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移除书签五、现代农业技术与机械
人类能成为植物的“上帝”
随着人类对植物生活习性和生理机制的研究一步步深入，人类开始在一个新的水平上研究、培育和改变植物。
我们知道，绝大多数的植物是靠种子繁殖的，也有一部分植物靠孢子繁殖后代，或在人类的干预下靠枝条、根系的扦插进行无性繁殖；但是，既然植物的每一个细胞中都含有完全的遗传密码，我们可不可以仅用植物的一个细胞就完成植物的繁殖呢？由于科学家哈布兰特在这方面的突出贡献，这个目标已经实现了。
哈布兰特指出，植物的细胞虽然和动物的细胞一样，在成熟后会分化成各种专门细胞，各司其职、分工合作，共同完成植物的一项项生命活动。但与动物细胞不同的是，植物分化后的细胞可以失去分化后的特征，重新转回到未分化细胞的状态，再转而分化成别的器官，甚至是一株完整的植株。例如：取自植物叶肉组织的细胞，就可以在适当的人工培养条件下失去分化的特征，形成没有分化的细胞组成的细胞团——愈伤组织，而愈伤组织细胞就可以通过人为的控制，再分化出根、茎、叶，形成新的植株，这就是植物组织培养技术。
随着科学家对矿质营养、植物激素等影响植物生长发育的各种因素认识的加深，植物组织培养技术就像一个孩子一样慢慢长大，逐渐走向成熟。现在，在试管里加入适量的水、矿质营养、植物激素糖、固体支持物等，在无菌的条件下，将灭过菌的植物器官，如植物的根、茎、叶片、花粉等转接到试管里，一段时间以后，这块植物器官上就会长出许多愈伤组织或者小植株来；由于用这种方法培育成的小植株是在试管里长出来的，人们就把它们称为试管苗，又因为这种培养不是在土壤上进行的，所以又称为无土栽培。
利用组织培养技术发展起来的无土栽培技术有什么用处吗？有，用处可大啦！
首先，它能够优化植物的品质。我们知道，马铃薯是用块茎进行繁殖的，但是在用块茎繁殖的过程中，植株内会侵染一些病毒，这些病毒能使马铃薯块茎的个头逐渐减小，从而使得马铃薯的产量和品质大大下降。科学家们用无土栽培的方法对马铃薯进行了脱毒，脱毒后的种苗所结出的马铃薯个头要比没有脱毒的个头大得多，这样不但大大提高了马铃薯的产量，还大大提高了马铃薯的品质。当然，容易被病毒侵染的绝不止马铃薯一种植物，目前，植株脱毒方法已经在草莓、葡萄、康乃馨等多种作物和花卉上获得了成功，并产生了明显的经济效益。
其次，用组织培养技术繁殖作物的最大的一个优点就是快速。因为这种技术使用植物的任何一个器官都可以繁殖，而不用等待植物经过漫长的生长期，开花结果后才能繁殖。因此，只要有少量的植物植株，每年就能以数以千万计的速度进行繁殖，用于推广优良品种可以大大节省时间，尤其是对于一些繁殖系数比较低和不能用种子进行繁殖的名特优作物品种的繁殖，意义更显重大。早在60年代，我们的科学家就用无土栽培的方法快速繁殖兰花获得成功。随后，科学家们还快速繁殖了一批重要的、经济价值比较高的名特优作物的新品种，如甘蔗、花卉、菠萝、草莓、柑橘、苎麻等。从理论上讲，一棵植物植株就可以通过组织培养技术培育成为数以千万计的试管苗，每一个试管苗又可以培育出无数的小苗。依据此原理，一种现代技术和农业产业相结合的新型工业——试管苗工业就出现了。
第三，组织培养技术的另外一个突出贡献就是用它可以保存种质。自从工业革命以来，由于人类活动的范围扩大和活动加剧，植物物种的灭绝呈现加速的态势，世界上种质资源日益枯竭，特别是那些不能生产种子进行繁殖的植物或者种子寿命短的植物尤为严重。近年来，科学家研究出用组织培养的方法低温保存种质。例如，我们把烟草、胡萝卜等植物的细胞，在零下二十摄氏度至零下一百九十六摄氏度的低温下可以贮藏数月，而且细胞在合适的条件下仍能够恢复生长，再分化生成完整的植株。这种保存法所需要的容积小，几乎每一个细胞就相当于一粒种子。于是，人们就开始用组织培养的方法来保存和大量繁殖濒临灭绝的那些珍稀植物物种。
利用组织培养技术繁殖种苗还有一个很大的优点，那就是运输非常方便。利用组织培养所形成的种苗是放在试管里的，而一瓶试管苗可以随身带到任何人类能够到达的地方。你可不要小看这一瓶试管苗，它很有可能繁殖成为数以亿计的新的植株，长成一片茂密的森林呢！如果宇航员带着一些这样的试管苗，不但在路上可以利用植物制造氧气和食物，还能把一些合适的星球改造成我们需要的花园或农场呢！
植物组织培养育苗技术的进步，使得人类在繁殖植物时，在很大程度上不用依赖于植物自身的繁殖特性和繁殖周期了，但科学家们并不满足。随着遗传学向细胞和分子水平研究上的巨大进步，科学家们又在研究，人类能不能用改变植物遗传密码的方法来改良现有的植物品种、甚至创造全新的植物品种呢？经过几十年艰苦的研究，科学家们终于获得了初步的成功。我们知道，工程师们可以设计建造高楼大厦、海底隧道，可以设计制造汽车、飞机、火箭等，这些都是宏观的伟大工程。但是，决定植物遗传性状的基因是DNA上的一个个片断，是非常小的，一般情况下是看不见和摸不到的，即使借助普通的光学显微镜也还是拿它没有办法，人们怎样才能做到对它们进行随意切割、缝合等改造呢？如果使用一般的工具，我们确实是没办法，但幸好，科学家们发现了大自然给我们预备的工具——能够切割和连接DNA片断的特殊的酶。
科学家在进行基因重组时用到的酶有两类：一类是存在于细菌细胞内的限制性内切酶，用于对DNA进行切割，是“手术刀”；另一类是用于连接DNA片断的DNA连接酶，是“针线”。
