生物科技与生活知识点梳理汇总

生物科技与生活生物科技的发展已经继信息产业，成为全球工业国家产业发展的主流。在这个时代，人类食、衣、住、行以及医药保健的任何产品可能都和生物科技脱不了关系，它将和各种产业结合，在各种生活层面上影响着我们。此外和生物技术有关的议题，也会一直成为人们注意的焦点，例如，无论我们在哪里，一定不会不注意有关桃莉羊出生及死亡的头条新闻；不会不注意到人类器官移植需求的愿望。此外，我们是否思考过下列的议题：人类的复制是否该被禁止？具有医疗价值的干细胞是否可被复制？我们是否有权力复制动物来取用牠们的器官？我们对基因改造食品是否有足够的风险评估？我们是否有权力改变人类的基因，使人类变得更健康、更聪明？是否一个人具有所谓的〝好〞基因，就会成为一个比较〝好〞的人？本课程的教学目标就是要帮助学生了解有关生物技术、生物科技、复制的基础知识、技能，它对人类的贡献以及可应用的范围，更重要的是要以人文、社会及道德的观点来讨论围绕在这新技术的一些具争论性的问题。

贰、生物技术的定义及范畴生物技术（biotechnology）是应用微生物、植物或动物的细胞及其成分，经工业化的生物生产程序，用以改进人类生活素质的科学技术，是一门新近崛起的尖端科技，被列为我国现阶段八大重点科技之一。回溯世界科技史，生物技术可说是一项古老的科技，我们日常生活中常吃的酿造和醱酵食品如：酒类、酱油、醋，以及味精等，都是早年应用生物技术制造的产品。晚近兴起的遗传工程（基因重组技术）、细胞融合技术、生体反应利用技术、细胞培养技术、组织培养技术、胚移植技术及细胞核移植技术等生物技术，为传统的生物技术开拓了更为精致、深奥广阔的领域，因而促成了革命性的发展，形成了一门崭新的科技-“新生物技术”。二十世纪是科技的世纪，尤其在中叶以后，生物科学以及其后的分子生物学的发展及其应用，可谓一日千里。自从一九二八年英国的医生佛来明爵士（SirAlexanderFleming）发现盘尼西林（青霉素，penicillin）以来，生物技术的发展逐渐进入工业化。一九五三年华特森（J.DWatson）与柯立克（F.Crick）发现脱氧核糖核酸的双螺旋体结构（DNAdoublehelix）为遗传基因的基本构造以后，生物科学的研究立即进入一个新的纪元。分子遗传学的崛起，生物化学的起飞，导致微生物学应用领域的扩大。参、生物技术的应用范畴基本上，生物技术是由很多不同学门所组成的综合体，由于各种学门都有其不同的特性及其研究领域，因此，生物技术的定义与范畴是非常广的。很多人以为生物技术就是遗传工程（geneticengineering），其实从美国数百家「生物技术公司」的名单中，不难看出其中约有三分之二的公司，其产品是靠遗传工程技术来开发新产品。但是日本的生物技术公司及其生物工业的研究发展重点，却被放在醱酵技术（fermentationtechnology）及酵素技术（enzymetechnology）上。近年来，许多欧美及日本的生物技术公司，正积极地应用组织培养技术（tissueculturetechnique）及动、植物的细胞培养技术（cellculturetechnique）来开发新产品。在畜牧业上，胚移植（embryotransplantation）及细胞核移植（nucleustransplantation）等技术也逐渐成为生物技术研究发展的对象。目前比较能被一般人所接受的生物技术定义是「利用微生物、动物细胞或植物细胞的培养及改良来制造产品的技术，称之为生物技术」。从另外一个角度来看，生物技术是应用微生物程序的扩大，包括了动物细胞与植物细胞的应用。因此，由生命科学的进步而产生的生物技术，包括六种主要的关键性技术（keytechnology）：即（1）遗传工程；（2）细胞融合（cellfusiontechnology）；（3）生体反应利用技术一包括醱酵技术、酵素技术及生物反应器（bioreactor）等；（4）细胞培养技术；（5）组织培养技术；（6）胚移植技术及细胞核移植技术。新发展的关键性技术与传统性的生物技术相结合，形成了新的生物工业，其应用的范畴亦也因此扩大到农业、医药工业、醱酵及食品工业、特用化学工业、能源工业、矿业、环境净化等领域（图一）。兹将各产业所应用的技术分述如下：

