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生物科技在農業上應用吳懷慧生命的螺旋體1865年瑞士化學家米歇爾從病人的膿細胞中分離出核酸的成份。1879年，德國生物學家弗來明在細胞核內發現了染色質。1903年，美國細胞學家薩頓則發現，細胞染色體的活動方式，與孟德爾所描述的遺傳因子極為類似。因此，是否染色體就是遺傳因子呢？一般來說，生物的染色體數目總是少於性狀表現的數目，所以科學家推測，遺傳因子應該存在於染色體上，也就是說在一條染色體上，會帶有許多不同的遺傳因子！1909年，丹麥的植物遺傳學家約翰遜開始以「基因」取代「遺傳因子」一詞。1910年，美國遺傳學家摩根藉由果蠅的研究，終於證明了基因的確是存在染色體上。然而，其真正確立DNA是遺傳物質的，是兩組科學家的重要貢獻。英國生物學家格里夫茲所進行細菌轉型實驗赫希與蔡斯兩位科學家進行的噬菌體實驗他們相繼地證實了DNA才是真正的遺傳物質，而不是蛋白質。細菌的轉型作用(Transformation)－DNA為遺傳物質的直接證據：1928年，英國的生物學家Griffith格里夫茲，他利用兩種不同品系(Strain)的細菌來感染老鼠，並觀察受感染的老鼠之生存情形，而這個實驗的結果証明了遺傳物質是DNA而不是蛋白質。他的實驗流程如下：(A)注入鼠內活R型(Roughform)肺炎菌→不致病(鼠內只有R菌)(B)注入鼠內活S型(Smoothform)肺炎菌→致病而死亡(鼠內只有S菌)(C)注入鼠內以熱殺死的S型肺炎菌→不致病(鼠內沒有細菌存在)(D)注入鼠內活R型肺炎菌＋熱殺死S型肺炎菌→致病死亡(鼠內有活R菌及活S菌)這種由R型的細菌藉由和死掉的S型細菌接觸而轉變為S型細菌，這種狀況就稱為細菌的轉型作用(Transformation)。格里夫茲的細菌轉型實驗細菌的轉型作用(Transformation)－DNA為遺傳物質的直接證據：1928年，英國的生物學家Griffith格里夫茲，他利用兩種不同品系(Strain)的細菌來感染老鼠，並觀察受感染的老鼠之生存情形，而這個實驗的結果証明了遺傳物質是DNA而不是蛋白質。他的實驗流程如下：(A)注入鼠內活R型(Roughform)肺炎菌→不致病(鼠內只有R菌)(B)注入鼠內活S型(Smoothform)肺炎菌→致病而死亡(鼠內只有S菌)(C)注入鼠內以熱殺死的S型肺炎菌→不致病(鼠內沒有細菌存在)(D)注入鼠內活R型肺炎菌＋熱殺死S型肺炎菌→致病死亡(鼠內有活R菌及活S菌)這種由R型的細菌藉由和死掉的S型細菌接觸而轉變為S型細菌，這種狀況就稱為細菌的轉型作用(Transformation)。赫希與蔡斯的噬菌體實驗研究噬菌體(Bacteriophage)的赫希及蔡斯，利用T2噬菌體來感染細菌，分別用含放射性同位素32P和35S的培養基來培養大腸桿菌，又分別用放射性同位素標定的T2噬菌體分別去感染大腸桿菌，然後收集噬菌斑中釋放出來的T2噬菌體，並分析其成份。因為DNA中含有磷酸根的成份，因此被32P標記的必然是噬菌體裡頭的DNA而不是蛋白質外殼；蛋白質中有含硫胺基酸而不是磷的成份，因此被35S標記的必然是噬菌體的蛋白質外殼而不是裡頭的DNA。他們發現，經過感染後再釋放出來的噬菌體只含大量之32P，由此試驗進一步證實了DNA才是真正的遺傳物質，而不是蛋白質。1953年，生物學家華生和物理學家克里克，藉由科學家富蘭克林的一張精美的DNA晶體繞射圖，推測出DNA分子應該是雙螺旋的結構，這個發現讓當時的人們大開眼界；且從那時起，分子生物學便如雨後春筍般地蓬勃發展，而造就了今日絢麗的生物科技。DNA（de-oxy-nucleic-acid），也就是“去氧核糖核酸”。如果將DNA想像成兩條串珠，互相地纏繞，每一個珠子即是DNA的一個基本單位，我們稱之為核苷酸。