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(前文见拿什么保卫你,美味的香蕉(上)

让我们先来看看,一般香蕉是怎样繁殖的。

果农一般通过一种类似扦插的方法繁育香蕉。

我们通常认为的香蕉“树”的“树干”被称作伪茎,真正的茎部在地下。伪茎边上会长出“小树苗”,被称为吸芽。

当一株伪茎的果实成熟并收割后,旧伪茎会被砍去,而吸芽会长大形成新的伪茎。

这幅刚长出来的吸芽图中,可以看到伪茎前面有一个带几片叶子的吸芽。

至于香蕉的人工育种,目前大致有三条路可走。

路子一:杂交育种

这是一种广泛应用的方法,世界几大主要粮食作物,水稻、玉米和小麦,也都很大程度上依赖杂交方法培育新品种。把具有抗枯萎病4号小种能力的品种与华蕉杂交,在它们的杂交后代中挑选出即有华蕉生长和食用特性又能抗病的植株,如果这些特点还能稳定地传给下一代,那么新品种就搞定了。

这个策略,思路简单,却很难实现。因为,华蕉的细胞内携带有3套染色体组,也就是常说的3倍体,这造成了它几乎没有有性生殖的能力。于是,育种专家只能被迫使用那些2倍体的非商用香蕉品种作为育种材料。这些非商用品种特性复杂,抗病的品种可能同感口感生涩,而口感好的品种有可能是果皮过薄无法运输。杂交之后,如此多的特性在杂交后代中分离组合,要找到符合要求的植株难度颇大。

更为麻烦的是,虽然2倍体香蕉品种可以进行杂交,但是它们结籽的能力却非常低下。在现代化的香蕉杂交育种基地内,育种专家通过人工授粉进行杂交,然后将香蕉果实削皮匀浆,再将成吨的果浆流过筛子以寻找其中的种子。大约每1万个香蕉中,才能找到一粒种子。如此稀少的种子,让筛选工作难上加难。


香蕉花分为:雌花、中性花、雄花
雌花(图片最右侧)不需要授粉便可以形成果实,中性花和雄花则不具备结果的能力。因此,绝大多数香蕉是不含有种子的果实


黑点是蕉肉中退化的种子,真正的种子在蕉肉中很少见


这种野生品种倒是可以产生大量种子,无奈,没有人会喜欢吃香蕉被硌牙的感觉,所以很难用于育种。

《纽约客》杂志的报道中提到,1960年,当时的美国联合水果公司在洪都拉斯建立了杂交育种基地,用以培育能够取代华蕉的新品种。只是,付出了40年的努力后,基地仍然收获寥寥。培育出的最接近华蕉的新品种,金手指,也因为口感与华蕉差距太大,而无法投入商业使用。2001年,主持基地工作的育种专家,菲尔.罗维,可能是受到失败的打击,在他工作了四十年的蕉田中自杀。

如今,洪都拉斯的育种基地仍然在运转中,杂交育种专家也仍然相信最终他们会获得想要的品种。只是,市场似乎已经有些等不及了。

路子二:诱变育种

商业香蕉品种几乎不产生种子,如果想要开拓一片新的香蕉园,携带香蕉苗前往是蕉农唯一的选择。现在的香蕉苗多数是通过一种被称为组织培养(组培)的技术 “复制”出来的。育种人员从想要复制的香蕉苗上切下一小块组织,在人工配制的生长培养基上,这一小块组织中的细胞开始复制繁殖,组织也慢慢变大,然后逐渐分化出各种植物器官,最终形成一颗长在培养基上的香蕉苗,也叫试管苗。


在试管中,一小块组织成长为一棵小苗

诱变育种的工作通常就在试管苗阶段开始。育种学家通过化学药剂处理或者射线照射这些诱变手段,使得试管苗细胞中的DNA产生这样那样的变化。由于DNA是生物遗传信息的载体,DNA的变化可能使得植物获得一些新的能力,这其中就可能包括对枯萎病的抗性。 育种专家只需等待处理过的试管苗长大,将它们移入土中,测试它们对4号小种的抵抗力,就有可能找到具有抗性的新品种。经过长时间的努力,世界各地的育种专家确实通过诱变育种的方法获得了一些抗枯萎病新品种,目前这些新品种多处于田间实验阶段。