一、农业主要应用遗传工程，细胞融合，植物组织培养等技术来进行抗逆境，抗病虫草害及高产量、高质量作物品种之育种，以及作物病害之侦测等工作。二、醱酵及食品工业利用醱酵等生体反应技术及酵素技术等来进行微生物（如酵母菌）及其代谢产品的生产；也利用遗传工程技术及微生物筛选法进行微生物的育种。三、医药工业利用遗传工程，细胞融合及微生物筛选等技术并结合生物反应器或酵素技术的生产流程来达到生产荷尔蒙，干扰素、抗生素、维他命、单源抗体的目的或研发生物传感器的制造。四、化学工业利用微生物筛选技术、及遗传工程技术来筛选或研发基因转殖微生物并利用生体反应技术达到脂肪酸、杀虫剂及其他化学产品高效能的生产目的。五、能源工业利用遗传工程及细胞融合技术以及细胞筛选或选殖生物质量（biomass）合成效能高的微生物，并利用生物反应器达到生质能源生产的目的。六、环境及矿业工业以遗传工程、细胞融合技术以及微生物筛选法来筛选或选殖具备分解或净化功能的微生物，并以醱酵法在大型的生物反应器中进行废水处理或改善金属的浸滤过程。生物技術生物技術基因重組技術作物栽培品種改良食品加工能源環境保護製藥化學工業作物栽培品種改良食品加工能源製藥食品加工製藥化學工業作物栽培品種改良食品加工製藥作物栽培食品加工能源環境保護製藥化學工業家畜飼養品種改良食品加工病毒鑑定藥物開發疾病診斷胚移植及核移植技術DNA微陣列技術細胞大量培養技術組織培養技術生體反應利用技術細胞融合技術關鍵性技術主要應用對象图一、生物技术的范畴及其主要的应用对象肆、生物技术的关键技术（keytechnology）一、遗传工程（geneticengineering）技术遗传工程技术即所谓的DNA重组技术（recombinantDNAtechnology），此技术赋予生物新的重组基因（recombinantDNA），因此该生物就具备了新的物质合成能力或表现新的特性及功能。（一）遗传工程技术的基础不论是原核生物（注1）或具备细胞核（注2）的真核生物（注3），基因（注4）都是决定生物遗传的基本单位。基因通常是以「脱氧核糖核酸」（DNA）（注5）的形式存在，它基本上由磷酸、脱氧核糖和硷基组成，其中硷基由A、T、C、G组成。DNA是双股的螺旋结构，两股互补，如果其中一股的硷基是A，则另一股对应的一定是T；若是C，则对应配对的一定是G。当DNA复制（图二）时，两股间的硷基键便会被切断，变成两条单股的DNA。每条DNA各成为模板与对应的硷基结合，形成两条完成相同的DNA。由于DNA复制（注6），主要的原理是构造的「互补」，因此才能很忠实的将遗传讯息一代代地传下去。图二、DNA的复制真核生物的DNA主要存在于细胞核，还有小部分存在细胞质的粒线体。DNA并非单独存在，它必须跟组织蛋白结合，外观看起来有点像珍珠项鍊，而且鍊子还会缠绕在一起形成一种丝状的结构。当细胞分裂时，这个丝状结构会更进一步紧密地缠绕在一起，成为显微镜下所看到的染色体（注7）。基因若要发挥作用，得经过一连串的转换。首先，DNA必须经过转录（transcription）作用（注8），产生核糖核酸（RNA）（注9），核糖核酸再经转译（translation）作用产生蛋白质（图三）。通常遗传密码（注10）可决定蛋白质的胺基酸序列，而蛋白质是让基因发挥作用的实际物质。在转译的过程中，每三个硷基是一个密码称密码子（注11），譬如说「CAT」，第一个硷基是C，第二个是A，第三个是T，这三个硷基代表「HIS」这个胺基酸。所以每一个讯息会翻译成什么样的蛋白质，是有一定的依据，这样才不会制造出错误的讯息。遗传讯息虽由DNA传达，但蛋白质才是使生命现象能表达的物质。蛋白质分结构蛋白质及功能蛋白。蛋白质都知道自己的去处和功能。有的蛋白质要被分泌到细胞外面去，如担任生理调整功能的贺尔蒙；有些蛋白质则又必须回到细胞核里面，去担任基因表达调控的工作。图三、DNA的转录（transcription）及转译（translation）作用（二）DNA重组技术（recombinantDNAtechnology）基因重组技术（注12）的第一步是先以分子生物化学的方法，将能控制某种功能或能表达某种特性的基因从动物，人体或植物细胞中分离出来。换句话就是先找到这段功能基因，并将它剪下来。目前担任剪刀角色的是核酸内切限制酶（restrictionendonuclease）（注13），能将染色体剪断。下一个步骤就是要将这段基因运送到欲表现功能生物的细胞内，这个能担任司机角色的构造就称为载体（vector）（注14）常用的载体有质体（plasmid）及反转录病毒（注15）等；而能将选殖基因连接在载体上的酵素则为DNA连接酶（ligase）（图四）。图四、DNA的切割及重组以人体胰岛素基因，移植于大肠杆菌细胞的基因重组为例，首先将人体的胰岛素基因切下，再连接在大肠杆菌细胞的质体（plasmid）上，质体是环状DNA，性质活泼，可以做为运送基因的载体。其方法为将质体找出来，接着使用限制酶这把剪刀，将质体切开，将能制造胰岛素的基因嵌进去，再使用连接酶（ligase）将切断的两头连接起来，又回复成为环状。这种带有外来基因的质体，不但可以鱼目混珠地混进大肠杆菌的细胞里去，而且还能在大肠杆菌的细胞里自行繁殖（图五）。