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  3万年前种子是怎样复活的

在永久冻土中沉睡了3万多年之后,柳叶蝇子草的种子被科学家成功复活,现在已经开花结果。

西伯利亚永久冻土带的航拍图。

松鼠储存食物的习惯,给我们留下了3万年前的柳叶蝇子草种子。

  新闻背景

  最近,俄罗斯科学家取得了一项创新性的突破,他们让3万多年前的柳叶蝇子草得以复活,这项研究成果在2012年2月21日出版的《美国科学院院报》上正式发表。

  1.永久冻土保存着古代基因库

  据论文中介绍,科学家在西伯利亚东北部,即现在的科累马河附近的永久冻土层发现了松鼠储存食物的洞穴,这些洞穴在地下38米深、零摄氏度以下的冻土中,里面埋藏了很多植物的种子和果实。根据放射性碳年代测定法显示,所发现的种子应该有2.8万年到3.2万年的历史,当时地球上还有猛犸象和穴居人。

  种子被挖掘出来后,科研人员借助功能强大的显微镜,通过对比的方法,发现它们就是柳叶蝇子草的种子,这种植物属于石竹科,是一种小型草本植物,会开出白色小花,至今在西伯利亚地区仍然十分常见。柳叶蝇子草种子的纤维细胞含糖量很高,是松鼠喜欢的食物。

  起初,科学家将挖掘到的成熟种子进行播种,希望能够发芽、开花和结果,但是实验失败了。科学家们并没有放弃希望,他们发现一些未成熟果实中的胎座(指胚珠着生在心皮壁的那个部位,一般位于心皮的腹缝线上,往往形成肉质突起)部分还有活性,于是,从3个果实中提取胎座中还具有活性的组织,利用现在广泛应用的植物克隆技术,即组织培养方法,成功地让3万多年前的柳叶蝇子草复活了,一共获得了36株活体植物。

  这些“复活”的植物在没有开花之前,在外表上与现在的柳叶蝇子草没有什么区别,但是开花以后,科学家发现:现代柳叶蝇子草的花瓣更宽,花裂更深;现代柳叶蝇子草种子的发芽率只有86%-90%,而“复活”柳叶蝇子草结出的种子却有100%的发芽率。可见,3万年还是让这个物种产生了一些差异,为什么会这样?我们还期待着科学家们的进一步研究。

  这项研究成果让人们备受鼓舞,因为它意味着很多早已消失的早期生物还有可能被复活,重新生长和繁殖。有人甚至幻想将来利用同样的技术或者更为先进的技术,让猛犸象、甚至恐龙能够“被复活”。

  2.植物克隆技术复活种子

  这次俄罗斯科学家复活的柳叶蝇子草有两个重要条件。首先,永久冻土中保存的果实里面还残留着具有活性的胎座组织;其次,使用了植物克隆技术,也叫植物组织培养技术。植物组织培养还叫离体培养,指从植物体分离出符合需要的组织、器官或细胞,原生质体等,通过无菌操作,在人工控制条件下进行培养以获得再生的完整植株的技术。

  植物组织培养技术的理论基础,是1902年德国植物学家哈伯兰特提出的细胞全能性理论。这意味着,如果一颗种子大部分已经死去无法成活,但只要其中还有活的细胞,就有可能诱导活细胞发育出完整植株。1958年,一个振奋人心的消息从美国传向世界各地,美国科学家斯特沃德等人用胡萝卜根的愈伤组织诱导成了体细胞胚,进而获得了完整植株,并且这一植株能够开花结果,证实了哈伯兰特在五十多年前关于细胞全能的预言。从此之后,一批又一批植物的组织或器官通过组织培养技术获得了再生植株。

  自20世纪60年代始,植物组织培养技术逐渐走向了工厂化和商品化阶段。植物组织培养已经变成了一种常规的实验技术,广泛应用于植物的脱毒、快繁、基因工程、细胞工程、遗传研究、次生代谢物质的生产、工厂化育苗等多个方面;从高级的研究机构、大专院校到普通的生物技术公司,甚至农民专业户都在不同程度地利用或开展组织培养工作。

  植物组织培养的历史,不仅证明了植物的每一个活细胞都含有一种植物的全部遗传信息,在一定的条件下可以发育成一个完整的植株,而且在一定范围内人们可以按照意愿,改变和调节植物的发育。

