農(nóng)業(yè)概論第15次課課件第十一章 農(nóng)業(yè)科技革命2

第八章農(nóng)業(yè)科技革命第一節(jié)農(nóng)業(yè)科技及其發(fā)展進程第二節(jié)第一次現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技革命第三節(jié)新的農(nóng)業(yè)科技革命的興起與發(fā)展第四節(jié)我國新的農(nóng)業(yè)科技革命戰(zhàn)略

50第三節(jié)

新的農(nóng)業(yè)科技革命的興起與發(fā)展49一、新的農(nóng)業(yè)科技革命產(chǎn)生的背景㈠科學(xué)基礎(chǔ)近年來，新發(fā)展起來的生物技術(shù)、電子計算機技術(shù)、遙感技術(shù)、微電子技術(shù)、激光技術(shù)、同位素示蹤技術(shù)等技術(shù)，賦予了常規(guī)農(nóng)業(yè)新的技術(shù)手段，把當(dāng)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)推上一個新水平，直接導(dǎo)致了新的農(nóng)業(yè)科技革命。481.生物技術(shù)基礎(chǔ)遺傳物質(zhì)脫氧核糖核酸雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)和DNA重組取得成功，預(yù)示著分子生物學(xué)和生物技術(shù)時代的到來。連續(xù)多年來，國際著名雜志《科學(xué)》每年評選的“十大科學(xué)進展”中與生物技術(shù)和生命科學(xué)領(lǐng)域相關(guān)的突破都占第一位。47可以成為新的農(nóng)業(yè)科技革命的巨大推動力的生物技術(shù)突破主要有：①雙子葉模式植物擬南芥和單子葉模式植物水稻基因圖譜的公布(為培育農(nóng)作物新品種提供指導(dǎo));②轉(zhuǎn)基因技術(shù)、組織培養(yǎng)技術(shù)、動物胚胎移植與克隆技術(shù)（促進農(nóng)作物與畜禽品質(zhì)的改良）；46③生物肥料、生物農(nóng)藥、新型飼料添加劑的應(yīng)用（減少化學(xué)農(nóng)藥、化肥施用）；④植物抗旱、抗鹽基因的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用（改變干旱地區(qū)生態(tài)環(huán)境，使不毛之地、鹽堿地變?yōu)榱继铮?5⑤基因工程極端微生物的應(yīng)用（廢氣、廢水、廢渣處理）；⑥可降解生物塑料產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化推廣（解決工業(yè)排放、白色垃圾等環(huán)保難題）；⑦生物能源生產(chǎn)技術(shù)的開發(fā)（用作物秸稈等生產(chǎn)生物乙醇、生物柴油、生物發(fā)電、生物氫等，即以“綠金”代替“黑金”）。442.信息科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)信息化是當(dāng)今世界經(jīng)濟和社會發(fā)展的大趨勢，信息化水平已成為衡量一個國家和地區(qū)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。計算機技術(shù)與農(nóng)業(yè)的結(jié)合形成了農(nóng)業(yè)信息學(xué)，其應(yīng)用已滲透到種質(zhì)資源、動植物育種、作物栽培、畜禽飼養(yǎng)、土壤肥料、植物保護、農(nóng)田灌溉、農(nóng)業(yè)機械、農(nóng)業(yè)氣象、農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟等各領(lǐng)域。特別是地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)、遙感技術(shù)和計算機自動控制系統(tǒng)核心技術(shù)的應(yīng)用，直接導(dǎo)致了“精準農(nóng)業(yè)”的產(chǎn)生，極大地提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的可控程度。433.材料科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)材料的更新是科技發(fā)展的基礎(chǔ)，是人類發(fā)展的里程碑。如歷史上的石器時代、青銅器時代、鐵器時代都是以材料作為時代的主要標(biāo)志。從農(nóng)業(yè)社會到工業(yè)社會的轉(zhuǎn)變是以鋼鐵、水泥、金屬等材料為基礎(chǔ)的，而從工業(yè)社會到信息社會的轉(zhuǎn)變是以半導(dǎo)體硅材料為基礎(chǔ)的?