书城科普必知的生物科技(青少年科技爱好培养)
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第12章 微生物学(5)

植物“癌”的妙用

植物也会患癌症,对此你可不要大惊小怪。植物不仅会生癌,而且生癌的机制也与动物相似。

植物“癌”,通常叫“冠瘿病”,它是一种因细菌侵入植物体后,向植物体内转移脱氧核糖核酸(简称DNA)的结果。因为外源DNA的介入,改变了植物细胞原来的遗传特性,产生了“肿瘤”细胞。现已搞清楚,造成“冠瘿病”的细菌叫根瘤脓杆菌,它能在植物的根部引发形成一个十分奇特的“瘤子”。这个“瘤子”像人体的肿瘤那样疯长,不断长大。经过研究发现,是根瘤脓杆菌中的质粒(一种环状的DNA片段)引起植物细胞变成了“癌”细胞,如果将根瘤脓杆菌体内的质粒去掉,即使有再多的根瘤脓杆菌,也不会引起“癌”。既然质粒可以引起植物细胞向“癌”方向转化,为什么不可以利用质粒来改变其他植物的遗传特性,也向“癌”细胞转化呢?这个设想十分奇特,但确实可行。于是,生物学家把目的基因先与质粒重组,放入根瘤脓杆菌内,再用根瘤脓杆菌去感染植物,被感染的植物便在根部形成根“癌”。把“癌”切下来进行组织培养,使它成为一株植物。因为这株植物接受了由质粒带来的外源基因,它的遗传特性发生了改变,即带有外源基因所表现出来的特性,所以这是一种与母株不同的新品种。

培养皮肤

烧伤病人需要大量的皮肤移植,过去是从自己身上完好的皮肤处取下来,剪成一小块一小块,然后移植到没有皮肤的地方,让其不断增殖,向四周扩张。如果是一位体表80%~90%的皮肤都已经烧焦的病人,靠仅存的10%~20%皮肤进行移植是不够的。因此,为了抢救烧伤病人,需要解决皮肤的离体培养问题。即从病人身上取下一块完好的皮肤,在培养基上进行培养,让它分裂繁殖,使皮肤面积不断增大,这样便可以满足植皮需求。那怕只有拇指甲那么大一块皮肤,我们的科学家就能使它几十倍、几百倍地扩张,保证移植皮肤时能供应。

现在,这种在体外培养皮肤的办法找到了,这就是动物组织培养法。皮肤作为一种组织细胞的集合体,对它的培养并不复杂,关键是培养基。不同组织培养,对培养基的要求是不一样的。例如,培养海拉细胞,与培养皮肤细胞的培养基就有比较大的区别。因为海拉细胞需要的营养成分与皮肤细胞需要的营养成分不同。

科学家从烧伤病人身上取下一块很小的皮肤,放在培养基上进行培养,一个月以后,变成一块相当大的皮肤,足够供应医生们移植之用。据报道,一位烧伤外科医生用体外培养的皮肤,抢救了烧伤面积达97%的两兄弟的生命。体外培养的皮肤来源于自身,所以移植到身上,不会出现排异现象。

培养试管花苗

春节前后,室内的水仙花开了,幽幽清香扑鼻。它那挺拔翠绿的叶子、洁白的球茎,叫人百看不厌。论水仙,在我国当推福建漳州的品种为佳。

不过,漳州水仙虽是“凌波仙子”,但也今不如昔了,这是病毒对它们侵害所造成的。我国科技人员发现3种水仙花叶病毒会严重感染水仙花。本来十分美丽的水仙花,在病毒面前也只好悲壮地死去。所以,漳州水仙面临水仙花叶病毒的攻击,处于十分困难的境地。要保护水仙花,只有除去病毒。但这在自然条件下根本无法做到。解救漳州水仙的办法,就是培养试管水仙苗。具体的操作方法,在生物技术中称为组织培养。科技人员切下水仙花的茎尖,大小为5毫米左右,将其放在装有培养物质的玻璃试管里,然后移至有足够光源、湿度和温度的条件下进行培养。这茎尖的培养物上就会不断长大,先有愈伤组织,然后愈伤组织进行分化,最后长出小苗。这就是水仙花小苗。这种小苗无病毒感染,是无毒苗。把它们移植到有网罩覆盖的试验田里,水仙又健康地生长着,还“凌波仙子”一个清清白白无病毒侵害的身子。

