農業生產中的科學技術應用思考范文

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一、現代生物科學研究成果的深刻影響，促使農業科學向微觀領域的方向發展

在現代生物科學特別是分子生物學研究成果對農業科學的廣泛滲透和深刻影響下，一些微觀研究領域內，生物科學與農業科學的界限，日趨消失。比如近十多年來，國際上對植物光呼吸的研究，無論生物學家抑或農學家，都積極參與研究，并且普遍認為光呼吸是由葉綠體、過氧化物酶體、線粒體三者協同作用下進行的。葉綠體體積約3下5微米，線粒體只1一3微米，而過氧化物酶體還不夠1微米，呈單層膜結構并含有均質內容物的小顆粒。只有深入研究細胞內的微細結構并闡明其機能，才能深刻認識植物光呼吸的本質，這樣要采取降低、抑制以至控制光呼吸的技術措施才有可能。又如要闡明根瘤菌進入豆科植物根毛細胞的機制，精細觀察侵染絲(只有1微米左右)如何由根毛尖端屈曲部位侵入后在根毛細胞內的伸展狀況。只要弄清楚根瘤菌進入豆科植物根部的生理生化機制及其所需的外界條件，就有可能闡明根瘤形成過程及其消耗能量與豆科植物光合產物積累量之關系，闡明根瘤形成與固氮機能以至固氮過程的生化反應，這樣，對于實現非豆科糧食作物(水稻、小麥、玉米等)以及經濟作物(甘蔗、煙草等)的共生固氮，對于實現生物固氮模擬技術，都具有極其重大的經濟意義和科學價值。

隨著科學技術、特別是生物科學中的分子生物學的迅速發展，與其說現代生物科學的研究成果不斷地滲透到農業科學研究領域，不如說農業科學本身必須主動地靠攏現代生物科學，必須積極地從生物科學的最新成果中吸取豐富的營養，才能蓬勃發展。當前農業生產中存在的許多懸而未決的問題，看來有從分子生物學角度才能夠徹底解決。通常在基礎研究尚未取得重大進展之前，要在技術措施上會出現新突破，是不容易辦到的。比如，水稻對病害(主要是稻瘟病、白葉枯病、紋枯病)、蟲害(主要是三化螟、稻飛虱、稻葉蟬、稻瘦蚊)的抗性機制，以至病蟲雜草對化學藥物的抗藥性機制等等，看來只有通過深入研究生物膜系統(細胞膜、原生質膜、核膜、液胞膜、內質網膜、線粒體膜、微粒體膜、葉綠體膜、微管膜等)表面吸附的酶種類(一個植物細胞總共含有1萬種不同類型的酶分子)及其活性，膜系統對物質的透過性和能量交換，酶活性與細胞免疫能力之關系等，才會得到徹底解決。

因此，可以說，以現代生物科學的最新研究成果來武裝農業科學，是積極推進農業科學向前蓬勃發展的重要因素，而現代農業科學和生產實踐提出的急待解決的實際問題，又將進一步促進現代生物科學的向前發展。

二、現代生物科學與農業科學各學科彼此交叉和相互依賴，導致研究領域向綜合性和多學科性的方向發展

現代農業生產以及科學研究領域，為了大幅度提高勞動生產率，越來越趨向專業化，于是各個工序、各門學科遂越分越細，這就導致它們彼此之間互相聯系、互相交叉、互相依賴，單靠本門學科知識和力量，已經難于解決當前農業科學領域內提出的重大綜合性研究課題，因而必須實行多學科協作，相應集中人力物力財力，才可希望取得巨大進展或突破。

現代農業科學的重大研究課題之所以愈來愈帶有綜合性，就是因為當前農業生產提出的要求，并不限于局部改進某些農業技術措施，以便在一定范圍內能夠獲得高產，而更為重要的是通過積極深入的探索，為農業生產成倍成倍地增長提供帶根本性的科學手段和理論依據。現今國際上實行多學科協作，組織各有關學科既分工又聯合以進行總體的研究，是解決重大綜合性研究項目的最常見途徑。

比如，美國1975年12月制定的生物科學十項研究計劃，其基本宗旨是提高動植物和微生物對于食物資源的增產效能。在這十項研究計劃中，特別強調光合作用，生物固氮和細胞遺傳工程三項綜合性研究內容。而在生物固氮這個項目中，就組織七個研究組數十門學科參與協作研究。例如，飼用豆科和粒用豆科植物研究組，就有農學、土壤學、植物營養學、細菌學、細菌遺傳學、植物遺傳學、植物生理學、植物生物化學等學科參加，規定該研究組應當完成的基本目標，而各門學科再根據基本目標去分別制定其所承擔的具體內容。日本制定的“生物能量的發掘與利用”(1976~1980)的五年研究計劃，以提高農業生產效能為中心，把農學、基礎理論與應用生物學密切結合起來，對生物能量的若干基本問題，開展綜合性的研究。例如，對于提高綠色植窗光能利用率的生物學機能的研究項目中，概括五個方面的綜合性研究課題。(1)剖析光能吸收機制及提高光能利用效率，(2)闡明Co:的積集、固定機制及其生理機能，(3)闡明和控制光呼吸的機制，(4)采取農學措施提高群體光能利用率，(5)研究離體葉綠體典型光合過程。每個課題又具體規定一系列研究內容。

