生命科学对农业发展的影响

2011级农村区域发展（一）班简林波学号：3115003020

生命科学对农业经济发展的影响

摘要:生命科学与经济发展密不可分,不断为经济发展提供多种技术成果,为人

类社会创造可观的经济效益。在农业生产方面，生命科学在常规育种提供大量优质动植物种源的基础上，进一步发挥分子育种的优势，为增进人类健康和提高人类生活质量供给种类繁多﹑营养安全的农源生活用品。在新型能源方面，生命科学将有利于发现和利用更多生物能源，如农副产品发酵生产酒精﹑高油含量植物生产燃料油﹑太阳能分解水生产氢燃料等，为人类创造用之不竭的可再生能源。

关键词：生命科学﹑农业生产﹑新型能源﹑应用﹑意义

生命科学的定义：生命科学是研究生命的科学，它是研究生物体的生命活动及其本质﹑生物体的发生与发展﹑生物体与环境相互作用规律等的科学。生命科学对经济建设和社会发展具有极其重要的作用。

1.生物技术在农业生产的应用

1.1生物技术应用于畜牧业

1.11基因工程

基因工程又称DNA重组技术，是指对不同生物的遗传基因，根据人们的意愿进行基因的切割、拼接和重新组合，然后再转人生物体内，产生人们所期望的产物或创造出具有新的遗传特征的生物类型。基因：口里使得人类可以克服物种问的遗传障碍。定向培养或仓造出自然界所没有的新的生命形态，以满足人类社会的需要。

基因工程在畜牧业上也得到广泛发展。例如利用鼠类有关促进角蛋白形成的基因获得了经遗传改良的绵羊，这种绵羊比普通棉羊产毛量提高6％左右[ 。

最近美国科学家通过转基因技术，将深海鱼中含有的一种不饱和脂肪酸基因转移到了猪的基因组中。食用这些转基因克隆猪的猪肉，可预防心血管疾病。

1.12细胞工程

细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学方法，借助工程的实验方法或技术，在细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一门科学技术。

目前，人工受精、胚胎移植等技术已广泛应用于畜牧业生产，液氮超低温(一196％)保存精液和胚胎，使优良畜、禽的交配数量与交配范围大为扩展，突破了交配季节的限制。另外，在细胞水平上改造卵细胞，可创造出高产奶牛、瘦肉型猪等新品种。结合流式细胞仪可分离出良种奶牛带有x染色体的精子，与奶牛卵细胞融合后移植到普通黄牛子宫中可以起到“借腹生子”的效果。这种胚胎移植新技术

极大地加快了奶业发展的步伐，提高了养殖业的经济效益。

1.13 酶工程

在现代畜牧业上，通过利用外源性消化酶的作用，提高饲料消化率，从而促进动物生长。饲用酶制剂不仅能消除饲料抗营养因子的有害作用，促进养分的消化和吸收，提高畜禽的生长速度、饲料转化效率和增进畜禽健康，而且能减少养殖业排污中氮、磷的排放，保护生态环境。应用饲用酶制剂是现代化养殖业中经济效益与生态效益兼顾的重要科学技术措施

1.14发酵工程

发酵工程对畜牧业影响在饲料方面尤为突出，如菌体蛋白粉是以谷物、食品发酵工业有机废液为来源，借助酵母菌细胞合成全效价蛋白质，其粗蛋白含量含量在45％以上，含有多种氨基酸、维生素、未知生长因子（UGF），应用于种鸡、种鸭、肉鸡、肉鸭、蛋鸡、猪、鱼、虾等养殖业的浓缩高蛋白饲料，改进了饲料的利用率，促进畜禽鱼虾生长，提高禽畜的存活率、增长率和产蛋量。

1.2 生物技术应用于种植业

1.21污染土壤的生物修复

重金属污染是造成土壤污染的主要污染物。重金属污染的生物修复是利用生物(主要是微生物、植物)作用，削减、净化土壤中重金属或降低重金属的毒性。其原理是:通过生物作用(如酶促反应)改变重金属在土壤中的化学形态，使重金属固定或解毒，降低其在土壤环境中的移动性和生物可利用性，通过生物吸收、代谢达到对重金属的削减、净化与固定作用。污染土壤的生物修复过程可以增加土壤有机质的含量，激发微生物的活性，由此可以改善土壤的生态结构，这将有助于土壤的固定，遏制风蚀、水蚀等作用，防止水土流失。

