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談基改作物(一)--從前從前有一隻農桿菌

基改作物是什麼?它的全名是Genetically Modified Organisms,簡稱為GMO。

從1994年正式上市供人食用的基改作物--蕃茄一號(Flavr Savr)開始、到1996年第一個上市的抗蟲作物,基改作物已經逐漸進入我們的生活中,由少到多,甚至可說是無所不在!根據Clive James 2015年的年度報告摘要,基改作物的種植面積由1996年的170萬公頃增加到2015年的一億七千萬九百七十萬公頃,足足增加了一百倍之多!這意味著全球二十八個不同國家,超過一千八百萬名農夫,不約而同地決定種植基改作物。

不過,雖然農民擁抱基改、四大植物生技公司努力的推展基改,基改作物似乎沒有那麼受歡迎?在林富士老師的「食品科技與現代文明」裡面的「基因改造食品風險與管理」中提到,歐洲一直不願意全面開放含有基改作物成分的食品進入;而在台灣的許多團體,無不反對基改作物引進台灣。多年來,基改這個議題在台灣,已經成了無法平心靜氣討論的議題。不論是贊成基改或反對基改,只要相關的議題出現在媒體上,兩方陣營都是砲火猛烈,幾乎都認為與自己意見不同的一方是知識水平不足。

在這一片喧囂之中,是否曾有在一旁觀戰的民眾思考過:究竟什麼是基改作物呢?基改作物是如何產生的?

這就要從農桿菌(Agrobacterium tumefaciens)開始說起了。植物跟我們一樣,身邊也圍繞著好菌壞菌;而農桿菌就是壞菌之一。打從聖經時代,由農桿菌導致的冠瘤(crown gall tumor)便已經開始受到注意;最早對於冠瘤的文字記載,則要從1853年開始算起。科學家們看到同樣長在森林裡的樹木,為什麼有些長瘤、而有些不呢?他們也注意到,雖然植物長瘤不致命,但是長了冠瘤的果樹產量會降低,於是便開始動手要找出造成冠瘤的禍首。

Fridiano Cavara 在1897年從葡萄的冠瘤中分離出了農桿菌。後來的許多研究也發現,農桿菌喜歡從植物的傷口進入,所以只要在寒流來襲前妥善地將果樹接近地面的樹幹包覆起來,減少樹木表皮因凍傷造成破裂,便可以有效防止農桿菌的感染。

雖說預防勝於治療,不過每次寒流來襲之前就要幫果樹穿棉襖,也實在太累了;於是有些科學家便開始尋找可以消滅農桿菌的方法。

孫子說:「知己知彼,百戰不殆。」想要消滅敵人,當然要瞭解敵人囉!於是歐洲、美國的科學家們,便開始了一場農桿菌的奇幻旅程~

第一個突破來自…

從草地開始的三餐

※本文是筆者為「青年尬科學」說明會所進行的科普演講改寫而成,內容與演講略有不同。

今天早餐吃了什麼?不論是麵包、玉米片還是稀飯,其實來源都是同一家族的植物:禾本科(Poaceae)。禾本科雖然只是種子植物的第五大家族,但我們的主食卻少不了它:麵包(小麥)、玉米片(玉米)、稀飯(稻米),甚至小米粥(小米)或是五穀或十穀飯,裡面都有大量的禾本科植物。當我們工作累了,決定要去郊外「踏踏青」的時候,有多少人想到,我們三餐主食的出身,本來也跟我們腳下的這些「草」沒有兩樣呢?

從以恐龍糞便化石中的植矽體(phytoliths)的樣貌,在白堊紀末期初登場以後,禾本科植物已經是種子植物中覆蓋地球最廣的科別了。那些默默在肥沃月彎年復一年地開花、結子,隨後散落一地的一粒麥(einkorn)與二粒麥(emmer),是在哪個時間點吸引了人們的注意力而被採集,又是從什麼時候開始,人類決定要開始種植它們的呢?

