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第80期 植物细胞工程与农业应用

时间:2016/03/16 来源: 作者:胡万超 编辑:


尊敬的各位来宾,亲爱的同学们:

大家晚上好!欢迎来到第80期科学论坛,我是今天的主持人王慧慧,首先请允许我非常荣幸的介绍莅临本期科学论坛的主讲嘉宾郭文武教授。

郭文武,博士、华中农业大学教授、博士生导师,国家杰出青年科学基金获得者,教育部“长江学者”计划特聘教授,现为中国园艺学会理事、中国细胞生物学学会理事。主要研究细胞工程创新种质与新品种选育,细胞工程新种质特殊性状解析与分子育种。已在多个学术刊物及国际会议论文集上发表第一和通讯作者论文80余篇,其中SCI收录论文12篇。先后多次参加国际柑橘学大会、国际园艺学大会、国际植物组织培养与生物技术大会等会议并口头报告。

今天,郭教授将以“植物细胞工程与农业应用”为主题与我们共同探讨,带我们走进植物细胞的新世界,接下来让我们以热烈的掌声有请郭教授上台授课!

 

郭文武教授:

各位同学、老师大家晚上好。非常高兴受湖南农业大学学生会学术科技部的邀请,来参加“科学论坛”。这一次我接受了一个陌生同学的邀请,为什么我还是很爽快的答应了呢,因为一是武汉离长沙很近,高铁一个小时就到了,还有最重要的一点就是我们华中农业大学的校长邓秀新院士,就是湖南农业大学的毕业生,也是我的老师,做柑橘的细胞工程研究,也是你们学校杰出的校友。还有就是你们学校果树方面的像邓子牛教授也是我非常尊敬的老师,柑橘的研究做的非常好。那么我今天要给大家介绍的内容,因为在座的大一大二大三各个专业的都有,所以我今天尽量以比较浅显的语言来给大家介绍一下植物细胞工程以及在农业方面的应用情况。先给大家介绍一遍总的,后边会以柑橘为例来进行介绍。为什么以柑橘为例呢?因为植物细胞工程在柑橘上是研究得最好的,可以说是目前为止是最成功的。这里有一张非常漂亮的照片大家可以看到,前面的同学可以好好地欣赏。(掌声)因为没有黑板的板书,我的普通话也不好,所以我尽量说慢一点让大家听得懂。因为今天的主题叫细胞工程,所以今天我给大家说一下什么叫细胞工程。细胞工程,简单地讲就是在细胞水平上对生物进行操作以达到遗传改良目的一种技术。细胞工程的概念可以分为广义和狭义,从广义上来讲一般讲胚胎培养,花药、花粉培养,这些概念大家都不陌生吧,因为你们高中学过生物。花药、花粉培养,细胞培养,为什么要细胞培养呢?因为动物是没有细胞壁的,植物有细胞壁要进行原生质体培养。动物的很简单,细胞就是原生质体,原生质体就是细胞。植物因为有细胞壁,因此要进行细胞培养分析,通过酶解把细胞壁也就是纤维素和果胶把它们去掉,变成原生质体。后面还有叫体细胞无性系变异,也是广义的细胞工程的一种。我今天主要给大家介绍的是原生质体培养的体细胞杂交。原生质体的概念应该听说过吧,因为我们今天主要介绍植物细胞工程,植物细胞通过去掉细胞壁就变成了原生质体。

我今天给大家介绍的内容分为三个方面:一就是植物体细胞杂交发展的过程;第二就是植物细胞工程研究的概况;第三就是以柑橘为例,体细胞杂交技术、细胞融合技术在柑橘上取得了哪些具体的进展。大家知道柑橘是可以吃的,相信大家看了图片是非常感兴趣的,各种各样的柑橘都是通过细胞工程来的。两个细胞融合在一起,通过显微镜观察它。两个细胞融合在一起成为一个融合体,第一次分裂形成一个细胞团,最后形成胚状体,最后变成一棵完整的植株,这个植株慢慢地会长大,开花结果,果实你可以品尝。

我今天报告的第一个部分,关于植物体细胞杂交的发展,第一先给大家介绍它的定义。什么叫体细胞杂交?很简单,它跟有性杂交不同,它是将两个不同亲本的原生质体经人工诱导,细胞融合。光融合还不行,还要能够继续培养成再生植株,这就是细胞杂交。大家学过有性杂交,有性杂交就是甲亲本和乙亲本中间一个乘号,而且是把母本放在前面,这是有顺序的,AB,最后两个二倍体有性杂交还是一个二倍体。那么体细胞杂交呢,是A亲本B亲本中间有一个加号,比如说两个二倍体相加最后变成一个四倍体。它是没有父本母本之分的,所以我们不说母本父本,以后大家可以母本放前面父本放后面,A放在前面就是母本,后面就是父本。这是体细胞杂交的定义,只要把两个不同亲本的原生质体人工诱导融合,而且一定要培养成再生成植株,这个再生成植株成为一个新的生物体,才表示这个体细胞杂交成功了。仅诱导融合这个太简单,这是这一条。那么关于体细胞杂交呢,它的定义还有很多不同的表述,我在这里列举几个大家听一下。体细胞杂交,简单地讲也叫细胞融合,这是对于动物细胞来说的,因为动物没有原生质体这么一个概念。那么对于植物呢,它又叫原生质体融合,它同时也叫无性杂交。针对有性杂交而言,它是一种无性杂交。它也叫超性杂交,超于性别,没有父本母本之分,也可以说超性融合。再笼统一点,你看报纸上经常说的,也不能说得太专业,它就叫细胞工程。我们说细胞工程有广义的概念,也有狭义的概念。我们今天就从狭义的概念给大家讲。

我今天给大家报告的主题是“植物细胞工程与农业应用”。前面更多的是科普性质的,后面以柑橘为例,我本人从读研究生到现在,我九三年开始做研究生,已经有22年。我自始至终方向都没有变,包括到出国,到很多个国家,一直做柑橘细胞工程。把我22年的工作,高度浓缩,给大家做一个介绍,就是以柑橘为例。下面是我的电子邮件,大家有问题可以发邮件问我,如果今天交流不充分的话。这是我的简历,刚才主持人已经介绍过了。这是我介绍的细胞工程的概念:在细胞水平上对生物进行实验操作以达到改良的目的。狭义的,就是指原生质体培养及体细胞杂交。这是我今天报告的三个大方面的内容:一给大家介绍体细胞杂交的发展;第二个是细胞工程研究的概况,就是除了柑橘之外,还在其他一些典型的高等植物是怎样的情况。第三个就是以柑橘为例,就是我自己科学研究的一个主攻的方向。这是刚才介绍的定义。大家在学定义的同时也要学一点专业英语,这是两个不同亲本的原生质体经过人工诱导融合并再生成株的一个过程。有很多不同的概念。有体细胞杂交、细胞融合、原生质体融合、无性杂交、超性杂交等等。