限制性内切酶有一个很大的特点，就是每一种酶只能识别DNA序列中的几个到十几个特定的碱基对。现在，已经发现的限制性内切酶已经超过了350种，这样，利用不同的限制酶就可以对不同的DNA片断进行比较准确的切割了，在切割完之后，利用DNA连接酶就可以将限制性内切酶所切割的DNA片断再相互连接起来。有了“手术刀”和“针线”，分子生物学家们就可以随心所欲地将不同来源的DNA进行切割和再连接，一个个具有全新的遗传性状的物种就在人类的手中诞生了。
现在，我们已经可以将抗某种除草剂的基因转移到玉米中，使这种玉米能够抵抗某种高效的除草剂，而不会像普通玉米一样受到损害；美国孟山都公司的科学家们已经将烟草花叶病毒的某个基因转到了烟草中，从而获得了能抗这种病毒的烟草新品种，他们还用相同的方法获得了抗马铃薯X病毒和Y病毒的马铃薯新品种；国外已经把一种细菌的毒素蛋白基因转移到了烟草、番茄和棉花中，获得了抗鳞翅目昆虫的新品种，使得一些昆虫在吃了这些植物的叶子或者果实后就会中毒死亡……
这种用人工的方法把不同生物的决定某些性状的基因提取出来，在体外进行切割、重新搭配和再连接，然后再将连接好的基因转移到生物体内，让生物获得新的遗传特性组合，从而创造出新的生物类型的巨大工程叫做基因工程，所获得的新植物物种叫做转基因植物。
现在，基因工程中最引人注目的一个课题，就是如何将固氮菌中的固氮基因转移到有实用价值的菌种里，以便能利用细菌进行氮肥的工业生产，或将这些菌种释放到土壤中，使它们可以直接为农作物提供氮肥。在我国，科学家已经应用基因工程的方法培育出了高效固氮工程菌，给大豆接种以后，能够比普通的根瘤菌每公顷增产225千克左右，而且接种这种高效固氮工程菌的大豆在黑龙江已推广上万公顷。
我们知道，绿色植物可以利用光能，在叶绿体中进行光合作用，制造养料、营养自身。如果我们将植物体内控制光合作用的基因转移到猪、牛、羊等家畜中，培育出自己能进行光合作用的“叶绿体猪”、“叶绿体牛”、“叶绿体羊”等，那么，这些家畜就可以自己制造营养物质，人们也就不必再为缺乏饲料而发愁了！
随着研究的不断深入，基因工程必将在工农业生产、医疗卫生、环境保护等方面发挥更加巨大的作用。但是，基因工程也遇到了许多困难，特别是基因工程产品的安全问题，已经引起了世界上各国环保部门的重视，由于人工合成的转基因植物并不是自然界原来固有的，基因工程在制造新物种的同时，也破坏了现有生物的遗传特性，它们对人或其他动物食用后的毒害作用、它们对自然界其他植物的影响还需要经过长期的检验才能被我们确切了解。为此，许多国家已经制定了针对基因工程的专门法规，规定中强调，凡是与哺乳动物和人有关的基因工程实验，都必须在严格的有防护的实验室中进行，所制造的任何基因工程产品或基因工程菌都必须经过严格的毒性实验，通过严格的审批以后，才能到实验室外进行实验和生产等等。
在神话传说中，大地上的一切生物都是上帝创造的。上帝虽然创造了地球上的生物，但是他可以不负责任，因为他并不生活在这个地球上，地球上的灾难对他并没有切身的影响。现在，我们人类的科技发展已经到了能够左右和创造一些物种的程度，我们能够成为植物的“上帝”吗？恐怕不行。因为我们还不能像“上帝”一样到地球之外去生活，而且基因工程是一个非常复杂的过程，到目前为止，人们还不能完全控制这个过程。鉴于以上原因，我们应该用冷静的头脑来考虑基因工程的问题，绝不能头脑发热地去做什么“上帝”。
传统农业的尽头
农民自古以来就被文学家们形容成“面朝黄土背朝天”，整天与泥巴打交道的下里巴人，工作又脏又累。但现代的农民将是面朝各种先进的仪表机具，上控卫星，下操电脑。
农民真正变成了土地的“主人”，而不再是土地的“奴隶”。
在整洁的操作室里，农民只需按按不同的电钮，联合收割机就可以收割玉米了。由于使用全球定位卫星和计算机相结合的系统从事“精确农业”耕作，在收割时监视器计算每株玉米的产量，全球定位卫星接受器精确记录每株玉米的位置，结果便绘成了一幅这块土地的产量图。收获后播种前，土壤采样器把土壤数据输入计算机，全球定位卫星接受器记录采样位置，绘成土壤图。计算机比较产量和土壤图，再通过全球定位卫星系统控制的喷施器根据不同的要求施肥和喷药。
传统的灌溉技术一个最大的缺点，就是作物只能被动地接受灌溉。这些作物比不会说话的婴儿还可怜，婴儿吃够了奶就会扭头拒绝再吃，可这些作物却无法表达，往往不是“喝”水太少，就是“喝”水太多。目前，科学家们正在帮助农作物“学会喝水”。原来，植物从土壤中吸取水分的力量很大，当缺水时，这种吸力可以使作物茎内的水柱断裂。于是科学家们就利用作物的这一特性，把植物与计算机控制的灌溉系统联系起来，让植物“自己决定”什么时候打开水龙头。同样是浇水，这种方法不但节水，而且省时省力。最重要的是让作物自己给自己“喝水”，这不是更有利于其生长吗？
当然，为农业服务的还少不了机器人。它可以称得上是“新型农民”了。
随着世界人口的快速增长和全球经济的迅速发展，传统农业已经走到尽头，只有先进的科学技术才能为农业找到出路。
现代农业和农业科技产业
现代社会对农业的要求越来越高。我们都是农业产品的消费者，不知道是不是有这种感觉：现在的肉吃起来不香，苹果的味不足，柑橘是酸酸的或者味道淡淡的，风味成了一个大问题。现在的人吃东西，不仅要有足够的数量，还要有营养，有功能，要吃出风味来，还要是无公害食品，要求真是越来越高，越来越多。农产品的污染是个大问题，不搞农业的同志可能不知道，有些菜农连他自己种的菜都不敢吃。
