农业将出现奇迹——第二次“绿色革命” [复制链接]

第5版()
专栏：科学园地

农业将出现奇迹——
第二次“绿色革命”
卢继传
六十年代，菲律宾、东南亚和世界许多水稻产区国家曾兴起过所谓“绿色革命”。这场革命以培育良种、大力发展化肥、使用杀虫剂为主要内容，从而大面积地提高粮食产量。所以，也有人称这场农业革命为“化学”革命。这场革命带来的好处是有限的。七十年代以来，生物工程应用于农业，按照人类的需要，创造新的生物类型。国外把这种农业史上的转折，称为第二次“绿色革命”。
近年来，在生物工程应用研究中，利用细胞和组织培养技术培养新品种，取得较好的成果。此外，遗传工程、细胞融合在农业方面的实验不断取得突破，主要表现为以下几个方面：
提高农作物对病虫害的抗性：这是世界各国重点研究的课题。1981年12月外电报道，美国加利福尼亚州圣卡洛斯国际植物研究所的专家进行改变木薯植株的遗传结构的实验。木薯的产量高，块根可供食用，但它常受到一种花叶病毒危害。他们将应用遗传工程技术，即通过某种载体，把其他植物的抗病基因插入木薯细胞，并使其表达功能，长出健康的植株，达到防病抗病的目的。
目前，日本、英国、比利时和印度等一些国家已试验成功了抗病或多种抗病的品系，这是十分可喜的成绩。我们知道，传统农业惯用农药喷射杀虫，久而久之，许多昆虫逐渐获得抗药能力，农药污染作物和环境危害甚大。用遗传工程技术防治病害既使农作物高产，又使其具有抗病虫能力。
培育耐盐、耐旱、耐寒的作物：不久前，美国科学家应用遗传工程技术，首次成功地从一种细菌中分离出耐盐、耐旱的基因，移入到整个植株中去，使它具有耐盐耐旱的特性。美国一位从事这项工作的科研人员预言，五年之内，农作物中将出现耐旱的品种。
有的科学家应用细胞融合技术培育新品种。所谓细胞融合是在人工培育的条件下，把两个不同遗传特性的植物细胞，融合在一起（称为细胞水平上的杂交），使之形成一种杂种细胞。如有的科学家企图使仙人掌细胞与小麦细胞融合，培育耐旱的小麦。
令人感兴趣的是，美国加利福尼亚大学戴维斯分校的科学家已发现了一种有助于农作物在干旱或盐碱环境中生存的基因，该基因控制脯氨酸的产生。脯氨酸能减少细胞中的水分外流，使细胞的需水量减少。美国科学家说，他们已经运用遗传工程技术进行实验，从大肠杆菌中取出这种基因，并把它放入另一细菌中加以繁殖，然后，再把这种基因移植到农作物的细胞里。由于带有这种基因的农作物的需水量很少，使它能够不受沙漠或盐碱的影响。不久前，苏联科学家也发现脯氨酸的特殊功能。据预测，在沙漠里生长的粮食作物将在今后十年内培育成功。
目前，苏联、美国等国家正在应用生物工程，试验培育抗寒作物。
创造高蛋白作物的品种：1981年，美国农业部和威斯康星大学的科学家把豆科植物的基因植入向日葵，成功地培育了“向日豆”，使向日葵含有高蛋白。后来，巴西科学家也用遗传工程技术，把含有丰富蛋白质的巴西果核的基因移入普通豆，成功培育了“超级豆”。巴西果核含有比普通豆科植物多四倍的蛋氨酸，是一种人体需要的氨基酸。巴西农学家预计，巴西将在今后十年内大力种植“超级豆”。
“向日豆”、“超级豆”是植物之间的基因移植，也就是把一种植物的遗传特性转移到另一种植物上去。目前常规的杂交技术，由于异种植物杂交不育，变异不能遗传下去，无法得到不同植物之间的变种。遗传工程将克服这种障碍，为植物的重大改良开辟了广阔的道路。
在这个成果的启发下，日本和欧洲等一些国家的科学家正考虑把动物体中制造蛋白质的基因移入植物细胞，改造植物的遗传性状，以大幅度地提高农作物的蛋白质含量。如，小麦、玉米等农作物的蛋白质中缺乏一种赖氨酸，把某种动物的赖氨酸基因移入小麦等作物中去，改变其遗传特性，营养价值将可以与鸡蛋媲美。
培育固氮作物：美国对这个领域的研究最为活跃。如哈佛大学教授奥萨贝尔运用遗传工程实验，从根瘤菌中取出固氮基因，把它插入植物细胞的基因中去，使植物具有生产氮的能力。这样，一般的农作物（如，小麦、玉米和水稻）也将象豆科植物那样从根部的根瘤菌中自行从空气里摄取氮气。他预计，大约十年左右，科学家将能攻克这个课题。从1981年以来，联邦德国和比利时等国家报道这项研究的可喜进展，他们利用遗传工程将固氮基因转入植物，形成了植株；美国等国科学家还探索从自然界中提取固氮基因等。近年来，固氮研究也成了日本、澳大利亚和世界水稻产区的许多国家最重要的研究领域，并取得可喜的研究成果。
第二次绿色革命的特点是依靠生物工程开辟育种的新途径，在分子水平上对基因（或DNA分子）进行重组，或用细胞、以及在细胞水平上对细胞重新组合，培育新品种。这是按照人的需要，人工安排和设计生命的程序，人为地组合新的生物状况，人工定向培育新品种，它打破传统农业只有同种生物才能杂交的限制，把不同物种，甚至完全不同类生物的重要性状况结合起来，形成一种新物种。人们常说“种瓜得瓜”，现在可以说“种瓜可以得豆”，从而大大增加生物新物种，增加农产品，缩短育种周期。象小麦等品种的培育，可从十五年缩短为五年；澳大利亚在试管里栽培荔枝，当年即可结果。所以，生物工程应用于农业将比第一次“绿色革命”掀起更大的农业革命，取得更大的经济效益，前景将十分诱人。一位美国人士估计，到1996年，从生物工程回收的利润，可比医学高十倍。苏联科学家预计，将来，生物工程的成果主要用于农业。因此，各国都把生物工程在农业上的应用研究放在优先发展的战略地位上。