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6章 细胞学(2)

诱人的花卉工厂

你可听说过“兰花工厂”?

在安谧而洁净的厂房里,一棵兰花的小小的茎尖,循着一道道由学者周密设计的工艺流程,经过一个个操作者的精雕细琢,一举化为成千上万株长在试管里的健壮的种苗,再移到大田里,变成成千上万株亭亭玉立的兰花……像这样的“兰花工厂”,许多国家都已建立。生产的也不光是兰花,还有康乃馨、水仙等花卉,还有经济作物,如红杉、甘蔗、大豆,甚至还有咖啡、烟草等等。

“兰花工厂”是通俗的说法。这种生产过程的正式名称是植物组织培养。

植物组织培养的理论基础是植物细胞的全能性。所谓植物细胞的全能性,是说,植物体的所有细胞都有长成完整植株的潜在能力。也就是说,植物体身上的任何部分,不管是种子、果实,还是根、茎、叶、花,每一个细胞都有可能培养出一棵完整的植株。

由于植物组织培养技术的成熟,小小的花卉组织细胞在各国科学家手上,竟长出了千姿百态的花卉,给人们的生活带来诱人的前景,犹如“发起冲锋”的号角,将人们的目光聚向了花卉工厂。

法国、荷兰等少数国家的科学家,同企业家联手捷足先登,首先办起了花卉工厂;为花卉的生产、美化人们的生活,带来勃勃的生机。

数年之后,日本、中国、新加坡、美国等国家,也都建立起了本国生产花卉的工厂。

归结起来,花卉工厂主要有操作车间、消毒车间、准备车间、称量车间、培养车间和栽培车间等。

操作车间,无菌无尘,操作人员在操作台上灵巧地操作着剪刀、镊子等工具,在酒精灯旁熟练地将外植体或愈伤组织连续不断地放到装有培养基的玻璃瓶中。

消毒灭菌车间,设有各式各样的高温、高压消毒灭菌锅。这里关键的一步,是要掌握灭菌的火候,要使消毒锅上的压力表的指针一直停留在规定的位置上,即要杀灭培养基中的微生物,又要不破坏培养基中的营养成分。

准备车间,这里备有盛培养基的玻璃瓶和玻璃管备好培养基。这里的培养基要严格控制酸碱度和生长协调剂,以保证“小生命”的营养供应。

称量车间,设置着灵敏度不同的称和天平,以精确称出培养基所需要的营养成分。

培养车间,有空调机、加热器等仪器,保持一定的温度,使培养基中的外植体——“小生命”,在适宜的温度、光、湿度条件下,长成根茎叶具备的完整植株。

接着被送入载培车间,让其“自食其力”,由小长大,直到出厂销售。

日本一家花卉工厂,能使5000盆菊花在同一天开放,令人大开眼界。这里,无不显示着现代科技的杰作,人们只要用组织培养法得到同一品种花苗,在同一种生态条件下,采用一样的光照射,一样的温度,一样的营养等,自然就会让花儿某一天“同放”,如同“花神”下凡。

如今,花卉生产工厂已成为一个国际化的新型产业部门。荷兰已成为世界上最大的花卉输出国,尤其是鲜花,每日由班机送到美国等国家,每年靠出口花卉就可赚取大量的外汇。

显然,花卉产业十分诱人,它是将高科技转化为经济的典范,是知识转化为经济的因果应答。

从“试管婴儿”到“试管动物”

1978年7月26日,在英国诞生了世界上第一个试管婴儿。

事情是这样的,美国一位火车司机布郎与妻子结婚多年,一直没有生育。布郎一心想得到一个孩子,于是便去请教从事试管婴儿的科学家爱德华兹教授。通过检查知道,布郎夫人因输卵管堵塞而失去生育能力。

于是,教授决定给布郎夫妇做试管授精。

教授取来布郎夫妇的精子和卵子,通过精心设计,放入试管授精,并得到受精卵。这是一个小生命的开始,是布郎夫妇生命的延续。受精卵在试管里分裂生长到第6天,已形成了一个多细胞胚。

之后,教授将这个多细胞胚送入布郎夫人的子宫中,使它着床在子宫内膜上,吸收营养不断生长,经过十月怀胎,终于生下了“世界上第一个试管婴儿”。

1988年3月10日晚,我国首例试管婴儿通过剖腹产手术诞生。这表明我国已跻身于世界少数几个拥有这一先进生殖工程技术的国家之列。

动物学家受试管婴儿的启发,把这种方法用于动物胚胎的研究上。

通过广大科技工作者的努力,硕果累累,捷报频传:

英国爱丁试验站,成功地培育出世界上第一只试管小鸡。

美国威斯康星大学研究中心,培育出了世界上第一只试管恒河猴。

我国科技工作者培育出我国第一胎“试管绵羊”。

据《台湾农业情报》报道,台湾省畜试所郑登贵在英国进行了“试管猪”的研究工作。试验历时两年,第一次由一个受精卵发育成4只“试管猪”培育成功。据说,“试管猪”的试验比“试管婴儿”更困难。

