為改良水果打天下的農業科技

當傳統的栽培、育種技術運用得相當熟練之後，一些研究人員走進實驗室，另創了一個新的植物天地。在顯微鏡和試管之間，許多匪夷所思的構想付諸實現，某些過去無法跨越的障礙也得到解決。

組織培養就是其中一項重要成就。

我們在科幻小說中看到，利用一個人身上的一個細胞，可以複製出長相、神態、動作和那個人完全一樣的新人。這個無性生殖的靈感和組織培養不謀而合。

科學家先是利用單細胞或簡單的多細胞生物做實驗，因為越低等的生物，生活條件越簡單，在實驗室堸鷎i起來也比較容易；只要有適當的養分，這些微生物便能自行分裂，增殖出新的個體。

但是進化程度極高的生物，每個細胞的功能都非常固定，即使脫離原來生物體還能得到適當的生存環境，也無法分裂繁殖出一個完整的新生物體；也就是說它如果本來是表皮細胞的話，再怎麼分裂增殖，也只能得到新的表皮細胞。在沒有解開控制細胞分化的謎底之前，以體細胞複製人類，只是小說的題材。

圖3.是遭到木質型病毒侵襲的百香果畸型果實（左邊兩個），和正常果實的對照。（林瑩達提供）（林瑩達提供）

植物可以「無性繁殖」

然而許多植物本身就能進行無性繁殖：有些果樹的枝條插在地上，就長得出根來；有些則是地下莖可以長出芽來，冒起第二、第三棵樹。

這表示它們的細胞組織若受到適當刺激，可以分化出功能和原組織不同的新器官來。

植物組織培養就是利用這個特性，把植物體上容易增生的細胞組織取下，放到試管中，給予養分、植物生長素等，誘使它從幾個細胞發育成一團細胞，然後再給予適當刺激，使它長出芽、根、葉子，成為一棵小小的、和母樹遺傳性狀一樣的新植物。

這個方法的好處是，可以培育出無病毒的植株。田間的營養繁殖，無可避免地把病毒一代代傳下去。組織培養的材料取自生長點等不易受病毒侵犯的部分，而且經過消毒的手續，病毒消滅殆盡；又在嚴密控制無菌狀態的試管中生長，因此可以得到健康的新生苗。

其次，組織培養能夠大量繁殖新苗。當細胞增生為一團不具特殊形狀的組織時，一般稱之為「癒合組織」，可以分割成好幾個小團，放到新的試管裡。每一小團又會再增生為一大團，有時可以重覆分割十幾次，這樣一來，數量就大為增加，新苗的株數也可倍增。

圖4.是得到輪點病的木瓜果實，表皮有輪紋病徵。（張良綱）

組織培養是重點工作之一

目前在水果方面，香蕉、草莓已經實際應用組織培養，提供大量無病毒的種苗作農業用途。至於分化更複雜的木本類果樹，如橘、梨、蘋果、楊桃、番石榴等，成功地以組織培養培育成苗的例子還很少。反而是草本的花卉、雜糧作物成功的較多，比方以往繁殖困難的蘭花，不少民間私營的種苗場就以組織培養提供種苗。

國內有不少單位從事組織培養的研究工作。大學農學院系、臺灣省農業試驗所、屏東香蕉研究所和中央研究院植物研究所都已進行多年。

他們的研究目標還包括新品種的育成。中研院植物所研究員張唯勤解釋，現在植物學家研究在實驗室裏改良品種，有三個途徑：

一、基因重組。

基因是決定一個生物各方面表現的遺傳物質。一個人是直髮或捲髮，黑眼睛或藍眼睛，都由基因控制。果樹也一樣，在適當的生長條件下，有的長得高，有的矮；有的抗病能力強，有的弱；只能歸諸天生註定，也就是遺傳基因的不同。

生物體每一個細胞的細胞核裡，都有屬於該生物獨一無二的整套基因。傳統的雜交育種，所寄望的正是卵子細胞和精子細胞結合後，雙方的優良基因能合起來，得到表現傑出的下一代。

問題是傳統方法只能任由基因隨機組合，後果常常不如理想。所謂「基因重組」的生物技術，就是乾脆直接拿一個細胞來動手術，把不夠「好」的基因換掉，植入別的細胞的「好」基因，然後把這個擁有一切優良基因的細胞，用組織培養的辦法，培育成一株小植物，一個新的品種就誕生了。

理論如此，但是這當中還有很多問題，包括辨認、尋找極微小的基因、用什麼工具移植等等，都有待努力。

二、外在刺激的誘變。

由於實驗室裏提供植物細胞生長的環境，包含很多化學、物理的刺激，正常的組織培養過程中，細胞已經很容易起突變，形成畸型組織，必須淘汰。

現在更故意施以正常細胞所不能忍受的強烈刺激，比方拿能使人體細胞轉變為癌細胞的輻射線，照射這些培養中的組織，或拿毒性劇烈的化學藥品噴灑、浸泡它們；雖然99％的結果不能存活，但在剩下的1％裡，希望能找到值得保留的突變種。

三、溶掉植物細胞的細胞壁，使兩個以上的細胞結合，產生新的個體。通常是把兩類不同種的植物細胞，各自增殖為一堆，再互相混合，希望因不同的細胞核彼此結合，而得到擁有新的遺傳性質的新品種。

