專利名稱：作物表型誘導(dǎo)調(diào)控劑的制作方法
作物表型誘導(dǎo)劑、調(diào)控劑發(fā)明專利是生物工程新技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的重大突破新技術(shù)。
在應(yīng)用了40年的高產(chǎn)新品種加大量化肥的糧食增產(chǎn)模式受到嚴(yán)重挑戰(zhàn)的時(shí)候，發(fā)達(dá)國家都把糧食“抗逆、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)”的希望放在了生物工程轉(zhuǎn)基因育種方面，并在聯(lián)合進(jìn)行的西方‘尤里卡’計(jì)劃和東方類似‘尤里卡’計(jì)劃中都將糧食作物放在了重要位置。十年過去了，轉(zhuǎn)基因育種在蔬菜等其他作物上成果不少，但在糧食作物上卻成效甚微，若按“抗逆、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)”的預(yù)期綜合目標(biāo)衡量，只能說是極不成功，能有希望成功的技術(shù)模式還無人提出。特別是棉花轉(zhuǎn)基因品種抗蟲性生態(tài)污染的迅速出現(xiàn)，使轉(zhuǎn)基因育種即使成功，又能在多大范圍內(nèi)能進(jìn)入實(shí)用階段蒙上了新的陰影。
提到基因工程與農(nóng)業(yè)，很多人就誤解為必須轉(zhuǎn)基因育種，這是一種誤解。
簡單說，基因是具有遺傳功能信息的1000個(gè)左右堿基時(shí)在長的脫氧核糖核酸長鏈上的一個(gè)個(gè)小片段。
傳統(tǒng)觀念認(rèn)為，DNA包括細(xì)胞制造活性蛋白所需的全部信息，特別是在決定基因表達(dá)的發(fā)育階段特異性方面，DNA也起主導(dǎo)作用，蛋白質(zhì)合成的時(shí)序控制對(duì)有機(jī)體的生長和發(fā)育至關(guān)重要，對(duì)這種控制程序作適當(dāng)調(diào)整，有機(jī)體便能適應(yīng)外界條件的變化。
但研究表明，DNA是信息的基礎(chǔ)，但不是信息的全部，更不是功能的全部。基因測(cè)序之父吉爾伯特做過一個(gè)生動(dòng)通俗的比喻“染色體好比‘句子’，基因相當(dāng)于‘單詞’，堿基便是‘字母’。”根據(jù)這一比喻和自然現(xiàn)實(shí)，有理由認(rèn)為“各種表現(xiàn)性狀好比段落，不同類生物體便是一篇篇文章，不同群體種質(zhì)則是一本本專著?！币虼?，DNA做為語言文章的字符，編碼在DNA上信息的正確性，還有賴于強(qiáng)有力的校正機(jī)制和解讀時(shí)的‘上下文’。其次蛋白質(zhì)功能也不只是由DNA決定的。DNA結(jié)構(gòu)對(duì)三維結(jié)構(gòu)存在某種限制，但從一級(jí)結(jié)構(gòu)可以推出的不只是一種三維結(jié)構(gòu)。保證蛋白質(zhì)處于活性狀態(tài)的后加工過程也可能會(huì)出現(xiàn)新的排列，這種新排列不需要堿基對(duì)的突變，同時(shí)，重復(fù)序列拷貝的缺失對(duì)改變支配這一信息選擇和翻譯的化學(xué)平衡，也可通過其豐度或產(chǎn)生速度的變化產(chǎn)生影響。
誘導(dǎo)調(diào)控使基因產(chǎn)生人類意愿的表達(dá)過程，猶如寫文章或至少是修改文章，關(guān)鍵是一種表達(dá)意愿將字母組成的單詞放在適當(dāng)?shù)奈恢?，組成精類的句子，構(gòu)成段落，組成系統(tǒng)的專著。
總之，遺傳不僅處于信息和調(diào)控金字塔的基因組的一己之事，DNA與其他細(xì)胞組分的互作由其信息基礎(chǔ)到細(xì)胞功能乃至生物特殊功能的形態(tài)表達(dá)，同樣發(fā)揮著重要的作用。
DNA在高等作物中的遺傳功能穩(wěn)定性極強(qiáng)，很大部分應(yīng)歸功于其修復(fù)機(jī)制，除了強(qiáng)大應(yīng)付突變的修復(fù)機(jī)制外，適應(yīng)表達(dá)的調(diào)控機(jī)制也至關(guān)重要。進(jìn)化與遺傳均與變異有關(guān)，而突變雖是變異的源泉，但也僅代表了特別信息單位的位置，而數(shù)量性狀的變異不能用等位基因的頻率描述，可通過遺傳方差大小(速度)，特別是加性遺傳方差，可用性狀差別來描述，這種差別主要是由重組引起的平衡變化。
