国外农业科技发展现状与趋势.ppt

国外农业生物技术发展 现状与趋势,江苏省农业科学院科技情报研究所 所长、研究员 戴起伟,1、农业生物技术发展现状 近年来，农业生物技术在世界范围内取得了飞速的发展，一批抗虫、抗病、耐除草剂和高产优质的农作物新品种不断培育成功。 农业生物技术成果迅速产业化。克隆牛、克隆羊、猪生长激素、牛生长激素、超级水稻、动植物生物反应器、生物肥料、生物疫苗等生物技术产品不断涌现。,农业生物技术,育种技术的革命,常规育种技术，主要是依靠育种家的经验，在田间对作物进行表型性状的选择和利用有限的种内杂交优势。生物技术的伟大之处在于，可以对生物的遗传信息进行实验室操作；可以在动物、植物、微生物，即所有物种间作基因转移和重组；可以作遗传改良的工程设计；可以注入和产出动植物原来没有的某些新的特性，将动植物育种推进到一个崭新的时期，这是生物科学和技术的一次伟大的革命。,生物技术的目标,增加产量 降低成本和农产品价格 改进营养,如美国已在13000家企业从事生物技术的研究开发工作，抗虫棉花、特种玉米、大豆、马铃薯、生物农药等产品已投入生产使用。如把生物技术应用于牛奶的生产（给奶牛注入一定的激素）后，仅增加6的饲料就能使高品质的牛奶产量提高30。,农作物基因工程产业化的步伐正在加快，预计在本世纪初期将成为许多国家经济的重要支柱产业之一，并将在解决目前人类所面临的粮食安全、环境恶化、资源匮乏、效益衰减等问题上发挥巨大作用。 农业生物技术不仅从根本上改变了传统农作物的培育和种植，也为农业生产带来了新一轮的革命。,应用转基因技术将有特殊经济价值的基因引入植物体内，从而获得高产、优质、抗病虫害的转基因农作物新品种。 如生物技术研究人员将苏云金芽孢杆菌Bt毒素基因导入植物体内，获得了抗虫棉花、玉米、马铃薯等农作物新品种，并已进入大田试验，显示出良好的应用推广前景。,基因引入改良品种，不仅可以培育出抗病虫害的新品种，还可以培育出经济价值较高的品种。 转基因植物育种的潜在商业价值十分巨大，仅转基因小麦一项，估计世界年产值就可达数十亿美元。,1999-2000年度，全世界转基因谷物播种面积达到4420万公顷（6.6亿亩），比上年度的3990万公顷增加11。 目前，全世界进入田间试验的转基因植物已超过500多种，转基因植物研究开发取得了重大突破。,亚洲转基因种类与分布,全球转基因作物种类和面积（百万公顷）,生物转基因产品正在被广泛接受,生物技术研发投资,从1997至2001，农业部受理转基因管理生物申请695件,我国转基因生物种类,抗虫棉 延熟番茄 抗灾病甜椒 矮牵牛花 动物饲料添加剂 微生物杀虫剂,1995年进入大田试验； 1997年通过品种审定； 13个品种开发成功 12个省大面积推广，占51%。,我国转基因Bt抗虫棉的成功应用,全国近200个机构，10000多名高级研究人员从事生物技术的教育、研发活动； 生物技术企业近500家，职工50000多人。,中国棉花在世界上的地位,棉花杀虫成本,美国转基因作物播种面积最多，占全球作物播种面积的63；阿根廷次之，占23；加拿大和中国分别占7和1。 在1999-2000年度，阿根廷转基因大豆播种面积达873万公顷，其产量占本国大豆总产量的80-85。,我国的农业基因工程研究于80年代初期后开始启动。并于80年代中期开始将生物技术列入国家高技术发展计划，即863计划。 我国正在研究的转基因植物种类达47种，涉及各类基因103个。目前在我国有6种转基因植物被批准进行商品化生产。包括：转基因耐贮藏番茄，转查尔酮合成酶基因矮牵牛抗病毒甜椒、抗病毒番茄，抗虫棉花等。,我国的两系法杂交水稻、亚种间杂交稻的选育取得突破，实现了籼型、粳型品种间和籼/粳亚种间杂交稻的类型配套，通过品种审定的新组合24个。在南方各省大面积推广，累计种植5300万亩，增产稻谷25亿公斤以上，增加社会产值25亿元以上；繁殖、制种的直接收益达7.65亿元。 随着技术工程化水平的提高，优质高产的两系杂交稻生产进入快速发展阶段。,继美国之后，我国已成为世界上第二个研制成功抗虫棉、并拥有自主知识产权的国家。 双价抗虫棉在国际上率先进入较大面积的示范试种；抗虫棉已在9省推广，共累计种植550万亩，产生的社会与经济效益达77亿元。 