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生物技術概論, 10941054A, 10941003A, 10941024A, 10941042A, 10941017a, 10941005A,…

- - - - 新的基因送入植物中後，無論是篩選或繁殖，通通需要經過植物組織培養，才能得基因轉轉殖植物
    - - 組織培養可以無限制大量無性繁殖，以達到量產相同性狀之植物的目的，多用於觀賞植物
      - 植物的生長點組織是無病毒感染的，藉此可以繁殖無病的幼苗
    - - 二次代謝得產物為代謝過程無法再分解的副產物，對其他生物卻有醫療效果或毒性
      - 從組織培養懸浮液中萃取產物較容易，而研究也指出組織培養之產量也較一般植株高
    - - 利用花藥進行培養而獲得單倍體植株，可顯示隱性基因的性狀以利篩選，以達快速品種改良的目的
        
        如玉米、甘藷、水稻
    - - 利用去除細胞德原生質體(protoplast)細胞的培養，不同種能進行體細胞融合，以獲得優良性狀之品種，異種同屬間也能成功
- - - - 植物病毒感染
        
        利用植物病毒為載體，放入轉殖基因，植物病毒不會插入植物的基因體，也不會藉種子傳給後代，因此不會有穩定的基因轉殖株建立。
        
        但病毒可以大規模地整株感染，建立植物的生物反應器，並快速產生大量重組蛋白質，如表10-2所列之重組蛋白質。
      - 葉綠體基因轉殖
        
        高等植物的葉綠體有自己的基因體plastid，約120~180 kb，在一個細胞中可以有千萬個葉綠體存在，如果將基因轉殖至葉綠體基因體中，用來量產蛋白質是十分方便而有效率的方式，目前採用的轉殖方法為基因槍或PEG的方式，將質體送入，但若是質體中的複製原(ori)來自細菌，質體是不會插入葉綠體基因體，而一直以episomic的方式存在。
        
        當其帶有葉綠體基因體的片段，即能讓轉殖的基因換至葉綠體基因體相對的標的位置上。
        
        目前已有以葉綠體大量表現蛋白質的報告發表，在未來，這類質體的發展，將更有利於此技術的應用。
      - 基因槍
        
        將DNA與金屬粉末相混，再以高壓方式像散彈槍一般快速打入組織中，同時將DNA帶入。
        
        這項技術的出現讓農作物的基因轉殖有了重大的突破，但此法製造出的轉殖基因較不精準。
      - 其他方式
        
        阿拉伯芥可以用另外一種真空吸入法，省去組織培養的步驟，作法是將分化中的花芽浸在農桿菌液中，利用抽真空的方式把DNA吸入，將來長出的每顆種子都有可能是轉殖植物，甚至有報告指出連抽真空的步驟都可以省略，而以直接浸泡的方式完成基因轉殖。
        
        但目前為止，應用到其他植物都不能成功，這也是阿拉伯芥在植物遺傳研究上十分方便之處。
        
        Chimeraplasty則是另一種新的方法，在菸草及玉米已成功地讓植物基因體中的某一個位置發生位移變化，精確地破壞某個基因，例如過敏蛋白質基因的去除，而且省去轉染的步驟，適合各種作物，安全性更高，未來可以更有發展。
      - 農桿菌轉殖
        
        用於農桿菌(Agrobacteria)轉殖的載體為Ti質體，是改良自農桿菌中能讓植物長瘤的質體，帶有性狀表現基因及篩選標記。
        
        將質體送入農桿菌中，再將農桿菌與葉片一起培養，讓葉片感染農桿菌，也將DNA帶入。
        
        雖然一般實驗室使用的作物如菸草、阿拉伯芥等可以感染農桿菌，也有許多田間作物卻無法感染，因為單子葉植物並非其宿主。
- - - - 由於人類是食用整個食品，而非只食用單一改良成分，因此不能採用過去對食品添加或藥品的實驗方式來進行對健康的影響之評估。
    - - 臺灣也於2001年2月，公布「以基因改造黃豆及基因改造玉米為原料之食品標示事宜」等相關規範，規定一定要有相當的標示，凡超過5%基因改良作物之食品及加工品，於2003年起均需標示為基因改良食品。
    - - 轉殖基因在食用後的狀況
        
