现代农业生物技术概论110章Word文件下载.docx
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人们不仅要问，为什么文明起源地只率先发生在少数几个地区呢？
学术界主要有两种观点，分别以生态环境和农作物的作用为核心。
（一）生态环境对人类文明的作用。
说起人类文明时，人们一般容易想到环境与人类的关系。
只要观察一下世界上的文明古国，就会发现它们都具有得天独厚的生态环境。
在古老年代，生产力低下，人类的生活和分布受自然环境影响。
凡是气候适宜，土地平坦、肥沃的地方，人口就容易繁衍起来。
因此文明发源地都与当时当地的环境条件有关。
世界上的文明起源通常分为七个，分别位于东半球和西半球。
在东半球，这里出现了最古老的文明，有埃及、巴比伦、印度和中国。
这就是我们通常所说的四大文明古国。
从它们所处的地理位置和生态环境来看，具有明显的相似性。
它们都处于北纬30-35度处。
分别位于尼罗河、幼发拉底河与底格里斯河、印度河与恒河以及黄河河畔的平原上。
由于与大河的明显联系，人们又把它们称为“大
2河文明”。
西半球文明起源于墨西哥、玛雅和印加。
地理条件与东半球的四大文明古国不同。
属于热带和亚热带高原气候，有充足的阳光、温暖的气候、充沛的雨水和良好的排水，特别适合喜欢温暖的农作物生长。
因此，成为世界上产生人类文明的又一地区。
但是，这种观点也不能全部解释人类文明产生的原因，因为世界上还有其它具有相同生态环境的地区，并没有率先出现文明。
（二）农作物对人类文明的作用。
农作物的起源、食物供应的作用是这种观点的核心。
这种观点认为，文明发源地原产的、土生土长的野生物种演化成了功能巨大的农作物，为当地人类提供了充足的食物。
只有当人们有充足食物时，才能够把更多的剩余人力，用来从事智力，开发文明。
例如，发明文字、制订法典、发展城邦、发明陶轮、制造帆船、建立强盛的帝国。
因此，文明发源地与当地的主要食物供应来源——农作物的栽培密切相关。
生物学家把世界上七个文明起源地和它们所依赖的种植的主要农作物相联系，可以看出支撑文明的食物来源可分为小麦、粟黍、玉米三类。
为了说明它们与文明的关系。
学术界又把它们称为：
小麦文明，粟黍文明和玉米文明。
小麦文明
小麦是支撑埃及、巴比伦和印度文明的主要农作物，它是当地人的主要食物来源。
这些地区是野生小麦的故乡和原产地，也是现在全世界栽培小麦的发源地。
小麦这种二年生作物，秋天播种，第二年春末夏初收获，正好适合地中海的气候，也适合在大河平原进行灌溉作业，是人类最早以灌溉作为农业运作的起点，在农业动物方面则饲养绵羊和山羊。
粟黍文明（又称粟稻文明）
在四大文明古国中，中国与其它三个相比，文明发源地不是在大河交汇处，而是与黄河平行。
黄河本身不适宜直接灌溉，但是它有许多支流，发展成为重要的农业区。
中国由于地域辽阔，有多种农作物起源，除了北方的旱生作物粟黍以外，尚有南方的稻作物。
中国是野生粟黍和水稻的原产地，也是人类最早驯化、种植谷子、糜子和水稻的地区。
3粟黍是华北地区的旱生作物，一年生，耐旱，春季播种，夏季生长旺盛，秋季收获，是中国早期食物的主体。
我国南方也是野生水稻的故乡，水稻栽培历史悠久，是当地食物来源，但水稻栽培技术比较复杂，只有育秧、移植和排灌技术发明和应用后，产量才逐步上升，并超过北方旱作，使南方成为主要经济区。
中国也是对野猪驯化最早的国家。
玉米文明
美洲的墨西哥、玛雅和印加，文明发展所依赖的农作物是玉米。
墨西哥是野生玉米的原产地。
玉米起源于一种野生黍类，叫做类玉米。
起源时间大约在8000年以前，而人工种植约有4000年历史。