轉(zhuǎn)基因，實(shí)際上也就等于是一種有類似混沌效應(yīng)的人工定向突變，這種突變能否表述，不僅要經(jīng)受住不斷的基因功能修復(fù)，還必須通過重組及后加工等一系列機(jī)制調(diào)控才能產(chǎn)生表達(dá)。最后還要能在內(nèi)外環(huán)境有適應(yīng)性過程，才能穩(wěn)定表達(dá)。不僅如此，復(fù)雜性狀功能不僅往往是由多基因，多位點(diǎn)的基因組控制，還與不同基因組的協(xié)調(diào)有關(guān)。因此，不僅多基因的轉(zhuǎn)基因技術(shù)還未能提出設(shè)想，就連許多控制數(shù)量遺傳性狀和質(zhì)量遺傳性狀的基因功能及其位點(diǎn)都還未能搞清，當(dāng)然更無從弄清表達(dá)的調(diào)控機(jī)制，在這種情況下，要用單基因轉(zhuǎn)入技術(shù)，去解決多基因轉(zhuǎn)入問題，產(chǎn)生系統(tǒng)有效表達(dá)至少在技術(shù)上的時(shí)機(jī)還不成熟，這必然導(dǎo)致計(jì)劃目標(biāo)的不能成功，這是意料之中的事。
特別是糧食作物，以玉米為例，其基因數(shù)雖只有人類基因數(shù)的一半，堿基對(duì)僅有人類的1/3左右，但其基因組卻遠(yuǎn)比人類復(fù)雜，僅抗性機(jī)制，就要人類抗性機(jī)制的若干幾何級(jí)數(shù)來描述，這就使其龐大、精密的各類機(jī)制相互既協(xié)調(diào)又限制的作用，表現(xiàn)出環(huán)境適應(yīng)的穩(wěn)定性及強(qiáng)大群體生命力，因此，個(gè)體、小群體適應(yīng)異常環(huán)境的能力減小，局限性增大。玉米在太空植物實(shí)驗(yàn)中與微生物、蔬菜類相比，不僅不能隨刺激加快生長，而且由于不適應(yīng)環(huán)境而導(dǎo)致很快死亡則是最好的驗(yàn)證。這也是高等糧食作物與低等生物和蔬菜等類作物的重大區(qū)別。
糧食作物基因控制數(shù)量性狀和很多質(zhì)量性狀的復(fù)雜性和其與細(xì)胞組分極精巧協(xié)調(diào)及自凈化功能和適應(yīng)性，也許又是限制多位點(diǎn)轉(zhuǎn)基因技術(shù)，即使轉(zhuǎn)基因成功也難于有效表達(dá)并在生產(chǎn)中應(yīng)用的重要原因。美國等國多年研究糧食轉(zhuǎn)基因抗凍問題，并在91年宣布已將魚體抗凍基因AFP成功轉(zhuǎn)入玉米，并在實(shí)驗(yàn)室種植成功。但至今未見有能用于生產(chǎn)性試驗(yàn)的報(bào)道。這很類似于五十年代玉米與二倍體大芻草遠(yuǎn)緣雜交及多倍體育種試驗(yàn)，試驗(yàn)雖表現(xiàn)出苗期生物產(chǎn)量加倍及產(chǎn)量的多穗、大穗及抗病等特性，二次回交雖優(yōu)勢(shì)下降，但生育期縮短、早熟、少數(shù)單株更高產(chǎn)等一系列激動(dòng)人心的表型，但種子的活性和育性、后代嚴(yán)重的分離等一系列無法解決的問題限制因素，使該試驗(yàn)四十多年在生產(chǎn)上還無直接應(yīng)用價(jià)值。小麥遠(yuǎn)緣雜交、水稻遠(yuǎn)緣雜交均存在不按人意愿表達(dá)的雜交優(yōu)勢(shì)限制因子，而且是久攻無功的限制因子。
從化調(diào)方面來看，無論是在蔬菜還是在其余植物上能產(chǎn)生顯著有效表達(dá)的技術(shù)，似乎在糧食作物上作用不大，不表達(dá)，甚至對(duì)優(yōu)勢(shì)生長作物產(chǎn)生負(fù)作用。
因此，在基因功能和協(xié)調(diào)機(jī)制研究還沒有較明確的結(jié)論時(shí)，在多基因轉(zhuǎn)入技術(shù)和適應(yīng)表達(dá)機(jī)制等還未有成功模式時(shí)，花費(fèi)大量人、財(cái)、物、設(shè)備來研究在糧食作物多基因控制的性狀的轉(zhuǎn)基因應(yīng)用研究，時(shí)機(jī)還不成熟，因此也不可能成功。