        用來表現轉殖基因的植物病毒啟動子在哺乳類動物體中是沒有功能的，況且DNA經過烹調，進入口腔或消化道就被各種酵素分解成碎片了，再加上胃酸作用，DNA是很難再復原的
      - 產生的重組蛋白質是否對人體有害
        
        有90%對食物過敏的人不外乎是對牛奶、小麥、核果、豆類、蛋及海鮮等。如果轉殖基因是來自這些蛋白質，其引起過敏的可能性就很高。
        
        即使是利用改造的微生物或再加工過的食品，都應納入管理範圍內，這類細菌的選用或利用都要審慎考量
        
        利用微生物或黴菌生產食品加工的酵素及食品添加物等，例如可以讓菌種表現牛的chmyosin，可加在乳酪製造過程中作為凝結劑；讓酵母菌表現澱粉酶(amylase)，加速澱粉分解，可以改良發酵的過程，產生低卡路里的啤酒等
        
        加工食品又是另一種代表，如蕃茄醬，讓蕃茄表現polygalacturonidase基因的反義RNA，可以有效阻止讓果實軟化的酵素產生，不但可以增加蕃茄的產量，並降低損傷率，同時果膠的含量也增加許多。
        
        3.植物的其他衍生物，如來自抗除草劑基因改造作物的麵粉或油脂，已經是部分或純化的成分。
- - - - 偵測蛋白質：
        
        對於轉殖基因的蛋白質產物，有下列方式來進行檢測，靈敏度約為每塊組織中含10μg左右，能被偵測出，大約也就是超過1%的含量，如西方墨點實驗、ELISA等，前者較適用於實驗室中檢測，不太適合大規模檢驗之用途。
      - 檢測DNA：
        
        直接偵測食品來源中是否帶有轉殖基因，可用的技術如南方墨點實驗、定量PCR及正在發展中的生物晶片。
        
        此作物的基因組成有何改變：
        例如轉殖基因的來源是何種物種，此基因分子層面的詳細分析、剪接的過程及方式，以及來源的基因為何，而轉殖的基因插入植物基因體何處等。
        通常送入的基因是會插入基因體中的任意位置，甚至同時插入數個，可能在同一位置或在不同位置。
        
        目前植物基因轉殖最常利用的方法是基因槍高壓打入基因，此法有可能會造成DNA重新排列的現象，而斷出的小片段DNA可能插到基因體的其他地方，這種變化在檢驗DNA時很難發現。這些小小的變異，都可能對植物或人體健康有影響。
      - 抗藥性基因傳遞：
        目前大多使用抗生素的抗藥性基因作為篩選標記，特別是nptII基因，產生的蛋白質可分解Neomycin及Kanamycin讓植物產生抗藥性，雖然這兩種抗生素不是人類醫療用途的主要用藥，此基因若沒有在後來的步驟進一步去除，有可能傳給植物體內的其他細菌，因此應嚴格要求將標記基因去除。
    - - 表10-3
- - - - 技術的推廣
        