那么，现代农业的特征和走势是什么呢？我个人认为，首先，现代农业必须要有一个强大的技术支撑和驱动，依靠这种强大的技术对传统农业进行改造和发展，并全面武装它，只有这样才能体现出现代农业的特征。二是农业的规模化和企业化。生产经营的规模化、管理的企业化和生产产品的专业化、区域化已经成为全球的普遍趋势。三是高生产率和高效率。一般人认为农业的效益是比较低的，对传统农业来说的确如此。但是就现代农业来讲，它甚至比某些支柱性的传统工业生产效益还要高。四是农业生产领域的拓展，即由动植物生产向微生物生产拓展，由耕地向草地林地、由陆地向海洋拓展，由初级农产品向食品、生物化工、医药、能源领域拓展，由生产性向旅游、休闲、观光拓展。五是农业的可持续发展，人类正面临着资源的高效利用、资源和环境的保护等问题，同时，土地的沙漠化、酸雨以及食品安全等问题又无时无刻不威胁着人类。前面已经讲过，现代农业比传统农业要复杂得多，任务要艰巨得多，内涵也发生了很大变化。
下面谈谈现代农业的组织形式问题。
在美国，以家庭农场为基本生产单位，各州有农场主联合会。家庭农场的耕种面积很大，平均约两三千亩。目前有40％以上的农场使用计算机和进入各种专业网络，效率和产量都很高。欧洲和日本的特点是农户加基层劳动者组合再加跨行业的专业性组织，如市场指导委员会、市场协调组织和农业经济委员会等等。我国实行的是以家庭联产承包责任制为基础的双层结构经营模式。以农户为基础是世界性的经验，当然，在农户之上还应有一些形式把农户有效地组织起来。因此，我们的双层结构经营看来是对的。现在的问题是，这双层结构的上层该怎么操作。我国农业的生产规模小，一家一户，生产能力弱，高度分散，劳动者的素质不高，接受技术的能力很差，又缺乏再生产的能力。在缺乏引导的情况下，市场对农民来说是很残酷的。我们的一个大型企业，有厂长、党委书记、高级工程师，还有国家那么多的投入，在市场竞争中尚且岌岌可危，更何况一个信息闭塞、技术缺乏的农户呢？所以，农民的日子是很难过的，他既要承担自然灾害的风险，又要承担市场的风险，如果再没有一定的组织的话，只靠卖点玉米，4毛多钱一斤；卖点小麦，5毛多钱一斤，什么时候才能翻身？城市居民收入水平的年增长率一般都高于农村，虽然增加的钱也不多，但我们只用于消费，而农民却要把挣来的钱用于生产啊。他们增长的钱那么低，哪有扩大再生产的能力？所以，纵然两亿多城镇居民富起来了，而八亿多农民富不起来，这也是不行的。解放战争的胜利是农民用独轮推车推出来的，而现在农业在国民经济产值中的比例只有30％，而“剪刀差”依然存在，问题很多。怎么解决这个问题呢？只靠家庭联产承包是不够的，必须有一个双层结构经营，问题是怎么搞这个双层结构。我认为，是不是可以采取合作制的办法，股份合作制的办法，或者是“农户+x”的农工贸一体化模式（x=公司、合作经济组织、专业市场等等），以此来解决生产的组织结构和形式问题。我个人认为，在商品率达到一定程度的情况下，农业走产业化道路是必然的。农民的产品要进入市场，不应该是一家一户的，而必须是有组织的。潍坊的农民就组织起了各种各样的蔬菜合作社和蔬菜公司，他们产的蔬菜已占到北京市场的20％。此外，云南的烟业、广西的糖业等等也都在尝试农工贸相结合的组织形式。只有这样，农民才能在集体的力量、资金的力量和技术的推动下，作为一个整体进入市场，而不是一家一户在市场上乱撞一气。总之，路对了，还是很有希望的。归纳起来，走农工贸一体化的道路有哪些好处呢？一是扩大了资金投入的来源；二是产品可以多层次增值；三是增强了应用科技的能力；四是可以引导农业进入市场，减少市场风险，提高市场竞争能力。
农业越是企业化、产业化，越需要技术的支持。最后我谈一谈技术成果的转化和农业的科技产业问题。
农业是直接从事生物性生产的产业，农业科技产业是为农业产业提供科技产品服务的产业。科技成果的转化是个老问题了，可谓“剪不断，理还乱”。我是这么看的，科技成果的源头在哪里？在科研院所和高校，企业也可以出科研成果。从源头到农民这当中还有个推广系统。为什么工业上不特别提出推广系统，农业上就要有个推广系统呢？因为农业的区域性太强，太分散，劳动者的素质不是太高。特别是区域性，这个品种在北京是合适的，拿到河北省可能就不行了，必须先做试验，所以必须有个推广系统。过去在计划经济体制下，创造了“四级”推广网，即省、地（市）、县、乡都设有种子站、植保站、土肥站、畜牧站、兽医站等。可是在计划经济向市场经济转变的过程中，就出现了“线断、网破、人散”。现在要建立社会化服务体系，是什么还不明朗和成熟。因此，推广这一块儿就成了一个瓶颈。牛郎织女七月七还能见一面，缺少了这个推广系统，科技成果和农民连面都见不着。这就成了一个大问题。我觉得这里有个误区，以为农业技术要推广只能靠推广系统，我不这么认为。我认为在社会主义市场经济体制下，农业科技的产业和企业是一支重要的力量。美国的农民只占美国就业人口的2％，中国是56％。美国的一个农民可以养活80个人，中国一个农民只能养活一个半人。是不是中国的农民特别懒呀？决不是，中国的农民是勤劳智慧的。那么为什么会这样？这里存在一个生产结构上的差别问题。请大家注意，在美国2％的农民背后，支持着农业生产的科技力量和大大小小的农业科技企业占全国就业人口的17％。科技服务系统却很完善，有种子公司、灌溉公司、施肥公司、农药公司等等。美国的农民坐在家里，依靠计算机的互联网络就能获得大量的信息，还可以咨询订货等等。所以它的效率很高，因为它有大量科技企业的支持。这17％的科技力量和科技企业是集技工贸于一体的，资金雄厚、技术先进、营销灵活，这支力量就是推动科技成果转化的主力军。