我再给大家说得细一点,体细胞杂交和有性杂交有哪些相同的地方,不同的地方呢?第一,是在时间上它的不同。我们说体细胞杂交是没有季节限制,没有时间限制的,为什么这么说呢,因为它是一个离解操作,是实验室内进行的。我们总得来说同学都比较勤奋,你可以一年到头,一夜到亮,过年也不回家,都可以做这个实验,不受季节限制。当然了,我不希望有夜猫子,大家还是白天做实验,晚上睡觉。过年不回家是可以的,过年不回家可以防止我们的实验室出安全问题,还可以顺便把实验室照看一下,这是没有时间的限制的。而有性杂交它是有时间的限制,特别是母本的花期,因为花粉它可以跨年度地贮藏。像我们很多在南方开花比较早,但是我们武汉偏北一点,我们要到南方去授粉。南方的花开过了,武汉的花还没开。我们可以把去年的花粉贮藏起来,今年呢我们可以拿到广东和海南岛去授粉,总之它还是受母本花期的限制。每年基本是三、四、五月。南方的早一点就是三月份开花,武汉是四月底,也就两个月的授粉。如果说你实验设计没有设计好,如果说大家偷懒了,那么一年的时间就浪费过去了,只能等下一年,这是花期的限制。那么第二个不同是有性杂交会受到亲和性的影响。特别是远缘杂交产生的不亲和。而体细胞杂交在一定程度上可以克服有性杂交的不亲和,也可以克服嫁接的不亲和。为什么说是一定程度呢,在这里给大家举一个简单的解释。打个比方,就像我们人,如果是某个病人必须要移植器官。为什么要做这个配型,只有亲属才可以呢?因为它有体细胞的不亲和,即使是你兄弟姐妹等亲属的,最后也不能保障你长命百岁,多活十年二十年可能就不错了。体细胞杂交也是一样的。它本来就是两个不同种类,两个不同的植物,你一定要通过体细胞杂交把它融合在一起,出现一个新的生物体是没问题的,但是后面有例子给大家看,因为亲缘关系太远,它不能够正常的开花结果,长到一定的程度还是会死掉。所以说只是在一定程度上可以克服有性和嫁接的不亲和。第三个更重要的是不同的结果。我们说有性杂交你们学过,生物学、植物学。它是一个双受精的过程,倍性不改变,一般没有细胞质的重组,细胞质是一个母性遗传。而体细胞杂交呢,第一它的倍性会增加,它的细胞核基因组会重组,它的细胞质基因组也会重组。细胞质和细胞核都会发生重组,而且它们的倍性是增加的,这是一个最大的不同。

然后后边还希望大家能够了解一点有关体细胞杂交、原生质体融合有关的名词。我不希望大家花太多的时间,因为可能太专业了。什么叫对称杂种、非对称杂种、对称融合、非对称融合,这个很好理解吧。先给大家举个例子:两个二倍体融合变成了四倍体,这么一个过程就叫对称融合。获得的四倍体它就是一个对称杂种。但是,我们这个细胞工程大家在研究过程中不全是这样,再举个简单的例子:比如说湖南农大官春云院士,研究油菜的。油菜本身是个四倍体。然后我们北方的小麦是六倍体。我们水果也有很多的多倍体,柿子是六倍体,草莓是八倍体。我们同学很聪明,我们有研究生的面试,很多同学香蕉是几倍体都不知道,太让人失望了。也就是说我们自然界很多生物的倍数本身已经确定,比如说我们的小麦是六倍体,你非要通过细胞融合把它变成十二倍体,可行吗?不可行,太难了,倍性太高了。但是小麦不能从六倍体变成十二倍体是不是就是说我们细胞工程技术没用了呢。其实是有用的,我们可以还是通过细胞融合的技术,我们可以把另外一个六倍体的部分染色体或者说某一条染色体的某一个片段转移到一个六倍体里面,这些要通过什么技术呢,就是通过非对称融合技术。也就是在两个原生质体融合之前我把其中一个亲本原生质体通过射线处理,紫外线处理使它的染色体断裂,再跟另外一个完整的原生质体融合,最后出来的多种情况下就会是非对称性杂种。所以说我这里提供的概念,对称融合,非对称融合,这个是我们科学家人为地采取的处理,对称融合处理和非对称融合处理,后来对称杂种和非对称杂种实际上是这方面的结果。我还要多说一句,对称融合获得的绝大多数情况下是对称杂种,但是也有例外,同学知道,自然界太神奇了,对称融合也会得到非对称杂种,甚至是什么呢?你看我举的例子,这就是胞质杂种,你们要记住这个概念,因为后边讲柑橘的时候也会讲到。细胞质杂种,它是非对称杂种的一个极端类型,也就是说它的细胞核基因组来自于一个品种,它的细胞质基因组,再具体一点,它的线粒体基因组和它的叶绿体基因组是来自于另外一个品种的,这个就叫细胞质杂种。

你们再看我这边列的,大家都是大一大二都还在学英语,大三大四也还在学专业英语,你看,我们科学家很聪明,这个词不是我创造的,最开始做细胞融合研究的,所以我们做生命科学的不断在创造新的单词。你看,这个“细胞质杂种”原来是很长的一串的,有十多个字母,叫“Cytoplasmichybrid”。太长了,科学用语要求简洁,所以科学家很聪明地创造了一个新的词——“Cybrid”,把两个词合在一起,有六个字母,大家以后见到这个词,它就是表示“细胞质杂种”,它是非对称杂种的一个极端类型。同样的,我们说非对称融合处理,获得的一般情况下是非对称杂种,但是也有例外,如果你非对称融合处理不成功的话,也会得到对称杂种。我们一定要把对称关系搞清楚。这是这张幻灯片告诉大家的一些信息。

那么这里还有一个我就不细说了,叫做“供体受体融合”简称“供受体融合”,英文叫“Donor-recipient”,它与非对称融合是一个意思。这个供体一般就是前面提到的做了射线处理的亲本,叫供体,因为它提供的一般是一条染色体、几条染色体,或者是一条染色体上的片段。那么受体呢,一般是指正常的二倍体的亲本。

还有,我们还可以做性细胞与体细胞的融合。大家会想为什么要这么做呢?也就是说一个单倍体和一个二倍体的融合,这个在我们园艺中是非常有价值的,在坐的有园艺专业的吗?在园艺植物里边,单倍体与二倍体融合可以一步获得三倍体,刚刚我说的香蕉就是三倍体,那么园艺植物大多数可以单性结实,香蕉就可以单性结实。所以说三倍体一旦让它不育,它就可以单性结实,最后消费者获得的水果就会无核,没有种子食用就很方便,不仅是食用方便,而且它是一种文明的标志。你看老外吃东西为什么用刀和叉啊,人家吃东西切得适合他嘴巴的大小,塞进去就不拿出来了,很文明、很文雅。如果你边吃变吐,就会显得不是太文雅。所以说它既是一个果品品质优良的标志,也是一个文明的标志,还是大家一个食用方便性的标志,所以性细胞与体细胞的融合,一步获得三倍体,就可以达到这么几个目标。

这个后还有“亚原生质体-原生质体的融合”,什么叫亚原生质体?很简单,就是比原生质体小的原生质体,叫做亚原生质体,你看我们有热带和亚热带(TropicsSubtropics),具体地讲我们又分小原生质体、微原生质体、胞质体,这些融合的方式实际上都是非对称融合方式的一种,也是我们前面说的供受体融合的另外一种说法。小原生质体就是只有细胞核没有细胞质的;微原生质体就是刚才说的它有细胞质但是细胞核只有一条染色体或者是只有一条染色体的片段;胞质体就是现在说的只有细胞质没有细胞核的。对应的还有一个概念叫胞质体原生质体融合,它也是为了创造胞质杂种。

在这里再跟大家简单的说一下,我们说到的,体细胞杂交是一个人工诱导两个亲本的原生质体融合,那么怎么诱导呢?希望大家能够记住一点,简单地讲有两种方法,一种是化学诱导融合的方法,一种是物理诱导融合的方法。化学诱导要用到一种化学物质,这个物质相信大家学过化学的不会陌生,叫聚乙二醇英文叫Polyethyleneglycol,简称叫“PEG”。那么物理的呢,很简单,电融合,电场来诱导融合,在早期它叫“Electricfield-inducedfusion”,这个是不是太长了,所以把它简化为Electrofusion,就是为电融合创造了一个新的单词。这是细胞融合,很简单的,一种化学诱导融合,一种物理诱导融合,这两种方式平分秋色,也是目前用到的。化学诱导融合方法它更简易,比如我们实验室买了500克聚乙二醇,研究生用到现在还没用完,非常便宜,一瓶几十块钱。那么电场诱导融合,就要用到十几万的仪器,一次性投入比较大,但是真正做的过程中比较方便。这个化学诱导方法虽然成本比较低,但是大家都知道,化学物质多少有点毒性,它对细胞会有点毒性,像我们物理方法就是一种安全的方法,这是它们的差别。