诱变育种是一条可行的技术道路,但是它的缺点也同样明显。无论是化学处理还是辐射,对DNA的改变都是随机的。是否变化,怎样变化,有几处变化,都无法人为控制。经过诱变处理的试管苗可能因为失去某些重要生理功能而迅速死亡,也可能根本不产生抗病能力,或者是产生抗病能力的同时又失去了一些同样重要的特性,甚至即使产生了抗病能力这种能力却不稳定。为了获得想要的品种,育种专家必须诱变尽可能多的试管苗,进行尽可能多的测试,并且在田间观察相当长一段时间,以确定新产生的功能是稳定可靠的。这样一个类似于购买彩票的过程,使得诱变育种需要消耗很多资源,而且整个周期也很长,面对隔些日子就会出现的新病原体,颇有些力不从心的感觉。

路子三:转基因育种

如果说诱变育种是不可控的随机行为,那么转基因育种就是目的明确的有意而为之。科学家将特定的功能基因送入香蕉基因组内,赋予香蕉抵抗病害的能力。转基因育种也是三种育种方法中见效最快的。

作为一个争议话题,人们对转基因作物总会有两个担心之处:可能对人类的健康造成影响;外源基因会漂移到野生植物的基因组中,从而造成环境问题。对于前一个担忧,在转基因作物投入使用的几十年间,没有任何科学机构能用科学方法发现所谓的健康威胁;对于后一个担忧,香蕉更是有着天然的优势,因为香蕉商业品种是三倍体,它根本不具备通过有性繁殖将外源基因漂移出去的能力。

作曲家能否做出好曲子,虽然与作曲所用的工具有点关系,但最终还是取决于他的音乐才华。转基因育种能否起作用的关键在于转入的功能基因。到底什么基因能让香蕉对抗枯萎病呢?科学家首先想到的就是那些能杀死枯萎病真菌的物质,例如抗菌肽。这种由植物或者菌类产生的多肽,可以在培养基上抑制造成枯萎病的镰刀菌的生长。把编码抗菌肽的基因送入香蕉基因组,让香蕉自行产生抗菌肽,香蕉也就具备了对抗枯萎病的能力。如今,这类“对抗型”转基因香蕉已经进入了田间测试阶段。


位于乌干达的转基因香蕉实验田。乌干达是世界上最依赖香蕉的国家,部分当地人80%的食物是香蕉。

除了现有的品种,科学家还在寻找更多更有效的功能基因。例如,有些天然香蕉品种就具有抵抗枯萎病的能力。从遗传学角度说,这些品种应该具有抗枯萎病的特殊基因。既然很难用杂交方法将抗性基因送入华蕉的基因组。科学家就计划找到这些基因,然后用转基因的方法来输送。

对枯萎病发病机制的研究也给寻找功能基因提供了线索。导致枯萎病的镰刀菌会分泌出成分复杂的“毒素”。过去,科学家认为这种毒素的作用就是直接杀死植物细胞。近年来的一些研究表明,镰刀菌的用毒功力远比人们想象得高。它的毒素其实并不直接要细胞的命,而是引发一种被称为“细胞编程性死亡”的生理过程,让细胞自杀。细胞编程性死亡是植物应对环境变化的重要手段,例如当有病菌入侵时,如果侵入的病菌数量巨大,植物就会启动细胞编程性死亡将病菌侵染部位周围的细胞全部杀死,这样便阻断了病菌向健康组织扩散的道路。只是,在镰刀菌毒素的“诱骗”下,本该用来保卫香蕉的手段,在错误的地点错误的时间启动,最终变成了帮凶。


叶片上的黑点,就是细胞编程性死亡的结果

现在,科学家就针对镰刀菌的这种“诡计”下手,通过转入基因抑制这种毒素引起的细胞死亡,从而让镰刀菌无法间接杀死香蕉细胞。按照,项目主持人詹姆斯.戴尔的说法,这种策略就是要“饿死”镰刀菌。

