农业高新技术概论期末复习资料

农业高新技术概论期末复习资料

1、 绪论---农业发展与高新技术

绿色革命

⏹ 20世纪60年代，设在菲律宾的国际水稻研究所和设在墨西哥的国际玉米

小麦改良中心，育成矮杆（半矮杆）高产水稻和小麦品种。这些品种在发展中国家迅速推广应用，并配合灌溉、施肥技术的改进，产生了巨大的经济效益和社会效益。这种以推广良种（矮杆化）为主要内容的技术进步，被誉为第一次“绿色革命”（矮杆育种）。

第二次绿色革命

------杂种优势利用

⏹ 雄性不育现象的利用

⏹ 1970年，我国发现“野败”，并成功育成“三系”配套的籼型杂交水稻，

并迅速向全世界推广。

⏹ 杂交水稻取得举世瞩目的成就

第三次绿色革命

-----生物技术育种(分子育种)

⏹ 细胞工程育种

⏹ 染色体工程育种

⏹ 分子育种

四、农业发展与高新技术

农业高新技术的概念及范畴

农业高新技术指农业领域中应用的高技术。以农业高技术为主体的产业叫农业高技术产业。

农业高新技术

⏹ 农业生物工程

⏹ 水肥条件和环境工程

⏹ 农业机械和设施工程

⏹ 农业信息和遥感工程

1․农业生物工程

在种植业方面：

植物杂种优势利用是应用最广、成效最大的一种育种技术。

植物种苗组培快繁脱毒技术已在蔬菜、花卉、果树经济和观赏林木上应用和进入商业化生产，美国的兰花工厂年产值已近美元；我国在这方面也开始了商业化。

植物基因工程育种在改善品质、提高质量、改善抗性，特别是抗病虫、耐旱、耐盐和耐低温冷害方面大有作为。

在养殖业方面：

家畜胚胎工程。胚胎分割、核移植、性别控制技术等都有突出进展；

转基因动物研究进展迅速，目前已经得到多例多代生长激素基因转移成功的转基因绵羊、猪、兔等。美、英、澳等国正在实施“超级猪”、“超级牛”计划。

动物反应器，即利用转基因动物生产医用多肽药物、疫苗、人型抗体、人造血液等。我国863计划在这个生物技术前沿上也取得了很好的进展，转基因猪计划素体系已经建立，生产效率居世界先进水平。

• 单克隆抗体技术的发展使畜禽疾病的鉴别和诊断进入了一个新阶段；

• 基因工程疫苗得到迅速发展，对畜禽疾病的预防将发挥越来越大的作用。单抗

制剂和基因工程疫苗已经成为动物医药市场发展的热点。

• 生物性农（兽）药和生长调节物质已成为全球性的发展趋势，并将继续扩大其

市场份额。生物农药主要通过自然微生物或基因工程株，应用微生物发酵工程技术进行生产。

2．水肥条件和环境工程

• 输水系统中防渗、灌溉方式以及设施（如低压地下管道输水、喷灌、微灌、渗

灌等）和材料是目前节水灌溉中攻克的重点。

• 减少农田土壤表面蒸发是节水的另一主攻方面。地膜中，光降解膜、淀粉基生

物降解膜、天然高分子降解膜均取得突破，日本、美国等已商品生产，但效果较差，价格偏高。

3．设施农业

设施农业是指用人工设施为动植物提供最佳生产环境，是现代化技术的高度综合和集成，可控制程度高，可实行工业化科学生产和管理，产量可较传统生产方式提高数倍和数十倍，并且可以节约大量水土资源。

⏹ 对温度和射线具有良好调控能力的玻璃和塑料材料以及各类轻型、耐腐蚀

的金属材料；

⏹ 环境、结构和工程设计；

⏹ 对光照、温度、湿度以及灌溉、施肥等栽培饲养过程的自控或半自控；

⏹ 适应设施栽培饲养的动植物品种和栽培饲养技术。

4．农业信息与遥感工程

农业的多要素、综合性、分散性和时空变异大的特点决定了农业信息的重要性，农业信息的内容有生产状况的形势类、资源环境类、灾情类、经济类。

3S ：RS 、GIS 、GPS

航空遥感可用于专项目标。我国已成功地利用遥感技术作灾情检察、产量预报、水资源探察。中科院长春地理所采用卫星遥感发现大安地区古河道地下水资源，从而科望开拓处数十万亩的水稻产区。

“三色农业”

“三维农业”

2、 植物组培快繁和脱毒技术

一、细胞学说

细胞学说的三个含义：

一、细胞是有机体，一切动植物都是由细胞发育而成，并由细胞和细胞产物所构成；

二、每个细胞作为一个相对独立的单位，既有它“自己的生命”，又是整体生命的一部分；

三、新细胞由老细胞产生。

二、细胞分化现象

一个生物体的上百亿细胞，都是由受精卵经过有丝分裂产生的，每个细胞的内部虽然具有形态和数目相同的染色体，但细胞的形态、大小和执行的功能却并不完全一样，这种由同一受精卵产生的细胞相不同方向发展的现象称为细胞分化。

细胞分化的实质在于：一个全能性的细胞是通过什么方式使其大部分的遗传信息不再表达，而仅有小部分特点的基因活化和表达（往往表现为合成不同的酶和蛋白质），最终使细胞表现出执行特定的功能。

三、全能、多能和专能细胞

根据细胞分化的程度，可以把细胞分为:

全能

能像受精卵一样形成一个完整个体的细胞。

多能

多能细胞是指那些能转变为多种类型细胞的细胞。

专能

只能通过细胞分裂形成某种特定的细胞。

• 细胞分化的程度越高，其全能性的实现越困难。

四、细胞全能性（Cell Totipotency）

细胞全能性： 一个植物细胞能产生一个完整植株的固有能力称为植物细胞的全能性。换言之，细胞全能性是指植物细胞具有全套遗传信息，不管是性细胞还是体细胞，在特定环境下仍能进行表达，而产生一个独立完整的个体。

植物细胞具有全能性，这是植物组织培养的原理。

从理论上说，只要条件合适，每一个植物细胞都能发育形成一个与原来植物相同的完整植物体。事实上，较之动物细胞而言，植物细胞实现全能性容易得多。而动物细胞要实现其全能性，要求的条件要苛刻的多。这也是动物克隆比植物克隆更引人注目的原因之一。

第二节 植物组织培养和细胞全能性的实现

一、概念

植物组织培养：简言之，是指在无菌条件下培养植物的技术。具体的说，是指在无菌条件下将离体的植物器官（根、茎、叶、花、果实等）、组织（形成层、花药组织、胚乳、皮层等）、细胞（体细胞和生殖细胞）以及原生质体，培养在人工配制的培养基上，给予适当的培养条件，使其长成完整的植株，统称为植物组织培养。由于培养的是脱离植物母体的培养物，在试管内培养，所以也叫离体培养（Culture in vitro）或试管培养（In test-tube culture）。

