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科普杂谈之二十二、为何水蜜桃种子长成的植株结出的依然是毛桃?

2014-08-04 18:16阅读:1,689
用嫁接的方法可以保持某些果树的优良性状,几乎已经成了众所周知的常识。在我国,早在一千多年前出版的《齐民要术》中,就有关于果树嫁接方面的记载。在拉马克的手稿中,也曾谈到了法国的育种家们用嫁接的方法保留“芽变”中出现的优良性状的实例。这说明了,在国外,应用嫁接的方法来繁殖优良品种果树的历史也至少在两百年以上。
现在,人们已经不仅用嫁接的方法来繁殖果树,而且连许多花卉和树木也都应用嫁接的方法来繁殖了。
但是,为什么优良果树的品种必须要用嫁接来繁殖的原因,却很少有人思考过。一般人都认为,这是自古以来留传下来的经验,不这样做是不行的。这个问题,在我国的古书上,也很少有记载。只有极个别的书上指出:“蟠桃,需接本。如核下种,则所结之实形小味涩,不复是蟠桃矣。” 古书上所说的“蟠桃”,大概就是指优良品种的桃子。这句话的意思是说,优良品种的桃树,必须用嫁接的方法来繁殖,如果用种子来繁殖,那么,树上结出的果实,就不再像“蟠桃”那样大而好吃了。后来,有人将水蜜桃的桃核种下地做试验,长成的桃树结出来确实果真是毛桃。于是,用水蜜桃核下种长成的桃树,只能结出毛桃,就成了大多数人的常识。至于这是什么原因,谁都没有去认真思考过。
上世纪四十年代末期,现代遗传学家相继发现了DNA和基因,并建立起了一整套比较完善的现代遗传学说。根据现代遗传理论,生物的性状是由细胞核内的基因控制的,并通过两性生殖细胞一代一代地遗传下去。而生殖细胞又是由体细胞经过减数分裂形成的。在生产实践和科学实验中,现代遗传理论很快就被证明是正确的。
上世纪五十年代,有人试图用现代遗传理论来解释嫁接过程中的遗传现象。一九五四年春天,我们华东师大生物科研小组做了番茄和马铃薯嫁接的试验。原本设想通过这个试验培育出一种上面能结番茄、根部能长马铃薯的新品种来。但当我们把子一代的种子下播以后,长出来植株只结番茄而不长马铃薯。我们的张作人老师用现代遗传理论非常完美地解释了这种现象。但是,用现代遗传理论来解释水蜜桃的遗传现象却解释不通了。
因为,按
照现代遗传理论,接穗和砧木各有自己的遗传性状,这些遗传性状是由各自细胞核中的基因控制的。在嫁接过程中,嫁接和砧木都保持相对的独立性,它们的遗传物质根本不可能混到一起。比如,在以水蜜桃的芽或枝为接穗接到毛桃的砧木以后,上部的树冠全是由水蜜桃的芽或枝发育而来的,它们的细胞核内只可能含有水蜜桃的基因。在尔后形成的生殖细胞和合子中,也全都只可能含有水蜜桃的基因,由合子发育而成的植株理所当然地应该结出水蜜桃来;但实际的情况恰恰与此相反,它结出来的竟然全都是毛桃。
那么,这个水蜜桃合子里的水蜜桃的基因到哪里去了呢?而毛桃的基因又是如何进到水蜜桃的合子里面去的呢?
这原本是一个值得好好研究的课题。遗憾的是,长期以来,这个问题似乎并没有引起现代遗传学家的注意。以致直到现在,这个问题,还没有人作过认真的研究。
颇有意思的是,早在七十年前,我对这个问题就开始关注了,而且,还为此亲自做过一个试验。当然,七十年前,我还是一个十一岁的无知少年,根本还不懂得什么现代遗传理论,我做这个试验,纯粹是出于好奇和兴趣。
一九四四年春天,我的父亲教会了我嫁接桃树,同时,他告诉我,“如果桃树不经过嫁接,结出来的将全是毛桃。”我当即就问他,“假如我用的是水蜜桃的核,种下去以后长成的桃树,结出来的也都是毛桃么?”他回答我,“恐怕是这样,如果你不相信,可以亲自试一试嘛!” 那年夏天,我果真在家门口的小河边上埋下了十颗水蜜桃核。
一九四八年夏天,小河边上这十株桃树全都开花结果了,结出的确实全部都是毛桃。不过,有趣的是:野生毛桃的果肉和桃核是密合在一起的,而我这十株桃树上结出的毛桃,果肉和桃核之间却有明显的缝隙,而且,靠近桃核部分的果肉有点发红。外形上和野生毛桃差不多,但个头上要比野生毛桃大到三分之一。
