农业高新技术讲义

1、农业高新技术第一节 现代农业一 现代农业的内涵现代农业是相对传统农业而言，按照当代农业生产力发展水平，对农业最新发展的一种表述，具有鲜明的时代特征，它与农业现代化是两个不同的概念。农业现代化是一个相对的、动态的历史概念。人们根据生产力的发展水平、从历史的角度，把农业划分为原始农业、传统农业和现代农业三个发展形态。所谓现代农业，就是指在现代、在世界范围内处于先进水平的农业形态。具体就是指用现代工业力量装备的、用现代科学技术武装的、以现代管理理论和方法经营的，生产效率达到现代世界先进水平的农业。而农业现代化则是指农业由原来落后的传统形态向先进的现代形态转变的过程，同时也是指农业要达到的现代水平程度

2、。从20世纪30年代开始，欧美一些工业发达国家，从机械技术、生物技术和管理技术三个方面，对传统农业进行了全面的技术改造，完成了从传统农业向现代农业的转化，基本上实现了农业现代化。我国正处于传统农业向现代农业转变的时期，建设现代农业的过程，就是改造传统农业、不断发展农村生产力的过程，就是转变农业增长方式、促进农业又好又快发展的过程。专家指出，现代农业的核心是科学化，特征是商品化，方向是集约化，目标是产业化。与传统农业相比，它具有四大特点：一是突破了传统农业仅仅或主要从事初级农产品原料生产的局限性，实现了种养加、产供销、贸工农一体化生产，使得农工商的结合更加紧密；二是突破了传统农业远离城市或城乡界

3、限明显的局限性，实现了城乡经济社会一元化发展、城市中有农业、农村中有工业的协调布局，科学合理地进行资源的优势互补，有利于城乡生产要素的合理流动和组合；三是突破了传统农业部门分割、管理交叉、服务落后的局限性，实现了按照市场经济体制和农村生产力发展要求，建立一个全方位的、权责一致、上下贯通的管理和服务体系；四是突破了传统农业封闭低效、自给半自给的局限性，发挥资源优势和区位优势，实现了农产品优势区域布局、农产品贸易国内外流通。现代农业追求的主要目标是：提高土地产出率，提高劳动生产率，提高产品商品率，提高资源利用率，实现农业的社会、经济和生态效益的协调与统一。是一种具有科学发展观，资源节约、高效利用、

4、和谐发展、可持续发展特征的绿色产业；即现代农业是以生物为中心的一种优化的生物技术经济社会复合人工生态系统。其功能除了食品保障、原料供给、提供就业、增加农民收入等功能之外还具有生态保护功能、观光休闲功能、文化传承功能等等。总之，现代农业是传统农业发展的必然，是一次全方位的变革；是持续地、广泛地应用现代科学技术、现代管理和现代工业装备的专业化、社会化、集约化产业，是把生产、加工和销售相结合、把产前、产后和产中相结合、把生产、生活和生态相结合的一体化的高效率与高效益的综合性产业。二、现代农业的主要特征（一）科学化现代科技正迅速地向农业生产、加工等领域渗透。科技进步将逐步替代对传统资源投入的单纯依赖，

5、日益成为农业发展的主要动因。只有依靠现代化的科学技术，农业才有先进的装备设施、先进的生产管理，劳动者自身的技术素质才能得以提高。（二）集约化集约化主要是指现代农业的增长方式由粗放型增长向集约型增长转变，即由单纯的注重数量和速度增长，转到主要依靠优化产业和产品结构，提高增长的质量和效益上来；二由单纯地依靠资源的外延开发，转到主要依靠提高资源利用率和持续发展能力的方向上来；三改单纯注重物质、资金投入，为在物质、资金投入增加的同时，主要依靠科技进步，提高物质和资金利用率来实现农业增长。三）商品化商品化是农产品商品化程度不断提高的过程，即从以完全自给自足(自我消费)为目标向完全形成商品(社会消费)为目

6、标的逐步过渡。（四）市场化它是现代农业在市场经济条件下进行发展的必然要求，建立完善的农业生产要素市场和农产品销售市场体系，是实现农业资源合理配置的前提。在全球经济一体化的进程中，现代农业生产已不再局限于一个国家或一个地区，而是要面向整个国际市场。三、现代农业的主要形态(一)、都市农业“都市农业”的概念，是20世纪50-60年代由美国的一些经济学家首先提出来的。它是指在都市化地区，利用田园景观，自然生态及环境资源，结合农林牧渔生产、农业经营活动、农村文化及农家生活，为人们休闲旅游、体验农业、了解农村提供场所。换言之，都市农业是将农业的生产、生活、生态等“三生”功能结合于一体的产业。其特点主要表现

7、在以下几个方面：都市农业所包括的范围是指都市城市化地区与周边间隙地带的农业，不同于一般城郊型农业；都市农业的生产、流通和消费，农业的空间布局和结构安排，农业与其他产业的关系等，必须首先服从城市的需要并为此服务。这种由城市需要决定农业的发展，体现了大都市对农业的依赖性，并进而实现相互依存、相互补充、相互促进的一体化关系；都市农业不仅是经济功能的开发，而且要进行生态、社会等功能的开发，并进而实现全功能性的大农业；农业生产经营方式明显地表现为高度的集约化的经营方式，实现生产、加工、销售一体经营，并进而达到高度的农业发展形态和为都市服务的特殊功能。(二)、生态农业生态农业是一个自我维持的系统。该系统要

8、使能源减少到最低程度，并且一切副产品都要通过再循环，提倡使用固氮植物，通过施用腐殖质肥料、实行作物轮作以及施用农家肥等技术来保持土壤肥力。实行多种经营，增加农业生态系统稳定性，并保证最大生物量的生产。动物（包括人）与植物的构成比例也必须适当。生态农业在经济上必须是可行的，但不能因追求经济效益的最大化而造成对自然环境的破坏，而是尽可能保证农村的各种景观并生产出需要的产品，使农业生态体系变得更加稳定，并使乡村特有的美丽景观给人以愉悦之感。总之，在产量方面，生态农业有可能产量低一些。在品质方面，生态农业与常规农业在产品品质上差异不明显。在环境方面，无论是在发展中国家还是发达国家，都强调农业系统与环境

