植物學(xué)家的轉(zhuǎn)基因研究

植物學(xué)家的轉(zhuǎn)基因研究

園林植物是裝飾生活的天使。隨著人們生活水平的改善,對園藝產(chǎn)品的質(zhì)量和情趣的要求逐步提高,園藝產(chǎn)品的商業(yè)價值也不斷攀升。用基因工程方法培育園藝新品成了轉(zhuǎn)基因研究的又一熱點。本文就這方面的研究情況作一綜述。1色的“反義技術(shù)”1979年,荷蘭青年園藝家哈格曼,用一種紫色白邊的郁金香作父本,同紫黑的郁金香“夜皇后”雜交,得到了1000多粒種子,經(jīng)過7年的培育和營養(yǎng)積累,上千個球莖終于在1987年開出了五彩繽紛的花雜,其中有一株開的花竟是全黑的!也就是說哈格曼用常規(guī)的雜交育種方法,圓了荷蘭人幾個世紀(jì)的“黑郁金香之夢”。但是,現(xiàn)在的轉(zhuǎn)基因技術(shù),卻能在短期內(nèi)讓花色隨園藝家的設(shè)計而變化,培育出理想色彩的花朵。植物的花色性狀也是受基因控制的,科學(xué)家現(xiàn)在已經(jīng)定位了幾十種花色基因,這些基因有的編碼顯色物質(zhì)類黃酮,有的編碼催化色彩反應(yīng)的通道酶。在自然界所以沒有黑色的郁金香,是因為這種花卉沒有黑色基因,而牽牛花沒有橙黃色的,是因為缺少黃色基因?；蚬こ處煂⒂衩椎幕鼗蜣D(zhuǎn)移到牽?；ㄖ?培育出了自然界沒有的橙黃色牽?；āＶ参镌谶M(jìn)行花色素合成時,先將基因上的一條鏈轉(zhuǎn)錄成RNA分子,再到核糖體去生產(chǎn)花色蛋白。如果這時加進(jìn)與信息RNA互補(bǔ)的鏈,形成雙鏈的分子,核糖體就拒絕將這種錯誤的信息翻譯成蛋白質(zhì),該種色彩就會從花中消失。這種“反義技術(shù)”也是科學(xué)家用來調(diào)節(jié)花色的一種辦法。玫瑰是大眾喜愛的花卉,但自然界沒有藍(lán)玫瑰。為了培育藍(lán)玫瑰,園藝家不知搞了多少次雜交,均未有進(jìn)展?，F(xiàn)在有了轉(zhuǎn)基因技術(shù),似乎是水到渠成了。植物學(xué)家將牽?；ǖ乃{(lán)色基因轉(zhuǎn)移到玫瑰細(xì)胞中,卻沒有得到藍(lán)玫瑰。原來,不少花卉的色彩除基因調(diào)控外,還同pH值、金屬離子種類、光照及溫度等有關(guān)。而這些因素與花色基因之間是何種關(guān)系,暫時還不清楚。植物學(xué)家認(rèn)為,只有將花色變化的環(huán)境因素,同基因程序相協(xié)調(diào),才能培育出真正的藍(lán)玫瑰。2對草坪的進(jìn)行也牽?；ǖ乃{(lán)色基因未能使玫瑰變藍(lán),卻能使麝香石竹五彩繽紛。擺在你案頭的各色康乃馨,就是轉(zhuǎn)基因的杰作。花瓣顯藍(lán)色需要酸性的細(xì)胞液環(huán)境,玫瑰變藍(lán)的pH值肯定比石竹要小得多,或是玫瑰中某種深色素掩蓋了藍(lán)色的表現(xiàn),不然為什么同樣的藍(lán)色基因卻能育出藍(lán)石竹?現(xiàn)在,植物基因工程師已能熟練地操作基因,調(diào)配花的色彩,如要讓花顯黃色,就讓黃烷酮基因表達(dá);要開出白花,讓全部類黃酮基因失活。我國科學(xué)家就用這種方法,讓紫花牽牛開出全白或白紫相間的花,英國的基因工程師還育出了雙色的紫羅蘭,有的科學(xué)家還使一棵玫瑰上開出了不同色彩的花,還有的育出了嵌色的杜鵑花。研究發(fā)現(xiàn),將色素基因的表達(dá)限在靠近表皮細(xì)胞的深度,就能充分表現(xiàn)色彩。鴨跖草的高濃度花青素在皮下表達(dá),使全株呈現(xiàn)紫紅色。