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第28章 植物学科猜想(2)

以色列研发成功了可在冬季生长的转基因辣椒,这种辣椒可在0~10摄氏度的低温条件下顺利生长,而一般品种需要在20摄氏度以上才可正常生长。这类新培育的辣椒有多种颜色、生长季长、果实坚硬抗挤压,而且还具有抵抗植物病毒的特性,这一系列转基因辣椒品种是由罗伯特史密斯植物科学研究所和希伯来大学共同研发的。广东省农科院和华南农业大学的科技人员培育出一批可抗青枯病的转基因辣椒株,可有效地减少病害,提高辣椒产量,减少农药对环境的污染。青枯病有“辣椒杀手”之称,是热带、亚热带地区最严重的蔬菜病害。

日本培育成功一种转基因生菜,其含铁量要比一般生菜高出将近一倍。这种转基因生菜是把大豆的铁蛋白基因植入生菜细胞中而培育出的,因而增强了生菜中铁质的含量,比一般生菜品种高出约一倍。按照全部铁质被人体吸收计算,成年人每天只要吃半棵这种生菜,就可满足生理需要。

人们一直对无子果实比较感兴趣,这是因为子往往坚硬且味道不佳,而且无子果实由于原来长种子的地方现在被果肉组织填充了,消费者用同样的钱就可以买到更多可食用的果肉。因此,农业上对培养无子果实很有兴趣。意大利研究人员将一个能够提高植物激素吲哚乙酸含量的基因转移到茄子中,培养出无子茄子。从经济角度看,这种转基因茄子与传统茄子品种相比主要有三大优势:其总体产量比传统品种可提高30%以上,其培育成本与以往的无子果实相比大大降低,转基因茄子在不适于果实生产的相对低温条件下也可生产。

不久前,美国科学家把人的基因转移给植物,获得了杂交体。因此,我们完全可以预言,在不久的将来,用基因工程技术,将人的泌乳基因转移给西红柿,将牛的基因转移给马铃薯,将鸡的基因转移给黄瓜,就有可能培育出有人乳营养成分的西红柿、有牛肉味的马铃薯、有鸡肉味的黄瓜等许多新奇的蔬菜,未来餐桌上的食物将丰富多彩。此外,不少科学家预测,将来会有一些具有药用价值的转基因蔬菜出现在医生的处方单上。

学科展望

将人工分离和修饰过的基因导入到生物体基因组中,由于导入基因的表达,引起生物体性状的可遗传的修饰,这一技术称之为转基因技术。人们常说的“遗传工程”、“基因工程”、“遗传转化”均为转基因的同义词。尽管转基因农作物的安全性还没有得到完全的认可,但是科学家们还在不断地展开新的研究,2006年全球转基因农作物种植面积已经突破一亿公顷。

向植物要“石油”

随着石油等非再生性矿物资源的不断枯竭,液体燃料短缺将是困扰人类发展的大问题。在寻找新能源的过程中,科学家们欣喜地发现了“石油植物”。

所谓“石油植物”,是指那些可以直接生产工业用燃料油,或经发酵加工可生产燃料油的植物的总称。现已发现大量可直接生产燃料油的植物,这些“石油植物”能生产低分子氢化合物,加工后可合成汽油或柴油的代用品。

早在1928年,美国科学家在研究橡胶树时,就发现好几种植物的汁液中含有碳氢化合物。从这些植物的树皮、树干、树根、树叶和果实中流出的液体,都可以燃烧。有些植物的汁液,在科学家来研究它们之前,当地的老百姓就已将它们用来当燃料了。可惜的是,当时还未发生能源危机,人们对用植物生产燃油的兴趣并不大,所以没有引起重视。1973年后,由于能源危机的出现,促使科学家重视“石油植物”的研究。美国加利福尼亚大学教授卡尔文就为此而跑遍了世界各地,企图找到“石油树”。他的工夫没有白费,在巴西,卡尔文找到一种叫“苦配巴”的树。这种树是一种乔木,可长至30米高、1米粗。在树干上钻一个直径5厘米的孔,就可以流出一种油状树液,成分接近柴油。两三小时流出的“油”可达一二公升。这种树液不必加工,就可以当燃料用。