可作个比喻。解放战争时不是有野战军和地方部队吗？农业有区域性，各地跟各地不同，需要有各地自己的技术推广系统，好比是地方部队，科技推广系统野战军的战斗力才是最强的，也不受地域限制，这就好比是农业科技企业，只有搞好了它，农业的科技含量和生产效率才能上去。但是我们国家对此至今也不够重视。
再举个例子。美国一家著名的跨国种子公司，叫先锋种子公司，它的杂交玉米种子占了美国市场的42％，世界杂交玉米种植面积的22％是用的这家公司的种子。1993年只卖玉米种子，就是10多亿美元。1986年，他们曾来过中国，想推广他们的杂交玉米种子，没有成功。1996年又来了，制定了雄心勃勃的占领中国市场的计划。我们应该清醒地认识到这一点，如果这家公司进入中国市场，占领了杂交玉米种子不要说一半，哪怕是30％的份额，美国就又多了一件制裁中国的强有力的武器，它只要不供应我们玉米种子，我们的玉米产量立刻就会下来。为什么我们自己不能干？我们的种子产业嚷嚷了几年了，成效不理想。另外，生物技术公司、农田灌溉公司、农业信息公司，在农业技术成果的转化和推动农业生产上都会起着很重要的作用。
盯住中国市场的，还不止这一家公司，美国的一家生物制品公司的抗虫棉想进入中国，还有一家公司瞄准中国的养猪市场，要把猪生长素推销到中国。再说一下鸡的问题。我们国家现在养有70多亿只鸡，而种鸡90％是外国的，也就是说，我们每年要花大量外汇去买种鸡。我们国家怎么就没有自己的种鸡呢？我们搞育种的专家科研经费少得可怜，国家每年却要花大量美元去买种鸡！还有阿维菌素，这是一种生物农药，被称为超级农药，我国有三家工厂能生产。可是美国的一个大公司进来了，它有钱，要把这三家厂子联合起来，组成一个销售公司。它的技术比我们高一大截，它说可以把技术拿到中国来，但要保证它300％的利润，我们总想给农民多降点价，让他们多得点利，这样一来还怎么降价。所以说我们如果不建立自己的农业科技产业，将来怎么办？超级猪、生物反应器、猪牛生长素、农业设施、滴灌等等这些技术都有大量的国外的公司介入。所以我要呼吁，希望国家支持我们民族的农业科技产业尽快搞上去，要大量培养这方面的人才。大家都知道泰国的正大集团，它的董事长对我说，如果比技术力量，他们比不过中国农大，但却占领了中国37％的饲料市场。为什么？就因为它有一套企业的运行机制和优势。所以，我认为如果农业的科技产业起来的话，农业的产业化和现代化就有了一个强大的驱动力，前面有市场来拉动，后面有科技产业驱动，我们国家的农业现代化是有希望的。
最后我来概括一下上述谈的内容：第一，农业的两次技术革命，对农业生产产生了巨大的推动力。现在，农业的第二次技术革命的序幕已经拉开，我们应当自觉地、主动地，而且是高瞻远瞩地把握这个机遇，把我们中国的农业大大推进一步，在这一世界性的浪潮中，我们不能再失去一次机会。第二，为了使科学技术进一步向生产力转化，应大力发展民族的农业科技产业。第三，中国农业现代化的道路除了用科技产业和农业技术作为推动外，还需要产业化和市场经济来带动，当然也不能一刀切。我们要走出具有中国特色的农业现代化道路。我们不仅要在2030年时养活养好我们自己，还要利用我们国家的优势，成为新型现代农业的样板。这是可以做到的。
计算机化的农业
21世纪是计算机技术进入多媒体、大网络的时代，应用系统向网络化、集成化、综合化和智能化方向发展。所有这些技术手段将对农业产生极大的吸引力。它们在农业上的应用可能使农业系统内的数据采集和处理、农业生物过程的监测与描述获得突破性的进展，并可使农业生产和管理体系产生戏剧性的变化。
21世纪的计算机应用将以知识处理为主。电脑改变传统农业农业基层将是计算机应用的主战场，基层决策者的行为将更依赖于计算机网络所提供的决策信息。
21世纪的农业管理者将时刻不离计算机，一系列辅助化的智能决策系统，将构成农业管理人员的智囊团，他们对农业资源应用、生产发展和环境保护等问题进行运筹优化；计算机网络将在各个管理层次间高速地传递着管理信息。计算机在农业中的广泛应用，将使收入得到控制，使产出得到监测，且可适时对投入作出修正。在这个反馈循环中，农业系统发展的战略目标——高产、优质、高效及农业生态平衡，将可被最大限度地逼近。
数据库、模型库、方法库、知识库、实时控制和数字图像处理等多项技术的综合应用，成为农业科技人员的努力方向。如美国得克萨斯大学研究开发的“2000年计算机化的农场”，主要目标就是为应用一切现成的、多方面的技术成果（包括通信、监测分析、模拟、专家系统和自动控制等）作出示范。
日本开发了第一个远程控制类型的柑橘温室控制系统，并投入实际应用。它具有资源共享、远程控制、数据加工、信息提供、监测报警、自动测定气象数据并存储等功能。我国在北京郊区等地进行的计算机技术综合应用试验基地，取得了很好的效果。
21世纪的农业将是计算机化的农业。
信息时代是以计算机、通信和信息技术为支撑的时代，联结信息社会的纽带是巨大的网络。全球将形成一种崭新的信息与通信网络系统，形成“地球村落”。信息产业、知识经济的飞跃发展，使农业生产的效率大幅度提高。
当前，中国农业正处在由传统农业向现代化农业转变的时期，未来在人均666.7平方米耕地上解决日益增长的吃穿问题，出路何在。
卫星指导种田
英国享伯德郡北部一位农民芬顿能够指出其400公顷的土地上哪部分最赚钱，并能准确预测其作物产量。
