第三节 现代农业科技革命的科学基础

　　现代农业科技革命拥有广泛的社会基础，是社会发展的必然结果。但是，现代农业科技是在继承的基础上发展的，不能建立在空中楼阁之上。因此，只有建立了一定的科学和物质基础之后，现代农业科技革命才可望得以进行。分析科学技术的未来发展趋势，及当前科学技术的发展现状，可以发现，现代农业科技革命已具备了较好的科学和物质基础。

一、生命科学技术基础

（一）生命科学技术的发展

生命科学技术将是21世纪最有成就的科技领域。可毫不夸张地称新的世纪为生物技术的世纪。目前，我们处在生命科学技术重大突破的前夜，各国科学家正在联合起来紧张地开展研究工作，绘制人类基因图。这是一部包含人类全部遗传信息的百科全书。这项伟大的工作在2000年前完成，必将对21世纪前15年内陆续出现的新治疗方法和大量新药的研制成功，产生极有利的推动作用。自20世纪70年代人类首次掌握了切割和拼接脱氧核糖核酸（DNA）以来，DNA技术或者说遗传工程的应用价值几乎是无限的。近年来，医生们几乎每星期都能找到引起某种疾病的基因。人类基因图谱的完成，将使医学科学研究人员不仅可以找到有缺陷的基因，而且可以运用插入基因的遗传工程，把健康基因植入有一个错误基因拷贝的细胞内，这片新基因能使细胞恢复正常，从而治好疾病。因此科学家预测，到2005年至2007年间，医学上将掌握把癌细胞矫正为正常细胞的方法，意味着人类最终征服癌症。同样的，早老性痴呆症的病因，也将从基因缺陷的诊治着手，找到治愈的方法。此外，遗传工程技术还能为目前的一些人类疾病，如秃发症、白血病、诵读困难症、高血压、肾病等找到新的治疗方法。乐观地预计，艾滋病的治愈在2008年可望解决。

21世纪中叶世界人口将达到90亿至100亿，约为现在的2倍。要满足100亿人口的粮食供应，依赖现有的作物品种是远远不够的，必须培育光合作用效率高的农作物。利用基因重组技术可制成与光合作用有关的增强基因，培育收获率高的农作物，可成倍提高谷物的产量；可利用生物技术培育出抗病、抗虫害、耐气候性强的植物，并使之实用化；还可以开发出能生存于以前不适于生存的、贫瘠的或盐碱土壤的作物。在畜牧业部门，利用基因技术能促进家畜的生长，并通过改变它们的机体成分，改变脂肪和瘦肉的比例；甚至能制造携带人类基因并产生具有治疗潜力的牲畜。充分利用生物科技，可以使海洋水产资源变得更加丰富。用基因工程来合成药物，在21世纪最初10年内会得到迅速发展，最有前途的是生物反应器。其技术方法是把有用的基因转入动物身上去，使动物所产生的奶或者血有疗效作用。例如，目前英国已通过基因工程使山羊的奶含有一种叫TPA的物质，能治心脏病。据预测，21世纪初，30种新药与生物技术有关。生物技术与太空技术结合，将加速生产地球上难以生产的贵重药品。由于地球重力的影响，即使用目前先进的遗传工程技术生产干扰素，要从细菌活细胞所产生的数百种混合物中分离提纯，十分困难，不仅质量难以控制，而且成本高。而通过太空医药工程与遗传工程相结合，在太空微重力、无杂菌、高真空等特殊条件下，可方便地分离出高质量干扰素。目前，美国已在太空成功地生产干扰素，并将继续用于生产尿激酶等药物。预计从2000年到2010年间，美国在太空生产的药品产值将达到美国医药市场的25％。仿生学及仿生技术将在21世纪获得迅速突破和应用。许许多多生物的奥秘，如为什么大马哈鱼不管放在哪里都会重返出生地；响尾蛇尾部为什么能感知红外线；蝴蝶为什么能在1km以外进行通信联系；比钢铁还坚的蜘蛛丝是如何生成的，等等，都将被破译。过去十年里，科学家已研制出能连接神经系统的假臂，十分灵巧，甚至可以弹奏萨克斯管的乐键。目前，世界上许多国家的研究人员都在竞相研究开发能由人脑控制的计算机，这将是计算机技术与生命科学完美结合的产物。专家们预测，实现完全随人脑反应的计算机还需要几十年时间；但在2005年左右，将开发出比较实际的能帮助残疾人通信或操作一些用具的仿生系统。

