什麼是基因食品？
普通白米(左) 、及會生產維他命 A的「黃金米」(右) (Golden Rice Project)
圖一：美國基因食品快速的成長 (USDA，July 2010)
圖二：全世界及美國基因食品農作物百分比 (USA Today, 03/17/2010)
什麼是基因食品？ 黃慶三 (02/04/2011)Abv
基因轉殖食品、基因食品 (Genetically modified food，GMF) 指利用基因工程 (Gene engineering) 而
生產特性經過基因改造之食品。即某種事先選擇的生物，可能是動物、植物、或微生物，剪取其所需特性的基因，移殖到另一生物體內，使這接受外來基因的生物改
變性狀，如耐寒、抗旱，生長快速、增加營養成分、抗除草劑、耐貯存、抗病蟲害等等，而生產所需要的食品。而食品或加工食品以基因改造植物或動物為原料者，
就叫基因轉殖食品或基因食品。
筆者曾看到一則笑話，說是有位抱孫心切的母親，不許新婚不久的兒子吃無籽西瓜和無籽葡萄，因為她怕這些無籽水果吃多了，會將「無籽基因」轉殖到兒子身上。雖然只是笑話，卻可指出一般人可能對基因食品的淺知與疑慮。台灣在農業改良的成就，眾所週知，惟台灣利用基因轉殖的研究或成果報導 (以筆者的淺識所限)，似乎不多。或許和傳統保守「祕方」的心態、或不很遵重消費者「知情權」的緣故，而不願公開罷！？
基因工程
1972~1973 年，史丹佛大學可漢（Stanley Cohen）、伯克 (Paul Berg)、以及加州大學波義耳 (Herbert Boyer）發現「質體 DNA」(Plasmid DNA) 能送到大腸桿菌中進行體外大量培養。以後由於那森斯 (Daniel Nathans) 、亞伯 (Werner Arber) 、及史密斯 (Hamilton O. Smith) 共同發現及研究的「限制酶」 (又叫核酸內切酵素、限制性核酸酵素，Restriction endonuclease 或 Restriction enzyme)，利用此核酸內切酵素，能將質體 DNA 的特定片段核酸切割下來。由於斷開的DNA片段可由另一種稱為DNA連接酶 (DNA ligase) 的酵素黏合。因此染色體或 DNA上不同的限制片段，得以經由剪接作用而結合在一起，這就是「基因重組」的技術 (Recombinant DNA technology)。最先就是利用這種技術將胰島素基因轉殖到大腸桿菌，使其具備生產人類胰島素的能力，從此進入了基因工程的時代。
比
如說植物基因學家可以分離出某種植物抗旱的基因，然後把這抗旱基因殖入不同的植物裡，這個經過基因改造的植物，就有了抗旱的機能，而且這種新機能可以遺傳
下去。此外，基因的改造方法，不限於從一種植物到另一種植物，而是非植物的其他種生物基因，也可移植。最出名的例子是把一種微生物蘇雲金芽孢桿菌 (Bacillus thuringiensis，簡稱 B.t.) 的基因殖入玉蜀黍 (或其他農作物) 中，而 B.t. 這種自然存在的微生物，會產生對蟲害幼蟲有致死性的蛋白結晶，而達到防禦蟲害的目的。這種基因轉殖後的玉蜀黍，可以自行生產殺蟲劑 (Pesticides)，來對抗歐洲玉蜀黍鑽蛀蟲 (European corn borer)。B.t. 基因是目前最普遍使用的抗病蟲基因，但由於B.t.蛋白普遍存在、和B.t. 生物農藥的普遍使用，且經過幾十年的研究和應用﹐已證明B.t. 蛋白對人類無任何危險，因此美國環保署免除了對B.t.蛋白殘留量的限制。
到目前為止，許多種食品或生物都有基因改造的品種，包括玉蜀黍、棉花、蕃茄、大豆、甜菜、油菜子 (Oilseed rape)、鮭魚、豬、牛等等，不勝枚舉。農作物 (或生物) 運用基因改造的原因或目的，可以包括下列的情況：
