农业概论 易镇邪湖南农业大学农学院第十一章 农业科技革命第一节 农业科技及其发展进程第二节 第一次现代农业科技革命 第三节 新的农业科技革命的兴起与发展第四节 我国新的农业科技革命战略 50第三节新的农业科技革命的兴起与发展49一、新的农业科技革命产生的背景 科学基础近年来，新发展起来的生物技术、电子计算机技术、遥感技术、微电子技术、激光技术、同位素示踪技术等技术，赋予了常规农业新的技术手段，把当代农业生产推上一个新水平，直接导致了新的农业科技革命。481. 生物技术基础遗传物质脱氧核糖核酸双螺旋结构的发现和DNA重组取得成功，预示着分子生物学和生物技术时代的到来。连续多年来，国际著名杂志科学每年评选的“十大科学进展”中与生物技术和生命科学领域相关的突破都占第一位。47 可以成为新的农业科技革命的巨大推动力的生物技术突破主要有： 双子叶模式植物拟南芥和单子叶模式植物水稻基因图谱的公布(为培育农作物新品种提供指导); 转基因技术、组织培养技术、动物胚胎移植与克隆技术（促进农作物与畜禽品质的改良）； 46 生物肥料、生物农药、新型饲料添加剂的应用（减少化学农药、化肥施用）； 植物抗旱、抗盐基因的发现与应用（改变干旱地区生态环境，使不毛之地、盐碱地变为良田）；45 基因工程极端微生物的应用（废气、废水、废渣处理）； 可降解生物塑料产品的产业化推广（解决工业排放、白色垃圾等环保难题）； 生物能源生产技术的开发（用作物秸秆等生产生物乙醇、生物柴油、生物发电、生物氢等，即以“绿金”代替“黑金”）。442. 信息科学技术基础信息化是当今世界经济和社会发展的大趋势，信息化水平已成为衡量一个国家和地区现代化水平的重要标志。计算机技术与农业的结合形成了农业信息学，其应用已渗透到种质资源、动植物育种、作物栽培、畜禽饲养、土壤肥料、植物保护、农田灌溉、农业机械、农业气象、农产品贮藏加工、农业经济等各领域。特别是地理信息系统、全球定位系统、遥感技术和计算机自动控制系统核心技术的应用，直接导致了“精准农业”的产生，极大地提高了农业生产过程的可控程度。433. 材料科学技术基础材料的更新是科技发展的基础，是人类发展的里程碑。如历史上的石器时代、青铜器时代、铁器时代都是以材料作为时代的主要标志。从农业社会到工业社会的转变是以钢铁、水泥、金属等材料为基础的，而从工业社会到信息社会的转变是以半导体硅材料为基础的。现在，合成有机高分子材料及半导体材料、信息记录材料、传感器用的敏感材料、光导纤维等信息材料的发展将成为新的农业科技革命的基础。42 社会背景1. 人口增长的压力人口的迅速增长是当今世界社会、经济面临的重大挑战。据联合国预测，到21世纪末，世界人口在有效控制条件下将达到110亿，如果得不到有效控制，则有可能达到190亿，食品需求问题是农业发展面临的巨大压力。为解决因人口增长而引起的粮食危机，必须掀起一场新的农业科技革命，以大幅度提高粮食产量。 422. 资源环境的压力人口增长过快，资源和环境承受的压力加剧，加之人类对自然规律的认识有限，人们在提高劳动生产率、土地生产力的同时，导致了地力下降、水土流失、土地荒漠化、环境污染、草原退化等严重后果，由此对农业科技提出了新要求。在日益严峻的资源环境压力下，为实现社会、经济、农业的可持续发展，必须以新的农业科技革命为突破口。40二、新的农业科技革命的重点领域及进展 农业生物技术1. 作物基因工程自1983年首例转基因植物烟草问世至今全球已有120多种植物获得转基因植株。作物基因工程有5种类型：39 抗除草剂基因工程20 世纪80年代以来，美国、法国、加拿大、中国等国家已经育成了一系列抗除草剂的大豆、玉米、棉花、油菜、甜菜、向日葵、水稻、小麦等作物。抗除草剂转基因作物的发展趋势：要选择残留期短、广谱、高效的除草剂，以避免除草剂残留，污染环境、影响人类健康。