图五、DNA重组技术二、细胞融合技术以人为的操作，将两个不同生物细胞的染色体及细胞质互相融合，使成为一个新杂种细胞（hybridcell）的技术，称为细胞融合技术。这种技术已在农业及医用药物的生产上，开拓了多方面的发展途径。细胞融合技术发展的另一趋势是合成融合瘤（hybridoma），在应用上将为诊断剂及医药品的生产开创一个新境界。融合瘤（hybridoma）为两个细胞融合成的杂种细胞，优点是拥有两个细胞的持微。一般分化后的细胞经培养也不分裂，将这种细胞与能够无限增殖的肿瘤细胞融合，可形成既保有分化细胞的性状，又能增殖的融合瘤。融合瘤最常用来制造抗体，抗体是异物从外部侵入体内时，淋巴球B细胞制造的攻击用蛋白质。体内制造的抗体种类繁多，制造抗体的B细胞，种类也和抗体一样多（图六）。我们大量需要1种抗体时，取出1个B细胞培养，B细胞也会因为寿命的缘故而无法增殖。若将B细胞与骨髓肿瘤细胞融合成融合瘤，该融合瘤除保有B细胞制造抗体的性质，又能增殖，则可大量生成1种抗体。生成的均质抗体，称作「单株抗体」（monoclonlantibody）（图六）。如果以人类肿瘤癌细胞当做抗原，所产生的融合瘤单株抗体若与药物结合，使可直奔癌细胞，进行专一性的治疗。

图六、利用融合瘤生产单源抗体淋巴球（lymphocytes）会对抗原决定基（antigenicdeterminant）各别产生特异的抗体。因此，白老鼠血液中所得抗血清（antiserum）含有抗体的混合物（mixedantibodies）。白老鼠胰脏取出淋巴球细胞与骨髓肿瘤细胞（myelomacells）融合，将所得杂交肿瘤细胞（hybrid-myelomacells）纯化繁殖（clone）后，可得纯粹的单源抗体（monoclonalantibodies）。

三、生体反应利用技术生体反应利用技术，包括酵素技术、醱酵技术及生物反应器等关键性技术。目前酵素已经在遗传工程上显现威力，为遗传工程中不可缺少的一项「利器」；而醱酵技术，可说是最古老的生物技术，目前的重点在于如何改进，提高产能。生物反应器是将过去属于理化学的工业，改变为以微生物或酵素作触媒的醱酵化学工业。这种技术极适合于节省能源与资源，且为具有环保功能的现代化学工业。（一）酵素技术酵素可说是研究生命科学上最重要的工具。近几十年来在分子生物学及遗传工程学上的蓬勃发展及其丰硕的成果，主要是归功于酵素的应用。酵素在食品工业的应用兴起最早，并且占有最重要的地位。例如，利用凝乳酶（rennin）于牛酪的制造；麦芽糖酶（maltase）在麦芽糖的制造；微生物淀粉酶（-amylase）及葡萄糖糖化酶（glucoamylase）在葡萄糖的制造；果胶水解酶（pectinase）在果汁制造上应用于澄清助滤作用；以木瓜蛋白酶（papain）处理啤酒以防止冷藏中的混浊；以蔗糖酶（invertase）处理蔗糖液，使蔗糖转化，以提高甜度并改善糖浆的物理特性；以葡萄糖氧化酶（glucoseoxidase）处理干燥蛋粉以防止变色变味等，不胜枚举。近年来，进一步将淀粉酶和葡萄糖异构酶（glucoseisomerase）配合使用，并将酵素加以固定制成所谓固定化酵素反应器（enzymereactor）（图七），不但可以在小体积的反应器内，以最短的时间完成大量物质的反应，并可将酵素反覆使用，而建立自动化反应系统。如此，利用低廉价格的淀粉为原料，已可制成品质与蔗糖转化物相同的异构化糖产品或高果糖浆（highfructosesyrup），威胁蔗糖工业的存在。目前更可将异构化糖液中的葡萄糖和果糖分离后，将葡萄糖循环于反应器内，而获得高纯度的果糖，可供特殊用途。在医药上，一些消化酵素制剂除用于帮助消化的医疗外，酵素直接应用于其他疾病的治疗，则是近年才兴起的新用途。例如，由人尿分离得到的尿激酶（urokinase）及取自微生物的类似酵素链激酶（streptokinase），均被使用于血栓`症的治疗；由凤梨茎分离得到的凤梨蛋白酶（bromelin）可作为消炎剂及肉品嫩化剂；得自大肠菌的天冬醢胺酶（asparaginase）可用以治疗小儿性白血症病患。此外，尚有许多临床检验用的酵素被开发应用。在尖端科技的遗传工程研究发展中，酵素也扮演着不可缺少的角色，目前已知可用于基因操作的酵素已有数十种之多。其中比较常用的酵素是核酸内切限制酶（restrictionendonuclease），它担任剪刀的角色，在遗传工程中，核酸内切限制酶就是负责将DNA切开，将所需要的那一段DNA切下来。下一步操作则需要将此段DNA「胶合」在适当的细胞的DNA中，使其具备这段DNA的特性，而扮演胶合剂角色的酵素称为连接酶（ligase）。