1. 抵抗蟲害 ( B.t. 基因改造作物)：農作物常因蟲害而損失慘重，為了避免蟲害，農民每年施用以噸計的殺蟲藥及購買噴灑設備，費時費力，提高成本；消費者也不願意食用噴灑過農藥的食品。又噴灑農藥時，一些益蟲或其他生物也受到傷害，影響生態；此外，使用農藥農耕地的雨水或灌溉水餘流 (Run-off)，也會污染河川水源及地下水。如果能夠利用像 B.t. 這種基因改造農作物，所需用的化學農藥及相關費用，及其他因而引起的環境及生態破壞等等，將可減少。目前這種基因改造的作物包括玉蜀黍、及棉花等。
2. 抗除草劑 (Herbicide tolerance—HT)：
雜草與作物競爭養分與空間，導致作物生長速率降低。有些農作物的種植，以物理方法來除草，比如翻土耕地，或其他人工方法，都不適合經濟效益。所以許多農
民，都利用各種不會傷害農作物的除草劑，來達到目的。但施用除草劑不衹費神費事，價錢昂貴，且必須選擇不會傷害作物、環境、及生態的成品，或施用時，必需
考慮及減低這方面的衝擊等。反過來說，如果基因的改良，而使農作物能忍受極強力、有效的除草劑，那麼整個種植生產季節所需施用的次數或劑量，將可減少，環
境及生態的衝擊，也將相對的減低。目前大豆、苜蓿 (Alfalfa) 、甜菜 (Sugar beet)、及油菜仔 (Rapeseed) 已有這種基因改良的品系。
3. 抗病性：許多濾過性病毒、黴菌、及細菌都會引起植物的病害，所以目前一些植物生物學者，都在研究如何利用基因改良，來研發一些抗病性的農作物。例如夏威夷木瓜的基因改良品種，可抵抗番木瓜環斑病毒 (Papaya ring spot virus)；基因改良的綠皮南瓜 (Zucchini) 可抵抗黃花葉病毒 (Yellow mosaic virus)；基因改良的甜椒可抵抗濾過性病毒等。
4. 抗寒性：沒預期或反常的低氣溫，會傷害幼苗、或正在成長、或準備收成的農作物、水果等。如果能把北極寒帶魚本身含有的防凍基因 (Antifreeze gene)，嫁接到農作物裡，比如煙草或馬鈴薯，甚或一些蔬菜、花卉、水果，則農作物的生產季節就可延長，增加產量，至少減低霜害或凍傷。
5. 抗旱性、抗鹽性：因世界人口的增加，一些農地常被用來建造房子或公共設施。為了供給所需的糧食，一些過去不適合耕作的乾旱地區、或高鹽份地帶，就必需用來耕種，但需要基因改進農作物的抗旱性、或抗鹽性，才能達到種植它們的經濟效益。例如抗旱玉蜀黍的品種，將預定在 2012 年於美國開始商業種植；而最需要這種作物的非洲撒哈拉地帶 (Sub Saharan Africa)，預定在 2017 年開始商業種植。
6. 增進食物營養及風味等：發展中國家的居民，特別是貧窮的人口，常靠單一的主食 (比如米飯) 充飢。但是米飯本身並沒包含所需的各種養分、維他命等。例如貧窮國家小孩常因缺乏維他命A而變盲。目前已培育成功把黃水仙 (Daffodil，學名 Narcissus pseudonarcissus) 及一種土壤細菌 (Erwinia uredovora) 的 Beta-carotene 合成基因殖入的稻米品系，會生產富含食用後轉變成維他命A 的「黃金米」(Golden rice)。
7. 較長的保質期 (Shelf life 或 Storage life)：農作物，尤其一些水果類，收成後，有一定的保質期。如果能把產生成熟過程的果膠酶 (Polygalacturonase—PG) 基因加以限制，那就可延長儲存、運送、及上架後的期限。
1932年在台灣台南出生、國際知名、曾得到地位相當於諾貝爾獎的「Wolf農學類獎」(1991）的加州大學戴維斯分校 (University of California at Davis) 楊祥發教授 (Prof. Shang-Fa Yang)，在植物生理學及生化學研究工作上，最重要的貢獻在於闡明植物賀爾蒙乙烯 (Ethylene，C2H4) 的生合成途徑及作用，藉由蛋氨酸 (Methionine) 為乙烯合成前驅體之確定，發現合成乙烯的中間體，證明乙烯在調節植物生長及老化所扮演之角色﹐即楊氏循環 (Yang-cycle)。這些發現促成了生物學家利用遺傳工程的方法來調節植物的乙烯合成，以增加農產品之產量及延長貯藏期。