二、实现植物细胞全能性所需的条件

1、植物细胞自身生理及分化状态（内因）

一个细胞向分生状态回复过程所能进行的程度，取决于它在原来所处的自然部位上已经达到的细胞和生理状态。

2、离体培养中提供的营养和环境条件（外因）

内因

• 植物细胞，只要有一个完整的膜系统和一个有生命力的核，即使是已高度成熟

和分化的细胞，也还保持着恢复分生状态的能力。其恢复过程取决于该细胞原来所处的自然部位及生理状态。

周期细胞

茎尖、根尖及形成层细胞，这类细胞始终保持分裂能力，从一个周期进入另一个周期 终端分化细胞

筛管、导管、气孔保卫细胞等特化细胞，他们为永久失去分裂能力的细胞

Go 细胞

表皮细胞及各种薄壁细胞，这类细胞在通常情况下不分裂，但在受到外界刺激后可重新启动分裂

外 因

• 培养基

提供离体条件下的生存条件（物质能量）

• 培养环境条件

提供全能性实现的条件

培养基

（一）、培养基的成分及其作用

• 1 无机营养物质

• 2 有机化合物

• 3 植物生长调节物质

• 4 固化剂和悬浮剂

3、植物生长调节物质

• 植物激素是在植物体内合成的，对植物生长发育有显著调节作用的微量有机

物，而植物生长调节剂是外源的调节植物生长发育的物质。

• 只有加入植物生长调节物质，才能诱导细胞分裂、脱分化和再分化。

1）、生长素类

生长素的生理作用

1、促进细胞生长和细胞分裂

2、诱导受伤组织表面细胞恢复分裂能力

3、形成愈伤组织，促进生根

4、与一定量的细胞分裂素配合共同诱导不定芽的分化、侧芽的萌发与生长、胚状体的诱导。

2）、细胞分裂素

控制植物细胞分化

• 分裂素/生长素的比例是控制芽和根形成的一个重要条件

• 比例高时——产生芽, 比例低时——产生根

（二）培养环境条件

• 培养中温度、光照、湿度等各种物理条件

1. 光照的影响

2. 温度的影响

3. 湿度的影响

4.pH 值

5. 渗透压

6. 气体影响

三、植物细胞全能性实现的途径

脱分化（Dediffentitation ）——一个已停止分裂的成熟细胞转变为分生状态并形成未分化的愈伤组织的现象叫脱分化。

再分化（Redifferentitation ）——原已分化的细胞经脱分化培养后再次分化的现象

叫再分化。

第三节 、植物离体快速繁殖技术

植物离体快繁又叫微型繁殖（Micropropagation ）或试管繁殖，它是把植物材料放在试管内，给予人工培养基和合适培养条件，达到高速增殖，属离体无性繁殖。

其特点是快速，每年能以千百万倍的速度繁殖后代，比常规繁殖方法快万倍到数十万倍。 离体快繁的一般技术

•

• 培养材料选择及消毒

• 材料的初代培养(无菌母株制备)

• 试管苗的增殖与继代培养（不定芽增殖）

• 试管苗的生根与移栽（完整植株形成）

• 再生植株鉴定

愈伤组织发生

• 愈伤组织（Callus ）

组织培养中外植体经脱分化形成的一种无组织结构的团块组织，由于这种组织以往常见于受创伤的植物器官和基干表面，故叫愈伤组织（Wound Callus）。

第四节 植物的组培脱毒技术

• 为什么要脱毒？

病毒不仅使人患病，同样也侵害植物，使植物出现皱叶、黄叶、落叶，以致品质变劣、花色变淡、花数减少、产量降低。

多数农作物，特别是无性繁殖作物，都易受到一种或多种病原菌的周身浸染。病原菌的浸染不一定都会造成植物的死亡，很多病毒甚至可能不表现任何可见症状。但在植物中病毒的存在会减少作物的产量和降低作物的品质。

植物病毒多经无性繁殖而传递，有性繁殖的植物除豆类一部分作物外，种子均不会传递病毒。若使用未受侵染个体的种子进行繁殖，就有可能得到无病毒植株。不过有性繁殖后代常表现遗传变异性。

由于依赖营养繁殖的作物很多，植物的快速繁殖技术也正是建立在无性繁殖的基础上，因而脱毒方法就显得尤为重要。

怎样脱毒？

一、 快速繁殖中去除病毒的方法

1、茎尖培养脱毒

2、物理学方法脱毒

3、化学疗法脱毒

4、其他方法脱毒

愈伤组织培养脱毒

珠心胚培养脱毒

茎尖微体嫁接（MGST ）

为什么茎尖培养能够脱毒？

1、 茎尖培养脱毒

分生组织能逃避病毒浸染的原因：

• 在植物体内，病毒易于通过维管系统而移动，但在分生组织中不存在维

管系统。

• 病毒在细胞间的移动只能通过胞间连丝，但它的速度很慢，赶不上细胞不

断分裂的生长速度；

• 在旺盛分裂的分生细胞中，代谢活性很高，使病毒无法复制；在茎尖中存

在高水平的生长素，可抑制病毒的增殖。

• 怎样鉴定无病毒植株？

二、无（特定）病毒植株的鉴定

每一茎尖或愈伤组织分化产生的植株，在作为母本生产无病毒原种以前，必须对特定病毒进行鉴定。

由于许多病毒具有延迟的恢复期，所以在最初18个月中每隔一定时间仍须进行鉴定，只有显示持续阴性反应的无病毒植株，才能供生产上应用。

无病毒植株易被再感染，因此在繁殖的不同阶段仍需重复进行鉴定。 鉴定方法

1、直观测定法

2、指示植物法

利用病毒在其他植物上出现症状的特征，作为鉴别病毒种类的标准，这种专门用以生产症状的寄主植物即为指示植物，又称鉴别寄主。

3、抗血清鉴定法

4、酶联免疫吸附法（ELISA ）

5、电子显微镜检查法

6、免疫吸附电镜法

胚状体形成

胚状体概念： 离体培养下起源于非合子细胞，经历了胚胎发生和胚胎发育过程所形成的类胚结构。

3、大规模培养植物细胞生产有用次生代谢产物

1. 愈伤组织

最初是1939年Gautheret 报道胡萝卜根外植体当接种在含矿物盐、葡萄糖、细胞分裂素、硫胺素和生长素IAA 的培养基上会增殖，形成大块无组织结构的团块，这种组织，以往常见于受创伤的植物器官和基干表面，故叫愈伤组织。它能通过继代培养而保持。

2. 愈伤组织的特点

• 由受伤和激素等诱导产生

• 可由任何组织通过脱分化过程产生

• 细胞呈未分化的分生组织状态

• 细胞之间联系较少，无胞间连丝

• 经几次继代培养可得到疏松型愈伤，容易获得单细胞

• 具多型性：多类型、多色泽、多质地

最低有效密度

• 在一定体积培养液中应接种多少细胞（称之为接种量）使之达到一定的密度（起

始密度）对继代培养十分重要。接种量很少或起始密度过低，它生长的条件要求也严格，不能良好地生长，因此在原种培养时，每个培养容器应接种足够数量的细胞。

• 又称起始密度。指使培养悬浮细胞能够增殖的最少接种量。它是一个临界浓度，一旦低于这个细胞密度，细胞生长就不好。如假挪威槭细胞在标准合成培养基中，临界起始密度为9～15×105细胞/ml，而烟草、胡萝卜细胞则为2.5×105细胞/ml。 看护培养

• 存在最低有效密度的原因，可能是细胞培养过程中，细胞生长存在一种群体效

应，即细胞不但从培养液中吸收养料而且也把生物合成的某种产物释放到培养液中，而这种物质或各种物质的复合体对于单个细胞的生长是必需的。细胞起始密度太低，这种物质太少，细胞不能生长分裂。这种观点可通过看护培养得到证明。

