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第8章 现代生命与生物技术(3)

佛罗里达州奥兰多一家大型种子公司——诺华种子公司的官员宣称,随着生物技术的进展,人们有望培育出防治心脏病、癌症和骨质疏松等疾病的食物或者更有营养的食物。

该公司说,这些科学上的进展正在改变食品生产、储存和运送的方式,并将对农场主、·谷物公司、运输公司、食品厂乃至每个人的生活产生重大影响。诺华公司的总裁兼首席执行官爱德华·肖恩赛说:“我们看待世界的方式将从此改变。”该公司是参加美国粮食理事会年会的两家大型种子公司之一。

肖恩赛说,对人类和植物基因结构的进一步了解带来了“无穷无尽、意义深远”的机会,“它们将影响生活的方方面面”。

生物技术的第一次浪潮主要集中于提高农业产量,其方法是改变作物的基因结构,增加其抵抗除草剂的能力或使它们产生自我抵抗虫害的能力。这些成就主要是通过对五、六种基因的改性而实现的。但是,孟山都公司农业分公司的副总裁体·格兰特说,在未来,种子公司将能够处理“成百上千种基因”。

格兰特说,这不仅可以带来“更多的食物”,而且能带来“更好的食物”。他说,随着各家公司对“作物生长原理”的了解越来越深,植物最终将成为生产满足人类各种需要的原材料的“工厂”。

杜邦公司农业分公司的总裁威廉·柯克说,要让小麦变成治疗心脏病的药物,美国农场主和谷物业还要经历重大的变化。那些可能有助于抗癌或制造出更富营养的食物的新品种要在销售链条中单独存放,以免与其他品种混淆。

不用杀虫剂的生物杀虫法

美国科学家们1999年6月在《自然》杂志上发表研究报告说,激活植物的自然防御系统能够减少杀虫剂的使用,并研制出有利于环境保护的害虫防治方法。

植物对前来侵袭的害虫并不是完全不具备防御能力。他们能够利用自身产生的天然化合物使它们自身的味道对害虫具有较少吸引力,并能够招来这些饥饿的害虫的天敌帮助它们在与害虫的斗争中赢得胜利。戴维斯加利福尼亚大学的科学家发现,当人工激活植物的自然防御系统时,它们杀灭的害虫数量是黄蜂在植物上捕杀害虫数量的两倍。

加州大学的博士后珍妮弗·塞勒说:“这项研究的结果表明,采用人工方法激活植物的抵抗力,和仿照害虫的天敌进行生物性防治这两种方法可以结合起来协同加强防治作物害虫的能力。”

塞勒和她的合作者利用引诱剂——即可以喷洒在植物上激活其自然防御能力的化学物质——在蕃茄植物上进行了有效性试验。蕃茄最大的天敌是甜菜蛾幼虫,这种微小的蛾幼虫以吃菜叶和水果为生。

当蕃茄植物受到这种害虫侵袭时,他们释放出一种叫做茉莉酮酸的化合物,这种酸可加速植物产生其他具有防御能力的化合物,并向蛾幼虫的主要敌人——黄蜂发出求救信号。

改变植物基因的方法

美国研究人员说,他们找到了一种改变植物基因的新方法——一种无需植入外来基因便可实现基因改性的方法,该方法或许可以为一些组织反对转基因植物并担心这些植物会对人类与环境有害的问题找到解决的答案。

康奈尔大学植物研究公司下设的博伊斯·汤普森研究所所长查尔斯·阿恩岑在一项报告中说:“将来有一天,我们或许能够大大降低咖啡豆中咖啡因的含量,或缩短大豆中所含脂肪酸的分子长链——使大豆中的脂肪像橄榄油那样有益于心脏的健康。”

很长时期以来,农民们一直是采用一些育种方法改变他们所培育作物的基因。前不久,人们在实验室中又研制出了一些快捷的方法——包括植入其他植物和动物的基因。

阿恩岑和他的同事们试验了一种更为精确的方法,叫做嵌合体移植术,它是由设在宾夕法尼亚州纽敦的Kimeragen公司发明的。

这种移植术的工作原理就如同给细胞一种化学指令,使其按照所要求的方式改变这种基因,采取的方法是取一段DNA基因片段,并将其与RNA结合在一起,RNA是将DNA的基因代码转化为蛋白质的化合物。这一结合过程就是嵌合体移植术。

