自然選擇PK人工干預(yù)，誰(shuí)執(zhí)牛耳

田 甜

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自上世紀(jì)開(kāi)始就發(fā)生了巨大的變化，從最初的靠天吃飯，到通過(guò)自然選擇篩選出一些高產(chǎn)的品種，再到利用雜交技術(shù)培育出更優(yōu)質(zhì)的品種……直至今日，人類(lèi)已可以應(yīng)用轉(zhuǎn)基因技術(shù)有目的地創(chuàng)造出有特定性狀表現(xiàn)的品種。在農(nóng)業(yè)應(yīng)用上，人為的干預(yù)越來(lái)越明顯，這會(huì)讓世界呈現(xiàn)出一種怎樣的局面呢？

追溯歷史長(zhǎng)河，農(nóng)耕文明有如一股涓涓細(xì)流，始終伴隨著人類(lèi)文明的整個(gè)進(jìn)程。解決了最基本的溫飽問(wèn)題，人類(lèi)文明才能不斷地向前推進(jìn)。無(wú)疑，農(nóng)業(yè)是人類(lèi)發(fā)展的基礎(chǔ)和源動(dòng)力。正因?yàn)檗r(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要意義，重農(nóng)思想也一直是我國(guó)古代經(jīng)濟(jì)思想的一根主線。時(shí)至今日，中國(guó)依然是農(nóng)業(yè)大國(guó)。上世紀(jì)，袁隆平院士推廣的三系雜交水稻，為解決國(guó)民的溫飽問(wèn)題做出了巨大的貢獻(xiàn)。進(jìn)入新世紀(jì)后，轉(zhuǎn)基因技術(shù)又將農(nóng)業(yè)推到了臺(tái)前，成為熱點(diǎn)話題。在嘈雜的贊成與反對(duì)聲中，大家有沒(méi)有靜下心來(lái)好好想想，轉(zhuǎn)基因技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用為何會(huì)引起熱議？為何不像雜交水稻一樣受到公眾的一致?lián)碜o(hù)？有些人為了讓轉(zhuǎn)基因技術(shù)得到推廣，甚至說(shuō)它是一種雜交技術(shù)，結(jié)果又引起一陣非議。到底轉(zhuǎn)基因技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用與雜交技術(shù)有什么區(qū)別呢？這就要從雜交技術(shù)談起了。

>>水稻花結(jié)構(gòu)

讓世人不再挨餓的雜交技術(shù)

從定義上講，雜交是通過(guò)不同的基因型個(gè)體間的配對(duì)獲得某些雙親基因重新組合個(gè)體的方法。通過(guò)雜交技術(shù)產(chǎn)生的個(gè)體，其后代的性狀與親本相比都有優(yōu)勢(shì)，例如提高畝產(chǎn)。在農(nóng)業(yè)上不得不說(shuō)的雜交技術(shù)范例，自然要數(shù)袁隆平院士的三系雜交水稻了。水稻其實(shí)是沒(méi)有雜交優(yōu)勢(shì)的一種作物，因?yàn)樗鼘儆谧曰ㄊ诜圩魑?，一株水稻開(kāi)花后，雄蕊上的花粉會(huì)落在同株的雌蕊柱頭上完成受精，很難異花授粉（天然異花授粉概率僅為1%～4%），無(wú)法完成不同的基因型個(gè)體間的授粉，自然也就得不到雜交的后代。如果想實(shí)現(xiàn)水稻的雜交，就要求在水稻開(kāi)花前去除雄蕊（簡(jiǎn)稱“去雄”）為前提。因?yàn)樗舅_(kāi)的花很小，增加了人工去除雄蕊的難度。打破這種僵局的是一株“鶴立雞群”的水稻。上世紀(jì)60年代，還在湖南省安江農(nóng)校任職的青年教師袁隆平發(fā)現(xiàn)了一株寶貝水稻，它株型特異，穗大粒多，整株共有160多粒，遠(yuǎn)超過(guò)普通稻穗，袁隆平興奮地將這株水稻留種做實(shí)驗(yàn)，但是第二年的結(jié)果卻大不如人意，這些種子長(zhǎng)出的苗，高矮不一，抽穗時(shí)間也有早有晚，沒(méi)有一株超過(guò)它的親本。袁隆平百思不得其解。按照孟德?tīng)栠z傳定律，通過(guò)自交產(chǎn)生的純種水稻種子不應(yīng)該出現(xiàn)形狀分離的情況，只有在種子本身是雜種的情況下，才會(huì)出現(xiàn)形狀的分離現(xiàn)象，難道這本身就是一株天然雜交品種？那它又是如何完成自然情況下雜交的呢？通過(guò)不斷的假設(shè)與研究，1966年，袁隆平發(fā)表了著名的論文《水稻的雄性不孕性》，文中闡述了水稻是具有雄性不育性的。