在酵素的应用方面，固定化酵素（immobilizedenzymes）（图七）将是未来酵素工业的主流。目前酵素工业受到的限制，部分是由于酵素的供应量不足所引起，固定化酵素技术的引进，使工业界能发展出一套新流程，其特色为酵素稳定性的增加，以及能够将酵素转化效率作最有效的控制。此外，将细菌、酵母菌、真菌、植物与动物细胞固定，可以成为固定化复合酵素系统（immobilizedmulti-enzymesystems），其优点可以弥补以往极昂贵，费时且低效率的化学转化程序。因此，现有产品以及新产品皆可应用酵素技术来生产。图七、酵素的固定化方法及各种反应器的模式图S：基质P：生成物E：固定化酵素或酵素液（A）CSTR（连续搅拌槽型反应器）（B）中空系膜型反应器（C）三相流动层反应器（D）回转圆板型反应器（E）流动层型反应器（F）中空系膜型反应器（G）PER（充填层反应器）

（二）醱酵技术所谓「醱酵工业」就是以微生物的细胞机能处理大量物质，使之转换为高价值产品的工业。其中「微生物」扮演关键性角色。例如前述牛奶会变酸，是乳酸菌的作用；酒类会成为醋酸，就是醋酸菌活动的结果；而饭菜会变酸，也是由于空气中霉菌和细菌的作用。因此，利用微生物这种「转化物质」的能力，以最经济的方法生产符合人类生活所需要的产品，这就是醱酵工业技术。第二次世界大战末期，由于青霉素（panicillin）的大量生产，使醱酵工业的实质及技术发生了巨大的改变。战后，微生物反应的应用技术益加进展，抗生素、酵素、胺基酸、单细胞蛋白质等复杂化合物的生产，或对类固醇、生物碱等复杂分子加以特异反应的技术开发，致使旧有的醱酵工业完全改观。以大型的通气搅拌醱酵槽作大量培养的方法，在今日已成为很普遍的手法，而在此发展中累积的学术研究成果甚为可观。图八、各种型式的生物反应器气泡型（bubbletype），（2）空气升液型（airlifttype）桨叶轮翼气泡型（paddle-impeller-bubbletype）涡轮式搅动型（turbine-impellertype）涡轮式觉动通风管型（turbine-impeller-drafttubetype）（三）生物反应器生物反应器是将过去属于理化学的工业，改变以微生物或酵素作为触媒的发酵化学工业的生体反应利用技术（上页图八）。这种技术能够节省大量能源，资源得以充分利用，不致浪费，是既环保又先进的一种化学工业。有关微生物或酵素的操作、生物产品的生产技术需要有特殊的处理程序及特殊的管理与控制方法。因此，程序与系统工程（processandsystemengineering）在生物技术的应用与工业化过程中，扮演着重要的角色。一般用生物反应器进行生物转化的程序可用图九表示如下：图九、生物转化程序的流程四、细胞培养技术（一）微生物细胞培养技术利用基因重组技术或细胞融合技术育成能生产有用物质（例如，胰岛素、干扰素、生长激素等医药品）或能进行高效率酒精醱酵的微生物，在进入工业化量产前都需要确立能迅速且廉价的细胞大量培养技术。这种技术为生物工业成立的必须条件。尤其是以基因重组技术培育成功的微生物（例如，大肠杆菌），在细胞内移植的质体，通常在培养过程中，容易自宿主细胞脱离出来。因此，如何避免质体的脱落，是在细胞大量培养上必须解决的问题。（二）植物细胞培养技术。（三）动物细胞培养技术。五、植物组织培养技术植物的细胞或组织可在培养基上形成愈伤组织（callus）（注16）。植物的细胞具有「全能性」（totipotency），因此愈伤组织可分化成具备根、茎、叶的完整植物体。植物组织培养技术包括茎顶培养技术，花药培养技术、体细胞培养技术及胚培养技术。图十、十一、十二分别为植物组织培养室的平面设计图，以及可做示范的豆苗茎顶培养的简易步骤及工具。图十、植物组织培养室的平面设计图图十一、简易的茎顶培养技术（豆苗的茎顶培养）

图十二、豆苗茎顶培养的器皿及工具六、胚移植技术及细胞核移植技术（一）胚移植技术有关家畜受精卵的移植技术，在1960年代后期已开始研究，如今已进入实用化的阶段。但在1975年以后，又另外开发了受精卵分割胚的移植技术，这种新生物技术在家畜生产领域的应用，遂更加受到瞩目。1978年，英国的魏拉逊（Willadsen）在显微镜下操作（手术），分切两细胞期的受精卵胚成为两个分切胚，并将此分切胚移植于母羊的子宫，而成功地生产了一卵双胞胎。从此，胚移植的研究开发大为盛行，目前在羊、老鼠及牛的胚移植技术上，也有很大的进展，已证实了一卵多胎生产的可行性。（二）细胞核移植技术从优良家畜的体细胞取出细胞核，另自非优良母畜的子宫内取出受精卵，并取出其胚细胞的细胞核后，移植上述体细胞核，再将此具有优良细胞核的受精卵移植于非优良母畜的子宫内（所谓借腹生产），使其发育生长，使可生产优良的子畜。1996年，英国洛斯林研究室发表的纯系复制绵羊「桃莉」（注17），使是第一个成功的体细胞核移植家畜。伍、生物技术在医学上的应用生物技术应用于医学上，如药物及疫苗制造、基因诊断、基因治疗等，已为医疗事业带来革命性发展。一、药物的制造遗传工程能将各种生物（包括人类）的基因转殖到可大量繁殖的细胞，如细菌、酵母菌、动物及植物细胞，以制造药物。尤其是细菌已成为「生物工厂」，可以大量生产药物，最先应用遗传工程技术生产的药物是胰岛素。含血纤维蛋白溶酶基因的转殖山羊，可生产血纤维蛋白溶酶，用于治疗心脏病及动脉阻塞，一头含此基因的羊每天可生产7万美元的药物。市场上遗传工程药物及疫苗已相当多。