確切的年代無法得知,但伴隨著農業行為的開始,成熟後散落一地的麥粒,慢慢的成了依附在麥稈上金黃的麥穗;由於小麥不需要插秧、也不必挖穴種植,很快的它就成了重要的糧食,而種植它的人們,也為了照顧它放棄了四處為家的生活。

在這互相馴化的過程裡,除了小麥,大麥也是人們的朋友。但是,羅馬人卻愛上了小麥,而將大麥棄之如敝屣。當田地在年復一年地耕種後變得不再適合種植小麥以後,羅馬人甚至寧願離鄉背井、攻城掠地,去尋找新的小麥產區,也不願委屈自己吃大麥。他們對小麥的偏執,甚至造成了埃及的滅亡。

愛上小麥的不僅僅是羅馬。埃及人相信小麥發芽代表了生殖能力,於是將小麥作為婦女驗孕的工具:懷疑自己可能有孕的婦女,將尿液撒在小麥的種子上面,看看過幾天會不會發芽,以此作為是否懷孕的指標。

盼望著為家庭增添新成員的埃及婦女,每天回到播種的地方,冀望看到青翠的麥苗在風中搖擺;在另一個時空裡,華北的漢民族看著青翠的小米秧苗,吟詠著「彼黍離離,彼稷之苗」。因為生長期短、容易栽種,小米成為陪伴漢民族在華北平原成長的先驅部隊,直到小麥與稻米先後將它逼退。即便在唐朝中葉以後,小米的地位已大不如前,但居住在北方的漢民族仍有吃小米的習慣。

身為南方人的我們,總以為只有東亞民族吃米。其實稻米也是非洲部分區域的主食,在十七、十八世紀,當非洲住民因為新大陸對勞工的需求,而被違背意願地綁架到美洲時,他們也在這塊殘酷的大陸上回憶家鄉的味道。於…

【原來作物有故事】美國人教我們愛吃小麥

我們生活中的小麥

大家都知道我們每天早餐的麵包、生日的蛋糕,是用麵粉製作的,而麵粉來自於小麥;但有多少人知道,製作麵包與蛋糕的麵粉是來自不同品種的小麥呢?

一樣是小麥,但製作麵包用的高筋麵粉來自硬小麥,而製作蛋糕的麵粉來自軟小麥。小麥的硬、軟指得是裡面的麥膠(也就是俗稱的麵筋)含量的多少。麥膠多的硬小麥適合做麵包,而麥膠少的軟小麥就只能做蛋糕跟瑪芬了。但不論是哪一種,都跟一兩萬年前在肥沃月彎的小麥大大不同囉!

雖然世界文明最早的發源地就是在肥沃月彎;而肥沃月彎最早種植的農作物之一就是小麥;但是,當時種的小麥是「一粒麥」與「二粒麥」,只有兩套或四套染色體;後來種的麵包小麥是一粒麥與其他兩種禾本科植物發生混種的結果,共有六套染色體。雖然麵包小麥最晚在二十五萬年前就已經出現了,但是肥沃月彎的居民們一開始是先接觸到一粒麥,後來才碰到麵包小麥的。比起一粒麥,麵包小麥耐寒、產量高,所以後來一粒麥也被取代了。

小麥與歷史

由於小麥這麼早就出現在我們的餐桌,對人類的歷史產生了許多影響。因為小麥的蛋白質含量是所有禾本科植物中最高的,率先使用它的歐洲人可以將它作為主食而不會有蛋白質不足的問題。當時的人習慣將小麥磨碎後再加熱,製成麥粥;由於空氣中到處都有真菌的孢子,麥粥放置在室溫下一至二日便會發酵,便產生了「啤酒」。 從考古的資料看到,蘇美人便懂得用二粒麥與大麥來釀造啤酒;而埃及人已經會製造發酵麵包,還設立了工作坊。埃及人對小麥的崇拜,甚至使得他們相信小麥可以用來驗孕:當一個女子想知道自己是否懷孕,她就會找一塊地、撒下麥種,在上面撒尿,過幾天再回來看麥子是否發芽;如果發芽了,就代表懷孕了...

與小麥同一時間端上餐桌的還有大麥。大麥的口感不如小麥,但是成熟期比小麥短,又比較耐旱耐鹽,對肥份也不那麼挑剔,所以在肥沃月彎、雅典兩個文明的晚期,當土地因過度開墾與灌溉而逐漸鹽化、失去肥份時,大麥便取代了小麥。不過,羅馬人始終不能接受大麥做為主食;他們甚至會用吃大麥來懲罰不好好作戰的戰士。 由於不愛吃大麥,羅馬人為了要一直有小麥可以吃,只好不斷的擴張領土。於是西西里島、薩丁尼亞島、北非、埃及與西班牙都倒了大楣。

台灣早期主食是米跟蕃薯,麵食只是點綴;到了二戰結束,台灣開始接受美國在經濟上的援助(美援)以後,為了要解決國內糧食生產過剩的問題,美國便鼓勵當時接受美援的國家們多採購他們的農產品,同…

植物有「牙齒」?