2001年转基因抗虫棉的推广面积将扩大到1000万亩，使我国抗虫棉种植面积占棉花总面积的1/6。,针对小麦生产中的三大病害，采用生物技术与常规育种技术相结合，建立有效的分子标记育种体系，现已育成并审定了7种抗黄矮病、白粉病和赤霉病的抗病小麦新品种；已累计推广种植抗病小麦1448万亩。 我国还获得了抗稻瘟病转基因水稻以及转有抗菌肽基因的马铃薯等转基因植株。,21世纪的农业生物技术的发展前景将非常广阔。在全球范围内，1998年转基因农作物的销售额为12亿-15亿美元，2000年达到30亿美元，2005年将达到80亿美元，2010年达到280亿美元。,2、新世纪农业生物技术的发展趋势,产量性状的研究从单基因转移向多基因研究利用发展 产量属数量性状，由多基因控制。目前，科学家们正在通过分子标记等技术寻找与产量相关的QTLs，最终有可能通过育种程序将这些QTLs集中起来加以利用，提高农作物产量。 科学家们也正在研究通过分子生物学技术对与产量相关的某些生化过程进行改造从而达到农作物增产的目的。,抗性的研究从生物性抗逆研究转向非生物性抗逆研究。 农作物非生物逆境包括干旱、盐渍、冷冻、高温、营养贫瘠、重金属胁迫、水灾、紫外线等。 克隆与非生物逆境信号传导相关的基因转入植物将可能使转基因植物获得对非生物逆境的抗性。,目标性状的研究重点将从目前的“抗性”向“品质”转移。 品质改良内容包括：水果蔬菜的延熟保鲜；有益于健康的植物油（如不饱和脂肪酸）；增加营养价值（如维生素）；富含抗癌蛋白质的大豆；高营养的饲料（如高赖氨酸、表达植酸的玉米）等方面。,基因组的研究将由“结构基因组”向“功能基因组”转变。 随着植物分子生物学研究内容的不断深入和研究方法的不断更新，80年代末出现了一个新的研究领域基因组学（Genomics）。基因组研究被认为是20世纪最重大的科研计划之一。,基因组学涉及的研究内容与生物技术直接相关，对生物技术产业产生了巨大的推动作用，以“基因”为核心的生物技术产业已形成并正在迅速发展。 现在，谁先破解了基因的功能，谁就拥有了该基因的知识产权，在基因大战中就会处于主动地位，在市场上就会占据主导地位，从而获得更多的利润。,美国的植物基因组计划,1998年启动，包括水稻、玉米、棉花、大豆、高粱、番茄等13种作物基因测序，绘制基因图谱。旨在全面获得功能性新基因并占有新基因的知识产权。,植物基因组研究内容,结构基因组研究：研究基因组的结构和组织 功能基因组组研究：研究基因组结构和组织与植物功能在细胞、有机体和进化上的关系。 基因组信息的开发利用：改良作物，开发新型产品。,植物抗土壤营养逆境基因工程进展加快 某些转基因农作物将在21世纪初进入商品化生产。转谷氨酸脱氢酶基因玉米可以大大提高对氮肥的利用率，其产量提高了10，植物根表氮肥残留物降低50，这种转基因玉米将在未来的3-4年内上市。,植物生物反应器 将是未来基因工程发展的另一个重要领域之一，利用植物生产口服疫苗、工业用酶、脂肪酸等已成为人们关注的热点和工作重心。 通过基因工程的方法可以用植物生产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。,“要把推进国民经济和社会信息化放在优先发展的地位”、“大力推进国民经济和社会信息化，是覆盖现代化全局的战略举措。以信息化带动工业化，发挥后发优势，实现社会生产力的跨越式发展。” 国民经济和社会发展第十个五年计划,（二）信息农业,人类文明历史表明，技术革命必然引发一场产业革命，而产业革命又将是促进新经济形态的形成和发展，进而成为社会进步的巨大推动力。 目前人类正在进入一次以信息技术革命为先导的新的产业革命。经济全球化的发展从根本上来说得益于当代信息技术的应用与普及。,人们越来越认识到，谁先掌握了信息技术的主动权，谁就将获得未来经济发展的优势。正因如此，发达国家正在力图抢占当代信息科学技术的制高点，发展中国家也在制定本国的信息化战略，力图在若干重要领域占领信息科学技术的前沿。,我国农业信息化水平明显落后于其他部门。但是，没有农业信息化的高度发展，国民经济信息化也不可能实现。 