后面,这里给大家介绍体细胞杂交的历史。在上世纪70年代初,慢慢地就有了原生质体操作的技术,这里有个例子,在72年有一个首例细胞融合获得体细胞杂种的报告。烟草,大家应该记住烟草它是茄科,它既是一种经济作物,同时也是一种模式植物,做基础研究是一个非常好的模式植物,所以最早的细胞杂交报告是在烟草上成功的。70年代初慢慢地就有我刚才说的这两种融合方式,一种化学诱导融合,一种物理诱导融合,都是在70年代美国人和德国人在西方发达国家发明的。像电融合仪,就是德国人创制的,自主研发的。大家中人文社科,研究科学史的,可以看看那个年代的文章,那个年代很多杂志和国际上的刊物铺天盖地的全是关于原生质体操作的,关于体细胞杂交的报道,很多是异想天开的。这里就给大家举两个异想天开的例子:第一个就是你们这个解说词里面介绍的,番茄加马铃薯,大家知道番茄是属于哪个科?马铃薯属于哪个科?番茄马铃薯包括烟草包括茄子都属于茄科,亲缘关系很近。大家见过番茄,番茄是地上部分结果,马铃薯是地下部分结果,那个时候还没有DNA的概念,有原生质体操作就是高新技术了。科学家们就想,两种作物,番茄和马铃薯在西方都是非常非常重要的,他们要吃番茄酱,番茄,我们这里是番茄炒鸡蛋用得比较多,在国外都是把它弄成酱,马铃薯也是一个粮食作物。那科学家们就想,种粮食作物太麻烦了,能不能通过细胞融合把它成为一种新的生物体?地上结番茄,地下结土豆,我就种一种作物就行了,是不是很好呢?很好的想法,但是最终的结果表明:上面可以结番茄,下面也可以结土豆,但是都没有商业价值。我们作为商业种植,它是要讲产量、讲品质、讲经济效益。体细胞杂交能够出一个新的生物体,地上长番茄没问题,地下长土豆也没问题,但是达不到商业目的。那么是不是说明我们这个技术就没有用了呢?其实不然,一直到今天,我们体细胞杂交技术在番茄和马铃薯这两个作物里边还在运用。但他不是为了上长番茄下长马铃薯,而是为了转移一些野生种,比如说把番茄的一些野生抗性性状转移到马铃薯里边,也可以把马铃薯的一些抗性性状转移到番茄里边。到目前,还一直在用这项技术,但是他的目标越来越具体,越来越现实。这是一个例子,马铃薯加番茄。

另外还有一个例子,大家听了肯定会笑话。因为当时没有别的技术,大家都在想怎么充分挖掘体细胞杂交技术它的潜力。大家都喜欢吃牛肉、喝牛奶,但是牛肉是怎么来的呢?另外,牛吃的是草,挤出来的是牛奶,但是牛要吃草才行,这时科学家就在想,我能不能把牛的细胞和牧草的细胞融合在一起呢,这样能不能出现一个新的生物体,我就不种草,不让它吃草,因为长草要太阳,要光合作用,融合在一起的之后,是不是这个牛晒晒太阳就会有牛奶呢。大家不要笑,这是我专门从一个文章上找下来的。七十年代41号,《Nature》杂志中的,你可以说是愚人节的一个笑话,也可以说是一个新闻报道,那个时候的科学家大胆地想,这个技术你不试怎么知道呢,所以就有了这个想法。目前大家看来肯定是不可能的,大家可能也不会这么想,但是这个技术刚出来时候,大家都在这么想,而且还发表在《Nature》中。四月一号,你可以把它当作是愚人节的玩笑,也可以促使我们小孩子和青年学生去思考:牛的细胞和牧草的细胞是不是能构成一个新的生物体,天天晒太阳就有牛奶可以喝了,有肉可以吃了。

在今天看来这些都是异想天开的事情。到了八十年代初,我们的体细胞杂交技术,就逐步地由模式植物转移到了农作物。前面说的茄科还包括拟南芥都是模式植物,这个模式植物成功后,毕竟没有经济价值,要想使这项技术发扬光大,必须转向经济作物、转向农作物。所以从八十年代开始,在油料作物特别是油菜,你们学校官院士研究的油菜,油菜也是很早就开始做体细胞杂交,也是到今天还一直在做。另外还有我们的水稻,也是做的比较多的。小麦,也是今天一直在做的,我们山东大学有一个生命科学院,有一个非常好的研究所,有一个杰出的女科学家,做了一辈子的小麦的细胞杂交,也做的很好。经济作物,还包括柑橘,我们柑橘一直到今天还一直在做研究。柑橘的体细胞杂交最开始做的是以色列这个国家,以色列国家虽然很小,但是它的农业研究是非常发达的。包括柑橘的体细胞杂交,以色列的柑橘很少,但是体细胞杂交是以色列的一个老太太做的,2001年我还在美国弗罗里达见过她,不过很不幸现在已经去世了。这是经济作物,模式植物转变经济作物。

还有就是融合方式,从对称融合转到非对称融合,我们把柑橘两个二倍体融合成四倍体是可以的。但是你要把小麦六倍体和六倍体融合成十二倍体这个是不太可能的,也没有应用价值,所有说必须发展非对称融合技术。所以说细胞融合技术就慢慢地成为了一个创新种子的手段。所以说到了八十年代末,大量的木本植物细胞融合就开始报道了。从九十年代到现在,已经成为了一种育种的手段,大家已经对这个的认识越来越具体,越来越现实,不像最开始那么理想主义了,那么异想天开了。九十年代到现在,成为了一个育种手段,就是这个。

那么细胞杂交,大家为什么这么重视它,它的意义和作用在哪里呢?我想这是同学想要了解的。我们说为什么要做植物的细胞工程,体细胞杂交呢?它有几个意义:第一,就是克服有性生殖障碍,克服有性生殖障碍的创新种子。什么叫有性生殖障碍,我们说花期不育,是不是一个有性生殖障碍,比如说要把两个品种结合,但是它花期不育。另外,远源有性杂交不亲和也是一种有性生殖障碍。我们湖南农大的柑橘也研究的很好,这个柑橘有个什么特点呢?就是珠心胚的干扰,柑橘的一个特点,就是它除了有一个有性胚之外,还有N个由体细胞组织发育来的珠心胚,他利用的是胚胎里边母体的营养,最后发育成种子,发育成胚,但是这个胚不是有性杂交来的,他跟母本是完全一样的,这就是有性杂交的障碍。所以我们柑橘为什么要做体细胞杂交,就是因为这个原因。我们柑橘有的品种是不育的,市面上卖的脐橙,市面上卖的蜜橘,都是无核的,都是先天不育的,而且胚囊败育,分雄性不育和雌性不育,那么这么两个材料能做有性杂交吗?不能。所以说,我们开始做柑橘的时候,也有很多奇思妙想。我们说脐橙很好吃,但是难剥皮,去皮不方便;这个蜜橘容易剥皮,但是食用太多容易上火,他的风味比较淡,只甜不酸,或者说风味比较单一,没有很多香气。所以我们最开始做细胞融合的时候就在想能不能把脐橙和温州蜜柑融合在一起,既克服有性生殖障碍,又可以出来一个新的柑橘品种,既具有脐橙的香气,又具有温州蜜柑容易剥皮的特性,那不是很好吗,我们当时有这个想法。有了图片,大家也可以看到。效果到底是怎么样的,请听下回分解吧,现在还留点悬念,你们看到图就知道了。这是第一个意义。

体细胞杂交的第二个意义就是转移有益的性状,改良作物的品质。有益,就是有利的性状,这个有益就多了,抗病抗虫,还有这个耐旱耐盐、抗寒这都是有益的性状。还有品质的,特别是关于油菜的,油菜为什么要做体细胞杂交呢,他是为了培育品质。我们学校有个院士,油菜的院士叫傅院士,培育双低油菜:低油酸、低芥酸。他也要通过体细胞杂交把一些性状转移过来。这都是些有益的性状,有品质的性状,有抗性的性状,还有这个不易的形状,比如,我之前提到过一个概念,胞质杂种。我们为什么要创造胞质杂种呢。目的是就是要把蜜橘的线粒体基因组控制的雄性不育系转移到一个有种子品种的里面去。

