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11章 微生物学(4)

红绿色盲属于性染色体隐性遗传。基因一般随所在的染色体连在一起或锁在一起同时传递到下代,这叫连锁。X染色体上的基因随X染色体一起传递,叫X连锁或性连锁。红绿色盲基因不但存在于X染色体(性染色体)中,而且为隐性,所以性连锁隐性基因的遗传,随不同性别的情况而不同。在女性中,X成双存在,必须两条都具隐性致病基因才能患病;男性的X染色体是成单的,所以只要X染色体带有致病基因就会发病。但是,两条带病基因的X染色体组合在一起(XX)的机会很小,所以患X连锁隐性遗传病的男性要比女性多得多。红绿色盲,男性远多于女性,我国男性色盲发病率为7%,女性0.5%。

道尔顿的红绿色盲基因是由母亲传给他的,他的母亲是红绿色盲基因的携带者。

杂种优势

母马和公驴交配,生出来的骡比马和驴都强壮高大。这种现象在遗传上叫做杂种优势。

杂交产生的后代,能继承两亲本的一些优良品质。如骡从母亲(马)那里取得体大、快跑、大力、活泼的优点;从父亲(驴)那里取得步伐稳定、不易激怒、有耐力、食粗料的优点。显然,骡作为役用畜要比马和驴更好。这是我国古代劳动人民最早应用杂种优势的一个著名实例,一直沿用至今。

在动物分类上,马是一个物种,驴又是一个物种,它们的亲缘关系很远。凡是两个不同物种间的杂交称远缘杂交。由远缘杂交的后代产生的优势现象称为种间杂种优势。

一个物种内,有许多不同的品种。显然,物种内各品种间的亲缘关系要比物种间的近得多。因此,物种内品种间的杂交称为近缘杂交或品种间杂交。与物种间杂交比较起来,品种间杂种优势更为常见,在生产上应用更广泛。如农牧业上推广的杂交玉米、杂交水稻、杂交猪、杂交鸡等等,都是品种间杂种优势的直接利用。我们利用遗传规律培育的矮秆抗锈病小麦、肉卵兼用鸡等都是品种间杂交的成果。

无籽西瓜

人有46条染色体,共23对,可以算作两套染色体。就好比象棋有红蓝两套兵马,扑克牌有红桃、黑桃、方块、梅花四套一样。这样,人体细胞有两个染色体组,叫二倍体。有的植物有三个以上染色体组叫做多倍体。市场上出售的无籽西瓜就是多倍体。

培育三倍体无籽西瓜,首先要将正常的二倍体西瓜在幼苗期用秋水仙素处理,使细胞内的染色体数目加倍,创造出四倍体西瓜来。然后把诱导成功的四倍体西瓜植株作为母本,用正常的二倍体作为父本,在开花时用人工授粉的方法让它们杂交,就能得到三倍体的种子。第二年将三倍体的种子种下去,长成的植株再用正常的二倍体植株授粉,三倍体的植株上就能长出无籽西瓜。

由于三倍体无籽西瓜在减数分裂时,同源染色体不能正常配对,而且绝大多数配子中含有的染色体数目都是不正常的,所以这种配子不能受精结籽,需要用二倍体花粉来刺激。这样,果实才能发育成熟,但种子极度退化。因此,栽培无籽西瓜每年都要用四倍体和二倍体的种子自交留种或杂交制种。无籽西瓜不但没有种子,而且瓤肉的糖分多、甜味浓,产量也不低于普通二倍体西瓜。

生物活动与时间有关

各种生物的生命活力都有内在的节奏,像时钟一样,一般按24小时周期性地运行,这就是生物钟。生物钟五花八门,多种多样,有和昼夜相适应的日钟,有和潮汐相适应的潮汐钟,还有和地球公转、季节变化相适应的年钟。

植物的生物钟非常有趣:牵牛花大约在清晨4时开放,丝瓜傍晚开花,月光花开花在天黑时分,昙花则往往在晚上9、10点钟才开……有一种生活在海滩上的招潮蟹,身体的颜色在白天会变深,每天体色最深的时间会推迟50分钟,而涨潮和落潮的时间在每天也恰好推迟50分钟。

人也有生物钟。有的人不用闹钟,早晨能按时醒来,前后不过相差几分钟时间,这就是生物钟在起作用。

生物钟的研究对医疗事业的发展具有特殊的意义。医务工作者注意到药物的作用与时间有着很大的关系。因此,不但要做到“对症下药”,而且还要做到“对时下药”。有时研究者指出,洋地黄(治疗心脏病的一种药物)在清晨4时服用的作用竟等于平时的40倍。因此,宜在这时使用洋地黄治疗,可以取得更好的疗效。

生物钟的研究对体育运动也是不容忽视的。我们可以推算出各种运动项目训练的最佳年龄和最佳时间,从而可以更科学地制定训练计划。

生物电池的妙用

随着科学技术的发展,人们利用树叶、核桃壳、玉米芯、垃圾、锯末等废物为“燃料”,用来制造电池,这类电池叫生物电池。和普通电池相比,生物电池有很多优点,它不仅结构简单,工作可靠,不放热,不损坏电路板,成本低,而且无噪声,不污染环境,也不易失火和爆炸。

现在,一些海上信号灯、航标灯和海上无线电设备已经使用由细菌、海水等有机物发电的生物电池。用生物电池作动力的模型船,也已经在大海中航行了。有人设想把整个海洋作为一个巨大的生物电池,在海洋上建立起电力工业基地。