9、系统的协调统一。(三)、有机农业有机农业是在研究土壤流失与土壤肥力等问题时兴起的。一般情况下，有机农业不用化肥、农药及其他合成的化学制品，一定限量的化肥或农药施用仅作为应急手段。国外实行有机农业的耕地区域多是小规模的，而大规模经营有机农业的比较少。有机农业必须具备生产水平较高、经营管理水平完善等条件。向有机农业转变的动力，主要是出自对土壤和人类及牲畜健康的保护，防止农药的潜在性灾害和减少能力与物质的输入。有机农业并不是向传统农业倒退的农业技术，农民在限制化肥或农药使用的同时，仍可采用新式农机具、优良品种和注册过的种子，以及科学的有机残余物管理方法和水土保持措施。通过采取轮作、种植业与畜牧业的复

10、合经营，从土壤矿物质风化中取得或依靠土壤中残留化肥等解决土壤肥力问题。(四)、休闲农业休闲农业（或称观光农业）是一种综合性的休闲农业区。游客不仅可以观光、采果、体验农作、了解农民生活、享受乡间情趣，而且可以住宿、度假、游乐。休闲农业是利用农村的设备与空间、农业生产场地、农业产品、农业经营活动、自然生态、农业自然环境、农业人文资源等，经过规划设计，以发挥农业与农村休闲旅游功能，增进民众对农村与农业的体验，提升旅游品质，并提高农民收益，促进农村发展的一种新型农业。休闲农业除了提供采摘、销售、观赏、垂钓、游乐等活动外，部分劳动过程可以让旅游者亲自参与、亲自体验，农村丰富的乡土文物、民俗古迹等多种文化

11、资源，可供参观，通过寓教于乐的形式，让参与者更加珍惜农村的自然文化资源，激起人们热爱劳动、热爱生活、热爱自然的兴趣，也进一步增强人们保护自然、保护文化遗产、保护环境的自觉性。(五)、植物工厂植物工厂是指利用环境控制和自动化高技术进行植物全年生产的体系。包括无土栽培、植物克隆等技术以及植物细胞和组织培养的工业化生产体系。1957年世界上第一家植物工厂诞生在丹麦，1974年日本等国也逐步发展起来。(六)、持续农业。持续农业是发达国家在20世纪80年代提出的有代表性的农业经营新模式。是以资源集约、经营集约、生态保护、持续发展和共同富裕为特点的“现代集约持续农业（七）、农业科技园区指在一定区域内，以三

12、高农业为目标，以调整农业结构为突破口，以先进适用技术为依托，以政府引导企业等社会力量广泛参与为手段，对区域农业与农村经济具有较强示范带头作用的现代农业科技示范区或现代农业科技企业的密集区。现代农业追求的主要目标：提高土地产出率，提高劳动生产率，提高产品商品率，提高资源利用率，实现农业的社会、经济和生态效益的协调与统一。因此，我们认为现代农业应该包括两个方面，一是农业现代化，利用先进的科学技术和工业技术进行农业改造，提高生产水平和效率，保证日益增长的粮食安全并同时获得更大的经济效益。二是农业科学化和可持续发展，获得更大的社会和生态效益。因此，现代农业是一种具有科学发展观，资源节约、高效利用、和谐

13、发展、可持续发展特征的绿色产业第二节 农业高新技术概述农业高新技术的内涵现代农业高新技术是指在一定时间和空间里产生的新发明、新发现和创新。农业高技术是指其基本原理及概念主要建立在农业最新科学成就和当时农业科技发展最高水平基础上的，处于发展前沿的农业科学技术。农业新技术是相对原有的传统技术和旧的技术而言，是在现代科学发展过程中对原技术进行创新、发展、替代而产生的农业科学技术。二、农业高新技术具的特征1高度的创新性。创新是一切技术的共性，但农业高新技术的创新主要来源于大规模的科研创新。它不只是在原有技术道路上的积累，而是以现代科技的最新成就作为基础。开辟与过去有着本质差别的新的技术途径。因此，农业

14、高新技术是比其他一切农业技术具有更高水平的创新技术。根据约瑟夫.熊彼特在经济发展理论一书中对创新概念的定义，创新是把一种从来没有的关于生产要素的“新组合”引入生产体系。傅家骥教授在技术创新中国企业的发展之路一书中则将技术创新定义为生产者生产要素、生产条件、生产组织重新组合，以建立效能更好，效率更高的新的生产体系，获得更大的利润的过程。2高度的综合性。农业高新技术是一门综合性很强的技术。其综合意义表现为数学、化学、生物学、物理学、地学、天文学等基础科学和以系统论、信息论、控制论为主导的系统科学进一步向农业科学技术广泛渗透，社会经济运动过程不断对农业科学技术的发展施加影响。3高度的渗透性。由于农业

15、高新技术处于综合性、交叉性较强的技术领域，因而新技术新理论能广泛渗透到各个传统农业部门，加速传统农业的技术进步，提高农产品质量，促进农产品的品种更新换代。4高度的技术、人才的聚集。农业高新技术的创新和综合性很强，涉及许多学科的理论、工艺和技术。如无土栽培技术，要解决根系定期吸氧和吸收营养液的问题，就涉及到固体物理、电子学、精密机械、精细化工等技术，生产配套需要电脑、集成电路和其他电子设备，工艺要求超净、恒温、恒湿、防震等环境，同时还需要多种技术和灌溉机械设备的支持。可以说是集现代各种科学技术知识之大成。因此，对农业高新技术创新来说，人才与智力是第一位的要素。高新技术的竞争表现为市场的竟争，经济