• 单细胞直接培养，细胞很难生长和分裂。若将滤纸先放在一块愈伤组织上，让

它先吸收养料，再将单细胞放在滤纸上进行培养，则可诱导单细胞分裂。这说明多细胞组织块在培养过程中向培养基释放了某种物质，而这种物质对单细胞生长是必需的。如果向培养基中加入了这种代谢物，那么最低有效密度就会大大降低。Stuart 等1969设计了一种方法，制备了一种条件培养基，使最低有效密度从9～15×105细胞/ml下降到1.0～1.5×103细胞/ml。也可用透析袋或多孔套管内装高密度的培养液，再放入新鲜低密度培养液中，管外低细胞密度中的悬浮细胞就能良好生长和分裂。

生长动态（S 曲线）

• 细胞悬浮培养过程，根据细胞数目变化，将一个培养时代（培养周期）分为五

个时期（指成批培养，接种细胞分散在一定体积的培养液中）：

• 1）、延迟期（或诱导期）：log phase

• 2）、指数（对数）生长期：exponential growth phase

• 3）、直线生长期：Liner growth phase

• 4）、速度减慢期：Progressive deceleration phase 细胞生长速度越来越

慢。

• 5）、静止期：Stationary phase

悬浮培养细胞同步法

实现的方法有两种，即饥饿法和抑制法。

• 饥饿法：在这种方法中，先对细胞断绝供应一种进行细胞分裂所必需的营养成

分或激素，使细胞停滞在G1或G2期，经过一段时间的饥饿后，当重新在培养基中加入这种限制因子时，静止细胞就会同步进入分裂。如长春花悬浮培养中，先使细胞受到磷酸盐饥饿4天，然后再转入到含有磷酸盐的培养基中，结果获得了同步性；烟草、胡萝卜细胞先经过细胞分裂素饥饿可取得同步化的效果。

• 抑制法：使用DNA 合成抑制剂如5—氨基尿嘧啶、FudR 、羟基脲和胸腺嘧啶等。 生物转化和植物细胞反应器

1、生物转化

利用植物培养细胞为酶源使某种化合物生成相应产物的技术称为生物转化或植物细胞转化。

植物细胞内含有催化酯化、氧化、还原、皂化、羧基化、异构化、甲基化、羟基化、环氧化、葡萄糖基化及去甲基化等反应的酶类，可使相应原料生产有用化合物。

如毛地黄细胞培养物可使甲基毛地黄毒素转化为β—甲基地高辛；毛地黄配基及菱毒配基可经胡萝卜细胞分别转化为杠柳配基和5-羟基菱毒配基。

2、植物细胞反应器

虽然植物细胞悬浮培养的基本条件类似于微生物，但用于微生物培养的发酵罐并不适合于植物细胞培养，因为两类细胞在结构和生长上存在显著差异。因此，建立植物细胞反应器应考虑：

1）、培养液中的供氧能力和气泡分布密度；

2）、生物反应器内产生的水胁迫强度及其对植物细胞系统的影响；

3）、在高密度细胞时培养液混合程度；

4）、能够控制细胞团聚大小；

5）、方便扩大培养规模；

6）、简化长期培养的无菌操作过程。

当前植物细胞培养主要采用悬浮培养和固定化细胞系统。

悬浮培养所用生物反应器主要有机械搅拌罐和非机械搅拌罐，非机械搅拌罐又分为鼓泡式、气升式和旋转鼓式。

固定化细胞反应器有充床反应器、流化床反应器和膜反应器等类型。

4、植物细胞融合和细胞杂交

• 原生质体的概念及获得

• 细胞杂交的意义和方法

• 融合体的类型及特征

原生质体

• 由于植物细胞外具有坚韧的细胞壁，对细胞行使保护和信号识别等功能，其存

在对不同物种间遗传物质的融合是一个极大的障碍，因此，科学家们利用去壁的植物细胞——原生质体来进行融合，从而能有效地将不同物种的基因有机的结合起来，形成自然界所不存在的新物种。

酶法制备原生质体：材料培养--叶片--分离切割--酶解--原生质体--纯化

• 体细胞杂交是指两个离体细胞通过一定诱导技术使质膜接触而融合在一

起随后导致两个细胞核物质融合的技术。

• 根据融合时细胞的完整程度，原生质体融合可分为两大类：

• 对称融合（asymmetric fusion）－即两个完整的细胞原生质体融合。

• 非对称融合（symmetric fusion）－利用物理或化学方法使某亲本的核

或细胞质失活后再进行融合.

• 原生质体(protoplast)

• 亚原生质体(subprotoplast)：在原生质体分离过程中，有时会引起细胞

内含物的断裂而形成一些较小的原生质体就叫做亚原生质体。它可以具有细胞核或没有细胞核。

• 核质体(nuclearplast)：由原生质膜和薄层细胞质包围细胞核形成的小

原生质体。也称为微小原生质体(miniprotoplast)。

• 胞质体（cytoplast ）：不含细胞核而仅含有部分细胞质的原生质体。

融合方法

自发融合

诱导融合

盐类融合法

高钙和高pH 值融合法

PEG 诱导融合法

电诱导融合

5、单倍体和多倍体育种技术

• 单、多倍体的概念、特征。

• 单倍体育种的优势。

• 多倍体在育种上的应用。

• 如何通过花粉（药）培养获得单倍体？

• 人工诱导多倍体的方法。

单倍体：体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体，叫做单倍体。

• 多倍体：体细胞中含有3个或3个以上染色体组的生物叫做多倍体。

单倍体植株的特性

• 从染色体形态特征上看，单倍体染色体数只有二倍体的一半，因而其细胞的核

变小，从而导致营养器官和繁殖器官变小，如气孔、叶片、花药、花较小及植株矮化；

• 另一方面，单倍体植株的特点还常常是开花茂盛、较早、延续时间长、花粉粒

显著不正常，败育（90～99%甚至更高），结实极少而籽粒小，所以常将不育性作为鉴别单倍体的标志；

• 单倍体植株的性状有变化，能形成新的性状，比如水稻单倍体可以变成无芒的、丛生性的、叶扭曲的等等。

单倍体育种

由于进行简单染色体加倍后就可得到纯合的二倍体，主要应用于育种。

单倍体育种定义：将具有单套染色单倍体育种体的单倍体植物，经人工染色体加倍，使其成为纯合二倍体。从中选出具有优良性状的个体，直接繁育成新品种；或选出具有单一优良性状的个体，作为杂交育种的原始材料，称为单倍体育种。