過去位於加州戴維斯市 (David, CA) 、Calgene, Inc. 研發的 “FLAVR-SAVR” 這品牌的蕃茄，是第
一個用基因改造、商業種植的產品 (據楊教授的一位老同學向筆者所敘述﹐Calgene, Inc. 及
“FLAVR-SAVR” 都是楊教授所創辦) 。“FLAVR-SAVR” 蕃茄據說保質期可達 45 天，因此可等蕃
茄在植株上完全成熟才採摘，而有更好的風味。目前商業種植蕃茄，都在蕃茄仍是「成熟綠」
(Mature green) 的時候就收成，以利處理、裝箱、運送、儲存，而在上架前，再用乙烯燻紅。比
如「成熟室」空氣中混以 100 至 150 ppm 的乙烯濃度，綠蕃茄在 24 至 48 小時就「成熟」變紅
了。所以從 超市買回、看來紅豔欲滴、令人食指大動的蕃茄，吃起來却不見得可口，絕不能和
自家栽種、枝上成熟的蕃茄相比，就是這個緣固。(請見拙作《小蒼蘭 (兼談乙烯) 》﹐1997年1
月台灣公論報)。
1994年 5月 “FLAVR-SAVR” 得到 US FDA 的核准，在超市販賣新鮮蕃茄、或做成蕃茄醬，都
極受歡迎。只因 Calgene, Inc. 欠缺種植及選用適當品系，及處理、運送蕃茄的經驗，導致成本太
高，無法和平常蕃茄果農競爭，加上有些人開始懷疑 (雖沒科學或事實根據) 基因食品的安全
性，而於 1997年停止生產，公司也被孟山都公司 (Monsanto Company) 所收購。惟 Calgene, Inc. 的
“FLAVR-SAVR” 蕃茄，也開創了歷史上商業用基因食品的先例。
8. 製藥工業：醫藥及預防針的生產、運送、儲存、及施用，不祗成本昂貴，也必需有應對的設施、人力、及專業人員來處理。以預防針為例，十多年來，就有人研究如何利用蕃茄、馬鈴薯等農作物，給貧窮國家的小孩、成人食用來「接種」麻疹 (Measles) 、霍亂 (Cholera) 、B型肝炎 (Hepatitis-B) 等的疫苗。
9. 植物的污染修復法 (Phytoremediation)：種植基因工程培養的樹種，可以吸收、去除土壤及地下水的污染物。比如基因工程培養的白楊木 (Poplar)，可用來清除土壤中重金屬的污染。
美國及世界基因食品種植生產的現況
自從1994 年基因改良的 “FLAVR-SAVR” 蕃茄得到 USDA核准，開創了商業上基因食品的歷史先例後，美國農民已開始廣泛的種植基因食品。1996年，抗除草劑 (HT) 的大豆及棉花就被廣泛的種植，其次是抗蟲害 (B.t.) 的棉花及玉蜀黍，而且每年快速的增加生產。圖一是USDA 在2010 年7月所發佈美國種植基因改良大豆、棉花、及玉蜀黍面積百分率的資料。
USA Today 在 2010 年 3 月做了一個統計，全世界及美國所有基因食品農作物的百分比如圖二：
台灣基因重組技術之發展
依據台灣行政院衛生署食品藥物管理局 2010年的資料，台灣基因重組技術的發展已有二十多年的歷史。在台灣國科會、中央研究院及農委會等單位的推動下，基因重組農產品已有初步的成果。台灣國科會認為基因重組技術之開發，是台灣事後農業發展的主要趨勢。台灣基因重組農產品開發之主要成就包括：
1. 基因重組米類產品：中央研究院利用基因重組技術改良傳統稻米品種，使其離胺酸（Lysine，一種人類必須攝取、無法自行合成製造的胺基酸）之含量較傳統品種為高。台灣農業改良場亦利用此技術開發出可以抵抗蝗蟲害的基因重組米。台灣也是上述「黃金米」試種的地區之一。
