印度科学家已经降服了“禾本科植物高度之王”——竹。
在实验室里他们成功地使三个种的竹子开花并得到可育的种子,这是一个令人瞩目但仍很神秘的突破,由于这样,他们在世界上首次使植物育种家和生物技术学家有可能对这个世界重要禾本科植物进行有选择地选育和杂交以育成新的品系。
对他们的研究进一步改进,“将可形成一个育种计划和得到多年生种子来改良竹子以及对竹子开花生理有更深的了解”。科学家们说。
由于竹子一生只开一次花,结实后就死去,这就形成了一个独特的问题。基因重组所必需的种子只能在开花后产生,而竹子要等12年到120年才开花。在这样一个长的时间间隔内,竹子的轮回遗传选择怎样能够进行呢?答案当然是不能够——一直到设在Pune的印度国家化学实验室植物组织培养小组的几位科学家碰上了一点并不算得上运气的运气,竹子的育种才成为可能。
他们从Bambusa arunidinacea,Dendrocalamus brandisii和Dendrocalamus strictus的竹子幼苗切取小段,把小切段在一个特别营养培养基上培养,这个培养基是椰子液中加一系列的化学药品,其中包括植物荷尔蒙细胞激动素。这些植株在短得令人难以相信的3个月内就开花了并结出可育的种子,而不是正常情况下30年才开花。没有人包括这些研究人员能够完全确定为什么会这样。但事实确是如此,当他们重复这个试验时总是这样。
在这之前在实验室里通过器官发生和胚胎发生的途径只能形成竹子小苗,但不能使竹子在实验室里开花。用切段、茎尖、老茎、根、叶柄、叶子、花序甚至花本身来试验,也未获成功。
细胞激动素的关键作用
科学家们虽然不能肯定,但他们推测主要是细胞激动素导致了提早开花。在控制植物生长和发育方面细胞激动素起着关键的作用并已证实在一些植物中如枣椰子、芥菜等细胞激动素起着加速开花的作用。科学家们已经证实把枣椰子茎培养在富含细胞激动素的培养基上,枣椰子可以在5个月内开花,而不是正常的大约9年才开花。
(细胞激动素)在竹子上的效果更加明显,而且可能更加重要。
世界上共有500多种的竹子,大多数集中在亚洲印度的热带季风林里、中国、日本和朝鲜。竹子生长得惊人的快,1小时可长4厘米。有些种可长到40米这么高,季风后几个星期内可长到25米高,日本最常见的竹子在24小时内可生长1.5米。
竹子看来有非常同步的生物钟,这就使得同一来源的竹子,不管它们在世界哪一个角落,都在同一时间内开花、结实、死亡。曾有报道说,在英国花园里来自印度和中国的竹子分别与它们在亚洲同一来源的竹子同时开花。开花后,竹子产生种子并立即死亡,大片竹林开花后消失,只留下正在腐烂的竹秆、熊熊燃烧的火灾、老鼠和野生动物正在吞吃地面上厚厚一层的种子的场景。
由于开花结籽好像是敲响竹子的丧钟,竹子需要长时间才开花可能是对动物群体迅速增长的适应。这些动物可吃掉所有的种子,使竹子无法继续繁殖。据推测,猪和鵄在驯化前吃竹子的种子可提高生育力。
一种多用途的禾本科植物
可以说竹子是具有最多用途的禾本科植物。
竹子有各种形状和大小。茎是中空的,直径可达30厘米。它们特别硬,因为竹子茎的外层有许多二氧化硅。长大成熟后,竹茎有时含有一种叫lavasheer含硅的物质,这种物质一度被认为具有药用价值而备受青睐。竹的地下茎相互交错,这种茎叫根状茎,可以防止水土流失。
干竹叶的蛋白质含量是其它任何来源的饲料蛋白质含量的4倍。大熊猫选择新鲜竹叶和干竹叶作为主食是非常明智的。人类也食用竹子,在热带国家,人们食用大约1英尺高的竹笋,就像吃芦笋一样。
亚洲经济依赖于这种作物。几个世纪来,整个社会把细长而且强有力的竹子编织成篮子、家具、席子、玩具、手工艺品、家庭用具来维持生活。今天在发展中国家,利用竹子作原料的村办工业可以提供就业机会。
竹子是相当有价值的燃料和非常有力可靠的建筑材料。邦北和香港的摩天大厦就是用竹子搭架建造而成的。另外一种竹子生长细长绸密,这种竹子被用于制造纸张和纸浆。古代中国用竹子制成的纸比现在的新闻纸质量要好得多。一些国家的制纸和制浆工业仍大量依靠竹子供应。
令人激动的可能性
按照人们的愿望使竹子开花为遗传学家开辟了令人激动的可能性,他们能够改良杂种使杂种长得更快、抗病及使杂种变得更加强硬,用途更多。通过结合各种性状,生物技术专家们能够获得适合特定用途的竹子杂种,Bambusa angulata是一种横切面为正方形的竹子,它可以与一种强度高直径大的竹子杂交,产生一种对工程非常有用的材料。一个细长幼软的竹子品种可以与一个硬的品种杂交,产生一个改良的竹子品种,这种竹子材料可以作为制作家具、席子和其它室内用品的原材料。
由这项技术带来的最大好处可能是第一次我们有了竹子种子和长期来源。
Pune的研究人员正在改良他们的技术试图确定人工诱导开花结籽的最适环境和营养条件。他们的试验会导致对决定竹子开花模式的生理及分子反应的真正本质更深的了解。试验也会对解释细胞激动来究竟怎样加速植物生物钟来促进提早开花提供有益的帮助。他们可能在某一天能够回答是什么使同种的成员同时开花、结籽和死亡,即使在世界不同角落竹子被烧、被砍,它们也会同时开花、结籽和死亡。
[Ceres,1992年第24卷第1期]