已经在使用的遗传工程药物药物名称治疗病症胰岛素糖尿病生长激素脑垂体分泌不良、侏儒症血纤维蛋白溶酶心脏病、血管阻塞干扰素癌症红血球生成素（刺激红血球形成的激素）贫血症白血球介素2（协助T淋巴球形成）癌症肿瘤坏死因子癌症人类凝血第八因子血友病二、疫苗的制造疫苗方面最有成就的是B型肝炎遗传工程疫苗，将B型肝炎表面抗原基因转殖到酵母菌内，酵母菌就可产生B型肝炎表面抗原，将这种表面抗原做成疫苗，可以有效的预防B型肝炎感染。研发中的还有食品疫苗，例如将B型肝炎病毒的表面抗原基因转殖于香蕉，使香蕉果实中含有少量病毒的表面抗原，只要吃这类香蕉就可刺激人体产生抗体，而达成免疫作用。三、单株抗体（monoclonalantibody）由单一B淋巴球与骨髓瘤细胞融合的融合瘤细胞，产生的单一抗体称为单株抗体，用于治疗或检验特定蛋白质。四、基因治疗遗传疾病可能由一个或多个基因的功能受损害而引起。治疗遗传疾病可以设法以健康的基因替换缺陷的基因，或者改变受精卵的基因组成。基因治疗被认为是二十一世纪的医疗希望，特别是遗传疾病。五、检验利器－DNA指纹DNA指纹亦称DNA鉴定（图十三），已广泛应用在亲子和刑事医学的鉴定。DNA指纹是利用限制酶将DNA分子切成许多长短不一的片段。各种片段在电场中移动时，片段短者移动较快，片段长者移动较慢。移动后的DNA经过特别处理，会显现不同的带状分布。在亲子鉴定时，由于子代继承父母各一半的基因，所以DNA指纹中有一半环带的分布与父亲相同，而另一半则与母亲相同。经过仔细比对后，亲子关系就可以鉴定。图十三、DNA指纹六、组织工程和器官移殖器官移殖是重要的医疗过程，但器官移殖有器官来源缺乏、排斥等问题。利用组织工程培养器官是解决问题方法之一，目前已有培养的皮肤、血管、肝脏、膀胱等器官正在使用或研发中。七、试管婴儿利用体外受精技术，将卵在体外受精，培养成为初期胚胎，然后殖入子宫中发育成婴儿。自1978年技术成功后，现在普遍用来解决不能生育的问题。

陆、生物技术在工业上的应用利用微生物大量生产商品，尤其是藉基因工程改变微生物的基因组成，大量生产工业酵素、化学原料、食品原料。一、食品工业：人工甜味剂—阿斯巴甜、果寡糖、甲壳素等。二、化妆品工业：如含「紫草」红色素的口红，取代人工色素。三、能源工业：生质能源如醱酵产生酒精、甲烷等。四、清洁工业：清洁剂中含蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶等酵素，借以清除油污。五、皮革工业：蛋白酶、脂肪酶除去毛发、油脂。六、生产化学原料：如胺基酸、乙醇、丙酮、乳酸、醋酸、淀粉等。柒、生物技术在农业上的应用一、传统育种与基因工程改造植物之差别传统育种基因工程改造植物1.耗时1.省时2.有遗传学上的限制2.可自任何生物取得选殖基因3.不可有效的控制育种结果3.确实的殖入所需要的遗传基因二、植物生物技术在农业上的应用（一）抗杀草剂基因转殖作物。（二）利用生物技术增加作物之固氮能力。（三）抗虫基因转殖作物。（四）抗寒作物。（五）抗逆境作物。（六）改进作物质量。1.增加蛋白质含量2.增加植物组织中人体必需氨基酸的含量3.增加作物之营养价值4.增加饲料的消化性能5.药用植物之发展（七）植物成熟期调整及增加收获后之耐贮性等，如1994年美国加州基因公司（calgene）所开发的生技西红柿（Bio-tomato）（注18），使具有耐储藏的特性。三、动物生物技术在农业上的应用（一）增加牛乳、肉、蛋及饲料作物的产量。（二）禽、畜牧的预防及治疗。（三）改进畜产品的质量1.如利用遗传工程生产低胆固醇的蛋。2.利用遗传工程减少猪肉的脂肪含量等。（四）利用遗传工程生产特殊蛋白质1.利用动物转殖基因技术，培育基因转移动物，如使牛能在牛乳中生产胰岛素或荷尔蒙。2.利用羊奶生产人类之凝血因子。（五）利用动物胚胎技术加速纯系动物之繁殖效率。（六）利用生技产品来增加禽畜之生产效能。四、微生物生物技术在农业上的应用（一）醱酵技术1.