核苷酸是由鹼基、去氧核糖及磷酸三種成份所構成，我們依據核苷酸所含鹼基的不同，可分成四類：鹼基英文縮寫中文名稱AdenineA腺膘呤ThymineT胸腺嘧啶CytosineC胞嘧啶GuanineG鳥糞膘呤四種鹼基間存在著一個規則，A與T相對應，G與C相對應，而膘呤與嘧啶間的氫鍵力量能使DNA分子穩固。因為核苷酸只含有一個鹼基，所以我們常以A、T、C、G的縮寫來代染色體存在細胞核內，由DNA與蛋白質所組成，如果我們在電子顯微鏡下觀察，會發現絲狀的DNA分子，盤旋纏繞在一顆顆的染色體的組織蛋白上；只有當細胞要進行分裂時，細胞核內疏鬆的染色質，才會捲曲濃縮成棒狀的染色體。基因存在染色體上，而基因特別是指在DNA序列上，能夠表現出功能的部分；在人類的所有染色體上，約存在著30000個基因，而且每對染色體上，存在的基因種類及數量並不相同。有時單一個基因便能控制一種性狀的表現，然而，大部分的生理性狀，都是由一系列相關的基因一同調控而表現的。無論有性或無性生殖，生命在繁衍過程中，如果想把本身的遺傳訊傳遞給後代，那麼就必須將本身的DNA複製一份。在DNA的複製過程中，會有各式各樣的蛋白質及核苷酸參與，在DNA開始複製前，一些特殊的蛋白質會尋找到一個叫作「複製起始點」的位置。當複製開始時，雙股的DNA會如拉鏈般地打開，分開後的單股DNA會各自作為模板，因為DNA具有方向性，所以在過程中，只會朝某一個方向進行複製（5'→3'）；其中還有一個重要因素，只要當一個稱作DNA聚合酶的酵素黏到DNA模板上之後，複製的工作便會開始。由於新合成的DNA序列會與模板股的序列互補，所以完成複製時，便會有兩條一模一樣的雙股DNA。DNA&RNA想像DNA是一部電影的膠卷，RNA是放映的設備，而蛋白質便是一場聲色俱佳的電影！您是否能由這個比喻中，體會到RNA在細胞內所扮演的角色？DNA與RNA的差異到底到哪兒？德國的細胞學家福爾根解開了這個謎題：DNA與RNA的結構差異：DNA是雙鏈，RNA是單鏈兩者在五碳糖的第二個碳原子上，DNA連接的是氫原子，而RNA連接的是羥基DNA所含的鹼基種類為ATCG，而RNA為AU（尿嘧啶）CG蛋白質是細胞內的重要成份，主要存在於細胞質中；因為DNA分子較大，難以穿透過細胞核膜，所以細胞要如何接收核內的DNA的密碼訊息來啟動合成過程呢？英國一位生物物理學家克里克（FrancisCrick），在1957年時提出了一個假設，表示DNA會將訊息傳遞給RNA，而RNA再將訊息傳遞給蛋白質，這就是所謂的中心法則（CentralDogma）。DNA－－－－－－→RNA－－－－－－→蛋白質→蛋白質表現轉錄（transcription）轉譯（translation）之後在1961年時，法國的分子生物學家莫諾及生物化學家雅各布也提出了「信使RNA」的概念，他們認為DNA經由轉錄作用後會形成信使RNA，而信使RNA會攜帶處理後的訊息去合成蛋白質。往後又發現了RNA的反轉錄作用，使得中心法則的思想更為完備！反轉錄（reversetranscription）DNA←－－－－－－－－mRNA－－－－－－→蛋白質→蛋白質表現－－－－－－－－→轉錄（transcription）轉譯（translation）基因體學所有生物的染色體均是由A、T、C、G四種含氮鹽基排列組合而成，這樣遺傳訊息看起來相當簡單，然而其所建構出的基因世界卻是變化無窮且難以了解，因此基因的解碼一直是研究人員努力的目標。而什麼是基因體學呢？這是指對於基因體的結構、成份內容及演化關係等，所進行的一系列研究，其基礎多來自於分子生物學和生物化學，而近代在核酸定序及其他相關技術的驅使下，使得基因體的領域發展相當快速，基因體學不再只是決定基因序列而已，同時也包含基因的表現研究及蛋白質的功能分析等。蛋白質體學每個細胞身上都帶有成為完整個體的遺傳訊息，但是並非所有的基因都會在細胞中表現出來。一個蛋白質，儘管只是單一基因的產物，也可能因細胞的不同而有著相異的形態，這是因為大部份的蛋白質在細胞內會經過不同的修飾，使得它們的結構、位置、功能，或分解速度有所改變。