>>袁隆平和他的雜交水稻

雄性不育是指雄蕊的花粉發(fā)育不完全，無(wú)法完成正常的授粉過(guò)程。對(duì)雜交育種者來(lái)說(shuō)，這其實(shí)反而節(jié)省了人工去雄的繁瑣步驟，科研人員只需將基因型的水稻花粉涂抹在雄性不育的水稻雌蕊柱頭上就可以完成水稻雜交了。水稻的雄性不育特性是由細(xì)胞質(zhì)的基因(Cms)和細(xì)胞核的基因（rfrf）共同決定的。水稻花粉體積小，只能攜帶細(xì)胞核基因，而母本的卵細(xì)胞體積大，包含細(xì)胞質(zhì)基因和細(xì)胞核基因。雖然通過(guò)雜交技術(shù)能將其他植株的花粉與柱頭結(jié)合，但是如果結(jié)合的花粉仍然攜帶不育基因（rfrf），那么二者產(chǎn)生的后代仍然是不育的，這樣的個(gè)體稱為“雄性不育保持系”。但雄性不育系和攜帶可育基因（RfRf）的花粉結(jié)合卻能夠再次具有育種的能力，這類(lèi)的個(gè)體被稱為“雄性不育恢復(fù)系”。袁隆平院士就是通過(guò)這三系（雄性不育系、雄性不育保持系和雄性不育恢復(fù)系）水稻進(jìn)行雜交，經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次的嘗試、改進(jìn)后培育出優(yōu)質(zhì)的雜交種，這些雜交種后代表現(xiàn)出了優(yōu)勢(shì)性狀，培育出了高產(chǎn)的品種，提高了水稻的畝產(chǎn)。

通過(guò)上述的介紹，相信大家已經(jīng)明白：一般都是相同的物種通過(guò)完整的生殖過(guò)程繁育后代，而雜交技術(shù)育種就相當(dāng)于孕育混血兒。當(dāng)然雜交技術(shù)也有遠(yuǎn)源雜交，可以跨越物種的界限，比如繁殖騾子（馬和驢子的后代，無(wú)生育能力）。但是因?yàn)楦魑锓N染色體數(shù)目的差異以及各物種間的排斥，總的來(lái)說(shuō)跨物種進(jìn)行雜交成功的概率比較低。因此雜交育種技術(shù)主要仍是在相同的物種間進(jìn)行。想要得到雜交的后代也需要經(jīng)歷物種的全部生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程。

>>雄性不育系和保持系的繁殖

>>制造雜交種，同時(shí)繁殖恢復(fù)系

改革跨越的轉(zhuǎn)基因技術(shù)

那么，轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)呢？是否就像是有些人說(shuō)的是雜交技術(shù)的一種呢？答案一定是否定的，轉(zhuǎn)基因育種跟雜交育種是完全不相同的方法。它與雜交育種的不同之處在于：轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)是通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)，將特定的基因片段轉(zhuǎn)入特定的生物中，并獲得具有特定遺傳性狀的后代。因?yàn)榛蚍g的通用性，通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)轉(zhuǎn)入的基因不再有任何限定，可以隨意的跨越物種，甚至將動(dòng)物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的基因轉(zhuǎn)入植物體內(nèi)也是完全可以的。同時(shí)，轉(zhuǎn)基因技術(shù)是基于分子水平的，將外源基因直接轉(zhuǎn)入植物體細(xì)胞內(nèi)，無(wú)需經(jīng)過(guò)植物體整個(gè)生長(zhǎng)、授粉過(guò)程即可得到新的品種，縮短了整體的育種時(shí)間。轉(zhuǎn)基因育種還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是可以獲得目標(biāo)性狀，雜交得到的品種一般都比親本的性狀好、產(chǎn)量高，但是要想獲得親本所不具備的抗病抗蟲(chóng)性狀的話就很困難了，而轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)卻可以打破這個(gè)界限，將抗蟲(chóng)抗病基因定向轉(zhuǎn)入親本的植物體細(xì)胞，以獲得有抗蟲(chóng)抗病的后代植株。