单倍体育种的优势：

1、控制杂种分离，缩短育种周期

2、排除显隐性基因干扰，提高选择效率

3、作诱变材料提高诱变效率

4、克服远缘杂交不育

5、快速纯化栽培品种

单倍体的获得

1、自然筛选

2、人工诱发：主要有两种方式：

孤雄生殖：花药（粉）培养，诱发小孢子单性发育形成植物体。

孤雌生殖：未受精子房或胚珠培养，诱发卵细胞单性发育形成植物体。

3、花药培养技术

单倍体植株的鉴定

• 形态鉴定

• 细胞学鉴定

• 分子标记鉴定

如等位酶、RFLP 、RAPD 等进行分子标记。

染色体的加倍

自然加倍

人工加倍

第二节 多倍体育种

多倍体

• 多倍体 是指细胞中含有两套以上染色体的生物体。

• 多倍体的特点

• 巨大性

• 育性低

• 抗逆性强

• 营养成分高

• 多倍体的产生

• 归根到底是细胞正在分裂时，受到外界环境条件激烈变化的影响，从而促使多倍体细胞的产生。

• 多倍体在育种上的应用

• 1、培育无籽果实

• 如利用三倍体植物（由自然发生的及由四倍体与二倍体杂交获得）的不育性，培育出三倍体的无籽西瓜。

• 2、培育大型植物提高产量，如多倍体草莓。

• 3、克服远缘杂交的不孕性

• 4、克服远缘杂种不实性

• 多倍体的获得

• （一） 芽变

• 自然界极端的气候条件等可能诱发体细胞的变异，从而产生多倍体 • （二）有性杂交法

• 利用2n 配子

• 利用多倍体亲本

• （三）人工诱导

• 物理方法

• 化学方法

• 组织培养法

• 育成作物新类型

• 多倍体的鉴定

• a) 外部形态比较

• b) 气孔鉴定

• c) 花粉粒鉴定

• d) 梢端组织发生层细胞鉴定

• e) 小孢子母细胞分裂的异常行为

• f) 染色体记数（直接鉴定法）

• 6、植物雄性不育和杂种优势利用

• 杂种优势的概念及类型。

• 杂种优势的利用。

• 杂种优势的预测。

• 三系杂交水稻指哪三系？各有何特征？

• 水稻如何利用三系进行育种？

• 植物的杂种优势

• 杂种优势：是指两个遗传组成不同（即基因型不同）的亲本杂交产生的

F1代个体在生活力、生长势、适应性和丰产性等方面都超过双亲的现象。

• 杂种优势从外观方面表现为生长势增强，产量增加，品质变好，抗病性增

大等。从内部生理代谢方面表现为杂种合成某种物质的能力增强（如抗逆能力、光合作用等）。

• 杂交水稻与三系育种

• 雄性不育：所谓雄性不育，是指植物雄性部分异常，花药、花粉不正常或

退化了，有时即使有花粉，也无效，不能使雌性卵细胞受精结实，无生育能力；但其雌性器官正常，只要有正常花粉授上去，就会结实，这种现象就叫雄性不育。

• 不育系

• 所谓雄性不育系（MALE STERILE LINE ），指植物雄性部分异常，花药、花

粉不正常或退化了，有时即使有花粉，也无效，不能使雌性卵细胞受精结实，无生育能力；但其雌性器官正常，只要有正常花粉授上去，就会结实。

• 保持系

• 所谓雄性不育保持系（MAINTAINER LINE OF MALE STERILE ），指植物雌雄

性部分正常的品种，本身正常开花结实。最重要的是它的花粉授给不育系所得的种子长成的植株（杂种），仍是雄性不育的，能把不育性保持下来。有了保持系，不育系才能代代相传，后继有种。

• 保持系是用来给雄性不育系授粉，使后代继续保持雄性不育特性的纯合自

交系。也叫B 系。基因型为F （msms ）。

• 保持系与它所保持的不育系外貌完全相似，只是一个雄性能育，一个雄性

不育，所以有人叫它们为“双胞胎兄妹”。

• 恢复系

• 恢复系是用来给雄性不育系授粉，使杂种一代恢复雄性育性的纯合自交

系。也叫R 系。

• 恢复系是杂种一代的父本，应具有良好的综合性状和高配合力。若杂种一

代以种子为产品，父本育性恢复度要高而稳定。

•

• 不育系繁殖田 杂种制种田

• 当年 不育系×保持系

•

• 少部分种子 大部分种子

•

• 第一年 不育系×保持系 不育系×恢复系

•

•

杂种——大田用种

• 第二年 不育系×保持系 不育系×恢复系

•

•

杂种——大田用种

• 第三年 不育系×保持系 不育系×恢复系

• …… ……

• …… ……

•

•

• 雄性不育系利用价值

• 特点：①利用雄性不育系生产杂种一代种子，不必人工去雄，简化了制种手续，大大降低了成本。但是，对自花授粉植物，仍需人工授粉。对异花授粉植物，采用天然杂交法即可。

②利用雄性不育系制种，可使杂种一代纯度达到100%。

③雄性不育系利用对降低人工去雄难的十字花科等植物杂种优势的利用具有更加重大的意义。

• 雄性不育两用系制种时，需拔除系内的可育株。常因可育株拔除不干净，而造成一定量的假杂种。即影响到杂种一代的纯度。

• 原始雄性不育系的获得

• （1）利用自然变异

自然变异的不育株发生频率因作物种类和品种不同而不同。一般是千分之几到万分之几。所以应在较大的群体中寻找。如萝卜、甘蓝等利用自然变异的雄性不育株，选育出了雄性不育系和相应的保持系。

（2）远缘杂交

远缘杂交杂种内常会出现雄性不育株。

• （3）人工诱变

用电离辐射或化学诱变剂处理正常可育的植株或种子都有可能诱发出雄性不育株。

• （4）自交和品种间杂交

异花授粉植物，基因一般杂合，自交或品种间杂交，可以暴露隐性性状。而雄性不育性状多数情况下为隐性性状。

• （5）引种和转育

从外地引进已经育成的雄性不育系或雄性不育两用系，直接利用。也可将引进的雄性不育系转育成符合育种目标的不育系。

• 化学杀雄

• 用化学药剂喷洒，直接杀伤或抑制植物的雄性器官，造成生理不育叫化学杀雄或化学去雄。

• 化学药剂可引起雄性不育，其原因是雌雄配子对不同药剂的敏感性不同，也即药剂对雌雄配子的杀伤作用有选择性。

• 7、作物诱变育种技术

• 诱变育种：诱变育种是人为地采用物理、化学的因素, 诱发有机体产生遗

传物质的突变, 经选育成为新品种的途径。诱变育种的特点在于突破原有基因库的限制, 用各种物理和化学的方法, 诱发和利用新的基因, 用以丰富种质资源和创造新品种。

• 诱变育种方法：

• 一 辐射诱变原理

• 二化学诱变育种

•

• 诱变育种的特点

• 1. 提高突变频率，扩大变异谱

• 2. 适于进行个别性状的改良

• 3. 育种程序简单、速度快

• 4. 变异的方向和性质难以掌握

• 5. 与其它育种方法结合，效果更好

• 适宜剂量选择

• 适宜剂量与剂量率的选择是提高诱变效率的重要因子。在一定的范围内增

加剂量，可提高突变率和扩大变异谱。超过一定范围后，增加剂量会降低成活率和增加不利变异率。

• 选择适宜剂量的原则：“活、变、优”。

• 活--后代有一定成活率；

• 变--指成活个体中有较大变异效应；

• 优--指变异中有较多有利突变。

• 适宜剂量

• 辐射育种中，当剂量增加到一定限度时，材料全部死亡，这时的剂量叫"