第三个意义就是转移部分染色体,创造非对称杂种,我们不是转移整条染色体,而是一条染色体或者N条染色体,或者是一条染色体的某个片段,带有某一个特质的基因的。第四个就是说转移胞质基因组来创制胞质杂种,我是做胞质体原生质体的工作,我只转移胞质体。那么第一个运用体细胞杂交,大家一定记住,出来一个新的材料一般绝大多数没有直接作为品种应用的潜力,一般是把它作为育种的中间材料,来进一步用于作物的改良,有这么几个意义在里面。这是第一个大的方面,关于体细胞杂交发展的概况给大家讲完了。

现在介绍第二个内容,就是原生质体的体细胞杂交在整个高等植物中的一个概况。在这个高等植物里面,这个技术是70年代发展,80年代模式转向农作物和经济作物,融合方式以对称转向非对称。到目前为止高等植物里面还在采用这种技术的一个是茄科:烟草、马铃薯、番茄、茄子。我们学校也有马铃薯团队,我知道你们湖南农大也有做马铃薯的教授,也做得很好。我们那边主要是做试管薯,马铃薯的体细胞杂交,把茄子、番茄的野生性状转接到马铃薯里面。第二个油菜,从国际到国内包括我们学校也一直在做油菜的体细胞杂交。小麦其实刚才我也已经提到,山东大学生科院有一个科学组,夏光敏教授,一个非常杰出的女科学家,在小麦体细胞杂交里面做得很好,在基础研究里面也做得很好,而且已经出了小麦的细胞工程新品种。我最近听她到我们学校做的一个学术讲座,我们有很多的思路是相通的,她利用小麦的细胞工程的来的新材料,不仅把它培养出了新品种,而且还利用这些基础研究拿到了国家自然科学基金的重点奖学金连续拿了三项,我今年也拿了一项,我们前年做细胞工程创造材料,我们今年拿的国家自然科学基金的重点奖学金就是利用这些材料做基础研究,做基因的发掘,自主创新的材料啊!你用的是有自主知识产权的材料去做的基础研究,很容易打动评委,就像你们学生也要去做项目,也要申请一个project,打动评委要有非常过硬的本领。知道棉花是几倍体吗?棉花是四倍体(多倍体)。我们为什么要做细胞工程,就是为了创制多倍体,我们自然界本身就有多倍体,刚刚说了那么多,植物细胞工程一般来得到的就是创造多倍体。在我们学校有一个棉花研发团队,做得很好,四倍体融合,但是它有一个问题,棉花四倍体加四倍体变成了八倍体也不行,倍性太高,没有开花结果它就死掉了,我不知道在座的有多少做园艺的。我们做园艺是有优势,特别是做木本园艺的,有什么优势呢?无性生殖,我们可以嫁接,像棉花、小麦它出来的体细胞杂种如果不能结子,就会变成只有一次生命,它就死掉了,这个材料就没有用了。我们有的研究生好不容易花几天时间出来的材料,它不结子、不开花,春天它长出来了,到了冬天它就死掉了。它不像有些多年生的草本,如香蕉,它可以一岁一枯荣,冬天枯了到春天就发芽了。小麦研发他就不行了啊,所以说它出来的体细胞杂种,如果不能开花结子,那这个材料就没有用。我们做果树,我们有很多材料到现在十几年二十年不开花不结果,但是呢,我永远可以保留它的存在在那里,还可以用来做后续的研究,所以棉花目前基本上也没有做了,因为这个材料不开花不结籽,所以没办法做下去了。还有大量的报道,其它的高等植物都是以原生质体培养再生为主,培养再生它是做体细胞杂交的一个技术前提。根据过去几十年的发展,我们总结了一点:刚才提到的茄科也好,油菜、小麦、棉花、柑橘也好,为什么一直在做呢?就是因为体细胞杂交技术能够解决常规育种中存在的问题。我们做任何一项东西一定是有目的的,而不是为技术而技术。早期我们72年还没有这项技术,你可以说为技术而技术,我要把这项技术突破了,一旦这项技术一突破,我们就要把这项技术运用到你所研究的对象里面,不能为技术而技术,我们一定要想清楚,这项技术能够解决什么问题,这是体细胞杂交在高等植物中的运用。我再讲一点体细胞杂交在果树中的运用,多倍体育种在无性繁殖的果树作物里边是非常有价值的,因此原生质体操作也是非常有意义的。你们知道绝大多数核桃是几倍体吗?核桃呢?核桃多数是四倍体但也有二倍体,猕猴桃多数是四倍体和六倍体。你们品尝过蓝莓吗?都是四倍体或六倍体,玫瑰花、月季是几倍体你们知道吗?月季、玫瑰都是四倍体。二倍体都是野生的,它的花很小。花为什么要四倍体呢?这是因为多倍体的特点:一般情况下多倍体的器官巨大,花、果变大叶片变厚、变大,我最近请了一个日本专家,他是专门研究蓝莓的,蓝莓的叶子可以做成茶,抗癌,把它诱导成四倍体,叶子的收获量就多了。这是第一个,多倍体育种非常有价值,大家应该记住的。另一个在果树里面做体细胞杂交的种类,有柑橘,有柿子,有猕猴桃,有香蕉,苹果等等,这么多果树里面到目前为止,在柑橘上是最为成功的,其它树种都是以原生质体培养再生为主,或者说再生的材料发现没有什么价值,最后就没有继续研究了。我刚才列的这些多数是多倍体,柑橘是二倍体,我们做融合把它变成四倍体,柿子是六倍体,你要做细胞融合把它变成12倍体,这个倍性太高了,再生也难,让它开花结果也难,所以说基本上停下来研究这个了。猕猴桃也是一样的,多数是四倍体或六倍体。香蕉三倍体,有人做,两个三倍体融合变成六倍体,很难。所以说在果树里边,柑橘是研究得最成功的,其它尝试过这项技术的树种很多,但是现在都半途而废,销声匿迹了。现在总是在报道的还是柑橘,中国有华中农大,美国有弗罗里达,还有日本、欧洲,做的国家很多。现在一些第三世界国家,包括巴基斯坦、泰国、越南、印度,我们每天都收到好多邮件都是那边的学生想要到我们这来读研究生的,说“你那个柑橘的细胞融合做得很好,希望能在你这里读研究生,把这个技术学回去,我们国家的柑橘品种也很多,希望能回去发展他们国家的细胞工程技术。”这里我再提一点,大家还要记住一点,我们为什么要做细胞工程技术呢?我读研究生到现在二十多年,为什么要一直做下去呢,是因为它不是转基因,没有转基因的安全性争议。这项技术一旦出一个好的品种,作为研究者我可以马上品尝一下,我没什么担心、没什么顾虑。对消费者而言也是的:第一,它是高新技术;第二,它是没有安全性争议的生物技术。一旦性状好,是一个好的品种,我可以马上推广应用,没有任何安全争议,而且还有一个高新技术的标签在上面,这是通过高新技术创制出来的。