此外,还有研究团队在转入基因的作用部位上动脑子。他们设法将转入基因的作用部位限制在香蕉的地下部分,因为那里是镰刀菌的集聚地。而在产生果实的地面部分,转入的基因则不会表达,这可以让消费者觉得更“放心”些。相信随着对香蕉基因组以及枯萎病致病机制的深入研究,更有效的抗枯萎病转基因香蕉品种会被培育出来,并投入使用。

从土豆晚疫病到小麦锈斑病,再到香蕉枯萎病,人类似乎总是摆脱不了植物病害的袭击。究其原因,对产量的追求导致了商业种植中品种的单一化,而单一化的品种面对进化迅速的病原体总是显得那么不堪一击。人类是否能依靠科技的发展,最终走出新品种-新病害-更新品种的怪圈,我们拭目以待。

参考资料

2010香蕉,苹果,葡萄的出口数据

  • http://musalit.inibap.org/pdf/IN030094_en.pdf
  • http://www.fas.usda.gov/htp/2010_Dec_fruit.pdf

《香蕉密码-改变世界的水果》简介

  • http://blog.chinatimes.com/openbook/archive/2009/11/15/448299.html

媒体报道

  • http://www.newyorker.com/reporting/2011/01/10/110110fa_fact_peed
  • http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=attack-on-the-clones
  • http://www.newscientist.com/article/dn9152-a-future-with-no-bananas.html

科学美国人对凯波的访问

  • http://www.scientificamerican.com/podcast/episode.cfm?id=7BA7726C-EBE6-29DB-B21F7FF464B293E9

关于抗真菌转基因香蕉的文献

  • http://bananas.bioversityinternational.org/files/files/pdf/publications/genetic_transfo_strategies.pdf

真菌毒素利用细胞死亡杀死植物的文献

  • http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2801366/
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38 Responses to “拿什么保卫你,美味的香蕉(下)”

  1. 戏言说道:

    2001年,主持基地工作的育种专家,菲尔.罗维,可能是受到失败的打击,在他工作了四十年的蕉田中自杀。

    40年几乎一无所获,太杯具了……节哀

  2. gildor说道:

    重大观感:
    1. 我不要当育种专家
    2. 我不要当乌干达人.....................

  3. 创业的故事说道:

    太杯具了……节哀

  4. Metaverse说道:

    80%的食物是香蕉,汗……

  5. 默某默说道:

    80%的食物是香蕉~~ 这个比棒子人民还杯具

    • fare2000说道:

      那位非洲的兄弟,如果知道中国南方天天吃大米饭,北方吃面食,也会问我们会不会吃厌了。

  6. 思齐说道:

    80%的食物是香蕉,难道不会吃厌吗?........

  7. 我爱养生网说道:

    80%的食物是香蕉 my god!

  8. 拼音佳佳说道:

    镰刀菌是以死亡的香蕉植株为食,所以要欺骗香蕉让它死掉.死了之后它才能生存.胜读十年书啊...(sdsn=soudaisinai=胜读十年书=听君一席话胜读十年书=原来是这样啊)

  9. 您也可能喜欢:说道:

    您也可能喜欢:拿什么保卫你,美味的香蕉(上)”
    怎么链到wumii了,且打不开?

    • 游识猷说道:

      这个功能是通过无觅插件实现的。一般应该打得开,若打不开,可能和浏览器的某些设置有关。

  10. Alex说道:

    强烈要求趁机复活大麦克

  11. 六尾说道:

    香蕉很好吃,但不能当饭吃。
    让自然做选择吧,人类还不够聪明。

  12. Sin说道:

    额。。很久以前的拼音版十万个为什么上的“小树芽”叫做“蘖芽”,那时候还使劲把这个字画出啦。

  13. mpc说道:

