书城科普读物探索未知-遗传简介
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第4章 工农业中的遗传工程(1)

对遗传工程的开发研究,是现代科学发展进步的显著标志,它不仅揭示了生物遗传的本质,而且在现实生活中具有普遍而又重大的实用价值。科学家们指出,在今后20年内,遗传工程将对食品、饲养、化工、能源、医药、冶矿等产生极为深远的影响。

理想的甜度剂

中国古代的圣人孔夫子曾经指出食品乃“食、色、性”也。就连封建时代的开明人士也能深刻地认识“民以食为天”的道理。这些无一例外地说明,吃食对个体而言,是至关重要,而又无可替代的。缺少了粮食,人体生命所需的能量就无从补充,生命将不复存在。

如今,世界范围的粮食饥荒虽然不再存在,但局部地区的紧张仍然是不容忽视的事实,随着世界人口的急剧增长,粮食问题越来越引起有关人士的重视,为了解决这一矛盾,让我们不仅在将来吃饱,而且吃得更好,生物遗传工程的研究便显得举重若轻了。

在食品方面,我们的祖先很早就会生产面包、奶酪、酿造啤酒、白酒以及酱油、食醋。生产这些食品和饮料,都需要微生物参加。过去人们只是从自然界中分离微生物,筛选后,进行发酵、培养。可在今天以遗传工程为代表的时代,人们能在实验中创造出应用于食品工业的新型菌种,采用现代化的发酵工程生产饮料和食品。过去生产果糖的葡萄糖异构酶几乎都是从自然酶中提取的。现在,采用DNA重组技术,用新型的工程菌生产葡萄糖异构酶,使葡萄糖异构酶的产量大幅度提高,为食品饮料生产找到了理想的甜度剂。

用细菌合成塑料

现代工业发展之神速是我们大家始料不及的,社会化大生产所需的原料正在以超出我们想像的速度递增,原始工业材料的大量使用,特别是一些浪费性的使用,使原有的材料供给途径越来越引起有关人士的关心和注意。寻找、发现和使用替代品,成为相关人士不遗余力去克服的难关。现代生物遗传工程的研究打破了人们的常规思维,在开发新的工业原料替代品方面已经悄然地崭露头角。

在化工方面,塑料工业是有机化学的骄傲。因为在今天,上至飞机,下至车船,大至火车,小至螺丝,没有哪个产业能离开塑料。过去和现在塑料化工的原料是由石油提供的,眼下这一状况可望有所改变。遗传工程正在打开合成塑料的另一条光明之路,美国一家公司最近找到了一个用生物酶合成塑料原料(氧化链烯)的新方法。

实验证明,用生物酶法生成塑料原料的发现,使用细菌合成塑料的遗传工程技术的实现不再是幻想。而且,细菌生产塑料没有污染。我们只要把控制合成氧化链烯的基因进行重组,就可让大肠杆菌在发酵罐中生产塑料。通过DNA重组技术,还可以进一步提高产量,改善环境。

冶炼工业中的新贵

在冶炼工业方面,用细菌来冶炼铜已不是新鲜事了,人们现在已把眼光放在其他金属的冶炼上。1973年,一位美国科学家在实验室中偶然发现一群细菌总是向窗口方向移动,他想可能是这些细菌喜光。但晚上这些细菌还集结在窗口方向,并朝北方游动,他猜想可能细菌有磁性。经研究后,果然发现这些细菌细胞内含有磁铁(Fe3O4)粒子。科学家认为可以把这些细菌的嗜铁基因转移到容易控制和繁殖力强的大肠杆菌中去,让大肠杆菌不断地把磁铁吸收到体内,那么就可以不用高炉而炼出铁来。

在采油工业方面,美国利用遗传工程的基因工程菌对石油废井进行再采油,大大提高了石油回收率。仅1981年,利用此项技术开采出2000万桶石油,价值约6万美元。

几年前,加拿大的科学家在地下盐水层中发现了两种奇异细菌,能利用空气中的二氧化碳和水,在细菌体内合成碳氢化合物,这种化合物就是通常说的石油。因此,科学家设想通过遗传工程技术,将这些细菌改造成能在海面上培养的菌种,这样,不就可以不断地生产出海上石油了吗?更令人感兴趣的是这两种细菌都有繁殖快的特点,在48小时内数量就能翻一番。