1.22 应用EM生物技术在种植业的应用

EM在种植业中的应用经在蔬菜、花卉、葡萄、小麦等作物上应用,起到了增产、抗病虫、改良土壤、改善作物品质、净化环境的作用。,:番茄田内用500倍液的EM发酵液进行植株喷施,一周后观察,比对照植株长势旺盛,叶片增厚,叶色深绿,农艺性状很好。更艟神奇的是用EM处理过的植株不但结果大而多,还有反常现象,HU平常第六、七层果枝上的果实总是越结越小,而用EM处理过的植株第六、七层果枝上的果实却越结越大,而且成熟早,味道好,贮藏时间也长。

1.23 生物农药在种植业的应用

生物农药指非人工合成,具有杀虫、杀菌或抗病、除草能力的,并可以制成具有农药功效和商品价值的生物制剂,包括微生物源(细菌、病毒、真菌及其次级代谢产物农用抗生素)、植物源（生物碱）、动物源农药以及抗病虫草害的转基因植物等。

微生物源农药包括细菌杀虫剂﹑真菌杀虫剂﹑病毒杀虫剂﹑原生动物杀虫剂

﹑昆虫病原线虫制剂﹑抗生素杀虫剂。目前筛选出的杀虫细菌约有100多种,主要分布在芽胞杆菌属(Bacillus)，肠杆菌属(Enterobacter), 假单胞杆菌属(Pseudomonus)，其中苏云金杆菌(B. thuringiensis, Bt) 是细菌杀虫剂中的代表,目前已鉴定了70个血清型、82个亚种。苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis, Bt) 革兰氏阴性菌，菌体短杆状，生鞭毛，单生或形成短链，内生芽孢。有若干菌株（亚种），产生不同的毒素，能特异地杀死不同昆虫。

2.生命科学与农业的可持续发展

农业的首要任务是解决粮食短缺的问题。世界人口在增加，粮食的需求量增大，而耕地面积却在减少，因而必须依靠培养优良品种，大幅度提高单产。过去的几十年中是靠传统的杂交育种，在21世纪，基因工程将在育种中发挥重要作用。

人不但要吃饱，还要求吃好，食品要更加符合营养要求。应用基因工程可以改善粮食和畜牧产品品质，譬如增加谷物中的蛋白质的含量，使家畜家禽的蛋白质成分与人的需要更接近等。要实现农业可持续发展，必须克服农业化学化带来的恶果。化肥与农药的大量使用虽然提高了农作物产量，但是消耗了大量的能源与资源，还造成严重的环境污染。固氮基因工程研究已有不少进展，如若成功，农作物将摆脱单纯对氮肥的依赖。通过基因工程培育抗病虫害的农作物新品种，实行生物防治，将降低对农药的依赖。

2.1生物技术应用于环境的技术

2.11污水的生物净化

污水中的有毒物质的成分十分复杂，包括各种酚类、氰化物、重金属、有机磷、有机汞、有机酸、醛、醇及蛋白质等等。微生物通过自身的生命活动可以解除污水的毒害作用，从而使污水中的有毒物质转化为有益的无毒物质，使污水得到净化。当今固定化酶和固定化细胞技术处理污水就是生物净化污水的方法之一。固定化酶和固定化细胞技术是酶工程技术。固定化酶又称水不溶性酶，是通过物理吸附法或化学键合法使水溶性酶和固态的不溶性载体相结合，将酶变成不溶于水但仍保留催化活性的衍生物，微生物细胞是一个天然的固定化酶反应器，用制备固定化酶的方法直接将微生物细胞固定，即是可催化一系列生化反应的固定化细胞。运用固定化酶和固定化细胞可以高效处理废水中的有机污染物、无机金属毒物等，此方面国内外成功的例子很多，如德国将能降解对硫磷等9种农药的酶，以共介结合法固定于多孔玻璃及硅珠上，制成酶柱，用于处理对硫磷废水，去除率达95%以上；近几年我国在应用固定化细胞技术降解合成洗涤剂中的表面活性剂直链烷基苯磺酸钠(LAS)方面取得较大进展，对于含100mg/L废水，降解率和酶活性保存率均在90%以上；利用固定化酵母细胞降解含酚废水也已实际应用于废水处理。转贴

