书城自然科学当代中国科技1000问
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第65章 生物技术(13)

这种新技术是符合遗传学原理的。生物的遗传性取决于受精卵的素质。受精卵是由父亲的精子和母亲的卵子在受精一瞬间决定的。就像一只受精的天鹅蛋,不论由母鸡孵化还是母鸭孵化,都只能孵出小天鹅那样,借腹同样可以保持子畜的遗传素质。随着生物学的进展,胚胎移植技术又有了很大发展。像超数排卵、人工授精、胚胎超低温冷冻保存等,都是围绕提高效率、增加繁殖系数方向迈出的重要新步伐。家畜胚胎移植已经逐步走向规范化和商品化,使得优良家畜的种质借助普通家畜的子宫,迅速繁殖,遍地开花。这是发展畜牧业,解决人类肉食问题一项具有重大意义的新进展。

什么是人为诱变育良种

1927年,有位叫密勒的科学家,用X射线照射果蝇,结果发现经过处理的果蝇,后代的变异频率竟大大增加了,原来X射线能够引起基因突变。现在知道,各种放射线,像紫外线、X射线、快中子等都有类似的效果,有些化学物质也能引起基因突变。原来遗传基因本身是一种叫做核酸的大分子,它在放射线或者化学物质的作用下,能够引起结构上的变异,表现出来就是我们所看到的生物性状变异(基因突变)了。科学家掌握了这些规律后,开始有计划地用各种放射线、化学物质处理植物的花粉、细胞或者种子,以便诱发各种各样的基因突变,然后从中选择出对人类有益的变异,加以利用,这就是诱变育种。

诱变育种可以得到大量的突变种。例如用放射线处理大麦,只经过短短几年,就获得了大麦在世界搜集材料中的几乎所有已知特性。应用诱变方法,能够在短时间内看出效果,还可以把某些人类需要的基因和不需要的基因分割开来,避免“一揽子”带来的恶果。中国应用诱变育种技术,已经选育出比亲本早熟30天的“丰收11号”大豆,高产的“辅莲矮”水稻,抗稻瘟病极强的“津辐3号”水稻,高抗条锈病的“原丰2号”小麦等。这都向人们显示了诱变育种的光辉前景。

未来的农业将会是什么样的

农业科学正在酝酿着许多重大变革,向人们展示了未来农业发展的趋向。由“平面式”向“立体式”发展。为了在有限的土地上获得大量的农产品,有人提出应将作物布局由平面向立体方向发展,主要途径是巧妙利用各类作物在生长过程中的“空间差”和“时间差”,按照上下错落的方式,进行精心组装,合理搭配,塑建成多层次、多功能、多途径的高效生产系统,力求全面捕获光能,充分挖掘水、肥、土、气、热潜力,从而创造出成倍提高的产值。如在水中搞密养、混养以及分层养;在地上推行高矮间作、长短套种、喜荫与喜光品种共生等,这些都是这方面的典型。

由“石油型”农业向“生态型”农业发展。专家认为,生态农业是一种久兴不衰的方式,必将在未来农业中占主要地位。

由“自然式”向“设施式”发展。现在的农业生产,一般在露天大地上进行,经常遭受自然灾害的袭击。未来农业将由大量现代化保护设施来“武装”,如各类高度自动化控温室,全套先进的输液系统等。有人预测,在未来的10~30年内,将有相当部分的蔬菜、花卉等作物的生产,由田间移到温室,再由温室转到可全控的环境室内。到那时,这些作物的生产再也不会受农时季节的限制,而是按照市场需要,实行周年播种,全年收获。

由“机械化”向“电脑自控化”发展。农业机械化给现代农业带来了很大活力,然而随着计算机的发展,这些机械将要逐步让位。据预测,今后“超级智能机器人”将参与农场的一切管理,并且完成各种农活。

由“陆地型”向“宇宙型”扩展。科学家认为,随着人类的“远走高飞”奔向宇宙,农业也要进入太空。科学家预计,21世纪,美国可能有首批居民定居月球,第一艘由人操纵的太空船将抵达火星,随后进行自动化采矿与农耕实验,届时到宇宙办工厂、兴农场就会进入实用阶段。

由“农场式”向“公园式”发展。21世纪的人们不仅要求吃好、用好、穿好,而且要求玩好。由于土地日益珍贵,一些具有远见的农艺家,别出心裁地将一个个农场改建成一座座农业公园。现在荷兰、日本正在朝这个方面尝试。在农业公园内,有各种动物、植物、花卉和娱乐场所,自然景色真实,空气新鲜,布局艺术,四季协调。

由“化学化”向“生物化”发展。现代农业已经进入了化学时代。然而科学家认为,随着基因工程等生物技术的发展,这种局面也会发生变化。譬如说,生物固氮如果成功,那么在很大程度内可以取代氮肥。抗病虫基因的引入,会大大减少农药的使用。所以人们预料,今后将是生物化逐步取代化学化。随着科学的发展,现代农业正在不断地向着更高级、更完善的方向过渡。可以预言,这种演变必将大大改变整个社会的面貌。

