值得指出,工程烟草、工程番茄、工程马铃薯、工程油菜、工程棉花以及工程大豆等,3~5年内均可投放市场。影响转基因作物品种商业化的主要因素是:
(1)安全性问题,即转入的某一特性对最终产品使用的影响,特别是作为食品,对人体有无不良影响。在遗传转化过程中作为选择标记使用的抗生素(如卡那霉素、氨甲蝶呤等)的安全性,以及导入植物的DNA序列在加工过程中可能出现的改变,也都是值得考虑的问题。
(2)转基因DNA的移动性,即这种DNA是否会转至其他作物或杂草,因而引起环境及生态问题。
(3)对其他农业措施的后效应,如农药及作物遗传背景狭窄,对发展中国家农业及农产品出口的影响等。
(4)公众的接受性,即心理因素。水果或蔬菜(如番茄)均会系统感染病毒,因此人们生食水果或蔬菜,实际上每天都在摄入病毒外壳蛋白。但你愿意吃“带病毒外壳蛋白的转基因番茄”吗?因此,近年转基因作物在欧洲遭到了强烈的抵制,不能不给这一技术的前景蒙上一层阴影。
种子处理
种子处理可使种子和幼苗免遭栖居于土壤的病菌,如腐霉菌、枯斑丝核菌和丝囊霉菌等的侵袭。最广泛使用的杀菌剂是二硫代氨基甲酸盐、二硫代二甲秋兰姆和克菌丹。主要用于蔬菜、玉米和大豆等易在出苗前后发病的作物。
通过种子处理,可控制种子表面携带的病菌,如其孢子覆盖于谷类作物种子表面的黑粉病病菌。有机氯是其主要杀菌剂。20世纪60年代发现用Carboxin处理种子可控制种子内部携带的病菌(如散黑粉病病菌)。也可用有机氯和γ-HCH控制谷类作物种子携带的幼苗害虫,用有机磷等控制小麦球蝇。70年代使用系统性杀菌剂控制谷类作物粉霉病等叶病取得进展。
植物防护的重点从叶转至种子,可节省材料,降低成本,减少对非目标生物的暴露,并减少因天气变化带来的的影响。
通过成形、浸泡、包衣和丸化等方法对种子进行处理,可达到防治的目的。粉剂农药,因其不良黏着性而有大量损失,故渐趋少用。液状农药渐占优势,并且其成形技术更加提高。
薄膜包衣技术是80年代的重大发展。它主要应用制药业的Wurster空气悬液技术。所用胶黏剂是水溶性的可分散的多糖类及其衍生物(如藻酸盐、淀粉、半乳甘露聚糖及纤维素)或合成聚合物(如聚环氧乙烷、聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮),故水和空气可渗透包衣。包衣技术可处理小至牧草种子大至蚕豆的种子。杀虫剂、杀菌剂、除草剂、营养物质、根瘤菌和激素等可混入包衣剂中。通过包衣处理,可防治豌豆腐坏叶斑和荚斑病、象鼻虫和蓟马,还可控制玉米苗期虫害。在中国,对包衣技术进行了探索,用种衣剂1号处理棉花种子,可防治苗期病虫害,促进壮苗早发。前苏联用消毒与聚合物混用形成的药膜可防腐烂,在玉米、向日葵和高梁等作物上应用,效果显著。通过改变聚合物或采用防护层控制化学物质释放,可增长有效期。此外,包衣还可提供不能渗透的防护层,以使不能早春播种的地方在秋天播种,在不吸水的状态下过冬,这个防护层慢慢因霜冻而破裂,在春天可吸水。通过用药剂涮种(即漂洗)、拌种、闷种等方法,也可杀死种子所带的病菌。
有些作物种子的大小与形状无规律性,这对有最佳配置的机械化精播不利。在进行种子处理时,可通过丸化以改变种子形状,将种子做成整齐一致的小球。目前,西北欧地区对甜菜种子处理已普遍丸化,其他如莴苣、菊苣、番茄、韭、葱和白菜等的蔬菜种子也被丸化后用于生产。丸化材料主要包括泥、纤维素粉、氯化亚汞、长石、石灰石、蛭石和泥炭。丸化时应加入胶黏剂、杀虫剂、生长促进剂等。这些丸化小球可耐受播种时的物理冲击,并不妨碍其吸收水分、发芽和生长。
种子处理可克服两种形式的休眠,即因不渗透种子或坚硬种子不能吸水而产生的休眠和因种子内部生理状态带来的休眠。对坚硬种子采取划破种子表壳和磨擦的方法,使种子可渗透水,或进行化学处理,如用浓硫酸处理文竹种子,用丙酮浸泡坚硬的种子,用液态氮处理野生大豆种子3~5分钟,可使其不再硬实。
用低温层积法或用植物生长调节剂(PGRs)进行种子处理,可克服由种子生理状态带来的休眠。
通过种子处理促进发芽和生长的方法,主要有水合处理、应用PGRs及丸化(加入营养)。水合处理,一种是将种子浸于时间与强度受控制的水中;另一种是在发芽时仔细控制水合水平和程度。