这种黍类由于异花授粉，变异性极强，成为今天拥有数千万个品种的玉米，也成为今天世界上第三大粮食来源。
在墨西哥自然也就酝酿出了“玉米文化”。
墨西哥人围绕玉米种植创立了许多习俗和宗教仪式，一直沿用至今。
单在饮食上，用玉米制作的小吃和菜肴就有600多种。
难怪墨西哥人常说自己是“玉米人”。
在全世界的粮食作物中，玉米的特点是植株高，穗长，籽粒大，产量高。
但它的生长期需要较多的光，热和供水，又需要比较好的根部通气。
在玉米茎基部有通气根，如果被水淹没，在稍长时间内，玉米就会因根部缺氧死亡。
墨西哥、玛雅和印加由于处于低纬度的高原，有充足的阳光、良好的供水和排水条件，为玉米提供了最佳的农业生态组合。
当地的印第安人，几千年前就已经会修筑梯田（台田）种植玉米，来克服降雨和排水的矛盾。
到目前为止，世界上种植的玉米、番茄、马铃薯、可可、木薯都是几千年以前印第安人种植的农作物，只是在近代才从这个大陆输送到其它大陆，并成为世界性的农作物。
由此可见，农作物的起源是何等重要。
正如有一句名言所说：
一粒种子可以改变一个世界。
二、农业的演变和生物经济
自从农业发展起来以后，全世界的农业至今已经历了由原始农业、传统农业和现代化农业的漫长过程，其中起主导作用的技术有许多变化。
原始农业以动植物的驯化为开端，由野生变家养。
时间跨越了七、八千年。
生产特点是以石、木工具的制造和“刀耕火种”为特征，农业的主导技术是动植物驯化的技术。
4传统农业以铁制农具和役畜的使用及小农经济为特征。
大约经历了2000年，主导技术以种植业、养殖业、放牧和游牧为主。
现代农业的发展是由于19世纪工业革命的推动和实验科学成果的应用而引起的。
在20世纪的100年中，现代科技全面进军农业，提高了农牧业生产率，节省了大量人力，以致有力量去发展工业和服务业。
农业保障了世界的粮食安全，并且形成了科学的商品农业体系。
现代农业的主导技术是工程技术、农业化学技术和杂交育种技术。
21世纪后，农业的主导技术由生物技术、农业工程和农业管理技术所构成。
这些技术的配合，将使农业生产发展到一个新水平。
其中，生物技术的发展，在全世界催生了生物经济的出现。
如果用最简单的话来讲，生物经济，就是依靠生物技术的研发和应用为主导的经济。
它的出现促进了农业多功能化，减弱了农业与“非农”产业的界线。
美国未来学者托夫勒形象化地给了一个描述：
商品农业：
人类从原始农业起步，首先形成了以生产粮棉油为主导的衣食农业。
生物经济的出现，使衣食农业有了新的技术支持，其中转基因农作物投放生产是最典型的范例。
能源农业：
能源农业是农业多功能化最早出现的类型，我们经常听到的依赖农业的能源是生物质能的转化和利用。
生物质就是生物有机体合成的物质的总称。
生物质能源就是生物体直接固定或间接固定的太阳能，生物质能源有许多利用方法。
被大家普遍关注的是生物质的生物转化技术。
也就是通过微生物发酵技术把农产品或农业废弃物转化成可燃液体或者可燃气体。
第一类叫做燃料乙醇，是用淀粉、糖类或秸秆纤维素为原料，获得乙醇的技术。
第二类是生产可燃气体，是利用农业废弃物为原料，生产甲烷和秸秆气的技术。
化工农业：
为了解决环境污染，蕴育出了生物质材料的应用。
我们最熟悉的就是聚乳酸生物聚合物的应用。
聚乳酸的生产以淀粉为原料，经水介转化为糖类，经微生物发酵，生成乳酸单体，再经化学聚合反应生成聚乳酸，最终生产成塑料产品。
生产中还可获得大量的蛋白质作饲料使用。
5生物聚合物的最大优点，就是使用后可以自动降解。
它在土壤微生物和光的共同作用下，能自动分解成二氧化碳和水。
药品农业：
中草药（天然植物药物）的驯化，种植以及有效成份的提取利用，已经成为农业的另一产业。
