你知道嗎?蘿卜的食用部分是塊根,甘藍的食用部分是地上的球莖,能不能培育出一種地上結甘藍,地下長蘿卜的新型農作物呢?類似的想法還有很多,比如番茄-馬鈴薯、白菜-甜菜等,這些想法能實現嗎?
1.白菜-甘藍
白菜是十字花科芸薹屬植物,是我國北方最常食用的蔬菜。甘藍又叫洋白菜,也屬於十字花科芸薹屬,能形成葉球。甘藍也是非常常見的蔬菜,它的葉球可以炒,可以煮,也可以涼拌、醃漬或製幹菜。
白菜產量高,易儲藏,但不能形成葉球。在儲藏時需要不斷剝去外麵的葉子,這使儲藏白菜的損耗很大。甘藍產量低,口味不如白菜,但能形成葉球,易於運輸。所以人們想到,能不能讓白菜和甘藍雜交,得到一種擁有白菜的產量和品質,卻又能像甘藍一樣形成葉球的新品種蔬菜?白菜和甘藍雖然都屬於十字花科芸薹屬,但它們是不同的物種。白菜的體細胞有20條染色體,甘藍體細胞有18條染色體。在自然狀態下這兩個物種是不能產生可育的雜交後代的,這就是自然界的生殖隔離現象。如果讓白菜和甘藍進行有性雜交,產生雜種一代白菜-甘藍,體細胞染色體數目為19,屬於異源二倍體。由於異源二倍體沒有同源染色體,通過減數分裂產生有效配子的可能性很小,所以是高度不育的。這時可以用化學藥物(如秋水仙素)讓異源二倍體的幼苗染色體加倍,成為異源四倍體。這個異源四倍體的體細胞中就存在成對的同源染色體了,就可以自行繁殖後代了。這個新品種就是我們現在常見的白菜-甘藍(圖5-8)。
圖5-8 白菜-甘藍
2.抗蟲棉
棉花是我國重要的經濟作物。我國的棉花種植麵積總共有7500萬畝,占全世界的15%左右。與棉花相關的產業吸納了1900萬人就業。在我國的新疆、河南、安徽、山東等省區有大麵積的棉花種植區。棉花有一種重要的害蟲叫棉鈴蟲。棉鈴蟲的幼蟲能危害棉花的頂尖、蕾、花、鈴,造成受害的蕾、花、鈴大量脫落,對棉花產量影響很大。我國每年由棉鈴蟲造成的經濟損失就達幾十億元。
為了對付棉鈴蟲,1991年在國家高技術研究發展計劃(863計劃)中啟動了抗蟲棉研製工作。1996年抗蟲棉研製成功,1997年大麵積推廣。
人們發現,蘇雲金芽孢杆菌能產生一種Bt毒蛋白。這種毒蛋白在哺乳動物的胃液作用下幾秒內就能被完全降解,所以它對人畜無害。毒蛋白能導致棉鈴蟲、紅鈴蟲等少數鱗翅目昆蟲的消化道潰爛,最終致其死亡。科學家就想,能不能將蘇雲金芽孢杆菌體內控製毒蛋白的基因提取出來,轉移到棉花體內,讓棉花也能產生Bt毒蛋白,從而抵抗棉鈴蟲的破壞呢?經過努力,科研人員培育出了擁有抗蟲基因的抗蟲棉。這種抗蟲棉不但能抵抗棉鈴蟲的破壞,還能節省農藥,減輕環境汙染,有重要的經濟意義和環保意義。
3.彩色棉花
棉花是錦葵科棉屬植物的種子纖維,絕大多數亞熱帶國家都有生產。世界上棉花產量較高的國家有中國、美國和印度。我們常見的棉花都是白色的,其實還有其他顏色的棉花。過去美洲的印第安人就曾經種植過褐色的棉花,但這種棉花的纖維太短,無法織布,隻能做填充材料。
20世紀80年代,美國植物學家福克斯發現了這種彩色棉花,經過她的選擇和精心培育,不僅棉花的花色品種增多了,還得到了纖維長度和強度可供織布的新品種。她為這些棉花申請了專利,還在1989年創立了天然棉花色彩公司。公司銷售的棉布有紅褐色的“小狼”棉、黃褐色的“野牛”棉和橄欖綠的“綠樹”棉。這些棉布不需經過任何化學染料的處理,其生產製作過程不會造成環境汙染,也不會對人體產生傷害。
我國於1994年開始彩色棉花育種的研究和開發,目前已經培育出了棕、綠、黃、紅、紫等色澤的彩色棉花。有些品種的彩色棉花在質量、色澤等方麵還處於國際領先水平呢。
