1928年,美國科學家格裏菲斯用一種有莢膜、毒性強的和一種無莢膜、毒性弱的肺炎雙球菌對老鼠做實驗。他把有莢病菌用高溫殺死後與無莢的活病菌一起注入老鼠體內,結果他發現老鼠很快發病死亡,同時他從老鼠的血液中分離出了活的有莢病菌。這說明無莢菌竟從死的有莢菌中獲得了什麼物質,使無莢菌轉化為有莢菌。格裏菲斯又在試管中做實驗,發現把死了的有莢膜菌與活的無英膜菌同時放在試管中培養,無莢膜菌全部變成了有莢膜菌,並發現使無莢膜菌長出蛋白質莢膜的就是已死的有莢膜菌殼中遺留的核酸。格裏菲斯稱該核酸為“轉化因子”。後來,美國細菌學家艾弗裏證實了“轉化因子”是DNA。但這個發現沒有得到廣泛的承認。
美籍德國科學家德爾布呂克的噬菌體小組對艾弗裏的發現堅信不移。1952年,噬菌體小組主要成員赫爾希和他的學生蔡斯用先進的同位素標記技術,做噬菌體侵染大腸杆菌的實驗。他把大腸杆菌T2噬菌體的核酸標記上32P,蛋白質外殼標記上35S。先用標記了的T2噬菌體感染大腸杆菌,然後加以分離,結果噬菌體將帶35S標記的空殼留在大腸杆菌外麵,隻有噬菌體內部帶有32P標記的核酸全部注入大腸杆菌,並在大腸杆菌內成功地進行噬菌體的繁殖。這個實驗證明DNA有傳遞遺傳信息的功能,而蛋白質則是南DNA的指令合成的。這一結果立即為學術界所接受。
十六、喂養人類的科技——雜交水稻
2001年2月19日,我國的袁隆平院士榮獲首屆“國家最高科學技術獎”。之所以得獎,是因為在他帶領下實現的“三係”配套,培育出了具有旺盛的生長優勢和產量優勢的優良雜交水稻組合,它們以強大的生命力為社會創造了驚人的經濟效益,從此宣告了我國秈型雜交水稻培育成功。
雜種優勢作為一種生物界普遍存在的現象,它是指雜交子代在生長活力、育性和種子產量等方麵都優於雙親均值的現象。例如不同品係、不同品種、甚至不同種屬間進行雜交所得到的雜種一代往往比它的雙親表現出更強大的生長速率和代謝功能,從而導致器官發達、體型增大、產量提高,或者表現在抗病、抗蟲、抗逆力、成活力、生殖力、生存力等方麵的提高。20世紀70年代中期起,中國首創雜種水稻在生產上大麵積的推廣利用,為雜種優勢的應用,開辟了新途徑。
水稻像大樹,人們還能夠在水稻的底下乘涼,這就是袁隆平對雜交水稻的構想。
事實上,雜交水稻具有明顯的雜種優勢現象,主要表現在生長旺盛、根係發達、穗大粒多和抗逆性強等方麵,因此,利用水稻的雜種優勢以大幅度提高水稻產量一直是育種家夢寐以求的願望。人們夢想的產物,就是雜交水稻。它們是人們通過選用兩個在遺傳上具有一定差異,同時彼此的優良性狀又能互補的水稻品種,進行雜交,從而生產出具有雜種優勢的第一代雜交種,通常用於生產。
雜交水稻的基本思想和技術,以及首次成功實現是由美國人在1963年於印度尼西亞完成的。由於他的設想和方案存在某些缺陷,因此無法進行大規模的推廣。後來日本人提出用三係選育法來培育雜交水稻,他們也找出了野生雄性不育株作為培育雜交水稻的基礎,但是效果不是很好。
中國的袁隆平在這個基礎上,成功地尋找到了合適的野生雄性不育株,並突破了日本人無法實現的雜交水稻育種技術,選育出了第一個在生產上大麵積應用的強優高產雜交水稻組合——南優2號。
由於水稻是白花授粉作物,對配製雜交種子不利。因此要進行兩個不同稻種雜交,就先要把一個品種的雄蕊進行人工去雄或殺死,然後再將另一品種的雄蕊花粉授給去雄的品種。可是,如果用人工方法在數以萬計的水稻花朵上進行去雄授粉的話,工作量極大,並不可能解決生產的大量用種。因此,人們培育出一種水稻做母本,這種母本有特殊的個性,它的雄蕊瘦小退化,花藥幹癟畸形,靠自己的花粉不能受精結子。
十七、生物複製技術——克隆技術
克隆是英文clone的音譯,簡單講就是一種人工誘導的無性繁殖方式。但克隆與無性繁殖是不同的。無性繁殖是指不經過雌雄兩性生殖細胞的結合,隻由一個生物體產生後代的生殖方式,常見的有孢子生殖、出芽生殖和分裂生殖。由植物的根、莖、葉等經過壓條或嫁接等方式產生新個體也叫無性繁殖。綿羊、猴子和牛等動物沒有人工操作是不能進行無性繁殖的。科學家把人工操作動物遺傳繁殖的過程叫克隆,把這門生物技術叫克隆技術。