经过许多科学家的寻找,类似的植物不断被找到。如美国有一种杏槐,它的胶汁经过简单加工,可以成为一种燃料油。有人发现,12种大戟科植物,都可生出类似石油的燃油。如产在北美、西欧、非洲的含油大戟,是一种灌木,高约15~2米,它的胶汁状树液可以制成类似石油的燃料。

巴西亚马孙流域的热带森林中,生长着一种油棕榈树,果实可生产燃油。泰国南洋油桐树的树籽也可提取燃油。我国海南岛尖锋岭、吊罗山等地的热带森林中,有一种油楠树,这种乔木和“苦配巴”类似,也可产柴油。一棵树一年可收获多达50公斤的柴油。有一种含油桉树,树叶用水蒸气蒸馏,可以得到桉油,这种油与汽油类似,热值可达9400千卡。

我国陕西还有一种白乳木,它也会流出一种白色的油,可以用来点灯和作润滑油。南美有一种叫绿玉树,树皮可流出血色汁液,可直接燃烧,因为像牛奶,所以又称“牛奶树”。墨西哥、美国和以色列等地,还生长一种叫霍霍巴的灌木,它的子实含有50%的液体蜡,也可以作燃料。菲律宾有一种汉加树,果实含有50%的酒精。

科学家还对有些已发现的含油树进行了引种,而且取得了可喜的收效。如美国曾引种了“苦配巴”树,在加利福尼亚州建立了种植试验场。结果,100棵“苦配巴”树一年能生产一二十桶柴油。日本也开始在冲绳岛引种“苦配巴”树,以期用它的柴油来开动货车。科学家还试种了含油大戟,结果1公顷含油大戟,一年至少可以收取25桶“石油”。据说,经过改良品种后,1公顷含油大戟年产油量可增至325桶。巴西栽种的油棕榈树,3年开始结果,每公顷油棕榈树果实可产油10000公斤。

石油植物作为未来的一种新能源,与其他能源相比,具有许多优点。首先,石油植物是新一代的绿色洁净能源,在当今全世界环境污染严重的情况下,应用它对保护环境十分有利。其次,石油植物分布面积广,若能因地制宜地进行种植,便能就地取木成油,而不需勘探、钻井、采矿,也减少了长途运输,成本低廉,易于普及推广。另外,植物能源使用起来要比核电等能源安全得多,不会发生爆炸、泄漏等安全事故。正是因为具有这样的优势,所以说,植物能源是目前具有最光明前景的领域。

学科展望

石油是不可再生的能源,它的枯竭是不可避免的。所以许多国家都在进行替代能源的研究,而开发石油植物,正好可以加强世界各国在能源方面的独立性,减少对石油市场的依赖,可以在保障能源供应、稳定经济发展方面发挥积极作用。

宇宙植物小球藻

随着宇航技术的飞速发展,人类进行星际旅行的时代很快就会到来。可是,要进行遥远的太空旅行,就必须由宇宙飞船自己制造食物和氧气。这就需要在飞船中栽种植物。能在飞船中栽种的植物必须身体小而轻,繁殖迅速,既能提供食物,又能提供氧气。科学工作者经过研究,发现小球藻是充当这个角色最理想的植物。

小球藻是一种微小的绿藻,它的外形多为球状,少数为椭圆形。小球藻的生命力很强,在大地回春万物生长的季节里,池塘、小溪中的水也在悄悄变绿,这就是因为水中的各种藻类也苏醒过来,开始繁殖生长的缘故。在众多的藻类植物中,要数螺旋藻和小球藻的营养价值最高。据测定,小球藻的蛋白质含量约为50%~55%,脂肪含量为10%~30%,碳水化合物含量为10%~25%,虽然蛋白质含量稍低于螺旋藻,但后两项含量均高于螺旋藻。经计算,小球藻的营养价值相当于鸡蛋的5倍、花生米的2倍,被人们誉为“水中猪肉”。另外,小球藻还含有丰富的各种维生素,如维生素A、维生素B、维生素C等,都比一般蔬菜的含量高。小球藻中维生素C的含量为柑橘的2倍,更可贵的是,它还含有一般食物中所缺少的维生素B12。它含有的糖类中,有葡萄糖和果糖,很适合作人类的食品。早在第一次世界大战期间,德国为了解决粮食的短缺,就曾将小球藻作为新的食物来源加以研究和开发。第二次世界大战中,美国又利用小球藻作为航空食品,因为它具有航空食品所要求的重量轻、营养价值高的特点;第二次世界大战结束后,美国进行了小球藻的大面积培养,想用它来代替粮食。

