自从人类登上历史舞台,在依靠着聪明才智适应和改造自然环境的过程中,随着人口数量的增长、对物质和能源需求量的逐渐提升,人类开始向共同生活在地球上的动物和植物开展了“调教”,使其更加高效、充分地满足人类的需求。
人类对食物的需求推动了培育植物方式的改变
特别是进入工业社会以后,人类对动植物的“改造”进程明显加快,通过饲养和培育环境的优化、外界环境的刺激、杂交基因育种、送上太空等方式,培育出了多种高产量的粮食作物、口感更佳的肉类食品、味道更甜香的水果等等。
在历史上,美国和其他一些国家,围绕创造更甜的水果,开展了持续的放射性物质辐射实验,当然也取得了比较明显的成果,一些受验水果经过多代的选育,口感真的要比原来的要甜很多。
说到这个实验,很多人肯定心中有很大的疑问,在人们的认知中,放射性物质通过衰变所产生的辐射,会释放出多种高能粒子,对生物体和人类的细胞正常生理机能都会产生或多或少的影响,甚至能危及生命。那么,用辐射的方法培育的水果,到底能不能吃呢?
美国开展的辐射植物实验
这样的实验最初开展的地方,是美国纽约布里克海文国家实验室。在上世纪50年代,该实验室被建造成了一个“伽马花园”。“花园”的面积达2万多平方米,被布置成一个同心圆的形状,在放射源中心不同距离处,分别放置了相应的植物。在花园的中心,有一个以钴-60为放射源的装置,每天开启装置20个小时。
通过这个实验室,研究人员可以直观地观察辐射对各种植物带来的影响,另外在较长的时间周期内,能够通过深入的检测,来判断伽马射线是否能够给植物带来有益的基因突变。在实验的过程中,研究人员首先发现,那些距离放射源较近区域的植物,相继发生明显的变化,有的生长比较缓慢,有的出现了各种“病症”,有的甚至枯萎死亡。距离放射源越近的区域,上述负面的影响程度就越高。只有在同心圆最外侧的植物,看起来没有什么变化。
当然,实验进行到这,还不能达到目的,因为根本不能从这些现象,来判断那些经受住辐射考验的植物,到底有没有发生有益的基因突变。于是研究人员将外围植物的种子分发给一些感兴趣的民众志愿者,让他们来种植这些种子,并观察种子萌发、植株生长和开花结果等状况。
然而,这些志愿者在反复进行多轮后,逐渐失去了兴趣,因为从辐射植物的后代植株发育上,也看不出与正常植物的明显区别来。这也很好理解,毕竟如果发生基因突变,很多并不能依靠外观来体现出来,必须借助高精尖的检测分析设备才能发现。
虽然这样,美国对这个实验也一直没有放弃,甚至推动国际原子能机构和联合国粮食也开展了类似实验,结果还真的选育出了发生有益基因突变的植物来,这里面既包含了上千种的粮食作物,也包括了一些水果,选育后的粮食品种产量更高、耐受性更强,水果则口感度明显上升。
辐射造成基因突变的原因
大家知道,核裂变释放的射线有几种,主要是伽马射线、阿尔法射线、贝塔射线。其中,阿尔法射线是由氦原子核构成,穿透力最差,用一张纸就能阻挡,不过一旦进入生物体内,危害性就比较大了。贝塔射线是电子流,如果照射到人体的皮肤和生物体的体表,会造成一定程度的灼烧,不过由于它的穿透力也比较小,只要不是距离太近,进入生物体内的数量和强度都比较小。
另外一种射线-伽马射线,是一种波长很短、携带能量极高的电磁波,它的穿透能力最强,能够高效穿透人体、金属和建筑物,不但对机体细胞的伤害很大,而且影响范围也很广。因此,在开展辐射对植物的影响实验时,多数采用的就是这种伽马射线,当伽马射线进入植物细胞以后,很容易引发DNA链的断裂。而植物为了修复这种断裂,往往造成基因链匹配方面的错位,因此产生基因突变的概率较高。
这些因辐射造成的基因突变,与其他外界环境的变化导致的基因突变,其实原理都是一样的。对生物体而言,基因突变是几乎每时每刻都在发生的,只不过正常情况下,绝大多数的突变都是既没有坏处,也没有好处,属于无用的突变。而不利的基因突变,使生物体适应外界环境变化的能力发生减弱,最终可能被无情淘汰掉。只有那些有利的基因突变,则会在适应环境过程中保留下来,并进一步发展壮大。
给我们的启示
之所以美国通过辐射实验培育出的很多粮食作物、水果,能够推广到世界很多地区,除了人们认为这样培育后的作物和水果,要比之前常规的更能满足人类的需求外,美国科学家的论断也起到很大的作用,他们认为这种辐射育种技术,相对于基因变异技术来说,不会改变现有的植物DNA结构,也不会引入其他新的遗传物质,而且辐射后的植物和种子也不带有放射性,成本也更低。
的确,很多通过辐射“改造”后的植物,真的满足了我们对粮食作物高产、对水果更加香甜的需求,但我们仍然要对此有更加清醒的认识,因为这是以我们人类的标准出发的,基因突变是否有利的首要原则,应该是以植物是否更加适应环境为衡量标准,而不是人类的需求。
除此之外,我们还应该关注辐射育种在突变方向的不可预测性、通过突变改变性状的单一性、有一定几率产生突变嵌合体等弊端,这些不利因素,将成为今后辐射育种必须要重点研究和解决的问题,需要最大限度地在辐射剂量和对植物损伤方面取得最佳平衡,确保人类在摄入这样的植物后,不会出现潜在的不利影响。
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