随着人类对植物生活习性和生理机制的研究一步步深入,人类开始在一个新的水平上研究、培育和改变植物。   我们知道,绝大多数的植物是靠种子繁殖的,也有一部分植物靠孢子繁殖后代,或在人类的干预下靠枝条、根系的扦插进行无性繁殖。但是既然植物的每一个细胞中都含有完全的遗传密码,我们可不可以仅用植物的一个细胞就完成植物的繁殖呢?由于科学家哈布兰特在这方面的突出贡献,这个目标已经实现了。   哈布兰特指出,植物的细胞虽然和动物的细胞一样,在成熟后会分化成各种专门细胞,各司其职、分工合作,共同完成植物的一项项生命活动。但与动物细胞不同的是,植物分化后的细胞可以失去分化后的特征,重新转回到未分化细胞的状态,再转而分化成别的器官,甚至是一株完整的植株。例如:取自植物叶肉组织的细胞,就可以在适当的人工培养条件下失去分化的特征,形成没有分化的细胞组成的细胞团——愈伤组织,而愈伤组织细胞就可以通过人为的控制,再分化出根、茎、叶,形成新的植株,这就是植物组织培养技术。   随着科学家对矿质营养、植物激素等影响植物生长发育的各种因素认识的加深,植物组织培养技术就像一个孩子一样慢慢长大,逐渐走向成熟。现在,在试管里加入适量的水、矿质营养、植物激素糖、固体支持物等,在无菌的条件下,将灭过菌的植物器官,如植物的根、茎、叶片、花粉等转接到试管里,一段时间以后,这块植物器官上就会长出许多愈伤组织或者小植株来。由于用这种方法培育成的小植株是在试管里长出来的,人们就把它们称为试管苗。又因为这种培养不是在土壤上进行的,所以又称为无土栽培。   利用组织培养技术发展起来的无土栽培技术有什么用处吗?有,用处可大啦!   首先,它能够优化植物的品质。我们知道,马铃薯是用块茎进行繁殖的,但是在用块茎繁殖的过程中,植株内会侵染一些病毒,这些病毒能使马铃薯块茎的个头逐渐减小,从而使得马铃薯的产量和品质大大下降。科学家们用无土栽培的方法对马铃薯进行了脱毒。脱毒后的种苗所结出的马铃薯个头要比没有脱毒的个头大得多,这样不但大大提高了马铃薯的产量,还大大提高了马铃薯的品质。当然,容易被病毒侵染的绝不止马铃薯一种植物,目前植株脱毒方法已经在草莓、葡萄、康乃馨等多种作物和花卉上获得了成功,并产生了明显的经济效益。   其次,用组织培养技术繁殖作物的最大的一个优点就是快速。因为这种技术使用植物的任何一个器官都可以繁殖,而不用等待植物经过漫长的生长期,开花结果后才能繁殖。因此只要有少量的植物植株,每年就能以数以千万计的速度进行繁殖,用于推广优良品种可以大大节省时间,尤其是对于一些繁殖系数比较低和不能用种子进行繁殖的名特优作物品种的繁殖,意义更显重大。早在60年代,我们的科学家就用无土栽培的方法快速繁殖兰花获得成功。随后,科学家们还快速繁殖了一批重要的、经济价值比较高的名特优作物的新品种,如甘蔗、花卉、菠萝、草莓、柑橘、苎麻等。从理论上讲,一棵植物植株就可以通过组织培养技术培育成为数以千万计的试管苗,每一个试管苗又可以培育出无数的小苗。依据此原理,一种现代技术和农业产业相结合的新型工业——试管苗工业就出现了。   再次,组织培养技术的另外一个突出贡献就是用它可以保存种子。自从工业革命以来,由于人类活动的范围扩大和活动加剧,植物物种的灭绝呈现加速的态势,世界上种质资源日益枯竭,特别是那些不能生产种子进行繁殖的植物或者种子寿命短的植物尤为严重。近年来,科学家研究出用组织培养的方法低温保存种质。例如,我们把烟草、胡萝卜等植物的细胞,在-20℃~-196℃的低温下可以贮藏数月,而且细胞在合适的条件下仍能够恢复生长,再分化生成完整的植株。