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第13章 其他生物技术(4)

马铃薯,又名土豆、山药蛋、洋芋。它的块茎是可食部分,既可当粮食,又可作蔬菜。西红柿,又名番茄,浆果可生熟两吃,营养丰富。它们虽然在植物分类学上都属茄科,但无法杂交获得杂交品种。

生物学家采用细胞工程的技术,将它们的细胞进行融合,得到了马铃薯和番茄的杂种细胞,对其进行培养。结果奇迹出现了,具有双亲遗传特性的新种产生了。这就是在1978年由德国科学家梅罗帕斯博士培育出来的“薯番茄”。

梅罗帕斯曾经企图让马铃薯和番茄雌雄杂交,培育薯番茄,但他的努力失败了。这时候,英国和美国科学家采用细胞脱壁法,让两种不同种类的裸细胞进行融合获得成功。这使梅罗帕斯摆脱了困境。他用酶液处理番茄的根尖细胞和马铃薯的叶肉细胞,当这两种细胞的壁脱去以后,将这些裸细胞进行等量混合,在加入一种叶聚乙二醇的化学物之后,出现了融合现象,约有40%—50%融合成一个个细胞。再对杂种细胞进行培养,得到了根茎叶齐备的新植物。

但遗憾的是,这种薯番茄新品种在地下并没有长出马铃薯。地上部分虽有果,但不理想。

这个实验虽然没有实际的价值,但在理论上证明细胞融合技术可以培育新品种,这在科学上具有重要意义。

植物“癌”的妙用

植物也会患癌症,对此你可不要大惊小怪。植物不仅会生癌,而且生癌的机制也与动物相似。

植物“癌”,通常叫“冠瘿病”,它是一种因细菌侵入植物体后,向植物体内转移脱氧核糖核酸(简称DNA)的结果。因为外源DNA的介入,改变了植物细胞原来的遗传特性,产生了“肿瘤”细胞。现已搞清楚,造成“冠瘿病”的细菌叫根瘤脓杆菌,它能在植物的根部引发形成一个十分奇特的“瘤子”。这个“瘤子”像人体的肿瘤那样疯长,不断长大。经过研究发现,是根瘤脓杆菌中的质粒(一种环状的DNA片段)引起植物细胞变成了“癌”细胞,如果将根瘤脓杆菌体内的质粒去掉,即使有再多的根瘤脓杆菌,也不会引起“癌”。既然质粒可以引起植物细胞向“癌”方向转化,为什么不可以利用质粒来改变其他植物的遗传特性,也向“癌”细胞转化呢?这个设想十分奇特,但确实可行。于是,生物学家把目的基因先与质粒重组,放入根瘤脓杆菌内,再用根瘤脓杆菌去感染植物,被感染的植物便在根部形成根“癌”。把“癌”切下来进行组织培养,使它成为一株植物。因为这株植物接受了由质粒带来的外源基因,它的遗传特性发生了改变,即带有外源基因所表现出来的特性,所以这是一种与母株不同的新品种。

采用花药培养育种新方法

育种方法有多种,而经常采用的是杂交育种。因为杂交育种可产生杂种优势。但培育一个杂交新品种至少也得花5~7年时间。而且,产生的杂种也不是个个都是良种,其中有相当多的株型是无用的,需要仔细地从杂种后代中选出高产、优质、抗病虫害的好品种,经过多年栽培,使其遗传性稳定,才能推广。

育种学家经过观察研究发现,在杂种一代进行花药培养,可以大大缩短培育新品种的时间。

因为花药的花粉是性细胞,用它可直接进行培养得到植株。例如水稻品种“垦桂”,它产量高,穗大,但不抗虫;而另一个品种“科情3号”穗小,但抗病虫害。将它们杂交,得到杂交种,出现4种类型:抗虫小穗型、抗虫大穗型、不抗虫小穗型和不抗虫大穗型。因此,只需要用抗虫大穗的花药进行组织培养,就可以比较快地得到新的水稻品种,使育种效率提高4倍。

不过,需要说明,花粉直接培养不能得到植株,必须先用花药培养,使花药上的花粉与雌性细胞结合形成胚以后,才能产生植株。

花药培养的优越性显而易见,深受育种学家的欢迎。我国是世界上采用此技术育种并取得多项重要成果的国家,其先进性有目共睹。不论是水稻还是小麦,我国均培育出了不少优良新品种,为农业生产作出了重大贡献。

培养皮肤烧伤病人需要大量的皮肤移植,过去是从自己身上完好的皮肤处取下来,剪成一小块一小块,然后移植到没有皮肤的地方,让其不断增殖,向四周扩张。如果是一位体表80%~90%的皮肤都已经烧焦的病人,靠仅存的10%~20%皮肤进行移植是不够的。因此,为了抢救烧伤病人,需要解决皮肤的离体培养问题。即从病人身上取下一块完好的皮肤,在培养基上进行培养,让它分裂繁殖,使皮肤面积不断增大,这样便可以满足植皮需求。那怕只有拇指甲那么大一块皮肤,我们的科学家就能使它几十倍、几百倍地扩张,保证移植皮肤时能供应。

现在,这种在体外培养皮肤的办法找到了,这就是动物组织培养法。皮肤作为一种组织细胞的集合体,对它的培养并不复杂,关键是培养基。不同组织培养,对培养基的要求是不一样的。例如,培养海拉细胞,与培养皮肤细胞的培养基就有比较大的区别。因为海拉细胞需要的营养成分与皮肤细胞需要的营养成分不同。