致死剂量" （LD100）。

• 适宜剂量一般选“半致死剂量”或“临界剂量”。

• 半致死剂量（LD50）：照射后存活率为对照的50%时的剂量值。

• 临界剂量：照射后存活率为对照的40%时的剂量值。实践中大多采用临界

剂量作为适宜剂量。

• 突变体鉴定和选择

• 1. 形态鉴定 目测或借助简单工具进行观察、记载等。即从形态上作直接

或间接识别。如成熟期、株高、粒数等。但形态鉴定易受环境条件的影响而产生误差。

• 2. 生理、生化鉴定 用生理、生化指标或手段进行鉴别。 例. 蛋白质、氨

基酸、糖含量等测定；同工酶鉴定等。

• 3. 遗传学鉴定 用杂交、回交等确定控制突变性状的显隐性及基因数目和

性状遗传规律。

• 4. 抗性突变体的离体筛选鉴定 通过改变培养基的成分来进行筛选。如抗

病、抗盐碱等。

太空育种：

• 也称空间诱变育种，就是将农作物种子或试管种苗送到太空，利用太空特

殊的、地面无法模拟的环境(高真空，宇宙高能离子辐射，宇宙磁场、高洁净) 的诱变作用，使种子产生变异，再返回地面选育新种子、新材料，培育新品种的作物育

种新技术。

• 太空育种特点：

• 有益的变异多

• 变幅大

• 稳定快

• 高产、优质、早熟

• 抗病力强等。

• 变异率较普通诱变育种高3-4倍，育种周期较杂交育种缩短约1倍，由8

年左右缩短至4年左右。

• 8、人工种子及种质保存

• 人工种子，合成种子或体细胞种：就是将组织培养产生的发育完全的

个体或繁殖体（体细胞胚或微器官）包裹在能提供养分的胶囊里，再在胶囊外包上一层具有保护功能和防止机械损伤的外膜，形成类似于天然种子并代替天然种子进行传播的结构。

• 种质和种质资源

• 种质资源又称遗传资源。

• 种质系：指农作物亲代传递给子代的遗传物质。

• 它往往存在于特定品种之中。如古老的地方品种、新培育的推广品

种、重要的遗传材料以及野生近缘植物，都属于种质资源的范围。

• 二 种质保存的方法

• 原生境保存

• 是指在原来的生态环境中，就地进行繁殖保存种质，如建立自然保护区或

天然公园等途径来保护野生及近缘植物物种；

• 非原生境保存

• 指种质保存于该植物原生态生长地以外的地方，如建立低温种质库进行种

子保存；田园种质库(种质圃、植物园) 的植株保存，以及试管苗种质库的组织培养物保存等(习惯上种质库也称为基因库) 。

• 活体保存

• 离体保存

• 种子库

• 微繁殖保存

• 基因库

• 基因库保存

• 离体微繁殖保存

• 低温贮藏

• 冷冻保存

• 生物体的低温保存：是指将活的生物体采用特殊的方法冷却至低温（一般

为零下196摄氏度）后长期保存。待需要时，将生物体加热至正常温度。

• 生物体之所以能在低温下长期保存，是因为低温能抑制生物体的生

化活动，即生物体内一切代谢过程中的化学变化。当温度降到一定程度时，机体的细胞既不会衰老，也不会退化，而是处于“生机停顿”状态，因而使生命得以保存。

• 生物体虽能在低温下长期保存，但却极易在降温、复温过程中遭受损

伤而死亡。

• 细胞在冷冻下受伤害重要原因

• A 、冰核形成

• B 、溶质浓缩毒害

• C 、细胞的收缩

• D 、胞内结冰

•

• 冷冻保存与复苏

• 冷冻保存：就是将体外培养物或生物活性材料悬浮在加有或不加冷冻保护剂的溶液中，以一定的冷冻速率降至零下某一温度（一般是低于-700C 的超低温条件），并在此温度下对其长期保存的过程。

• 复苏：就是以一定的复温速率将冻存的体外培养物或生物活性材料恢复到常温的过程。不论是微生物、动物细胞、植物细胞还是体外培养的器官都可以进行冻存，并在适当条件下复苏。

• 水在低于零度的条件下会结冰。如果将细胞悬浮在纯水中，随着温度的降低，细胞内外的水分都会结冰，所形成的冰晶会造成细胞膜和细胞器的破坏而引起细胞死亡。这种因细胞内部结冰而导致的细胞损伤称为细胞内冰晶的损伤。如果将细胞悬浮在溶液中，随着温度的降低，细胞外部的水分会首先结冰，从而使得未结冰的溶液中电解质浓度升高。如果将细胞暴露在这样高溶质的溶液中且时间过长，细胞膜上脂质分子会受到损坏，细胞便发生渗漏，在复温时，大量水分会因此进入细胞内，造成细胞死亡。这种因保存溶液中溶质浓度升高而导致的细胞损伤称为溶质损伤或称溶液损伤。当温度进一步下降，细胞内外都结冰，产生冰晶损伤。

• 三）、影响超低温保存细胞生活力的因素

• 1、降温速率

• 2、升温速率

• 3、防冻剂

• 4、保存温度

• 5、玻璃化与非玻璃化

• 9、动物细胞工程

• 第一节 动物细胞组织培养

• 一、动物细胞组织培养：动物细胞组织培养就是从动物体上取下某类组织或细胞，例如皮肤组织和 细胞，在无菌的营养液（培养基）中培养，在培养过程中，小块组织除逐步增大外，结构和功能不发生变化。

• 第二节、细胞融合：细胞融合是细胞工程技术的骨干。细胞融合就是生殖细胞（精子和卵子）受精过程原理的扩大应用。通俗他说，细胞融合就是两个不同物种的活细胞紧密接触在一起，使接触部位的细胞膜发生融化。这样，两个细胞的细胞质、细胞器互相交流，最后完全合并成一个细胞，通过科学的培养技术，这个细胞有可能发育成完整的生物个体，即原来两个细胞所属的物体的杂种后代，这个杂种后代有可能兼有两个上代的一些优良性状。

• 动物细胞融合——试管动物 ：试管动物是用人工方法将动物的卵子和精子在体外的试管或培养皿这受精并发育成胚胎，再经胚胎长成的动物。

•

• 试管动物的成功，大大提高了良种家畜的繁殖率。

• 克隆：克隆除指由同一个个体形成的一群遗传结构相同的群体(无性

繁殖系) 外，也指形成无性繁殖系的过程或手段，即所谓动词性的克隆，也就是无性繁殖。

• 胚胎分割在很多国家都认为是“克隆”，但这并不是严格意义上的克隆，

将未着床的早期胚胎用显微手术的方法一分为二，一分为四或更多次地分割后，分别移植给受体体内让其妊娠产仔。由一枚胚胎可以克隆为两个以上的后代，遗传性能完全一样。

• （2）胚胎细胞核移植

• 胚胎细胞核移植技术要比胚胎分割技术进了一步。它是用显微手术的方法

分离未着床的早期胚胎细胞，将其单个细胞导人去除染色体的未受精的成熟的卯母细胞，经过电融合，让该卵母细胞质和导入的胚胎细胞核融合、分裂、发育力胚胎。把该胚胎移植给受体，让其妊娠产仔。

• （5）体细胞核移植

• 把动物体细胞经过抑制培养，使细胞处于休眠状态。采用以上核移植的方

法，将其导人去除染色体的成熟的卵母细胞克隆胚胎，经移植受体，妊娠产仔，克隆出动物。比如克隆绵羊“多利”。它是从一只成年母绵羊的乳腺中取出一个本身并没有繁殖功能的普通细胞，将这个细胞的基因分离出来备用；然后，再取出另一只母绵羊的未受精的卵细胞，将这个卵细胞的基囚取出，换上第一只母绵羊乳腺细胞的基因，再将这个基回已被“调包”的卵细胞放电激活，使其开始像正常的受精卵那样进行细胞分裂；当细胞分裂进行到一定阶段。胚胎已经形成后，再将这个胚胎植到第三只母绵羊，经过正常的妊娠后产下“多利”。