农业信息技术的应用最主要的将会通过充分合理利用农业资源，提高农业生产的科学决策水平和管理水平，提高农业科技创新能力，大幅度提升农业劳动生产率，推动农业向可持续化方向不断发展。,农业资源、环境信息化。 土地、大气、水、农业生物品种等都是农业的资源与环境，建立农业资源、环境信息网络，可以正确、及时地了解农业资源和环境变化，及时正确地制定相应的政策与对策。,农业信息化是21世纪农业发展的重要标志，又是农业现代化的重要组成部分。,农村社会、经济信息化。 农村的社会、经济状况直接关系到农业的发展，农业发展的目标就是要促进农村的富裕与进步。农业人口变化，教育、科技普及程度、农民收入水平，农村道路、能源、卫生情况等都是农村社会、经济信息化的内容。,农业生产信息化 农作物品种与栽培技术，特别是每时每刻都在变化着的天气与病害，形成了农业生产的不稳定性，农业生产常因对天气与病虫的变化了解不及时，掌握不准确，或不能采取正确对策，而造成重大损失。,农业科技信息化。 当前，国外农业科技发展相当迅速，但由于信息交流不畅，严重影响了科技的进步。因此必须借助计算机，建立农业科技信息网络，加快科技成果的交流与推广应用。,江苏省农业信息网 江苏现代农业信息网,农业教育信息化。 21世纪的农业教育，将出现的一个新的变化，就是农业教育的信息化。一大部分生活在农村的农民与农技员可以通过计算机、多媒体学习各种农业知识，以加快农业科技的普及，提高农民科技和文化素质。,农业生产资料市场信息化。 农业生产资料信息化，可以减少市场存在的种子、化肥、农药、农业机械、农用薄膜等各种生产资料的供需矛盾。,农产品市场信息化。 农产品市场问题直接关系到农民的收入和一个地区的经济发展。为了使各地农产品销路畅通、供销协调，建立以计算机联网为基础的农产品市场信息网络是一项关键性的措施。,农业管理信息化。 农业管理信息化可使农业行政管理、农业生产管理、农业科技管理、农业企业管理提高到一个新水平，从而加速农业的发展。,数字农业又叫精细农业或信息农业。是指在地学空间和信息技术支撑下的集约化和信息化的农业技术。,农业信息技术应用： 数字农业,数字农业技术系统是以大田耕作为基础，对农业生产和管理的全过程实现自动化、数字化、网络化和智能化， 形成一个包括对农作物、土地和土壤从宏观到微观的监测预测、农作物生产发育状况以及环境要素的现状和动态分析、诊断、预测、耕作措施和管理方案的决策支持在内的信息农业技术系统。,“3S”技术 遥感（RS）、地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS） 对农业生产的资源环境、生产状况、气象和生物性灾害等进行有效测报，指导人们根据各种变异情况实时实地采取相应的农事操作，变过去凭经验进行农事操作为实现智能化的科学管理，以提高农业的稳定性和可控程度。,农业专家系统 农业专家系统是把分散的、局部的单项农业技术综合集成起来，经过智能化技术处理，针对不同的土壤和气候等环境条件，给出系统性和应变性强的各类农业问题的解决方案。,数字农业技术系统的组成,我国从1992年开始组织专家系统的研制和应用。在北京、吉林、安徽、云南建立了4个智能化农业信息技术应用示范区。“九五”期间优先选择了水稻、小麦、玉米、棉花、大豆作为主要的示范作物，并逐渐向经济作物和养殖业发展。据报导，4个示范区推广农业专家系统800万亩，创经济效益近5亿元。,“3S”技术在农业上的应用。 遥感技术广泛应用于农业资源调查、农业生态环境评价、农作物面积估算、作物长势监测、作物产量预报和农林牧业灾害的监测等各个方面。 地理信息系统是将专家系统、作物模拟模型、遥感技术和地理信息技术结合起来，评估不同作物生产方式与类型对气候条件和土壤资源的要求，分析环境对作物生产力的影响。 全球定位系统是一项高新技术，我国为跟踪世界先进农业技术，已投资在北京地区设立精确农业示范农场。,近两年，欧美等国家已开始对玉米、甜菜、土豆、甘蔗、棉花等联合收割机进行产量计量传感的研究，安装有GPS定位系统，以处方图读入装置的小麦精密播种机、自动施肥施药机、可控喷水量的喷灌机等，均已有商品化生产。 