，F(xiàn)在，合成有機高分子材料及半導(dǎo)體材料、信息記錄材料、傳感器用的敏感材料、光導(dǎo)纖維等信息材料的發(fā)展將成為新的農(nóng)業(yè)科技革命的基礎(chǔ)。42㈡社會背景1.人口增長的壓力人口的迅速增長是當(dāng)今世界社會、經(jīng)濟面臨的重大挑戰(zhàn)。據(jù)聯(lián)合國預(yù)測，到21世紀末，世界人口在有效控制條件下將達到110億，如果得不到有效控制，則有可能達到190億，食品需求問題是農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨的巨大壓力。為解決因人口增長而引起的糧食危機，必須掀起一場新的農(nóng)業(yè)科技革命，以大幅度提高糧食產(chǎn)量。422.資源環(huán)境的壓力人口增長過快，資源和環(huán)境承受的壓力加劇，加之人類對自然規(guī)律的認識有限，人們在提高勞動生產(chǎn)率、土地生產(chǎn)力的同時，導(dǎo)致了地力下降、水土流失、土地荒漠化、環(huán)境污染、草原退化等嚴重后果，由此對農(nóng)業(yè)科技提出了新要求。在日益嚴峻的資源環(huán)境壓力下，為實現(xiàn)社會、經(jīng)濟、農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，必須以新的農(nóng)業(yè)科技革命為突破口。40二、新的農(nóng)業(yè)科技革命的重點領(lǐng)域及進展㈠農(nóng)業(yè)生物技術(shù)1.作物基因工程自1983年首例轉(zhuǎn)基因植物―煙草問世至今全球已有120多種植物獲得轉(zhuǎn)基因植株。作物基因工程有5種類型：39⑴抗除草劑基因工程20世紀80年代以來，美國、法國、加拿大、中國等國家已經(jīng)育成了一系列抗除草劑的大豆、玉米、棉花、油菜、甜菜、向日葵、水稻、小麥等作物?？钩輨┺D(zhuǎn)基因作物的發(fā)展趨勢：要選擇殘留期短、廣譜、高效的除草劑，以避免除草劑殘留，污染環(huán)境、影響人類健康。38⑵抗蟲基因工程20世紀80年代首次獲得轉(zhuǎn)殺蟲蛋白基因的植株，1995年和1996年，轉(zhuǎn)抗蟲基因馬鈴薯與棉花、玉米分別進入商業(yè)化生產(chǎn)。我國的抗蟲基因工程研究進展迅速，主要表現(xiàn)在抗蟲棉、抗蟲水稻（抗二化螟、三化螟和稻縱卷葉螟，抗褐飛虱）的研究上。目前，抗蟲棉已大面積推廣，抗螟蟲水稻、抗褐飛虱水稻、抗褐飛虱水稻已進入環(huán)境釋放階段。37⑶抗病基因工程抗細菌病害基因工程的主要策略：一是將非植物的抗菌蛋白轉(zhuǎn)入作物殺死病菌，二是轉(zhuǎn)入激發(fā)子基因增強作物本身的抗病能力。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)和中國科學(xué)院遺傳所研制的轉(zhuǎn)Xa21基因抗白葉枯病水稻也分別進入中試階段?？拐婢圆『蚬こ痰闹饕呗裕阂皇寝D(zhuǎn)入抗病基因，二是轉(zhuǎn)入抗真菌蛋白。36⑷抗逆基因工程抗逆基因工程的進展表現(xiàn)在抗寒與抗旱上。主要通過轉(zhuǎn)入基因提高作物抗寒與抗旱能力。其中，抗寒可通過轉(zhuǎn)入抗冷誘導(dǎo)基因或提高植物體內(nèi)不飽和脂肪酸的含量，加強膜脂過氧化防御系統(tǒng)中酶的活性等來實現(xiàn)。35⑸品質(zhì)改良基因工程即利用基因工程改良作物品質(zhì)。如：培育能自身合成維生素A的“金稻”（利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法將來自其它物種的psy、cntl和lcy基因整合到水稻基因組中，使水稻胚乳能合成維生素A）；含高必需氨基酸的馬鈴薯（北京大學(xué)）；賴氨酸含量比對照提高10%的玉米（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)）。34⑹產(chǎn)量改良基因工程一條途徑是改良低光效作物的光合作用效率。將C4作物（玉米）PEPC基因?qū)胨镜幕蚪M，提高水稻等C3作物的光合作用效率與糧食作物產(chǎn)量。另一途徑是轉(zhuǎn)移來自近緣野生種的有利基因。由于現(xiàn)代栽培品種的大面積單一應(yīng)用，導(dǎo)致作物的遺傳基礎(chǔ)狹窄，已成為作物產(chǎn)量改良的重要限制因素。332.動物生物技術(shù)⑴動物轉(zhuǎn)基因技術(shù)動物轉(zhuǎn)基因技術(shù)應(yīng)用：改良畜禽生產(chǎn)性狀、提高畜禽抗病力及利用畜禽生產(chǎn)非常規(guī)畜牧產(chǎn)品等。32改良畜禽生產(chǎn)性狀。