仿生技术在农业领域的应用.doc

仿生技术【摘要】：随着全球性资源紧张所面临的农业资源危机,对现代农业技术领域中有关农业种质资源保护、精准农业技术与机械装备、农业生物药物与农用药械装备等诸多核心技术要求地更加紧迫,因此借助于仿生学设计原理,仿照生物的形态结构或机能特点,设计制造用于特殊目的的功能器件,开发现代农业机械化仿生技术与仿生装备研究意义是极其重大的。因此,仿生技术也必将通过现代信息技术、现代生物技术、新材料技术等现代高新技术领域中充分延伸和扩展,寻找到与精量化、机械化、自动化和安全化的现代农业机械化的交叉点,展示出仿生技术在现代农业机械化研究领域中巨大的潜力和无限的魅力。【前言】：农业机械学与仿生学看似两个风马牛不相及的独立学科，但实际上二者的联系还是相当密切的。原因在于仿生学是一门模仿生物的特殊本领，利用生物的结构和功能原理来研制机械或各种新技术的科学科技，其中自然而然包括农业机械和农业技术。况且，农业本身的研究对象就是动植物，仿生学的机理也来自于动植物，二者相结合也是取之于“生物”用之于“生物”。鉴于本人对仿生技术亦是不甚了解，因此本文仅就仿生技术应用于农业机械的现状及实例进行简单介绍，其中抑或引荐他人之作，能力有限，望读者及老师见谅。【内容】：介绍之前有必要先明确仿生学的定义。众所周知，生物具有的功能迄今比任何人工制造的机械都优越得多，而仿生学就是要在工程上实现并有效地应用生物功能的一门学科。下面我们就来看看如今农业机械领域中有哪些仿生学的影子。1、 仿生农药何谓仿生农药？对于这个听起来尚且陌生的新概念，上海市农药研究所冷阳教授解释说，生物农药是指利用生物资源开发的农药，它利用生物活体或其代谢产物对害虫、病菌、杂草、线虫、鼠类等有害生物进行防治。仿生农药即模仿生物农药，通过人工合成而获得的农药产品。自从化学农药被大规模利用以来，其最重要的作用便是“虫口夺粮”。然而化学农药带来的破坏也逐渐显现，而且，长期使用某些化学农药也会使害虫产生抗药性。有没有一种新型的农药只对付病虫害，而对人类无副作用呢？近年来，世界各国出于对环境安全和开发效率的考虑，已研制出一系列选择性强、效率高、成本低、无污染、对人畜无害的生物农药。到目前为止，人类成功开发应用的仿生农药包括使用化学手段模仿自然产物生产的阿维菌素和乙蒜素等。在目前市场上的杀虫剂品种中，仿生农药已经占到了51%，成为这类农药的主流。 仿生农药目前一般分为三类，一是植物源农药、抗生素农药有效化学结构的修饰物，二是模仿生物农药的有效化学结构，通过人工合成而获得的农药产品，三是在生物源中筛选出有农药活性的化学结构作为先导化合物，进一步进行多种结构修饰而合成的系列化的农药产品。由植物源物质经化学结构改造开发新农药是仿生合成中最为成功的一个领域。由箭毒碱开发的氨基甲酸酯类杀虫剂，是最早的一类植物源仿生杀虫剂，也是杀虫剂中主要类别，有67个品种，现在20个上市品种有近10亿美元市场。大家都注意到了遍布我校的银杏树，其实银杏所结的银果或称白果就是仿生农药有关专家的主要研究对象。 孟昭礼教授于1983年开始致力于仿生农药研究。他从“蚂蚁不上银杏树”得到启发，在国内外首次发现并证实了银杏所有器官均含有丰富的农用杀菌、抑菌物质，从银杏外种皮提取出活性更高的白果酚为先导化合物(模板)，人工模拟合成了“银果”、“银泰”和“仿生安”等系列仿生杀菌剂。一些树叶含有生物碱及毒素，是防病治虫的好农药。利用它们防病治虫，成本低，无污染，效果好，很值得在广大家庭推广使用。