转基因动物投入生产，作为生物反应器生产人体蛋白质药物，已经改变了传统牧场的概念，成为生物医药的另一增长点。
环保农业：
是一种循环经济的发展模式。
它与传统农业有本质上的差异，是把索取，加工，消费中产生的废弃物，再资源化，重复利用。
直到最终才把不可再生资源，经无害化处理后，进入自然环境。
实现了农业生产和生态环境的协调。
它的特点就是我们熟悉的3R原则。
6第二章遗传改良·
农业新物种的塑造
一、基因库的利用和开发
大自然赐于人类各色各样的生物种群，建立了庞大的基因库。
基因库是一个物种所有个体的基因总和。
一个生物物种的个体数越多，基因库越丰富，遗传多样性越完善。
人类在农业运作中，向自然的索取总是采用两种方法：
利用和改造。
在利用野生植物方面，人类显示了不可思议的智慧，充分利用自然界的一切动植物资源。
现在一般认为，最早诞生的农作物是谷类作物。
有些野生禾草特别适合驯化，它们生长健壮，大量结籽，既可供食用，又能集中收获，容易贮藏，叶子又是优质饲料可以饲养农业动物。
在禾谷类植物被驯化后，才出现了栽培的豆类、绿叶类、油料、根类作物、草本果实、纤维作物和果树。
随着城市的兴起，园林植物和调味用植物相继问世，而工商业和交通的发达，又使特用经济作物迅速崛起。
除了广泛采集，利用野生植物外，即使有毒植物，经过加工脱毒也可以食用，例如，西南特产魔芋，其块根是有毒的，而人们早就发明了去毒的方法，制成魔芋粉，于是变成一种美味的食物。
又如木薯，根部富含淀粉，而皮层含有致人死命的氢氰酸，人们通过捣碎，压榨、煮熟和其它方法将毒汁清除，在南非某些地方至今还是主要粮食。
在改造野生物种方面，更精彩的是人类学会了改变遗传特性的技术。
在农业生产中广泛应用的主流技术，可以归纳为人工选择，杂交育种，诱变育种和基因工程技术育种等几大类。
人工选择是最早出现在农业中的生物学技术。
通过保存生物的有利变异，淘汰不利变异的方法培育新品种。
杂交育种是不同个体间通过有性过程进行的基因交流和重组。
这种过程一般发生在同一种或者近缘种之间，特别容易发生在不同品种之间。
近年来，在杂交育种中又同时开始使用了现代生物技术，使远缘杂种后代在生产上大显身手，如小偃麦。
诱变育种是应用物理和化学方法使基因发生突变，获得新品种的方法。
近年来又采用了航天诱变育种技术，通过返回式航天器把种子和细胞携带到宇宙空
7间，经受宇宙粒子，失重，弱地磁和高真空等综合因素作用，引发变异，最终形成新品种。
基因工程育种是通过人为拼接不同生物的基因创造新物种的方法。
它打破了物种隔离，可以使不同物种的基因按人们的设计得以重新组合。
目前已显示出巨大威力。
转基因农作物和转基因食品已登上人类的餐桌，也引发了人们对转基因技术的疑虑和争论。
经过上述的遗传改良技术，当今我们所见到的农作物变得跟它们的野生祖先已完全不同了。
遗传改良的成果主要表现在以下三个方面：
首先，突出了对人类有利的遗传特征，消除了不受欢迎的特性。
人们所需要的器官得到了畸形发展。
当我们吃着硕大美味的水果时，难于想象出又酸又涩的，坚硬幼小的果实是它们的祖先。
其次，解除了野生物种的自卫能力和繁殖习性。
野生种开花结实，种子成熟和发芽不整齐，有些种子更需要通过休眠才能发芽，这都是野生种争取自然生存的有力保证，但对栽培植物来说，这些特性是属于淘汰的特性。
在栽培中发生的变异，使野生种失去了毛茸或针刺，失去了保护性复盖物，失去了种子的休眠期，也就失去了对不良自然环境的抵抗力。
第三、改变了野生物种原有的生长发育特点。
栽培植物的野生祖先，光合作用产物大部分用于营养根系，而栽培植物长期生活在湿润条件下，有充分的灌溉供水，光合作用产物就大部分转移到花序中去了。
另外，野生种在栽培化进行中也改变了植物体各部分的化学成分。
