书城科普读物新编科技大博览(A卷)——蓬勃发展的现代农业
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第36章 现代农业技术与机械(9)

(5)体细胞核移植

将动物体细胞经过抑制培养处于休眠状态,采用以上核移植的方法,将其导入去除染色质的成熟的卵母细胞克隆胚胎,经移植受体,妊娠产仔,克隆出动物。从理论上讲,这可以无限制地克隆出动物个体。该项技术的突破,有人讲可以和原子弹最初爆炸相提并论,其科学和生产应用价值巨大。该项技术克隆动物只有英国报道的一只克隆绵羊“多莉”。

(6)胚胎嵌合

将两枚胚胎细胞(同时或异种动物胚胎)变合共同发育成为一个胚胎为嵌合胚胎。将该胚胎移植给受体,妊娠产仔,如该仔畜具有以上两种动物胚胎的细胞称之为嵌合体动物。嵌合体一词起源于希腊神话,它是指狮头、羊身、龙尾的一种怪物。如同种类黑鼠和白鼠胚胎嵌合,生下黑白相间的花小鼠。不同种的绵羊和山羊胚胎细胞嵌合,可生下绵山羊,既有绵羊的特征,又有山羊的特征。该技术多应用于发育生物学、免疫学和医学动物模型等科学的研究。利用该项技术亦可检测动物胚胎干细胞的全能性,即将胚胎干细胞和同种动物胚胎嵌合,如生下嵌合体,包括生殖系在内组织细胞嵌合,即可确认该干细胞具有全能性。在畜牧业生产中亦具有重要意义,如对水貂、狐狸、绒鼠等毛皮动物,利用嵌合体可以得到按传统的交配或杂交法不能得到的皮毛花色后代,提高毛皮的商品性能,可以克服动物间杂交繁殖障碍,创造出新的物种。亦设想利用该项技术可以进行异种动物彼此妊娠产仔,加快珍稀动物的繁殖,如利用其他动物代替珍贵的大熊猫妊娠产仔,加快国宝的繁殖。亦可通过该技术培育出含人类细胞的猪,使猪器官能为人类器官移植用。亦可将外源基因导入一种细胞和胚胎相合,可以生下含该外源基因的嵌合体动物,亦可遗传下去,具有重要的研究和生产应用价值。目前嵌合体动物有小鼠、大鼠、绵羊、山羊、猪和牛等;种间嵌合体动物有大鼠——小鼠嵌合体,绵羊——要山羊嵌合体,马——斑马嵌合体,牛——水牛嵌合体。中国有嵌合体动物小鼠、家兔和山羊。

绵山羊

狮身人面像是古埃及人在金字塔下留下的奇迹。古希腊传说中的斯芬克斯是生有翅膀的狮身美女,鱼尾人身的“美人鱼”也是人类想象的美丽的传说。在我国古典文学中的孙悟空、猪八戒、牛魔王,也都是一些神化了的人兽一体的形象。

在科学技术发达的今天,生物学家们通过生物工程技术,根据人类自己的需要,可以把不同种类的生物优点结合在一起,创造出令人赞叹的新的动植物品种。

“绵山羊”就是由英国生物学家创造出的又一个奇迹。大家知道,山羊的野放性强,生活条件要求粗放,肉质细嫩。而绵羊要求生活条件较高,毛质优秀,个体大,但肉质稍次。

如果把两者的优点集为一体,清除缺点,那是一个理想的创造。幻想终于成为现实。“绵山羊”在科学家的手中诞生了。绵山羊长着山羊的头和尾,而躯体和四肢则长着绵羊的毛。绵山羊的英文为“Jeep”(吉普),因此人们又称之为吉普羊。

那么“吉普羊”是如何创造出来的呢?据报告,绵山羊是由1个有8个细胞的绵羊胚胎和3个有8个细胞的山羊胚胎,用琼脂将其包埋在一起,然后,再移入一只母绵羊或母山羊的子宫里发育而成。从血统上讲,它应该有四个父亲和四个母亲,即一对绵羊父母和三对山羊父母。因此“吉普羊”是一只有四对双亲的“怪羊”。这就是现代生物工程中的“嵌合体”动物。

