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第7章 现代生命与生物技术(2)

利用某些药用真菌所含特定的有效成分,研制成医用或保健制荆或功能性食品成为人类健身的一大法宝。真菌多糖是目前被国际医药界公认为有抗肿瘤、抗病毒、抗衰老作用的有效免疫增强剂。灵芝中有一种铁杉灵芝含50%的多糖,用它制成药剂,可以使人体具有激活和提高免疫细胞的防御功能,对癌细胞也具有抑制作用,并可增强免疫球蛋白的功能。从野生灵芝中提取天然有机锗和高分子灵芝多糖,制成灵芝胶囊药剂用于临床,能增强机体细胞抗病、免疫巨噬细胞的吞噬和抑制癌细胞增殖等能力,还具有预防血栓形成、清扫胆固醇及血小板沉积与净化血液之功效,对糖尿病、心脑血管病有显著疗效,可对癌症作辅助治疗。我国研制的香菇多糖注射液治疗中晚期消化道肿瘤有效率达74.6%,对慢性肝炎治疗总有效率达84.3%,目前认为这种香菇多糖制剂是世界上最强的免疫增强剂。这些药用真菌包括灵芝、香菇、虫草菌、伏苓菌、蜜环菌等有着传统的医用价值,随着人民生活质量的提高和健康保健意识的增强,那些具有药用、医用价值的真菌都可通过发酵途径进行大量生产,研发各类真菌制剂,其产品商业化将日益兴盛。

抗腐烂的水果

在植物基因工程取得的累累硕果中,有一项很引人注目的成就,这就是科学家们培育出的能延缓水果软化和腐烂时间的转基因水果新品种。

研究发现,水果在成熟和衰老的过程中产生乙烯,如果能够控制乙烯的生成趋势必会延缓水果的寿命。为了提高水果的存放期,科学家们开发了两种基因工程技术:其一是插入所谓的反义催熟基因。反义分子与专一的信使mRNA结合以关闭基因。具有这种反义基因的蕃茄不易软化;第二种方法是将某种基因导入到蕃茄中,诱使其产生一种酶,这种酶能降解形成乙烯的原始化合物,从而延缓了蕃茄的腐烂。由这两种方法培育出的转基因蕃茄植株所结的果实在颜色、味道等诸多性能方面均无任何变化。其他类型的抗腐烂转基因水果正在进一步研制中。这种类型的转基因水果一旦进入市场,将产生巨大的经济效益和商业价值。

基因工程专家也在尝试培育具有更高营养的健康食品。目前已经分离出了具有更高营养性能的基因,并证明将这些基因插入作物中是可能的。关于这方面研究最多的是关于作物蛋白基因以及相应转基因作物的研究。例如,科学家设想把大豆蛋白基因转移到水稻中,这将会大大改善水稻的品质。

我国在转基因作物培养方面不断取得突破和进展。转基因水稻、小麦、玉米、马铃薯、蕃茄等作物和蔬菜,不久就可望在市场与大众见面。我国是世界上第二个获得抗虫基因棉花的国家,“抗虫棉”的推广正在为彻底战胜困扰棉农的棉铃虫做出贡献。此外,我国还是世界上第二个用基因工程培育出能抗两种病毒的转基因作物的国家。目前,这种烟草已大面积推广并走向市场,带来可观的经济效益。

奇妙的花粉育种

植物的杂交育种中,通过有性杂交获得的种子种下去之后,长出的杂种植株性状会发生严重的分离。这是因为,在雌雄配子分离组合的过程中,随着配子的自由组合,成对基因发生了自由组合。

花粉作为雄性的单倍体细胞,在合适的培养条件下可长成完整的植株。但单倍体植株长势很差,一般不能开花结果,在生产上没有什么利用价值。但它却是育种过程中的一个很好的中间材料。

采用秋水仙溶液浸泡等方法,可使单倍体植株的染色体加倍,变成基因型纯合的正常的二倍体植株,在繁殖过程中后代不会分离。这样可大大简化后代的选择过程,缩短育种周期。由于单倍体加倍获得的二倍体植株基因型是纯合的,这样隐性的性状也可以得到表现,扩大了性状的选择范围,也有利于对作物品种改良的设计和诱变育种的进行。