很多野生种含有特殊成份，如果没有这类自然的化学保护就很难生存，例如原产热带的豆类植物，种子里大多含有氰化物，如果不含此类物质，90%以上的种子都会给象鼻虫吃光。
在豆类的驯化中，很重要的一个方面就是选择不含这类有毒物质的遗传型。
与此相反，原始的烟草，本来只在幼叶中含有烟碱，因为人们需要，选择就偏重于提高其含量，使整个生长期的叶片都含有这种生物碱。
由于遗传改良逐渐把同一种植物区分为野生种和栽培种。
生物学中开始有了“野生性状”和“栽培性状”的区别。
随着农业的不断发展，这种变化还在继续着。
二、良种的知识产权
遗传改良技术造就了大量的新生物种群。
这些新种群在农业上都是以品种和杂交种的形式被广泛使用着。
品种和杂交种也是农业物种的基本单位，直接用于
8农业生产。
品种是遗传性稳定，有经济价值的群体。
品种又称为定型品种，是经过多次反复纯化的类型。
在农业生产中可以自行留种繁殖。
因此育种技术不能受到知识产权法的全面保护。
在农业物种中，另一个流行的名词叫做杂交种。
杂交种是杂种第一代种子直接用于生产的群体。
杂交种没有经过纯化，遗传组成是杂合的，生产上不能用它来留种，如果再留种就会分离出许多类型。
生产上应用杂交种时，需要每年重新配制繁育杂种第一代种子。
因为它的亲本及配种程序能够保密，所以受到知识产权法保护。
在现代种子业中，杂交种的研发和应用是育种工作的主流。
由于优良种子是农业的重要生产资料，所以品种和杂交种的研发、创新、推广和保护备受国内外重视。
各国政府均采用法律手段进行管理和保护。
我国政府对品种和杂交种的保护已出台“中华人民共和国种子法”，对相关的知识产权进行保护。
但是，品种的权益保护不同于一般的专利保护。
所以不能简单的应用专利权加以保护。
为什么种子不能用专利权来保护呢？
目前世界各国对自然界的动物和植物物种都不授于专利权。
世界上多数国家也都明确规定不授于动植物新品种以专利权。
也就是说，无论用什么方法培育的新品种都不能申请专利。
这是由于动植物的特殊性质所决定的。
生物物种都是自然存在或者变异而来的。
它的出现属于发现，而不是发明。
按照知识产权法规定，科学发现并不包括在知识产权的权益范围之内。
但是，农业上的品种和杂交种是重要的生产资料。
世界各国普遍采用一种类似专利权的形式，叫做品种保护权来进行保护。
品种保护权就是国家依法授于新品种发明人（又称品种权人）繁育新品种种子的独占权，也就是对新品种的拥有权。
非经授权，任何种子商不得繁殖该品种的种子，也不得从事该品种种子的商业营销活动。
品种保护权和专利权一样都受到知识产权的权益保护。
它们之间具有很多相同点，也有一些差异。
它们的共同点主要表现为：
两者都具有未经公开的技术秘密和专用技术。
两者都享有技术独占权。
发明人的权益都受到法律保护，通过转让，特许从中获得回报。
它们的不同点主要表现在权益的保护范围上：
专利独占权涉及面广，包括所有权和使用权两部分，权益关系发生在专利权人与所有专利使用人之间。
专利使用人可以买断所有权和使用权。
如果买断了所有权，专利使用人将占有专利的一切。
不但可以直接使用，而且可以进一步实施研究和开发。
品种保护权的独占权涉及面窄，只有种子繁殖权，是一种类似专利产品的使用权。
权益关系只发生在
9品种权人和种子商（公司）之间。
种子繁殖权转让后,种子商便可以用新品种的原种或杂交种的亲本扩大繁殖种子,进行商品种子的生产和经营。
但不允许对新品种的育种技术和方法进行引用,仿制和再开发。
应该说明的是,在新品种的使用中,农民种地虽然也使用了新品种的成果,但他们不是专业种子商，不是以出售商用种子为经营目的,所以既不需要交纳转让费,也不需要经过特许。