科学家从烧伤病人身上取下一块很小的皮肤,放在培养基上进行培养,一个月以后,变成一块相当大的皮肤,足够供应医生们移植之用。据报道,一位烧伤外科医生用体外培养的皮肤,抢救了烧伤面积达97%的两兄弟的生命。体外培养的皮肤来源于自身,所以移植到身上,不会出现排异现象。

培养试管花苗

春节前后,室内的水仙花开了,幽幽清香扑鼻。它那挺拔翠绿的叶子、洁白的球茎,叫人百看不厌。论水仙,在我国当推福建漳州的品种为佳。

不过,漳州水仙虽是“凌波仙子”,但也今不如昔了,这是病毒对它们侵害所造成的。我国科技人员发现3种水仙花叶病毒会严重感染水仙花。本来十分美丽的水仙花,在病毒面前也只好悲壮地死去。所以,漳州水仙面临水仙花叶病毒的攻击,处于十分困难的境地。要保护水仙花,只有除去病毒。但这在自然条件下根本无法做到。解救漳州水仙的办法,就是培养试管水仙苗。具体的操作方法,在生物技术中称为组织培养。科技人员切下水仙花的茎尖,大小为5毫米左右,将其放在装有培养物质的玻璃试管里,然后移至有足够光源、湿度和温度的条件下进行培养。这茎尖的培养物上就会不断长大,先有愈伤组织,然后愈伤组织进行分化,最后长出小苗。这就是水仙花小苗。这种小苗无病毒感染,是无毒苗。把它们移植到有网罩覆盖的试验田里,水仙又健康地生长着,还“凌波仙子”一个清清白白无病毒侵害的身子。

所以,在试管里培养花苗,最大的优点是脱病毒;其次,可以大量繁殖,工厂化生产;第三,不受季节、环境影响,365天都可以繁殖。这就为许多花卉走向全球创造了技术条件。

从地里收获塑料

大家都知道塑料是现代化工业产品,是在化工厂里合成的。不论是聚乙烯、聚丙烯,还是其他塑料的合成,都是高能耗过程。塑料因为用途广泛,已经造成白色污染。它们在自然中不易被分解。

能不能改变在化工厂生产塑料的状况呢?能,这就是从田间收获塑料。从田间收获塑料,听起来似乎不可思议,但我们的生物科学家确确实实找到了可以栽种的“塑料植物”,这个植物就是土豆。

土豆,并不是塑料,但我们可以让土豆合成生产塑料的原料。科学家发现塑料原料在一些植物体内都可以合成。他们把控制塑料原料合成的基因,导入土豆体内。土豆在生长过程中,也合成了塑料原料。因为土豆一般都能高产,亩产数千斤是不成问题的。把收获的土豆(这时已经成了塑料的原料)送到有关工厂,经过提取,就成了极佳的塑料原料。再拿去生产聚乙烯、聚丙烯,也就十分方便了。

虽然这一试验刚刚获得成功,但它的前景十分诱人。毫无疑问,种一亩土豆和一亩“塑料”

原料相比,后者的经济效益会更高。农民将会毫不怀疑“土豆塑料”的经济价值,而去种植这个新品种。地里种“塑料”、工厂里种粮食的新鲜事,随着科学技术的进步,必将会实现。

向猪索取器官

每年死于先天性心脏病、肾脏病以及其他器官病的人,在全世界不计其数。

对这类病人,要挽救他们的生命,一是用人工器官(人造心脏、人造肾等)代替,二是用同种人的相应器官移植。前者有不可克服的缺点,后者又难获得器官来源。世界上母爱是伟大的。为了救自己患肾癌的女儿,母亲献出了自己的肾脏。不论怎么说,这都不是医生们所愿意看到的。

几十年来,医学家一直在探索用动物器官代替病人器官的途径。曾有报道把猿的心脏移植到病人身上。那头猿当然死了,而人也未能救活。直到今天,方看到一线希望,这就是用猪的器官。猪的器官与人类的器官大小十分接近,而功能也是一样,所以猪将成为器官的供应者。

有600多位科学家参加的研讨会,大多数与会者认为猪是最理相的器官供应者,比狒狒和其他灵长类还好,特别是50~100千克的小品种猪更好。它的器官大小适合人体器官移植所需要的大小范围。

器官移植有一个难关,就是急性排异性,即人体不会接受其他动物的器官。克服这一难关,就得使猪更多地带有人身上的特点。因此,用转基因的办法,即把人的基因转移到猪体内。

要实现猪作为人体器官的供应者这一理想,还需要经过一段时间的努力。

麦稻的培育

小麦,它的营养成分主要是丰富的蛋白质。用麸皮可做面筋,就是因为蛋白质含量高的缘故。水稻,主要含淀粉。这两种粮食是我国大多数居民的主粮。如果稻米中能含有更多的蛋白质,其品质就会大大改善,吃起来口味就更加好。

在自然界,小麦和水稻不能杂交,无法得到它们的杂交后代。因此,很自然地会想到能不能把小麦类的基因导入水稻,选育出“麦稻”新品种,既有麦稻双方的性状,又能将其遗传给后代,以培育出新的粮食作物。

多少年来,人们期望着这一愿望的实现。实现这一愿望的不是外国人,而是我们中国的科学家。

美好的愿望终于在我国实现了。我国湖南大学生物系的研究人员,从野生燕麦的细胞中提取DNA导入水稻细胞,与水稻的DNA进行重组,再经过培育,具有麦和稻双重性能的优良品种来到了世上。经过多代选育观察,其性状稳定,可以遗传,说明麦稻的确是一个新品种。它不仅丰产,米质优良(含有大量蛋白质),而且生长期适当,株叶型也好。

基因重组技术培育的麦稻新品种,再一次证明这一技术的先进性以及它在改良作物、创造作物中的巨大作用。

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