现代科学研究发现,小球藻营养价值大大超过鸡蛋、牛肉和大豆等高蛋白食物,用小球藻作食物对宇航员来说是再好不过的了。除了营养价值极高以外,小球藻用做宇航食品还有其独特的优势。小球藻的光合作用十分强烈,它的光合效率超过陆生植物的10倍。我们知道,植物在光合作用中吸收二氧化碳、放出氧气。有人计算过,1克小球藻在1天当中,可以放出1~15克氧气。这样,小球藻在光合作用中放出的大量氧气,就能充分供应宇航员呼吸的需要,而宇航员呼出的二氧化碳,又能很快地被它的光合作用所利用。所以小球藻不仅是宇航员的理想食物,还是飞船中的“空气净化器”,而且这种活的“空气净化器”可以循环使用。

小球藻的繁殖能力也非常强。人们发现,它主要是靠分身法产生孢子来繁殖后代。一个小球藻,可以一分为二,然后是两个变四个,四个变八个,如果环境优越,1个小球藻的细胞内,可分出8~16个孢子。这些小小的孢子,长得很像它们的“母亲”。以后,孢子们慢慢长大,挣破母亲的肚皮,一个个散放出来,开始过独立生活。这时,身体长得和“母亲”模样相同、大小一样了。于是一个小球藻,经过分身法,就变成了8~16个小球藻。在环境条件适宜时,小球藻在一昼夜之间,可以产生两三代,数量能增加好几十倍,而且一周后就能收获。

正是因为小球藻拥有如此多的优点,早有科学家提出,在以碳水化合物为主要食物而缺少蛋白质、脂肪和维生素营养的地区,可通过大量培养小球藻来进行营养补充。现在,美国科学家已经打算让小球藻陪伴宇航员去太空飞行,给宇航员提供氧气和食品。

学科展望

小球藻的太空试验证明,它在失重状态下也能迅速繁殖,有效地产生氧而不产生有毒物质。但小球藻等单细胞藻类食品还存在着味道不佳等问题,科学家们在解决这个问题的同时正在设想用海藻作为动物和家禽的饲料,再让它们供给星际飞船的乘员以肉类、牛奶和鸡蛋。

植物探雷器

地雷是一种古老的爆炸性武器,19世纪中叶,随着各种烈性炸药和引爆技术的出现,地雷向制式化和多样化发展,从而诞生了现代地雷。第二次世界大战以来,世界局部战争此起彼伏,地雷成了冲突双方都要利用的廉价武器。但是地雷埋易排难,为了排除地雷不知有多少人非死即伤。现在,有的科学家们正在研制一种探测地雷的“新型武器”——植物探雷器。

据估计,现在全球70多个国家中共埋着11亿颗地雷,每年有约26万平民被炸死或炸伤,其中8000人是儿童。目前人道主义排雷面临的最大问题是雷区规模太大,传统的探雷和排雷方法又太慢。虽然目前探雷设备已经非常先进了,但用它们来探测大片土地是否埋有地雷,成本却高得惊人。专家介绍,生产一枚反步兵地雷只需要3到30美元,但探测并排除一枚地雷却要数百乃至上千美元。于是,寻找一种新的扫雷技术便成为各国军事科研人员的首要任务。近年来,有的科学家们把目光瞄准了转基因植物。一般说来,埋在地下的各种地雷总要或多或少地向土壤中释放一些物质,用植物探雷的研究正是从这一点入手的。

加拿大科学家发现,一些细菌和有机物喜欢“吃”包括塑胶炸药和TNT在内的多种炸药,因为这些炸药中含有细菌生长所需的氢和氮。地雷虽掩埋在地下,它的TNT炸药微粒却会不断地向土壤中渗透。如果从这些细菌或有机物中提取“感受器”基因,然后通过基因改良把它们移植到一些植物的根部。当这些“感受器”发现土壤中的TNT气味或颗粒时,就会向植物发出一系列信号,使它们的花或叶子改变颜色。这样地面上的人就会知道附近有地雷了。

无独有偶,就在加拿大研究植物探雷器的时候,丹麦科学家找到了一种名为阿拉伯芥的植物,他们准备通过改变阿拉伯芥的基因,使其成为探雷的“尖兵”。

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