我國人口、糧食和生態(tài)問題又迫使我國的農(nóng)業(yè)必須盡快向“抗逆、早熟、高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)、無污染”方向發(fā)展。這一綜合高目標(biāo)對(duì)傳統(tǒng)的生理生化，能量流轉(zhuǎn)換等理論具有挑戰(zhàn)性意義的重大問題。既然傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)無法解決，轉(zhuǎn)基因高新技術(shù)也束手無策，那是否有其他解決辦法呢？我們的前4年研究和后4年實(shí)踐證明，對(duì)這一綜合高目標(biāo)是有解決的辦法的。這就是在“利用自然改造自然”唯物辨證科學(xué)思想指導(dǎo)下創(chuàng)建的“糧食作物基因表型誘導(dǎo)調(diào)控表達(dá)”新技術(shù)。
一提“基因表型誘導(dǎo)調(diào)控表達(dá)”，很多人就會(huì)認(rèn)為不可能。這實(shí)際上是很多人在對(duì)基因表型的認(rèn)識(shí)上，把表型與遺傳劃上絕時(shí)等號(hào)，也把DNA的全息性與細(xì)胞的全能性混為一談，事實(shí)上這種認(rèn)識(shí)是不完全的。
簡單講，基因除了具有遺傳功能的性狀信息外，還與環(huán)境互作具有表型的適應(yīng)性表達(dá)，同一群體中，個(gè)體的不同表達(dá)除與DNA信息的表達(dá)指令外，還與一系列的后加工有關(guān)，同樣也與細(xì)胞質(zhì)在分裂時(shí)的物質(zhì)含量對(duì)DNA、RNA環(huán)境影響造成的表達(dá)等有關(guān)，再加受體在微小環(huán)境差異的累積對(duì)表型表達(dá)造成的影響，群體中很少有完全相同的兩個(gè)個(gè)體。這實(shí)際上已經(jīng)是很好的自然誘導(dǎo)調(diào)控的例證。因此，在遺傳學(xué)詞典上Phenoe和Phenotype的定義雖出同源但差異很大。
事實(shí)上，除開激素等作用，一切性狀都是蛋白質(zhì)及酶的直接或間接體現(xiàn)，也就是某一特異基因或基因組，在特定的發(fā)育階段的表達(dá)狀態(tài)，通常這一狀態(tài)首先是與基因是否激活有關(guān)，而基因是否激活，不僅與外界各種環(huán)境條件有關(guān)，更與既有獨(dú)立性又受外界條件影響性的作物體內(nèi)各類相關(guān)條件及變化密切聯(lián)系。以三四十年代研究，五十年代麥克林托克確定，后來進(jìn)一步證實(shí)完善的基因轉(zhuǎn)座為例，也是影響基因功能表達(dá)與否的原因之一。事實(shí)上，后來不斷的研究表明，可影響基因的原因繁多，基因表達(dá)機(jī)制遠(yuǎn)比人們的設(shè)想復(fù)雜，僅以酶為例，估計(jì)就至少有十萬種以上。而現(xiàn)在有所研究的不過千余種。要想用百分之一去說明一個(gè)不同個(gè)體復(fù)雜累積的整體，難免捉襟見肘。更不要說在這種僅數(shù)字上就有巨大差別的后面，還有更為復(fù)雜的內(nèi)部相關(guān)效應(yīng)及受外界環(huán)境條件、時(shí)空、時(shí)序等若干隨機(jī)可變條件影響，及反饋調(diào)整的一系列綜合協(xié)調(diào)過程之后，才以功能表達(dá)的復(fù)雜關(guān)系。不過這種細(xì)分的關(guān)系無論多么復(fù)雜，表明性狀也如何繁花撩目，但在具體應(yīng)用上卻可以科學(xué)的刪繁就簡。所以，基因受調(diào)控表達(dá)，雖已是很多專業(yè)科學(xué)家、科技人員應(yīng)該逐漸認(rèn)可的事實(shí)，但基因表型的人為誘導(dǎo)調(diào)控成為功能表達(dá)，卻還難為人們所接受，特別是一系列包括數(shù)量性狀，質(zhì)量性狀在內(nèi)的性狀特異生有用綜合表達(dá)，更難把傳統(tǒng)理解的基因與遺傳必須相聯(lián)的慣性意識(shí)分開。但越來越多的研究都不斷證明行為特征的變異表達(dá)不一定表現(xiàn)為遺傳力。
更多的誤解主要的可能是把突變與變異表達(dá)與遺傳混為一談，突變雖是變異的源泉，但是否能遺傳表達(dá)還與多種機(jī)制相關(guān)。