• 多利的出生过程：

• 第一步

• 取妊娠期的6岁母绵羊（Finn Dorset 白品种母羊）的乳腺细胞作

核供体细胞，用饥饿法使其进入休眠状态而使全部基因具有活性。

• 第二步

• 注射促性腺激素，促使母羊（Sottish Blackface 黑面母绵羊）排卵，28~33小时取其未受精卵，快速去核，放入10%FCS、1%FCS和0.5%FCS连续5天，使其进入G0期做受体细胞。

• 第三步

• 乳腺细胞与无核卵放入同一培养皿中，在微电流的作用下，将乳腺细

胞融入卵中，形成一个含有新的遗传物质的卵细胞。

• 第四步

• 新的卵细胞植入羊的结扎的输卵管内，6天后发育为桑椹胚或囊胚

（8~16个细胞）。

• 第五步

• 将此早期胚胎移入假孕母羊子宫中，产下多利即为6岁母羊的复制

品，也为白色。

• 单克隆抗体

• 如果能选出一个制造一种专一抗体的细胞进行培养，就可得到由单细胞经

分裂增殖而形成细胞群，即单克隆。单克隆细胞将合成一种决定簇的抗体，称为单克隆抗体。

• 单克隆抗体制备过程：

实验前数周分次用特意抗原免疫实验动物（小鼠），使其脾内产生大量处于活跃增殖状态的特异B 细胞；

杀鼠取脾制得含有大量B 细胞的脾细胞；

将鼠骨髓瘤细胞和脾细胞用PEG 法进行细胞融合；筛选出杂合细胞；

筛选出的杂合细胞高度稀释后进行单细胞培养；

单细胞增殖形成一个一个的细胞群（克隆）；

分别检测每一克隆产生的抗体；

挑出所需单一抗体的杂合细胞，即杂合瘤细胞；

——将单克隆杂交瘤细胞注射入哺乳动物（小鼠）腹腔，从腹水中分离、提取单克隆抗体

——将单克隆杂交瘤细胞移到培养瓶或生物反应器中培养————从培养液中回收产生的抗体

干细胞：是那些具有无限的或延长了的自我更新维持的能力，并且可以产生不止一种类型的高度分化的子代细胞。

干细胞一般认为可以分为三类：

• 全能干细胞（totipotential stem cell）

• 多能干细胞(pluripotential stem cell)

• 专能干细胞(limited potential stem cell)

干细胞是能形成其他细胞、组织和器官的一种骨干细胞。像受精乱、二裂球时期的胚胎细胞都能形成完整个体，因此是干细胞，而且称为全能干细胞。全能的意思是这种细胞能形成完整的个体。

杂交瘤细胞和单克隆抗体技术：

人和哺乳动物体内与两类淋巴细胞，即T 淋巴细胞和B 淋巴细胞，这两类

细胞都具有清除和溶解外来病原微生物（如病菌）和大分子物质（如蛋白质） 的能力，这种能力称为免疫。T 淋巴细胞是由于产生淋巴因子（如干扰素）免疫 的，B 淋巴细胞是由于产生抗体免疫的。人的动物体内的B 淋巴细胞种类很多。 据 估计，人体内的B 淋巴细胞不下1亿种，一种淋巴细胞只产生某异种抗体。如果 把一个淋巴细胞进行人工培养，经过有丝分裂能形成一团细胞（克隆）的话， 那么这个淋巴细胞克隆形成的抗体就是纯净一致的单克隆抗体。 很遗憾，淋巴细 胞在体外培养是不能分裂成克隆的。

1975年，米尔斯坦和科勒尔在英国剑桥大学分子实验室先用羊的红细胞作

为外侵的物质（抗原）注入小鼠体内，小鼠的B 淋巴细胞即刻产生抗体，米尔 斯坦等就在此时把产生抗体的B 淋巴细胞与小鼠的骨髓瘤细胞（一种能不断分 裂的癌细胞）按一定比例混合，放进加入聚乙二醇（PEG ）的培养基中，两类细 胞在共同培养中就合二为一了，这种合二为一的细胞——杂交瘤细胞，既能不

断地分裂，又能产生纯净一致的抗体。由杂交瘤细胞克隆所产生的抗体就称为单 克隆抗体。两人因此而荣获1984诺贝尔生理学与医学奖。

大牲畜和家禽的单克隆抗体既能诊断疾病，也能治疗疾病。因此发展单克隆

抗体的生产是现代农业的重要手段。

淋巴细胞杂交瘤技术：

实验前数周分次用特意抗原免疫实验动物（小鼠），使其脾内产生大量处

于活跃增殖状态的特异 B细胞————杀鼠取脾制得含有大量 B细胞的脾细胞 ————将鼠骨髓瘤细胞和脾细胞用 PEG法进行细胞融合————筛选出杂合 细胞————筛选出的杂合细胞高度稀释后进行单细胞培养————单细胞增 殖形成一个一个的细胞群（克隆）————分别检测每一克隆产生的抗体—— ——挑出所需单一抗体的杂合细胞，即杂合瘤细胞————1、将单克隆杂交瘤 细胞注射入哺乳动物（小鼠）腹腔————从腹水中分离、提取单克隆抗体—— ——2、将单克隆杂交瘤细胞移到培养瓶或生物反应器中培养————从培养液 中回收产生的抗体。

71

实验前数周分次用特意抗原免疫实验动物（小鼠），使其

脾内产生大量处于活跃增殖状态的特异B 细胞；

杀鼠取脾制得含有大量B 细胞的脾细胞；

将鼠骨髓瘤细胞和脾细胞用PEG 法进行细胞融合；筛选出

杂合细胞；

筛选出的杂合细胞高度稀释后进行单细胞培养；

单细胞增殖形成一个一个的细胞群（克隆）；

分别检测每一克隆产生的抗体；

挑出所需单一抗体的杂合细胞，即杂合瘤细胞

——将单克隆杂交瘤细胞注射入哺乳动物（小鼠）腹腔，

从腹水中分离、提取单克隆抗体

——将单克隆杂交瘤细胞移到培养瓶或生物反应器中培养

————从培养液中回收产生的抗体

10、基因工程及其在农业上的应用

基因工程

将外源基因通过体外重组后导入受体细胞内，使这个基因能在受体细胞内

复制、转录、翻译表达的操作叫做基因工程。

完整的基因工程包括基因的分离、 重组、转移；基因在受体细胞中的保持、转 录、翻译表达等全过程。

基因工程又称重组DNA 技术，其实施至少要四个必要的条件：工具酶、基因

载体、受体细胞。重组DNA 技术又称为基因或分子克隆（gene cloning）技术， 是基因工程的核心技术。该技术包括了一系列的分子生物学操作步骤。

基因工程包含的过程：

获得目的基因

体外与载体连接形成重组DNA 分子

重组DNA 转化受体细胞

筛选鉴定转化子

培养转化子，获得所需要的遗传性状或产物

基因工程的四个必要条件：

一、基因操作的工具酶

所谓“工欲善其事必先利其器”，基因工程需要有一套作为工具的酶，以

便从生物体中分离目的基因，然后选择适合的运载体，将目的基因与运载体连

接起来，这就是DNA 重组技术也即是基因工程操作。 重组DNA 可以转化宿主细胞 并与宿主染色体整合，亦可在核外保留独立的复制与遗传。在适当条件下，目的 基因将会以蛋白质的形式表达。基因操作的工具酶主要有限制性核酸内切酶，简 称内切酶。它能将DNA 分子在特定部位切开。连接酶，它能将切割位点相同的两 条DNA 链连接起来；DNA 聚合酶，以母链DNA 为模板，在引物的指导下，按母链 核苷酸的序列，将游离的核苷酸结合到相应的位臵而形成互补的双链DNA 。