我想再给大家介绍一点点,前面不是说了吗,我希望大家听了这个讲座后,了解一点应用以后,再了解一下怎么做的细节。第一,两个不同亲本的原生质体融合在一起,是不是像冬天来了秋风扫落叶,随便拿一片叶子制成的原生质体就行了呢?大家记住,这个是不行的,任何一种高等植物要做原生质体,要分离原生质体,再利用原生质体来做细胞融合,首先第一步是要利用植物体,取它的一部分器官,利用它的外植体来诱导愈伤组织。大家有没有听说过愈伤组织这个概念?一定要有愈伤组织,而且要是胚性的愈伤组织。什么是胚性呢?就是具有体细胞胚胎发生能力的一种愈伤组织。由愈伤组织再去分离原生质体,只有这么出来的原生质体,你做细胞融合也好,你做原生质体直接培育也好,它才能够分裂,能够长成胚状体,最后发育成完整植株。我们做这个细胞融合,一般诱导愈伤组织的方法是很麻烦的,我们做这个细胞融合有千分之一是愈伤组织就OK了。另外一个亲本就可以用直接是叶片分离的,但这个叶片大家记住啊,不是外面随便采一片树叶就行了的,这个叶片我们说一定是幼嫩的,但又不能太嫩,太幼嫩的话这个叶绿体还没形成也不行,一定是我们有一个说法叫充足发育的,发育成熟但不是老叶片。你春天观察一下,枝条发芽,芽开始显绿,刚刚变成深绿的时候就是充分发育成熟了,这种叶片就行。毛主席说过一句话:“大家都是早上八九点钟的太阳”,我们这个植物材料也是一样的,我们做体细胞融合分离原生质体一般是早上八九点钟的时候。我们知道人有生物钟,你晚上睡一觉,早上八九点的时候精神抖擞,状态最好,植物材料也是一样的,经过一个生物钟,在夜间培养,我们培养室夜间是黑的,早上给它加了光照,到了八九点钟的时候,它的生理状态最好。这跟人做手术一样,分离原生质体跟外科手术一样,你要把植物细胞壁给它去掉,要用纤维素酶、果胶酶把它的纤维素、果胶质给它去掉,等于是动手术。动手术也在八九点钟它刚醒来,状态最好的时候给它做是比较好的。在做手术的过程中,我们除了要加纤维素酶、果胶酶外还要加什么?还要加营养。听说过培养基这个概念吗?加营养就跟人动手术要输液一样的,边动手术边输液,保证你有营养。只有这样,原生质体才能保持一个非常高的活力。如果不给它营养,那么原生质体分离出来就会活性降低或死掉了,这个是第二点大家要了解的,第一要诱导愈伤组织;第二一定是选用八九点钟的叶片;第三,在酶解的过程中,一定要给它加培养基、营养液;第四,再说细一点,切叶片。你看你爸爸妈妈做过饭,切这个叶片不是说丢在营养液里面酶解就完了,叶片一定要切碎,但不能像切菜一样把几片叶子摞在一起切,我们说切叶片一定要一片片切,而且要用非常锋利的刀片,把它切成羽毛状。老外用了一个单词“tofeathertheleaf”,要把叶片切成羽毛状,切成很细的,一粒粒的,要用非常锋利的刀片。为什么要这么切啊?因为我们的原生质体不会从叶片的上表皮出来,也不会从下表皮出来,是从切口处出来,是从叶片的中部出来的。所以我们说叫叶肉原生质体,一般不会叫叶片原生质体,我们从叶肉中取得的原生质体我们不叫“leafprotoplast”,我们叫“mesophyllprotoplast”,就是叶肉原生质体。

那么在切完之后在酶解的过程中还有一点,我们要把叶肉细胞变成原生质体,在酶解的过程中还要抽真空,为什么要抽真空呢?因为叶片有气孔,里面充满有空气,你不抽真空,我们酶液进不去,里面有空气,像我们有毛孔一样的。必须要抽真空,我们的酶制剂(纤维素酶、果胶酶)才能进入到细胞里面。

还有一点,在酶解的过程中一点要注意一点——低速摇床。要缓慢的摇,为什么要摇呢,你如果不摇,我们变成原生质体的细胞就躲在叶片的切口处出不来,你只有慢慢地摇,原生质体才能从切口处慢慢地释放出来。这是目的之一。第二个目的呢,只要慢慢地摇,它才能呼吸,有氧气。细胞是一个生命,如果把你丢在游泳池里两个小时不让你呼吸,那肯定完了,我们这个植物细胞也是一样的。我们一般酶解,像木本植物干净的叶片酶解要十二个小时,你把叶片十二个小时放在酶液里面,你不摇,不让它呼吸空气,这个原生质体的活力就会降低甚至完全丧失。总之我们这些措施的目的,就是让细胞变成原生质体的同时,还要让它有活力。

前面想给大家科普一下,后面我们继续以柑橘为例。

第一,我先告诉大家我为什么要到柑橘上做细胞工程呢?大家记住几点,为什么要到柑橘上做细胞工程,我前面也已经提到了一点。首先,柑橘非常重要,我们湖南农大邓子牛老师柑橘研究也做得很好。柑橘是世界上第一大水果,也是我国南方第一大水果,这是讲话(演讲)的技巧。如果再往下加一点,同学们千万不要说:它是中国第二大水果,因为是南方第一大水果。目前,我们说北方的苹果,南方的柑橘。其实从量的角度上来讲,(两者)是非常接近的,苹果只比柑橘多了一点点。但是你要是说柑橘是中国的第二大水果,那它的重要性就低多了。但是你也不能说是中国的第一大水果,这样不符合事实,我说的是南方的第一大水果。这也是我研究柑橘细胞工程的一个理由。

第二个理由:柑橘的常规育种(我们之前提到了)很难。为什么?就是因为绝大多数柑橘有一种特殊的生殖生物学现象,刚刚说的珠心胚,珠心胚的干扰,或者说叫做多胚现象。我跟大家简单说一下,我们一般在有性杂交一般都会得到一个有性胚。双受精得到一个有性胚,还有胚乳。柑橘它也可以得到有性胚和胚乳,但是它的珠心组织,大家知道母体这个概念,如果母本是一个多胚的品种,它的珠心细胞会怎么样,它会突破什么?我这么说吧,大家知道克隆这个概念吗?克隆,就是把一个体细胞封闭起来,利用母体的营养最后发育成了胚。明白这个意思吗?它不是有性杂交来的胚,珠心细胞其实和母体细胞是一样的。柑橘绝大多数品种都有这种现象,只有少数的,比如说柚子吧,只有柚子是单胚的。为什么叫单胚呢?就是跟其他植物是一样的:双受精,它有一个有性胚、有胚乳,其实大多数品种,它除了有一个有性胚之外,他还有N个。什么叫N个呢?就是不同品种它有差异,有可能它有三个珠心胚,有可能它有20多个珠心胚。我这个照片大家暂时也看不到。我们曾经,在温州蜜柑里边,就是市面上卖的蜜柑里面发现有一颗种子,那颗种子你通过组织培养播种,可以长28颗苗,懂这个意思吗?就表明它有多少个胚芽?28个。28个胚我通过分子标记鉴定,去看鉴定却发现只有一棵苗是有性杂交来的。另外27个呢?跟母本完全一样。听明白了吧?希望大家(不懂的)可以在网上查一查资料:珠心胚的多胚现象是怎么回事?也就是说绝大多数柑橘都有这种现象,这种现象会阻碍有性杂交。我刚才说的,好不容易找到了一个有性胚。多数情况下,这个有性胚在发育的过程中会败育。它会因为珠心胚数量太多,以及根据它在种子里面的位置不同,也不利于它去吸收营养,所以说一般种子发育成熟只剩下珠心胚,有性胚往往就败育掉了。也就是说,如果大家以这些材料去做母本,去做有性杂交的话,就往往得不到有性杂种。所以正是因为它有这种有性杂交的障碍,所以我们要做这种体细胞杂交,要做这种无性的杂交来克服这种、绕过这种障碍。这是第二个。

第三,目前来说体细胞杂交,我们国家很多有特色的品种都是有种子的。明白这个意思吗?现在市场上卖的蜜橘,我们说它叫温州蜜柑,这个我跟大家解释一下:它是引进的品种。打消一下大家的顾虑,它叫温州蜜柑,为什么又是引进的品种呢?我跟大家解释一下。我们说温州蜜柑它是从日本引进的品种,但是它的“老祖宗”是在我们中国,就是在浙江黄岩地区,大家如果看中国地图就会发现温州这个地方离日本的一个鹿儿岛最近。据文献记载,古代我们有一个和尚鉴真。鉴真东渡,把中国的柑橘和柑橘的种子通过海运运到了日本鹿儿岛这个地方,这个有种子的品种在日本就突变成了雄性不育,没有种子的,所以日本人也承认他们的柑橘都是从中国传过去的。所以说,这个温州蜜柑它的英文名就叫“Satsumamandarin”。Satsuma是什么地方呢?就是现在的鹿儿岛为什么叫Satsuma呢?Satsuma的日文叫萨摩,鹿儿岛在100年前就叫萨摩半岛。所以它的英文名就叫“Satsumamandarin”。但是它的学名(拉丁文)又叫Citrusunshiu它的学名是我们中国温州,英文名是日本的鹿儿岛,叫萨摩蜜柑,我们翻译过来就叫温州蜜柑。脐橙也是从西方引进来的,这个温州蜜柑是从日本引进的,这些都是无核的。我们国家有特色的,像沙田柚、碰柑。过年时,我们吃的柑橘都是有种子的,我们国家有特色的柑橘都是有种子的,但是现在这个现实柑橘的趋势就是没种子最好:食用又方便,又甜,经济价值又高,看起来又很文明。所以说我们做这个体细胞杂交也是为了创制多倍体。最好是三倍体,三倍体遗传上不育又能够单性结实,因此就能够达到无核的目的。

