上世紀８０年代中期,，我國科學家進行著一項鮮為人知的實驗,。他們將一束離子加速，注入到生物體內(nèi),，想
看看實驗體系中究竟發(fā)生了什么,。１９８６年終于發(fā)現(xiàn)，離子注入后的水稻種子如同搭乘阿波羅飛船太空旅行的玉米一樣,，葉片上出現(xiàn)了黃色的條紋,。人們深入研究了這一現(xiàn)象，并很快投入了應用,。
離子束在生物工程學中的應用離不開對原初過程的理解,。研究發(fā)現(xiàn)，離子束就像“手術(shù)刀”那樣可對生物體表面進行刻蝕,，留下一個個納米尺度的微孔,，后來的離子甚至比離子大幾十、上百倍的ＤＮＡ分子,，也可由此注入細胞,。離子注入細胞時,，不斷把它的能量傳遞給被它碰撞的“靶”原子，自身的速度慢慢降下來,。被它碰撞的靶原子如果獲得較大的能量,，就會從原來的位置跑出來，也像注入離子那樣碰撞其他的靶原子,。這就好比打臺球,，主球（注入離子或從原位撞出的原子）擊中排列在一起的彩球（生物分子）中的某一個（組成分子的原子）,，引起級聯(lián)碰撞，被碰到的所有球都移動位置重新排列,。最終,，慢化后的注入離子、移位原子和本底元素在新的位置上重組,，按化學反應規(guī)律形成新的分子,。
這種規(guī)律用于解釋離子注入生物效應物理化學過程是成功的。但是,，中國科學家并沒有就此止步,，而是提出了新的命題，即“低能離子在生命化學起源和星際分子形成中的作用”問題,。天文觀察可知,，太陽風和星際分子間低能粒子占絕大部分。在原始大氣中,，由于雷電,、火山爆發(fā)、地殼放射性元素的衰變,，都可能產(chǎn)生低能粒子,。模擬星際分子或原始大氣組份離子，如Ｃ＋離子注入水,，可形成甲酸,、乙酸和丙酸，Ｎ＋離子注入水可形成氨水,，而Ｃ＋離子注入氨水可形成三種氨基酸,。后來的實驗證明，ＣＯ＋,、ＣＯ２＋,、ＣＨ４＋離子注入水可形成豐富有機分子；離子注入有機分子,，只要實驗系統(tǒng)中有氮參與,，不管氮元素是有機分子中所含有的還是來自注入離子，都有一定的幾率形成帶有氨基的有機分子,，有的還可以形成氨基酸,，提示低能離子在生命化學起源中或星際分子形成中的確發(fā)揮了重要作用。這種作用可以發(fā)生在海洋,，也可以發(fā)生在陸地,，再淌入海洋。
上述研究不僅增加了人們對生命化學起源途徑的認識,，而且對開拓離子束生物工程學應用提供了重要的基礎知識,。
所謂離子束生物工程,，就是將人們希望的離子注入到遺傳物質(zhì)上，使原子分子移位,、重排,，最終按化學反應規(guī)律重組ＤＮＡ分子結(jié)構(gòu)；或者,，利用離子束加工細胞,，在細胞壁形成可修復的小孔，改變孔底電性,，促進外源基因（組）轉(zhuǎn)入細胞,，實現(xiàn)在新的背景條件下的遺傳轉(zhuǎn)化。
離子束生物工程學從開創(chuàng)到技術(shù)系統(tǒng)建立到實際應用才只有十年多的時間,，已在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上發(fā)揮了重要作用,。
例如，離子束生物技術(shù)修飾的維生素Ｃ高產(chǎn)菌株產(chǎn)業(yè)化使我國維生素Ｃ行業(yè)在國際競爭中取勝就是個典型的例子,。眾所周知,，維生素Ｃ是我國戰(zhàn)略出口產(chǎn)品。２０世紀９０年代初,，國內(nèi)有近３０家企業(yè),，出口占國際市場３０％左右，擠占了國際市場,。于是,，國際維生素Ｃ巨頭掀起價格大戰(zhàn)，使我國Ｖｃ行業(yè)損失慘重,，到１９９８年,，只剩下四家苦苦支撐。正是在這一年,，維生素Ｃ高產(chǎn)菌株轉(zhuǎn)讓東北制藥和江山制藥,，在３００噸罐試產(chǎn)，糖 － 酸克分子轉(zhuǎn)化率達到９４．８％,，重量轉(zhuǎn)化率為１０２％,。這就是說，１００公斤山梨糖可產(chǎn)出１０２公斤古龍酸（維生素Ｃ前體）,，幾乎接近菌種轉(zhuǎn)化率的極限,，被喻為“自Ｖｃ二步法發(fā)酵發(fā)明以來的重大突破”，引起一場“間諜戰(zhàn)”,。
據(jù)業(yè)內(nèi)專家透露，現(xiàn)在,，全行業(yè)都在使用新菌株,。２００２年,，我國Ｖｃ行業(yè)成為國際主要供應商，當年下半年就為國家新增外匯２０００萬美元,，２００３年僅江蘇江山一家,，創(chuàng)造利潤就有２億元。
再如,，花生四烯酸是人體必需不飽和脂肪酸,。但是，由于花生四烯酸資源限制,，遲遲得不到開發(fā)利用,。２０００年，為推廣應用離子束生物工程菌生產(chǎn)花生四烯酸技術(shù),，在武漢成立一家新公司——武漢烯王生物工程公司,，２００２年建廠投產(chǎn)，產(chǎn)品出口歐美,、東南亞二十多個國家和地區(qū),。２００３年按歐盟食品標準通過認證，吸引世界５００強之一的嘉吉公司投資,，有可能建成世界上最大的花生四烯酸生產(chǎn)基地,。
