到2020年，你可以躺在有柠檬香味的草地上，那里盛开的玫瑰花是蓝色的。植物遗传学家说，随着植物遗传工程的进程，在未来5~20年内，我们终将得到遗传改良的蓝色玫瑰，也许还会得到具有玫瑰香味的天竺葵花；当需要浇水时会发光的遗传改良果园；几乎永远不需要除草的草坪，长到一定高度时会停止生长的树篱；将来，可能还会有色彩绚丽的树木出现，未来的树种可能是一种粗短而快速生长的树木。将来基因工程师还会使几乎任何植物都能产生经过精细调节的香味。未来还可能改变植物开花的季节。

将玫瑰花变成蓝色，在科研人员已经能够克隆哺乳动物和将基因转移人植物中，以使农作物免遭虫害的时代，也许你会觉得这是一件轻而易举的事情，但事实却并非如此。

问问埃德温娜 · 柯尼施。数年前，澳大利亚的这位生物工程学家和她的同事们一起，开始了在实验室里创造育种所不能创造出的东西的探索。她在维多利亚州Collingwood市创办了一家名叫“Florigene”的公司。他们筹集了用于研究工作的资金，并克隆了一种能使矮牵牛花产生出玫瑰花所缺乏的蓝色素的基因。然而，当她们将这种基因转移人玫瑰花的细胞中时，开出来的花却并不比一般的玫瑰花更蓝一些。

你会得到一个印象：植物生物化学变得比科研人员预想的更不可预测和更难于驾驭。甚至是研究人员自己也这样认为。“在初期阶段，人们很容易会感到乐观”，柯尼施说：“我们可能低估了要花多少时间才能达到目的和我们试图控制这些途径的复杂性。”

难就难在这里。但是，难于驾驭并不意味着不可能驾驭。像柯尼施这样一些研究人员，他们慢慢地但确实开始认真对待对植物进行遗传工程处理的复杂性。他们为使原始的遗传改良细胞变得远远胜过仅仅是通过遗传控制的西红柿和大豆这一新领域奠定了基础。

这可能需要5年，甚至需要20年的时间。但是我们终将得到遗传改良的蓝色玫瑰，也许还会得到具有玫瑰香味的天竺葵花、当需要浇水时会发光的遗传改良果园；长到一个相当高度时会停止生长的遗传改良的树篱；几乎永远不需要刹草的遗传改良的草坪和用在植物中合成的塑料制造的遗传改良的箱子衬里，更不用说遗传改性的报纸和墙纸。

如果说这听起来似乎不大合情理，那么，让我们来想一想迄今已经取得的成绩。15年前，只有一种建立在瘿农杆菌基础上的技术，可以用来使基因穿透厚实的植物细胞壁注入其中。目前已有几种方法，包括两种类型的以高速度将DNA注入细胞中去的基因枪。10年前，研究人员对如何控制植物的形状、大小和开花特征的基因还几乎毫无所知。而今，已发现了几十种这样的基因，而且一项测定开花植物的整个基因组的化学结构序列的研究计划已接近完成。

在某些领域已取得了很大的进展：对土豆进行遗传工程处理，使其作为疫苗的产量增加了一倍；创造一种转基因的“漂亮的”植物，它可以利用一种能发荧光的“SOS”蛋白质，为农民和种植者作出早期的干旱或灾害预报；用细菌基因处理使含油的芸苔种子产生出可生物降解的塑料；对棉花作物进行遗传工程处理，使其生长出不会起皱的纤维。

克隆森林带来的奇观

温哥华的BCRI森林生物工程中心的戴维 · 埃利斯指出：“一个一个的树种，甚至是那些以难于通过组织培养而生长著称的树木，作为基因工程的需要，也都进入生物工程的作用范围。其结果，树木和肉质植物都将会越来越多地用高技术种植方法生产，在这方面，树木都是克隆出来的，带有新的抗害虫和抗疾病的基因，也许还可能变成不育的，以免这种转基因通过花粉逸出。

一些树林的种植（多半是在南半球），已经采用遗传上完全相同的树种，基本上创造了一种园丁和农民已用来为下一个千年克隆植物的方法——植物扦插法。然而，随着基因工程的迅速发展，越来越多的森林种植者开始活跃起来，培养出许多克隆树的胚胎，先将它们冷冻起来至到需要用时为止，然后在营养桶中加以培育。获得基因改良的树中“精华”的可能性，使他们更加趋之若鹜。