特別是新功能表達(dá)，主要是與重復(fù)和多倍性等擴(kuò)大基因總組成密切相關(guān)，一般情況重復(fù)很難檢測(cè)，但可產(chǎn)生特殊表型的新功能。一旦基因組的DNA總量擴(kuò)增，產(chǎn)生速度加快，且在平衡競(jìng)爭(zhēng)中領(lǐng)先，那么一個(gè)基因只需少數(shù)堿基代換即可提供新的功能。近年來的RELP技術(shù)對(duì)復(fù)雜性狀如產(chǎn)量的剖析也發(fā)現(xiàn)，即‘僅有2-6個(gè)片段決定其產(chǎn)量的主要變化’，也從分子水平驗(yàn)證了這一幾十年來在宏觀現(xiàn)實(shí)中不斷證明的研究結(jié)論。
不過DNA增擴(kuò)后，性狀最終表達(dá)量還與一系列內(nèi)部協(xié)調(diào)機(jī)制有關(guān)。這在水稻不同蛋白的拷貝數(shù)與最終表達(dá)量的差異最為突出。水稻醇溶蛋白基因的拷貝數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于谷蛋白，但最終表達(dá)的谷蛋白量卻比醇溶蛋白高8-15倍。其原因在于，首先，谷蛋白mRNA量在水稻開花后10天達(dá)最大值，而醇溶蛋白則在開花后15天才達(dá)最大值，造成轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控后兩者含量差異縮??；其次，谷蛋白比醇溶蛋白更易與多聚核糖體膜結(jié)合進(jìn)行蛋白質(zhì)的合成，而這種競(jìng)爭(zhēng)使得一半以上的醇溶蛋白mRNA無法與多聚核糖體結(jié)合進(jìn)行翻譯；再由于環(huán)境因子造成的其余差別，最后使兩種蛋白含量差異與拷貝數(shù)差異懸殊。
不僅很多生物表型表達(dá)，特別是量的功能變化并非都能遺傳，或者在有性遺傳中產(chǎn)生巨大反差分離變異，而迫使人們對(duì)其表型表達(dá)采取組織培養(yǎng)來保持優(yōu)良性狀表型表達(dá)的方法。甚至糧食作物的高產(chǎn)或早熟性在群體間的個(gè)體表型可變性，隨環(huán)境變化和定向選擇也能很快相適應(yīng)，成為具有適應(yīng)新環(huán)境的種群也是被不斷證明了的。雖然近幾十年來這種變化較過去加快了很多，但這種自然適應(yīng)可遺傳變異總的過程還是很緩慢的。
從達(dá)爾文的進(jìn)化論被公認(rèn)以來，新的科學(xué)不斷地證明各種高等生物都是從低等生物的多樣性起源和適應(yīng)性變異進(jìn)化而來的。其相應(yīng)的基因數(shù)也是由多種進(jìn)化力量相互作用由少到多增加的。既然如此，至少同源性起源的低等生物在其進(jìn)化為高等生物的數(shù)十億年漫長歲月中，特別是同宗禾本科變異、分化進(jìn)化為不同高等糧食作物的數(shù)千萬年過程中，首先就是與恐龍滅絕的地球表層系統(tǒng)大突變有關(guān)，是經(jīng)歷過各種極惡劣環(huán)境變異考驗(yàn)的幸存者，至少可以肯定，320萬年來物種的7次突變進(jìn)化無一不與氣候突變的冰期相關(guān)，而73萬年內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)過8次冰期。因此，可以肯定幾乎所有曾經(jīng)在生存斗爭(zhēng)中生物具有的表型基礎(chǔ)，在今天的同類高等生物中，至少留有痕跡，特別是在功能遺傳的基因和復(fù)雜表型表達(dá)的基因組中。而這種遺痕的功能表達(dá)與否，表達(dá)強(qiáng)弱，不論是與何種原因的拷貝增量多少，還是缺失，還是轉(zhuǎn)錄mRNA出現(xiàn)的先后表現(xiàn)差異，還是翻譯時(shí)mRNA與不同物質(zhì)結(jié)合快慢產(chǎn)生的協(xié)調(diào)。這一切至少都與不同發(fā)育期的基因活性和相應(yīng)的基因順序的轉(zhuǎn)錄活性以及蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)有關(guān)，特別是逆境外因反饋，小分子量蛋白的變化產(chǎn)生，與類似螯合效應(yīng)的核糖體分解與活性表達(dá)的相關(guān)關(guān)系，因而基因及其相關(guān)功能的活性可隨細(xì)胞環(huán)境變化而相應(yīng)變化。