试管动物的出现,首先加快了繁殖良种牲畜,其次在珍稀动物方面也受到广泛应用。

为了保存珍奇动物,使它们不致灭绝,人们还建立了“试管动物园”,把珍奇动物的卵或胚胎在超低温环境中保存起来,需要时取出,让它繁殖长大。

前几年,我国第一个“试管动物园”已在昆明的中国科学院动物研究所建成,在那里储存着黑熊等珍稀动物的胚胎50多种。

目前,国外建成的“试管动物园”已将400多种动物的活细胞在-196℃环境中,长期保存在试管中。将来每个细胞都能培养出一组完整的成年动物,大量动物可免于灭绝。“试管动物”将为保护珍稀动物带来曙光。

可以融合的动植物细胞

十多年前,曾有一则报道,说德国两位科学家培育出有牛肉味的西红柿。报道详细地介绍了实验经过。他们用牛身上的细胞与西红柿的细胞进行融合。融合后的杂种细胞,既有牛的基因,又有西红柿的基因。对这个杂种细胞进行培养,结果一种特殊的植物长成了。这就是“牛柿”。牛柿的叶子像西红柿,开黄花,并结出西红柿。西红柿的味道很鲜美,有牛肉的味道。报道还说,“牛柿”的皮很厚,很有点像牛皮。

报道一出,立即引起生物界的轰动。因为这是“细胞工程”的一项伟大成果,不仅证明动植物细胞可以融合,而且还能培育出具有双方母体的遗传特性。

不过,很快知道这个所谓的“成果”是假的。原来这篇报道发表在1983年的4月1日,这一天是西方国家的“愚人节”。在这一天,任何人撒谎、欺骗人都不会受到批评。

玩笑已经过去10多年了。但这个玩笑并不是毫无根据的,动植物细胞确实可以融合,这是事实。不过,至今还没有通过细胞融合技术,培养出既有动物、又有植物遗传特性的“生物”来。动植物细胞融合,虽然两个核可以变成一个细胞核,但要把基因控制的性状表达出来,就相当困难了。然而,生物学家已经使两种植物细胞融合后培育出了新的植物品种。

海拉细胞走向全球

说来奇怪,当人们怀着特有的心态对待癌细胞时,我们的科学家却特别青睐一位妇女身上的癌细胞。这位妇女是美国人,她的名字叫亨莉埃塔·拉克斯,身患癌症。她只有31岁,1950年她到约翰·霍普金斯大学医疗中心就诊,被确诊患子宫颈癌。

当时为了研究子宫颈癌的病变机理,就从这位黑人妇女身上取下一部分癌细胞,放在凝固的小鸡血上进行培养。结果,发现它在这里“生根”,并不断地分裂,在24小时内数目竟增加了一倍。这种癌细胞被叫做“海拉细胞”。

海拉细胞在人工培养条件下竟永生不死。而大多数动物细胞虽然也可以培养,但经过几十代繁殖之后,就一个一个地死亡了。唯有海拉细胞,经过40多年体外培养,仍然活着。这一特性在科学研究上颇具价值,受到世界各国学者和研究人员的高度重视。自50年代起,海拉细胞从美国出发,已进入许多国家实验室。在亚州、欧洲、非洲、南美洲以及澳大利亚,都可以在一些大学、医学研究部门的实验室中找到海拉细胞,成为第一个走向全世界的细胞。为什么大家对海拉细胞这样感兴趣呢?原来是为了揭开海拉细胞发生、发展的规律,找到让其改恶从善的办法,或者让其彻底灭亡的办法。

肿瘤细胞“服毒自杀”

肿瘤细胞是一种有无限繁殖能力的细胞,在人体内作恶多端,绝不肯停止对人体的危害。对肿瘤细胞只能用药物治疗、放射性照射等方法消灭之。通过多种方法综合治疗,确实也使一些癌症病人缓解疼痛,减轻痛苦,延长生存期。

科学家特发奇想:让癌细胞“服毒自杀”。如果能找到癌细胞“服毒自杀”的办法,岂不是造福人类了吗!这个办法终于找到了。那就是发现了一种基因,叫疱疹病毒胸苷激酶基因,简称TK基因。它有非常奇特的作用。只要把它注射到癌细胞内,再给病人注射化合物,这个TK基因就能将这种化合物转变为有毒物质,再凶狠的癌细胞此时只好自己“服毒身亡”了。此法可真妙极了。

这回对可恶的癌症又增加了一样生物技术新武器,加上生物导弹和其他一些方法,癌细胞大概也就该完蛋了。不过,我们还不要高兴得太早,不论是“服毒自杀”,还是生物导弹,在理论上都无任何异议,问题是还需要经过大量动物试验以及临床试验,并证明确实对人体不会造成副作用,不会影响到遗传作用,才能推广。它目前尚处在试验阶段,我们期待着这一天——癌细胞会“服毒自杀”。

细胞学说

在细胞研究上,首先建立功勋的是德国植物学家施莱登(1804—1881年),他用显微镜观察各种植物的表皮,发现无论是木本植物还是草本植物,都是由虎克命名的细胞构成的。当时,施旺的这难道是偶然的巧合吗?他又开始研究植物的根、茎、叶和花。但是这些部分放在镜下却是乌黑一片,施莱登百思不得其解。一天,他发疯似地挥动刀片切割起来,以发泄心中的怨气。突然,几个几乎透亮的薄片定住了他的眼睛。放到显微镜下一看,啊,植物的嫩茎也是由一个一个细胞构成的。接着,他进行大量观察,画出大量细胞图谱,终于得出细胞是构成植物体基本单位的结论,并把研究结果写进《植物发生论》和《植物学概论》等书中。