通过生物遗传工程,细菌无疑成为了新时代冶炼工业中的新贵。

杂交玉米

杂交玉米是美国许多遗传学者在遗传学原理的指导下,大约用了20年的时间才研究成功的。杂交玉米在20世纪30年代开始应用,产量不断地提高。

在第二次世界大战后期,中、苏、英、美等同盟国的军队打败了法西斯侵略者,依靠了多方面的力量,其中杂交玉米在提供丰富的粮食方面做出了巨大贡献。

杂交玉米是用不同品种的玉米通过杂交而得到的,具有强盛的杂种优势。

什么是杂种优势呢?就是指不同物种或不同品种之间进行杂交所产生的后代,比亲本双方表现出较强的生命力,并且有较高的产量。例如,马和驴是不同的物种,它们杂交所产生的骡子有较强的生命力,无论是形体,还是载物能力均超越先代,它们对环境也有较强的适应性,这就是杂种优势。

如果让同一物种的玉米品种A和品种B杂交,它们的后代(A×B)在生活力和产量方面,都超过亲本(A和B)。要是这两个杂种玉米再杂交,杂种优势就更强了。

中国在海带的杂交实验中也收到了理想的效果,研究中心在许多专家的合作下,都选育出许多优良品种的小麦和水稻,大大地提高了粮食产量。

小麦和水稻原来都有许多高产的品种,但是这些品种都是高秆的。在高产的年景里,果实累累,沉甸甸的压着植株,大风一吹,就容易把植株吹倒了。结果是丰产不丰收,人们还是得不到粮食。

如果这些作物的茎杆短一些,坚韧一些,那些丰产时就可以抗倒伏了。

那么,怎样取得矮秆基因呢?又怎样传给高产品种呢?利用杂交的方法,就可以把矮秆基因和高产基因综合在一起了。

育种的基本方法就是从矮秆品种(它们一般是低产品种)中取得矮秆基因,把它传给高产品种。

玉米有多种用途。它可以作为人类的食物,也可以用来喂牲口,转化为动物蛋白质。它还可以用来制造淀粉、酒精等等。

中国农业科学工作者,应用相同的遗传学原理,在20世纪70年代后期最先研究成功了杂交水稻,也得到了很高的产量。

新奇的花卉品种

一、花卉以新奇为贵

在花卉生产中,往往以形态的新颖、色彩的独特,作为衡量花卉品质的标准。那些越是与众不同的,就越具有观赏价值,身价也就越高,“新”和“奇”,是奇花异卉培育者追求的目标。在花卉市场竞争日趋激烈的今天,一株兰花珍品,价格可达上万。

要想获得新奇的花卉品种,只靠常规的杂交育种,显然是远远不够的。近年来,科研人员应用转基因方法,将一些新的基因转入花卉植物的细胞,已开始获得一些令人耳目一新的品种,为花卉育种开创了一条新路。

二、独一无二的蓝玫瑰

花的颜色,向来是人们注目的变异特征。金花茶,就是以茶花中前所未有的金黄花朵,而特异于色彩缤纷的茶花之中,成为稀世珍品的。绿牡丹(一种菊花),则以其悦目的绿色花瓣独秀于群芳。同一类花中,一种新的花色会具有更大的诱惑力与鉴赏价值。玫瑰,一般为红色或淡红色,就是缺少蓝色和紫色。如果能培育出独特的蓝色玫瑰,那这种蓝玫瑰就成稀世奇卉了。科研人员从矮牵牛植物中分离出了编码蓝色基因,并将其转入普通玫瑰细胞中,这朵玫瑰居然开出了蓝色的茄瓣,成为世界上独一无二的“蓝玫瑰”。在了解了花色素等合成酶基因之后,科研人员将玉米花色素合成途径中的一个还原酶基因转入矮牵牛,使矮牵牛开出了一种砖红色的花。

三、动物与植物联姻