与智能化农业机械配套的GPS定位系统，可用于农田土壤、苗情、病虫、草害的信息采集和操作，通过电子传感器和GPS装在联合收割机上的仪器，在整个收获季节，可以不断地记录下几乎每平方米面积的产量及其它信息。,农业图书情报系统的数字化和网络化。 现代信息技术已渗透到农业图书情报的信息搜集、贮存、加工、传递等各个环节。 现代化的农业图书馆，通过互联网，可以迅速查阅有关科技文献和技术专利，甚至可以出席在互联网上召开的各种国际与全国性会议，目前，农业图书馆正在向数字化方向发展。,网络经济与农业信息经济一体化。 现代信息网络的兴起，缩小了世界各国的距离，大加快了农业生产和农产品市场的全球化进程。 通过信息网，可以在瞬息之间，获得大量的世界市场行情，调动系列化产品经营的各个环节，实现农业生产和市场及资源的优化配置，加快增强国内外两个市场的竞争能力。,农业信息网络化和数字化的发展，将会充分发挥市场机制的潜在作用，在经济全球化的过程中，带动农业科技，农业经济以至于整个农村社会与国际社会的沟通和交流。,网络经济 主要形式有电子商务、网络营销、网络广告、电子金融、网络商店、虚拟公司等。随着我国企业上网工程的实施，农副产品通过网络通道，将从根本上打破时空障碍，促进产品信息、价格信息、市场信息的传递和产品交易，降低成本，促进农业产业结构调整，使农业的生产、加工、销售一体化，成为真正的“订单农业”。,（三）设施农业 1、国外农业设施发展现状 设施农业或工厂化农业是指在相对可控环境条件下，采用工业化的设备设施、工艺流程、管理体制的生产方式。 欧美早在70年代就发展了工厂化农业。 日本从80年代中期着力发展农业工厂系统。目前由工厂化农业提供的农产品已由80年代末的10多种增至100多种，农产品产值达到500亿日元。,随着科学技术、计算机技术和材料科学等的发展和运用，21世纪工厂化农业生产将会有更长足的发展。 由于设施农业能够通过一定的农业工程设施来控制自然界不利气候条件，使植物地上部和根系生长环境得到优化，因此，可根据克服自然因素、季节因素等限制，有计划地生产出优质高产高效而无污染的农产品的农业，满足市场需求。,“九五”期间，我国有20多个省市区自荷兰、美国、以色列、加拿大、法国、日本、韩国、西班牙、意大利以及我国台湾省引进现代化温室设备及配套先进技术，通过消化、吸收与技术创新，取得一批重大科技成果，有力地推动了我国工厂化农业的发展。,我国设施农业的发展 与工厂化农业科技创新 我国设施园艺栽培面积1999年达140余万公顷，比1996年间增长一倍。 高效节能型日光温室，1999年达到35万公顷，比年前增长3.5倍。塑料遮阳网达4.5亿平方米。 预计2010年设施栽培面积将达到167万公顷，2030年将增至200公顷以上。,蔬菜设施栽培实现优质高产。建立温室主栽蔬菜高产稳产规范，并提出管理量化指标，以及计算机辅助决策系统、无公害蔬菜病虫害综合防治系统。,种子种苗技术创新成绩显著。在“工厂化高效农业示范工程”实施过程中，自国外引进了大量种质资源，同时筛选和培育了适合我国不同气候区域的蔬菜良种达550个，有的可以取代进口种子。建立了一批工厂化育苗工厂，初步实现了蔬菜育苗规范化、良种化、标准化和商品化。,现代工厂化农业设施初具规模。一批由我国自行设计、制造，具有中国特色的现代温室设施总面积达10032公顷，国产率达95.5-99.9；建造了具有我国自主知识产权的五种优型温室设施，较国外产品价格降低40，节能30-45。,工厂化设施环境综合调控技术达到国际先进水平。上海自行设计制造了我国首座面积为3300平方米的智能化连栋塑料温室，其智能化、自动化环境调控系统及配套装置设备仪器等技术先进，性能稳定可靠，是与国际接轨的产品。 辽沈型日光温室、华北双层充气连栋温室、适于东南地区的系列连栋节能温室等，有的关键技术已达到国际先进水平，在我国适宜地区已推广应用。,产后处理技术提高到新水平。初步建立了蔬菜采收、预冷、分级加工、包装、贮藏、流通技术体系，完善了采后预冷、低温加工、保鲜、低温冷藏运输、空调柜销售等冷链流通系统，研究开发了压差预冷设备，建造冷库，提出了十种主要蔬菜冷链流通操作规程，将我国采后产品处理技术提高到了一个新水平。 与工厂化高效农业相关的产业迅速发展。