從時(shí)序上看，一個(gè)組織的發(fā)育變化不僅往往與另一個(gè)組織的發(fā)育變化緊密相關(guān)，甚至一個(gè)組織的發(fā)育變化可控制另一個(gè)組織的發(fā)育變化。特別是在不同組織的發(fā)育初期，這種細(xì)胞環(huán)境至少部分地處于細(xì)胞質(zhì)和激素類因子的控制下，并能產(chǎn)生特定的細(xì)胞表型特征的發(fā)育。從里薩特由果蠅‘蓬松’發(fā)現(xiàn)基因活躍轉(zhuǎn)錄，到蒂斯?fàn)柖怂钩浞肿C實(shí)是熱體克蛋白誘導(dǎo)基因活性控制系統(tǒng)活躍轉(zhuǎn)錄，后來已幾乎在整個(gè)自然生物界得到證實(shí)——在所處的環(huán)境溫度升高或多種非生理?xiàng)l件下，細(xì)胞內(nèi)基因表達(dá)程序會(huì)發(fā)生改變。近年有研究表明抗寒植物中還有冷誘導(dǎo)蛋白基因Kinl在協(xié)調(diào)抗寒能力的一系列表達(dá)生理活動(dòng)。甚至在草本植物中存在能耐-41℃冰凍的紅花鹿蹄草。而這一切復(fù)雜的變化早已存在于大自然之中，只是逐步被人們所認(rèn)識(shí)，而這種認(rèn)識(shí)僅只是發(fā)現(xiàn)而不是發(fā)明，而且現(xiàn)在也僅只發(fā)現(xiàn)了部分與相應(yīng)產(chǎn)物有關(guān)的現(xiàn)象。至于精細(xì)機(jī)理機(jī)制，則還近乎空白。因此，在類似不可見的復(fù)雜機(jī)理機(jī)制研究時(shí)，解析法近乎無能為力時(shí)，只有應(yīng)用類似混沌的方法，即先預(yù)測(cè)方向及估算可能產(chǎn)生規(guī)模的結(jié)果，再對(duì)發(fā)生結(jié)束的過程進(jìn)行可能的解析研究。也就是科學(xué)史上經(jīng)常發(fā)生的結(jié)論應(yīng)用先于理論研究的類似例子。
因此，我們認(rèn)為，從進(jìn)化歷程可推知，高等糧食作物本身具有各種自身抗逆的基底物痕，也許就是廣泛存在于被現(xiàn)在人們認(rèn)為的95％的廢棄DNA之中，而這類基因及現(xiàn)行表達(dá)基因的激活和互作，生物體因此也就具有抗逆、早熟、高產(chǎn)、離效表達(dá)的基礎(chǔ)。從胚胎解剖學(xué)可知，生命的發(fā)育過程，幾乎就是其漫長進(jìn)化歷程的縮影。而細(xì)胞，甚至某些細(xì)胞器都具有全能性，但其潛在特殊表型能否表達(dá)，是由發(fā)育過程中的誘導(dǎo)調(diào)節(jié)來決定的。因此，在新生命發(fā)育分化之初，已使一生應(yīng)表達(dá)的基本功能全部具備，至于其在后來分化生長中能否表達(dá)，表達(dá)程度，則與各類發(fā)育關(guān)鍵時(shí)期的內(nèi)外條件密切相關(guān)。因此，發(fā)育之初也是潛在表型表達(dá)可誘導(dǎo)調(diào)控的最重要關(guān)鍵時(shí)期。
根據(jù)觀察、類比，我們推論在一定范圍內(nèi)，高等糧食作物一生的表型表達(dá)，可以在發(fā)育之初通過細(xì)胞環(huán)境的改變，達(dá)到誘導(dǎo)基因潛在表型可表達(dá)目的。其某些可表達(dá)表型的表達(dá)強(qiáng)度，也可通過定向調(diào)控達(dá)到表達(dá)要求。
8年來，從研究解決冬玉米高產(chǎn)栽培難題開始，我們進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究。在后來的4年中，該項(xiàng)研究已經(jīng)取得了突破性的成功，初步定型了基因表型誘導(dǎo)劑和調(diào)控劑。4年來，為了驗(yàn)證該項(xiàng)成果，我們除了成功地在昆明、保山進(jìn)行了長期日均溫8-12℃范圍內(nèi)的冬季玉米耐霜揚(yáng)花授粉極限試驗(yàn)和昆明冬季普通溫室日均溫12-14℃水稻抽穗、揚(yáng)花、結(jié)籽等極限試驗(yàn)外，同時(shí)還在昆明用同一品種種出穗長29cm的玉米和僅13cm就結(jié)出正常籽粒的微型玉米(世界吉尼斯大全已同意申報(bào)登記，鑒于經(jīng)費(fèi)問題，未最后登記。)并在云南最熱的元江壩最熱的6-8月玉米忌種期，成功地種植了高產(chǎn)玉米驗(yàn)證了其耐熱性。1997年在云南最高的藏區(qū)德欽縣城露地栽種成功玉米，驗(yàn)證了其耐寒性，還在白馬雪山丫口的157km處證明了誘導(dǎo)處理與對(duì)照同樣生長期內(nèi)，干物重相差10-14倍的差別。