  3.植物组织培养在育种中有广泛用途

  其实,植物组织培养技术与我们日常生活的关系非常紧密。我们身边的花草树木、吃的粮食、水果和蔬菜都有组织培养技术的参与。这里举一个简单常见的例子。

  植物在栽培过程中不断受到病毒的侵染,严重影响植物产品的产量和品质,给农业生产带来灾害。特别是那些无性繁殖植物,如马铃薯、草莓、大蒜、康乃馨、红薯、烟草等,病毒一半是通过维管束传导的,因此利用这些植物营养器官繁殖,就会把病毒带到新的植物个体上而继续发生病害。但是,科学家也证明感病植株并不是每个部位都带有病毒,如茎尖生长点尚未分化成维管束的部分,可能不带病毒。若利用组织培养法进行茎尖培养,再生的植株有可能不带病毒,从而获得脱病毒的苗,再用这种苗进行繁殖,则种植的植物就不会或极少发生病毒病。使用组织培养法获得脱毒苗已经在草莓、葡萄、康乃馨等很多产业获得成功,产生明显的经济效益。

  在我们生活的地球上,生态环境的不断变化和恶化使许多种类的植物面临着灭绝的危险,而且许多种植物已经灭绝,留给人类的只是一种遗憾。如何挽救这些植物?实践证明,通过组织培养的方法可以使一部分濒危的植物种类得到延续和保存;如果再结合超低温保存技术,就可以使这些植物得到较为永久性的保存。其实,对大多数普通植物来说,用组织培养的方法保存其种质材料,也具有十分重要的意义。我们可以利用组织培养技术建造一个高效的诺亚方舟。

  但是,生命的奥秘是很深远的,植物也如此,科学家至今仍不能实现对所有植物的组织培养再生,而且对已经获得成功的植物,也还是有很多问题没有解决。即便像烟草和拟南芥这样的模式植物,也没能实现让它们在组培容器中遂愿的生长发育和开花结果。人们对植物的认识、了解和掌握,仍然是有限的,单就其组织培养而言,还有十分漫长的道路要走。

  科技名词

  石竹科植物

  柳叶蝇子草属于石竹科植物。石竹科大约有80多个属、2000多种植物,中国有30余属约400种。石竹科植物大部分分布在全球温带地区,也有很少的几种分布在热带山区甚至在寒带,但主要分布在欧洲、亚洲和地中海地区,绝大部分都是草本植物。

  石竹科有很多观赏植物,如:康乃馨、瞿麦、石竹、剪秋罗等;还有一些可以药用,如:金铁锁、王不留行、太子参、银柴胡和甘肃雪灵芝等。

  石竹科植物都有一些共同的特征。首先,植株茎干的节膨大;其次,单叶对生;还有就是花朵的子房具有特立中央胎座,上面着生很多胚珠。子房发育成果实,胚珠会发育成种子。

  延伸阅读

  复活古植物大事件

  目前,这36株“被复活”的柳叶蝇子草被认为是地球上最古老、最具生命力的多细胞生命体。这也刷新了人类复活古老植物的纪录。

  之前,这项纪录被以色列人保持着。上世纪70年代,考古学家在死海附近的马萨达古城遗迹中发现了一些棕榈科枣椰树种子,2005年,以色列科学家试种这批种子。种子被浸泡在温水中,然后撒上从海带中提取的特殊肥料,再移种到花盆里。出乎意料的是,几周后,一片小树芽竟破土而出。

  再之前,1950年在我国辽宁省普兰店市出土了一些古莲籽。由于受到当时技术所限,国内外专家学者只能粗略测定出古莲籽的寿命大约在1000年左右。1956年由中科院北京植物园对其中的几枚进行播种,后来开出了粉红色的莲花。1997年11月美国一家科研机构用现代科技测定其中一粒古莲籽距今约1300年,种子的种皮及里面的胚芽、胚乳均正常,经过处理进行种植,完全可以重新开花。

  (作者为北京植物园高级工程师)

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channelId 1 1 俄科学家成功复活3万年前种子 已开花结果 1 最近,俄罗斯科学家取得了一项创新性的突破,他们让3万多年前的柳叶蝇子草得以复活,这项研究成果在2012年2月21日出版的《美国科学院院报》上正式发表