植物不會動,所以遇到掠食者,只能無奈的被咬。不過,有些植物沒那麼認命。蕁麻科(Urticaceae)、大戟科(Euphorbiaceae)、刺蓮花科(Loasaceae)以及茄目下的 Hydrophyllaceae科的植物們為了積極防咬,他們會在身上長出刺來;只要曾企圖摘過花或果實的朋友,可能都有被刺過的經驗。

不過,有多少人會認真去看看這些植物的刺呢?我們大概都只是檢查一下手指、看看是否有殘刺留在肉裡,有的話就拔掉。就這樣吧?

不過,有些植物只要被它刺過一次,下次就不會去摸它了!例如原產於美洲與非洲的刺蓮花屬植物就是很好的例子。被它刺一下,那個痛只能說會讓你永生難忘!

會這麼痛是什麼原因呢?

我們先來看德國的研究團隊提供的刺的電顯照片:


原來,除了我們以為的細刺(small trichomes,小葉毛,上圖b)以外,它們還有「刺毛」(stinging hair,上圖a)-- 刺毛是單細胞的,它的尖端有個球狀的尾部,遇到機械壓力(如手摸、口咬等等),尾部就會掉落。掉落後,刺毛內部的空腔會將細胞內的毒液注射到我們的皮膚裡面(就像皮下注射一樣),這些毒液包括組織胺、乙醯膽鹼、血清素以及其他尚未辨別出來的物質(1),會引發非常疼痛的反應。而小葉毛雖然無法注射毒液,卻全身布滿細刺(好像它還不夠細一樣!)。由於它具備了刺毛與小葉毛的關係,使得我們被刺了以後,奇痛難忍。

大概是這個「奇痛」引發了德國的研究團隊的興趣,於是他們決定研究一下這一屬的植物的刺毛與葉毛的結構。結果他們很驚訝的發現,刺蓮花屬植物除了具備了毒液的刺毛跟小葉毛以外,它們的刺毛的尖端部位、以及小葉毛的細刺部位,其實都是由磷酸鈣(hydroxyapatite)形成(2)。

磷酸鈣有什麼了不起的呢?原來,其他有刺的植物的刺,都是以碳酸鈣或是矽來增加它的強度;唯獨刺蓮花屬植物使用磷酸鈣。磷酸鈣是組成哺乳類的牙齒、骨骼的成分,過去從來沒有在植物的任何結構上看過;同樣擁有刺毛的蕁麻科(Urticaceae)植物的刺毛只有碳酸鈣與矽,而這並不消減它的致命性:蕁麻科的蕁麻草( Dendrocnide moroides )是澳洲最毒的有刺植物,曾有導致馬死亡的案例。

這就讓研究團隊非常的好奇。為什麼刺蓮花屬植物要用磷酸鈣來增加它的刺尖部位的強度呢?會不會是因為它們無法代謝矽或是碳酸鈣呢?這個疑問很快就被解答了:研究團隊在刺…

【原來作物有故事】小米是我們共同的起點

小時候讀孟子,讀到:「惡莠,恐其亂苗也。」當時老師說,莠是長得跟農作物很像的野草,所以在田裡很難區分。當時覺得很奇怪,怎麼會有雜草長得像稻子?

後來才知道,原來莠是狗尾草(Stearia faberi),而孟子說的苗根本不是稻子,而是粟(小米,Stearia italica L.)!因為莠與粟同屬,所以長得像是當然的囉!

小米原產於中國大陸北方,不過粟只是其中之一;另一種是黍(Panicum miliaceum L.)。中國最早在一萬年前就有種小米的紀錄了;因為生育期短、對土地肥份需求不高、耐旱、與雜草競爭力強,所以在夏朝、商朝時期,因為耕作技術及相關農業知識(如:肥料)都還很欠缺,小米就成為主要的農作物:也就是說,漢民族是以小米立國的!所以過年春聯上寫的「五穀豐登,六畜興旺」裡面的「五穀」,其中的黍跟稷(粟的別名)是小米喔!

除了春聯,在詩經裡也可以看到許多與小米相關的篇章。如:「碩鼠碩鼠、無食我黍。」(碩鼠);還有「彼黍離離、彼稷之苗。」(黍離)。尤其是前者,人民好擔心大老鼠吃了他們的收成,害他們要挨餓呢!而在「孫子算經」裡面也提到,中國的計量單位,一石是4,608,000顆小米,而一斛則有六千萬顆!