这样就既减少了农民的负担，又可以避免中国农民受到外国种子公司的限制,可以把更多的优良品种,特别是外国品种权人拥有的良种引种到中国来种植.体现了我国品种保护权法对农民利益的保护。
三、品种资源的保护
品种资源是制造品种和杂交的原材料，就是育种的父、母亲本材料。
它是一类既包括栽培物种，又包括野生近缘物种的育种材料。
品种资源虽然不具备全面优点，直接利用的经济价值很低，不能直接用于农业生产，但是它们具有某些独特的性状和独特的抗灾能力。
这种宝贵的能力是千百年保留下来的遗传资源，可以通过和栽培品种的杂交，把有价值的基因转移到栽培农作物中去。
因此，品种资源对于现代农业十分重要，是农作物的重要基因资源。
由于人类的活动，许多资源正面临着灭绝和流失。
其主要原因是生物物种的栖息地丧失，育种目标和生产过于单一及品种资源无偿使用，流失海外。
这种态势已引起了人们的普遍关注。
我国品种资源的保护，目前主要是通过技术手段，即收集、整理资源，建立种子库和自然保护区等方式进行保存。
我国政府非常重视品种资源的收集、整理，开展了大规模的植物资源调查，已编写出世界上最巨大的植物图谱—中国植物志。
我国已建成设备完善的农作物种子库，是目前世界上最大的三个种子库之一，能把品种资源（种子和细胞）贮存在衡定的低温下长期保存。
此外，人们还不断呼吁我国政府出台法律、法规，保护品种资源，防止基因资源的流失。
最典型的个案就是被媒体称为的“大豆专利危机”。
目前由于我国的品种资源尚未进行科学的经济评估，一直处于无偿利用中，许多品种资源通过个人携带，甚至于赠送流失到国外。
有些品种资源流失到国外后，一些外国公司通过生物技术加工，申请了基因专利权，反过来又对我国造成损害，这都是十分值得注意的现象。
10第三章生态环境·
食物生产和食品安全的保证
一、温室效应
人们现在已经认识到，除了核战争和地球被其它星体撞击外，或许没有哪一种事件比温室效应对人类的危害更为严重了。
温室效应是大气层中某些微量气体吸收热量，使地表和大气增温的现象。
其实，大气层中的微量气体只有一部分能影响温室效应。
为了区分微量气体的功能，人们把能够直接影响温室效应的微量气体称为温室气体。
其中最突出的是CO2、CH4、N2O和CFC等四种。
因为它们或者在大气层中含量较高，或者浓度增长的趋势较快，或者吸热能力较强，被确定为温室气体排行榜中的重点。
温室效应的直接后果是造成全球变暖并引发异常气候的出现。
例如，厄尔尼诺现象和拉尼娜现象。
由于大气层中的这种增温作用是和农用温室（大棚）的增温作用相似的，所以叫做温室效应。
因为引起的原因不同，可以分为自然温室效应和人工增强温室效应。
前者是一种自然现象，而后者是由于人类活动造成的全球变暖现象。
全球变暖对农业生产可能带来许多难于估量的后果：
首先是海平面升高，海水倒灌。
温室效应的升温作用可以使南北极冰雪消融，海水因升温而膨胀，使海平面上升。
由于世界上大约有1/3的人口生活在沿海岸线60公里范围内，所以海平面上升，会对人类生活造成深远的影响，海水倒灌，使滩涂扩大，土壤盐渍化。
其次是引发异常气候，改变了地球降雨的分布规律。
许多发展中国家生产水平低而不稳定，粮食储备少，进口能力弱，对气候变化敏感性大。
半干旱热带占世界土地面积的13％，对降雨依赖性大，而降雨变化对农业生产影响极大。
例如上世纪80年代初非洲的饥荒便是典型的例子。
第三是引起农作物生产成本的上升，生产区域的重新安排。
气候变暖有利于植物生长，作物生长期延长，热带作物种植区扩大，但温度越高，生长期越长，杂草和病虫害繁殖速度也加快，容易发生自然灾害，增加了控制的难度，加大了生产成本。
当植物向高纬度扩展时，光周期将成为限制因素，促使更换新品种。