无土栽培是怎么回事

人们常说,“鱼儿离不开水,庄稼离不开土”。然而,在现代化的蔬菜工厂里,却看不见一点土,只见机器缓缓地转动着一条特殊的传送带,传送带上长着正在扎根长叶的蔬菜。没有土壤,蔬菜怎么能生长呢?原来蔬菜工厂的传送带上放着“培养盘”,蔬菜种子在培养盘中发芽扎根,固定植株;传送带下面是灌满营养液的水槽,根系从传送带上扎下来,浸入营养液中吸收水分和营养,供蔬菜生长发育。这种方法叫做“水培法”或“无土栽培法”,是美国一位农学家在1929年发明的。当时他在水溶液中种出了一株7米高的西红柿,其总果重达14千克,这一成就被称为20世纪最伟大的发现之一。

70年代初期,丹麦建立起第一座蔬菜工厂。工厂里能控制温度和湿度,并采用流水作业法。培养盘在传送带上作单向水平移动,第1、2天种子在培养盘中发芽,这一段时间没有光线,称为发芽暗室。2天后,长2毫米左右的小芽被传送带送入玻璃温室,始见天日,这时采用阳光照射和灯光辅助照射。接着的几个“车间”是根部加压,湿温控制,气氛控制等。第6天蔬菜走完温室全程离开传送带时,已经是大小均匀、颜色翠绿的嫩菜了。如果是番茄、黄瓜类蔬菜,则是个个果大色美、鲜嫩诱人,经包装即可上市销售。

为什么集装箱里也可以种庄稼

集装箱是一种用来进行海洋运输的密封的金属大箱子。以色列的一位名叫劳尔·赫塞尔的青年人,异想天开,发明了在密封的集装箱里种庄稼的新技术。这种种植方法称为水耕法,不需要土壤,植物的根直接浸在营养液里。由于在密封的环境里生长,不需要杀虫剂,也不用化肥,种植出的蔬菜、粮食都是绿色食品,种植什么庄稼不受季节和气候的限制。长12米、宽25米的集装箱可以种植500颗莴苣,其产量是土耕法的1 000倍。更方便的是,集装箱可以一个一个叠起来,只需一小块地方就可产出很多农产品,大大节省了土地。这项技术可以帮助耕种土地少、气候条件差的国家解决农作物生产问题。

有防止落花落蕾的灵丹妙药吗

番茄、辣椒、黄瓜、茄子等蔬菜,往往花开得多,而果结得少,有不少花和蕾不等成熟就脱落了。现在农学家发明了一种药水,只要用笔轻轻地蘸在花上,便可防止落花落蕾,促进果实生长,使蔬菜提高产量。这种“灵丹妙药”就是植物激素。

植物激素的种类很多,如天然激素类的生长素、赤霉素、细胞分裂素、休眠素等;人工合成激素有2,4-D、萘乙酸、青鲜素、矮壮素、乙烯利等。天然激素是植物本身所产生的一种代谢产物,含量微少,多以微克(百万分之一克)来计算。人工合成激素又叫做植物生长调节剂,它是模拟天然激素的结构,由人工合成的具有类似天然激素作用的物质。蔬菜上常用的激素有乙烯利。当乙烯利溶液进入植物组织以后,能释放出乙烯,使番茄等作物果实着色并加速成熟,使黄瓜、南瓜等瓜类蔬菜的雌花大量出现,既能增产,又能早熟,并且对人畜安全无毒。

2,4-D也是蔬菜上常用的激素。它既是植物生长调节剂,又是内吸性除草剂。它在低浓度下可以刺激植物生长,影响新陈代谢,使刺激部分生理机能旺盛,可减少落花落蕾,提高坐果率,促进果实的生长,并能提前成熟。2,4-D在高浓度下有抑制植物生长并杀死杂草的作用,是一种较好的内吸除草剂。在蔬菜生产中,主要把2,4-D当做生长调节剂应用,用于控制茄果类和瓜类蔬菜的落花落蕾现象。使用植物激素有喷洒、涂果、浸果、蘸花、涂花、喷花等方法,不管使用哪种方法,必须注意浓度配制准确,否则会有不良作用。同时还要结合科学栽培管理,不然灵丹妙药也会失灵。

无子西瓜如何来

培育无子西瓜,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子西瓜。由于三倍体无子西瓜在减数分裂时,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子,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,栽培无子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。无子西瓜不但没有种子,而且瓤肉的糖分多、甜味浓,产量也不低于普通二倍体西瓜。