糧食安全是國家發(fā)展、社會穩(wěn)定的關鍵因素之一,。１９９７年,，離子束生物工程學瞄準改變雙季稻區(qū)稻農(nóng)雙搶時節(jié)緊張、艱苦,、低效的耕作技術(shù),，創(chuàng)制一種即做早稻直播又做晚稻直播的水稻新種質(zhì)。經(jīng)過７年１４季的研究,，終于開發(fā)出“雙季同種,，聯(lián)作直播”雙季稻種植新模式。
?。玻埃埃?、２００３年春秋四季由省、市組織專家跟蹤測評,，每季畝產(chǎn)均在５００千克以上,。經(jīng)農(nóng)業(yè)部稻米質(zhì)量檢測中心檢測，所有指標達到部頒優(yōu)質(zhì)米標準,。據(jù)專家測算,，新技術(shù)每畝每季節(jié)省費用１８９元，配以機械化收割,，一個稻農(nóng)可由原來只能耕作５畝發(fā)展到５０畝,。這一新技術(shù)的核心在于雙季用同一個品種,。如果品種不同，早稻品種收割時的落粒就變成晚稻品種的雜草,，不僅影響晚稻產(chǎn)量,，而且由于品種混雜而影響晚稻的商品性。
糧食安全還有一個儲存問題,。國家每年花在水稻儲存上的費用達數(shù)百億元,，給財政帶來沉重負擔。１９９７年,，離子束生物技術(shù)結(jié)合常規(guī)育種,，創(chuàng)制了耐儲存水稻皖鑒２０９０，儲存４２個月發(fā)芽率仍在９８％,，而日本耐儲存水稻ＤＡＷ ＤＡＭ發(fā)芽率已降為零,。溫總理非常重視，親自批示：“這是一項對保障國家糧食安全有重大意義的研究工作,。要集中優(yōu)勢力量聯(lián)合攻關,，加快水稻及其他糧食作物耐儲品種的培育和推廣步伐，爭取早日解決糧食安全儲存問題”,。
科學家預言,，開發(fā)與人類健康有關的多種營養(yǎng)素集中到一種植物的技術(shù)是２１世紀農(nóng)業(yè)生物技術(shù)發(fā)展方向之一。離子束生物工程學在這方面的應用顯示其獨特的優(yōu)點,。
?。保梗梗改晗奶欤戏实蜏囟嘤?，西瓜賣不出去,，瓜農(nóng)一季的辛苦白費了。這種情況觸發(fā)了科技人員的靈感：“瓜農(nóng)既賣瓜又賣葉子就好了”,。他們用離子束介導法把銀杏遺傳物質(zhì)導入西瓜,，當代在西瓜葉內(nèi)檢測到銀杏內(nèi)脂。如果這一性狀能穩(wěn)定遺傳,，那西瓜葉將會像銀杏葉一樣值錢了,。在２０００年中國首屆博士后學術(shù)大會上，報道這一實驗的論文在９００多篇論文中脫穎而出,，獲得了農(nóng)林口唯一的一等獎,。
后來的研究表明，在瓜葉,、莖中含有銀杏內(nèi)脂的西瓜植株呈遞增趨勢,。在每代種植的２００株中，第四代有６株、第五代９株,、今年（第六代）１１株,。從一級質(zhì)譜和二級質(zhì)譜看，所有檢測到的銀杏內(nèi)酯都是Ｃ型,。
為了開展離子束生物工程學應用的研究，中國科學家發(fā)明了“低能離子束細胞修飾技術(shù)和裝置”,，成為新領域研究的基本方法和經(jīng)典裝置,。２００３年，國家知識產(chǎn)權(quán)局和世界知識產(chǎn)權(quán)組織授予這一發(fā)明為“中國專利金獎”,。
現(xiàn)在,，他們又開發(fā)出一個一個地向細胞預定位置投射離子的技術(shù)。中國科學院組織專家驗收時指出,，這是“我國離子束輻照技術(shù)的重大突破,，必將大大開拓離子束的應用范圍”。
這種單離子束細胞精確定位技術(shù)使科學家能選擇性地照射細胞,、細胞核或細胞器,，切斷基因，研究損傷修復,、信號傳導,、基因表達調(diào)控和發(fā)育生物學等熱點課題。
科技創(chuàng)新是一個民族立足的根本,。離子束生物工程學作為新的交叉學科分支已經(jīng)走過了十多年的時間,。到２００３年底統(tǒng)計，僅本實驗室一家利用離子束生物技術(shù)育成１８個新品種大面積推廣,，６個新菌株全部產(chǎn)業(yè)化,，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上創(chuàng)造了３０億元的經(jīng)濟效益。
去年,，中國科學院在知識創(chuàng)新工程總結(jié)材料中,，將“離子束生物工程學”列為全院３１項“已經(jīng)取得的高技術(shù)領域?qū)ξ覈a(chǎn)業(yè)發(fā)展具有帶動作用，對國家安全具有戰(zhàn)略意義的自主創(chuàng)新成果”之一和６９項“已培育出的新的科技增長點”之一,，且作為建院５０年周年成果展８０余項成果之一,。幾年來，安徽省人民政府連續(xù)獎勵實驗室４７萬元,。(http://www.bioon.com/)