在生產(chǎn)性試驗(yàn)、示范中，從冬玉米、昆明早玉米及許多縣市的春、夏各季玉米和烤煙套種秋玉米、到水稻、小麥在內(nèi)的近2萬畝實(shí)踐中，除小麥調(diào)控效果與品種、節(jié)令、溫濕度相關(guān)性較強(qiáng)還需進(jìn)一步研究外，在玉米、水稻的誘導(dǎo)調(diào)控及小麥的誘導(dǎo)處理等方面，均驗(yàn)證了基因誘導(dǎo)調(diào)控技術(shù)，能使糧食作物產(chǎn)生“抗逆、早熟、高產(chǎn)、高效”等特殊的表型表達(dá)，其綜合目標(biāo)效應(yīng)，特別是其在糧食作物不同類型品種的通用性效果，更是現(xiàn)在各單一雜交種所無法比擬和替代的。
特別是在糧食作物生長期內(nèi)對(duì)低溫最敏感的孕穗、揚(yáng)花、授粉期，玉米可在長時(shí)期的日均溫12-14℃正常揚(yáng)花授粉結(jié)籽，水稻可在長期的日均溫14-16℃正常揚(yáng)花授粉。而全生育期抗寒性能的增加，又使作物能早熟，在相對(duì)溫度越低，對(duì)照生育期越長的環(huán)境中，生育期比對(duì)照縮短越多，不同品種水稻、玉米在不同環(huán)境、播期，分別可提前收獲15-30天。小麥可提前7-15天。其中熟期提前水稻最多已達(dá)32天，正季玉米可達(dá)35天，冬玉米可達(dá)40天，小麥可達(dá)25天。
由于全期抗寒性能增強(qiáng)及抗穗花期障礙型冷害能力大幅增強(qiáng)，在最適生長發(fā)育溫限下的生理活性增強(qiáng)，使光合效能大幅度提高而大幅度增產(chǎn)。一般可增產(chǎn)20-100％以上。玉米最多畝可增收500多公斤，水稻可使泡秧絕收變?yōu)楫€產(chǎn)600多公斤高產(chǎn)。
在與各國光學(xué)對(duì)植物效應(yīng)研究報(bào)道情況類比方面；前期中胚軸的形態(tài)變化和苗勢(shì)與紅光效應(yīng)、乙稀效應(yīng)類似；在玉米、水稻營養(yǎng)生長期的超?？焖偕L和高產(chǎn)大穗方面，與紅色激光效應(yīng)遠(yuǎn)緣雜交效應(yīng)相似；就玉米的多穗大穗方面，似乎還與藍(lán)綠光效應(yīng)有關(guān)；玉米、水稻的早熟性類似紅色激光效應(yīng)，玉米還類似遠(yuǎn)緣雜交回交第二代效應(yīng)。
據(jù)光誘導(dǎo)表達(dá)的基因表達(dá)調(diào)控機(jī)理研究，在碗豆、煙草、菠菜等蔬菜類中發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄水平因光誘導(dǎo)而明顯上升，并與光質(zhì)、光量、光受體介導(dǎo)等有關(guān)，從光效類比我們誘導(dǎo)調(diào)控的糧食作物能量大幅增長的原由，也一定與誘導(dǎo)后光對(duì)轉(zhuǎn)錄水平大幅度上升有關(guān)。而該技術(shù)對(duì)誘導(dǎo)豌豆、煙草抗病免疫表達(dá)已有顯著作用，對(duì)糧作抗病免疫抗性大田試驗(yàn)也有顯著作用，這是對(duì)靠光效提高為主要作用產(chǎn)生作物抗病免疫表達(dá)的可行性的證明，是人類減少自造污染的又一大福音。
上述表型效應(yīng)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來的直接作用，不僅是在現(xiàn)有糧作的大幅度增產(chǎn)方面，還有可大規(guī)模進(jìn)行的熟制改革和相應(yīng)的栽培品種、模式變化的增產(chǎn)、增效作用。此外，對(duì)地方品種種質(zhì)資源的利用保護(hù)，水稻二系育種面的延伸擴(kuò)大，及雜交種優(yōu)勢(shì)利用潛力擴(kuò)大延伸應(yīng)用研究，組培植物的誘導(dǎo)調(diào)控等均可發(fā)揮出相當(dāng)?shù)淖饔谩Ｒ虼?，該?xiàng)目不僅是對(duì)世界上有效運(yùn)行了40年的‘高產(chǎn)品種加大量化肥’的增產(chǎn)模式重大變革的開端，也是生態(tài)農(nóng)業(yè)向光能要增產(chǎn)大目標(biāo)真正開始。相信也能對(duì)減少環(huán)境污染，特別是“溫室效應(yīng)”抑制有所幫助。