“生物工程将加速向克隆林业方向发展的趋势，”在以剑桥为基地的ATC公司工作的马丁 · 蒙德斯预测说。

“精华”树种的一个特性，可能是易于提取纸浆。埃利斯指出：“尽管去年的松树突变体令人惊叹不已，但在其他的商业树种中的木素合成才真正是‘非常具有特色’。我们知道，已经把生物合成途径上的每一种基因分离出来了”。至少是在桉树属植物和杨树中，CAD酶的基因工程达到的水平，已可使纸浆易于提取。

其他地方的科研人员，正在对那些可能促进树木在冬季生长，或者抑制果木生长的高度使其少占空间，从而它们的果实更易于收获的基因进行试验。小到可以在城市的小花园里种植的微型樱桃树，可能在数年后就会出现。在塞德诺夫的实验室里，目前正在进行鉴别那些可能影响树木的强度和密度的基因的工作。所有这一切努力将会通往何方？“未来的树种可能是一种粗短而快速生长的树木，”埃利斯说：“由于不带锥度，因此不会浪费运送木材车辆上的空间。”

将来，可能还会有色彩绚丽的树木出现。迄今，对决定着草必须是绿的，而木材必须是淡黄色的植物色素的生物学问题，还不甚了解。但是，澳大利亚、日本和美国的花商已在出售一些紫红色，而不是往常的粉红色、白色或红色的转基因麝香石竹。

麝香石竹的奇异的色彩，归功于柯尼施和她的同事们从矮牵牛花属植物上克隆得到的基因。这种基因尚未能使玫瑰变成蓝色。为什么这种基因在一定程度上能在麝香石竹中起作用，而在玫瑰中却不能，关于这一点还没有完全搞清楚。然而科研人员怀疑，花瓣的酸度是一个重要的因素。这种基因对合成被称作翠雀素的蓝色素分子所需的一种酶编码，而在玫瑰和麝香石竹中都缺乏这种蓝色素分子。对玫瑰来说，问题在于这些分子只有在高pH值的情况下才能呈蓝色，而使花瓣色素保持在玫瑰中的细胞空洞或空泡却是酸性的。

为了解决这个问题，柯尼施和她的同事们把希望寄托在两种选择上，即寻找一种酸性较弱的普通玫瑰品种，或者克隆能控制花瓣的pH值以使其能改变细胞空泡中的状态的基因。即使能做到这些，但还仍然存在这样一种危险，即玫瑰固有的自然色素分子——红花青素和一种叫作perlagonidins的橘黄色素——会掩盖加进去的蓝色。

将草变成蓝色或红色听起来要容易一些的一个原因是，任何生物化学的变化可能只需要到达表皮深度就行了。例如，基因工程师可以用一种色素基因同一段DNA连接起来，它可以使这种基因除了在表层细胞中外，在其他任何地方都不活动。

另一种方法可能是采用处于休眠状态的、尚未被利用过的色素基因。毕竟观赏花卉的茎和叶子具有同花瓣一样的基因。“基因就存在在那里，”柯尼施解释说：“只不过它们在花中表达，而不是在叶子中表达而已”。从理论上讲，基因工程师可以将这些色素从“睡眠”状态中唤醒，产生出花色素充沛的叶子和茎。

像这样，当蓝玫瑰终于从实验室中脱颖而出的时候，也许其中的某些可能会在它们的叶子中显示出自然的粉红色。

某些蓝玫瑰也可能闻起来有柠檬香味。“一些人发现，芳香的玫瑰到处都有，而大多数的玫瑰切花却几乎完全没有香味，”多伯斯说。

几年前，多伯斯帮助在费城创建了一个名叫Nova Flora的公司，旨在改变这种令人遗憾的状况。他们的计划之一，包括将一种基因导入玫瑰中去，可能会使玫瑰花瓣产生出带有柠檬香味的分子。这种基因编码一种柠檬合成酶，柑橘属果树正是用这种酶来合成一种名叫单萜的芳香分子。研究人员已将这种基因转移给了矮牵牛花属植物，正在等待着他们所盼望的首次收获——一种带柠檬香味的转基因花。

柠檬烯合成酶只不过是激活无香味的植物的一种方法。“还有数百种用不同的酶合成的各种不同的单萜”，多伯斯说，更不用说另外两类主要的植物芳香分子。据多伯斯预测，将来基因工程师还会使几乎任何植物都能产生经过精细调节的香味。在许多可能性中，可能会出现一种带柠檬香味的高尔夫球场和比传统类型更容易维护的基因改良的黄春菊属草坪以及Calvin Klein设想的芳香的遗传改造过的玫瑰。“这肯定会引起轰动，”多伯斯说，“也是我们梦寐以求的事情。”