圖2.：試管裏的無病毒幼苗。（張良綱）

能否育出新品種的百香果？

張唯勤在兩年多以前開始做百香果的組織培養。百香果天生就品種少，有些又是自交不親和的品種，傳統育種成功的機會不多。然而現有兩種毒素病對百香果危害相當大，亟須找到抗病、耐病的新品種，因此他想以組織培養的方法，嘗試製出人為的變異品種來。

目前前一半的工作已經完成，也就是把百香果的細胞培育成癒合組織，癒合組織再變成胚狀物，由胚狀物長出一株小植物；這個部分的問題都解決了。

接下來便要利用前述的後兩種方法：供給外在刺激和溶化細胞壁，尋求新品種的育成。這也是現在正在進行的工作。

圖5.：研究人員在無菌操作台處理組織培養育成的小植株。（張良綱）

鑑別病毒系統有好方法

在植物病理的範圍內，也有一個相當尖端的研究在實驗室中進行，目的是對抗危害許多果樹的毒素病。

臺大植病系教授蘇鴻基說，對付植物的毒素病和對付人生病一樣，有兩個步驟，第一是診斷樹木患了什麼病，第二是治療生了病的樹。

引致毒素病的濾過性病毒，每一個種類都有許多不同的系統——就像人的流行性感冒也有很多類型——有的是重症系統，嚴重影響植物的生長；有的是輕症系統，植物有輕微病象，但影響不大。

國外過去有研究發現，得了輕症毒素病的植物，有時候不會再得重症，這等於是一種預防。於是就有人試著把重症病毒「弱化」，或從自然界找出輕症病毒，「接種」在植物體上，稱為「交叉保護」。巴西柑橘「淒慘病」採用了這個方法，效果便非常好；但是過去德國發生過煙草接種的病毒性質轉變，反而造成嚴重欠收。

因此尋找有效而且穩定的輕症系統，就成為防治毒素病的一個重要課題。

蘇鴻基正在進行利用「融合瘤」技術，製造柑橘毒素病的「單元抗體」，以明確地判別病毒種類及系統。有了這個工具，將來可以做出簡便的「試劑」，使檢疫以及植物無毒化的工作普遍而易行。

有了第一步「診斷」的成功，才談得上日後第二步的「治療」。

百香果已經可以成功地用組織培養的技術，從細胞組織分裂增殖為一棵小苗（圖片由張唯勤提供）圖1.：由百香果莖的表皮，長出綠色的癒合組織。（圖片由張唯勤提供）（圖片由張唯勤提供）

「電泳」能即早判定抗病品種

「電泳」是一九七○年代開始運用於判斷遺傳特性的一種生化試驗。

省農試所約聘技術員吳明哲回國不到一年，目前在園藝系從事柑橘幼苗的電泳試驗。

由於果樹的幼年期長，植株大，育種花費的時間、財力都不小。如果能趁早檢查出果樹未來的發育傾向，淘汰不符要求的植株，成本可以減少很多。

科學家發現，控制果樹抗病與否的遺傳基因，常和控制同功異構的基因有聯鎖關係，而同功異構是植物體全身都有的一種酵素，取得很容易。因此他們想到，也許可以經由檢查同功異構的異同，從而得知所育植株是否抗病。

這種酵素的成份是蛋白質，不同的蛋白質帶有不同的正負電荷，所以如果把植物組織的萃取液，滴在通了電的介質上，萃取液中的許多蛋白質分子會隨著電荷的不同，排列成不同的形狀。這就是「電泳」。

如果已知某品種抗病，便可以把它的電泳排列形狀，拿來和新育出幼苗的形狀相比，找出具抗病性的幼苗來。

吳明哲估計，一組實驗人員一天可做四十個電泳試驗，也就是可以檢查四十株幼苗具不具抗病的遺傳基因，育種的效率自然大為提高。

生物科技上的研究，並不能也無意取代一般栽培、育種的方法，但確實可以彌補不少傳統方式不足之處；而且實際應用在作物上的速度，要比普通想像的更快。

行政院農業委員會從三年前開始，每年撥兩百萬元的經費，支持了六個以生物技術改良水果的研究，許多計畫目前仍在進行。國科會生物處最近也連絡了中研院植物所等單位，開始籌備一個包括七、八位專家的植物遺傳工程研究計畫，預計在七十四年八月正式展開工作。

包括水果在內的未來農業發展，很可能有相當大的比例，就操在實驗室裏這一批批研究人員的手上了。

圖2.：更大的癒合組織。（張良綱）

圖3.：癒合組織長出白色的胚狀物。（張良綱）

圖4.5.：形成有葉、有根的幼株。（張良綱）

圖4.5.：形成有葉、有根的幼株。（張良綱）

圖1.2.：利用「電泳」，可以提早判別那些幼苗具有抗病性。圖1.是經過染色的電泳成品，能清楚地看到蛋白質分子的排列情形。（張良綱）

圖2.是實驗人員正吸起一滴植物組織的萃取液，準備做電泳實驗。（張良綱）

圖3.4.：育種的過程中，有時會遇到授粉不成功的情形，圖為在瑩光顯微鏡下，觀察到的百香果雌芯柱頭受粉情形（林瑩達提供）。圖3.是花粉著床後，伸出如細絲般的花粉管，表示授粉成功。（張良綱）

圖4.是每個花粉粒只伸出好幾根短短的管狀物，就停滯不前，表示授粉不成功。（張良綱）