或許你會(huì)覺(jué)得轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)似乎很簡(jiǎn)單，但是將特定基因轉(zhuǎn)入植物體細(xì)胞，并且得到特定遺傳性狀的后代其實(shí)是很復(fù)雜的。不論外源基因也好，還是植物體細(xì)胞也好，都是很微小的。將分子水平的外源基因轉(zhuǎn)入到植物體細(xì)胞，該如何操作呢？進(jìn)行植物遺傳轉(zhuǎn)化的方法主要分為間接轉(zhuǎn)化方法和直接轉(zhuǎn)化方法兩種。

在間接轉(zhuǎn)化方法中，最常用的是農(nóng)桿菌介導(dǎo)法。操作過(guò)程是將植物體浸入含有外源基因的農(nóng)桿菌菌液中，在農(nóng)桿菌侵染植物體時(shí)，這段外源基因就可以轉(zhuǎn)入植物細(xì)胞，保留在植物細(xì)胞的染色體中，之后外源基因跟隨植物體細(xì)胞的基因完成復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯，使植物體具有特定的遺傳性狀。

直接轉(zhuǎn)化方法較多，這里簡(jiǎn)單介紹常用的四種：

一是基因槍轉(zhuǎn)化法。它是美國(guó)康奈爾大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)提出的，主要的原理是將外源基因粘附在細(xì)小的金?；蛘哝u粒上，然后在高壓作用下，將微粒高速射入受體細(xì)胞或者組織中，微粒上的外源基因通過(guò)與植物體細(xì)胞的染色體融合，從而實(shí)現(xiàn)基因的表達(dá)，使之具有特定的遺傳性狀。

二是花粉管通道法。它是將具有外源基因的溶液涂抹在雌蕊柱頭上，利用植物在授粉過(guò)程中形成的花粉管將外源基因直接導(dǎo)入受精卵細(xì)胞。外源基因通過(guò)與受體細(xì)胞的基因進(jìn)一步整合，隨著受精卵的發(fā)育形成含外源基因的新個(gè)體。

三是化學(xué)物質(zhì)誘導(dǎo)法。在這種方法中，現(xiàn)在應(yīng)用最多的物質(zhì)是聚乙二醇（簡(jiǎn)稱PEG）。PEG通過(guò)引起細(xì)胞膜表面的電荷紊亂，干擾了細(xì)胞識(shí)別，從而有利于外源基因進(jìn)入植物體細(xì)胞。外源基因成為植物體細(xì)胞基因一部分后完成基因的表達(dá)。

四是電穿孔法。它是在短時(shí)間的高壓直流電下，導(dǎo)致植物體細(xì)胞膜分子疏松，形成暫時(shí)性的小孔，外源基因通過(guò)這些小孔進(jìn)入植物體細(xì)胞中，實(shí)現(xiàn)基因的直接轉(zhuǎn)移。

轉(zhuǎn)基因植物現(xiàn)狀剖析

自1983年通過(guò)農(nóng)桿菌方法得到第一株轉(zhuǎn)外源基因的植物至今的30年間，轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)一直受到廣泛關(guān)注。不得不承認(rèn)，轉(zhuǎn)基因作物可以給我們的生活提供諸多便利。例如美國(guó)康涅狄格大學(xué)的研究小組將從擬南芥中提取的抗干旱基因轉(zhuǎn)入到番茄中，轉(zhuǎn)基因番茄在模擬的干旱環(huán)境中生長(zhǎng)的狀況遠(yuǎn)好于普通番茄，并且轉(zhuǎn)基因番茄結(jié)出的果實(shí)在成分上與普通番茄沒(méi)有明顯區(qū)別。如果新的品種可以得到推廣，對(duì)提高干旱地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力而言是有重要意義的。又如，我國(guó)科學(xué)家將兔、羊毛的角蛋白基因轉(zhuǎn)入棉花細(xì)胞中，使之特異性表達(dá)，從而改良棉纖維，使其在保留傳統(tǒng)棉花天然本質(zhì)的同時(shí)，又兼具兔、羊毛的品質(zhì)。如果這一專利可以商業(yè)化種植，獲取的經(jīng)濟(jì)效益將是相當(dāng)可觀的?？傊@類(lèi)通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)改良植物體自身性狀的例子不勝枚舉。