醱酵的目的（1）食品保存（2）增加食物之营养价值（3）改进食物之风味（4）生产微生物细胞、酵素、代谢产物等2.醱酵的种类（1）传统的醱酵（2）生物反应器（二）微生物生物技术在农业生产上的应用1.生物防治微生物之生产2.固氮菌之生产3.反刍动物有益肠内菌的生产4.动物荷尔蒙或胰岛素之生产5.乳酸菌的生产（三）微生物生物技术在食品工业上的应用1.改进醱酵食品的质量2.发展新的加工食品3.改进食品的安全4.食品安全检验技术的应用（四）微生物生物技术在环境保护上的应用1.生物分解作用2.有毒物质之分解捌、与生物技术相关的行业一、与农业相关的行业酵素、食品添加、饲料、动植物育种、农药、疫苗、植物荷尔蒙、肥料、病害诊断等。二、其他相关行业质量管制、动植物检疫、制造业、生产业、信息系统业、市场营销、行政管理。玖、生物技术与人文生物科技的进步，带给人类美丽的远景，也带来潜在的和未知的危险。所谓「水可载舟，亦可覆舟」，生物科技对生态和社会可能造成的好处与风险都需要仔细评估。有关社会、法律、生态、伦理道德等方面的问题都需要未雨绸缪。一、潜在危险（一）操作过程的潜在危险在微生物遗传工程的操作过程，可能会制造出危险的有毒生物、废弃物，或者发生微生物逸出事件。为了防止事件的发生，需制定严格的安全规则和周密的隔离措施。（二）遗传工程产物的潜在危险遗传工程产物具有潜在的危险性和副作用，长期使用是否会有后遗症？又如用来生产胰岛素和生长激素的大肠菌，如果回到人体。将是祸害无穷，因为过多的胰岛素及生长激素对人体是有害的。基因转殖食物可能引起生病、过敏等。二、社会观点看生物技术医疗技术、新品种生物的专利，是否会造成垄断？贫富不均造成资源享用的不公平（有钱人可做基因转殖）；生物科技是否对传统产业产生排挤作用？这些都是整个社会的问题。当1970年，美国展开镰刀型细胞贫血症筛检工作，协助人民发现自己潜在的疾病。但是有些美国的非洲后裔青年因带有此病基因，被保险公司拒绝投保，有的无法进入空军官校或航空公司工作等，显现可能造成无意的伤害或基因歧视。三、伦理观与法律观看生物技术所有基因工程发展的产物，实际上都伴随着伦理和法律问题。诸如：（一）冲击伦理关系人如果可以复制，人类社会的伦理关系，例如亲子、夫妻关系将受到严重影响。试管婴儿技术为许多无法生育的夫妇带来希望。但父亲、代理孕母、母亲等关系复杂，会带来不少伦理和法律的问题。（二）谁有权利人类基因体的完成，将开启基因诊断与治疗发展的大门，同时它也产生了伦理与法律问题，譬如谁有权利检视他人的基因体（隐私权）？如何使用这些遗传信息？个人的基因体是否影响到职业选择的公平性？保险公司是否可以拒绝基因组图中有致命遗传疾病基因的人投保？四、生物技术的生态风险和对生物演化的影响转殖生物其实是人类创新的新生物，可能会加速生物的演化，影响原有的生态系。转殖生物可能发生下列变化：（一）转殖生物可能发生突变，产生超出人类预期的影响。（二）转殖生物可能产生基因的扩散抗杀草剂植物在自然界可藉传粉作用，将基因四处散播，野草可能会获得此抗杀草剂基因，成为抗杀草剂的野草，使杀草剂失去杀草的功效。（三）转殖生物可能产生超级植物抗病虫害植物可抗病虫害，将在自然界成为超级植物，大量繁殖形成生态的大灾难。可能降低生物歧异度，不利生态的平衡。（四）人成为生物演化的力量之一，是相当危险的人类的科技固然进步很多，但对生命现象的了解仍然有限，对演化与自然平衡的机制仍未能全盘掌握，冒然的改造生物基因，对未来生命世界的影响，仍是个未知数。如果是不好的影响该怎么办？！五、人类对生物技术应有的态度总之，就目前的基因工程发展而言，一切尚在人类的掌握中，未曾有严重危险事件发生，人类对生物技术应有的基本态度应该是：（一）生物技术是以服务人类为原则。（二）必须尊重人权、平等和隐私。（三）诫慎小心，未雨绸缪。（四）应与自然界的生物共存共荣，不应过度干预自然法则。

〔注1〕原核细胞原核细胞为不具细胞核构造的细胞，这是相对于真核细胞的名词。原核细胞携带遗传情报的DNA呈环状，以裸露状态存于细胞质（cytoplasm）中。相对地，真核细胞的DNA则包在细胞核中。此外，原核细胞没有粒线体、叶绿体、高尔基氏体（Golgibody）等真核细胞可见的各种胞器（organelle），即使以电子显微镜观察，细胞质部分也看不到清楚的构造。生命演化过程中出现的原始细胞可能是原核细胞，现存于地球上的所有生物，可能均源自30亿年以前诞生的原核细胞。由原核细胞构成的生物称为原核生物，可大分为「细菌」（真细菌）与「原始细菌」（archaebacteria）两群。原核生物主要包含由一个细胞构成一个个体的「单细胞生物」，细胞通常为1～10微米大，最近则发现由一个100微米以上细胞所构成的巨大原核生物。