当然，要实现所有这些目标，并非一件易事。转基因植物产生的有香味的分子，如果仍禁锢在它们的组织内部的话，这些分子是不会发挥什么作用的。许多市售切花之所以会香味全无的一个原因，首先是因为育种人选择了有蜡质覆盖的坚韧的花瓣。基于此，基因工程又可能会被用来使这些被膜能够透过带香味的分子。

基因工程还一定能够用来改变某种植物长出的花的形状、形态和数量有关确定花的萼片、花瓣、雄蕊和心皮的物理排列的知识，已进展到这样高的水平，以致已经有可能设计出能使这些器官中的任何一种器官长在花中的任何位置的“梦幻之花”。而且，基因工程师还可以改变植物开花的季节。

罗切斯特大学的加里 · 惠特拉姆和他的同事们已经对紫苑属植物进行基因改造，使它们不仅在夏天开花，而且也能在冬季中期开花。冬天，在温室中栽种普通的切花成本很高，因为使它们能够开花志要额外的照明。在一项降低成本的投标中，研究人员对一种紫苑属植物加以控制，使其能够产生一种比正常水平更高的光敏色素蛋白质，它能使植物对日照时间长短的变化敏感。基H改造的紫苑属植物开花要6个小时的日照，而普通的则需要14个小时，

至于说到如何来控制植物的有性生活，现还只是望见了冰山之尖，这在一定程度上幸亏有了一些由一种名叫拟南芥菜的野草上得到的试验结果。在不到20年中，这种毫不起眼的开白花的野草已经脱颖而出，变成了植物科学的一颗巨星。它对研究人员的吸引力在于，这种野草具有一种异常小的基因组，只要6周的时间就能发育成熟。在80年代，他们就决定将这种野草当作他们的“果蝇”一想从中提取与植物生长有关的重要基因的典型的有机体。

在过去的几年中，这种基因从拟南芥菜实验室的小天地脱颖而出，使得植物生物工程师们为之神魂颠倒。例如3年以前，Jolla索尔克研究所的德特列夫 · 韦格尔和瑞典农业科学大学的奥夫 · 尼尔森确定了拟南芥菜中的两种基因，它们起一种引发花在嫩芽末梢处形成的主开关作用。当研究人员对拟南芥菜进行生物工程处理以使它们的基因能在整个植物体内活跃起来时，每一根嫩芽就会开出一朵花。而当他们将这两种基因中的一种——leafy转移到山杨（一种在正常情况下要生长20年后才开花的树木）中时，两个月后它就变得能发育了。已得到的一个惊人发现是，缓慢的性发育是树木培植中遇到的最棘手的问题。

控制花开花落

其他一些研究人员正在控制利用拟南芥菜基因来做与上述截然相反的事情——防止开花的方法。这不单是为了防止转基因蔓延到野生的亲缘植物中去。对于诸如生菜和土豆那样的作物，开花就是死亡的前奏。它将一种信号传递给叶子，通知它们停止光合作用。如将这种信号切断，便意味着农民可以使这些作物的生长期延长，也许还会获得更大的收益，因为这些植物不需要投入资源来使它们开花。

还没有人用这种方法来对作物进行基因工程处理，但是，一种叫做Frigida的拟南芥菜的基因的发现，可能会激励研究人员去进行这方而的尝试。在这种野草中，这种基因可能起一种正如它的名称的含义那样的作用——防止开花，或者至少是要延迟到冬天过后才开花。“将这种基因转移到甜菜中去看看将会有什么事情发生，可能是有好处的，”挪威约翰 · 因勒斯中心的卡罗琳 · 迪安说。

将来，农民和种植者甚至还可能用化学喷射的方法，使他们用基因改造的植物恰好在预期的时候开花。今年早些时候，利物浦大学的布赖恩 · 托姆塞特和马克 · 卡迪克利用从一种真菌中提取出来的对酒精敏感的基因，使植物基因的活动可以从外部加以控制。只要用酒精将经过生物工程处理的植物的根浸湿，就足以启动一种阻碍植物正常发育的基因。

为什么我们的研究工作要到此止步？为什么不按照植物以使它们能够控制信号改变它们的颜色和香味呢？为什么不培养生长迅速的树篱，当它们长到要求的高度时，它们的生长就会被“截止”？

为什么不创造出一个基因改良的世界呢？

 [New Scientist，1998年10月]