对种子进行播种前旱硬化处理可促进发芽且增强其抗旱性;对胡萝卜和甜玉米都有效,其原因是可使收获时未很好发育的胚增大。
引发或渗透调控是通过从一个降低水势的溶液中吸水而控制种子水合,做好出苗一切准备,一旦水势控制解除,种子可迅速发芽出苗的方法。引发可提高很多蔬菜、葡萄、大豆和高粱等种子的发芽率和发芽整齐度。引发要求对种子有精确的水供应,维持合适温度,防止微生物污染且需通风良好。
液体条播比引发更为先进,它可允许种子在最佳温度下的通风水中发芽到胚根长至1~2毫米,将其贮于低温下的通风水或湿空气中,播前与藻酸钠等凝胶混合,播种时通过特殊设备挤压出含种子的一行凝胶。液体条播可消除不能控制的土壤和环境因素对种子发芽和出苗的影响。其结果是20多种作物种子出苗更早、更整齐和更好。此外,也可剔除不发芽种子,把营养、PGRs、杀虫剂和杀菌剂等混进凝胶。此技术已用于防治洋葱的白腐病和胡萝卜根蝇。也可将水合处理的种子丸化处理,如番茄、甜椒、芹菜、茄子、白菜和烟草的种子可用此方法。
用赤霉素液(GA)浸泡,再干燥,可促进棉花和鹰嘴豆幼苗生长,使小麦胚芽鞘长度和莴苣的下胚轴长度增加,使豌豆的茎伸长。用GA处理种子,可使鹰嘴豆、玉米、高粱和向日葵的产量提高,可使向日葵含油量增加。用IAA、NAA、ABA、琥珀酸和2,4-D等生长促进剂有相似效果。用生长抑制剂如矮壮素(CCC)处理冬小麦和冬燕麦的种子,通过缩短其亚冠节间而有更深的分蘖节建成和更深的节根,从而提高抗寒性。用三十烷醇浸种也可提高杂交水稻和大豆的发芽率。
应用有机溶剂对种子进行PGRs处理的优点是,溶剂蒸发而PGRs留于种子组织内,不必干燥种子。用赤霉酸的丙酮溶液和激动素的二氯甲烷溶液处理莴苣种子可克服热休眠,且增加其下胚轴长度,还可加速黄瓜雌花的产生。用丙酮作溶剂可提高刺槐种子发芽率。
对种子进行植物营养处理可提高出苗率和促进生长。用磷肥对小麦、花生、高粱和玉米等进行种子处理可提高干物质产量。小麦种子浸泡在磷酸二氢钾或磷酸二氢钠溶液中可促进出苗。营养种衣,可改善在缺乏营养的土壤中多年生黑麦草的现象。氧化锰处理种子,可缓和燕麦缺锰症。钼酸铵处理种子,可提高大豆产量与质量。铜和锰浸泡小麦种子,也可提高产量。用1 000毫克/升锌溶液处理高粱种子24小时,可提高发芽率,加快生长速度。
将种子丸化,其丸中会混进根瘤菌及氧化钼或钼酸铵等丸化物质,若种子同时还用杀虫剂处理,则可能产生矛盾,但用如聚乙酸乙烯酯的防护层或用抗某特殊杀虫剂的根瘤菌菌系可解决这个问题。此外,对棉花、小麦和玉米用非根瘤菌的固氮菌接种可改善发芽状况,但随菌系与环境状况不同其改善程度不同。
用过氧化物处理种子能够促进出苗,如在丸化物质中加入过氧化钙可改善在饱和水土壤中白三叶草、水稻、小麦、大麦和三叶草的出苗状况(日本和菲律宾应用较多)。用过氧化氢处理杜仲种子可提高其发芽率。过氧化锌对玉米和大豆有类似效应,其原因可能是给种子提供氧。
用磁场和辐射处理种子对一些作物有正效应,如使辣椒早熟,改良退化的小麦,增加番茄株高和初枝数。对西瓜种子催芽前用磁场处理,可增加幼根长度。磁场处理杂交玉米种子可提高发芽率,促进幼苗生长,在小麦、大豆、油菜也有类似结果。此外,激光处理种子也可促进大麦发芽和幼苗生长。还可用太阳光聚焦辐照棉花、水稻种子。
为防止种子退化,可对干燥种子进行低温处理或超低温处理,以利保藏。利用化学干燥剂可延长杂交水稻种子使用年限。用偏二氯乙烯(PVDC)聚合膜,可在贮藏期间防止湿气进入种子,且发芽期间不妨碍种子摄取水分。
在种子干燥前进行水合,可防止种子退化。在贮藏期间对种子进行水合处理,可延长其寿命,并使其在之后的贮藏中维持更高活力。
可使用抗氧化剂防止在衰老期间发生的氧化。丁基对羟基苯甲醛(BHT)因抑制脂类的过氧化作用,可防止欧芹的和洋葱种子的衰老。但这与水渗透或有机溶剂渗透有关,如用BHT的丙酮液则对豆类有效,但其水溶液无效。
综上所述,种子处理的应用范围日益扩大,显示出种子处理的广阔前景。随着种子处理方法的日益增多与改良,它必将得到更广泛的应用。