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“春种一粒粟,秋收万颗籽,”这句优美的唐诗流传千古,很多人都会背诵,可是你知道吗?这只是古代人们的一种美好愿望,事实上,任何一粒农作物种子,都不会收获一万粒粮食的,但是,不起眼的杂草却能做到,一棵小小的杂草往往能结出上万颗甚至几十万颗种子呢!
美好的愿望 辛勤的劳动
各种植物的种子的外观千变万化,在大小、形状和颜色等方面有很大的差别,如椰子的种子大如人头,而芝麻、烟草的种子犹如沙砾,大豆种子犹如肾,养麦种子犹如三棱体,小麦种子犹如纺锤体,种子的颜色大多为一色,诸如红色、黄色、黑色、绿色、褐色、白色,种子的外观多种多样,各不相同,一般有经验的农民利用眼睛就可以分辨出来是什么种子,种子的外观虽多种多样,但种子的基本结构却是一样的,一般都是由种皮、胚乳和胚三部分组成的。
种皮是种子的外衣,一般由几层细胞构成,任务是保护种子的安全,胚乳是种子营养的“仓库”,主要由淀粉、油脂和蛋白质以及少量的无机盐和维生素组成,比如小麦、水稻的“仓库”中大都是淀粉,当种子发芽时淀粉会逐渐变成麦芽糖和葡萄糖“喂养”幼苗促其成长,而花生、蓖麻、油菜籽的“仓库”中油脂含量非常丰富,有些植物的种子(如四季豆、向日葵等双子叶植物)没有胚乳,它们的养料“仓库”藏在子叶里,如黄豆的子叶含有大量的蛋白质,种子结构最重要的、决定植株成长的是种子的胚,胚是种子的命根子,是决定“秋收万颗籽”的关键。
在植物的种子里,胚乳(或子叶)的质量往往占95%以上,这个“仓库”十分重要,这是因为“仓库”里存货多、营养丰富,有利于将来植株茁壮成长,所以人们总是选粒大饱满的种子,另外,粒大饱满的种子里,胚也比较发达,能长成优良植株,结出丰硕的果实来,千百年来,人们利用选种、杂交等方法培育优良新品种,这是一项艰苦的系统工程:首先需要细致选种,然后需要开辟种子试验田,作仔细观察和详细记录,只有经过在田间地头长期的辛勤劳作,才有可能培养成功新一代优良品种,可惜一般杂交种子的遗传性能并不稳定,往往到第二三代又退化了!号称“杂交水稻之父”的我国科学家袁隆平能把杂交水稻培育得如此出色,国家给予他科技界最高的荣誉是完全应该的。
我们知道,植物的种子是有生命的,有的种子生命力很强,比如莲子,即使放了几年,几十年,甚至近千年也能发芽成活!考古学家在洞庭湖区挖掘出一坛距今2 000多年的莲子,经过精心培育后竟然萌芽、开花、结果!负责培育莲子的工人懂得这种莲花的珍贵,他们采集了莲花的每一个生长期标本,取了一个很艺术、很诗化的名字,叫“千年幽梦”。
可是大部分的种子寿命都比较短,一般为二三年,有的只有几个月,一般种子发芽需要三个条件:适宜的温度、空气和水分,不同的种子要求的发芽条件各不相同,因此保管种子是一件很困难的事,种子仓库不仅需要精心管理,而且要制定科学的严格的温度和湿度标准,也要经常通风,防止娇贵的种子发芽变霉,还要采取各种措施防止病虫和老鼠的危害,同样,种子的运输也是十分困难的,需要比较高的运输成本。
人造种子的诞生
种子这么重要,保管这么困难,能不能在实验室或工厂中大量培育出优良种子呢?这在以前似乎是痴人说梦!比起“秋收万颗籽”的愿望还要荒谬,但是随着科学技术的飞速发展,尤其是近年来生物工程的飞速发展,这个梦就要实现了,这就是近年来迅速崛起的人造种子(也叫人工种子)。
人造种子的结构并不特别复杂。种皮由可降解的高分子材料制成,一般为双层。将人工培育成的“胚”封入其中。同时装入胚发芽需要的各种营养成分和激素、酶等即可。
例如,我们生产芹菜的人造种子,首先。把良种芹菜幼苗的嫩茎切成小片,在无菌条件下接种在培养基上,诱导形成淡黄色的愈伤组织,接着,把愈伤组织转移到另一种培养基上,培养细胞开始分化,逐渐形成大量的绿色元宝状的“胚状体”,也叫“体细胞胚”,然后,在“胚状体”外面包以凝胶,在凝胶中加入各种营养物质和必要的农药(包埋剂),就成为一粒胶丸种子,由于凝胶遇热易融化粘在一起。所以在胶丸外面还要再包上一层种皮,这样,一粒芹菜人造种子就生产出来了,几乎所有植物体的任何一部分,都可以切下来制成人造种子,这要比留取天然种子方便得多,同时还能节省时间和降低成本。