这是我刚刚说的几个理由:第一,柑橘在我们国家是很重要的;第二,它有性杂交存在障碍;第三,我们国家有很多有种子的品种,所以,我们需要把它改良成无核的品种。那么无核,怎么无核呢?通过植物细胞工程创制四倍体,四倍体再跟有些二倍体杂交,得到三倍体。或者说,前面还有一个:胞质杂种也是一条路子。温州蜜柑,大家记住,它的不育是胞质雄性不育。知道什么是胞质雄性不育吗?细胞质雄性不育是由什么控制的?是由线粒体基因组控制的。所以说,我们也做过一些研究:把温州蜜柑作为愈伤组织细胞,与我们国家有种子的一些柑橘品种来做体细胞杂交来创制,还是二倍体。把温州蜜柑的线粒体基因组转移到一个有种子的品种里去,最后获得的胞质杂种还是二倍体,但是不育了,就变成了雄性不育的,得到了无核的。而且这个已经成为了品种,是世界上第一例细胞工程新品种。而且这个新品种呢,我刚刚提到了,我们今年以这个材料为核心材料申请国家基金的重点项目,今年获得了国家的资助。未来5年,我做研究也有了经费。(大概)是这么个情况。

我会简单地说一下,刚才说了这么多理由我们为什么要做柑橘的细胞工程,那么我们做的这个是为了:一就是利用原生质体融合技术创制了一大批的体细胞杂种,异源四倍体体细胞杂种,它们有种间的、有属间的体细胞杂种。给大家举个例子:我们这里有没有广东的同学?不知道你们有没有吃过黄皮,它可以鲜食,也可以做成果粉果冻,它和柑橘的亲缘关系非常远,族间关系,我么你就把脐橙和黄皮获得了一个体细胞杂种,这个杂种就是我们所说的典型的体细胞不亲和,它就只会长一点点高,长到一点高度它就会枯死,永远就只有这么高,最后长得很粗,但永远长不大,最后我出国到美国去了三年,回来也这个材料就没有了,我们认为这种情况不是因为管理不善,而是因为体细胞的不亲和,也就是说这个材料可以存活几年,但是你要它开花结果就不太可能,要它长命百岁,永远在那里,这个也不太可能。

在我们学校开了一个叫“双百案例”课,双百就是面向全校的同学讲成功的科研案例,有100讲,还有成功的创业案例,也有100讲,科研就是找知名的科学家讲两个小时或三个小时,创业案例就是找毕业生,成功的企业家来讲。“双百案例”你们学校有吗?没有,好吧,我觉得今天的这个论坛也有点儿类似。现在你们提问也是可以的,后面看照片就好了,有问题现在就可以问。

  生:郭教授您好,我想问一下,就是现在的这个细胞工程和基因工程就以现在的科研水平来说,哪一种较有优势呢?

郭教授:这个只能说两种技术各有千秋,细胞工程技术我们刚刚说的它没有安全的争议,这是它的一个优势。当然,它也有它的劣势,劣势就是它现在只有少数几种主要作物坚持在做,另外它的原生质体的操作融合不是你想做就做,有些技术性还是比较难的。目前基因工程技术它的不好就是大家对它总是有顾虑,当然这需要我们的科普宣传,应该说只要经过严格的测试,人体实验、动物实验,它应该是非常安全的。但是大概因为没有科普宣传让大家认知比较少,存在很大的争议,这是它的不好的一方面,它的好的方面是它是一种定向的改良,现在几乎所有的作物都可以利用这项技术进行定向改造。

  生:还有关于细胞工程无法实现的或是无法达到最初认定标准的,以基因工程的方式可以改进吗?

郭教授:可以啊,现在有很多,但商业种植上不是太多,比如棉花、油菜、玉米、大豆这个是比较多的,棉花是最没有争议的,因为是不食用的。

好,我们把照片稍微的看一下。采取细胞融合技术我们创造了一系列的异源四倍体的体细胞杂种。这里给大家看一下愈伤组织,我们在做原生质体的操作,首先一定要诱导愈伤组织,那么在我们实验室有一个愈伤组织库,我们有100多个不同的品种,经过过去三十年逐步地积累,有一系列不同品种的愈伤组织被放在这里,作为离解的资源库,做原生质体就会很方便。下面的照片,就是我们刚刚说的,叶片的酶解:抽真空、低俗摇床、加营养。这就是细胞融合仪,有录像机、倒置显微镜、电视终端,我们在做的过程中为了减少手术的时间,我可以先把过程录下来,做完了实验,把原生质体融合而来的材料培养起来之后,我们再反过来看这个融合效果怎么样,再去做一些实验记录,做一些统计。因为你的光一直照着,又做别的事,最后这个材料融合之后它的活力就会下降。这个图片是整个融合再生的过程,愈伤原生质体纯化、叶肉原生质体纯化,这是融合体,这是第一次分裂形成的细胞团。我们园艺部有个非常重要的特点优势就是可以做试管嫁接,比如棉花,它比较高大,它就把我们柑橘的这个嫁接技术学过去了,得到了棉花的体细胞杂种。这个技术刚刚给大家提到了,我们还做了另外一个材料叫柑橘加九里香,这个九里香有广东的朋友也知道,九里香在广东是作为绿化的篱笆,就是街道做绿化的那种矮的植物,它的花很香,它的小角的轮廓很漂亮,这是其次。我们为什么对它感兴趣呢?不知道大家听没听说过柑橘的黄龙病,听说过吗?就是柑橘的癌症,美国的佛罗里达柑橘产业现在只剩下原来的三分之一了,过去短短的三年五年,毁灭性的。但是九里香是耐黄龙病的,所以我们很早就认识到它的价值,做柑橘和九里香植物间的体细胞杂交。但是呢,遗憾的是,亲缘关系太远了,有体细胞的不亲和,我们得到这么小的一个植株,但是它是嫁接来的,我去美国的三年后回来,它也死掉了。我们不认为是管理不善,更认为是一种体细胞的不亲和造成的。

下面这个例子,就是我说的柑橘加黄皮的,这个黄皮的照片我是在华南农业大学拍的,他们的资源库有黄皮。这里我还想告诉大家,这个材料长得漂亮的时候一定要多拍照片,有的说长大后再拍吧,那长大后会怎样呢?长大后就成这样了,就长成一个“小老头”了,那个照片就不好看了。这个也是,我到美国去了三年,回来也没有了。就是两个植物间的杂种,我们说,你做融合,它是可以成功,可以再生的,但是你希望它能够长命百岁,希望它能够开花结果就很难了,这也是我们这项技术的局限性。那么接下来这个图片是告诉大家,柑橘加澳洲指檬,一听就是指纹,像人的大拇指,来自澳大利亚的。澳大利亚是沙漠气候,因此比较耐旱,耐贫瘠、耐瘠薄,所以一个甜橙和一个澳洲指檬的体细胞融合,既可以开花,又可以结果,这是柑橘的远缘体细胞杂交里面唯一的一个关系比较远的,而且可以开花结果的材料。什么意思呢,关系比这更远的体细胞杂交也有,但是要么就死掉了,要么就不开花,也不结果,要么就是只开花不结果。而且这个材料可以一年多次开花结果,给你们看有些已经成熟了,有些很小。这个东西告诉大家,把两个二倍体细胞融合变成四倍体之后会怎么样呢?器官巨大形变,如果你平时刻意观察看,观察柑橘花瓣,这个花瓣比较大,也比较厚,叶片也比较厚。再看它的果实,果实粗皮大果,这是多倍体的一个特征。接下来这个是我要详细跟大家说的,这就是我刚才说的,脐橙和温州蜜柑的融合,我们说这两个品种都是先天不育的,我们这样最开始的目的是为了让一个四倍体既具有脐橙的香味,又具有温州蜜柑容易剥皮的特性,那么最后出的材料是个什么情况呢?你们看,两边是亲本,中间的是四倍体杂种,最后变成了什么?最后果实变厚,可食用率变低,两个没有育性的品种育性恢复,当然育性也不是特别高,部分恢复,变得有种子了,其它例子也是一样的,这些看起来没有商业价值,那是不是这些材料它没有用呢?有用的,我们说变成四倍体更多的是作为一个育种的中间材料来创制三倍体,那么这个四倍体可以利用它的花粉跟一些二倍体有种子的品种去杂交变成三倍体。三倍体是毫无疑问是无核的。