如果對草坪草進(jìn)行基因工程改造,將來的草坪不一定全是綠色的,而是五彩繽紛的;樹桿也不是灰蒙蒙的,也有多種色彩,行道樹就成了亮麗的風(fēng)景線。天竺葵花色美麗,卻沒有香味,原因是它們的細(xì)胞不能合成芳香分子。有的花有芳香物質(zhì),但花瓣有一層蠟質(zhì),香味出不來。如果把檸檬的香味基因轉(zhuǎn)移到天竺葵中,就能讓它發(fā)出檸檬香;如果用基因調(diào)控讓香石竹的蠟質(zhì)層有小孔,康乃馨身價將倍增。如果將香味基因轉(zhuǎn)移到草或樹皮中,它們的環(huán)境價值也會大大的提高。將來總有一天,高爾夫球場的草坪會散發(fā)檸檬香、桂花香、熏衣草香、紫羅蘭香,任憑你的愛好去選擇,庭園的樹木花草也株株芳香四溢,生活在這樣的環(huán)境中,人有多舒暢!3植物的熒光在自然界能發(fā)光的生物很多,一些細(xì)菌、甲殼動物、軟體動物、昆蟲和一些魚類都會發(fā)光。生物發(fā)出的光有磷光和熒光兩種?？茖W(xué)家對螢火蟲發(fā)熒光研究得比較透徹,在它的發(fā)光器細(xì)胞中,有熒光素和熒光酶兩種分子,熒光素中貯存有大量的化學(xué)能,當(dāng)夜色來臨,熒光酶催化熒光素分子就發(fā)出熒光。螢火蟲的發(fā)光效率很高,幾乎能將ATP中的化學(xué)能都變成光,不產(chǎn)生一點熱,這種光是生物冷光?，F(xiàn)在,美國的科學(xué)家已經(jīng)把熒光素和熒光酶的基因進(jìn)行了克隆,并轉(zhuǎn)移到了夾竹桃的細(xì)胞中,得到了能在黑暗中發(fā)出熒光的夾竹桃細(xì)胞。在其他一些植物中導(dǎo)入發(fā)光基因的試驗也在進(jìn)行中。估計在幾年內(nèi),一批在夜色中發(fā)出熒光的基因工程植物,將在世界各地的生物工程實驗室產(chǎn)生。植物發(fā)光可以作為一種信號裝置,為園林管理的自動化提供方便。例如,將熒光表達(dá)與植物水肥需求程序相連,需水時植物發(fā)出熒光,自動控制系統(tǒng)收到熒光信號,就啟動滴灌,給植物供水;需肥時發(fā)出熒光,供肥系統(tǒng)就自動施肥;甚至可以將病理程序與熒光相連,讓熒光成為植物患病的報警信號。發(fā)光樹作行道樹,不僅可以節(jié)省電力,美麗的熒光還會營造出詩一般的環(huán)境,在公園、商場和娛樂場所配置發(fā)光樹,能增加歡樂和諧的氣氛,使人玩得更開心。圣誕樹是歐美需求量很大的園林產(chǎn)品,能發(fā)光的松樹和柏樹定會大受消費(fèi)者的歡迎。4利用工程技術(shù)來培育和種植天然園林植物草坪是園林的重要裝飾,園藝家已經(jīng)培育出適合各種環(huán)境的草種,有的柔軟如絨、有的耐壓、有的耐寒。草坪都會長大,必須定期修剪才能保持整齊美觀,雖然現(xiàn)在有各種草坪修剪機(jī),但修整草坪仍是一件費(fèi)時費(fèi)力的工作。植物的生長是由基因調(diào)控生長激素,促使細(xì)胞分裂生長而形成的,如果在草的莖葉生長點插入基因程序,當(dāng)草長到標(biāo)準(zhǔn)高度就中止激素的分泌,讓草不再生長,就省去了修剪的功夫,給園林管理帶來極大的方便。有不少植物基因工程師正在進(jìn)行這項研究。中國的組培袖珍蘭,小巧玲瓏,曾名揚(yáng)世界;中國的樹樁盆景也以小中見大,適合家居擺設(shè)受世界各國的歡迎。隨著人們生活水平的提高,對袖珍園藝花果表現(xiàn)出很大的消費(fèi)需求。用人工修剪、控制水肥的方法培育袖珍植物要十幾年、幾十年的時間,還需要一定的技藝,非專業(yè)人員很難做到。如果用基因工程技術(shù)對園藝植物進(jìn)行“侏儒化”,使觀賞桔高不盈尺