嵌合体移植术是将植物基因本身连接到该基因需要加以改性的片段上。

奇妙的无性繁殖

动植物通过两性细胞结合产生后代的过程是司空见惯的有性繁殖,而不经过两性细胞结合就可直接繁殖后代的繁殖方式称为无性繁殖,在动物上称为克隆。克隆羊“多莉”的诞生把世界搅得沸沸扬扬,其得失远非不久的将来所能定论。植物的无性繁殖却已经硕果累累,并展示出美妙的未来。

植物无性繁殖可利用芽、茎、根等营养器官和球茎、鳞茎、根茎、匍匐枝以及其他特殊繁殖器官等进行繁殖。通过这种方式得到的后代都是来自同一植物有机体,因而在遗传组成上是相对一致的,表现出品种的稳定性。利用这一特性就可以将许多优良的性状通过无性繁殖加以稳定保存。许多无性繁殖产生的植物也能开花结果,为有性繁殖和无性繁殖相结合进行育种提供了可能。利用杂交方式选择优良的后代,再通过无性繁殖使其优良性状迅速固定下来,从而形成生产上可利用的品种。杂种优势也能经过无性繁殖而传递下去。我国育成的著名水稻品种的杂种优势也正在寻求用无性繁殖的方式来固定。

无性繁殖植物可用组织培养技术进行脱毒苗培养和快速繁殖,如牡丹、唐菖蒲、水仙、三倍体无籽西瓜、猕猴桃以及多种蔬菜目前都利用这种方式进行工厂化育苗和繁殖,为农业生产带来巨大的经济效益。

无性繁殖过程中,也能经常观察到一些变异。一个变异了的芽生长在无性繁殖器官上就是芽变,选择优良的变异可通过无性繁殖很快固定下来成为优良品种。甘薯品种“胜利百号”的芽变很多,选出的品种有“红心胜利百号”、“紫蔓胜利百号”及薯皮红白相间的单株或单块。马铃薯品种“男爵”由早玫瑰芽变育成。许多鲜花品种也是芽变筛选育成的。

有理由相信,植物无性繁殖技术的深入研究和利用不仅能极大地丰富人们的物质生活,而且将创造一个更加烂漫芳菲的植物王国。

神奇的胚胎移植

所谓胚胎移植,也就是人们所说“人工妊娠”或“借腹怀胎”。它是首先应用于繁殖家畜而发展起来的一种生物工程。

有了优良品种,如何在短时间内大量繁殖,迅速推广应用,这是畜牧业长期难以解决的问题之一。例如一头母牛,一年大约仅生一胎,得一头小牛犊。如此一个优良品种的孕育推广,菲数十年难有大成效。近10年来,由于生物技术的迅速发展及应用而形成胚胎移植技术,使这一难题迎刃而解。

胚胎移植在繁殖家畜的应用原理与过程是十分巧妙的。如牛在自然状态下每次排卵只排1个,应用超数排卵技术可以使母牛多产卵。这就是在母牛发情周期的第9~14天时,注射作为排卵剂的促性腺激素。接着,2~3天后再注射黄体素,再过两天后母牛就会发情,并能超数排卵。原来只能排出1个成熟卵细胞的卵巢,一次就能排出10来个、甚至多达40个以上的成熟卵细胞。这时,选择优良公牛的精液,或者利用冷冻保存的良种精液,进行人工授精。等待人工授精的母牛发情后的第6~8天,从它的子宫内采取胚胎。如果胚胎发育正常的话,通常将此早期胚胎送置于摄氏37度的养母的子宫内,于10小时内进行胚胎移植。

胚胎也可保存于低温,或运往世界各地,进行胚胎移植;还可以将此胚胎暂时寄存在兔子的输卵管内,使它继续正常发育2~4天,以便再运往远方进行移植。如果胚胎暂时不准备移植,可将它置于-196摄氏度下冻结保存,待将来移植时,把它解冻后仍能够正常发育。

胚胎移植已在世界各地普遍开展。英国剑桥大学的科学家波尔格于1980年用卵细胞培育成胚胎,创造了“试管牛”。1987年2月10日,保加利亚北部苏门洲的一个水牛饲养试验站饲养的水牛生下1头试管水牛。这次水牛胚胎移植是保加利亚和美国的畜牧专家共同合作的研究成果,它为比较充分地利用水牛亲体的遗传因子开辟了新路。

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