暖冬使喜欢寒冷的冬性作物，如冬小麦、油菜不能完成越冬阶段而减产。
此外，随着全球变暖，人口激增和自然环境的恶化，地球上的生物正经历着有史以来的第六次大灭绝。
可见，生物多样性的保护多么任重而道远。
11二、食品安全
食品安全是人类生活质量的保证，是影响国家形象的一个重要因素。
（一）食物污染源
（1）生物污染源
在农业生产中，病原菌毒素主要包括三类：
致病毒素：
致病菌包括真菌、细菌或其它低等生物。
是一类具有生命的物质，一旦条件适合就会大量繁殖，并产生致病毒素，如疯牛病病原物引起的食物污染。
海藻毒素类：
水圈，特别是海洋中生活着近百种藻类，能分泌一些毒素，污染水产品或海产品，例如，赤潮引发的毒素统称贝毒，已知有10种贝毒的毒害作用比眼镜蛇毒素高80倍，食用含贝毒的产品会中毒死亡。
真菌毒素类：
是农产品贮藏过程中的天然污染物，典型的有黄曲霉毒素。
（2）化学污染源
化学污染物除工业“三废”外，农业生产过程中化学品的不合理使用是主要污染源。
重金属主要是汞、铅等，在农产品中普遍存在，对人体有致病、致癌、致突变作用。
硝酸盐类污染是由于化肥或食品加工中添加剂使用不当引起的。
在作物种植过程中过量使用化肥，除造成土壤板结、变坏外，还会造成蔬菜中硝酸盐过多积累。
人体过量摄入硝酸盐，在体内易转化成亚硝酸盐，进而合成强致癌物质亚硝胺。
持久性有机污染物是一类人造化学物质，可以在环境中长期存留，在全世界广泛分布。
它们容易进入食物链，并通过食物链逐级传递，在有机体的脂肪中积累起来，最终对生物体发生不利影响。
在庞大的有机污染物中，有一类叫做环境激素的化合物特别受到人们的关注。
环境激素是人类合成并释放到环境中的类似激素的物质，能够干扰人类和动物的内分泌系统，是导致内分泌障碍的物质，直接影响到人类和动物的繁衍。
为了对人类和动物的未来进行保护，2000年12月全世界122个国家在瑞典签署了国际性的《持久性有机污染物公约》。
（二）食品污染的防范和对策
为了提高食品的安全性，国际上采用的措施大体上有两种方式：
1.监督和监管
12绿色壁垒和动物福利是通过生产过程的监测和监管来保证食品安全的，主要流行于欧盟及一些发达国家。
绿色壁垒是在国际贸易中一些国家以保护环境、保护健康为由对进口农产品中的有毒有害成份，通过立法制订的强制性检验标准。
由于这种措施既保护了食品安全，保护了环境，又对外国农产品的进口设置了一种贸易限制，所以人们把它叫做绿色壁垒。
这种制度建立才十余年，由于消费者环保意识的推动，促进了它的发展，又由于它在保障食品安全中的合理性，成为一种不可避免的发展趋势，已日趋全球化。
绿色壁垒的特点是普遍提高了进口农产品的门槛，特别表现在检测种类的增多和检测标准的严格上。
我国入世后，农产品出口虽然已取消了关税和配额限制，但现在越来越多地受到绿色壁垒的影响。
动物福利，又称道德壁垒，是以立法的形式制订的强制性的善待动物的措施。
目的是善待活的动物，减少死亡的痛苦。
对农业动物来说，改善饲养环境，保证它们身心健康是获得高产高效的关健，也是减少人畜共患疾病的关键。
动物福利立法是社会文明的标志，但不同政治、经济和习惯的国家相差甚大。
在经济日益全球化的今天，许多国际标准和惯例会冲击着我国农产品的出口。
为了保护我国农产品出口，应及早收集信息，增强大众意识，加强宣传并及时制订相关的法律、法规。
2.安全食品等级制
安全食品等级制是在产品安全的基础上实行分级管理，以适应不同人群和消费水平的需要。
我国已推出有机食品、绿色食品和无公害食品三大类。
它们都是符合一定标准的安全食品。
这三类食品像一个金字
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