16、实力的竞争，科学水平的竞争，但归根结底是人才的竞争，智力的较量。因此，高度的人才聚集与开发是高新技术发展的根本属性之一。5高度的资金投资。资金密集是农业高新技术的重要特性之一。高投资是支持农业高新技术创新和研究的重要物质条件。如农业生物工程技术研究和开发，必须购置大量先进的仪器设备，安装必要的测试设施，消耗昂贵的进口化学试剂，就必须要有较高的投人，没有一定的资金投人作保证，农业生物工程技术的研究就难以进行。6高度的增值性。农业高新技术本质上是全新的先进技术，技术成果的创新程度较高，技术含量也高，因此，对农产品的产量、质量和生产效益的提高往往表现出超常规的作用。它可以大幅度增强农产品的功能，显著

17、地提高劳动生产率、资源利用率和经济效益，从而取得巨大的社会效益农业高新技术是能广泛用于农业领域的，对农业经济发展和农业科技进步产生深刻影响和重大推动作用，并能形成新型农业产业的高技术和新技术。它是一种高知识密集、技术密集的先导技术，它体现着现代人类社会对自然的高级能动关系，具有强大的生产力功能和特殊的社会功能，是能够为当今社会带来巨大经济效益、社会效益和生态效益，促进农业持续发展的主导因素。三、农业高新技术的内容农业高新技术有其丰富的内涵。从技术构成的内容看，可以分为三类：现代生物高新技术、现代工程高新技术和现代管理高新技术。现代生物高新技术是农业高新技术的核心，主要包括基因工程、细胞工程、生

18、物催化技术(酶工程)和微生物(发酵)工程等；现代工程高新技术主要包括机械工程技术、环境工程技术、新材料和生态工程技术；现代管理高新技术涵盖了现代农业生产管理技术、营销管理技术以及信息技术和遥感技术在农业上的应用等诸方面。涉及到国家科技部认定的航天技术、生物技术、信息技术、激光技术、自动化技术、新能源技术、新材料技术等7个高新技术领域的相关内容。但目前具体应用于现代农业的，主要是农业生物技术(转基因技术、酶技术和发酵技术等)、农业信息技术(包括计算机农业应用和各种农业专家系统、农业网络技术)、设施农业技术(包括各种温室技术、无土栽培技术、基质栽培技术)、节水农业技术(改善地面灌溉系统和滴、微灌、

19、喷灌技术)、核技术(用于农业育种技术)、现代农业机械技术(带电脑程序控制)、农产品精加工和保鲜技术、（精准农业技术）遥感遥测技术、激光技术(激光平地)，新能源、新材料技术、和以生态农业为主的多色农业技术等。当代农业正从“自然式”向“设施式”发展，从田间进入工厂；从农户的小型精致经营走向企业化的大型精密规模经营；从资源密集型向技术知识密集型过渡。微电子技术、机械技术、新材料技术与生物技术结合，应用于调控生长发育，获得高额产量，大大提高了劳动生产率。通过微电脑系统与各种常规设施、新理化设施和生物技术结合起来，组成优化生物电子自控综合设施系统，自动控光、温、水、肥、气等环境条件，适应作物和禽畜生长发

20、育需求。一些国家果、菜、花的自动调控温室栽培，水耕无污染栽培产业兴旺发达。当今世界电子计算机广泛应用于农业生产及科研的各个领域，从信息收集、传递、产销管理，水管理管理，病虫害预测、动植物育种，直到市场销售等各个技术环节。第三节 农业生物高新技术一 ，发展农业生物技术的意义与作用生物技术又称为生物工程，是指人们以现代生命科学为基础，结合其他基础学科的科学原理，采用先进的技术手段，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产出所需产品或达到某种目的。生物技术作为新的农业科技革命的“推进器”，正在悄然拓展和创新农业功能，进而为国民经济持续健康发展提供持久而强劲的动力。农业是生物科技应用极为重要

21、而广泛的产业，以现代生物技术为核心的农业科技革命，成为维护食物安全和经济安全的命脉所在。现代农业生物技术将是仅次于医药生物技术，发展最迅速、效益最显著的领域，并成为新的经济增长点。我国政府非常重视农业生物技术的发展，生物技术也为农业作出了贡献。在“十一五”规划的生物技术战略中，将主要农作物的生物技术作为一项重要内容，有一大批的研究所和数千位致力于作物生物技术研究的研究人员，有十几种生物技术作物正在进行田间试验。2007年，中国710万资源匮乏的小农户种植了380万公顷Bt抗虫棉，相当于中国全部550万公顷棉花中的69。根据ISAAA的报告，按中国Bt棉花耕作水平产量平均增加了9.6%,杀虫剂使

22、用量降低了60，对于环境和农民健康也有着积极的影响，而且每公顷增加相当可观的220美元收入，为每天收入不足1美元的许多棉农作出了突出贡献。麦克凡提到，河北廊坊的一个棉农祖茂堂，在种植抗虫棉之前的1997年，即使每年喷40次杀虫剂也不能阻止棉铃虫的横行。种植了抗虫棉之后，大大减少了杀虫剂的喷洒量，提高了产量，增加了收入。除了抗虫棉以外，中国科学家在抗病虫水稻、高植酸酶玉米等研究中都获得了可喜的进展。中国已种植了大约25万棵生物技术抗虫杨树，并且在2006年批准一种抗病毒的生物技术木瓜的商业化，种植了大约3500公顷。一种抗病毒甜椒和迟熟番茄也都获得商业化批准。随着能源短缺危机的出现和农业面源污染

