笔下文学

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看来，必须得抛开传统的育种方法，打破以往杂交育种中的种种“清规戒律”。用什么方法才能使农业生产更上一层楼呢?科学家们立刻想到了遗传工程，这位刚刚进入科技舞台的“神奇魔术师”，大显身手的时候到了。

过去，植物的杂交只能在同一种类中进行。例如不同品种的玉米可以杂交，但不能同其他植物杂交。这样，只能提高玉米的产量，却无法使玉米的优良性质通过杂交引到小麦或高粱中去；反过来，其他作物中有价值的遗传物质，也无法引入到玉米中来。为了解决这个难题，科学家采用了新奇的基因育种方法。

我们知道，基因是生物细胞中一种很小很小的遗传单位，如一株高粱能够耐干旱，那么它体内就有一种“耐旱基因”。如果通过遗传工程，把高粱中的“耐旱基因”移植到玉米之中，就能使产量高而又怕干旱的玉米也能抵抗干旱了。

但遗传工程不是变魔术，说起来挺容易，要做成功却困难极了。从设想走向实用的10多年时间中，科学家们进行了数不清的实验，投入了大量的精力，到1982年，终于应用遗传工程的方法，成功地完成了第一次不同植物之间的“细胞杂交”。他们把大豆和向日葵细胞中的遗传物质，互相拼接在一起，创造出前所未有的植物——向日豆。向日豆中既有向日葵的基因，又有大豆的基因，它把两种植物的优点汇集到了一个“人”身上。

第一次的成功，大大增强了科学家的信心，他们决心再接再厉，创造出更多的新奇植物，使粮食产量再次出现飞跃。

要想使粮食获得丰产，就得有足够的肥料，尤其是氮肥更为重要。庄稼所需的氮肥主要来自化肥，它是以石油和煤为原料，经过复杂的加工生产出来的，成本很高。然而豆科植物却例外，它们的根瘤中有许多特殊的细菌——根瘤菌，好像许多“自办化肥厂”，能直接从空气中吸收氮气，并把它固定下来，变成氮肥。可惜的是，水稻、玉米、棉花等作物，并没有根瘤菌这种“自办化肥厂”。如果能把根瘤菌的遗传物质转移到水稻、小麦中去，这些庄稼岂不就也有“自办化肥厂”了吗?科学家立即朝这个方向去努力。不久前，日本科学家将大豆的遗传基因移植到水稻中，成功地培育出一种新型的高蛋白水稻。

最近，遗传工程又取得了新的进展。科学家将西红柿的遗传基因，移入到土豆中，同时也把西红柿的抗病毒本领传给了土豆。这种新培育出的土豆，不仅味道可口，抗病能力也有了提高，并能获得大面积丰收。

我国的科学家也在这个领域取得了很大的进展。他们将大蒜、胡葱、玉米的遗传物质，分别导入青菜的体细胞中，获得大蒜青菜、胡葱青菜、玉米青菜的超远缘杂交植株。然后，采用交叉免疫电泳技术。这是一种很有意思的技术方法，就是先从植物体内分离出各种遗传物质，放在潮湿的电泳滤纸上，让它们慢慢“爬行”，由于各种遗传物质都有各自固定的“爬行”速度，科学家只要测出它们在电泳滤纸上的“爬行”速度，就可以确定出它们是何种遗传物质。通过这种方法，对供体、受体和杂交植物的组分蛋白分别进行分析，清楚地表明青菜受体细胞内导入的有关外源基因已经与细胞内有关的脱氧核糖核酸（简称DNA）发生杂交。

通过遗传工程在超远缘杂交领域中取得了一些成功，但是还面临着许多难以逾越的障碍，其中最大的问题是，难以保持远缘杂交的长期遗传稳定性。因为在不同的种之间，或者在亲缘关系更远的不同科、不同目、不同纲之间，杂交双方存在着很大的差异性，彼此间“接触”后会很自然地产生排异，难以融合。这有点像在医学上，要把猪或其他动物的器官，移植到这种器官受损的病人体内，往往是很困难的。即使成功了，这个人体内的动物器官的特征，也不会成为—种遗传性状遗传给下一代。可以这样说，如何能使植物超远缘杂交的成功具备长期的遗传稳定性，也许是当前所有植物学疑难问题中最使人感兴趣的一个，也是最难以解决的一个。不过科学家们坚信，只要进行不懈的努力，在不久的将来必将有新的突破。

基因与转基因技术

“种瓜得瓜，种豆得豆”，“老鼠生来会打洞”。这类古老的遗传事实早为人们所知。但遗传的机理，如种瓜为什么不能得豆，子女为什么会相似于双亲这样的问题却一直困扰着人们。