〔注2〕细胞核细胞核为由双重膜形成的胞器，真核细胞即因具有细胞核而得「真核」之名。细胞核为细胞中最显著的构造，通常一个真核细胞拥有一个细胞核。细胞核将携带遗传情报的DNA包住。双重膜的内侧膜称为内膜；外侧膜称为外膜，外膜和内质网相连。核膜上开有许多小孔（核孔），细胞核与细胞质间的连络，即透过核孔进行。真核细胞DNA的「转录」（transcription，DNA情报转写成mRNA），在核中进行。mRNA经核孔来到细胞质，在细胞质中进行「转译」（translation，根据mRNA的情报，进行蛋白质的合成）。不具细胞核的原核生物，不论转录或转译都在细胞质中进行。真核细胞如何获得细胞核仍不清楚。真核细胞的祖先可能因原核细胞的细胞膜向内侧缢缩，包住DNA，而形成细胞核。〔注3〕真核细胞真核细胞内含有具双重膜所包围的细胞核，因此而得「真核」之名。真核细胞除了细胞核之外，还拥有高尔基氏体、叶绿体（若为植物）、内质网（endoplasmicreticulum）等胞器，以及细胞骨架（cytoskeleton）。真核细胞的大小一般为5～100微米，比原核细胞大，有携带大量遗传情报的DNA。原核细胞的RNA、蛋白质与DNA同样在细胞质内合成；真核细胞携带遗传情报的DNA则包在细胞核中，因此其RNA在细胞核中合成，蛋白质则在细胞质中合成。地球上广见的动物、植物、真菌等均由真核细胞构成。真核细胞在原核细胞出现20亿年以后，大约15亿年前出现，因携带远比原核细胞多的遗传情报，任务并由胞器分担，因此而可发展出复杂的功能。我们可以说，由于真核细胞这种优秀细胞的诞生，地球上的生物遂得以多样性的演化。〔注4〕基因基因是指细胞内决定生物遗传性状的单位，这是孟德尔于1865年所提倡的概念。我们可以观察到，细胞核中的染色体如孟德尔所提倡的基因般，分配到配子。摩根于1926年发表「基因学说」（genetheory），阐明基因排列在染色体上。细胞核中有核酸、蛋白质等种种物质；核酸是由核糖、磷酸、4种硷基所形成的单纯物质，蛋白质则是种类非常多的复杂分子，因此当初预测基因的主体物质可能是蛋白质。1928年葛里菲斯将S型肺炎双球菌（Diplococcuspneumoniae）加热杀死后，加在R型肺炎双球上，发现R型菌会转变成S型菌的性状转换（transform）现象；1944年，欧兹华德．艾佛里发表，引起这种性状转换的物质（遗传物质）为DNA。1952年赫西与杰斯利用噬菌体作实验，证实遗传物质就是DNA。〔注5〕DNADNA为脱氧核糖核酸，是构成基因的物质，也是一种核酸。核酸为在细胞核中发现的酸性物质，因而得名。DNA分子由「脱氧核糖（deoxyribose）、磷酸、硷基（base）组成的核苷酸单位」长长相连成２股，以同一轴为中心卷成螺旋状的「双螺旋构造」。糖与磷酸形成外侧的链（chain）部分，硷基则朝向内侧。DNA的硷基有腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）４种。华生和克里克根据硷基的存在比发现，A与T为１对１、G与C为１对１，另外根据X光拍摄的DNA晶体结构照片，于1953年发表DNA的双螺旋构造模型（华生－克里克模型）。2股DNA的硷基以A与T、G与C的形式结合【称作「硷基对」（basepair）】，呈扭转的梯子形状，这个构造可妥善说明基因的特微。〔注6〕DNA的复制遗传物质（geneticmaterial）DNA于细胞分裂时必须正确复制，分配到子细胞。复制时，DNA双股间的硷基键被切断，成为2条单股的DNA。细胞内有许多分别拥有A、T、G、C盐基的核苷酸，这些核苷酸如同零件，对应单股DNA的硷基排列方式【盐基序列（basesequence）】连接成新股DNA。DNA2股的硷基序列并不相同，1股的硷基序列为另1股硷基序列的模板（template）。例如原股的硷基序列为ATCTGA，复制股的硷基序列是TAGACT。这种构造彼此「互补」（complementary）。如此形成2条双股DNA，每条双股DNA由原来的1股DNA与新合成的1股DNA构成，新形成的2条双股DNA与原来的双股DNA一模一样。这种复制方法，称作「半保留复制」（semi-conservativereplication）。〔注7〕染色体位于真核细胞细胞核中的DNA，与名为组织蛋白（histone）的蛋白质结合，形成细丝状的「染色质」（chromatin），染色质无法以显微镜观察。细胞分裂时，染色质缩合（condensation）成粗绳状，才可用显微镜观察；这种绳状构造称作「染色体」（chromosome），因容易被显微镜观察用色素染上颜色，而得染色体之名。细胞分裂时能够观察到的染色体数，依生物种类而异，果蝇有8条，人类有46条。