23、的加剧，中国农业生物技术逐渐向能源、环保产业渗透，在能源植物培育、生物制氢技术、生物修复技术等研究方面同样取得了突破性进展。 针对全球范围内，耕地减少、人口增加、全球变暖、能源匮乏、环境进一步恶化等现实问题，麦克凡认为，其中一种方法能满足全世界日益增长的粮食、饲料和纤维需求。这就是农业生物技术的应用，越来越多的事实显示，这种方法是有效的。生物技术作物的持续推广，反映了无论是在工业化国家还是在发展中国家，无论是对于小农民、消费者还是对社会，生物技术作物都带来了实在和持续的效益。 首先，在第一个生物技术作物商业化的12年期间，种植抗虫、抗病和耐除草剂的生物技术作物为增加生产力作出了杰出贡献。在相同

24、的种植面积上生产力持续增长，保护了生物多样性，因为它帮助减少砍伐森林及刀耕火种的需要。从1996年2006年期间，粮食作物玉米、油料作物大豆和油菜，以及纤维作物棉花的产量收益达到340亿美元。 第二，农业生物技术作物帮助减轻贫困和饥饿。从1996年到2005年，生物技术棉花已经对提高其收入作出了重要贡献，玉米已经给一定数量的小农户带来了效益并且保持着巨大的潜能。 第三，常规农业严重影响环境，而生物技术能用来降低农业对环境的影响。在第一个10年的发展过程中，杀虫剂的使用明显减少，矿物燃料的使用被节省，二氧化碳的排放减少，通过种植耐除草剂作物优化免耕操作或保护性耕作，保持土壤和保存水分。生物技术作

25、物还可以提高氮效率，减缓全球变暖和水质污染。而耐干旱的作物则可以应用于干旱更普遍更严重的发展中国家。 第四，生物技术帮助缓解气候变化并且降低温室气体排放。通过降低杀虫剂和除草剂的喷药量来长期削减二氧化碳的排放量，2006年因这些措施削减的二氧化碳排放量估计为12亿公斤，相当于50万辆汽车的排放，通过免耕方法，提高了土壤固碳量，二氧化碳固存达136亿公斤，相当于减少了600万辆汽车的排放。在适应气候变化方面，以孟山都为例，我们正在通过一些分子手段，包括基因组学、分子标记辅助选择和生物技术加快改进作物育种，以适应干旱、洪水和温度变化更频繁更严重的未来，并减轻对气候变化的影响。过去12年间，全球共有

26、近60个国家，针对70余种转基因植物及产品，进行了数万次田间试验和安全性评估，积累了大量的科学数据。大豆、玉米、棉花、油菜、水稻、苜蓿、番茄、马铃薯、西葫芦、辣椒和番木瓜等11种作物、100多种转基因抗虫、抗病、抗除草剂植物品种已在进行商品化生产。由于生物技术作物大面积的推广，从而减少了杀虫剂的大量使用。据ISAAA报告，19962006年累计少使用杀虫剂有效成分约30万吨，使全球农药对环境的破坏性影响降低了15.5。种植生物技术作物节省了劳力和成本，据统计，发展中国家如印度，很多贫困农民种植生物技术作物后，有了更多的时间照顾家庭，使家庭生活大为改善，孩子们也有了更多的入学机会享受教育。从而也

27、推进了生物技术作物产业化快速发展。二、基因工程（一）基因工程的基本内涵基因工程是生物技术的核心技术。基因工程是指按照人们科研或生产需要，在分子水平上，用人工方法提取或合成不同生物的遗传物质，在体外切割，拼接形成重组DNA，再将重组的DNA导入受体细胞中，进行复制和表达，生产出符合人类需要的产品或创造出生物新性状，并使之传给生物的下一代。主要包括原核生物基因工程、植物基因工程、动物基因工程。基因工程包括目的基因的分离或制备、重组DNA和导入与表达三个基本过程。其主要内容是从供体细胞中分离出基因组DNA、用DNA连接酶将含有外源基因的DNA片断接到载体上形成DNA重组分子、重组分子导入受体细胞中、

28、培养转化以扩增DNA重组分子或使其3到受体细胞的基因组中、筛选和鉴定转化细胞等。基本步骤如图1所示：（二）基因工程的应用应用自1983年首次获得转基因烟草、马铃薯以来，国际上植物基因工程的研究和开发进展十分迅速，目前获得转基因植株的植物已达100种以上。基因工程在植物遗传改良中的应用主要体现在抗病毒、抗细菌和真菌、抗虫、抗除草剂、品质改良抗盐碱、抗旱、抗寒及固氮育种等方面。发展现代农业对农作物品种提出了更高的要求，农作物遗传改良的目标是多方面的，较重要的目标包括提高农作物产量，改进农产品的品质，延长作物果实的贮藏期，改变花卉色泽和形状，培育抗病虫等抗逆作物。农业生产中遇到的许多问题用传统农业技

29、术已经很难解决，基因工程在现代农业生产中具有广阔的应用前景。以转基因技术为代表的基因工程技术在育种上的应用，突破了种间的生殖隔离，扩大了种质资源的范围。基因工程育种具有很强的目的性，可以实现对农作物的定向改良，使传统育种方式发生了质的变化。这些巨大的变化带动了相关产业及其服务业发展，培育了新的以育种为核心的种子研发产业。近年来转基因动物研究取得了较大进展，利用转基因技术改良动物的性状是都市观赏动物育种的有效途径。而在观赏植物方面，近年来，采用基因技术进行花卉品种遗传改良，为观赏植物引入新的基因，创造了大量的观赏植物新种质。转基因食品系指利用基因工程技术改变基因组构成的动物、植物和微生物生产的食

30、品和食品添加剂。目前，基因工程在改进食品原料的品质、改善果蔬采收后的贮藏保鲜性能、开发新型功能性食品等方面已经得到广泛应用。当然，转基因食品商业化过程中的安全性、转基因DNA的移动性、对其他农业措施的后效应以及公众的接受性等问题值得理解和重视。生物修复技术是利用生物，特别是微生物将土壤、地下水或江海湖泊中污染物现场降解或转化为无害物质的工程技术系统。生物修复被认为是现代生物技术的核心内容，其目的是将有机污染物降低到低于检测限或低于环保部门规定的限度。采用转基因技术培育的基因工程菌在环境修复中具有重要作用。三、细胞工程概述细胞工程是应用细胞生物学和分子生物学方法，借助工程学的试验方法或技术，在细