38 抗虫基因工程20 世纪80 年代首次获得转杀虫蛋白基因的植株，1995 年和1996 年，转抗虫基因马铃薯与棉花、玉米分别进入商业化生产。我国的抗虫基因工程研究进展迅速，主要表现在抗虫棉、抗虫水稻（抗二化螟、三化螟和稻纵卷叶螟，抗褐飞虱）的研究上。目前，抗虫棉已大面积推广，抗螟虫水稻、抗褐飞虱水稻、抗褐飞虱水稻已进入环境释放阶段。37 抗病基因工程抗细菌病害基因工程的主要策略：一是将非植物的抗菌蛋白转入作物杀死病菌，二是转入激发子基因增强作物本身的抗病能力。华中农业大学和中国科学院遗传所研制的转Xa21 基因抗白叶枯病水稻也分别进入中试阶段。抗真菌性病害基因工程的主要策略：一是转入抗病基因，二是转入抗真菌蛋白。36 抗逆基因工程抗逆基因工程的进展表现在抗寒与抗旱上。主要通过转入基因提高作物抗寒与抗旱能力。其中，抗寒可通过转入抗冷诱导基因或提高植物体内不饱和脂肪酸的含量，加强膜脂过氧化防御系统中酶的活性等来实现。35 品质改良基因工程即利用基因工程改良作物品质。如：培育能自身合成维生素A 的“金稻”（利用农杆菌介导法将来自其它物种的psy、cntl 和lcy 基因整合到水稻基因组中，使水稻胚乳能合成维生素A）；含高必需氨基酸的马铃薯（北京大学）；赖氨酸含量比对照提高10%的玉米（中国农业大学）。 34 产量改良基因工程一条途径是改良低光效作物的光合作用效率。将C4作物（玉米）PEPC 基因导入水稻的基因组，提高水稻等C3作物的光合作用效率与粮食作物产量。另一途径是转移来自近缘野生种的有利基因。由于现代栽培品种的大面积单一应用，导致作物的遗传基础狭窄，已成为作物产量改良的重要限制因素。332. 动物生物技术 动物转基因技术动物转基因技术应用：改良畜禽生产性状、提高畜禽抗病力及利用畜禽生产非常规畜牧产品等。32 改良畜禽生产性状。例1：1991年，陈永福将融合基因OMT/pGH获得了转基因猪，其生长速度提高11.8%14.2%，饲料利用率提高10%，还可提高瘦肉率；例2：把原核生物的半胱氨酸合成酶导入绵羊体内，提高羊毛产量。 提高畜禽抗病力。例：谢庆阁等获得了具有口蹄疫病毒（FMDv）核酶（Ribozyme）基因的转基因兔，最终目标是培育抗口蹄疫的转基因家畜。31 转基因动物的开发急需突破的几个问题：一是改进基因转导方法，提高外源基因的整合率；二是提高转基因动物的效率，大力开发功能基因以扩大外源基因源；三是大力研究和开发新的启动子，使其能很好地被调控，并与动物的生长发育相协调；四是加速动物遗传图谱的研究；五是加强科技界的协同攻关，避免重复研究，提高资金使用效益。30 动物乳房生物反应器技术是20世纪90年代初才出现的一项新的动物生物技术，简言之，即：利用动物乳房作为生物发酵工厂来大规模生产可供人类治疗疾病和保健使用的药用蛋白，如基因工程疫苗、抗体、营养品等。29 动物核移植技术动物核移植的目标是要在生产实践中大量的复制优良基因型的动物。1997年Nature宣布了世界上第一只体细胞克隆绵羊“多利”的诞生，标志着动物核移植研究取得了突破性进展，表明高等动物的复制是完全可以实现的。目前已得到了很多种克隆动物。中国农大的克隆牛等等。 28 畜禽基因工程疫苗标记疫苗及其相应鉴别诊断是国际上动物基因工程疫苗研究的前沿技术。标记疫苗的最大特点是可以将疫苗免疫的动物与自然野毒感染的动物有效地区分开。273. 微生物技术目前国外农业微生物技术研究和产业化主要集中在开发微生物肥料和微生物农药两大方面。 26 信息技术1. 农业计算机网络实现网上采购土地、农机设备、化肥、农药、饲料等生产资料。益处：可跨越地域限制进行经营活动；利于改进生产管理；利于生产经验交流，从而改进生产和经营方式，提高农业生产效率。 252. 精确农业精确农业是在GPS(全球卫星定位系统)、GIS(地理信息系统)、空间信息科技支持下，组 装集成的精细农作技术体系，它是以信息技术为 核心的作物科学、农艺学、土壤学、植保科学、资源环境科学和智能化农业装备与自动监控技术 、系统优化决策支持技术的优化组装。