二、目的基因的获得

目的基因分离或合成是基因工程的关键。基因工程利用人工方法从某一种生

物中取得特定的DNA 片段，称目的基因。利用内切酶可以从大量的基因中切割分 离到目的基因。

三、基因运载体

运载体它像一条船将目的基因运载到宿主细胞内并复制或与宿主 DNA整合

遗传。常用的运载体有：细菌质粒，能独立复制的DNA ，存在于细菌染色体外。 分离的细菌质粒经过改造而成为运载体，它能与宿主的染色体整合或在宿主细

胞内独立遗传并表达目的基因。病毒DNA ，可以在细菌或哺乳类动物细胞内繁殖 又可以携带较大的目的基因。

四、DNA 重组与克隆

将目的基因与DNA 运载体分别先用内切酶切割，让彼此产生具有相同的切

口，然后依靠连接酶接合起来，这就是DNA 重组技术。 “克隆”是无性繁殖的译 音，是将重组DNA 转化到宿主细胞并在宿主中遗传与表达的操作过程。 常用的宿 主如大肠杆菌、酵母、动物(包括昆虫) 和植物细胞。转化的方法有很大发展，通常 用氯化钙或氯化锂处理宿主细胞，以利将DNA 重组子转入细胞内。 近年用基因枪 可以将DNA 重组子转化到动植物细胞中，经过筛选而得到转化细胞，由转化细

胞发育而成的个体又叫工程动植物或转基因动植物。

基因工程在农业中的应用

植物基因工程在农业上的应用

1、农作物育种

2、花卉和园艺

3、土壤净化

动物基因工程和农业

1、畜牧业

2、水产业

三、生物反应器

通过转基因技术，以生产药用抗体、酶、结构蛋白、抗原（疫苗）、试剂和药物以及酶抑制剂等为目的的生物表达系统就叫生物反应器。它是在基因工程和克隆技术基础上发展起来的。

1、生物反应器的类型

根据利用的生物类型分：植物生物反应器、动物生物反应器和微生物反应器

2、植物生物反应器

植物生物反应器是国际生物工程药物研究的前沿领域。通过转基因技术，以

农作物为表达系统生产药用抗体、酶、结构蛋白、抗原（疫苗）、试剂和药物以及 酶抑制剂等，安全廉价，与微生物与转基因动物相比，具有明显的优越性。利用 植物生产口服疫苗、工业用酶、 脂肪酸、药物等已成为人们关注的热点和工作重心 此外，通过基因工程的方法可以用植物生产来制造生物塑料的底物多羟基丁酸， 从而最终避免目前所谓的“白色污染”问题。 荷兰报告转基因马铃薯生产人血清 白蛋白（HSA ），以每公顷生产量50吨计，可得12公斤HSA 。 比利时则在开发利 用转基因油菜生产多大肽药物。日本利用转基因水稻生产乙肝疫苗。

3、动物生物反应器

建立在转基因和克隆技术基础上的生物反应器技术已日趋成熟，成为生物

技术产业中突起的一支生力军。它可为人类提供各种珍稀的优质蛋白质，用以治 疗各种疑难疾病。目前已开发成功的生物反应器有：乳腺生物反应器、血液生物 反应器、家蚕生物反应器和转基因鸡蛋生物反应器等。

• 11 动物性别控制和转基因安全问题

•

•

营

• 造数百粒蚕卵，要保留相当的养份以传宗接代，用于合成茧丝的养份将比较少。

• 雄蚕化蛹后精巢发育消耗营养较少，因此用于生产茧丝的养份较多。 故雄茧茧层

• 率一般较雌茧为高，而同样的桑叶饲养雄蚕的出丝率约比雌蚕多8～10%。因此

• 人们希望实现饲养雄蚕。

• 家蚕生殖细胞有27条常染色体和一条性染色体(即Z 染色体或W 染色体) 。 • 合子中ZZ 组合为雄性，ZW 为雌性，利用紫外线或放射线诱变获得一些性染色体

• 易位的效果。即Z 染色体向W 染色体转移而获得一些限性品种，即可以从卵色、

• 斑纹或蚁蚕体色来识别雌雄性别，或在胚胎期使雌蚕死亡。

• 转基因安全问题

• 一种是赞同大力发展GMOs 的观点，其理由是基于下列几点：

• 1) 具有明显的经济效益

• 812) 解决发展中国家人民的饥饿问题

• 3) 可能大大缩短作物生长期

• 另一种观点是全面对GMOs 持否定的态度，基于转基因作物的潜在风险。 • 1、是生态风险

• 2、是GMOs 对生物多样性的影响

• 3、是人体健康 家蚕雄蚕饲养的实现： 一般饲养家蚕都是雌雄各半的。但人们发现由于雌蚕化蛹后卵巢发育和要

• 12、水肥条件和环境工程

•

•

• 农业灾害： 农业气象灾害 旱涝、寒热、冰雹等。 农业海洋灾害 风暴潮、海水倒灌、海温

•

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•

•

害 农业生物灾害 病虫、草、鼠、兽等 农业土壤灾害 盐碱、龟裂、冻融等 农业地质灾害 泥石流、滑坡、火山爆发等 农业环境灾害 水土流失、沙化、污染、森林火灾等 农业气象灾害是不利气象条件给农业造成的灾害。由温度因子引起的有热

• 冻害、 霜冻、 热带作物寒害和低温冷害；由水分因子引起的有旱灾、 洪涝灾害、 雪

• 害和雹害；由风引起的有风害；由气象因子综合作用引起的有干热风、 冷雨和冻

• 85涝害等。与气象的概念不同，农业气象灾害是结合农业生产遭受灾害而言的。例

• 如寒潮、倒春寒等，在气象上是一种天气气候现象或过程，不一定造成灾害。但

• 当它们危及小麦、 水稻等农作物时，即造成冻害、 霜冻、 春季低温冷害等农业气象

• 灾害。 我国是农业大国，历史上农业气象灾害就是农业生产的重大威胁，每年都

• 有几亿亩农田受灾。农业气象灾害的影响往往是大范围的，“年年有灾，处处有

• 灾”。它是在全球变化的背景下发生的，既具有深刻的地球物理环境背景，又和

• 农业因素密切相关。它具有持续、 积累和交替的特点。 几种灾害有时集中于某一时

• 间或某一地区，形成“群发性”的特征。

防御农业气象灾害的主要对策：

发展水利灌溉、平整土地、改良土壤等农田基本建设，提高抗灾能力；营造 农田防护林，以有效地防御干旱、高温热害和干热风；根据地区农业气象灾害的 发生规律，特别是其季节分布特点，进行作物和品种布局；根据因时、因地制宜 的原则，推行防灾抗灾的农业技术措施，以减轻或避免灾害损失，如适时播种， 土壤耕作，合理灌溉，以水调温，增施肥料，改良土壤结构，灾前抢收，灾后