直到1865年，孟德尔的学说公布于世，遗传机理才有了一点眉目。孟德尔是奥地利的一位神甫，对大自然的现象非常感兴趣。他善于提出问题，再去解决问题，是一位伟大的实践家。为了解决遗传的一些机理问题，他在教堂的农地上试验豌豆的杂交，他把豆子的形状，花的颜色进行数字统计。最后，他发现这些豌豆的形状、颜色永远是按一定规律出现。孟德尔就把这些试验结果，总结为论文发表，这就是有名的“孟德尔定律”。孟德尔在论文中提出来的遗传单位或称之为遗传因子的概念，被后来丹麦的遗传学家约翰逊定义为遗传“基因”。

美国的实验胚胎学家摩尔根在果蝇的研究中发现基因是以一定的线性次序排列在细胞核的染色体上，从而建立了遗传的染色体学说。美国的细胞学家萨顿，根据自己的实验事实，很恰当地将孟德尔规律和摩尔根学说统一起来——基因由亲代传到子代的情形同染色体由亲代传到子代的情形相似。基因存在于细胞的染色体上。

大量的遗传学事实告诉我们：每一种生物体的各种性状都是由生物体内的众多基因控制着；每种生物体的细胞内所含的染色体的数目和形状是固定的；随着细胞核的分裂、染色体复制而一分为二，每一半染色体进入一个新形成的细胞中去。这样新形成的染色体数目和形状与老细胞是一致的。这样，子代相似于亲代初露端倪。

基因的物质基础是什么呢？瑞士一位年轻科学家证实了一种由化脓组织分离出来的基因物质是一种酸性物质，并称它为核素。后来，更多的科学工作者又从动物的生殖细胞核内分离了同性的“核素”，并确定这种核素的化学物质就是脱氧核糖核酸（即DNA），而一个基因单位就是DNA分子上面的一个片段。基因的基本功能是决定某种特殊蛋白质的一级结构。基因存在于真核细胞中核内的染色体上。而在原核细胞中，基因却存在于细胞质的细胞器上，像叶绿体基因、线粒体基因等。所以，生物体的各种性状都是由基因决定的，但基因也会在环境的作用下产生变异。这样，环境的作用会通过基因变异而表现出性状的变异。这就是我们所熟知的所谓外因会通过内因起作用的哲学原理的实例。

在我们已经了解了遗传机理之后，为了改善某些生物的品质和产量，就设想将不同品种的生物细胞中决定良好性状的某些基因转移到另一种生物体上去，并使这些决定良好性状的基因特性表达出来，这就是转基因的最初出现点。1987年，美国的森福德教授首创了转基因技术，他是用金属钨或金的微粒（直径仅0。4～1。0微米）作为载体，在缓冲液中与已经分离出来的DNA相混合，并使用氯化钙使DNA沉淀在金属微粒上。用这种裹有遗传基因的金属微粒作为子弹，再利用高压气体或电弧放电作为子弹枪，将金属微粒打入受体的生物细胞核中去。在那里，金属子弹上的DNA被整合到受体生物的染色体上。从而实现了基因转移。在受体细胞进行细胞分裂时，在异体DNA的指导下，新细胞就可以合成出具有异体细胞的蛋白来，从而使异体生物的性状在受体生物上得以表达。

利用“基因枪”转基因技术，在改良植物品种、创造新品种的育种工作中发展很快，并取得了一个个具有实践意义并令人吃惊的成果。例如，利用根瘤土壤杆菌进行转导的禾本科粮食作物就获得了很大成功，像玉米、水稻、小麦等都已获得了转基因的工程株。

在“基因枪”转基因技术的启发下，现在转基因技术方法有了很大进展。科学家们还创造了转基因的电激法，就是将受体生物细胞放在含有DNA特殊的培养液内，再通入强烈的电脉冲刺激，可在受体细胞膜上打出小孔，培养液中的DNA通过小孔进入受体细胞并被整合到核内的染色体上。基因转移完成后，电脉冲停止，细胞膜上的小孔又被关闭。利用这种技术，不仅取得了一些植物的转基因，甚至加拿大的丹·莱佛伯博士还宣告：使用电激法已将哺乳动物体的基因转移到了植物细胞内，创造出动植物体生物。

利用转基因技术，人类已初步操纵了生命。

大家都知道，我们在儿童时期要分期到医院接种几种疫苗。对疫苗，相信大家也都很熟悉，它是能使机体产生有免疫力的病毒，如牛痘疫苗、麻疹疫苗等，通常也包括能使机体产生免疫力的细菌制剂、抗毒素、类毒素等。疫苗对我们的健康至关重要。

但是要说香蕉里面有疫苗，恐怕大家闻所未闻吧!事实上，不但是香蕉，其他某些植物上也可带有疫苗，这些植物我们称其为疫苗转基因植物。基因是生物体遗传的基本单位。我们可以运用生命科学和生物工程技术，将外源疫苗基因导入植物体内，经过培养使其带有该种疫苗。那么，人或动物通过食用这种植物就吃进疫苗了，就可收到药食两用的效果，这是农业科学同医药科学的有机结合。