因此，以基因序列訊息的資料庫作為研究基礎，加上新一代質譜儀技術與高速電腦的運算下，跨領域地整合發展出蛋白質體學。蛋白質體學不但掀起了整個生命科學界對於蛋白質研究的新風潮，也成為了目前生物科技最主要的發展趨勢。生物資訊學生物資訊學是一門整合了生命科學、數理統計及資訊科學的跨領域應用科學，它聚集了分子生物學、生物物理學、統計數學、計算機科學等專家，投入基因解碼的工作。自從人類基因體計畫的完成，宣告了「後基因時代」的來臨，人們亟欲探索的，不再止於基因的排序，更想要知道的是基因的功能，而生物資訊學隨著基因研究的熱潮而崛起，今日伴隨大量的生物資訊湧現，如何應用電腦科技去搜尋統整出有用的生物訊息，以加速人類基因研究的腳步，便成為生物資訊學所應擔負的任務。組織培養技術生物體皆是由細胞所組成，而組織培養的目的，便是試著將細胞分離出來，然後在試管裡進行人工培養，讓細胞大量地合成有用的物質，而組織培養大抵可分為動物細胞培養與植物細胞培養兩類。然而，並不是所有細胞都適合作生物體外的培養，以植物細胞而言，通常較容易分離並培養於試管中，並有時可再長成完整的植株，但對於動物細胞來說，組織培養的難度通常會較為提高。基因重組技術基因可以透過複製的過程，將遺傳信息傳遞給下一代，從而控制生物的個體性狀表現，除此之外，基因還可以製造出一些結構蛋白，直接或間接地影響生物的生理表現。而目前的基因工程技術，其發展乃建立在過去四十多年分子生物學的成果上，可說是分子生物學的延伸應用。其基本原理是利用能切割特定DNA序列的限制酵素，將來自不同生物的DNA作切割，再以連接酵素連接帶有相同切口的DNA片段，如此，在應用上便可將一些特殊DNA片段與載體進行接合，形成重組DNA，如果再將這重組DNA，經轉形的作用送入宿主細胞中，經由宿主細胞的不斷分裂，便可持續的複製這DNA片段。整個基因工程技術實際上就是這些不同工具間的組合搭配，以期達到最好的基因表現或基因轉殖的目的。蛋白質工程技術動、植物體內，蛋白質是維持身體正常功能、消化食物及修復組織等必要物質。它們到處參與身體內的活動，儘管有足夠的維他命、礦物質及水分，如果少了蛋白質，仍是無法維持正常的生命現象，因此蛋白質的重要性可見一斑。蛋白質在細胞內，常扮演酵素的角色，催化各式各樣的反應，蛋白質由胺基酸連接而成，之後會折疊成一定的形狀以產生特殊的生物活性。蛋白質工程就是藉遺傳工程的手法，把該酵素的基因選殖出來，試著改變基因上面的特定核酸，就可影響改變所表現的蛋白質的胺基酸序列。以目前而言，蛋白質工程多用來提高酵素的穩定性，或修飾其催化的條件，以及改變酵素對不同受質的親和程度等。細胞融合技術抗體是生物體內眾多防禦物質的一種，由血液中的B細胞所產生，當外物侵入生物體時，生物體內之細胞會對此外來物產生反應，經過細胞間的命令傳達後，某些血液細胞會開始進行分化作用，產生對外來物具攻擊性的細胞。每一個抗體產生細胞只會生產一種抗體，然而這種細胞本身不具有分裂與增殖的能力，因此當此種細胞生產抗體達一段時間後，就會死亡、消失。而柯勒（Kohler）與麥爾斯坦（Milstein）兩位科學家，提出一個新的構想，他們試著將B細胞與骨髓瘤細胞地成功地合成為融合瘤細胞，它能夠不斷地增殖並生產出專一性高的單株抗體，而這劃時代的創舉，也開啟了抗體應用的新紀元。台灣每年從國外進口鉅量大宗穀物，在世界名列前茅。平均要買進黃豆二百五十萬公噸，大約是全世界第五大買主；玉米進口平均約五百萬公噸，輸入量僅次於日本、韓國。我們知道台灣、日本、韓國的主食是米，這三個國家購買大量黃豆、玉米，並非給人吃，而是做為飼料及加工用。生物科技與農業基改生物技術與農業為維持規模農業經濟，近十年間，農業作物開始更科技化。1996起，美國農民開始嘗試種植基因改造黃豆，推廣到2004年，超過八成的美國黃豆都已經是基改黃豆。近四成種植的玉米，做為飼料用，都是基改玉米。商業量產的玉米主要有三大類，飼料玉米、甜玉米及爆米花玉米。後兩者為人類食用，產量遠小於飼料玉米美國食品業者反