當(dāng)然，轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育的植物個(gè)體在給我們提供好處的同時(shí)，也帶來(lái)一些隱患。那些抗蟲(chóng)的轉(zhuǎn)基因植株會(huì)傷害蝴蝶等其他昆蟲(chóng)嗎？轉(zhuǎn)基因植物會(huì)影響周邊的植物生長(zhǎng)嗎？轉(zhuǎn)基因植物會(huì)影響生態(tài)環(huán)境嗎？轉(zhuǎn)基因植物到底對(duì)人體有無(wú)危害？各種各樣的問(wèn)題不斷涌出，也吸引了越來(lái)越多的科學(xué)家加緊對(duì)轉(zhuǎn)基因植物進(jìn)行研究，相信將來(lái)一定會(huì)有令人滿意的答案。

在雜交技術(shù)之后，轉(zhuǎn)基因技術(shù)逐步登上舞臺(tái)。相較之前的技術(shù)，轉(zhuǎn)基因技術(shù)可以節(jié)省大量的時(shí)間和勞動(dòng)成本，而更加吸引人的是它可以定向地改良植物的性狀：如單取它的耐寒、耐鹽、抗病蟲(chóng)害、固氮等等。鑒于以上這些優(yōu)點(diǎn)，就不難發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因技術(shù)是有利于人類(lèi)文明進(jìn)步的大邁進(jìn)。但同時(shí)，關(guān)于轉(zhuǎn)基因技術(shù)的爭(zhēng)論也一定會(huì)越來(lái)越多，因?yàn)檫@類(lèi)爭(zhēng)論在短時(shí)間內(nèi)是不容易得到結(jié)論的。轉(zhuǎn)基因植物存在爭(zhēng)議也是正?，F(xiàn)象，這首先是因?yàn)檗D(zhuǎn)基因技術(shù)育種的新品種時(shí)間還較短，對(duì)于人體和環(huán)境的長(zhǎng)期影響還有待觀察；其次是在每次新的技術(shù)革新出現(xiàn)時(shí)總會(huì)有人對(duì)新技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)生懷疑。但科學(xué)的腳步不會(huì)因此而停止，社會(huì)的壓力反而會(huì)促進(jìn)高新技術(shù)的不斷發(fā)展。將來(lái)轉(zhuǎn)基因技術(shù)是否可以取代雜交技術(shù)，且讓我們拭目以待！

名詞解釋：

親本：動(dòng)植物雜交時(shí)所選用的母本或父本。

轉(zhuǎn)基因作物：運(yùn)用科學(xué)手段從某種生物中提取所需要的基因，將其轉(zhuǎn)入某種作物生物中，使其與某種作物的基因進(jìn)行重組，從而產(chǎn)生具有特定優(yōu)良遺傳性狀的作物。

基因翻譯：將DNA中的遺傳信息轉(zhuǎn)錄后，在有關(guān)酶、輔助因子和能量的作用下，將活化的氨基酸在核糖體（亦稱核蛋白體）上裝配為蛋白質(zhì)多肽鏈的過(guò)程。

性狀：生物體所有特征的總和。任何生物都有許多性狀。有的是形態(tài)結(jié)構(gòu)特征（如豌豆種子的顏色，形狀），有的是生理特征（如人的ABO血型，植物的抗病性、耐寒性），有的是行為方式（如狗的攻擊性、服從性），等等。在孟德?tīng)栆院蟮倪z傳學(xué)中，把作為表型的顯示的各種遺傳性質(zhì)稱為性狀。在諸多性狀中只著眼于一個(gè)性狀，即單位性狀進(jìn)行遺傳學(xué)分析已成為一種遺傳學(xué)研究中的常規(guī)手段。