他是利用在地球上空1200英里轨道上运行的美国导航卫星得出这种预测的。这些卫星向下发出导航波束以标志出某一块田地的准确位置。根据收集的田地数据，他能画出一张其农作物的产量图。
帮助农民利用这一技术的顾问道森说，将此技术用于农业是一个巨大突破，因为这意味着，你能够用不同的方法管理各部分农田，并酌情使用农药、种子和肥料。
梅西—弗格森公司正在一种联合收割机上将其产量计——测量每一部分农田收获的粮食总量的仪器——与利用卫星指示机器准确位置的“全球定位系统”联合起来。根据经过数年用这种方法收集的数据，能看出同一块农田各部分之间产量上的差别。
一块田地的产量可以平均上下浮动50％左右。此农田的一部分可获得每公顷3.5吨的粮食产量，而在另一部分每公顷则多达10吨。
通过确认低产区，芬顿可以对其进行仔细研究，弄清每块农田产量上的差别是由土地肥瘠、土壤性质、耕作深度、用水量等哪种因素造成的，然后决定如何施用化肥、农药及改进耕作方式等。
依据卫星传送的信息农民可以利用计算机程序画出一张施用化学剂或种子的地图。这张图可以用磁盘或智能卡输送给一台传统拖拉机或喷雾器的控制装置。这台机器是自动的，能够根据农田的具体位置或多或少地播种和喷洒。
根据导航卫星从产量制图系统开发出的种子分布图进行种植，能够准确地告诉机械哪儿是这块农田的较高产区，机械则根据其位置自动改变种子的施用。通过在农田的贫瘠部分少用种子、化学剂或肥料，可以大大节约费用，并以对环境更有利的方式耕种。
芬顿说，效益是非常大的。以前，我们是以地毯方式施用种子、肥料等，而现在我们能以目标方式施用。他已将施到土壤中的氮肥减少30％，并力争在不减产的情况下，将氮肥从土壤中的滤出减少60％。他的目标是将磷肥和钾肥直接按比例施用到土地的高产部分。
芬顿是1994年前使用梅西—弗格森公司的卫星及其设备的30名英国农民中的一位。此技术在德国、丹麦及美国也在进行试验。芬顿认为，这种技术给了用其他方法不能获得的丰富信息，并彻底改变了传统的耕作技术。该项技术可能适用于任何一位希望更精确管理自己的可耕地业务的农民，使用这种设备所节约的资金很快就能偿还其费用。例如，根据产量图的结果，芬顿已改变了其种植油菜籽的方法，并使成本从每吨26英镑降到9英镑。
遥感技术与农业估产
地球是太阳系中已知惟一能维持人类生存的地方。但人类的活动恰恰使这个星球越来越不适于人类的生存。目前，世界上二分之一的人仅仅要求能维持生命，因此粮食问题是不得不令人特别关注的问题。农作物产量是每个国家重要的经济情报，特别像我国这样一个人口众多、人均耕地面积少的国家，农业生产的形势严重影响着国民经济的发展。
人们希望于农作物收获前后以最快的方式取得农作物产量的情报，以期预警粮食的异常短缺，并采取相应的措施，如合理的运输、贮藏、加工、市场调度等。自70年代，美国就开始了遥感估产，使农作物产量估测发生了根本性变化，而且在遥感技术本身的领域内，也开始了由陆地卫星逐步开始用气象卫星进行大面积估产。美国在一个州的二十几个试验场进行遥感估产，其估产数字与美国农业部后来统计的数字仅差3％，并提前两个月作出产量预报。
农作物产量取决于作物品种、播种面积和生长情况。多年来的实验已表明，现在的遥感装置完全具有分辨不同农作物的能力。通常植物是绿色的，这是为什么呢？让我们先来了解一下太阳光的组成，直观地看太阳光是白光。如果做个实验，让太阳光通过三棱镜，就会发现白色的太阳光分成了红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7种颜色的光，也就是我们常说的“七色光”。再来谈谈物体的颜色，在黑暗的角落里的本身不发光的物体我们是看不见其颜色的。而我们所看到的物体的颜色是物体反射太阳光、灯光等的结果。可见光（如太阳光）照射到物体上，物体吸收掉几种颜色的光，反射它不吸收的光，我们接收到这种反射光，就认为这种光的颜色就是物体的颜色。植物受太阳光照射后吸收了红光、蓝光，反射绿光，植物就呈绿色。不同的作物或同种作物在不同的生长发育期，颜色也有细微差别，借助一定的遥感手段能分辨出这些差别。这是判别作物种类、生长情况，用来进行遥感估产的依据之一。
卓有成效的美国“大面积农业估产实验”利用陆地卫星一号和二号每隔九天轮流在麦田上空用多光扫描拍摄作物的反射光谱，因此在多光谱像片上可以区分小麦从幼苗到开花、变黄等不同生长期的情况，最后可以用计算机圈定麦田并计算面积。通过多种因素的综合分析，就可推出农作物产量。这些复杂的运算由现代计算机技术承担胜任有余。
核农学
核农学是研究核射线及有关核技术在农业科学研究和农业生产中的应用及其基础理论的一门学科。它是介于核科学与农业科学间的一门边缘学科。它的主要研究领域是辐射遗传和育种学、放射生物学、辐照保藏技术、示踪原子应用等。今天，其应用领域不断扩大，并已取得显著成绩。
辐射诱变育种是核技术农业应用的主要领域。目前，中国育成的新品种更换旧品种的面积约在5000万亩以上，每年为国家增加粮食产量30到40亿千克，棉花1.5到1.8亿千克，辐射诱变育种是核技术农业应用的主要领域油料0.75亿千克，年创经济效益33.2亿元。辐射诱变育种已成为提高中国农业经济效益的主要手段之一。同位素跟踪技术在农业上的应用，解决了农业生产中的土壤、肥料、植物、保护、动植物营养代谢及放射免疫等技术关键问题。它对揭示农牧渔业生产规律，改进传统栽培养殖技术，具有重要作用。
昆虫辐射不育技术是现代生物防治虫害的一项新技术，是目前可以灭绝某一虫种的有效手段，今后将加强其应用基础及技术研究。