4.彩色小麥
小麥是中國第二大糧食作物,產量和消費量約占中國糧食總量的四分之一。我們經常在商店、蛋糕房裏看到各種顏色的麵食。為了讓這些麵食擁有好看的顏色,商家會往裏麵添加色素。天然色素非常貴,會大大增加成本。許多商家就使用人工色素,這些色素都是化學合成的,食用多了會對人體造成危害。彩色小麥的出現解決了這一難題。
我國小麥育種專家周中普和他的科研團隊經過十多年的艱辛努力,用普通小麥與偃麥草、冰草等進行遠緣雜交,結合化學誘變、物理誘變等育種方法,培育出了黑色、紫色、綠色、咖啡色、藍色等五顏六色的小麥,其中新培育出來的綠色小麥在全世界較為罕見。
據專家介紹,彩色小麥種皮中的色素是一種苷類物質,在普通小麥中含量極少。彩色小麥富含碘、硒、鈣、鐵、鋅等多種微量元素,這些微量元素對人類能起到保健作用,因而又被稱為保健小麥。
我們可以利用這些彩色小麥磨出的麵粉生產出彩色掛麵、彩色麵包、彩色餃子等既讓人賞心悅目,又可以放心食用的美食。
5.無子西瓜
炎炎夏日,吃一塊西瓜解暑,是我們經常做的。在吃西瓜的時候,西瓜籽是令人討厭的東西。這時我們常常會不由自主地想,要是西瓜裏沒有籽就好了。下麵我們就介紹一種沒有籽的西瓜——無子西瓜。
普通西瓜是二倍體,果肉細胞有22條染色體。農業工作者利用普通西瓜培育出了三倍體無子西瓜,果肉細胞有33條染色體。這種西瓜個大、含糖量高、口感好、易貯藏,而且吃起來不用吐籽,備受人們的青睞。
無子西瓜是怎麽得到的呢?首先種植二倍體西瓜的種子,得到二倍體幼苗。將一部分二倍體幼苗用秋水仙素處理,使其染色體加倍成為四倍體。再讓四倍體作母本,授以二倍體的花粉,當年在四倍體植株上結的西瓜是四倍體西瓜,西瓜裏的種子則是三倍體種子。第二年將這些三倍體種子種下去,得到三倍體植株,開花後再授以二倍體的花粉,結的西瓜就是三倍體無子西瓜。無子西瓜並不是真的無籽,是種子發育不好,在西瓜裏有很軟的白色的種皮。其原因是三倍體植株在產生配子時聯會紊亂,不能產生正常的配子,所以雖然授給它二倍體的花粉,它的胚和胚乳發育不正常(注意不是不能發育),所以可看到發育不好的白色的種皮。
那麽,既然無子西瓜不結籽,為什麽還要給它授以二倍體的花粉呢?原因是授粉後花粉萌發產生花粉管。花粉管在生長過程中,能將其含有的色氨酸酶係分泌到雌蕊組織,使花柱和子房產生大量的生長素。隨著花粉管的伸長,雌蕊各部分生長素含量高峰按花柱頂端、花柱基部和子房的順序出現。這些生長素使子房發育成果實。
不僅如此,由於花粉中不斷向花柱分泌各種酶類,雌蕊組織中的碳水化合物和蛋白質的代謝作用都在加強,呼吸作用也在加強。受粉後的雌蕊組織吸收水分和無機鹽的能力也在加強,即子房的代謝迅速加強,細胞分裂也非常旺盛,子房成為植株的代謝活躍重心,最後發育成果實。這種現象被稱為花粉蒙導作用。
那麽,我們為什麽稱這種西瓜為無子西瓜而不稱之為無籽西瓜呢?這是因為無子西瓜是三倍體,在產生配子時同源染色體聯會紊亂,不能產生正常的配子,是高度不孕的,也就是不能通過有性生殖產生後代。它的果實裏沒有籽是由遺傳物質決定的,屬於可遺傳的變異。如果我們用組織培養的方法讓無子西瓜產生了後代,它的所有後代仍然不能結籽。
將一定濃度的生長素塗在沒有授粉的番茄花蕾上,過一段時間也能得到番茄果實,但是這種果實沒有籽。這種無籽變異不是由遺傳物質決定的,我們用組織培養的方式獲得了無籽番茄的子代,其子代如果正常授粉就會結籽,所以無籽番茄和無子西瓜在遺傳意義上是不同的。