利用花粉诱导单倍体植株进行育种称作花粉育种。但一般选用花药作为培养材料,因为单纯培养花粉是不易获得成功的。

花粉育种是植物细胞工程中比较成功的技术之一,至今已有300多种植物诱导出了单倍体植株。我国在这方面的研究处于领先地位,在单倍体育种方面结出了累累硕果。自20世纪70年代开展单倍体育种以来,先后培育出生产上大面积推广应用的京花1号、3号小麦,中花8号、10号水稻等优良品种,在玉米、甘蔗、橡胶、甜菜、烟草、茄子等作物新品种、新品系的培育上也喜获丰收。通过花粉育种培育出的新品种大多表现出了很好的品质和很高的增产潜力,将为我国粮食的增产增收立下汗马功劳。

无籽西瓜的遗传秘密

高等动植物的遗传物质DNA主要是隐藏在细胞核中的染色体上。一般的生物细胞、染色体总是成双成对存在的,每一对染色体长度一样,看起来像双胞胎,这些“双胞胎”叫同源染色体,这样的生物叫做二倍体。三倍体细胞在减数分裂形成生殖细胞时,染色体的等量分配就成问题了,总是不均匀,不是多了就是少了。这样的生殖细胞,虽能刺激卵细胞发育,长出果实,但不能发育成种子。既然三倍体植物发育不出正常种子,能不能将三倍体的西瓜变成三倍体无籽西瓜呢?答案是肯定的,因为这早已成为事实。三倍体西瓜是怎样变成三倍体无籽西瓜的呢?

普通西瓜染色体有11对,细胞分裂形成生殖细胞时,正常情况下,每条染色体被复制成两条,以备“分家”时,公平地分到两个子细胞中。可是当它遇到一种叫做秋水仙素的神奇化学药物时,细胞分裂往往出现“差错”,为细胞分裂准备好的双套染色体,无法分开,从而使染色体数目多了一倍,即由二倍体变成了四倍体。

有了四倍体,就好办了,科学家们用正常的二倍体西瓜给它授粉,使四倍体西瓜和二倍体西瓜杂交,于是后代的瓜籽便是含有三套染色体的三倍体了。三倍体瓜籽种下去以后,也能开花结果,但基本上没有成熟的种子。有一些种子虽有发育,但往往发育到一半就败育了,这就是我们在无籽西瓜中时常看到的白色的软瓜籽。

无籽西瓜好是好,但由于没有种子,不能繁殖后代,所以必须采用年年制种的方法。即每年用四倍体西瓜同二倍体西瓜杂交,以获得三倍体种子,供次年大田栽培用。因此无籽西瓜价格上稍微高一些是很自然的。

能结番茄的马铃薯

番茄和马铃薯是我们饭桌上的常菜,它们的亲缘关系比较远,性状表现有很大的差异,一个在地上结果,一个在地下结薯。如果靠正常的有性杂交,它们根本不可能结合。细胞融合技术,却可以创造奇迹。通过细胞融合技术培育杂种植株的过程大致是这样的:分别取两种植物细胞,为了使它们结合,先把它们的“外衣”——细胞壁去掉,得到裸露的原生质体;在融合诱导剂的作用下,两种原生质体便融合在一起,成为一家。不仅它们的各种“家当”混在一起共用,它们的遗传物质也混合在一起。对这种杂种细胞进行培养,经过细胞分裂和器官分化,最后形成的植株,由于两家遗传信息的共同控制,兼有两种作物遗传特性。

番茄马铃薯杂种植株是两位德国科学家的作品,尽管“番茄薯”仅仅是诞生在实验室的少量样品,在生物界仍然引起了很大的轰动。番茄薯的诞生,为科学家们培育地下结马铃薯、地上结番茄的“二层楼”作物打下了基础。根部一堆马铃薯,茎上串串番茄。一举两得、事半功倍!最诱人的是,“番茄马铃薯”事件说明了通过细胞工程在远缘植物问也完全可以实现杂交,使它们的遗传物质互通有无,而这在自然状况下或传统的杂交育种方式下都是不可想象的。

除了番茄+马铃薯之外,科学家们还获得了烟草+大豆、蚕豆+矮牵牛、甘蔗+高粱、胡萝卜+羊角芹等数十种不同种属植物组合的杂种植株。

意义远大的抗病食品

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