【全息定域选种】
拼译：holographic strain selection in special region
国内外一批全息胚学说的推崇者认为，施莱登(M．J．Schleiden)和许旺(T·Schwann)的细胞学说为生物体结构和功能统一的理论奠定了基础，但对细胞与生物体之间是否存在着独立自主的机能单位并未作出回答。到20世纪80年代，中国张颖清根据自己对生物体的长期观察和深入研究，提出了生物体的全息胚学说，揭示了生物体与细胞之间存在着另一种统一的结构单位和功能单位，这种单位就是全息胚。
全息胚是一种特化了的胚胎，它们虽然形态不同、功能各异，但都含有生物整体的全部信息。生物体上广泛地分布着多种全息胚，全息胚与整体的关系犹如激光全息照片的碎片与整幅照片的关系，每块碎片都能显示出整幅照片的特征，而每个全息胚上的未来器官图谱是整体器官分布图谱的成比例缩小。在植物体上，全息胚的胚胎性质是非常明显的。例如大仙人球上长出许多小仙人球，这些小仙人球都是发育程度很高的全息胚，把它们取下来移栽就成为新的个体。蟹爪兰的每节变态茎都是特化了的胚胎，栽种到土地里都能发育成一株新的蟹爪兰。植物的根茎和块茎同样都是特化的胚胎，像生姜、美人蕉、马铃薯等，都可以用根茎或块茎繁殖新的植株。同一生物体上的全息胚虽然都能反映整体的器官分布图谱，但不同的全息胚不仅特化程度不同，而且活性基因的组合也不一样。表现特定性状的全息胚具有特定的高活性基因组合，当用这种全息胚或从这种全息胚上取一部分细胞或组织来繁殖后代时，高活性基因组合在新个体的基因表达中由于在开启时间序列上和活化程度上一开始就处于优先地位，因此由高活性基因组合表达而成的性状——亲体特定部位的性状在新个体的总体性状中就占据优势地位，这样，新个体的总体性状中某种特定性状就偏向于亲体特定部位的性状。根据这一原理，如果想使生物体某一区域的性状得到加强，就可选取该特定区域繁殖后代，如果该特定区域尚不能直接产生后代，则可从其他能繁殖后代的全息胚上选取对应部位繁殖后代。这种选取特定区域留种以期改良植物的技术就叫做全息定域选种。例如马铃薯，人们需要的是它的块茎，这种块茎生长在全株的下部。根据全息胚原理，一个块茎是一种特化了的胚胎，而在同一块茎上有许多芽眼，每个芽眼也是一个全息胚。虽然同一块茎上的所有芽眼都能长成新株，但同一块茎上不同部位的芽眼，其高活性基因组合各不相同，不同部位的芽眼与块茎、与植株的全息对应关系也有程度上的区别。从整个植株来说，马铃薯块茎这个器官图谱在最下部，那么在马铃薯块茎这个全息胚上，最下部的芽眼与块茎对应相似的程度最高，如果用这种芽眼繁殖后代就能使块茎这个性状在后代中得到加强。根据这种推理，1989年山东省临沂地区用“克新2号”马铃薯进行了大规模的试验，得到了肯定的结果。他们把供试马铃薯的每个块茎一分为二，一部分带顶芽(最下部的芽)，另一部分带基部芽(近地上茎一端的芽)，2月25日单芽薯块直播，3次重复，随机区组排列，6月6日收获，经变量分析，处理间的差异达极显著水平。顶芽组亩产为1128．2kg，基部芽组亩产只有884．3kg。山东临沂地区种子公司全面推广全息定域选种技术，在1988～1989年，甘薯、玉米、高粱、谷子、马铃薯、棉花的产量都超过对照。园艺工作者在菊花、美人蕉、波斯菊等多种花卉植物上用全息定域选种技术，不仅能使品种复壮，株型和花期得到调整和控制，而且保证了花色的纯度，缩短了新品种选育的年限。张颖清还从分子生物学的角度对全息定域选种作出解释。他认为生物体的性状是高活性基因组合表达的结果，而高活性基因组合的形成又是cDNA返接所致。所谓cDNA返接，是指以DNA为模板转录出互补的RNA，在反转录酶的作用下，以RNA为模板逆转录出互补DNA，即cDNA。这种cDNA与原来的DNA整合或与同一基因组中其他的DNA整合就叫返接。返接的结果使某种DNA得到扩增。生物体中除DNA的扩增外也经常发生DNA的缺失。生物体内的DNA扩增和缺失是一种可逆的动态平衡过程，这个过程对生物进化具有重要意义。如果把返接前的DNA称为短DNA，用SDNA表示，返接后的DNA称为长DNA，用LDNA表示，则DNA扩增和缺失的动态平衡就可写成SDNA+cDNA
LDNA。根据查德里(Le Chatelier)平衡移动原理，如果对平衡体系加以某种强制因素，那么该反应系统就会发生有助于除去这种强制因素的变化，即如果某种因素能增加cDNA的转录，那么反应就向DNA扩增方向移动，如果某种因素减少cDNA的转录，则反应将向DNA缺失方向移动。总之，cDNA的多少决定着反应的方向。这样生物体的某种器官或部分使用与否或生物体受某种环境扰动的影响都会改变反应的方向。如果这些因素使生物体的某个性状得到加强时，就意味着实现这种性状的蛋白质合成也加强了，由此可以推断转译该种蛋白质的RNA的数量也在不断增加，从而与这些RNA互补的DNA(cDNA)数量也随之增加，这种cDNA返接入细胞基因组的过程也得到加强。正是由于生物体某一部位通过cDNA的返接增加了某种基因的拷贝数，当选用这个部位繁殖后代时，后代中的某种性状也就得到加强。与此相反，由于某种器官或部分的不使用或某种环境扰动的影响削弱了生物体的某种性状，这就意味着实现这种性状的蛋白质合成减弱，某种或某些基因的活性减弱，某种或某些RNA的浓度降低，从而与这些RNA互补的cDNA的量也降低，DNA的缺失过程加强。根据全息定域选种的分子生物学观点，将会肯定获得性是遗传的。同时对长期以来育种界所信奉的纯系内选择无效观点是一次挑战。作为纯系的生物体，也必然是各种特化的胚胎所组成的，不同特化的全息胚或全息胚的部分其他基因组成在总的方面虽然是相同的，但由于不同部位的高活性基因组合不同，cDNA的返接使不同部位的细胞基因组产生或大或小甚至是极为微小的差异，当从不同部位取种(或芽、插条、接穗、组织、细胞等)来繁殖后代，其后代性状也将会有或大或小甚至是极微小的差异，这些差异足以为自然选择或人工选择提供选样的材料，从而选择永远是有效的。全息定域选种的理论基础是全息胚学说，该学说已逐步得到国内外学者的赞同。但作为一种学说，还将在实践过程中经受挑战和考验，从而作出修正。【参考文献】：1 邢作福．中国农学通报，1991，7(2)：16～212 潘重光，周涵锡，倪德祥．自然杂志，1987，9：671～6723 邢作福．农作物定域选种法．济南：山东科学技术出版社，1989，1～1574 叶永在．福建农学院学报，1984，4：343～3445 张颖清．新生物学观．青岛：青岛出版社，1991，82～141(上海农学院潘重光教授撰)