細菌Agrobacterium sp. 轉殖 Enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase 基因，從Ochrobactrum anthropi耐受glyphoste品系中轉殖 glyphosate oxidoreductase 基因，從蘇力菌 Bacillus thuringiensis kurstaki轉殖 cryIA 基因  抗蟲玉米 從蘇力菌 Bacillus thuringiensis kurstaki轉殖 cryIA 基因  Dekalb Genetics Corp 耐Glufosinate 玉米  從鏈黴菌Streptomyces hygroscopicus 轉殖Phosphinothricin acetyl transferase 基因 1997 Dekalb Genetics Corp. 1998 Monsanto Co. 耐Glyphosate玉米  從細菌Agrobacterium sp. 轉殖 Enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase 基因 Agrevo Inc. 從鏈黴菌 Streptomyces viridochromogenes轉殖Phosphinothricin acetyltransferase 基因

棉花（Cotton） 1996 Calegene Inc. 耐Bromoxynil棉花  從Klebsiella ozaenae細菌轉殖 nitrilase 基因 Monsanto Co. 抗蟲棉花 從蘇力菌 Bacillus thuringiensis kurstaki轉殖 cryIA 基因  耐Glyphosate棉花  從細菌Agrobacterium sp. 轉殖 Enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase 基因 Dupont 耐Sulfonylurea 棉花 從菸草轉殖Acetolactate synthase基因 1998 Calgene Co. 抗蟲/耐Bromoxynil 棉花 從Klebsiella pneumoniae細菌轉殖Nitrilase基因，從蘇力菌 Bacillus thuringiensis kurstaki轉殖 cryIA 基因 

亞麻（Flax） 1998  University of Saskatchewan 耐Sulfonylurea 亞麻 從Arabidopsis轉殖Acetolactate synthase基因 木瓜（Papaya） 1997 University of Hawaii 和 Cornell University 抗病毒木瓜 將木瓜輪班病毒ringspot virus的外套蛋白基因轉殖至木瓜

馬鈴薯（Potato） 1994  Monsanto Co. 抗蟲馬鈴薯 從蘇力菌Bacillus thuringiensis 轉殖 cryIIIA 基因 1996 從蘇力菌 Bacillus thuringiensis 轉殖 cryIIIA 基因 1998 從蘇力菌 Bacillus thuringiensis 轉殖 cryIIIA 基因/轉殖馬鈴薯捲葉病毒的replicase基因 紅萵苣（Radicchio Rosso）

1997 Bejo Zaden BV 雄性不育 從細菌Bacillus amyloliquefaciens轉殖 barnase基因 油菜（Rapeseed） Plant Genetic Systems 雄性不育/生育恢復品種 從細菌Bacillus amyloliquefaciens轉殖 barnase基因/生育恢復品種轉殖Bacillus amyloliquefaciens的barstar基因

大豆（Soy bean） 1994 Monsanto Co. 耐Glyphosate大豆  從細菌Agrobacterium sp. 轉殖 Enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase 基因 1997 Dupont 高Oleic Acid大豆 壓抑GmFad2-1 gene的表現，該基因產生  delta-12 desaturase 酵素 瓜類（Squash） Asgrow Seed Co. 抗病毒瓜 含西瓜鑲堪病毒和 zucchini黃鑲堪病毒的外套蛋白基因 Seminis Vegetable Seeds 含西瓜鑲堪病毒、 zucchini黃鑲堪病毒和胡瓜鑲堪病毒的外套蛋白基因

番茄（Tomato） 1994 Zeneca Plant Science 延遲軟化番茄 含有部份番茄的polygalacturonase基因 Monsanto Co. 改良成熟番茄 從細菌Pseudomonas chloraphis轉殖Aminocyclopropane carboxylic acid deaminase 基因 DNA Plant Technology 從番茄轉殖Aminocyclopropane carboxylic acid deaminase 基因 Calgene Inc.  FLAVR SAVR Tomato 轉殖番茄的Antisense polygalacturonase 基因，可延遲軟化 1996 Agritope Inc. 從大腸桿菌噬菌體轉殖Eadenosylmethionine hydrolase 基因 1998 Calgene Co. 抗蟲番茄 從蘇力菌 Bacillus thuringiensis 轉殖 cryIIIA 基因

康乃馨（Carnation） 1998 Florigene Pty Ltd. 延長保存期/抗殺草劑 轉殖截切 aminocyclopropane cyclase (ACC) synthase 基因，降低 ethylene 累積 ; 耐受殺草劑Sulfonylurea herbicide tolerance, 特別是 triasulfuron and metsulfuron-methyl. 透過Agrobacterium tumefaciens 進行植物轉殖 修改顏色/抗殺草劑 轉殖花青素基因、 耐受殺草劑 sulfonylurea，轉殖菸草之 chlorsulfuron tolerant version of the acetolactate synthase (ALS) 基因 

哈蜜瓜（Melon） 1999 Agritope Inc. 延長成熟 轉殖植物激素ethylene之分解基因 米（Rice） 2000 Aventis CropScience (formerly AgrEvo) 抗殺草劑 耐受Phosphinothricin (PPT)類殺草劑，特別是  glufosinate ammonium 甜菜（Sugar beet） 1998 Novartis Seeds; Monsanto Company Glyphosate herbicide tolerance.

九.基因改造的未來走向: 轉基因植物對於醫學、工業及環保方面亦有極大的貢獻。在醫學上，很多藥物都是植物的次級代謝物（Secondary Metabolites），抗癌的藥物紅豆杉醇（Taxol）就是很好的例子。這些代謝物的合成都可以用基因工程的技術去提高它們的產量。有一些植物原來沒有的基因也可以轉殖入植物基因體內，可藉此讓植物合成一些原本沒有的代謝物以供發展醫學上有用的新藥。除了代謝物外，動物或人類抗體的基因也可轉殖於植物體內，這樣的轉基因的植物就是合成醫學上有用抗體（或其他藥用蛋白質）的廉價工廠。最近，更有科學家把病菌抗原（Antigen）的基因轉殖到植物中。當動物或人類吃了這些植物後，就可自然在體內產生對這些病菌的抗體，這也就是口服疫苗（Edible Vaccine）的觀念，目前已經在轉基因香蕉中有B型肝炎的抗原，只要常吃這樣的香蕉，久而久之就不需擔心感染到肝炎了。 基本上，任何動物、植物、微生物的基因，甚至化學合成的人工基因都可轉移到植物中，因此植物基因工程的願景是不可限量的。台灣的經濟原是以農業為基礎，雖然近年來受電子工業的衝擊，農業的重要性已逐年下降，但是植物基因工程將帶給農業一個難得的振興機會，未來農業不將是只為吃和穿而已，以基因工程為主體的農業也會與醫學、工業及環保有密切的關聯，成為未來經濟發展的重要關鍵。