现代农业的生产技术

细胞学说、进化论和遗传学的发展导致杂交玉米的出现,使近代农业生产出现了一次巨大的突破。杂交育种的第二次、第三次突破发生在现代农业的初期阶段。

第二次突破是墨西哥小麦。1941年,在美国洛克菲勒基金会的支持下,育种学家布劳尔前往墨西哥选育小麦优良品种,经过长期研究,终于培育出矮秆、高产、抗锈、耐肥、抗倒伏并具有广泛适应性的小麦品种,推广之后,墨西哥小麦从原来的亩产约50kg提高到250kg,并由此掀起了一场“绿色革命”。

第三次突破是菲律宾的水稻。1960年在美国福特基金会和洛克菲勒基金会的共同支持下,菲律宾国际水稻研究所成立。该所利用我国台湾省的三个矮秆品种和印度厄西亚、斯里兰卡的高秆品种杂交。再从这些杂交后代中,选出一种矮秆、早熟、高产的品系,定名为国际水稻—8(IR·8),并首先在东南亚一带推广,一季稻的亩产可高达600～650kg,被誉为“奇迹稻”,使推广地带的农业有了较大改观。

在第三次科技革命时代,数学、物理学、生物学、地学的研究成果是空前的。与以往科技革命的成果相比较,这些成果具有高度综合性、联动性、跳跃性、迅速产业化的特点。大量高科技成果被有效地应用于农业,对于克服近代农业所出现的弊端与不足,对于充分发挥先进生产工具的效能,都发挥了积极的作用。其中,生物工程技术的地位尤其突出。1953年4月25日,华生(J．Watson)和克里克(F．H．Grick)在英国《自然》杂志上发表了“DNA双螺旋结构的分子模型”一文,从而宣布了分子生物学的诞生。该学科在五六十年代获得了一大批令人瞩目的成果,如DNA双螺旋结构的建立、遗传密码的破译和DNA重组的实现,打开了“生命之谜”的大门,是一次最重大的“生物学革命”。20世纪60年代初,在分子生物学的推动下,产生了另一门新兴学科——细胞生物学。它以细胞为生命活动的基本单位,在分子水平上探讨细胞组成及生物大分子的结构与功能的关系,并科学地阐述了细胞的整合功能。

正是在上述生物学革命的基础上,20世纪70年代生物工程技术得以问世。

生物工程技术是指直接或间接地利用生物体的机能生产物质的技术,其内容目前主要包括生物反应技术、细胞培养技术、基因操作技术和细胞融合技术等。

生物工程技术在现代农业中的应用十分广泛,而且在许多方面都已获得显著的成就。

在作物育种方面,生物工程技术打破了生殖屏障,克服了常规育种手段只能培育出种间或种内杂交新品种的不足,实现了远缘杂交。

比利时的一个研究小组采用基因操作的方法,成功地把一种昆虫的毒素基因移植到烟草的细胞中。这种细胞长成植株后,对害虫有很强的抵抗能力,害虫在吃了这种烟草后身体麻痹并很快死去。美国的一个小组把仙人掌基因转移到小麦、玉米和大豆中去,培育出了适合于干旱地区栽培的耐旱品种。

在防治农业病虫害方面,通过生物工程技术可以制成微生物农药,从而克服了长期使用化学农药带来的严重后果,如污染环境,危害人畜健康；毒杀害虫天敌,破坏生态系统平衡；不断提高害虫的抗药性等。

在对微生物农药的研究过程中,美英两国分别应用了放线菌酮和灰黄霉菌素、单端孢菌素防治棉花枯萎病、烟草霜霉病和黄瓜菌核病。日本土地面积小,为提高单产而大量使用化学农药造成了严重后果,所以,日本科学家对生物防治的研究很深入,春日霉素、多氧霉素、有效霉素等农用抗菌素相继出现。以上徽生物农药在使用中都显示出化学农药不可比拟的优越性。近年来各国科学家都十分重视对昆虫病毒的研究,成为微生物防治虫害领域中一个十分活跃的方面。目前,各国已利用40多种病毒用于防治农林害虫。有十几种昆虫病毒及制剂已供应市场,效果显著。

在提高农产品产量质量方面,通过生物工程技术,可以在室内,不受外界环境和气候影响的条件下,大量快速地繁殖优质、无病害的苗木,以工厂化的生产形式满足大面积生产的需要,这就弥补了传统技术的缺陷。以经济林木发展为例,对于5年内成熟的树木,如使用传统技术改良品种培育有价值的结合体,大约需要50年时间；而用了生物工程技术进行组织培养,则只要几个月就能够完成。

另外,使用生物工程技术也可以间接地提高农作物产量,这就是对农业副产品的开发利用。据联合国环境规划署报道,世界农业每年可提供17×108t秸秆。甘蔗榨糖后每年留下5000×104t蔗梢和6700×104t蔗渣。而利用微生物可以将这些废弃物转变为有用物质。比如,通过发酵可生产出蛋白质、糖类、核苷酸、脂肪、有机酸、醇类、维生素、酶制剂等,还可以生产食用菌、饲料、单细胞蛋白和沼气,同时也净化了环境。美国路易斯安那州立大学的专家们,通过生物工程获得了一株强有力的工程菌株——单细胞蛋白生产菌,100kg干的蔗渣可生产出26kg的干菌体。干菌体中含蛋白质量为50%,相当于100kg面粉中蛋白质的含量。