人造种子个头很小,都是球体胶囊,形状像蛙卵,撒入苗床,就像天然种子一样发芽生长,有趣的是,从同一种植株上得到的胚体,可长出众多品貌相同的后代,就像一胞生的兄弟姐妹一样。
人造种子突出的优点
人造种子属于无性繁殖,它的出现,引起了各国科学家极大的兴趣,因为它具有许多突出的优点。
第一,可以节省大片种子田,比如,一棵良种芹菜可以得到几百万粒芹菜人造种子。大大降低了成本,第二,对于遗传性能不稳定的良种,可以获得大量复制植物体,避免良种丧失,提高育种效率,还可对一些自然条件下不结果的或种子很昂贵的植物进行繁殖,使像无籽西瓜一类的不育良种得以迅速推广等,第三,在人造种子生产过程中。运用细胞融合工艺,能有目的地设计培养出划时代的新品种,第四,在人造种子胶囊中加入各种药物(包埋剂),人造种子就能具有许多天然种子所没有的功能,这些添加的生长调节物质、菌肥、农药等,还可以人为控制种子的休眠和发芽时间,提高种子的抗病能力,第五,与试管苗相比,人造种子成本低,运输方便,降低保管和运输的成本。
另外,还可以节约大量的粮食,因为人造种子作为播种材料,在一定程度上可取代部分粮食,以胡萝卜为例,一个12升的发酵罐在20天内生产的“胚状体”,可以制成1000万粒人造种子,可供种植几万亩地,据我国农业部门的有关统计,每年全国农作物用种量多达150多亿千克,如果用人造种子替代等于增加上亿亩的耕地。
人造种子还可制成具有不同功能的作物的品种,如现在的小麦,做面条、面包都是同一品种,将来生产的小麦就可有不同的使用目的,有的专做面条,有的专做面包,还有的专供牲口食用等,每种用途都是根据小麦的不同特性,如淀粉的含量、蛋白质的含量、糖的含量和各种维生素的含量而定的。
世界各国投入大量人力、物力研究成功的人造种子已在100种以上,我国在开发人造种子技术上一直处于世界先进行列,在芹菜、胡萝卜、莴笋、苜蓿、油菜以及某些名贵花卉、珍贵药材上已经获得成功,而且在小麦、玉米和水稻等的研究上也取得了可喜的成果。
人造种子的应用是农业育种技术中的一个重大突破,如果它在大多数作物中开发成功,就会使农作物产量发生一次质的大变革,我们可以毫不夸张地说:人造种子的前景是无限美妙的,它可以实现人们“春种一粒粟,秋收万颗籽”的美好愿望。
美好的愿望 辛勤的劳动
各种植物的种子的外观千变万化,在大小、形状和颜色等方面有很大的差别,如椰子的种子大如人头,而芝麻、烟草的种子犹如沙砾,大豆种子犹如肾,养麦种子犹如三棱体,小麦种子犹如纺锤体,种子的颜色大多为一色,诸如红色、黄色、黑色、绿色、褐色、白色,种子的外观多种多样,各不相同,一般有经验的农民利用眼睛就可以分辨出来是什么种子,种子的外观虽多种多样,但种子的基本结构却是一样的,一般都是由种皮、胚乳和胚三部分组成的。
种皮是种子的外衣,一般由几层细胞构成,任务是保护种子的安全,胚乳是种子营养的“仓库”,主要由淀粉、油脂和蛋白质以及少量的无机盐和维生素组成,比如小麦、水稻的“仓库”中大都是淀粉,当种子发芽时淀粉会逐渐变成麦芽糖和葡萄糖“喂养”幼苗促其成长,而花生、蓖麻、油菜籽的“仓库”中油脂含量非常丰富,有些植物的种子(如四季豆、向日葵等双子叶植物)没有胚乳,它们的养料“仓库”藏在子叶里,如黄豆的子叶含有大量的蛋白质,种子结构最重要的、决定植株成长的是种子的胚,胚是种子的命根子,是决定“秋收万颗籽”的关键。
在植物的种子里,胚乳(或子叶)的质量往往占95%以上,这个“仓库”十分重要,这是因为“仓库”里存货多、营养丰富,有利于将来植株茁壮成长,所以人们总是选粒大饱满的种子,另外,粒大饱满的种子里,胚也比较发达,能长成优良植株,结出丰硕的果实来,千百年来,人们利用选种、杂交等方法培育优良新品种,这是一项艰苦的系统工程:首先需要细致选种,然后需要开辟种子试验田,作仔细观察和详细记录,只有经过在田间地头长期的辛勤劳作,才有可能培养成功新一代优良品种,可惜一般杂交种子的遗传性能并不稳定,往往到第二三代又退化了!号称“杂交水稻之父”的我国科学家袁隆平能把杂交水稻培育得如此出色,国家给予他科技界最高的荣誉是完全应该的。