优势可将农作技术精确定位到以10m2为 单位的小块土地上，大大降低了作物生产成本和 均衡了作物个体的营养水平。24 农产品储藏加工技术1. 农作物产品贮藏加工技术贮藏技术农产品贮存保鲜的三种主要的方法：低温、气调与化学处理。化学药剂处理：对粮食采用丙酸、山梨酸及氨、盐处理；气调贮藏法：包括充二氧化碳气、充氮气或自然密封造成缺氧条件等。以充二氧化碳副作用最小，应用也最普遍。另外，近年来把保鲜剂掺入薄膜中制成功能性薄膜用来包装保鲜。23 加工技术酶工程、发酵工程的发展使农产品的加工与综合利用技术有了显著提高。如从玉米悬浮胚中提取玉米油，以玉米淀粉经发酵水解产生果葡萄浆的制糖工业和进一步发酵制酒精工业，近年欧美一些国家已有较大规模的发展。222. 畜禽产品贮藏加工近10年来，畜禽加工业发展迅速，特别是现代化的加工、检验和包装技术更取得较快进展。21 节水农业技术现代节水农业技术是在传统的节水农业技术中融入了生物、计算机模拟、电子信息、高分子材料等一系列高新技术而形成的。现代节水农业技术既不是简单的工程节水(农田水利建设，采用管道灌溉，做好渠道防渗)和水管理节水(水的蓄积、调用)问题，也不是简单的农艺节水(研究作物需水规律，确定合适灌溉时间、灌溉量，采用先进灌溉技术)和生物节水(培育高WUE作物品种)问题。20 节水农业领域中的“三新”新理论：土壤水动力学、植物生理学、现代数学理论；新技术：计算机技术、电子信息技术、红外遥感技术等；新材料：高分子复合材料、纳米材料等。19 设施农业栽培技术设施农业是集生物工程、农业工程、环境工程为一体的系统工程，是在外界不适季节，通过设施及环境调节，为作物营造较为适宜的生育环境，达到早熟、高产、优质、高效的集约化生产方式。主要措施：调节设施内温度、湿度、光照、水分、营养、CO2浓度等。设施农业是农业发展中最具有活力的新兴产业之一，世界设施农业面积已达60多万hm2。设施农业十分发达的国家：荷、日、以、美、韩、西、意、法、加等。18第四节我国新的农业科技革命战略17一、我国推进新的农业科技革命的必要性1. 是顺应世界潮流的需要生物技术、信息技术和新材料等高新技术在农业中的应用越来越广泛，标志着新的世界性的农业科技革命正在兴起。在日益激烈的农业国际竞争中，发达国家依靠其雄厚的科技实力占据明显优势。发展中国家与发达国家的差距仍在扩大。在这种形势下，我国农业发展面临严峻挑战，也蕴含着巨大潜力和难得机遇。162为了满足我国新阶段农业对科技的需求我国新阶段农业对农业科技提出了更高的要求，表现在4个方面：调整农业和农村经济结构、增加农民收入必 须加速农业科技进步；人口增长、人民生活水平不断提高和农村人 口向城镇转移，对农业生产包括粮食生产提出更高的 要求；合理开发资源、保护环境，促进农业可持续 发展，根本出路在于科技进步；提高我国农业的国际竞争力，必须依靠科技 进步。要满足这种需求，必须推进我国新的农业科技 革命。153. 是实现农业跨越发展的需要要实现传统农业向现代农业的跨越，缩小与发达国家的差距，必须推进我国新的农业科技革命，要在农业科学研究与技术开发上取得重大突破，并加速高新技术在农业上的应用，从而大幅度提高农业科技整体水平，实现农业生产力水平质的飞跃。14二、我国新的农业科技革命的指导方针与思路 16字方针自主创新加速转化提升产业率先跨越13自主创新：通过原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新，在农业科学前沿和高新技术领域形成一批拥有自主知识产权的核心技术，降低对外技术的依存度。加速转化：通过改善农业科技成果中试熟化条件，培育新型农民，推进农科教大联合和产学研相结合，大幅度提高农业科技成果转化为现实生产力的速度和水平。12提升产业：通过