2.12白色污染的消除

废弃塑料和农用地膜经久不化解，估计是形成环境污染的重要成分。据估计我

国土壤、沟河中塑料垃圾有百万吨左右。塑料在土壤中残存会引起农作物减产，若再连续使用而不采取措施，十几年后不少耕地将颗粒无收，可见数量巨大的塑料垃圾严重影响着生态和环境，研究和开发生物可降解塑料已迫在眉睫。利用生物工程技术一方面可以广泛地分离筛选能够降解塑料和农膜的优势微生物、构建高效降解菌，另一方面可以分离克隆降解基因并将该基因导入某一土壤微生物(如：根瘤菌)中，使两者同时发挥各自的作用，将塑料和农膜迅速降解。同时，还需大力推行可降解塑料和地膜的研发、生产和应用。

有些微生物能产生与塑料类似的高分子化合物即聚酯，这些聚酯是微生物内源性贮藏物质，可以用发酵方法进行生产，由此形成的塑料和地膜因有可被生物降解、高熔点、高弹性、不含有毒物质等优点而在医学等许多领域有极好的应用前景。为了降低成本、提高产量，人们正在用重组DNA技术对相关的微生物进行改造，此方面目前一个研究热点是采用微生物发酵法生产聚-β羟基烷酸(PHAs)，研究人员正设法构建出自溶性PHAs生产菌种，即将PHAs重组菌进行发酵，在积累大量的PHAs后，加入信号物质，使裂解蛋白产生，细胞壁破坏，PHAs析出，以简化胞内产物PHAs的提取过程，降低提取成本。

2.13化学农药污染的消除

废弃塑料和农用地膜经久不化解，估计是形成环境污染的重要成分。据估计我国土壤、沟河中塑料垃圾有百万吨左右。塑料在土壤中残存会引起农作物减产，若再连续使用而不采取措施，十几年后不少耕地将颗粒无收，可见数量巨大的塑料垃圾严重影响着生态和环境，研究和开发生物可降解塑料已迫在眉睫。利用生物工程技术一方面可以广泛地分离筛选能够降解塑料和农膜的优势微生物、构建高效降解菌，另一方面可以分离克隆降解基因并将该基因导入某一土壤微生物(如：根瘤菌)中，使两者同时发挥各自的作用，将塑料和农膜迅速降解。同时，还需大力推行可降解塑料和地膜的研发、生产和应用。

有些微生物能产生与塑料类似的高分子化合物即聚酯，这些聚酯是微生物内源性贮藏物质，可以用发酵方法进行生产，由此形成的塑料和地膜因有可被生物降解、高熔点、高弹性、不含有毒物质等优点而在医学等许多领域有极好的应用前景。为了降低成本、提高产量，人们正在用重组DNA技术对相关的微生物进行改造，此方面目前一个研究热点是采用微生物发酵法生产聚-β羟基烷酸(PHAs)，研究人员正设法构建出自溶性PHAs生产菌种，即将PHAs重组菌进行发酵，在积累大量的PHAs后，加入信号物质，使裂解蛋白产生，细胞壁破坏，PHAs析出，以简化胞内产物PHAs的提取过程，降低提取成本。

2.2 生物能源在农业上的应用

2.21沼气应用技术

用作沼气发酵原料的有机物种类繁多，如禽畜粪便、作物秸秆、食品加工废物和废水，以及酒精废料等，其主要化学成分为多糖、蛋白质和脂类。其中多糖类物质是发酵原料的主要成分，它包括淀粉、纤维素、半纤维素、果胶质等。这些复杂有机物大多数在水中不能溶解，必须首先被发酵细菌所分泌的胞外酶水解为可溶性糖、肽、氨基酸和脂肪酸后，才能被微生物所吸收利用。发酵性细菌将上述可溶性物质吸收进入细胞后，经过发酵作用将它们转化为乙酸、丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类及一定量的氢、二氧化碳。在沼气发酵测定过程中，发酵液中的乙酸、丙酸、丁酸总量称为中挥发酸(TVA)。蛋白质类物质被发酵性细菌分解为氨基酸，又可被细菌合成细胞物质而加以利用，多余时也可以进一步被分解生成脂肪酸、氨和硫化氢等。蛋白质含量的多少，直接影响沼气中氨及硫化氢的含量，而氨基酸分解时所生成的有机酸类，则可继续转化而生成甲烷、二氧化碳和水。脂类物质在细菌脂肪酶的作用下，首先水解生成甘油和脂肪酸，甘油可进一步按糖代谢途径被分解，脂肪酸则进一步被微生物分解为多个乙酸。