这种保存法所需要的容积小,几乎每一个细胞就相当于一粒种子。于是,人们就开始用组织培养的方法来保存和大量繁殖濒临灭绝的那些珍稀植物物种。   利用组织培养技术繁殖种苗还有一个很大的优点,那就是运输非常方便。利用组织培养所形成的种苗是放在试管里的,而一瓶试管苗可以随身带到任何人类能够到达的地方。你可不要小看这一瓶试管苗,它很有可能繁殖成为数以亿计的新的植株,长成一片茂密的森林呢!如果宇航员带着一些这样的试管苗,不但在路上可以利用植物制造氧气和食物,还能把一些合适的星球改造成我们需要的花园或农场呢!   植物组织培养育苗技术的进步,使得人类在繁殖植物时,在很大程度上不用依赖于植物自身的繁殖特性和繁殖周期了,但科学家们并不满足。随着遗传学向细胞和分子水平研究上的巨大进步,科学家们又在研究,人类能不能用改变植物遗传密码的方法来改良现有的植物品种、甚至创造全新的植物品种呢?经过几十年艰苦的研究,科学家们终于获得了初步的成功。我们知道,工程师们可以设计建造高楼大厦、海底隧道,可以设计制造汽车、飞机、火箭等,这些都是宏观的伟大工程。但是决定植物遗传性状的基因是DNA上的一个个片断,是非常小的,一般情况下是看不见和摸不到的,即使借助普通的光学显微镜也还是拿它没有办法,人们怎样才能做到对它们进行随意切割、缝合等改造呢?如果使用一般的工具,我们确实是没办法,但幸好,科学家们发现了大自然给我们预备的工具——能够切割和连接DNA片断的特殊的酶。   科学家在进行基因重组时用到的酶有两类:一类是存在于细菌细胞内的限制性内切酶,用于对DNA进行切割,是“手术刀”;另一类是用于连接DNA片断的DNA连接酶,是“针线”。   限制性内切酶有一个很大的特点,就是每一种酶只能识别DNA序列中的几个到十几个特定的碱基对。现在,已经发现的限制性内切酶已经超过了350种,这样利用不同的限制酶就可以对不同的DNA片断进行比较准确的切割了。在切割完之后,利用DNA连接酶就可以将限制性内切酶所切割的DNA片断再相互连接起来。有了“手术刀”和“针线”,分子生物学家们就可以随心所欲地将不同来源的DNA进行切割和再连接,一个个具有全新的遗传性状的物种就在人类的手中诞生了。   现在,我们已经可以将抗某种除草剂的基因转移到玉米中,使这种玉米能够抵抗某种高效的除草剂,而不会像普通玉米一样受到损害。美国孟山都公司的科学家们已经将烟草花叶病毒的某个基因转到了烟草中,从而获得了能抗这种病毒的烟草新品种,他们还用相同的方法获得了抗马铃薯X病毒和Y病毒的马铃薯新品种。国外已经把一种细菌的毒素蛋白基因转移到了烟草、番茄和棉花中,获得了抗鳞翅目昆虫的新品种,使得一些昆虫在吃了这些植物的叶子或者果实后就会中毒死亡……   这种用人工的方法把不同生物的决定某些性状的基因提取出来,在体外进行切割、重新搭配和再连接,然后再将连接好的基因转移到生物体内,让生物获得新的遗传特性组合,从而创造出新的生物类型的巨大工程叫做基因工程,所获得的新植物物种叫做转基因植物。   现在,基因工程中最引人注目的一个课题,就是如何将固氮菌中的固氮基因转移到有实用价值的菌种里,以便能利用细菌进行氮肥的工业生产,或将这些菌种释放到土壤中,使它们可以直接为农作物提供氮肥。在我国,科学家已经应用基因工程的方法培育出了高效固氮工程菌,给大豆接种以后,能够比普通的根瘤菌每公顷增产225千克左右,而且接种这种高效固氮工程菌的大豆在黑龙江已推广上万公顷。   