,我国当前设施农业发展中的问题： 抵御自然灾害能力和耐久性差，在低温、霜冻、台风、高温期间栽培作物常受伤害，安全性、增产、增收的稳定性得不到保障。 设施内作业以手工为主，工作效率低，作业环境差，产量水平低。 产品质量满足不了市场的需求。在工厂化高效农业设施技术的开发应用方面与发达国家相比还有很大差距。,（四）有机农业 有机农业是一种完全不用化学肥料、农药、生长调节剂、畜禽饲料添加剂等合成物质，也不使用基因工程生物及其产物的生产体系，其核心是建立和恢复农业生态系统的生物多样性和良性循环，以维持农业的可持续发展。,有机食品是指来自于有机农业生产体系，根据国际有机农业生产要求和相应的标准生产加工的，并通过独立的有机食品认证机构认证的一切农副产品，包括粮食、蔬菜、水果、奶制品、禽畜产品、蜂蜜、水产品、调料等。除有机食品外，还有有机化妆品、纺织品、林产品、生物农药、有机肥料等。,有机食品需要符合以下4个条件： (1)原料必须来自己建立的或正在建立的有机农业生产体系，或采用有机方式采集的野生天然产品； (2)产品在整个生产过程中严格遵循有机食品的生产、加工、包装、贮藏、运输标准； (3)在有机食品生产和流通过程中，有完善的质量跟踪审查体系和完整的生产及销售记录档案； (4)必须通过独立的有机食品认证机构的认证。,有机食品与我国绿色食品的区别 有机食品在生产和加工过程中绝对禁止使用农 药、化肥、激素等人工合成物质。 绿色食品则允许有限制地使用这些物质。,发展有机食品产业的意义 （1）有利于保护农村生态环境 现代农业主要依靠化肥、农药的大量投入，破坏了生态系统原有的平衡，农药在杀死害虫的同时，也使有益生物特别是鸟类、鱼类等遭受灭顶之灾，造成生物多样性退化。 研究表明，现代农业土壤中的生物活性只及传统农业土壤的1/10。土壤有机物的耗竭，使其保水、保肥能力大大下降，加剧了水土流失和旱涝灾害。,（2）向社会提供高品质健康食品 有机食品无污染、品质高、口味好。近年来，越来越多的科学研究表明，食物中的农药残留对人体的影响不仅表现为直接的毒害，间接危害也很严重。有机食品绝对禁止引入基因工程技术。,（3）有助于增加农民收入和推进农业产业化 目前，国际市场上有机食品的价格通常比常规食品高20%-50%，有些产品(如大豆、茶叶等)可高出l倍甚至更多。从事有机生产的农民虽然需要较多的劳动力投入，但可省去购买农药、化肥的支出，农民可以从较高的产品价格和较低的现金投入两方面获得收益。,国外有机食品产业的发展现状和趋势 国际有机农业运动联合会是推动世界性有机农业和有机食品发展的专门组织，现在已经有115个国家和地区的600多个团体加入了该组织。 世界上生产有机食品的国家有100多个。目前，国际市场上有机食品品种主要有粮食、蔬菜、油料、肉类、奶制品、蛋类、酒类、咖啡、可可、茶叶、草药、调味品等。此外，还有动物饲料、种子、棉花、花卉等有机产品。,目前，美国、德国、日本和法国等10个发达国家的有机食品销售总额在100亿美元以上。 在过去5年中，欧盟、美国及日本的有机食品销售年均增长率为25%-30%。 预计到2006年，欧盟有机食品市场销售额将增至580亿美元，美国增至470亿美元。 发达国家销售的有机食品大部分依赖进口，价格通常比常规食品高20%-50%。 有机食品正在成为发展中国家向发达国家出口的主要产品之一。,（五）持续农业 针对现代农业大量消耗非再生资源又产生大量废弃物、农药残毒等生态环境问题，现在各国都十分注重保护环境和推广生态农业，以期人们赖以生存的农业能建立在“可持续发展”的基点之上。,三、新的农业科技革命对中国农业的挑战 农业劳动生产率。我国每个农业劳动力仅负担耕地0.32公顷，年生产粮食1200-1300公斤，只能供养3-4人，发达国家每个农业劳动力负担耕地可达100-200公顷，年生产粮食10万公斤，可供养80-90人。,农业机械化水平。我国农业机耕率为53，机播率27，机收率14。与发达国家相比，我国农业生产工具原始、落后，先进技术与设备缺乏。我国农民至今仍然是零星分散，独家小型经营，土地零散造成不能使用系列化农业机械，也难以推广高新技术，难以抗御自然灾害，农业产品的商品率和农业劳动生