2020年09月25日
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【優秀農業人員】胡凱康:活用分子標誌技術,從基因解密臺灣米滋味

吃飯皇帝大!米飯是臺灣人的重要主食,我們感謝辛勤的農民揮汗照料田間的稻作,但其實在稻農背後,還有一群研發育種改良的幕後功臣。專家各司其職,費神地育出新品種、鑑定好品種,守護臺灣專屬的米飯風味。
而臺灣大學農藝學系副教授胡凱康便在此領域貢獻良多,他傳授學術理論,同時,以理論結合技術,導入育種改良,也活用鑑定技術檢驗稻米品種,把關、推廣市售食米檢驗,名副其實地是「粒粒皆辛苦」,才能確保消費者吃下肚的每一口,都是好品質的米飯滋味。

「讀書時,臺大農藝系就是我心目中的第一志願。」胡凱康侃侃而談對植物領域的興趣,引領他走入這一行,隨後也就讀碩士、出國留學, 最後再回到臺大農藝系任職28年。

結果,胡凱康始終在「第一志願」耕耘,他投注青春、奉獻職涯,包含稻種純化作業、育種研究、判別市售米摻偽、鑑定米製品的食米含量等,這些攸關臺灣米糧品質的幕後工作,有胡凱康導入「分子標誌技術」,維護食米的產銷秩序。

胡凱康回憶,學生時期學的仍是傳統育種方式,學習方向多為「統計學」,以數量遺傳的模型為基礎研究育種。然而,分子生物領域的發展勢不可擋,過往耗時費力的育種工作有了新契機,也讓胡凱康順勢投入。

胡凱康(後排右七)民國66年和大學同學於臺大農場的磯小屋前合影。(圖片提供/胡凱康)

機率再低也看得見,分子標誌加速育種腳步

育種呼應作物的改良原理,集中想留下的性狀,才能育出符合期待的品種。但是,控制作物性狀的基因可能不只一個,再加上培育作物常受環境影響,傳統育種家得靠經驗,用行家的眼光挑選,耗時費力才育出新品種。

相較於傳統育種等待作物長出後代,用肉眼觀察性狀,再挑選回交育種;分子標誌技術可提供育種前的分析追蹤。人們不必在田間守候,於實驗室內便可觀測基因體, 從DNA 找出其特殊性、某段基因的位置、該基因控制的性狀與力量有多大等資料,並加以描述、做記號。之後,再搭配適當的統計方法,便可快速雜交出特定族群。

「『分子標誌技術』是一種工具,幫助我們看見看不到的。」胡凱康形容,因為作物特性的表現容易受到環境干擾,過去的育種方式可說是「半矇著眼選」,但若導入分子標誌技術,便如同「看著選」, 大大提高便利性。他舉例,臺灣環境不適合食味值優良的日本越光米生長,但臺灣曾首度透過此技術選拔,育出適應臺灣氣候,品質又近乎越光米的「臺南16號」。胡凱康補充,此技術不只運用於稻米, 其他作物的育種工作也能因此事半功倍。

拿到欲鑑定的樣本時,可在實驗室內以器材逐步分離不必要的物質,最後才能抽取出DNA 分析。

要直接判定食米是否混雜其他品種相當困難,即使分辨出是兩款不同品種,仍難以辨別其來源,但以分子標誌品種鑑定技術輔助,可驗證食米來歷。(圖片提供/胡凱康)

不只應用於育種,也能純化、鑑定品種

除了育種,胡凱康還將分子標誌技術應用在純化品種。臺灣水稻採三級良種繁殖制度,在種作前先分為「原原種」、「原種」與「採種」三階段繁殖、挑選,確保送到稻農手中的稻種純正。然而,胡凱康指出,育種家在田間觀察高級世代時,許多植株已看不出差異,「但眼睛看見的一致不等於DNA的一致,若水稻種子一開始就不純,後續種植就會變得很複雜。」

因此,他透過分子標誌技術找出原原種前的種子,即為有「育種家的種子」(breeder seed)之稱的基本種,讓後續釋放種子、育苗時的時候,能排除種子不純的疑慮, 從源頭掌控混雜的情形。同時,也能藉此維持三級良種繁殖制度的穩定發展。

此外,此技術還能鑑定食米品種與米加工品,胡凱康擔任「食米品種檢驗技術小組」召集人,督促驗證單位,導入技術提升檢驗的準確度,而能強化驗證品質以確保消費者的權益。

實驗室內陳列許多器材,欲鑑定水稻品種時,可以支援區分樣品、抽取其DNA、後續分析判讀等工作。

實驗室內有分裝許多不同品種的稻米樣品。

不會就要學,串聯各領域知識撐農業

「農業科學是應用科學的領域, 我們的工作不在於創造不存在的知識,而是整合既存的知識,解決現有的問題。」胡凱康回想一路走來,從統計基礎向外拓展視野,學習生物科技的分子標誌技術,再回歸農業領域解決問題。其工作原則仍是了解產業現況,並保持一顆彈性的心、多學習新事物,才能知道如何應對。

他強調,「碰到問題不要說不會,不會就要去學。」串聯各領域的知識可激發新火花,就算學習並非為了立刻的用途,但結合學過的知識,可以培養全面性的眼光,做出綜合性的判斷。他常鼓勵學生學習,更何況電腦資訊發達的現代, 知識技術流動幾乎已無限制,「唯一受限制的是自己的想像力和努力程度。」

「臺灣的稻米在農業、文化上,都是一個非常重要的產業。」胡凱康期許,這些年裡,各方努力的核心理念,便是希望撐住臺灣的稻米產業。隨著貿易自由化的壓力,胡凱康呼應政府曾提出的「三品農業」政策, 即為品質、品種與品牌,盼提升農業的附加價值。

臺灣有優秀的育種家依照環境育出最好品種,若能進一步了解品種特性,便可以掌握米的故事,而這些故事也將成為臺灣米的競爭基礎。胡凱康希望,「我們要發展稻米品種的檢驗技術,才能區別我們的品種和進口的品種,幫助稻米產業永遠留在這個地方。」

實驗室內還留有日治時期留下來的手動礱穀工具,相當具有歷史意義。

(本文轉載自《豐年雜誌》2017年01 · 02月號

回交

回交為一種育種的方法。在育種工作中,育種家希望育出新的優良品種,會先蒐集資料, 檢視各品種的特性和性狀。經過比較後,再挑選兩個不同的品種作為親本來雜交。

例如,甲品種為一優良品種, 但缺乏某些重要的性狀;另一乙品種則擁有甲品種缺乏的、育種家希望可以添入的性狀。此時,育種家便會挑選甲、乙兩品種雜交,而產生的後代再與甲品種繼續雜交,此方法即稱為「回交」。

回交可以連續多次進行,且透過重複地回交、挑選,可讓後裔擁有甲品種的優點,同時成功孕育出原本缺乏的性狀,最終改良成為一穩定的新品種。

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