我们知道,绿色植物可以利用光能,在叶绿体中进行光合作用,制造养料、营养自身。如果我们将植物体内控制光合作用的基因转移到猪、牛、羊等家畜中,培育出自己能进行光合作用的“叶绿体猪”、“叶绿体牛”、“叶绿体羊”等,那么这些家畜就可以自己制造营养物质,人们也就不必再为缺乏饲料而发愁了。   随着研究的不断深入,基因工程必将在工农业生产、医疗卫生、环境保护等方面发挥更加巨大的作用。但是,基因工程也遇到了许多困难,特别是基因工程产品的安全问题,已经引起了世界上各国环保部门的重视。由于人工合成的转基因植物并不是自然界原来固有的,基因工程在制造新物种的同时,也破坏了现有生物的遗传特性,它们对人或其他动物食用后的毒害作用、它们对自然界其他植物的影响还需要经过长期的检验才能被我们确切了解。为此许多国家已经制定了针对基因工程的专门法规,规定中强调凡是与哺乳动物和人有关的基因工程实验,都必须在严格的有防护的实验室中进行,所制造的任何基因工程产品或基因工程菌都必须经过严格的毒性实验,通过严格的审批以后,才能到实验室外进行实验和生产等。   在神话传说中,大地上的一切生物都是上帝创造的。上帝虽然创造了地球上的生物,但是他可以不负责任,因为他并不生活在这个地球上,地球上的灾难对他并没有切身的影响。现在,我们人类的科技发展已经到了能够左右和创造一些物种的程度,我们能够成为植物的“上帝”吗?恐怕不行。因为我们还不能像“上帝”一样到地球之外去生活,而且基因工程是一个非常复杂的过程,到目前为止,人们还不能完全控制这个过程。鉴于以上原因,我们应该用冷静的头脑来考虑基因工程的问题,绝不能头脑发热地去做什么“上帝”。 第六十七章我们能成为植物的“上帝”吗   随着人类对植物生活习性和生理机制的研究一步步深入,人类开始在一个新的水平上研究、培育和改变植物。   我们知道,绝大多数的植物是靠种子繁殖的,也有一部分植物靠孢子繁殖后代,或在人类的干预下靠枝条、根系的扦插进行无性繁殖。但是既然植物的每一个细胞中都含有完全的遗传密码,我们可不可以仅用植物的一个细胞就完成植物的繁殖呢?由于科学家哈布兰特在这方面的突出贡献,这个目标已经实现了。   哈布兰特指出,植物的细胞虽然和动物的细胞一样,在成熟后会分化成各种专门细胞,各司其职、分工合作,共同完成植物的一项项生命活动。但与动物细胞不同的是,植物分化后的细胞可以失去分化后的特征,重新转回到未分化细胞的状态,再转而分化成别的器官,甚至是一株完整的植株。例如:取自植物叶肉组织的细胞,就可以在适当的人工培养条件下失去分化的特征,形成没有分化的细胞组成的细胞团——愈伤组织,而愈伤组织细胞就可以通过人为的控制,再分化出根、茎、叶,形成新的植株,这就是植物组织培养技术。   随着科学家对矿质营养、植物激素等影响植物生长发育的各种因素认识的加深,植物组织培养技术就像一个孩子一样慢慢长大,逐渐走向成熟。现在,在试管里加入适量的水、矿质营养、植物激素糖、固体支持物等,在无菌的条件下,将灭过菌的植物器官,如植物的根、茎、叶片、花粉等转接到试管里,一段时间以后,这块植物器官上就会长出许多愈伤组织或者小植株来。由于用这种方法培育成的小植株是在试管里长出来的,人们就把它们称为试管苗。又因为这种培养不是在土壤上进行的,所以又称为无土栽培。   利用组织培养技术发展起来的无土栽培技术有什么用处吗?有,用处可大啦!   首先,它能够优化植物的品质。我们知道,马铃薯是用块茎进行繁殖的,但是在用块茎繁殖的过程中,植株内会侵染一些病毒,这些病毒能使马铃薯块茎的个头逐渐减小,从而使得马铃薯的产量和品质大大下降。