能培育出含有疫苗的果蔬吗

为了预防乙型肝炎,就得打含有预防乙肝疫苗的预防针;不小心被狗咬了以后,就得打含有预防狂犬病疫苗的预防针。在不久的将来,这一情况就可能得到改变。到那时,只要吃上一根香蕉或喝上一杯番茄汁,就能预防你想预防的某种疾病。因为人体预防需要的疫苗,已经包含在吃喝的果蔬里了。有这种可能吗?不必感到惊奇,这一切都是基因工程创造的奇迹。英国生物科技公司阿西斯遗传公司准备和美国康奈尔大学合作,利用基因工程培育含可食用疫苗的植物。怎样才能培育出植物疫苗呢?首先得将一个能繁殖疫苗蛋白的基因片段分离出来,然后将它接入一粒种子的基因内。将这粒种子进行培育,使它长出来的果蔬内含有疫苗蛋白。人吃了这种果蔬,疫苗便会刺激身体产生抵抗某种病毒的蛋白。可食用疫苗负责刺激人体的第一道防线,即以口、鼻、胃、肠道等消化系统为主的人体防御机能。而传统的注射疫苗,则是负责刺激以血液循环系统为主的人体防御机能。

能培育出多年生农作物吗

种了一株桃树,今年摘桃子后,明年桃树还会开花结果。有的果树,甚至能接连开花结果上百年。那么,能否培育出一种庄稼,一次播种后,就像桃树一样,多年收获呢?美国农作物专家和种植谷物的农民宣称,他们已培育成功一种能年年生长的小麦,并且收获量与一年生小麦持平。他们相信,世界上第一种多年生谷物很快会大面积推广。多年来农作物研究人员就一直在努力培育多年生小麦。但由于多年生小麦不仅容易患病,而且产量不高,所投入的成本与产出的效益相比,还不及一年生小麦,所以缺少推广价值。

现在科研人员采用了遗传工程技术和植株改良技术,解决了上述两个主要问题。新研究成功的多年生小麦,可连续生长产麦6年,小麦的质量也很好。这种多年生小麦,不但能减少种子和播种费用,而且有助于保护农田。美国大多数种植小麦的农田平坦而多风。小麦收获后,为保护容易流失的土壤,便种植野草。现在,农民们可以用多年生小麦保护土地了。

何谓芳香建筑

嗅觉使人多了一条了解外部环境的途径,现代医学认为,香味能影响人的心理和情绪。研究发现,丁香和茉莉花的香味会使人产生一种轻松安静的心情,水仙花的香味能使人变得性情温和,而紫罗兰和玫瑰花的香味则会让人兴奋起来。美国气味疗法专家研究得出结论,苹果的香味对人体肾上腺素的分泌有调节作用,能使激动、焦虑和发怒等情绪得到控制;柠檬香味则会使人头脑清醒、困倦消失,它能使在高速公路上驱车急驶的司机保持清醒的头脑,还有助于提高免疫系统的抗病能力。

现在,建筑设计师开始将香味引入所设计的建筑中,这便是芳香建筑。具体地说,芳香建筑是指建筑物本身的组成材料能散发香味,或通过在建筑物内堆放花卉、喷洒香料而使之充满香味。科学家预计,在不久的将来,将会逐步出现各种芳香住宅、芳香候机楼、芳香博物馆等,就连火车、飞机和轮船内,也会处处香气四溢、芬芳异常,人们在芳香建筑里会感到身心舒畅、疲劳顿失。

芳香建筑里的香味能调节人的食欲,一些强刺激性的香味如硫黄和樟脑等气味,会使人的饥饿感得到缓解;相反地,桂皮香味却能激起人的食欲。某些芳香气味还具有治病功效,香味分子会刺激人的大脑,如天竺花的香味有镇静作用,可治疗失眠症;熏衣草的香味能治疗哮喘;而菊花的香味则可治感冒。让香味渗透到人的生活各个部分,那就是芳香建筑的成功所在。未来的芳香建筑中,人们可随意调整香型香味,以使自己身心愉快,头脑清醒舒适。人们的工作效率或许能因此而大大提高。

生命建筑具有生命的基本模式和功能吗

如今,建筑物智能化、仿生化的程度越来越高,学术界新近出现的生命建筑构想就是其中的佼佼者。何谓生命建筑?1994年,15个国家的科学家在美国聚会,提出运用新材料和新技术,建筑与生物界相仿的、能感受外界和自身变化并能作出反应的建筑物,这就是生命建筑。

生命建筑的基本特征有:

生命建筑具有“肌肉”,对外界变化能很快作出反应。桥梁损坏的主要原因,是车辆在行驶中产生的共振,损坏的薄弱环节是用不同材料合成的梁。而用能自动收缩和舒张的智能材料,如电热控制的记忆合金,就可改变梁内部的力和形状,使梁的振动频率变化,使桥梁承受振动的能力增高10倍。正在研究中的其他“肌肉”材料还有压电陶瓷、磁致伸缩材料、电磁流变液体等,它们已经在一些建筑上试验成功。

生命建筑有能获得“感觉”的“神经”。加拿大和美国科学家将光纤维或压电聚合物制成厚仅200~300微米的压力感应薄膜,并把这种“神经”埋在房屋、道路、桥梁中。这种“建筑神经”不仅能“感觉”到整座建筑或桥梁内部的受力变化,甚至能感应检测到一辆汽车开过时,桥梁所受的震动和桥的变形。如果桥梁产生裂缝,“神经”信号就会中止,从而便于预防,并能及时查出建筑的隐患所在。