在美国，已培育成烟草、土豆、番茄等“乙肝”疫苗转基因植物。德克萨斯农业机械大学和奥尔良大学研究人员以小鼠做实验，通过使其吃了转基因土豆（“工程土豆”）而对导致腹泻的病菌产生免疫力。美国研究人员还成功地将外源基因导入香蕉，还计划将大肠杆菌基因导入香蕉，制成含有转基因的香蕉食品罐头。直接食用这种香蕉或食用罐头香蕉食品，均可起到“食用疫苗”的作用。

另外，还可通过转基因植物生产抗体及其他医药产品。如美国采用基因工程技术将外源基因导入玉米或大豆，使其种子产生抗癌单克隆抗体，并通过蛋白质提取和分离技术回收了种子中的抗体。美国生产的一种“工程土豆”能生产螺旋杆菌的一种活性蛋白，它能产生对付霍乱的抗体，用“工程烟草植物”生产的抗体掺入牙膏中可防治致龋齿病菌诱发的牙病。日本帝国大学研究人员将能产生降血压作用的缩氨酸基因导入番茄中，首次培育出具有降血压功效的番茄新品种。这样，高血压病患者通过吃番茄，既可增加营养又可降血压。

生命科学和生物工程技术的运用和发展，也使动物具有保健作用。比如在英国，研究人员通过基因工程，使山羊的奶含有一种叫TPA的物质，能治疗心脏病。韩国培育了一种低胆固醇的优质肉用猪，可以放心地吃个够，而不必惧怕因此而患动脉硬化症和心脏病。

随着科学的不断发展，会有更多的生物工程产品问世，我们享用水果、蔬菜、肉蛋等食品，不再仅仅是为了获取高营养，还可得到治病、美容、延寿等效果。

基因工程可以开发抗逆和高产植物品种

在植物的育种过程中，利用基因工程可以打破物种的界限。只要是有利的基因，无论是细菌、动物还是其他植物甚至是人的基因，都可以转移给要改良的植物，培育出新型的植物，这就是转基因植物。另外，还可以对植物的原有基因进行修饰，把其中控制不利性状的基因剪掉或设法把它封闭起来而不发挥作用。用这些方法，人们已经开发了许多抗逆、高产植物品种。

所谓抗逆品种，是指植物具有抗病、抗虫、抗冻、抗除草剂、抗旱、抗寒、抗盐碱等特性。目前，在这些领域已取得不同程度的成功。

抗病毒植物基因工程。1986年美国科学家培育出抗烟草花叶病毒的转基因植株之后，又培育出了抗黄瓜花叶病毒、苜蓿花叶病毒的转基因植株。1986年以来，中国科学院的科学工作者有重点地加快这一领域的研究，已经成功培育出抗病的烟草、蕃茄和青椒。

抗虫植物基因工程。1990年我国科学家把苏云金芽孢杆菌杀虫基因导入棉花，培育出了棉花抗虫品种。害虫在这种棉花植株上取食后会出现厌食症状而死亡。同年11月，我国科学家又将苏云金杆菌晶体蛋白基因转入烟草，获得了能自身产生杀虫物质的植株。今后，有望实施这种基因工程的植物还有番茄、马铃薯、玉米、大豆、油菜、苜蓿等。

抗除草剂植物基因工程。该工程是植物基因工程中较为成功的一个领域。除草剂可以将农田里的杂草除掉，但往往也对农田里的作物产生危害。目前已培育出的有镇草宁、敌稗等几种抗除草剂的转基因植物。另外，美国科学家从鼠沙门氏菌中分离出抗除草剂基因后，引入了蕃茄和烟草，也培育出了抗除草剂的转基因植株。

在抗盐碱、抗寒、抗冻、抗旱植物基因工程。在这一领域，中外科学家们也进行了一些尝试，并取得不少成果。中国科学院的科研工作者，从耐旱、耐盐植物中分离出与脯氨酸合成有关的基因，将它与抗卡那霉素的基因连接在一起，然后导入烟草中，得到的转基因烟草提高了耐盐性。另外，有人将马铃薯的基因导入西红柿，得到了抗寒性较强的西红柿，这样的西红柿可以在冬季种植而无需大棚的保护。美国一家公司人工合成了带有“不冻结”蛋白质密码的遗传基因，将这种基因植入西红柿，在冷冻时细胞不会因内部水分膨胀而改变组织结构和味道。英国的科学家正在研究如何培育出能在摄氏零度以下生长的草莓和马铃薯，一旦获得成功，一些寒冷的不毛之地将会被开垦种植。美国科学家还正在致力于把仙人掌的基因移入小麦、玉米或大豆，以培育抗旱的新品种。