科学家们用无土栽培的方法对马铃薯进行了脱毒。脱毒后的种苗所结出的马铃薯个头要比没有脱毒的个头大得多,这样不但大大提高了马铃薯的产量,还大大提高了马铃薯的品质。当然,容易被病毒侵染的绝不止马铃薯一种植物,目前植株脱毒方法已经在草莓、葡萄、康乃馨等多种作物和花卉上获得了成功,并产生了明显的经济效益。   其次,用组织培养技术繁殖作物的最大的一个优点就是快速。因为这种技术使用植物的任何一个器官都可以繁殖,而不用等待植物经过漫长的生长期,开花结果后才能繁殖。因此只要有少量的植物植株,每年就能以数以千万计的速度进行繁殖,用于推广优良品种可以大大节省时间,尤其是对于一些繁殖系数比较低和不能用种子进行繁殖的名特优作物品种的繁殖,意义更显重大。早在60年代,我们的科学家就用无土栽培的方法快速繁殖兰花获得成功。随后,科学家们还快速繁殖了一批重要的、经济价值比较高的名特优作物的新品种,如甘蔗、花卉、菠萝、草莓、柑橘、苎麻等。从理论上讲,一棵植物植株就可以通过组织培养技术培育成为数以千万计的试管苗,每一个试管苗又可以培育出无数的小苗。依据此原理,一种现代技术和农业产业相结合的新型工业——试管苗工业就出现了。   再次,组织培养技术的另外一个突出贡献就是用它可以保存种子。自从工业革命以来,由于人类活动的范围扩大和活动加剧,植物物种的灭绝呈现加速的态势,世界上种质资源日益枯竭,特别是那些不能生产种子进行繁殖的植物或者种子寿命短的植物尤为严重。近年来,科学家研究出用组织培养的方法低温保存种质。例如,我们把烟草、胡萝卜等植物的细胞,在-20℃~-196℃的低温下可以贮藏数月,而且细胞在合适的条件下仍能够恢复生长,再分化生成完整的植株。这种保存法所需要的容积小,几乎每一个细胞就相当于一粒种子。于是,人们就开始用组织培养的方法来保存和大量繁殖濒临灭绝的那些珍稀植物物种。   利用组织培养技术繁殖种苗还有一个很大的优点,那就是运输非常方便。利用组织培养所形成的种苗是放在试管里的,而一瓶试管苗可以随身带到任何人类能够到达的地方。你可不要小看这一瓶试管苗,它很有可能繁殖成为数以亿计的新的植株,长成一片茂密的森林呢!如果宇航员带着一些这样的试管苗,不但在路上可以利用植物制造氧气和食物,还能把一些合适的星球改造成我们需要的花园或农场呢!   植物组织培养育苗技术的进步,使得人类在繁殖植物时,在很大程度上不用依赖于植物自身的繁殖特性和繁殖周期了,但科学家们并不满足。随着遗传学向细胞和分子水平研究上的巨大进步,科学家们又在研究,人类能不能用改变植物遗传密码的方法来改良现有的植物品种、甚至创造全新的植物品种呢?经过几十年艰苦的研究,科学家们终于获得了初步的成功。我们知道,工程师们可以设计建造高楼大厦、海底隧道,可以设计制造汽车、飞机、火箭等,这些都是宏观的伟大工程。但是决定植物遗传性状的基因是DNA上的一个个片断,是非常小的,一般情况下是看不见和摸不到的,即使借助普通的光学显微镜也还是拿它没有办法,人们怎样才能做到对它们进行随意切割、缝合等改造呢?如果使用一般的工具,我们确实是没办法,但幸好,科学家们发现了大自然给我们预备的工具——能够切割和连接DNA片断的特殊的酶。   科学家在进行基因重组时用到的酶有两类:一类是存在于细菌细胞内的限制性内切酶,用于对DNA进行切割,是“手术刀”;另一类是用于连接DNA片断的DNA连接酶,是“针线”。   