生物科技在农业上应用

按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,*,*,生物科技在農業上應用,吳 懷 慧,1,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,。,2,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(Rough form)肺炎菌不致病(鼠內只有R菌)(B)注入鼠內活S型(Smooth form)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),。,3,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(Rough form)肺炎菌不致病(鼠內只有R菌)(B)注入鼠內活S型(Smooth form)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),。,4,5,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。,6,7,1953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,8,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。,9,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（53）；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。,10,11,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,12,13,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（Francis Crick）,，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（Central Dogma）。,DNARNA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（reverse transcription）DNAmRNA蛋白質蛋白質表現轉錄（transcription）轉譯（translation）,14,15,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。,16,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。,17,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。,18,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。,19,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。,20,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。,21,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。,22,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