所以,在试管里培养花苗,最大的优点是脱病毒;其次,可以大量繁殖,工厂化生产;第三,不受季节、环境影响,365天都可以繁殖。这就为许多花卉走向全球创造了技术条件。

从地里收获塑料

大家都知道塑料是现代化工业产品,是在化工厂里合成的。不论是聚乙烯、聚丙烯,还是其他塑料的合成,都是高能耗过程。塑料因为用途广泛,已经造成白色污染。它们在自然中不易被分解。

能不能改变在化工厂生产塑料的状况呢?能,这就是从田间收获塑料。从田间收获塑料,听起来似乎不可思议,但我们的生物科学家确确实实找到了可以栽种的“塑料植物”,这个植物就是土豆。

土豆,并不是塑料,但我们可以让土豆合成生产塑料的原料。科学家发现塑料原料在一些植物体内都可以合成。他们把控制塑料原料合成的基因,导入土豆体内。土豆在生长过程中,也合成了塑料原料。因为土豆一般都能高产,亩产数千斤是不成问题的。把收获的土豆(这时已经成了塑料的原料)送到有关工厂,经过提取,就成了极佳的塑料原料。再拿去生产聚乙烯、聚丙烯,也就十分方便了。

虽然这一试验刚刚获得成功,但它的前景十分诱人。毫无疑问,种一亩土豆和一亩“塑料”原料相比,后者的经济效益会更高。农民将会毫不怀疑“土豆塑料”的经济价值,而去种植这个新品种。地里种“塑料”、工厂里种粮食的新鲜事,随着科学技术的进步,必将会实现。

向猪索取器官

每年死于先天性心脏病、肾脏病以及其他器官病的人,在全世界不计其数。

对这类病人,要挽救他们的生命,一是用人工器官(人造心脏、人造肾等)代替,二是用同种人的相应器官移植。前者有不可克服的缺点,后者又难获得器官来源。世界上母爱是伟大的。为了救自己患肾癌的女儿,母亲献出了自己的肾脏。不论怎么说,这都不是医生们所愿意看到的。

几十年来,医学家一直在探索用动物器官代替病人器官的途径。曾有报道把猿的心脏移植到病人身上。那头猿当然死了,而人也未能救活。直到今天,方看到一线希望,这就是用猪的器官。猪的器官与人类的器官大小十分接近,而功能也是一样,所以猪将成为器官的供应者。

有600多位科学家参加的研讨会,大多数与会者认为猪是最理相的器官供应者,比狒狒和其他灵长类还好,特别是50~100千克的小品种猪更好。它的器官大小适合人体器官移植所需要的大小范围。

器官移植有一个难关,就是急性排异性,即人体不会接受其他动物的器官。克服这一难关,就得使猪更多地带有人身上的特点。因此,用转基因的办法,即把人的基因转移到猪体内。要实现猪作为人体器官的供应者这一理想,还需要经过一段时间的努力。

麦稻的培育

小麦,它的营养成分主要是丰富的蛋白质。用麸皮可做面筋,就是因为蛋白质含量高的缘故。水稻,主要含淀粉。这两种粮食是我国大多数居民的主粮。如果稻米中能含有更多的蛋白质,其品质就会大大改善,吃起来口味就更加好。

在自然界,小麦和水稻不能杂交,无法得到它们的杂交后代。因此,很自然地会想到能不能把小麦类的基因导入水稻,选育出“麦稻”新品种,既有麦稻双方的性状,又能将其遗传给后代,以培育出新的粮食作物。