嵌合体动物的各种器官,都是由两种遗传特性不同的细胞组成的。这与植物“嫁接”的含义相似。它们所繁殖的后代也可能会出现两种不同的遗传类型。“吉普羊”既携带有山羊的遗传信息,也携带有绵羊的遗传信息,因而具有绵羊和山羊的共同特征。这种嵌合体就是将具有不同遗传结构的细胞式组织有机地结合在一起,从而使其发育出具有不同性状的生物体,从而培育出生物新品种。

动物“嵌合体”技术无疑也会引起一些争论。但这种实验的实用价值是毋庸置疑的。使用这一技术会培育出造福于人类的极有经济价值的新型生物体。

“瘦肉型猪”的配育方法

瘦肉型猪是指公认的培育成功的瘦肉率高的猪的品系。这种类型的猪遗传性已经稳定,如长白、大约克夏、杜洛克、汉普夏等。瘦肉型猪的配育方式可简要分成以下几步:首先选择外来良种和本地良种,通过多世代的选择,最后把许多优良性状固定在一个品种上,建立品系,即通过选择优秀的系祖,组成基础母猪群(尽可能选与系祖相似的优良母猪组成基础群),加强选种,建立性能测定制度,确定适宜的选配方式,一旦出现性能超过系祖的个体便可确定为新的系祖,建立新品系。以我国湖北白猪Ⅲ系为例,看瘦肉型猪的配育方式。在1973—1977年引种和杂交试验的基础上,由华中农业大学筛选出大约克猪、长白、通城猪等三元杂种猪为较优的杂交组合,于1978—1982年建成了品系基础群,Ⅲ系猪来自268窝、3217头仔猪,断奶时选留93头公猪和207头母猪进入测定。从中选出10头公猪和70头母猪进行随机交配,从后代中确定10头公猪和41头母猪组成基础群。进行多世代的闭锁群选育。

选育过程中头胎留种,一年一个世代,最后选出公猪5~6头,母猪40~50头,三世代随机交配,限制半同胞、全同胞交配,各家系等量留种。三世代后取消半同胞限制、四世代后取消全同胞限制,并允许淘汰个别差的父系半同胞家系。至1986年,湖北白猪Ⅲ系已完成配育,瘦肉率达57.53%。

目前人们也常用基因工程的方法来配育瘦肉型猪。美国俄亥俄大学的万格那(T.E.Wagner)等人将生长激素的结构基因接在磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶基因的启动子下游,再将这种嵌合基因(不含载体)注入到猪的受精卵中并移植到母体内,这样生下来的猪瘦肉率明显提高,而且发育正常,这种转基因猪也是一种瘦肉型猪,它具有培育快、经济效益高等优点,是今后瘦肉型猪培育的方向。

转基因蔬菜

在我们的餐桌上,蔬菜种类实在是太多了,如青菜、菠菜、芹菜、萝卜……而且,口味各异,年年如此,没有什么变化。这是生物遗传的结果。

我们知道,生物的遗传性状是由它体内的基因所决定的。基因包含在细胞核的染色体里。染色体由脱氧核糖核酸(又名DNA)和蛋白质两种物质组成。而基因就是脱氧核糖核酸分子长链上具有遗传能力的片断,它里面储藏着大量的遗传信息。现在,随着科学技术的发展,人们已经能够通过一定的手段,将生物的基因——DNA片断进行裁剪,导入到另一种生物中,并得以表达,这就是转基因技术。人们利用转基因技术培育成的蔬菜新品种,被称为转基因蔬菜。

当初,人们利用转基因技术只是为了改变植物的性状和提高它的品质,如增强植物抗病、抗虫、抗除草剂的能力以及提高植物可食部分的营养成分等。后来发展到利用转基因植物作为中介工具,合成人们所需要的有工业和临床价值的外源蛋白,并逐渐形成一种被称为“分子农业”的新型农业方式。也就是说,利用转基因技术,以植物作为“生产车间”生产出人用疫苗或功能蛋白,再通过大田栽培的方式获得来源广、成本低的廉价植物疫苗。这样,近年来,转基因技术的开发应用,取得了相当好的成果人提高免疫能力由过去的打针、吃药变成了食用蔬菜。