生物的辐射刺激增产已在蚕豆和渔业生产中获得成效。放射生物学和辐射遗传学也在农业科研及生产中起积极的作用。
微生物与白色农业
随着21世纪的到来，环顾全球，最引人注目的是科学技术革命的浪潮，它汹涌澎湃，蓬勃发展，充满无限生机，展示着即将来临的科技革命新前景，将会把人类社会推向更加灿烂辉煌的历史新时期。
21世纪科技的率先增长点是哪一门科学？这在国内外科技界已取得基本共识。
邓小平同志十分明确地指出：“将来农业问题的出路，最终要由生物工程来解决，要靠尖端技术”。用生物工程解决农业出路，这一科学论断，与当前国内外科技界的论点相一致。
我国著名科学家钱学森院士提出，21世纪30年代，人类将进入第六次产业革命，即现代生物科学技术革命，主战场在大农业。
诺贝尔奖获得者杨振宁撰文说：“20世纪后半世纪发展出计算机，计算机对整个世界的经济结构的影响是无法计算的。我想到21世纪头50年，生物工程对于社会、国家经济结构的影响，恐怕还要超过计算机的影响”。
又一诺贝尔奖获得者李远哲说：“人类经历了工业化和信息化两次产业革命之后，下个世纪的科技增长点应是生物技术”。
无疑，21世纪是生物科学技术世纪的提法，已受到众多科学家的赞同。
一、农业的“三维结构”
传统农业是以种（植物）、养（动物）两类资源利用组成的“二维结构”形式，即使“二维结构”中对植物、动物资源的利用也仅是对部分种类的开发。
众所周知，在自然界中存在三大类生物资源，植物是生产者，动物是消费者，微生物是分解还原者，从而形成地球生物圈的良性循环，生生不息，才创造了人类的生存繁衍条件；这三类生物资源同时具备资源功能和生态转化功能，在构成农业生物资源成分方面应是平等的，都可以同样地为人类生存、生活做出贡献。由此可见，全面开发三大类农业生物资源，形成植物、动物、微生物资源对等开发的“三维结构”新农业，是符合自然规律的。“三维结构”农业——植物种植业、动物养殖业、微生物发酵转化业，这是一种资源良性循环，变废为宝，符合可持续发展战略的新农业。
微生物利用技术可以促进将自古以来的“人畜共粮”，调整为“人畜分粮”的粮食使用分配新模式。“人畜分粮”可极大地缓解粮食短缺问题。据美国世界观察研究所统计，如果全世界饲料粮减少10％，就可供全球一年增长人口（约9000万人）生活28个月。
中国1995年饲料粮占粮食总产量的30％（世界发达国家一般占50％～70％），即1400亿千克饲料粮食。假如实现“人畜分粮”50％的目标，一年即可节省下700亿千克粮食。这一数字已超过国家“九五”计划五年增产500亿千克粮食指标，一年超越五年。
以上事例提醒人们，目前在“土里刨食”的同时，还要关注粮食的科学分配使用，更应该关心减轻土地的巨大压力，保护生态环境的历史责任。
二、白色农业概念的提出
中国农业科学院研究员包建中，在1986年7月2日光明日报上发表文章首次提出：“发展高科技应创建三色农业——绿色农业、白色农业、蓝色农业”，将“白色农业”首次列入农业生产的范畴。
绿色农业指以土、水、阳光、大气为基础的传统农业（种植业及畜牧业）；蓝色农业指以蓝色海洋为主体的水域农业；白色农业指微生物资源产业化的工业型新农业。
地球上三大生物资源之一的微生物资源，是至今尚未被充分开发利用的生物资源宝库。应用高科技生物工程技术开发微生物资源，创立微生物工业型的新农业——“白色农业”，这已是当今科技和社会发展的必然。由于这项新农业是在洁净的工厂车间内进行生产，人们都穿戴白色工作服、工作帽从事操作劳动，故形象地称之为“白色农业”。
白色农业与传统绿色农业相比，其基本形态和生产模式都截然不同。白色农业依靠人工能源，不受气候和季节的限制，可常年在工厂内大规模生产。大力发展生物工程高科技，创建节土、节水、不污染环境，资源可综合利用的工业型“白色农业”，是目前在我国比较切实可行的农业新路子。
生物工程由四个部分组成：基因工程、细胞工程、发酵工程和酶工程。生物工程中的发酵工程和酶工程是微生物独有的生物学特性，而基因工程和细胞工程则是微生物、植物、动物三大生物所共有的生物学特性。因此，从某种意义上讲，生物工程也可以说是微生物工程。
微生物资源开发有着巨大的潜力。据科学测算，通过微生物发酵工程，如果利用世界石油年总产量的2％，生产出的单细胞蛋白质可供20亿人吃一年。又如我国农作物秸秆每年约有5亿吨，如果利用其中的20％，即1亿吨通过微生物发酵转化为饲料，则可获得相当于400亿千克的饲料粮，这是目前中国每年饲料粮的1／3。
微生物工业是节省耕地的工厂化生产，一座占地不多，年产10万吨单细胞蛋白的微生物工厂，能相当于12万公顷亩耕地生产的大豆蛋白质，或是2000万公顷草原饲养牛羊生产的动物蛋白质。
根据国内外资料归纳，目前白色农业已形成六项产业：（1）微生物饲料；（2）微生物肥料；（3）微生物农药；（4）微生物食品；（5）微生物能源；（6）微生物生态环境保护剂。
三、环保型新产业
发展白色农业，开拓了农业生产的新生物资源。微生物资源的发掘及其产生的巨大生物量，丰富和扩展了人类的食物保障。
白色农业彻底变革了传统农业的单一化生产模式。把已有万年历史的“土里刨食”的惟一生产模式，演变为多元化的生产模式。白色农业的工业化工厂生产，使得人们可以脱离土地的传统生产方式和观念进行生产。
发展白色农业，由“二维结构”的传统农业，成为“三维结构”新农业，这是一种产业结构健全、资源节约型的农业，符合农业可持续发展战略要求。此外，白色农业是节土、节水型农业，能缓解传统农业“与人争地”、“与人争水”的矛盾。