31、胞水平上研究改造生物遗传特性和生物学特性，以获得特定的细胞、细胞产品或新生物体的有关理论和技术的学科。目前，细胞工程得到了广泛应用，如植物的组织培养快速繁殖、花药及花粉培养、植物胚胎培养、植物茎尖培养脱毒、细胞突变体的筛选、植物细胞培养与次生代谢产物生产、原生质体培养与融合、人工种子、动物细胞培养、干细胞工程及核移植与克隆技术等都是细胞工程应用范畴。2、细胞工程与农作物种子产业科技创新是现代农业发展的强大动力，种子产业是现代农业发展的核心。以细胞培养和体细胞融合技术为代表的细胞工程技术的的应用，缩短了育种周期，加快了优良农作物品种的推广速度。细胞工程主要应用在植物单倍体育种、原生质体融合育种、

32、细胞突变体筛选、植物组培快繁和脱毒、动物胚胎工程和动物克隆技术等面。四、酶工程概述酶工程即利用酶的催化作用，在一定的生物反应器中，将相应的原料转化成所需的产品。酶工程是现代酶学理论与化学技术的交叉技术，主要研究酶的生产、纯化、固定化技术、酶分子结构的修饰和改造以及在食品工业、轻工业、农业和医学等领域的应用，其应用范围包括对生物宝库中存在天然酶的开发和生产、自然酶的分离纯化及鉴定技术、酶的固定化技术、酶反应器的研制和应用、与其他生物技术领域的交叉和渗透等方面。生物酶工程是酶学和以DNA重组技术为主的现代分子生物学技术相结合的产物，相对化学酶工程来说亦可称为高级酶工程。在农产品加工业中，果蔬贮藏加

33、工、肉类加工和饲料加工等方面酶得到了广泛应用。五、发酵工程发酵工程是指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。发酵工程的内容包括菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离提纯等。发酵分为以微生物细胞为产物的发酵、微生物酶发酵、微生物代谢产物发酵、微生物的生物转化和微生物特殊机能的利用等几种类型。通过发酵工程使一些传统的发酵产品，在产量和质量上得到明显的提高。酒精饮料、蔬菜发酵、谷类食品发酵、豆类食品发酵以及单细胞蛋白的生产等都离不开发酵工程。微生物通过自身的代谢活动，可以改变其赖以寄生的各种物

34、质的化学性质，依靠基因工程、细胞融合等高新技术研制的“工程菌”、“超级菌”能够高效率的分解有机污染。微生物在空气和污水的净化、固体垃圾处理、环境污染的预防、生物合成可降解塑料以及造纸工业中的生物制浆和生物漂白等方面有着广泛的应用。生物技术，一方面能提高不可再生能源的开采率；另一方面能开发更多可再生能源，为新能源的开发利用开辟了新途径。采用微生物发酵工程技术能将农副产品和农业废弃物转化为生物能源，如乙醇、沼气、氢等能源。六、蛋白质工程蛋白质工程是以蛋白质结构与功能关系的知识为基础，通过周密的分子设计，把蛋白质改造为合乎人类需要的新的突变蛋白质。蛋白质工程根据分子设计的方案，通过对天然蛋白质进行改

35、造，它的产品已不再是天然的蛋白质，而是经过改造的，更加符合人类所需要的新的蛋白质。蛋白质工程的主要内容有蛋白质结构分析、蛋白质结构与功能的设计和预测、蛋白质的改造。随着蛋白质工程技术的发展和农业生产对新型环保生物农药的需求，近年来，有关激发植物免疫抗病和促进增产作用的微生物蛋白农药的研究，引起国内外的广泛关注。蛋白质农药主要是由微生物产生的，对多种农作物具有生物活性的蛋白质激发子类药物。采用蛋白质保护剂和蛋白质稳定剂，较好地解决了天然蛋白在田间应用所遇到的实际问题。随着可持续农业的不断发展以及化学农药抗性和污染问题的日益严重，生物农药越来越受到重视，特别是在有机蔬菜和果品生产中将发挥重要的作用

36、，具有良好的市场竞争能力和非常广阔的市场前景。此外，分子标记技术辅助农作物育种，生物芯片技术在农产品安全检验中也得到越来越广泛的应用。第四节 农业信息高新技术国际上把信息技术与农业的结合称之为农业信息技术（agricultural information technology，AIT），也有称之为信息农业的。它是实现农业各种信息采集、处理、存储、传播等方面的农业高新技术之一，是高新技术应用于农业的一个重要发展方向。农业信息技术，根据其在农业应用领域里的不同，目前主要涉及遥感技术、卫星定位技术、地理信息系统、农业专家系统、农业自动化技术、互联网络技术、多媒体技术等。（一）遥感技术遥感，就是遥远的

37、感知。遥感技术就是通过卫星或飞行器上安装的传感器，对地面目标进行监测分析的一项新技术。我国从上世纪80年代就开始研究用遥感手段监测和评估洪涝灾害。从最开始时用诺阿气象卫星的AVIRR数据，发展到用陆地卫星的TM、SPOT等影像数据，用全天候的机载和星载侧视合成孔径雷达(SAR)来监测洪水。在遥感数据传输方面，也在“八五”期间研制成功了实时传输机载SAR图像的“机-星-地”系统。在数字图像处理和耕地、林地、居民点、水面等目标物的专题信息提取等技术方面也日臻成熟。目前，遥感技术在解决农业资源与环境问题、促进农业经济持续发展中得到广泛应用，它的主要应用领域和作用包括以下几个方面：1、为制定国民经济发