自80年代以来建立起的沼气发酵综合利用技术沼气为纽带，物质多层次利用、能量合理流动的高效农产模式，巳逐渐成为我国农村地区利用沼气技术促进可持续发展的有效方法。通过沼气发酵综合利用技术沼气用于农户生活用能和农副产品生产、加工，沼液用料、饲料、生物农药、培养料液的生产，沼渣用于肥料、的生产（如图1.1），我国北方推广的塑料大棚、沼气池、禽畜舍和相结合的“四位一体”沼气生态农业模式、中部地区的以沼气为纽带的生态果园模式、南方建立的“猪一果”模式、以及其他地区因地制宜建立的“养殖一沼气植”、“猪一沼一鱼”和“草一牛一沼” 等模式都是以业为龙头，以沼气为纽带，对沼气、沼液、沼渣的多层次利用的生态农业模式，沼气发酵综合利用生态农业模建立使农村沼气和农业生态紧密结合起来，是改善农村环境卫生的有效措施，是发展绿色种植业、养殖业的有效途径，已成为农村经济新的增长点。

2.22 植物能源的应用

植物是世界上最丰富的可再生能源资源。最直接的利用是紫草燃烧取能，目前人们仅用其产量的1%~3%作为能源，提供了大约世界能耗的15%。目前世界上大约有15亿人靠烧柴草生活，主要在发展中国家;我国约占一半。中国每年消耗的柴草燃烧可折成2.5×10^11kg标准煤，如能合理利用，将发挥更好的效益。

人们把树汁种含有类似石油的碳氢化合物的植物称为能源植物。可供开发的利用的能源植物种类繁多。

2.23 微生物在能源开发中的应用

乙醇发酵

经微生物发酵生产的乙醇可为汽油代用品。许多原料可供发酵制造乙醇：a.含糖的基质由甘蔗或甜菜制糖时所留存的残渣﹑甜菜﹑水果及果实汁液，这些基质一般不糖化就能应用。

b.含淀粉基质所有的谷物类﹑高梁及小米﹑玉米﹑米糠﹑马铃薯﹑甜菜渣﹑甘薯及其他含糖产物，这些基质在发酵前必须先用麦芽或淀粉酶糖化。

C.纤维和半纤维基质﹑稻草﹑麦秆﹑麦皮﹑蔗渣﹑玉米芯及木材﹑废纸等，这些基质应首先水解，再发酵。

3.生命科学对农业生产的意义

1.影响人们在农业方面的思想观念，如进化的思想和生态学思想正在被越来越多的人所接受。

2.促进农业生产力的提高，如生物技术产业正在形成一个新兴产业；农业生产力因生物科学技术的应用而显著提高。

3.随着生物科学的发展，将会有越来越多的人从事与生物学有关的职业。

4.促进人们提高健康水平和生活质量，延长寿命。

5.影响人们的思维方式，如生态学的发展促进人们的整体性思维；随着脑科学的发展，生物科学技术将有助于改进人类的思维。

总之, 要加快生物技术在农业中的应用, 除了上述的几种途径之外, 还要通过完善农业科技管理体制、建立多渠道筹措资金机制, 建立农业科技风险基金和农业保险基金制度以及制定宽松有利的宏观政策等各方配套措施的实施, 才能更快地使生物技术在农业领域得到广泛应用, 从而为农业的可持续发展做出巨大的贡献。

参考文献

［1］李爱芹，饯风芹，陈为京等．2003．生物技术在农业方面的应用前景与对策．科学与管理，4(23)：16—17

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［3］《中国农业大学学报》 2011年 02 期

［4］《山西农业》 2001年05 期

［5］陈献礼．2005．生物技术在未来农业中的角色．现代农业，(1O)：2l～2 2

［6］谢从华，柳俊编．2004．植物细胞工程．北京：高等教育出版社，8～ l l

［7］《生命科学导论》李庆章主编中国农业出版社

［8］《生命科学导论》张惟杰主编高等教育出版社