我们知道,植物的种子是有生命的,有的种子生命力很强,比如莲子,即使放了几年,几十年,甚至近千年也能发芽成活!考古学家在洞庭湖区挖掘出一坛距今2 000多年的莲子,经过精心培育后竟然萌芽、开花、结果!负责培育莲子的工人懂得这种莲花的珍贵,他们采集了莲花的每一个生长期标本,取了一个很艺术、很诗化的名字,叫“千年幽梦”。
可是大部分的种子寿命都比较短,一般为二三年,有的只有几个月,一般种子发芽需要三个条件:适宜的温度、空气和水分,不同的种子要求的发芽条件各不相同,因此保管种子是一件很困难的事,种子仓库不仅需要精心管理,而且要制定科学的严格的温度和湿度标准,也要经常通风,防止娇贵的种子发芽变霉,还要采取各种措施防止病虫和老鼠的危害,同样,种子的运输也是十分困难的,需要比较高的运输成本。
人造种子的诞生
种子这么重要,保管这么困难,能不能在实验室或工厂中大量培育出优良种子呢?这在以前似乎是痴人说梦!比起“秋收万颗籽”的愿望还要荒谬,但是随着科学技术的飞速发展,尤其是近年来生物工程的飞速发展,这个梦就要实现了,这就是近年来迅速崛起的人造种子(也叫人工种子)。
人造种子的结构并不特别复杂。种皮由可降解的高分子材料制成,一般为双层。将人工培育成的“胚”封入其中。同时装入胚发芽需要的各种营养成分和激素、酶等即可。
例如,我们生产芹菜的人造种子,首先。把良种芹菜幼苗的嫩茎切成小片,在无菌条件下接种在培养基上,诱导形成淡黄色的愈伤组织,接着,把愈伤组织转移到另一种培养基上,培养细胞开始分化,逐渐形成大量的绿色元宝状的“胚状体”,也叫“体细胞胚”,然后,在“胚状体”外面包以凝胶,在凝胶中加入各种营养物质和必要的农药(包埋剂),就成为一粒胶丸种子,由于凝胶遇热易融化粘在一起。所以在胶丸外面还要再包上一层种皮,这样,一粒芹菜人造种子就生产出来了,几乎所有植物体的任何一部分,都可以切下来制成人造种子,这要比留取天然种子方便得多,同时还能节省时间和降低成本。
人造种子个头很小,都是球体胶囊,形状像蛙卵,撒入苗床,就像天然种子一样发芽生长,有趣的是,从同一种植株上得到的胚体,可长出众多品貌相同的后代,就像一胞生的兄弟姐妹一样。
人造种子突出的优点
人造种子属于无性繁殖,它的出现,引起了各国科学家极大的兴趣,因为它具有许多突出的优点。
第一,可以节省大片种子田,比如,一棵良种芹菜可以得到几百万粒芹菜人造种子。大大降低了成本,第二,对于遗传性能不稳定的良种,可以获得大量复制植物体,避免良种丧失,提高育种效率,还可对一些自然条件下不结果的或种子很昂贵的植物进行繁殖,使像无籽西瓜一类的不育良种得以迅速推广等,第三,在人造种子生产过程中。运用细胞融合工艺,能有目的地设计培养出划时代的新品种,第四,在人造种子胶囊中加入各种药物(包埋剂),人造种子就能具有许多天然种子所没有的功能,这些添加的生长调节物质、菌肥、农药等,还可以人为控制种子的休眠和发芽时间,提高种子的抗病能力,第五,与试管苗相比,人造种子成本低,运输方便,降低保管和运输的成本。
另外,还可以节约大量的粮食,因为人造种子作为播种材料,在一定程度上可取代部分粮食,以胡萝卜为例,一个12升的发酵罐在20天内生产的“胚状体”,可以制成1000万粒人造种子,可供种植几万亩地,据我国农业部门的有关统计,每年全国农作物用种量多达150多亿千克,如果用人造种子替代等于增加上亿亩的耕地。
人造种子还可制成具有不同功能的作物的品种,如现在的小麦,做面条、面包都是同一品种,将来生产的小麦就可有不同的使用目的,有的专做面条,有的专做面包,还有的专供牲口食用等,每种用途都是根据小麦的不同特性,如淀粉的含量、蛋白质的含量、糖的含量和各种维生素的含量而定的。
世界各国投入大量人力、物力研究成功的人造种子已在100种以上,我国在开发人造种子技术上一直处于世界先进行列,在芹菜、胡萝卜、莴笋、苜蓿、油菜以及某些名贵花卉、珍贵药材上已经获得成功,而且在小麦、玉米和水稻等的研究上也取得了可喜的成果。
人造种子的应用是农业育种技术中的一个重大突破,如果它在大多数作物中开发成功,就会使农作物产量发生一次质的大变革,我们可以毫不夸张地说:人造种子的前景是无限美妙的,它可以实现人们“春种一粒粟,秋收万颗籽”的美好愿望。