38、展计划提供资源与环境动态基础数据。2、为国家重大的资源、环境突发性事件提供及时准确的监测评估数据，保证国家对这些重大问题作出正确、快速的反应。例如，重大森林火灾、水灾、风灾等的监测和救护等。3、生物量估测。包括农作物产量、产草量、水面初级生产力预估和评价。4、为国家的重要经济领域提供信息服务。遥感应用的综合性是其重要的技术特征和技术优势。遥感技术在地质矿产和水资源的勘探，森林、草场资源调查与评价，海洋渔场调查，城市的规划，气象，海洋预报等领域均发挥着重要作用。（二）卫星定位技术卫星定位技术就是全球定位系统（Global Positioning System - GPS），是美国从上世纪70年代

39、开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成。当初，设计GPS系统的主要目的是用于导航、收集情报等军事目的。但是，后来的应用开发表明，GPS系统不仅能够达到上述目的，而且用GPS卫星发来的导航定位信号能够进行厘米级甚至毫米级精度的静态相对定位，米级至亚米级精度的动态定位，亚米级至厘米级精度的速度测量和毫微秒级精度的时间测量。因此，GPS系统展现了极其广泛的用途。GPS系统应用于水利部门，导航仪可以为防汛抗洪的指挥工作提供极大的方便和帮助。大水之年，受灾地区已是水天一片，公路被淹没，通讯设施被冲毁，如何在没有任何参照物的情况下，将大量抢险物资运送到指定地点，将紧急救援人员准确调动

40、到前线，“多用途卫星导航定位仪”就能担此重任。它能为救援工作提供指导行进的电子地图，救援人员根据电子地图自行导航，借助卫星定位技术和电子地图显示自行判读，明确自己现在的地理位置和到达目的地的距离及所需时间。为保障迅速到达目的地，救援人员还可以在电子地图中预设行进路线，并在重要的位置进行标定，当沿自选的路线行动，发生偏航时系统会自报警，保证正确地行动。GPS系统用于农业领域，可以实现联合收割机的自动化作业，实现农业的精确生产管理。今后随着卫星定位技术的不断发展，将越来越广泛地应用到农业各个领域，推动农业现代化的实现。（三）农业地理信息系统农业地理信息系统就是对农业地理空间关系进行模拟、对与农业地

41、理空间相关的农业信息进行管理的一种信息系统。通过该系统可以实现对土地资源、森林资源、农业气象条件、农作物生长情况等进行立体的、多角度的、可视化的描述和相关信息的综合开发利用，可以说是一种立体的农业地图。农业地理信息系统的主要应用：1、农业资源管理。主要应用于农业和林业领域，解决农业和林业领域各种资源(如土地、森林、草场)分布、分级、统计、制图等问题。2、土地信息系统和地籍管理。土地和地籍管理涉及土地使用性质变化、地块轮廓变化、地籍权属关系变化等许多内容，借助农业地理信息系统技术可以高效、高质量地完成这些工作。3、生态、环境管理与模拟。区域生态规划、环境现状评价、环境影响评价、污染物削减分配的决

42、策支持、环境与区域可持续发展的决策支持、环保设施的管理、环境规划等。4、应急响应。解决在发生洪水、雪灾、森林火灾等重大自然或人为灾害时，如何安排最佳的人员撤离路线、并配备相应的运输和保障设施的问题。5、农业基础设施管理。农业生产地上地下基础设施(电信、灌溉设施、道路交通、天然气管线、电力设施等)广泛分布于农村的各个角落，它们的管理、统计、汇总都可以借助农业地理信息系统完成，而且可以大大提高工作效率。（四）农业专家系统农业专家系统综合了大量农业专家的经验，把分散的、局部的单项农业生产技术综合集成起来，经过智能化的、综合性的信息决策处理，能针对不同的生产条件，给出最佳的农业生产管理解决方案，为农业

43、生产全过程提供高水平的信息和决策服务。早在上世纪80年代，日本农林水产省就“人工智能与农业”专门组织了一个调查委员会，列出了知识工程在农业中应用的一整套实施项目。美国农业部推出的棉花综合管理专家系统，为棉花的虫害控制及水肥的合理利用做出了重要的贡献。美国中北部地区于上世纪90年代开发的资源保护专家系统，可以向农场主提供如何兼顾保护土壤和获取利润方面的高水平咨询服务。农业专家系统应用领域主要包括作物生产管理、资源保护与耕作、农场管理与决策、动物营养与生产控制等方面。它的应用改变了过去农业生产基层决策者的主观性和盲目性，减少了决策的失误，同时缓解了农业技术推广人员不足的矛盾，对于促进农业的持续发展

44、，实现农业现代化具有重要的意义。（五）农业自动化技术农业自动化技术就是通过计算机对来自于农业生产系统中的信息进行及时采集和处理，以及根据处理结果迅速地去控制系统中的某些设备、装置或环境，从而实现农业生产过程中的自动检测、记录、统计、监视、报警和自动启停等。农业自动化技术在美国、西欧和日本已广泛应用于工厂化养殖、工厂化蔬菜花卉生产、仓库管理、环境监测与控制以及农产品精深加工中。如配合饲料全部生产流程的自动控制，日光温室中温湿度控制、灌溉、采收自动化控制。通过研制和使用农业机器人代替人从事一些繁重的农事操作，如苹果收获、挤奶、喷药、组织培养、作物育种等方面。（六）互联网络随着信息技术的发展，互联网

45、已经深入到国民经济发展的各个领域，对国民经济发展的影响越来越大，对农业和农村经济的发展也是如此。互联网的主要目的是提供多种形式的信息服务，主要有：1、电子邮件。它是利用计算机存储、转发原理，通过计算机终端和通信网络进行信息的定向传送。能传送文本、声音、图像等多种类型的信息。2、远程登录。它是指用户可以通过互联网使用远处计算机的硬件资源、软件资源和信息资源。3、文件传送。它是一种实时的联机服务功能，可将一台计算机上的文件批量传送到另一台计算机上。4、信息查询搜索服务。由于网络上的资源繁多，而且不断地增加，为了便于用户获取所需的信息，近年来有关方面已经开发出不少功能完善、使用方便的查询搜索工具。（

