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農業科技 用天然標記 選育美味蔬果

現代超市販賣的蔬果往往已失去原先的滋味與營養,科學家現在掌握尋回美味的新技術,而且不需透過基因改造。

重點提要

■為了能培育滿足農業工業化大規模生產需求的農作物,超市蔬果相較於過去的品種,往往缺乏滋味和養份。

■使用基因工程技術改良作物並進入食品生產線中,常常會引發爭議,科學家因而改用「標記輔助育種」,這是結合傳統植物育種與快速分析DNA的技術。

■美國公立大學的植物育種人員在過去會把這種改良的作物種子捐贈給農民,如今則被迫授權給少數大型私人企業,很多人認為這些公司掌握過大的權力。

現代超市的蔬果區充滿了視覺誘惑,草莓飽滿又鮮紅、番茄細緻又光滑、哈密瓜堅實而鮮豔......,只是它們通常不夠美味。為什麼這些美麗的果實味道這麼平淡,要怪只能怪我們自己。藉由育種挑選出大就是好的作物,還要能在避光低溫下耐受好幾個星期的運送與儲存,食物的滋味、芳香和養份早已流失。

想想看哈密瓜帶給植物育種人員的窘境。想享受哈密瓜的完整滋味,我們得在它剛成熟時享用,不然果實就會過軟。哈密瓜在後期生長階段,會釋出大量的植物激素乙烯(ethylene)讓水果迅速成熟並軟化。這種快速成熟使得在美國各州或各國之間運送哈密瓜,遭遇很大的麻煩。即使低溫運送,哈密瓜到運送終點還是會軟掉。因此,植物育種人員為了能長途運送哈密瓜,便把商業品種與天然產生低量乙烯的品種交叉授粉,藉此降低哈密瓜植株的乙烯產量。沒有驟然釋出的乙烯,哈密瓜從田間到超市都能維持堅實,然而賦予成熟哈密瓜香氣和滋味的化學反應,則永遠不會發生。

克服這種困境,育種人員已小有成效。1990年代,荷蘭戴魯特種子公司的植物育種人員尚貝朗(Dominique Chambeyron)成功培育出各式各樣表皮上有明顯直條紋的小型哈密瓜Melorange,這種哈密瓜在採收數個星期後,仍能保持堅實與風味。每年12月到隔年4月,農夫在中美洲種植Melorange,再運送到美國的山姆超市或其他連鎖店(因為這些地方過冷無法種植哈密瓜)。今年3月我品嚐了Melorange:它的質地綿密,具有濃郁風味和香氣。遺憾的是,培育出Melorange的傳統育種方式,非常依賴運氣,可能需要10年以上才能培育出讓人驚豔的新品種。育種人員必須一遍又一遍回交授粉,盼望某些後代會遺傳到正確的性狀,而且通常要等植株長大並產出成熟果實,才能知道成果如何。然而大部份產出的果實都不符合標準,完全無法使用。

遺傳學最近提供了一種替代做法。孟山都公司在2008年收購了戴魯特種子公司,任職於孟山都的密爾斯(Jeff Mills)和同事已能在種下哈密瓜種子之前,就預測出最終果實的品質。他們會先精確定位Melorange獨特風味和堅實性狀的基因:藉由一組能互相協同運作的自動化機器,找出哈密瓜種子裡這些基因的「標記」。

孟山都的蔬果研究暨開發總部設在美國加州,2013年11月我去參觀其中的分子育種實驗室時,看到很多這類機器在運作。種子削片機切下種子薄片以分析DNA,但是不會傷害到種仁的其他部份,因此還能播種於溫室或田間;另一台機器從這一點點種子碎片萃取出DNA,並且添加能為相關基因標上螢光記號的分子和酵素;還有另一台機器能放大這些發光標記的數量,並藉由測量發光量,確認基因是否存在。

這種技術稱為「標記輔助育種」(marker-assisted breeding),雖然不是全新概念,但由於基因定序變得更快、更便宜,過去10年前所未有地開創出完美的農產品。孟山都的種子削片機可以24小時全天候運作,整個系統可以在兩個星期內提供結果。過去10年,私人企業和大學的育種人員已成功培育出集美味、色澤豔麗、賣相好與營養豐富於一身的蔬果,有些已經可以在雜貨店和農夫市集買到。除了越臻鮮美的哈密瓜,還有含有更多營養物質的綠花椰菜、多汁的草莓,以及同時滿足視覺與味覺的番茄。

任職於美國農業部和威斯康辛大學麥迪遜分校的馬鈴薯育種專家顏斯基(Shelley Jansky)表示:「基因組學對植物育種的影響幾乎超出我的理解範圍,五年前,我的研究生花費三年時間,試圖找出和抗病相關的DNA序列。在實驗室工作數百個小時後,他找到18個遺傳標記。如今,我的研究生在幾個星期內,就可以得到200棵植株各自的8000個標記。」

這些有關DNA分析的技術聽起來很像遺傳工程,也就是創造基因改造生物(genetic modified organism, GMO)的技術,但並非如此。這和GMO完全沒有關係,事實上,這就是吸引研究人員和種子公司(例如孟山都)的主要原因。

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