更值得指出的是1、在致死低溫與非適宜生長溫度之間的溫度值內(nèi)，誘導(dǎo)處理與對(duì)照的差別有隨溫度條件的降低而愈呈強(qiáng)烈反差的趨勢(shì)。2、綜合表型的表達(dá)強(qiáng)度老品種勝過雜交種。3、同品種同氣候條件下高產(chǎn)大穗與微型結(jié)籽，可對(duì)比遺傳、進(jìn)化及發(fā)育調(diào)控關(guān)系。4、玉米誘導(dǎo)后快速生長，生育期縮短，葉片減少1-2片，但產(chǎn)量比對(duì)照高，這也與傳統(tǒng)的產(chǎn)量與葉片數(shù)多生育期長成正比的正常能量理論有悖。5、在風(fēng)速適度自然條件下，玉米幼苗可耐受極限最低氣溫-5.6℃，極限地表溫度-9.5℃的低溫凍害，蠶豆幼苗可耐-15℃極限低溫凍害。
這些特異表達(dá)與傳統(tǒng)植物生理、生化、光合作用等機(jī)制機(jī)理有重大區(qū)別，對(duì)比分析研究，也許對(duì)進(jìn)一步弄清某些傳統(tǒng)重大疑問大有幫助。
科學(xué)實(shí)踐，是檢驗(yàn)科學(xué)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。4年來的大量實(shí)踐，多次、多地、多作物、多品種、多極限等的試驗(yàn)、示范，已經(jīng)從宏觀很好地驗(yàn)證了我們的推論和基因表型誘導(dǎo)劑、調(diào)控劑的效果。同時(shí)，也很好地說明了，做為對(duì)糧食作物類復(fù)雜體進(jìn)行研究時(shí)的方向、方法重要性及與效果緊密相關(guān)，其分割的解析研究與整體的表達(dá)效應(yīng)，必須不斷互為補(bǔ)充，并且解析研究必須更多從整體出發(fā)，才更接近實(shí)際意義。也說明，做為新事物科學(xué)研究整體性、系統(tǒng)性著眼的重要性。而這一研究方向的突破成功也證明了該推論及指導(dǎo)下發(fā)明的誘導(dǎo)調(diào)控劑系列技術(shù)已經(jīng)能為我省、我國乃至世界農(nóng)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益，而且說明從這一推論指導(dǎo)下，完全有可進(jìn)一步研究在各種植物上的拓寬應(yīng)用和產(chǎn)生更強(qiáng)的效應(yīng)的可能。
總之，這項(xiàng)從遺傳、變異、進(jìn)化、表達(dá)的自然規(guī)律開始的研究新思路的發(fā)明，是一項(xiàng)不僅能造福今人，還能福祚子孫的成功新技術(shù)重大突破。
而該發(fā)明可使各種品種原先不具備的性狀，而且又是與傳統(tǒng)作物生理生化理論相悖的“抗逆、早熟、高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)及無污染”方面均能同時(shí)達(dá)到的重大變異效果。
其關(guān)鍵是在“基因表型可以誘導(dǎo)調(diào)控表達(dá)”的新推論指導(dǎo)下研究成功的作物表型誘導(dǎo)劑系列，其次是調(diào)控劑系列及其相應(yīng)應(yīng)用方法及配套措施。
作物表型誘導(dǎo)劑系列、調(diào)控劑系列均無毒無害、成本低廉、使用方便、效果極顯著。如誘導(dǎo)劑浸種處理禾本科糧食作物，從出苗到收獲，莖部外觀形狀、葉形、葉面積、葉數(shù)均發(fā)生重大變化，極有利于光合產(chǎn)物的轉(zhuǎn)運(yùn)和反饋促進(jìn)光合效應(yīng)、抗逆機(jī)制及本身的光合效應(yīng)提高。同時(shí)，早熟、省肥、高產(chǎn)一系列性狀也相應(yīng)表達(dá)。
這不僅真正開創(chuàng)了以向光能要產(chǎn)量為主的新的生產(chǎn)模式。也為解決肥料流失、淋溶污染水體，玉米地膜白色污染，水稻田甲烷氣體污染等重大環(huán)境污染難題開創(chuàng)了新的防治方法。
而實(shí)驗(yàn)和試驗(yàn)均證明，達(dá)到上述同一作物品種或不同作物品種的重大綜合性狀變異表達(dá)類同效果，均可以用作用相似的不同原料和相應(yīng)配比變化的方法，甚至可以用應(yīng)用方法的改變(如誘導(dǎo)劑不同濃度采用不同浸種時(shí)間)來達(dá)到同等目的效果。