发展白色农业，可实现“人畜分粮”的目标。能极大地缓解粮食紧缺问题。同时，白色农业的微生物饲料产业，又为畜牧业的发展提供保障。这样就能保证21世纪16亿中国人能过上既吃饱、又吃好的富裕生活。
白色农业有利于生态环境保护。21世纪人类社会发展的首要中心问题是生态环境保护，这已成为国际共识。发展工业型白色农业，可以节省大量耕地，真正实现“两退两还”，退耕还林还草，退田还河还湖，有利于生态环境保护。
微生物对传统农业有机废弃物的处理，可变废为宝，消除环境污染；同时，白色农业生产的微生物生态环境保护剂，还可直接清除空气中的有毒气体，水和土壤中的有害重金属及有害化学物质，这又是国际上正在发展的一项环保型新产业。
四、白色农业在中国的崛起
包建中研究员在1986年7月2日光明日报上发表的三色农业——绿色农业、白色农业、蓝色农业的新观点，受到我国著名科学家钱学森院士和著名农业科学家卢良恕院士的赞同和支持。钱学森院士将“三色农业”纳入他提出的“21世纪第六次产业革命”的范畴。
包建中研究员撰写的“探讨中国农业走出困境的战略构想”的建议报告，得到国务院领导的重视和批示。随之人民日报、光明日报、科技日报、经济日报等全国30多家媒体做了宣传报道。
科技界、农业界及企业界纷纷加入，已将“白色农业”由文字概念，推向实体事业和产业化，使其发生了质的飞跃。
1996年8月，北京市延庆县人民政府在国内率先成立中国第一家以“白色农业”命名的事业单位——“北京白色农业研究所”，并邀请著名农业科学家卢良恕院士为研究所顾问，聘“三色农业”创意者包建中研究员任首届所长。
随后，山西省农科院成立“白色农业开发研究中心”，为推动山西省白色农业的顺利发展，由孙文盛省长批准，特成立了山西省白色农业协调领导组，由主管农业的副省长亲自协调领导有关工作。
接着，全国有许多白色农业组织机构相继成立。如：山东省农科院成立“白色农业工程技术研究中心”；沈阳农业大学成立“白色农业研究开发中心”；江苏省淮阴市成立“淮阴白色农业科技发展有限公司”；湖北省黄陂县成立“群山白色农业工程研究中心”；宁夏回族自治区成立“亿瑛白色农业工程技术研究中心”等。1998年10月，山西省经省民政厅批准，又成立了“山西省白色农业工程学会”，使白色农业扩展到社会团体，开拓出新局面。
与此同时，白色农业也受到了国际农业科技界的关注。“国际农业和生物科学中心”总裁吉姆·吉尔莫（JimGilmore）先生，1997年来中国考察白色农业后，热情地表示赞同并支持白色农业事业。1998年5月，国际农业和生物科学中心与山西省农科院白色农业开发研究中心，联合在太原市举办了“白色农业高级技术培训班”。1998年11月27日，于山东济南顺利地召开了全国第一届“白色农业”学术研讨会。目前，吉姆·吉尔莫总裁已在国际上募集到资金，联合中国农业科学院，于1999年5—6月在北京召开了“首届国际白色农业研讨会”，借此会议把白色农业推向了世界农业大舞台。
在中国开展新的农业科技革命，合理利用三大自然生物资源，大力发展节土、节水、无污染的“白色农业”，在实现“人畜分粮”的同时，节省出大量耕地，这无疑符合保护生态环境、实施可持续发展战略的国际大目标。
五、迎接新的农业科技革命
发展白色农业是改革传统农业、建设新型农业的一项重要科技伟业。
1985年，我国著名科学家钱学森院士就提出：“创立农业知识密集产业，将会引起整个社会的生产体系和经济结构的变化，从而引发出第六次产业革命”。他把人类社会的产业革命划分为五次，第一次是农业革命，第二次是手工业革命，第三次是工业革命，第四次是商品国际化革命，第五次是现在正在进行的信息革命。大农业理论一旦付诸实践，将是第六次产业革命的开始。
如何开展新农业科技革命，迎接第六次产业革命的到来，这是摆在我们面前的一个很深刻也很现实的伟大课题。
展望未来，21世纪中国新农业科技革命将会呈现出绿色“露天农业”与白色“工厂农业”并存，绿色、白色“陆地农业”与蓝色“海洋农业”共兴的农业生产新局面。
到那时，湛湛蓝天下，山清水秀，江河壮丽，神州大地气象万千，草木如茵，花果成林，一个繁荣、富强、文明、美丽的社会主义中国将屹立于世界民族之林。
温室效应
1990年日内瓦在召开第二届世界气候大会上，与会的专家们一致认为：“全球气候变暖将是比以往任何自然灾害都更加严重的灾难。”1992在巴西召开“世界环境与发展”大会，有103位国家元首或政府首脑、180多个国家的代表参加，被称为“20世纪地球盛会”。会上签署了《气候变化框架公约》，有150多个国家在公约上签了字，其目标是通过控制温室气体浓度，使生态系统能够自然地适应气候变化，确保粮食生产免受威胁，并使经济发展能在可持续地进行的时间范围内实现。
近年来，气候变暖成为新闻媒介和公众的热门话题。未来气候变化必将对农业生产产生深刻的影响。为讨论这个问题，要从气候的过去、现在和未来谈起。
一、过去与现在
气候是基本的生活因子，又是经常起作用的环境因素。尽管今天人类已能飞入太空去探索宇宙的奥秘，但是，对于人类赖以生存的地球气候，依然有许多不解之谜。现有的科学技术，至今尚不能控制气候的变化。这样，就必须掌握气候变化的客观规律及气候影响农业生产的客观规律。