46、七）多媒体技术多媒体技术，是利用计算机的编码、解码、存储、显示、控制等技术把文字、声音、图形、图像等多种媒体形式的信息综合一体化，进行加工处理和应用的技术。实现多媒体技术需要一定的设备，它们能将多种媒体有机地组织在一起，共同表达一个完整的多媒体信息，做到图、文、声、像一体化，因此具有集成性的特征。此外，它们还有交互性、数字化、实时性的特征。多媒体技术与通信技术、计算机网络技术相结合，在农业信息领域已得到大量的应用，并且有着广阔的应用前景。如国际互联网中的多媒体用户可以从中获取各种农业生产、管理所需要的各种政策、技术、经营等方面的文字、图像、语音等信息。再如中国农业大学研制开发的农作物有害寄生虫

47、多媒体检索软件，为农产品进出口的动植物检疫提供了有效的检查手段。目前，在多媒体技术基础上开发的各种农业教学和咨询软件，如水稻栽培专家系统、棉花施肥专家系统、玉米栽培专家系统、饲料配方专家系统等，具有图、文、声、像并茂的优点，容易为农民用户及农业科技人员所接受。今天，农业信息技术已经渗透到农业的各个领域当中，已经发挥出了明显的作用：1、实现农业自动化生产；2、实现对自然环境的实时监测，指导农业生产、管理，最大限度地避免自然灾害对农业造成的损失；3、提高对农业和农村经济发展的决策水平，实现科学化管理；4、增加农产品产量，提高农产品质量，降低农业生产成本，提高经济效益；5、推动农业科学技术的研究与发

48、展；6、加快农业科技信息传播和合理利用，提高农业生产水平。二、农业信息技术与数字农业中国农业大学的谭英和潘学标曾经坦言：没有信息的生产是盲目的生产，没有技术的生产是愚蠢的生产，没有科学管理的生产是无序的生产；农业要可持续发展，要协调好社会效益、经济效益和生态效益的关系，就必须打开数字化农业之门。 “数字农业”，与“数字地球”、“数字城市”、“数字部队”等概念对应。是运用数字地球技术，融合遥感(RS)、全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)、计算机网络等技术，根据农田的具体情况，做到“系统诊断、优化配方、技术组装、科学管理”的集约化和信息化的高新技术系统。数字农业的根本目的是以最少的或最

49、节省的投入，获得最高的经济收益和最佳的环境效益数字农业是在信息技术、生物工程技术、自动监控、农艺与农机技术等一系列高新技术基础上发展起来的现代新型农业，即在农业生产过程中应用一切先进的技术(与农业有关)，形成精准选种、精准播种、精准施肥、精准灌溉、动态监控、机械收割以及采后处理的“链条”，以实现最佳投入产出比，同时能够保护生态环境数字农业作为一个复杂的巨系统，由7个子系统构成：全球定位系统；农田信息采集系统；农田遥感监测系统；农田地理信息系统；农业专家决策支持系统；自动化农机系统；农场网络管理系统。数字农业”的方向之一是精确农业。实践表明，实施精准农业要求信息技术、生物技术、工程装备技术和适应

50、市场经济环境的经营技术的集成组装，综合是其典型特征，技术集成是其核心，因此需要多部门、多学科联合作战。吉林农业大学专家认为，精准农业通过精心计算出庄稼所需化肥、水分、农药的量，可以极大节约各种原料投入，大大降低生产成本，提高土地的收益率，同时十分有利于环境保护。精准农业使农业生产由粗放型转向集约型经营，其重要性是使各种原料的使用量，达到非常准确的程度，经营可以像工业流程一样连续地进行，从而实现规模化经营。精准农业技术的应用非常广泛，如根据土壤的需要使肥力的状况得到改善；根据病虫害的情况来调节农药喷洒量；根据干旱情况及时灌溉，自动调节拖拉机耕种深度，及时改善土壤，防止土地板结和肥力下降等。精准农

51、业系统体系结构1、全球定位系统。精准农业广泛采用了GPS系统用于信息获取和实施的准确定位。为了提高精度广泛采用了 DGPS（Differential Global Positioning System）技术，即所谓“差分校正全球卫星定位技术”。它的特点是定位精度高，根据不同的目的可自由选择不同精度的GPS系统。2、地理信息系统GIS。精准农业离不开GIS（GeographicalInformation System）的技术支持，它是构成农作物精准管理空间信息数据库的有力工具，田间信息通过GIS系统予以表达和处理，是精准农业实施的重要保证。3、遥感系统RS遥感技术（Remote Sensing）

52、是精准农业田间信息获取的关键技术，为精准农业提供农田小区内作物生长环境、生长状况和空间变异信息的技术要求。4、作物生产管理专家决策系统它的核心内容是用于提供作物生长过程模拟、投入产出分析与模拟的模型库；支持作物生产管理的数据资源的数据库；作物生产管理知识、经验的集合知识库；基于数据、模型、知识库的推理程序；人机交互界面程序等。5、田间肥力、墒情、苗情、杂草及病虫害监测及信息采集处理技术设备如田间信息适时采集传感器与数据处理方法。6、带GPS系统的智能化农业机械装备技术如带产量传感器及小区产量生成图的收获机械；自动控制精密播种、施肥、洒药机械等等第五节 农业工程高新技术主要包括：设施农业技术(包

53、括各种温室技术、无土栽培技术)、节水农业技术(改善地面灌溉系统和滴、微灌、喷灌技术)、核技术(用于农业育种技术)、现代农业机械技术(带电脑程序控制)、农产品精加工技术、遥感遥测技术、新能源、新材料技术、激光技术(激光平地)等。第六节 农业实用新技术农作物有害生物绿色防控技术有害生物的防控是农业生产的要害环节，贯穿于农业生产的全过程，是每一个农业生产经营者和管理者（政府）所必须高度重视的问题。随着农业种植结构调整，田间茬口复杂多样，冬春气候变暖，不合理使用化学农药及农产品流通频繁，导致农作物重大病虫灾发频率大大提高，外来有害生物不断入侵，已成为农作物高产优质安全生产的重要障碍，不仅危害农业生产，