还有人设想,将生物电池作为一种电力来源,在宇宙飞船上使用。大家知道,载人宇宙飞船在太空中航行时,宇航员生活在一个封闭的环境中,如果在飞船中设计建立一个物质转变的闭合循环系统,就可以将宇宙航代谢排出的二氧化碳、尿、粪转化成可以利用的氧气、水和食物。要实现飞船内的物质循环,生物电池是必不可少的。美国科学家经过实验,已在发射的“双子星座”和“阿波罗”号宇宙飞船上使用了生物电池。生物电池放出电能,用来通信和控制宇宙飞船,使飞船内实现物质循环。飞船没有什么废物可丢弃,就可以轻装前进,飞向神秘的太空深处。

能发电的绿叶

植物的绿叶,被人们称为“绿色的工厂”。如果把植物的叶子做成切片,放在显微镜下观察,就会发现里面有许多叶肉细胞。有人称这些叶肉细胞为生产车间。每个细胞中含有20~100个绿色的小颗粒,这就是叶绿体。叶绿体在阳光的照射下,不断地利用空气中的二氧化碳和土壤中的水,制造自己需要的养料,同时放出氧气,这个过程叫光合作用。

叶子的光合作用,实际上是通过一系列电子传递来实现的。如果在电子传递过程中,将产生的电子取出,就可形成电流。既然叶绿体吸收了光,会放出电来,那么,能不能用叶绿体来发电呢?

科学家将从菠菜叶内提取的叶绿体与卵磷脂混合,涂在透明的氧化锡结晶片上,用它作为正极安装在透明电池中,在阳光下就会产生电流。这种电池能将30%的太阳能转换成电能,而目前普通太阳能电池却只有10%的能量转换率。科学家认为,叶绿体发电大有前途。一旦取得成功,人们只要在房子顶上覆盖一层叶绿体,不管是晴天还是阴天,一年四季就都能利用太阳能来发电了。

可以做电视天线的绿色植物

人们为了接收电视广播信号,进行了种种探索,研制了各式各样的金属天线。

能不能用绿色植物做电视天线呢?

科学家做了这样一个实验:把一个接受器天线的接头钉在椰子、香木瓜、海枣等树的枝叶上或树干上,结果不仅收到了相距15千米外的电视发射台的信号,而且效果与室外金属天线一样。这说明绿色植物可以用作接收广播电视信号的电视天线。

使用植物天线的优点真不少,它不仅能美化环境,净化空气,而且还不会像金属天线那样容易老化。

你也许会问,绿色植物为什么能用来代替金属天线呢?其实,从导电原理来看,不管什么物质,只要具有一定的导电性,就能像金属天线一样感应电磁波,而椰子、香木瓜等潮湿宽大的枝叶就是良好的导电体。既然是导电体,它能像金属一样感应电磁波,当它的高度、形状与讯号的波长相适合,生长的方向又正好对准电视发射台时,绿色植物也就成为一架良好的植物电视天线了。

能耐高温的“出汗材料”

现代科学技术的发展,对耐热材料的要求越来越高。超高温的冶炼炉、原子能反应堆,都要求有耐高温的材料。卫星火箭、航天飞机的速度非常快,表面和大气剧烈摩擦会产生大量的热,产生极高的温度。在这种情况下,一般的金属材料会马上变形,甚至会融化掉。更主要的是,如果无法使航天飞机表面的温度降低,即使材料再好,也会使内部达到很高的温度,造成控制电路失灵,甚至使宇航员的生命受到威胁。

为了解决这个问题,科学家不断想方设法。他们在实际观察中发现,在炎热的夏天,人和许多动物都会出汗,以此来蒸发体内的水分,散发热量,降低体温。也有像狗那样的动物,皮肤上虽然没有汗腺,不能出汗,但它靠张开嘴巴,伸出舌头使劲地喘气,来加速舌头上及肺里的水分蒸发,使体温降下来。

科学家从动物利用流汗来降低体温的观察中受到了启示,研制出了一种新的耐热材料——“出汗材料”。这种材料主要由陶瓷制成,在陶瓷里掺入一些金属。在温度很高时,陶瓷内的金属就会熔化而蒸发,能像出汗一样带走大量的热,从而保证材料本身不被烧坏。用这种材料制作的航天器的表面,虽然不断“出汗”,却能保持外形和尺寸不变,而且还能减少航天器与大气的摩擦。

薯番茄

马铃薯,又名土豆、山药蛋、洋芋。它的块茎是可食部分,既可当粮食,又可作蔬菜。西红柿,又名番茄,浆果可生熟两吃,营养丰富。它们虽然在植物分类学上都属茄科,但无法杂交获得杂交品种。

生物学家采用细胞工程的技术,将它们的细胞进行融合,得到了马铃薯和番茄的杂种细胞,对其进行培养。结果奇迹出现了,具有双亲遗传特性的新种产生了。这就是在1978年由德国科学家梅罗帕斯博士培育出来的“薯番茄”。

梅罗帕斯曾经企图让马铃薯和番茄雌雄杂交,培育薯番茄,但他的努力失败了。这时候,英国和美国科学家采用细胞脱壁法,让两种不同种类的裸细胞进行融合获得成功。这使梅罗帕斯摆脱了困境。他用酶液处理番茄的根尖细胞和马铃薯的叶肉细胞,当这两种细胞的壁脱去以后,将这些裸细胞进行等量混合,在加入一种叶聚乙二醇的化学物之后,出现了融合现象,约有40%—50%融合成一个个细胞。再对杂种细胞进行培养,得到了根茎叶齐备的新植物。但遗憾的是,这种薯番茄新品种在地下并没有长出马铃薯。地上部分虽有果,但不理想。

这个实验虽然没有实际的价值,但在理论上证明细胞融合技术可以培育新品种,这在科学上具有重要意义。