马尾松：取松针5kg，加开水5kg，密闭浸泡2小时后过滤，可防治粉虱、叶蝉。用松针的30倍水浸液处理球根(茎)花卉，可抑制病害发生。侧柏：将叶捣烂后加等量水捣烂，榨出汁液，再加水2倍，配制成喷洒液，可防治蚜虫。侧柏液的10倍水溶液对防治花木锈病有明显的效果。桑叶：将1kg桑叶加入5kg水，文火煮开1小时，将其滤液按1：4比例兑水后喷洒，可有效防治红蜘蛛。苦楝：将苦楝鲜叶晒半天后切碎，加水，叶水比为1：2，文火煮开50分钟后过滤，并在滤液中加0.3%的中性洗衣粉。使用时加水1倍，可防治食叶类幼虫。叶晒干后粉碎，施入盆土中，可防治蛴螬、金针虫地下害虫。枫杨：取鲜枫杨叶捣烂，埋入土中，一般30cm花盆施用15g左右，既可用作绿肥，又可防治地老虎、蝼蛄等地下害虫，有效率在90%以上。臭椿：取鲜叶1 kg捣烂，加水3kg，浸泡半日后过滤喷洒，可防治蚜虫、菜青虫。此外，可结合修剪，将剪下的枝干树皮，用15倍重量的水浸泡一天，该浸泡液可叶面喷洒防治花木锈病。柳叶：将柳树叶捣烂，加水3倍，浸泡半日，过滤后直接喷洒，可杀灭蚜虫、等花木害虫，有效率可达85%以上。桃叶：取鲜桃叶5 kg，加生石灰50g，兑水75 kg，浸泡一天后，把桃叶捞出，然后将浸液过滤喷洒，用来防治蚜虫、红蜘蛛等害虫，效果良好。乌桕：将鲜乌桕叶捣烂加水，叶水比为1：5，浸泡一天后过滤，用滤液喷洒，可防治蚜虫和金花虫等害虫。除虫菊：除虫菊的花中含有的除虫菊素，对昆虫有较强的触杀、胃杀作用，能杀灭蚜虫、叶蝉、介壳虫、毛虫等花木害虫。将除虫菊的花捣烂加水，花水比为1：5，浸泡一天后过滤，用滤液喷洒受害花木即可。马醉木：叶中有效成分马醉木素，毒性高。将其叶子耕埋在土中或花盆土中，可以防除地下害虫。若把叶、茎或树皮的浸出液配成液剂，可防除蚜虫、壁虱及一般软体害虫。由此可见，仿生农药的研究与发展的空间还是很大。 二、蚯蚓与农业机械减阻播种、耕作机械等农业机械在作业过程中存在的土壤粘附严重、工作阻力大，导致农业机械作业效率低，能耗高，甚至影响作物出苗率，降低粮食产量。据统计，因土壤对播种机触土部件的粘附降低作物出苗率严重时可达10%，以此计算，辽宁省年粮食产量会减少数亿斤。由此可见加强高效节能型农业机械触土部件的理论研究与技术开发，对于农业机械化的发展乃至高效农业的发展具有重要意义。农业工程领域中的工厂化育苗、机械化移栽、精密播种、测深施肥等大中型农业机械装备的使用，迫切需要有效的减粘脱土与减阻技术的利用。然而，在动物界这一看似棘手的问题却早已解决。蚯蚓是一种典型的土壤动物，在粘湿的土壤环境中能够运动自如而毫不粘土，它的这一特性赢得了相关专家学者3的广泛关注。目前有关专家已经深入研究了蚯蚓的一系列特性并从中得出许多有价值的结论。除了一般性的关于蚯蚓体表结构、体表柔性及体表润滑（分泌物）研究外，蚯蚓的体表电渗也愈来愈受到广泛的关注。蚯蚓体表受刺激部位产生的生物电呈负电性，导致土壤动物体表与土壤作用的部位对接触的土壤产生微电渗效应，临近接触界面土壤中的水向接触界面迁移，增大水膜厚度，降低界面水膜张力和粘滞力，使土壤粘附力和摩擦力减小。基于这一现象，在触土部件表面上按一定规律布置若干电极，可形成非光滑电渗表面，这种电渗方法可称之为非光滑表面电渗，即仿生电渗。仿生非光滑表面电渗在速度较低的滑动系统及静态粘附系统中应用潜力较大。 相关高校及专家已经着手于仿生电渗的应用。比如将其应用于犁体表面的设计当中，研究最小犁铧行走阻力的