雖然小米到春秋戰國以後,就慢慢被小麥取代,到唐朝中期以後,連稻米的產量都超過小米了,不過小米還是救荒的重要食物,直到明、清都還是這樣喔!雖然我們現在聽到小米只會想到小米粥,不過在漢朝以前小米是可以用來做麵條的,當時只有貴族才能吃小麥呢!

在台灣說到小米,絕對不能忘記的,是我們的原住民朋友們的小米(粟)文化!台灣各原住民族都種小米,也都有自己的小米傳說;原住民傳說裡的小米,來自於天上、地底、或遠方;而且,為了取得小米都要用偷的,偷的時候還常常要把小米藏在私密的地方;更神奇的是,偷來的小米只要一小片、四分之一顆、二分之一顆或一顆就可以煮一鍋飯,真的是很神奇的小米!

既然台灣的原住民朋友們種小米、而來自中國的漢民族也種小米,到底兩地的小米是不是一家人呢?成大生科系的張松彬老師,近年對台灣小米的品種進行研究後發現,原住民朋友們的小米是台灣特產喔!其實台灣原住民朋友們擁有全世界南島語族中唯一的小米文化;只可惜到了日治時代,日本人引進了稻子以後,小米就被打入冷宮了;若不是台大的郭華仁老師發現,有位美國學者Wayne Fogg在1975年到台灣十多個部落採集了九十六個小…

談基改作物(二)-- 選擇非基改,是花錢買健康,還是花錢買安心?

在我們的前一篇文「談基改作物(一)- 從前從前有一隻農桿菌」裡面,筆者已經為大家介紹基改作物是如何產生的,以及目前主流的基改作物屬於降低生產成本類型。也就是說,理論上這些基改作物並不會讓我們的營養狀況改善,只是能讓我們以低廉的價格購買食物而已(當然,買得起食物營養狀況也會變好啦)。

這些年來,關於含有基改作物的食品,是否會對人類健康造成威脅,最重要的論文大概就是Séralini等人發表的有關大鼠研究的論文了(原文連結請點此,中文改寫請點此)。在這篇論文中,研究團隊將大鼠分為10組,每組10隻,攝取不同的食物;簡而言之,大概就是以基改玉米噴灑年年春、基改玉米不噴灑年年春、非基改玉米噴灑年年春、非基改玉米不噴灑年年春等組別,對大鼠進行大約二年的測試。

實驗結果發現,食用基改玉米的大鼠,雌性都在食用一年以後出現乳腺癌(雄性則是以肝臟病變居多),而等到他們長到兩歲時,有八成都出現了腫瘤(控制組只有三成)。實驗結果發表後,真的是舉世震驚。許多反基改的團體們無不爭先引用這篇論文。

但是...慢著!如果基改作物的確有致癌性,那麼為什麼從那時(2012)到現在,基改作物還可以販賣呢?

有幾個原因,讓這篇研究充滿爭議,使得有些學者無法採信他們的結果。第一,這種大鼠(簡稱為SD rat)原本就容易長瘤。在1973年的論文中,研究團隊用了360隻這種大鼠,發現牠們在飼養18個月(年齡大約是19到20.5個月)時,有45%都長了腫瘤;而且雌性是雄性的兩倍。也是因為這麼容易產生腫瘤,所以一般以這種大鼠進行測試,都是測試三個月,不會進行長達兩年的測試。

當然,讀者可能會說,但是實驗組的腫瘤發生率還是比對照組高得多啊?在這裡要注意,因為在這篇論文中每組只用了10隻大鼠,對於癌症發生率如此之高的動物來說,只用了10隻,其實個別組的結果很難完全認定的確與實驗相關;就如在中文改寫下面的意見,就有讀者認為,這些組別中只有一組可以被認為牠們的腫瘤發生率與實驗的處理有關。

第二,大鼠本來就不是很長壽的動物。絕大部分使用大鼠進行的「長時間」測試的研究,僅觀察三個月而不觀察一至兩年,是因為大鼠們的平均壽命就是兩年!也就是說,這些大鼠在長到兩歲時,很多都長出腫瘤,其實跟人老了就會開始有很多大大小小的毛病是一樣的。

第三,在實驗組中並不是只單純的添加了年年春,還有組別添加了其他的物質來模擬受污染的自來水。而實驗結…