例1：1991年，陳永福將融合基因OMT/pGH獲得了轉(zhuǎn)基因豬，其生長速度提高11.8%－14.2%，飼料利用率提高10%，還可提高瘦肉率；例2：把原核生物的半胱氨酸合成酶導(dǎo)入綿羊體內(nèi)，提高羊毛產(chǎn)量。提高畜禽抗病力。例：謝慶閣等獲得了具有口蹄疫病毒（FMDv）核酶（Ribozyme）基因的轉(zhuǎn)基因兔，最終目標(biāo)是培育抗口蹄疫的轉(zhuǎn)基因家畜。31轉(zhuǎn)基因動物的開發(fā)急需突破的幾個問題：一是改進基因轉(zhuǎn)導(dǎo)方法，提高外源基因的整合率；二是提高轉(zhuǎn)基因動物的效率，大力開發(fā)功能基因以擴大外源基因源；三是大力研究和開發(fā)新的啟動子，使其能很好地被調(diào)控，并與動物的生長發(fā)育相協(xié)調(diào)；四是加速動物遺傳圖譜的研究；五是加強科技界的協(xié)同攻關(guān)，避免重復(fù)研究，提高資金使用效益。30⑵動物乳房生物反應(yīng)器技術(shù)~是20世紀90年代初才出現(xiàn)的一項新的動物生物技術(shù)，簡言之，即：利用動物乳房作為生物發(fā)酵工廠來大規(guī)模生產(chǎn)可供人類治療疾病和保健使用的藥用蛋白，如基因工程疫苗、抗體、營養(yǎng)品等。29⑶動物核移植技術(shù)動物核移植的目標(biāo)是要在生產(chǎn)實踐中大量的復(fù)制優(yōu)良基因型的動物。1997年《Nature》宣布了世界上第一只體細胞克隆綿羊“多利”的誕生，標(biāo)志著動物核移植研究取得了突破性進展，表明高等動物的復(fù)制是完全可以實現(xiàn)的。目前已得到了很多種克隆動物。中國農(nóng)大的克隆牛等等。28⑷畜禽基因工程疫苗標(biāo)記疫苗及其相應(yīng)鑒別診斷是國際上動物基因工程疫苗研究的前沿技術(shù)。標(biāo)記疫苗的最大特點是可以將疫苗免疫的動物與自然野毒感染的動物有效地區(qū)分開。273.微生物技術(shù)目前國外農(nóng)業(yè)微生物技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)化主要集中在開發(fā)微生物肥料和微生物農(nóng)藥兩大方面。26㈡信息技術(shù)1.農(nóng)業(yè)計算機網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)網(wǎng)上采購?fù)恋?、農(nóng)機設(shè)備、化肥、農(nóng)藥、飼料等生產(chǎn)資料。益處：可跨越地域限制進行經(jīng)營活動；利于改進生產(chǎn)管理；利于生產(chǎn)經(jīng)驗交流，從而改進生產(chǎn)和經(jīng)營方式，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。252.精確農(nóng)業(yè)精確農(nóng)業(yè)是在GPS(全球衛(wèi)星定位系統(tǒng))、GIS(地理信息系統(tǒng))、空間信息科技支持下，組裝集成的精細農(nóng)作技術(shù)體系，它是以信息技術(shù)為核心的作物科學(xué)、農(nóng)藝學(xué)、土壤學(xué)、植?？茖W(xué)、資源環(huán)境科學(xué)和智能化農(nóng)業(yè)裝備與自動監(jiān)控技術(shù)、系統(tǒng)優(yōu)化決策支持技術(shù)的優(yōu)化組裝。優(yōu)勢——可將農(nóng)作技術(shù)精確定位到以10m2為單位的小塊土地上，大大降低了作物生產(chǎn)成本和均衡了作物個體的營養(yǎng)水平。24㈢農(nóng)產(chǎn)品儲藏加工技術(shù)1.農(nóng)作物產(chǎn)品貯藏加工技術(shù)貯藏技術(shù)——農(nóng)產(chǎn)品貯存保鮮的三種主要的方法：低溫、氣調(diào)與化學(xué)處理?；瘜W(xué)藥劑處理：對糧食采用丙酸、山梨酸及氨、鹽處理；氣調(diào)貯藏法：包括充二氧化碳氣、充氮氣或自然密封造成缺氧條件等。以充二氧化碳副作用最小，應(yīng)用也最普遍。另外，近年來把保鮮劑摻入薄膜中制成功能性薄膜用來包裝保鮮。23加工技術(shù)——酶工程、發(fā)酵工程的發(fā)展使農(nóng)產(chǎn)品的加工與綜合利用技術(shù)有了顯著提高。如從玉米懸浮胚中提取玉米油，以玉米淀粉經(jīng)發(fā)酵水解產(chǎn)生果葡萄漿的制糖工業(yè)和進一步發(fā)酵制酒精工業(yè)，近年歐美一些國家已有較大規(guī)模的發(fā)展。222.畜禽產(chǎn)品貯藏加工近10年來，畜禽加工業(yè)發(fā)展迅速，特別是現(xiàn)代化的加工、檢驗和包裝技術(shù)更取得較快進展。21㈣