本發(fā)明不僅已證明可以在作物生產(chǎn)上產(chǎn)生一次重大革命，使中國人能自豪地宣布能自己解決21世紀(jì)的吃飯問題，也可對(duì)整個(gè)生物技術(shù)研究的核心目標(biāo)——遺傳、發(fā)育、進(jìn)化過程的調(diào)控表達(dá)研究路線方法有重大突破。也是改變?cè)谶@方面研究我國一直跟著外國人走的局面的一次機(jī)會(huì)。因此，作物表型誘導(dǎo)劑系列和調(diào)控劑系列均希望作為保密專利。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明是應(yīng)用“作物基因表型可誘導(dǎo)調(diào)控表達(dá)”的新推論原理，對(duì)作物的性狀表型變異表達(dá)在作物發(fā)育分化之初用一定濃度誘導(dǎo)劑進(jìn)行浸種誘導(dǎo)，而產(chǎn)生對(duì)其一生性狀、時(shí)序、時(shí)空等重大特性變化，達(dá)到作物“抗逆、早熟、高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)、無污染”向光能要高產(chǎn)為主的新生產(chǎn)模式方法。
2.本發(fā)明使生物遺傳、發(fā)育、進(jìn)化的研究可通過人工整體定向和相對(duì)量化誘導(dǎo)調(diào)控產(chǎn)生成功可能，從而促進(jìn)研究進(jìn)程。
3.本發(fā)明對(duì)研究高光效及抗逆機(jī)理提供了可對(duì)照的研究基礎(chǔ)，從而促進(jìn)該類研究和應(yīng)用速度。
4.本發(fā)明是通過作物表型誘導(dǎo)劑系列為主的應(yīng)用產(chǎn)生的重大突變效果，作物表型誘導(dǎo)劑系列同一效果可以用作用類同原料通過增減配比的方法達(dá)到合成效果。
5.本發(fā)明的效果也可通過調(diào)控劑系列的單獨(dú)使用有所改變或配合誘導(dǎo)劑使用進(jìn)一步加強(qiáng)效果。調(diào)控劑系列可以通過主要成份和輔助成份變化和相應(yīng)比例改變而合成的方法達(dá)到同一效果。
全文摘要
作物表型誘導(dǎo)劑、調(diào)控劑發(fā)明是生物工程新技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的重大突破新技術(shù)。在世界即將面臨的嚴(yán)峻糧食問題面前,人們普遍認(rèn)為傳統(tǒng)技術(shù)已難有重大的作為,于是把糧食的“抗逆、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)”目標(biāo)希望放在了生物工程的轉(zhuǎn)基因育種研究上。十多年過去了這一糧食研究目標(biāo)綜合應(yīng)用效應(yīng)幾乎為零。這是為什么 該怎么辦 本發(fā)明是在現(xiàn)有轉(zhuǎn)基因技術(shù)不可能成功的復(fù)雜基因參與及相關(guān)系列調(diào)控才能產(chǎn)生表型表達(dá)重大突破的糧食類作物上,應(yīng)用“基因表型可誘導(dǎo)調(diào)控表達(dá)”的新推論,研制成功作物表型誘導(dǎo)劑系列和調(diào)控劑系列,是實(shí)現(xiàn)糧食生產(chǎn)“抗逆、早熟、高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)、無污染”的重大突破。從而也就有效地解決了中國人21世紀(jì)能夠自己生產(chǎn)足夠養(yǎng)活自己的糧食的重大難題。也為遺傳學(xué)的研究核心和最難問題——遺傳、發(fā)育、進(jìn)化的調(diào)控表達(dá)機(jī)理機(jī)制的研究開辟了有效的研究捷徑和方法。同時(shí),也對(duì)控制水體、地膜和溫室效應(yīng)等環(huán)境污染有直接作用。
文檔編號(hào)A01H3/04GK1228249SQ98105049
公開日1999年9月15日 申請(qǐng)日期1998年3月6日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月6日
發(fā)明者那中元, 鄭光生, 那郅燁 申請(qǐng)人:那中元