上述實例說明，要攻破重點綜合性研究項目，就需要有專門化知識和技木，實行多學科協作以及科學研究管理機構進行協調，這三者便構成現代科學技木綜合性研究的完整體系。

三、深刻揭露生命現象的本質，引導農業科學向人工控制的方向發展

人類對生物界的深入認識，深刻揭露生命現象的本質和生命活動的規律，就有可能對生物體及其活動過程實行人工控制。

隨著生物科學的許多新興學科諸如分子生物學、分子遺傳學、遺傳生理學、遺傳生物化學、分子生物物理學、細胞遺傳工程學等的迅速發展和廣泛滲透，必將進一步擴大生物科學的研究領域和活動范圍，進一步豐富和充實生物科學的知識來源，也必將為人類控制生物活動過程提供新技術、新方法和新途徑。

最近幾年來，細胞遺傳工程(包括基因工程和染色體工程)的研究取得重大進展。在充分闡明植物細胞具有全能性(t以ip。‘姐cy)即由一個細胞能夠恢復培養成完整植物體的能力的基礎上，應用現代化超速離心技術、電子顯微鏡以及其他現代化實驗技木裝備，實行細胞融合(包括異種、異屬植物細胞)以圖育成雜種植物，這就是當前國際上相當盛行的細胞工程育種，這樣就有可能按照人們的要求，對原來人工雜交難以成功的遠緣植物，采取細胞工程育種途徑，以育成具備理想性狀(如高產、抗病、抗蟲、抗寒、優質等)的新品種或新物種。其次，在細胞化學、酶化學、特別是基因工程學取得長足進展的基礎上，對DNA之類的遺傳基因能夠進行分離、提純及再組成，并能將其導入另一個細胞中，實行DNA余交，以育成人們理想要求的新物種，這就是近年來生物學界常說的基因工程育種。應用基因工程育種技木，可把高蛋白的基因，導入糧食作物或微生物細胞中，以育成高蛋白的糧食作物新品種以及蛋白質高生產效能的微生物種群;也可把抗病抗蟲的基因，導入高產優質的糧食作物栽培品種中，以育成具有高度抗病蟲的高產優質新品種。此外，近年又發展另一種技木，稱為原生質體工程育種技術，這有如把C‘植物的高光效基因及低光呼吸基因(存在于細胞核、葉綠體、線粒體等細抱器之中)導入C3植物原生質體中，使C3植物葉片光能利用率提高到接近C4植物的高光效水平，而其光呼吸消耗量則大幅度降至接近C、植物的水平。

應用原生質體融合雜交育種技術，同樣對于常規雜交難以成功的異種或異屬植物，也易獲得成功。由于每一個體細胞原生質彼此融合后而構成的雜種植株，其本身具有二倍性，且有可育能力，無須采取秋水仙堿之類的加倍處理，可以節省染色體加倍所需的時間，大大縮短育種年限和手續。

固氮基因的轉導，也是近年來細胞遺傳工程的十分活躍的領域之一。簡單地把固氨菌固氮基因導入糧食作物根部原生質，是不能獲得成功。因此必須深入研究豆科植物與根瘤菌對大氣氮素固定的遺傳機制，進一步揭露生物固氮的本質。近年來逐步發現，直接還原大氣氮素者，是根瘤菌所生成的固氮酶。固氮酶是由兩種蛋白質亞單位構成，其中一種的分子量為180000至280000道爾頓(分子量的單位);另一種為50000道爾頓。前者含有鉑、鐵、硫等元素，后者只含有鐵和硫。這兩種亞單位相結合才具備固氮酶活性。固氮酶易受o:影響而鈍化，因此，為了防止其鈍化現象，就必須具備豆血紅蛋自(]e沙e二飛lobin)以使細泡內氧分壓降低。然而這種豆血紅蛋白的形成，則是受到豆科植物的遺傳控制。可見，只有深入揭露豆科植物與根瘤菌共生固氮的譏制，要實觀非豆科植物的生物固氮，才有可能。

細胞遺傳工程學的進一步發展，將為人們定向控制生物休遺傳特性提供巨大的可能性，這樣就有可能按照人類的意圖改變生物的遺傳性狀，克服種間雜交的障礙，擴大物種雜交的范圍，大幅度提高物種變異的頻率。據育種學家估計，采取選擇自發突變的方法育種，其產生新組合性狀的速度，要比自然界的進化過程快一萬倍，運用遺傳工程學方法，則要快一億到十億倍。因此，只要人們能夠更充分地掌握基因轉移的方法和深入認識基因表達調節控制的規律，就能夠更準確地定向改變生物體的遺傳特性，為人類按照自己的需要和愿望，有計劃地改造現有生物品種和創造新物種開辟廣闊的發展前途。

這里只是扼要概述現代農業科學的主要特點及其發展趨勢，還有許多問題未曾涉及。然而就此也可以看出，農業科學技術的發展，已經并且正在為農業生產開辟新釣領域、新的途徑，帶來新的革命。當代，一些農業發達的國家，農業生產的大多數環節，已經采用有如上述的先進技木裝備和科研成果，使得他們的勞動生產率比我國高出幾十倍，農業產量也大大超過我國。因此，我們要樹雄心，立壯志，急趕直追，要貫徹和落實華主席為首的黨中央關于大辦農業和大力開展農業科學研究的一系列指示，積極開展現代農業科學新技木的研究。當前，應該更加重視農業基礎理論研究和新技木應用，加強農業生物遺傳、生長、發育控制技術理論和方法的研究，加強農業生物生活環境和生態系統控制技術的研究，積極開展原子能、遙感和電子計算機等新技術在農業方面應用的研究，努力趕超世界先進水平，為建設社會主義大農業，大幅度提高我國農業勞動生產率和農業生產水平，實現新時期的總任務而奮斗。

作者：薛德榕  單位：華南農學院