接下来给大家看到是甜橙跟杂柑的体细胞杂种,两个亲本都是有种子的,变成四倍体怎么样呢?四倍体变成无核,没有种子,而且还容易剥皮。也就是说四倍体到底怎样,它不能一概而论,也有好的个案。我前面的例子就是这个例子,两个都是有种子的品种,变成四倍体它变成了无核,而且果皮不薄也不厚,不厚呢,可食率高;不薄呢,就耐贮藏。四倍体也有可能成为一个无核的现实品种,更多的四倍体是作为一个创制三倍体的中间体。

这里我顺便给大家讲一个同源多倍体的创制,这也是一种细胞工程。我们通过简单的种子播种,最后根据形态估猜,再加上倍性的检测,我们获得了三十多个不同品种的同源多倍体。那么同源多倍体为什么叫同源多倍体呢?你看做的这个多倍体,这个文章可以发到科学杂志上去。柑橘的四倍体,它的耐旱性得到提高,我一直在思考为什么北方多倍体比较多,就是在植物进化过程中,这个北方气候恶劣,多倍体有广适应性,所以多倍体慢慢就留下来了。也有人专门研究过猕猴桃,猕猴桃有二倍体、四倍体、六倍体,海拔越高,多倍体越多,海拔越高就越寒冷,多倍体就越多,多倍体有广适应性。你们都吃过西瓜,我专门问过研究西瓜的人,说美国80%以上的西瓜都是三倍体,因为无核。在中国只有湖南湖北三倍体种的比较多,为什么湖南湖北种的多呢?因为湖南湖北夏天有暴雨,三倍体耐涝?别的地方为什么三倍体不多呢?因为三倍体也有缺点,三倍体皮会更厚一点,它会晚熟一点,栽培技术要求更高,所以说很多地方为了追求产量,他就不种这种西瓜,只有湖南湖北雨水太多,容易发生水灾,三倍体西瓜耐涝,所以湖南湖北西瓜多数是三倍体西瓜,因为它的广适应性。所以说我们研究多倍体,除了做无核的育种,也做抗性育种、适应性育种。你看我们做的一个四倍体已经开花结果了。那么这些是我们把已获得的四倍体跟二倍体杂交创造的三倍体,我们做了大量的分子标记,你们看这是母本沙田柚,很多种子。也就是说我们创造四倍体目的多数是为了获得三倍体,我们有大量的三倍体已经表现出无核的性状,也显露出很多优性。

后面再跟大家说一下,我们通过细胞融合技术,创制出了十多个胞质杂种,它的倍性还是二倍体,它的细胞质还是来自刚刚我们所说的温州蜜桔。也就是说它的线粒体基因组来自于温州蜜柑,温州蜜柑是雄性不育的,一般认为高等植物雄性不育的话,它的线粒体基因组都是正常的,所以我们就把温州蜜柑的线粒体基因组转接到十多个有种子的柑橘品种里面。其中有一例我们已经获得了国家的新品种权,我们今年叫它“812”号,它表现出了雄性不育,果实无核。而且我们正在利用这个材料来研究雄性不育的机理,这个机理也是获得了国家基金的重点项目

在这里给大家讲个小故事。我们的已经研究了品种的这么一个细胞工程胞质杂种了。我们当时做这个实验的时候,就得到了一棵芽,又是一个幼种,它的再生效率很低,我只得到了一个芽。越是一个芽我越是很小心,越是小心呢就引起了污染,污染了怎么办呢?污染了就不能再继续培养了,但是你要把它嫁接到外面呢,因为它非常小,是一个非常幼嫩的一个芽,把它嫁接到外面也是不太可能的。所以我们当时急中生智,死马当做活马医,怎么弄呢?就把这个芽,在温室里找到了一个刚发芽的幼嫩砧木,就把芽从中间一切,斜斜的把它插上去了。这么一个幼嫩的芽,能用薄膜去绑吗?你不可能去绑薄膜,我们就采取一个什么办法呢?我不知道大家做实验有没有用过枪头,200微升的塑料枪头用过吗?我们就把这个枪头给插上去,这个枪头起到什么作用呢?一是保护的作用,第二个也可以起到保湿的作用,第三个,可以起到透气的作用,是吧?既保护又保湿又透气,一个星期以后非常神奇,这个芽活了,所以我很高兴。这是第一个我们出的品种,最后成系的,就是通过这种方式来的。就这么一个芽,我们通过嫁接。在座的各位有一些园艺的,嫁接技术学的怎么样,你家里养点花、种点草,都非常有意思的。嫁接技术一定要活学活用,我们把这个材料挽救,而且现在成为了品种,而且还申请了新品种权,利用这个材料,我们还申请了国家更大的项目。同学们一定要把动手能力等方面的知识学扎实了,这是这一点。

后面就稍微总结一下,我们为什么要做这个植物细胞工程:柑橘的细胞工程。就是我们一再强调的它是一个传统的生物技术,它是一个没有安全性争议的生物技术。一旦表现好,可以推广,别的植物我不说,至少在柑橘上是非常成功的,也就是说我们以非转基因方法达到转基因的目的。那么在做细胞工程的过程中我们有很多学生不愿意做细胞,认为细胞水平层次太低了,都在做分子水平研究。所有还有一点,我们在做细胞工程的过程中用到了大量的分子手段,但是我们不是为分子而做分子,我们是为了提高细胞工程育种的效率。第三,细胞工程的材料不仅可以成为品种,还可以提高产业的竞争力,为柑橘种业服务,而且这些材料也可以做基础研究,如果大家以后有机会读研究生的话,可以为大家提供了很好的素材,你可以去做基础研究。这是有这么几点需要跟大家总结的。

我目前有几张特别漂亮的照片,其中我所带领的研究生队,因为在座的都是本科生,也有学生物的,你不管是经过一年、两年、三年毕业之后,欢迎大家来到华中农业大学,欢迎你能加入我们这个研究小组,从事或者继续从事柑橘细胞工程。

后面就是根据我的成长经验给大家提一点点建议,不管现在大家读一年级、二年级、三年级还是四年级,希望大家在大学一定要打好基础,要学好基础课,还要学好外语,现在这个外语特别重要。刚刚给大家介绍过我的经历,我现在是一个国际刊物的部门主编,每年处理三百多份稿件,平均一天一篇,今天回去还有一大堆放在那。将来我们国家要国际化,国际竞争力越来越强,我们国家一个规划,就是特别要是找那种国际化的人才。以后我们国家以国际组织为政策也会越来越多,习主席到处访问,对吧?所以大家要学好基础,学好外语。

最后,再给大家提几点:第一,大家一定要有阳光的心态,现在我们很多学生可能存在心理上的问题,所以你一定要充满正能量,任何事情都要从正面去看待;第二个就是大家学习的时候要快乐地学习,不要把学习当作一种负担,一定要有兴趣地学。一定要快乐地学,因为学习是大学四年的核心任务。学习,要带着兴趣学习,要快乐地学习;第三希望大家要崇尚科学,或者说大家对科学要保持激情,对生活要有热情,只有对生活有热情、要热爱你才能阳光。大家对科研要有激情,对科学家要有激情,有激情你才会多花时间研究,才不会天天打游戏,天天去玩,对吧;第四就是希望大家通过自己的努力,能够实现自己的梦想,我今天的报告就到这里。