补救等；采用喷洒抗旱剂、 增温剂、 萘乙酸、 乙烯利等化学药剂，可以减轻干旱、 干热风、低温冷害的危害；建立不同地区防灾抗灾、稳产增产的农业技术体系， 从农业系统的整体着手提高抗灾能力。

节水灌溉

合理灌溉的生理基础

1、合理灌溉

2、合理灌溉增产的原因

合理灌溉的指标

1、灌溉的形态指标

2、灌溉的生理指标

灌溉的方法

86水资源不足一直是世界性的大问题，不同国家的农业用水量随着经济发展 水平和经济结构不同而异。我国农业用水量占年用水量的88%，其中灌溉用水占

农业用水的90%以上。因此大力推广节水灌溉技术具有十分重要的意义。

作物的灌溉方法通常采用的是沟渠排灌法。近年来，人们广泛应用喷灌、滴 灌和雾灌技术。

喷灌

滴灌

雾灌

合理施肥和作物化控技术

在农业生产中，由于土壤中的养分不断被作物吸收，而作物产品大部分被

人们所利用，田地养分就逐渐不足。因此，施肥成为提高作物产量和质量的一个 重要手段。

一、合理施肥的生理基础

作物需肥规律

合理施肥的指标

发挥肥效的措施

二、平衡配方施肥技术

作物平衡施肥是指根据土壤的供肥能力和作物的需肥特征，在作物的整个

生长发育期内，全面均衡地供应各种必需的大量元素和微量元素，实现高产、优 质、高效的目的。

在农业生产中，作物大量地利用土壤中的大量营养元素，所以它们通常首

先在土中出现缺乏。 中量营养元素和微量营养元素的利用量小，故表现缺乏的情 况就较少。由于农作物产量和复种指数的提高，土壤中越来越多的营养元素表现 出缺乏，不能满足植物高产的需要，严重限制着农作物的产量。农作物施肥便是 要解决土壤养分不能满足作物高产需求的问题。

土壤的养分供应能否满足作物的养分需要，满足的程度如何，决定着作物

产量的高低。在众多的植物必需养分中，各种养分相对于植物需要的程度也是不 同的，在这种情况下决定作物产量是土壤中相对含量最小的养分。在一定限度内 随着这种养分相对含量的提高，产量也相对提高，如果不提高该养分的水平， 而增加其它养分，产量是难以提高的。但当土壤中的最小养分通过施用该元素肥 为得到补充，能满足作物的需求之后，作物产量就会迅速提高，原来的最小养

87分就不再是最小养分了，而其他养分就变成了最小养分，决定着作物产量。 平衡 施肥主要是使土壤各养分间的供给均衡满足作物对各种养分的需求，较好地克 服土壤中的主要最小养分对作物高产的限制。

13、农业机械和设施工程

1、塑料大棚的应用

2、温室

3、地膜覆盖技术

工厂化农业

＂工厂化农业＂概念是1994年原国家科委启动＂工厂化高效农业＂重大科

技产业工程立项工作时首次提出，在此之前，农业专家通常把＂使用人工设施、 人工控制环境因素、 使植物获得最适宜的生长条件，从而延长生产季节，获得最 佳产出＂的农业生产方式称为设施农业，园艺专家称之为设施园艺。

一、工厂化农业的主要支撑技术

1无土栽培技术

2营养液调配技术

3 环境监测控制技术

4 CO2施肥技术

5 熊蜂授粉技术

6 基质消毒技术

7 机械化作业技术

8产品采后处理技术

二 工厂化农业的主要装备

1温室骨架结构

2覆盖材料

3 加热设备

4 通风及降温设备

955 补光设备

6 营养液配制装臵

7 灌溉系统

8 二氧化碳施肥装臵

9自动监测与集中控制系统

14、农业信息工程

第一节 遥感和遥感技术

RS 概念

遥感（Remote Sense）是遥远感知的意思。 摄影照相就是常见的遥感，照相 机并不接触被摄目标，而是相隔一定的距离，通过镜头把被摄目标的影象记录 在底片上，经过摄影化学处理，相片便重现被摄目标的图象。 从拍摄目标到再现 目标所使用的手段，便是一种遥感技术。

一般而言，遥感技术，指的是从不同高度的平台上，使用不同的传感器，

收集地球表层各类地物的电磁波谱信息，并对这些信息进行分析处理，提取各 类地物的特征，探测和识别各类地物的综合技术。

3、遥感方式

遥感技术所用的资料，是通过传感器获得的，常见的照片就是利用照相机

拍摄目标的经过。根据传感器的不同，可把遥感非为主动遥感和被动遥感两大类 地理信息系统（GIS ）及其类型

地理信息系统是一种决策支持系统，它具有信息系统的各种特点。 地理信息 系统及其他信息系统的主要在于其存储和处理的信息是经过地理编码的，地理 位臵及与该位臵有关的地物属性信息成为信息检索的重要部分。在地理信息系统 中，显示世界被表达成一系列的地理要素和地理现象，这些地理特征至少由空 间位臵参考信息和非位臵信息两个组成部分。

地理信息系统的定义是由两个部分组成的。一方面，地理一系统是一门学科 是获取、存储、分析和输出林件信息的理论和方法的一门新兴的交叉学科；另一 方面，利息信息系统是一个技术系统，是以地理看见数据库为基础，采用地理 模型分析方法，适时提供多种空间的和动态的地理信息，为地理研究和地理决 策抚慰的计算机技术系统。

地理信息系统的构成

一个完整的 GIS主要由四个部分构成，即：

计算机、硬件系统、计算机软件系统、 地理数据（或空间数据）和系统管理操作人员。其核心部分是计算机系统（软件和硬件），空间数据反映GIS 的地理内容，而管理 人员和用户则决定系统的工作方式和信息表达方式。

地理信息系统的功能概述：

地理信息系统的核心问题可归纳为五个方面：位臵、 条件、变化趋势、 模式和 模型。

位臵（Locations ）：即在某个特定的位臵有什么。

条件（Conditions ）：即什么地方有满足某些条件的东西。

变化趋势（Trends ）：该类问题需要综合现有数据，以识别已经发生了或

正在发生变化的地理现象。

模式（Patterns ）：分析与已经发生或正在发生事件有关的因素。

模型（Models ）：该类问题的解决需要建立新的数据关系以产生解决方案。

RS 和GIS 技术在农业上的应用

遥感(RS)和地理信息系统(GIS)在农业生产上的应用是十分广泛的，

101可归纳为下列五类：

1、农业资源调查 包括土地利用现状、 土壤类型、草场资源、 低产土地资 源和水资源的调查等，调查结束后进行评价，提供数据和图件。

2、农业资源监测 包括农作物长势监测、 土地沙化和盐渍化、 鱼群监测、 农业哟用地污染监测等。这种监测是持续进行的，在监测过程中不断提供农业资 源动态变化数据和图件，提出应该的对策，浓郁农业生产管理和决策。

3、生物量估产 结合农学知识和环境因素，预测小麦、 水稻、 玉米和棉花 等大宗农作物的产量，预测淡水养殖的产量和草场的产草量等。

4、农业灾害预报 包括农作物病虫害、草场雪灾和火灾的监测和预报， 洪水预警、测定受灾面积和灾后评估等。

5、特殊应用 包括农业人口分布和农村运输网调查、水土流失监测以 及野生动物调查等。