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五十年代,美国采用核辐射诱变育种,培育出巨型花生和最甜西柚

2022-02-08 19:14     来源:夭之沃沃     核辐射 诱变育种 辐射育种美国

美国德克萨斯州盛产红心葡萄柚(西柚)。1929年,德州人在一棵粉心葡萄柚树上发现了一个果肉呈红宝石色的红心果,他们觉得红心柚颜值高,肯定会比粉心柚更有市场,由此开始积极培育红心葡萄柚品种。

德克萨斯出产的红心葡萄柚,75%以上是“里约星(Rio Star)”这个品种,号称“最甜葡萄柚”,果肉呈深红色,很是诱人。

你可能不知道,这种葡萄柚的颜色与味道,都是来源于核辐射引起的基因突变。

什么是原子园艺?

原子园艺,或伽马园艺,是将植物或种子在田间或者特别设计的实验室中进行不同程度辐射的过程。通常形式是,将辐射源(如钴-60)放置在高处,植物围绕辐射源由近及远成排栽种,一般情况下,一个辐射育种园内只栽种一种植物。

植物在接受特定时间(20小时)的辐射后,辐射源会被屏蔽,研究人员进入田间,观察辐射对植物的影响。

绝大多数靠近辐射源的植物都会死亡,距离稍远一些的植物会生长异常或者发育畸形。

再远一点的植物,则可能发生基因突变,其中一些突变对果实的大小,味道,形状甚至抗病性有积极的影响,被认为是有益的突变。

让科研人员感兴趣的,是那些看起来“正常”,但有基因突变的植物,这就是他们追求的新品种,比如超大个儿的花生。

原子园艺的历史

第二次世界大战之后,国际社会积极寻找和平利用原子能的方式,其中一个想法就是利用核辐射“轰击”植物,使其发生变异。这些变异有好有坏,有的变异能让植物患病,有的变异则能让植物变得更耐寒,或者拥有与众不同的颜色。

1953年,美国艾森豪威尔总统在联合国发表了“原子促进和平”讲话,提议“将原子能应用于农业,医药和其他和平活动的需要”。

在这个讲话的召唤下,美国,欧洲,日本,印度和前苏联都建立了大型伽玛射线育种实验室,上世纪50和60年代,数千个植物新品种被培育出来,包括水稻,小麦,大麦,梨,豌豆,棉花,薄荷,向日葵,花生,柚子,芝麻,香蕉,木薯,高梁等种类,“里约星”就是其中之一。

那个时候,普通人也能获得辐射源。1959年,一位名叫穆里尔·霍沃斯的英国妇女创办了原子园艺协会,一年后出版了一本关于普通人如何在自己院子里建立原子花园的书。

在她的影响下,家庭版的原子花园如雨后春笋般涌现出来。霍沃斯给原子园艺协会的成员们提供辐照种子,要求他们将这些种子生长情况的数据反馈给她。

原子花园的魅力,对很多人来说,在于种植大量的食物,缓解战后的食物短缺。但对于霍沃斯这样的人来说,在于尝试新鲜有趣的事物。霍沃斯写信给阿尔伯特·爱因斯坦,成功地说服他成为该组织的赞助人。

虽然霍沃斯尽了最大努力推销她的理念,几年后,随着公众对核辐射了解的加深,意识到对辐射源处理不当可能造成危险,人们对原子花园的热情迅速消褪。

如今,除日本之外,其他国家的辐射育种研究所都已不复存在。

位于日本茨城县的伽马花园是目前世界上最大的,可能也是唯一幸存的原子花园。花园的半径为100米,周围是8米高的屏蔽墙。

钴-60放射源被放置在花园中央。

 

园中植物受到伽马射线照射。

原子园艺盛行时期培育出的新品种,有很多今天还在用于农业生产。常见的如口香糖和牙膏里面的薄荷精油,采用的薄荷品种就是辐射的产物。

多年以前,我曾经吃过一种日本葡萄,个头像乒乓球葡萄那么大,紫色的,很甜。我当时就想,怎么会有这么大,这么甜的葡萄,吃起来太爽了。 不知道那种葡萄是不是辐射育种的结果。

基因编辑育种与转基因

原子园艺早已被现代基因工程所取代。俄克拉荷马州塔尔萨大学的专家佩吉·约翰逊说:“如果你认为今天的基因改造是用手术刀切除基因组,那么在20世纪60年代,他们是用锤子敲击基因组。在科学家学会如何改变基因之前,他们用辐射诱导突变,希望得到最优异的品种。”

她所说的“用手术刀切除基因组”,指的是通过基因编辑技术(CRISPR),把植物中的冗余基因删除。比如有一种蘑菇,切开了以后表面会变黑,用基因编辑技术切掉了造成蘑菇氧化的PPO基因以后,蘑菇就不再变黑了。由于只是把自身的一些基因去除,没有引入外源基因,美国农业部宣布,这种情况不需要像传统转基因食品一样地经过审批才能上市。

传统转基因的概念是把一个或几个外源基因,转移到作物身上,在大多数情况下,目的是向作物中引入一种新的性状,如抗害虫,抗除草剂,抗寒抗旱的能力等等。

与基因编辑相比,传统转基因技术在原理上更为简单。人们对转基因的顾虑在于操作不够精细,在引入目标外源基因的同时,可能还会引入一些多余的基因,对人体造成潜在危害。而且外源基因不是该生物体本身的基因,存在不确定性,很多人对此也有顾虑。

转基因作物是否安全,与转了什么,怎么转的有很大关系,不能一棍子打死,也不能没有监管。所以,能够保证精准操作的基因编辑技术是育种的未来趋势。通过设计,既可以对内源基因进行精准的删除,沉默,激活或者定点突变,也可以进行外源基因的定点插入,基因编辑极大地提高了基因改造的安全性。

总有一天,人们会像吃诱变育种食物那样,坦然地面对转基因食物。

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