在尔后的几年中,我每年都给这些桃树施大量的鸡粪,并宻切注意果形的变化。一九五二年夏天,我发现这些桃树上结出的桃子,差不多比野生毛桃大出了一倍,而且,味道也比野生毛桃好吃得多。遗憾的是,从一九五三年以后,我远离了家乡,这项持续了将近十年的试验也就不了了之。
一九五四年夏天,我带了这个问题向我的老师张作人教授请教,他没有立即答复我,他答应今后找到有关资料以后就告诉我。
六十年匆匆地过去了,这个问题始终是我心中的一个疙瘩。今年年初,我怀着企盼的心情在网上发了一篇题为《趣谈植物的嫁接》的博文。在文中,我专门提出了这个问题,我渴望有人能对此作出比较合理的回答。最近,我查阅了网上有关这个问题方面的文章,才知道,这么多年来,并没有人对此作过深入的研究。
现在,我已年逾八旬,没有时间和精力再来参与有关这个问题的研究了。下面,我想提出一点长期以来,我思考过的研究思路供有关的同志作参考。
我还记得,当我做学生的时候,张作人老师在讲课中曾经提到:“拉马克在和园艺家交往的过程中,亲自看到过园艺家们用嫁接的方法把“芽变”中出现的优良性状保留下去。” 这句话当时并没有引起我的注意,后来回想起来,感到这句话很可能蕴含着一个重要的科学道理。试想,拉马克为什么要特别提到园艺家们要用嫁接的方法来保留“芽变”中出现的优良性状呢?这就很可能意味着,古代的园艺家们早就发现,“芽变”中出现的优良性状是不能通过有性繁殖来保留的。
由此,我推测,“芽变”的这种遗传特性,很可能就是古代园艺家们发明嫁接方法的一个契机。
所以,我认为,我们要搞清水蜜桃在遗传过程中出现的这种特殊现象,可以用“芽变”作为研究的切入点。
在生物科学发展史上,拉马克是正式提出“芽变”的概念以及介绍园艺家应用嫁接方法保留“芽变”中出现优良性状的第一人。
拉马克在讨论生物体产生变异的时候,他把“芽变”称之为“原因不明的变异”,是生物体的变异的来源之一。(其他两个变异的来源是“生活环境对生物体的影响”和“品种之间的杂交”)拉马克指出:在通常情况下,出现“芽变”的现象比较罕见,而且,往往是突然出现的。“芽变”涉及的部位是变化的芽本身以及由它发育而成的枝条。在所有发现的“芽变”中,只有具有优良性状那一类才有利用的价值。园艺家们常常用嫁接的方法,把“芽变”中产生的具有优良性状的芽或枝条作为接穗,嫁接在砧木上,使之发育成为具有优良性状的植株。
根据拉马克的敍述,拉马克所说的“芽变”很可能就是现代遗传学中所说的“基因突变。”现代遗传学认为,凡是通过嫁接长成的植株,其接穗部位和砧木部位的细胞核内均保留各自原来的遗传物质,所以,由砧木上的休眠芽发育而成的枝条,均表现出砧木原有的性状。而用接穗部位的芽或枝条接到砧木上,其发育而成的植株,则全部表现出接穗原有的性状。现代遗传学的这个观点,已经在生产实践中得到了完美的证实。
那么,为什么在有性繁殖过程中,水蜜桃怎么又会失去了原来的优良性状了呢?在现代遗传学说中,没有作任何的解释。
我的猜想是,这很可能和“基因重组”有关。因为,在有性生殖过程中,水蜜桃的体细胞要通过减数分裂形成雌雄配子,当雌雄配子结合成合子的时候,基因要重新配对,也就是所谓的“基因重组”。这种基因重组是随机的,所以,基因重组的结果,完全打乱了水蜜桃细胞核中原先基因的排列和组合的顺序,因此,原本由它们控制的性状也发生了混乱,从而使水蜜桃原有的优良性状丧失殆尽。由于水蜜桃的细胞核内,本来就存在着毛桃的各种基因,只是在“芽变”的过程中这些基因变成了隐性。在有性生殖过程中,这些基因通过基因重组又变成了显性。于是,它们在有性生殖的后代中又重新显现了出来。因为,在合子中毕竟还保留着水蜜桃的基因,因此,在它的后代中,不可能完全表现出毛桃的性状,这大概就是我在试验中用水蜜桃核长成的桃树结出的果实和野生毛桃略有差异的缘故吧!
以上仅仅是我个人的猜想,谨供大家在进一步研究这个课题的时候作参考。
目前,我最大的愿望是,希望在我的有生之年,能够看到一个比较符合科学事实的答案。


2014年8月4日

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