限制性内切酶有一个很大的特点,就是每一种酶只能识别DNA序列中的几个到十几个特定的碱基对。现在,已经发现的限制性内切酶已经超过了350种,这样利用不同的限制酶就可以对不同的DNA片断进行比较准确的切割了。在切割完之后,利用DNA连接酶就可以将限制性内切酶所切割的DNA片断再相互连接起来。有了“手术刀”和“针线”,分子生物学家们就可以随心所欲地将不同来源的DNA进行切割和再连接,一个个具有全新的遗传性状的物种就在人类的手中诞生了。   现在,我们已经可以将抗某种除草剂的基因转移到玉米中,使这种玉米能够抵抗某种高效的除草剂,而不会像普通玉米一样受到损害。美国孟山都公司的科学家们已经将烟草花叶病毒的某个基因转到了烟草中,从而获得了能抗这种病毒的烟草新品种,他们还用相同的方法获得了抗马铃薯X病毒和Y病毒的马铃薯新品种。国外已经把一种细菌的毒素蛋白基因转移到了烟草、番茄和棉花中,获得了抗鳞翅目昆虫的新品种,使得一些昆虫在吃了这些植物的叶子或者果实后就会中毒死亡……   这种用人工的方法把不同生物的决定某些性状的基因提取出来,在体外进行切割、重新搭配和再连接,然后再将连接好的基因转移到生物体内,让生物获得新的遗传特性组合,从而创造出新的生物类型的巨大工程叫做基因工程,所获得的新植物物种叫做转基因植物。   现在,基因工程中最引人注目的一个课题,就是如何将固氮菌中的固氮基因转移到有实用价值的菌种里,以便能利用细菌进行氮肥的工业生产,或将这些菌种释放到土壤中,使它们可以直接为农作物提供氮肥。在我国,科学家已经应用基因工程的方法培育出了高效固氮工程菌,给大豆接种以后,能够比普通的根瘤菌每公顷增产225千克左右,而且接种这种高效固氮工程菌的大豆在黑龙江已推广上万公顷。   我们知道,绿色植物可以利用光能,在叶绿体中进行光合作用,制造养料、营养自身。如果我们将植物体内控制光合作用的基因转移到猪、牛、羊等家畜中,培育出自己能进行光合作用的“叶绿体猪”、“叶绿体牛”、“叶绿体羊”等,那么这些家畜就可以自己制造营养物质,人们也就不必再为缺乏饲料而发愁了。   随着研究的不断深入,基因工程必将在工农业生产、医疗卫生、环境保护等方面发挥更加巨大的作用。但是,基因工程也遇到了许多困难,特别是基因工程产品的安全问题,已经引起了世界上各国环保部门的重视。由于人工合成的转基因植物并不是自然界原来固有的,基因工程在制造新物种的同时,也破坏了现有生物的遗传特性,它们对人或其他动物食用后的毒害作用、它们对自然界其他植物的影响还需要经过长期的检验才能被我们确切了解。为此许多国家已经制定了针对基因工程的专门法规,规定中强调凡是与哺乳动物和人有关的基因工程实验,都必须在严格的有防护的实验室中进行,所制造的任何基因工程产品或基因工程菌都必须经过严格的毒性实验,通过严格的审批以后,才能到实验室外进行实验和生产等。   在神话传说中,大地上的一切生物都是上帝创造的。上帝虽然创造了地球上的生物,但是他可以不负责任,因为他并不生活在这个地球上,地球上的灾难对他并没有切身的影响。现在,我们人类的科技发展已经到了能够左右和创造一些物种的程度,我们能够成为植物的“上帝”吗?恐怕不行。因为我们还不能像“上帝”一样到地球之外去生活,而且基因工程是一个非常复杂的过程,到目前为止,人们还不能完全控制这个过程。鉴于以上原因,我们应该用冷静的头脑来考虑基因工程的问题,绝不能头脑发热地去做什么“上帝”。

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