 

主持人:感谢郭教授的精彩讲座,我们相信,同学们在经过如此精彩的讲座之后,一定颇有感触,有许多问题想要深入了解,那么接下来进入我们的提问环节,请想和郭教授面对面交流的同学举手提问。

  学:郭教授您好,我想请教一下,我国植物细胞培养方法的前景可以阐述一下吗?就是我国目前植物细胞工程的发展状况。

郭教授:是这样,我国跟世界上是同步的,这是一点。就目前还在做的,我们说一个是柑橘,一个是油菜,一个是小麦,另外还有马铃薯、番茄,这是国际上在做的,我们国内现在基本上都是同步在做的,而且做的很不错。再就是目前柑橘和小麦都出了新的品种。

  学:郭教授您好,我先自我介绍一下,我是一名农科的学生,现在有一些很实际的问题想问您一下。有些人曾私底下说农科是一门很冷门的科目,以后的就业状况和前景都不是很乐观。您今天以柑橘的例子讲了很多,也让我们受益匪浅,我想问您的就是不知道像这种植物细胞工程等这些内容的话它的前景以及我们这些学生学完之后就业情况会是怎样的?

郭教授:现在的教育是这样的:你不管是农科也好,工科也好,土地科也好,就是在大学期间目前还是宽口径的。我也知道现在很多学习农科的没有从事农业,但是大学四年,我还是希望你能够好好学习,你将来不管从事什么职业,你大学期间学习的基础课和专业课都会给你提供一种思考问题的方法。你将来不管从事什么行业,这都是有用的。举个简单的例子,这还是你们林学的例子。甘霖,大家知道吗?你们的杰出校友,甘霖博士就是在华中农业科技大学读的博士,读的是柑橘的博士,而且是柑橘的细胞工程的博士。原来在湖南省当过副省长,现在是国家工商行政管理总局的副局长,是六十年代中期出生的。也就说她学到农学以后获得了一些点拨。虽然我原来学的果树专业,但是我现在是管招商引资。你们一听好像风马牛不相及,但是在读本科读研究生时学到的一些思考问题的方法,不管你将来从事什么行业,这些都是有用的。

  学:郭教授,您是一名二级教授,然后您还是一位“长江学者”,您在看问题的角度和眼光也比我们长远也比我们更高,就是我们不知道农科将来的发展前景究竟是怎么样的,我们其实很茫然。

郭教授:农业在中国应该是非常有前景的。作为大学生你要思考:第一我们国家是农业大国,学农我倒不觉得将来不一定每个人都是走科研的道路,现在不是还有大学生村官,国家引导基层就业,可以走公务员乡村干部这条路。目前就业也就三条路:一个是走科研之路,将来在大学在科研院所甚至出国;第二个就是自主创业的路;第三个就是公务员,事业单位这条路。现在更多的是企业就业的比较多。不管你走哪条路,当然也希望你能够从事本行业,像我这样二十多年一直做一个东西,千万不能东一下西一下的。大家总结我就是说我这个人比较执着,二十多年也不管出国一直在从事柑橘研究。在这里我再跟你们讲下我当时出国,我98年博士毕业,在学校留校工作了一两年,很着急我看别人都在联系出国,我也联系了,到处联系没有任何人给我回应。等到我不准备出国的时候,结果很多信就过来了。有日本人邀请我去读博士后的,而且日本的一个老教授他腿还有点抖,亲自给我办手续,把所有手续都给办好了之后,结果美国给我的机会来了,我毫不犹豫的放弃了去日本的机会,日本的待遇很好,但我选择了一个待遇比较低一点的,到了美国的佛罗里达,可以继续做柑橘的研究。当时还有澳大利亚来的邀请,还有以色列的邀请,我来了四个机会,我选择到美国去,我到了国外还是做的柑橘,回来了以后我还是做的柑橘。这个同学我建议你,你要对农业有信心,有信心你才会有兴趣,才会有热情,有激情,你才会全身心的投入。只要你坚持下去,你一定会成功的!

郭教授:大家什么都可以问我,我会尽量回答大家的。

  学:教授您好,我想问一下,您做的这一块是细胞融合这一块的,您在考虑经济效益的同时,有没有注重健康问题呢?现在的人都比较注重健康这一方面,食用之后会不会对人体产生什么副作用和不好的影响呢?

郭教授:是这样的,细胞工程里面不存在这个问题,我们选择的都是商业品种,都是市场所接受的商业品种。健康角度考虑,你这个问题是有道理的,你是不是考虑到了把一个品种中很健康的东西转移到另一个品种中去,是不是有这个意思?

  学:那会不会把有害的转移到另一个中去呢?

郭教授:我们选择的两个品种都是商业品种。都是被消费者所接受的,当然如果把它变成的四倍体是不是有什么不利的呢?其实我们可以不保留这一部分,我们肯定有一个选择的过程,有一个品质评价。细胞融合之后,变成一个异源四倍体,开花结果,我们后面有一系列品价的工作。刚刚不是说了吗,有些设备大国,直接做品种分析。但是我要做三倍体,每一株三倍体它肯定是无核的,在无核的条件下,我们再来关注它的味道怎么样啊,它是早熟还是晚熟,它的产量怎样等等,综合性状都比较好的才有可能变成一个新品种。有这么一个过程。

  学:教授您好,我想请问一下,我本人对园艺园林很感兴趣,但是由于各种原因我没有选择园艺园林这个专业,教授您觉得我该怎么办呢?

郭教授:你现在学的什么专业?

  学:工程造价。

郭教授:那差的太远了。我给你举一个例子,我们学校也一个人被称为“果树大王”,这个称号是怎么来的呢?他的高考分数很高,被华中科技大学录取,跟机器打交道,它的机械学院是最好的,那个学院出了几个院士。在那里学了一年,最后转到我们学校去了,转来学农,学园艺,这是一个典型的例子。我们学校也很支持,现在是自主创业。我们的校长老师都很支持他,当地政府也很支持,从我们学校毕业后,就在那里自主地成立了一个果树与育苗栽培的基地,现在是一名企业家。被我们称为“果树大王”。你如果真的对你的专业不感兴趣,对园艺非常非常感兴趣,你可以申请转到园艺来学习,你现在才大一,还早得很,还有转专业的机会,可以向团委老师申请转专业。

  生:郭老师您好。我是一名植保学院的学生,是这样的我之前有在做分子生物学的实验,我在看了您的PPT以后我发现有相关的地方我想提问一下您关于那个实验的里面一些细节的地方。就是我在做实验的时候我有做电击转化,就是跟您实验中的电击融合有些联系,但是我在做试验的过程中我知道那个电击是只能把细胞壁给击破,而并不能把它完全的分开,我想知道在您的试验中,您是如何完成细胞融合的。

郭教授:你是本科生还是研究生?

  生:我是本科生。

郭教授:你是做什么类型的电击转化?

  生:柑橘绿霉菌的电击转化。

郭教授:我们这个做柑橘的电场诱导融合,它是在原生质基础上的,我们是去掉了细胞壁,因为有细胞壁是做不好的,我们的细胞融合和电击转化还是不一样的。你可以向你高年级的师兄师姐请教。

主持人:再次感谢郭文武教授的细心解答,再一次向我们充分展现了植物细胞工程的魅力,由于时间的关系我们本次提问环节就到此结束了,感谢郭文武教书的悉心指导,感谢同学们的积极参与,接下来请工作人员呈上题字本,请教授为本期“科学论坛”题词留念

  词:崇尚科学,成就梦想!

主持人:最后让我们再次以热烈的掌声感谢郭文武教授的精彩讲座!

今天我们的“科学论坛”到此就告一段落了,感谢同学们对本期“科学论坛”的大力支持,下一期“科学论坛”我们不见不散,谢谢!

请同学们按秩序退场!

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