目前世界上一些国家的科学家正致力于这方面的研究,并取得了很大成功。美国细胞生物学家利用土壤农杆菌把霍乱毒素的无毒性B链基因转入苜蓿细胞中,通过培养育成秧苗,移入田间,生产出霍乱疫苗。人长期食用这种苜蓿后,可获得对致命性霍乱的有效免疫。乙型肝炎(HB)是一种肠道传染病,至今人类还没有一种有效的治疗方法,只能通过注射乙肝疫苗来防治,但疫苗的价格居高不下,使病人难以承受。令人欣喜的是,科学家已经在转基因烟草中成功地表达出乙肝表面抗原疫苗,现正在用莴苣等做试验,打算制作“乙肝疫苗色拉”,预期在2000年前达到临床试验阶段。美国华盛顿大学还利用萝卜等生产出了转基因食用疫苗。我国也开始了食用疫苗的研究与开发。相信在不久的将来,你餐桌上出现的不仅是一盘普通的蔬菜,而且还是含有食用疫苗的“工程菜”。

满足人类新口味的无籽西瓜

西瓜在所有瓜果中果汁最为充足,含水量高达96.6%,是人们喜食的时令水果。但是西瓜好吃吐籽烦,西瓜能不能像香蕉那样没有籽呢?于是人们开始研究利用生物技术培育无籽西瓜。

1938年,中国的黄昌贤曾用植物激素处理西瓜雌花,第一次获得了无籽西瓜。但由于果实小、成瓜率低而没有应用于生产。同年,日本生物学家寺田甚七使用萘乙酸和吲哚乙酸处理西瓜雌花柱头,获得多倍体西瓜。1942年,日本首次培育成功三倍体无籽西瓜。

1950年,日本育成了9个品种的无籽西瓜。无籽西瓜得到大面积推广,到1957年,日本种植无籽西瓜的面积约达100万平方米,从而引起世界各国的重视,先后有印度、美国、意大利、智利、匈牙利、罗马尼亚、泰国等国家的科学工作者,开展了西瓜多倍体的研究工作。中国从50年代至60年代初,进行无籽西瓜的试种。1965年湖南无籽西瓜已销往无籽西瓜港澳市场。以后许多地区也积极推广,并选育出适合当地特点的优良品种。

无籽西瓜是利用三倍体不育的原理培育成功的。你知道吗,一般的生物细胞,染色体总是成双成对的。譬如人就有46条、共23对染色体,每一对染色体长度一样,看起来像双胞胎,这样的生物叫做二倍体。普通西瓜、猴等和人一样都属于二倍体。香蕉等天然无籽水果则例外,属于三倍体,它的细胞中的染色体不是“双胞胎”,而是有三套。这些“三胞胎”细胞在减数分裂形成生殖细胞时,染色体总是不能成双成对等量分配。

这样的生殖细胞虽能刺激果实发育成熟,但不能受精结籽成为种子。这好比有的人长大成年了却不会生育一样。

培育无籽西瓜的关键就是要把二倍体西瓜变成三倍体西瓜。主要方法是:将正常的二倍体有籽西瓜在幼苗期用一种叫做秋水仙素的神奇化学药物进行人工诱变,使细胞内的染色体数目加倍,创造出四倍体西瓜。然后把四倍体西瓜植株作母本,用正常的二倍体有籽西瓜做父本,在开花时用人工授粉进行杂交,就能得到三倍体的种子。第二年用三倍体的种子种植,长成的花用二倍体有籽西瓜花授粉,就可得到无籽西瓜。由于无籽西瓜体细胞染色体为33条,它在生殖过程中无法均匀配对,生殖力显著衰退,只能形成我们平常看到的那种白嫩秕子,这样的西瓜故称无籽西瓜。

无籽西瓜由于没有种子不能繁殖后代,所以必须采用年年制种的方法,成本较高,当然,无籽西瓜的价格就要略高于普通西瓜了。