        經濟上的考量
        
        改善作物的產量
        
        隨之而來的各種問題都回歸到自然科學本身
        
        利用雜交
        
        引進了其他野生品種無數的基因來改良農作物
        
        在工業革命引進大量機械取代人工
        
        再一次的農業改革
      - 基因改造作物
        
        引進一個或數個少數的基因
        
        理論上
        
        應該不會有很大的衝擊
        
        根據推測
        
        再過20年
        
        大多數的作物基因都會被基因改造
        
        到2100年
        
        大概就沒有所謂的野生種作物
        
        著重於基因改造作物對人體健康的安全
        
        加強對環境生態的影響評估
      - 一、同種雜交的影響
        
        植物的栽種和動物的培養是不同的
        
        基因轉殖的動物
        
        侷限在可管制的環境範圍內，不會到處繁衍
        
        作物的栽植
        
        不是實驗性質的規模，而是在田間大面積栽種
        
        基因改造作物目前所面臨的最大挑戰
        
        花粉會藉風力或蟲鳥媒介傳送，散佈到其他農地
        
        花粉的污染
        
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        各種作物的新品種研發出來，以及基因改造作物的栽種面積越來越多之後
        
        重要課題
        
        純種的作物基因保存
      - 二、同類近親植物雜交的影響
        
        苜蓿、油菜及水稻
        
        被馴化成農業栽培
        
        有一些像具有野草特性的近親能夠和它們雜交
        
        後代有可能會得到轉殖基因
        
        容易蔓延生長
        
        後代得到轉殖基因
        
        抗除草劑
        
        在野外生長並沒有影響
        
        抗蟲基因
        
        得到相對的生長優勢
        
        對自然環境的昆蟲造成威脅
        
        對整個生態有極大的影響
        
        棉花
        
        有近親
        
        這些野生種必須在栽培地附近，且花期又要剛好相符才有可能
        
        可能性較低，但不是不可能
        
        大豆
        
        在北美地區是外來種
        
        沒有近親
        
        比較沒有這樣的問題
        
        玉米、馬鈴薯
        
        近親無法交配
        
        不受影響
      - 三、對其他昆蟲的影響
        
        有一些實驗證實
        
        某些昆蟲在餵食
        
        基因轉殖作物飼養的蟲或沾有大量花粉的葉片後
        
        影響生長
        
        造成死亡
        
        也有人證實
        
        基因轉殖植物所產生的抗蟲毒素
        
        比真正的毒素容易被分解
        
        不見得對環境有太大的影響
        
        需要注意更長遠的影響
        
        例如
        
        蜜蜂大量消失
        
        類尼古丁的農藥所造成
        
        這種合法的農藥不會使蜜蜂死亡
        
        會使蜜蜂幼蟲失去學習能力
        
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        許多作物都無法授粉
        
        農作物因而減產
        
        鑑於這種對大自然不可回復的傷害
        
        無論是基因轉殖作物或是生物農藥的使用都需要更加謹慎
      - 四、害蟲抗毒性的產生
        
        植物和昆蟲的演化是相輔相成的，植物具有抗蟲的毒素基因
        
        大量分泌
        
        加速篩選出具有抗毒能力的昆蟲
        
        害蟲產生了抗毒性
        
        抗毒基因都是隱性的
      - 五、對土壤微生物的影響
        
        轉殖基因最有可能因為植物受傷流出DNA傳遞給微生物，雖然機率很低，但並非不可能。
        
        影響作物生長環境的菌生態改變，特別是土壤及根部。
        
        用來對付昆蟲的Bt毒素基因其實大多來自土壤微生物
        
        植物殘留在土壤中的DNA可以因為黏土及土壤的有機物保護而不被分解，保存數月至數年之久
        
        殘存的DNA仍可以轉殖到細菌中，可是只有10-17~10-9的機率。
      - 六、解決之道
        
        目前對於花粉散佈的問題已有解決的方法
        
        利用同源重組的技術將轉殖基因換到葉綠體的基因體中，由於花粉不具有葉綠體，因此不會將此基因到處散佈；而果實的非綠色種子部分也不帶有葉綠體，這一部分是較具發展潛力的。
        
        利用不稔性的原理，讓這類作物授粉之後產生的種子無法栽種，而農民必須每年再向公司購買新的種子。新一代的作法則是種植不產生花粉的品種，無法自行授粉，需再以另一“回復”品種授粉，即可產生種子，下一代即可正常授粉。