6月18日上午8时30分,来自上海、浙江的有关专家正在聚精会神地听取“刀豆[Canavalia ensiformis,(L)DC]真叶叶肉细胞原生质体的游离培养与植株再生”的研究报告。报告人是复旦大学遗传学研究所副教授张冬生和宁波市农业科学研究所的严成其在职研究生。参加这一成果鉴定会的,有我国著名的遗传学家谈家桢教授以及刘祖洞教授。

对于这一研究成果专家们认为对刀豆原生质体培养取得了突破性进展,在国际上首次由刀豆原生质体再生细胞形成的愈伤组织分化成完整植株。并认为,这一研究成功,为植物基因工程中的受体系统,转化系统拓宽了路子,为创造豆科植物与其他作物间的超级杂种奠定了基础、在基因工程研究领域中具有重要的理论意义,在作物改良中具有潜在的经济效益。

栽培豆类是主要的经济和粮食作物,其原生质体培养和植株再生一直是细胞工程研究的热点之一,但困难很大。尽管植物细胞具有全能性,但用脱壁后的原生质体进疗培养,并得到完整植株确非易事。到目前为止,世界上也只有五种籽粒用豆类作物获得成功。国外见诸报道的有菜豆和豌豆,在国内有赤豆和大豆,而刀豆是第五种。

复旦大学遗传学研究所与宁波市农业科学研究所进行合作,经过两年的努力,不断探索,终于获得成功。可见其中的难度多大了。

本研究成果的供试品种,为宁波市农民种植的黑粒刀豆,原产宁波四明山。在旧社会,刀豆是救荒作物,因为它耐干旱,对生长环境要求不高,而且生长期也短,别的作物如遇荒年,一般都要歉收或者颗粒无收,而刀豆却能有收,因此有救荒豆之称。提高它的产量,改良它的品质,就成为科技兴农的一项重要任务。该课题研究组组长葛扣麟教授告诉我,选择刀豆作为研究对象,其目的也在这里。他们的下个目标是对原生质体进行外源基因导入,或者用刀豆的原生质体与赤豆的原生质体进行细胞融合,以期培育出优良品质的新豆类作物。

所谓原生质体,就是脱去细胞壁后的细胞,它包含有细胞质和细胞核,因此在适当的条件下进行培养,能发育成完整的植株。这一方法已在组织培养上得到广泛应用,并取得了一系列成功。过去认为极困难的水稻,也从原生质体培养得到了完整植株。国内外均有报道。

要取得原生质体,首先必须将细胞游离出来,加上纤维素酶、果胶酶、高析酶等酶制剂,将细胞壁脱去,这就是原生质体。通过离心,得到了纯原生质体,对其进行培养。刀豆原生质体的培养采用液体薄层培养、双层培养和平板培养、均获得一定程度的植板率,但最好的是用D2a培养基,在双层培养中其植板率为7%,液体薄层培养获得5.66%,而平板培养则为6.26%。

当原生质体持续分裂,形成小细胞团并进一步发育成可见的小愈伤组织块后(直径约为3 mm),即转入固体愈伤组织扩增培养基。愈伤组织20天继代一次,经多次扩增,选直径为5 mm大小的愈伤组织转入分化培养基进行培养。三周后出现大量胚状体并出现多处肉眼可见的绿点,最早出现绿苗其总培养期为217天。可喜的是,该研究成果告诉我们,获得的再生苗有24株。当我们看到那生长良好的植株时,大家十分兴奋;因为这不是用种子萌芽得到的苗,而是从原生质体得到的苗,它的意义也就非同寻常了。

植物繁殖,并不一定非通过种子。秋海棠的叶片可以长成植物,柳树的枝条也可以长成植株,马铃薯的块茎也可以长成植株。但是,所有这些只能说明植物繁殖可以通过根、茎和叶。但又不是所有的植物均可如此。在植物学上关于植物细胞的全能性,即植物体上的任何一个细胞都可以通过培养发育成完整植株这一假设提出之后,已为越来越多的科学实验所证明,刀豆的这一研究成果再一次证明它的正确性。

正因植物细胞具有全能性,因此,遗传学家和作物育种家期望通过这一培养过程获得均一的性状一致的植物作为育种的材料。这要比从大田中选育要方便得多、同时,既然一个细胞可以发育成完整植株,那么就可以进行大量繁殖,实现工厂化育苗的目标。这对于减轻农业生产的强度创造了条件。

在这里,我还要为高校开放实验室与地方科研所合作说几句话。刀豆叶肉细胞原生质体培养的突破性进展,是这一合作结出的硕果。正如谈家祯教授在鉴定会上说的,他希望这一合作继续发展下去。开放性实验室有着装备精良的仪器设备,和素质水准相当高的科研人员,完全可以发挥他们的优势。而地方研究所由于更接近农业生产第一线,他们知道解决农业生产中的那些迫切的研究课题,需要通过研究去提高农作物的产量和质量。

国以民为本,民以食为天。解决好农业问题是我国各级政府的首要任务。因此,我们真诚地期望,在这一成果的基础上扩大研究领域,取得更多更大的成果。