方舟子:玉米颜色的秘密

2013-09-14 | 作者: | 标签: 方舟子 玉米颜色的秘密

 

图paintcutpaste.com

提要:五颜六色的玉米棒子在美国叫做印第安彩虹玉米,是一种古老的“天然”玉米。玉米粒是什么颜色,首先取决于糊粉层的颜色。糊粉层里的色素属于花青素,根据花青素的种类和含量,表现出紫色、蓝色、红色等颜色。

近日中国农业大学戴景瑞院士等科学家带领一批网友到试验田体验、品尝抗虫转基因玉米,有网络媒体在报道此事时,配了一张长着五颜六色玉米粒的玉米棒子图片,暗示这就是转基因玉米。事实上那天品尝的抗虫转基因玉米粒只有黄色一种颜色,除了因为没被虫子咬过看上去更加漂亮外,在外观上与同品种的普通玉米并无区别。那种五颜六色的玉米棒子在美国叫做印第安彩虹玉米,并非转基因品种,而是一种来源比较古老的“天然”玉米。

玉米是在几千年前由美洲原住民培育的,在美洲还保留着一些古老的品种,这些印第安玉米的颜色和我们平常吃的玉米的颜色不一样,有紫色、蓝色、红色等多种颜色。但印第安玉米粒比较硬,通常不能直接吃,而是用来磨成玉米粉。印第安玉米因为五颜六色显得好看,人们也会把玉米棒子挂起来当装饰品。

为什么玉米粒会有这么多种颜色呢?玉米粒是玉米的种子,最里面是胚,胚外面是胚乳,胚乳外面是糊粉层,最外面是种皮。玉米种皮是透明的,所以玉米粒是什么颜色,首先取决于糊粉层是什么颜色,也就是那里含有什么样的色素。糊粉层里的色素属于花青素,根据花青素的种类和含量,表现出紫色、蓝色、红色等颜色。但也有的玉米品种的糊粉层不生产花青素,糊粉层是透明的,这时候玉米粒的颜色就取决于下面的胚乳的颜色。有的玉米品种的胚乳里含有大量的胡萝卜素,这种品种的玉米粒看上去就是黄色的。也有的玉米品种的胚乳粒胡萝卜素的含量很低,这时看上去就是白色的。我们平时吃的玉米,就是不含花青素的玉米,其玉米粒不是黄色就是白色的。

玉米是异花授粉的植物,雌雄同株,主要通过风将雄穗的花粉传播到雌穗的柱头上,完成授粉。如果旁边种的是不同品种的玉米,风把花粉吹来吹去,不同品种之间的玉米就容易出现杂交。如果不同品种的玉米粒的颜色是不同的,杂交的后果就有可能在同一个玉米棒的不同玉米粒出现不同的颜色(每个玉米粒各有自己一套基因)。所以在“天然”状态下,很容易出现杂色的玉米棒。要种清一色的玉米棒,反而需要精心挑选、培育。所以我们现在吃的黄色、白色玉米,其实是长期人工选择的结果。黄色玉米富含胡萝卜素,营养价值较高,白色玉米则较不容易变质,各有优势。

也有的玉米棒子,在同一个玉米粒里就有不同的颜色。例如有的印第安玉米,玉米粒的黄色背景里散布着紫色的色块、色斑、色线,非常好看。这是怎么回事呢?这个问题让研究玉米遗传的美国遗传学家芭芭拉•麦克林托克疑惑不解。她在做了大量的遗传试验后(其实玉米并不是很好的遗传试验材料,因为一年只能种一次),提出了一个惊人的假说。玉米花青素的生产是由一个基因控制的,我们把这个基因叫做C基因。以紫色玉米为例,这个C基因如果起作用,玉米粒糊粉层里有花青素,这时我们就看到玉米粒是紫色的。玉米染色体里还有一个基因叫Ds基因,它能影响C基因是否起作用。有的玉米品种,Ds基因插到了C基因的中间,把C基因分割成两半,这时C基因就失去了作用,糊粉层里没有花青素,玉米粒是胚乳的颜色,例如黄色。

玉米粒的糊粉层是由一个细胞不停地分裂、增殖产生的。一个细胞在分裂成两个子细胞时,有时候基因会发生变化,例如发生了突变。但是麦克林托克提出了一个全新的假说。她认为在细胞分裂过程中,Ds基因有时会从C基因中跑出来,跳到染色体的别的位置上,这个过程由一个叫AC的基因控制。Ds基因跑掉后,C基因变完整了,又可以生产花青素了,那么这个细胞的后代就都含有花青素,出现紫色。这样产生的玉米粒,它的糊粉层既有不含花青素的透明细胞,又有含花青素的细胞,玉米粒看上去就是黄色中夹杂着紫色。Ds基因发生跳跃的细胞出现得越早,其后代细胞越多,紫色面积就越大。

在细胞分裂过程中有的基因居然会跳来跳去?这听上去很不可思议。麦克林托克在上个世纪40年代末提出这个假说时,很少有人相信。当时的遗传学家虽然推崇麦克林托克的研究,但是对她提出的这个跳跃基因假说(叫转座现象)很是怀疑。直到分子生物学在上世纪七十年代有了大进展,Ds和AC基因都被克隆出来,基因会发生跳跃的机理也搞清楚了,麦克林托克的假说变成了事实,得到了公认。同时人们也发现,转座现象是一个很普遍、很重要的遗传现象,在其他生物体也会发生,涉及很多功能。1983年,麦克林托克独享诺贝尔生理学奖。玉米的美丽颜色里竟蕴藏着一个重大的遗传秘密,被一个孤独的女遗传家揭示了出来。(来源:新华每日电讯

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