2. 基因重組水果、蔬菜及園藝類產品：農業實驗所及國立台灣大學開發一系列的產品，包括有耐馬
賽克病（Mosaic virus）之芥茉葉及香瓜；國立中興大學開發出耐蛾害及耐高溫（Diamond-back moth, heat tolerant）的花椰菜及包心菜；亞洲蔬菜研究中心開發出耐黑葉病（Gray leaf spot diseases，由黴菌及濾過性病毒Virus、黴菌所引起）之蕃茄品種；及國立中興大學開發出耐斑點病（Potato ring spot virus）之木瓜品種。
3. 基因重組魚類及動物產品：中央研究院利用基因重組技術開發出新品種魚，阿玉、香魚、和鮎
（Ayu、Sweetfish，學名 Plecoglossus altivelis），應用增加荷爾蒙分泌的方法來促進成長速度。筆者曾在台灣南部吃過阿玉魚﹐極其甜美﹐魚的個體也不小﹐想是基因改良的品種。中央研究院亦開發三倍染色體之牡蠣，比正常的牡蠣長得快且更大。國立台灣大學以基因重組技術開發出一種乳羊，所生產之羊乳含有氣喘抗體 (Asthma antigens）。
基因食品的爭議
美國管理基因食品有三個機構：環保署 (USEPA) 審核基因食品植物對於環境的安全；農業部 (USDA) 審核這種植物是否能夠安全的生長；食品藥物管理局 (USFDA) 則審查這種食品是否可以安全食用。這三個機構都認為基因食品不會造成這些方面的問題。2004 年美國 National Academies of Science 的文獻指出，自從開始有基因食品以來，一直沒見到它對人類健康有負作用的報導；2008年發表在英國Journal of the Royal Society of Medicine的回顧文獻，過去 15年來，全世界不知有幾百萬的人口食用基因食品，但從沒有因而生病的報告。但基因食品引起爭議的話題有安全性問題、對生態的影響、倫理衝擊、以及國際貿易等。
- 益處
(a). 農作物--增進滋味及品質；縮短成熟所需時間；提高養分、產量、及應對環境壓力的能力；增加疾病、蟲害、及除草劑的抵抗力；及產生新的產品或種植技術。
(b). 動物--增進疾病抵抗力、生產力、抗寒、或飼料利用率；增加肉類、蛋、牛奶的品質及產
量；增進動物的健康，及簡化疹斷、或疾病的治療；及有助於防止爆發病的緊急情況。
(c). 環境--利用對環境友善的生物除草劑、殺蟲劑；水土保持、及節能；森林產品的生物處理技術；及更好地管理和改善自然廢物處理。
(d). 社會--食物的增產，可減少人口引起的壓力 (特別是發展中、或貧窮的國家) 。
- 爭議
(a). 安全--可能影響人類的健康，可能的環境衝擊，包括因異株授粉而引起的基因轉移因而影響野生品種或原種。
(b). 智慧財產權的保護及使用權--世界上食物的生產，可能將被少數幾家公司所支配；
(c). 倫理、道德、宗教的考慮--侵犯自然生物的實質價值；干預自然法則，而把不同品系動物、植物、甚或微生物的基因混合。
(c). 社會--基因食品的發展或技術的先進，可能導致富有國家因此而有更大的與趣及利益。
結論
基因食品的發展，有其長遠的科學背景，及技術的發現與突
破；加上世界人口的劇增，特別是發展國家糧食的需求，推廣基因食品的生產，將是解決目前及未來糧荒極重要、可靠的方法之一，無疑的會大大增進全人類生活的
福祉。基因食品的特性及生產，比起傳統的食品生產，有許多優點；且未來的發展及可能的應用和益處，更是不可限量；而過去 15 年來，基因食品的生產及食用，並沒對人體的健康或對生態有負面的影響。惟 15 年時間不長，基因食品的發展、與食用，可能引致健康、生態、及社會倫理的衝擊或風險，必需審慎的檢驗、觀察、及研究。
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