（二）生物技术在农业上的应用

21世纪生物技术的快速发展将会导致农业和医学研究的重大突破，并在众多相关领域引发新一轮的革命。尤其是转基因农作物的研究开发工作格外活跃，并已取得可喜的成就和进展。在作物方面有：

1．转基因水稻

美国康乃尔大学研究人员从马铃薯获得一种抗虫基因经修复后转入水稻中获得表达，可阻碍包括稻茎蛀虫在内的若干害虫的进食。有人预计，在今后5年内，农民将可买到含抗虫基因的“工程水稻”的种子，大概不到20年新稻种就有可能促使世界稻谷至少增产50％。水稻中的白叶枯病菌的传播常常导致水稻严重减产。在研究抗白叶枯病或抗细条病转基因水稻已取得重要突破之后，研究工作仍在继续着。来自野生稻的抗白叶枯病菌的基因在水稻中的表达，对水稻黄单胞菌表现明显的抑制。

2．转基因小麦

澳大利亚昆士兰大学研究人员用遗传工程方法培育优质高产小麦新品种已取得成功。

3．转基因玉米

有专家预计，未来10年内50％的玉米种子将含有Bt基因种子，目的在于减少化学农药的用量。在美国，改良玉米品质的研究占优势，研究人员培育出合高蛋白质的转基因玉米植株，其籽粒蛋白质含量达到40％，可与大豆蛋白质含量媲美。

4．转基因棉花

美国采用遗传工程方法培育出的抗虫棉种子，已进入商品化阶段，1996年为101.17×104hm2准备了“工程棉花”种子。

5．转基因油料作物

美国抗除草剂的大豆转基因品种已进入生产；英国抗除草剂的油菜转基因品种正在进入田间试验；法国抗除草剂的转基因油菜，于1998年实现商品化生产。转基因粮、棉、油三大作物的建成正有力地促进农业的发展，为粮、棉、油增产开辟了一条新途径。

转基因家畜繁殖方面，也有可能发展成为21世纪发展迅速的生物技术产业的面包和黄油。过去的10年中，为数不多的几家公司介入了转基因领域，并取得程度不等的成功，其中包括苏格兰的PPL治疗公司，创造出克隆羊多利和转基因牛罗琦。同时一些大学和政府实验室也在为农民利益着想，千方百计地寻找能创造出含抗病、能分泌更多奶汁或产更多瘦肉的家畜的方法。这些研究5～10年之后就可能进入实用和赢利阶段。以色列研究人员报告了他们对无羽毛鸡的研究工作。这种鸡不必消耗宝贵的能量发育羽毛，但是这些鸡看起来样子怪怪的，而且表现不正常。在澳大利亚，研究人员给羊注射了可以使羊毛纤维在生长过程中自动折断的遗传工程激素，使剪羊毛工作变得容易了。尽管对克隆的研究兴趣纯粹是学术上的，但是，其最终的目的是希望开发出一种可靠的克隆方法，帮助农民复制各种能够产出理想肉质、分泌出大量基因增强型奶汁（甚至药物）的动物。

在生物技术推动下，农药、兽药和植物生长调节物等农业生物制剂技术也进入了一个新的阶段。出于保护环境和可持续发展需要，1992年“世界环境与发展大会”提出生物农药占到农药使用量的60％的目标。但自40年代以来，因药效缓弱、持续期短自身抗逆性差，生物农药长期得不到发展，现在，微生物重组技术构建的工程菌开辟了新径，带来了希望。基因工程疫苗也将大大改进常规疫苗的弱点，生物反应器生产的疫苗，效率和效益可较常规方法高千倍以上。
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