54、而且影响农产品质量安全、人身健康、生态环境、产品贸易、经济发展乃至公共安全，影响农业可持续发展和社会和谐稳定。农作物重大病虫发生，其主要原因之一是单纯依靠化学防治和不合理使用，致使农田生态遭受严重破坏及害虫对某些农药产生了中、高度的抗性。同时，对农产品质量和人类自身都有很大影响。随着加入WTO后，出口农产品遭遇的“绿色壁垒”也越来越多。西方国家以“绿色”的名义，对我国出口农产品的质量要求日益严厉。比如茶叶，欧盟宣布禁止使用的农药从旧标准的29种增加到了新标准的62种，部分农药标准比原标准提高了100倍以上；日本针对我国于2006年5月29日开始实施“肯定列表制度”，已在更大范围、更严重地影响了

55、我国农产品出口。除此之外，随着我国人民生活水平显著提高，对农产品质量也提出了新的要求，国内也逐步对农产品实行了市场准入制度，在超市、专卖市场、大型批发市场开展进货检验，凡抽检不合格产品，不得进入市场交易。在这样的国内外对农产品质量安全高要求的新形势下，为保障粮食、食品、农民收入和农业农村经济的安全，2007年4月农业部在湖北召开全国植保工作会议上提出了“公共植保”和“绿色植保”理念。所谓“公共植保”理念，就是要把植保工作作为农业和农村公共事业的重要组成部分，突出其社会管理和公共服务职能；所谓“绿色植保”理念，就是要把植保工作作为人与自然和谐系统的重要组成部分，突出其对高产、优质、高效、生态、安

56、全农业的保障和支撑作用。树立“公共植保”和“绿色植保”理念，就是要完善植保方针，从“预防为主，综合防治”迈向“有害生物持续治理”；要调整植保策略，达到区域治理、综合防治，技物结合、专业防治；要调整植保思路，在时间上要实现从“关键季节”到“周年往复”的转变，在空间上从“作物系统”向“农田系统”转变，从“单一作物”到“多种作物”转变，从“单一病虫”到“生物群落”转变，在技术上要从“单一措施”向“综合调控”转变，从“应急处置”到“持续治理”转变，以实现保产增收、提高综合效益的目标。由此，就产生了绿色防控技术。（一）、绿色防控的基本策略1、允许一定数量的有害生物存在要想彻底根除有害生物，历史经验告诉我

57、们即使花费巨大的经济代价，最终还是难以如愿。自然规律要求我们必须正视有害生物的合理存在，设法把有害生物的数量和发生程度控制在较低水平以下，即经济受害允许水平以下，为天敌提供相互信赖的生存条件，减少农药用量，维护生态平衡。2、注重生态效益有害生物是农田生态系统中的一个组成部分，因而防治有害生物必须全面考虑整个生态系统，要依据人、作物、有害生物三者之间的相互作用、相互制约，创造有利于作物生长发育，抑制有害生物生长发育，有利于发挥天敌控制作用的生态条件，而对人类长期生存的环境基本无影响。3、发挥自然控制作用虽然有限资源（包括害虫的食料、生活空间和隐蔽场所）、气候条件（热、冷、风、干旱和降雨）、竞争者

58、（种内和种间竞争，植物害虫天敌）的存在对病虫有一定的影响，但在许多害虫控制中，天敌是一个非常重要的因素。要最大限度地利用自然调控因素，尽量少用化学农药。4、强调各种防治措施间的相互协调和综合影响有害生物的发生是多方面的，在通常情况下，使用单一措施不可能长期有效地控制危害。要根据病情虫情及环境条件，从整体出发，有选择地运用和系统地安排农业、生物、物理、化学等综合防治措施。要改变以往单用杀死害虫百分率来评价防治效果的做法，任何单一的防治措施都可能产生预料不到的或不能令人满意的结果。应强调各项防治措施的协调和综合，用生态学、经济学、环境保护学观点来全面评价。5、统盘考虑经济、社会和生态的效益在有害生

59、物的治理过程中，要控制追求短期经济效益，要使防治措施对农田生态系统内外的不良影响减少到最低限度，以获得最佳的经济、生态和社会效益。6、要树立可持续发展理念可持续发展战略最基本的理念是，既要考虑当前发展的需要，又要考虑未来发展的需要，不要以牺牲后代人的利益为代价来满足当代人的利益，同时还应追求代内公正，即一部分人的发展不应损害另一部分人的利益。 （二）绿色防控主要措施1、植物检疫为了防止危险性病虫杂草随植物及其产品传播蔓延，根据国家颁布的法令和条例，对植物及其产品在运输过程中进行检疫检验，发现带有被确定为检疫对象的有害生物时，即采取禁止、限制运输及出入境等防范措施，即称为植物检疫。在我国，植物检

60、疫分为内检（国内检疫）和外检（国外检疫），内检是防止国内原有的或新近从国外传入的危险性病虫杂草扩展蔓延，封锁在一定范围内，并尽可能加以消灭；外检是防止危险性病虫杂草传入国内或带出国外。2、农业防治农业防治是利用一系列栽培管理技术（包括选用抗虫品种），根据农田环境与病虫间的关系，有目的改变某些因子，控制病虫的发生和为害，以达到保护作物、防治病虫的目的。选用抗病虫良种，淘汰劣质抗性差的品种，发挥作物自身对有害生物的调控作物；合理的栽培制度，包括合理轮作、正确的间套作、合理的作物布局等。通过这些措施，可以造成病虫的年生活史或侵染循环中某一段时间的食料或寄主缺乏，从而显著减少害虫的发生量，降低病虫害的