    我要吃哈根达斯香蕉~

  14. Mem说道:

    通过基因工程。。。让大麦克具有华蕉的抗4号小种基因。。。然后再复活大麦克。。。
    这想法多么美好- -。。。。。

  15. Mem说道:

    难道Gors Michel那时候是绝种了么

    • 山要说道:

      没有绝种,至少在香蕉种质库里面还有一些Big Mac的种子,虽然很少,可能才几粒。 理论上讲,在人工控制的温室内,使用没有真菌污染的土壤,恢复Gors Michel的植株,达到一定数量后,进行转基因或者诱变,筛选出抗枯萎病的品种,应该能实现。

      问题就在于,商人逐利,Gors Michel抗枯萎病品种一旦出现,就意味着现在所有种植的香蕉植株淘汰

      对他们而言,有点损失大了

  16. kaiwwww说道:

    悲哀啊

  17. victorshen说道:

    楼主,你让我了解了香蕉的一些基本知识。谢谢!

  18. dark说道:

    之前一直认为芭蕉是正常二倍体,香蕉是三倍体。
    吃芭蕉吃出过硬硬的种子,香蕉从来没吃出过。
    看完这篇突然很困惑,香蕉和芭蕉到底是什么关系。

  19. 冷水说道:

    转基因的风险还有在技术手段上啊,比如载如基因的时候往往同时载入其他的基因,为了好甄别基因载入的情况,晒出掉哪些转入失败的,这样就带来了副作用

  20. 君美异说道:

    很小就听说香蕉要绝种

  21. 一双绣花鞋说道:

    这么难培育的物种貌似卖得挺便宜,这不合逻辑啊。

  22. 芋溪说道:

    香蕉花,想起小时候摘香蕉花~~
    那个~叶子估计不是香蕉叶吧?

  23. william H.Wei说道:

    香蕉有期货交易吗?这么说长期看涨?

  24. Reed说道:

    香蕉和芭蕉是近亲还是应该说华蕉和芭蕉?

  25. 青春不痛说道:

    我可怜的香蕉!再见,可能我们等不到你了

  26. 吼海雕说道:

    80%的食物是香蕉……OMG,第一次知道香蕉也能当饭吃的。

  27. julho说道:

    当饭吃的香蕉和我们平常吃的香蕉不是一个品种的。饭香蕉个头奇大,而且不甜。

  28. liaoliao123说道:

    80%的食物是香蕉的那个地方
    香蕉是他们的主食
    香蕉对于他们来说 就相当于我们的小麦 大米
    那个香蕉的品种是煮食香蕉 也就是cooking banana
    香蕉杂交育种 诱变育种 转基因 不是我们说说那么简单的
    现在倒是有一些很好的抗性品种 但是对于蕉农来说 可能更关注于产量
    所以有些抗性品种 并没有大面积推广
    对于研究4号生理小种的人来说
    深知4号对香蕉的危害
    那个香蕉的茎秆 我们一般也叫做假茎

  29. 蘑菇闪闪说道:

    好想尝一尝大麦克啊!!

  30. linuslee说道:

    关于转基因在本文中的描述我不明白,美国的超级杂草是怎么被污染的?难道它是因为能能跟粮食杂交,才产生的么?

  31. 三八阿花说道:

    您让我想起以前念植保的时候,教授曾经说过:就像人有生老病死一样,植物病害也是这样,没有谁给个万灵药一帖,立马药到病除。无论是植物生长还是病害趋势,都有个波峰波谷......要说谁灭绝谁,倒不如顺其自然

  32. god love scientific girl说道:

    谢谢楼主的知识分享,受益匪浅,单纯从生科方面来说我还有点疑惑细胞杂交技术呢,还有如果从大方面来考虑我感觉楼主应该在涉略一点综合治理比如说生防,化保,除草虫等方面,小女子拙见,望共同进步在感谢一下楼主的知识分享,谢谢有图有文真好!赞

  33. shine说道:

    香蕉枯萎病的罪魁祸首是土壤中的致病真菌,如果在土壤中找到这种真菌的拮抗菌,然后通过施有机肥的方式施入土壤,问题就迎刃而解。

  34. phoenix说道:

    haha

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