每条染色体由1条DNA分子构成，人类的遗传情报分布在46条染色体（46条DNA分子）上。将人类1个体细胞中的46条DNA全部连在一起，长可达2公尺。DNA与蛋白质形成名为染色质的复合体后，整齐摺叠，收纳在直径10微米左右的细胞核中。〔注8〕DNA的转录、翻译根据DNA的遗传情报（亦即硷基序列）制造蛋白质时，首先须将DNA的盐基序列转写成mRNA，再根据mRNA的硷基序列实际合成蛋白质。将DNA的情报转写成mRNA的过程称作「转录」，由mRNA合成蛋白质称作「翻译」。转录时，DNA硷基序列会用来合成互补的mRNA。互补的序列指硷基与硷基键结的序列，A与T（RNA为U）、G与C。假设DNA的序列为CAT，与DNA序列互补的mRNA序列为GUA。在转译的过程中，mRNA会与细胞内名为核糖体的粒子结合，tRNA则会运来与mRNA「密码子」对应的胺基酸。胺基酸在核糖上逐渐连接，直到出现代表「终止」的密码子。连接的胺基酸离开核糖体，摺叠成蛋白质。〔注9〕RNARNA为核糖核酸，是核酸的一种，虽与DNA同样以糖、磷酸、硷基所形成的核苷酸为构成单位，但RNA中的糖为核糖，4种硷基中的A、G、C与DNA共通，T则被U【尿嘧啶（uracil）】取代。RNA是协助基因（DNA）制造蛋白质的物质，依角色不同，分为mRNA【信使RNA（messengerRNA）】、tRNA【转移RNA（messengerRNA）】rRNA【核糖体RNA（ribosomalRNA）】３种。mRNA在根据的DNA基因情报合成蛋白质时，扮演着传递胺基酸种类、顺序等情报的角色，以１股DNA为模板而形成。指定蛋白质情报的那股DNA，称作「有意义链」（sensestrand）。tRNA于蛋白质合成时，将胺基酸运到核糖体。构成蛋白质的胺基酸有２０种，不同的tRNA分别对应不同的胺基酸。rRNA则是蛋白质的合成场所－核糖体粒子。〔注10〕遗传密码遗传密码（geneticcode）为决定蛋白质胺基酸序列（aminoacidsequence）的DNA硷基排列。虽然基因的主体为DNA，但实际形成生物体组织、进行体内化学反应的，却几乎全是蛋白质。若说DNA为生物体的设计图，蛋白质就是实战部队，DNA的情报未转换成蛋白质即不具意义。也就是说，DNA的遗传情报（遗传密码）为制造蛋白质的情报。蛋白质为20种胺基酸以各种顺序长长相连的物质。制造蛋白质时，哪个胺基酸以哪种顺序排列，都由DNA的硷基序列（basesequence）指定。也就是说，遗传密码为硷基序列。密码以字表示时，采用盐基的缩写-A、T、G、C。盐基以3个为一组，指定1个胺基酸。3个1组的硷基序列，称作「密码子」（coden）。〔注11〕密码子遗传密码以3个1组盐基指定1个胺基酸，3个1组的盐基序列称作「密码子」。显示哪个密码子对应哪个胺基酸的表，称作「遗传密码表」。虽然蛋白质按照DNA的情报制造，但在制造前须先转录DNA盐基为mRNA，蛋白质实际上是依照mRNA的盐基序列合成。〔注12〕基因重组技术基因重组技术为将某DNA片段插入其他DNA分子的技术，又称作「DNA重组技术」。利用这种技术，可让大肠杆菌专门制造人类细胞才能制造的蛋白质。基因重组技术的基本步骤如下：（1）溶掉具目标蛋白质基因的人类细胞，取出DNA；（2）以「限制酶」切断DNA，制作目标基因断片；（3）将DNA断片连接于「载体」DNA分子上；（4）将载有人类DNA的载体转殖到大肠杆菌；（5）培养具备人类功能基因的大肠杆菌，该基因会制造目标蛋白质。大肠杆菌能够简单地大量培养，因此可以用基因重组技术有效生产胰岛素等治疗上有用的蛋白质。利用基因重组技术，不仅可将基因转殖到细菌，也可转殖到动植物等真核生物的培养细胞。目前已培育出具备导入基因，而能使乳汁中带有人类蛋白质的「基因转殖动物」（transgenicanimal）

〔注13〕限制酶限制酶为细菌用来切断DNA的酵素，因在设限处切断DNA而得限制酶之名；原是大肠杆菌等细菌用来切断感染自己的噬菌体DNA，以自我防卫的酵素。我们已在各种细菌找到各种限制酶。基因重组技术则利用限制酶，于目标位置切断DNA。像EcoRI、BamHI限制酶的切断位置，即如下所示：EcoRI切断位置GAATTCCTTAAGBamHI切断位置GGATCCCCTAGG限制酶切断的DNA由DNA连接酶连接。扮演剪刀角色的限制酶与扮演浆糊角色的DNA连接酶，为基因重组上不可或缺的工具。〔注14〕载体载体指在基因重组技术上扮演「搬运基因」角色的DNA分子，主要载体有质体（plasmid）、噬菌体（phage）、反转录病毒（retrovirus）。细菌除了染色体DNA以外，还拥有若干小型环状DNA，这些小型环状DNA就是质体。噬菌体（又称为ba