多少年来,人们期望着这一愿望的实现。实现这一愿望的不是外国人,而是我们中国的科学家。

美好的愿望终于在我国实现了。我国湖南大学生物系的研究人员,从野生燕麦的细胞中提取DNA导入水稻细胞,与水稻的DNA进行重组,再经过培育,具有麦和稻双重性能的优良品种来到了世上。经过多代选育观察,其性状稳定,可以遗传,说明麦稻的确是一个新品种。它不仅丰产,米质优良(含有大量蛋白质),而且生长期适当,株叶型也好。

基因重组技术培育的麦稻新品种,再一次证明这一技术的先进性以及它在改良作物、创造作物中的巨大作用。

微生物离开氧气也能活

我们周围的各种生物,像树木花草、飞禽走兽,包括人类自己,在生活中,都要吸进氧气,呼出二氧化碳。那么,是不是所有生物离开氧气就不能生活了呢?

事实并不是这样。在生物界有一类“厌氧微生物”,离开氧或缺氧也能生活,可以进行无氧呼吸。这类微生物分布广,种类多。例如,动物肠道内的类杆菌,青贮饲料和泡菜中的乳酸菌,谷物或土壤深处的丙酮丁醇梭菌,能耐100℃以上高温的嗜热脂肪芽孢杆菌,在肉食品上产生毒素的肉毒梭菌,能使池塘里产生沼气的甲烷厌氧菌等等。

那么厌氧微生物为什么离开氧气也能活呢?它的这些“本领”是怎么来的呢?

原来,细菌出现在很早以前的原始海洋,它的祖先是一类厌氧的、需要依赖别的细胞提供营养才能生存的原始生命,经过漫长的演化过程,才具有了细胞的形态。尽管这是一个质的飞跃,这类细菌仍然在厌氧条件下生活。随着地球环境的变化和生物的进化,海洋里产生了一些释放氧气的藻类,有些细菌也变成了有氧呼吸的类型,地球上氧气增加导致需氧生物种类增多,并成为地球上生物的主体。但一些细菌仍然保留着厌氧的生活习性,继续发挥着它们特殊的作用。

被称为“活的杀虫剂”的微生物

在自然界中,不少昆虫危害着树木和庄稼的根、茎、叶,有的蛀空树干,有的钻进果实中大吃大嚼。用大量的化学杀虫剂喷洒来对付它们,收到了一些效果。但由于有些昆虫产生了抗药性,杀虫剂就不很灵了,而且化学杀虫剂还引起了环境污染。

生物学家在同害虫作斗争中,发现了一种“活的杀虫剂”——微生物。有一些微生物专门袭击某些害虫,却对人畜完全无害,且不污染环境,是对付害虫的理想杀手。

法国科学家贝尔林耐在苏芸金地区一家面包厂里发现了一种杆菌,定名为“苏芸金杆菌”。这种杆菌是松毛虫、舞毒蛾、粘虫、红铃虫、菜青虫和玉米螟等农业害虫的“天敌”。人们把这种杆菌剂喷洒到作物上,害虫咬食作物时,这种细菌就随着食物进入害虫体内,能产生一种蛋白质结晶毒素,使害虫的消化器官得病,不用几天,就软腐而死。

苏芸金杆菌还有独特的本领,它不像化学药剂那样,不管是害虫还是益虫统统杀死,它能分清“敌友”,对蜻蜓、螳螂、寄生蜂等益虫没有杀伤力,对人畜也没有毒害。

我国的科学家也培养出了杀螟杆菌和青虫菌。它们能有效地消灭水稻、蔬菜和棉田里的害虫,使农作物产量大增。

目前,人们正在探索活跃细菌的变种,从中不断培育出新的灭虫“健将”,为防治植物病虫害作出新的贡献。