传统的看法认为，气候形成因子是太阳辐射、大气环流与下垫面。之后，有人提出“气候系统”的概念，认为该系统中有5种自然分量，即大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈和生物圈。无论是三大因子，还是气候系统，气候应是太阳—地球、海洋—大气、陆地—大气，以及人类活动—大气之间四种关系错综复杂相互作用的最终结果，气候变化是它们之间的异常造成的。
20世纪70年代，地球上多处出现少见的气候。一时众说纷纭，气候变冷说曾占了上风。更有危言耸听的推测，说地球将进入另一个小冰河期。而我国著名的气候学家竺可桢，根据我国特有的5000年的丰富史料，应用物候学方法，论述了我国近5000年的温度变化，指出5000年中气候曾有多次变动，其中前2000年黄河流域冬季偏暖，与现在长江流域相似；后3000年有一系列冷暖波动，但在一段时期内，这种波动仍属于正常的范围。他认为这种气候变化是全世界性的，并不限于中国。
二、关注全球气候变化
自20世纪70年代以来，全球气候变化问题日益引起人们重视，现在已经成为举世关注的重大的环境问题。
1972年以来，联合国召开的一些世界性的会议，都把气候变化作为一个中心议题。世界气象组织在《气候变迁声明》中，要求各国政府关注气候大幅度变动对国民经济发展的影响。美国《研究气候变动的行动计划》，提倡把1980-2000年这一段气候多变时期，定为“国际气候二十年”，并强调：“本世纪，全球性的粮食生产和人口分布，与气候变动是有联系的。大规模的气候变化必将使经济和社会发生世界规模的调整”。
1978年美国在《公元2000年的气候预测》中，提出了未来气候变化的5种估计方案，并估算了气候变化对某些国家农业生产的影响。在1985年10月奥地利菲拉赫国际会议上，与会者普遍认为，到2030年左右，大气中二氧化碳及其他具有温室效应的气体，可达到20世纪工业发达前二氧化碳含量的二倍，从而导致地球表面平均温度升高1.5～4.5℃，气候的重大变化将会改变农业生产的格局。
1987年，联合国环境署和世界气象组织根据其成员国的要求，决定成立政府间气候变化委员会，即IPCC，以开展气候变化本身及其影响评价两方面的研究。1988年，在加拿大召开了“变化中的大气层对全球安全影响”的世界大会，有48个国家的政府首脑、外交官员与科学家出席了会议，在一项联合声明中指出：“人类正在进行一次失去控制的、影响全球的试验，其严重后果仅次于一次世界大战。”
20世纪地球盛会之后，政府间气候变化专业委员会（IPCC）再次组织了全世界上千个科学家，分温室气体和气候预测、影响和对策评价、气候变化的经济学等三方面的问题，开展了广泛的研究，并编写了1995年第二次评价报告。
报告指出，若在目前有对温室气体采取减排措施的前提下，考虑温室气体和气溶胶的共同作用，今后几十年乃至上百年的时间内，全球平均气温将每10年升高0.2℃；21世纪末温度将升高1～3.5℃，海平面可能升高15～95厘米。尽管这种预测还有很大的不确定性，但全球气候变化会给人类带来难以估量的损失，适应气候变化要花费人类巨额代价这一观念已为世界绝大多数国家所接受。
近年来我国政府对全球气候变化问题也极为关注。1990年国家科委发表了《气候》蓝皮书，全面总结了我国这一领域的研究成果。鉴于“气候变化对农业影响”问题的复杂性和紧迫的国际背景，在国家科委组织的国家“八五”、“九五”攻关项目中，都列入了“全球气候变化预测、影响和对策研究”的内容。
三、全球气温将相继变暖
根据国际上已进行的地球物理观测，以及大气环流模型（GCMs）最新的研究成果，关于全球未来变化的趋势，有若干意见是基本一致的。
温室效应日益增强：温室气体主要包括水汽和痕量气体。痕量气体（在大气中含量很低）主要指CO2、CH4（甲烷）、N2O（氧化亚氮）和CFCS（氟氯烃）等。前几种气体可以自然形成，也可以人为释放；CFCS则是人类工业活动的产物。其中最受重视的是CO2，据估计，它的持续增长要对近200年来的全球气候变暖负有49％～60％的责任，其浓度增长了26％。令人担忧的是，随着石化燃料的大量燃烧，森林被过度地采伐，加之人口膨胀，植物在高温条件下呼吸作用将加强等原因，CO2浓度不断增长的势头在短期内将无法遏制。
CH4的残留期为10年左右，对以往全球气候变暖负有15％～18％的责任，主要释放源为沼泽地、水稻田、反刍动物的消化过程与天然气燃烧等。由于CH4的积累效应大，加上世界水稻总面积增加，反刍动物增殖以及工业化发展等因素，大气中甲烷含量亦明显增加。不容忽视的是，CH4的增温效应要比CO2强20～30倍，而且随着温度的增高，释放强度将增加。
N2O释放源包括自然（海洋）和人为（石化燃料和生物质燃烧、农用肥料等）两个方面，它对近200年来的全球气候变暖负有3％～6％的责任。
CFCS又称氟里昂，是好几种有害气体的总称，其残留期可长达65～130年，据估计对近200年来的全球气候变暖负有15％～18％的责任。浓度尽管很低，但年增长率却是CO2的8倍，在增温方面起着相当大的作用。有人计算过，一个CFCS分子的作用相当于一个CO2分子的1万多倍，它还是破坏大气臭氧层的元凶。
估计未来大气温室气体的增长，是件相当困难的事，由于不确定因素太多，科学家只能借助于各种各样的情景进行分析。考虑到世界经济将不断发展和一些国家已从目前开始采取控制措施，一般认为温室气体年增长率将维持当前水平。这样在21世纪的中期或中后期，大气中CO2浓度的水平，与工业化前相比，将达到“倍增”。
全球持续变暖：在过去130年里，全球平均气温上升0.6℃。全球平均气温自70年代末期起，已稳定上升到1951—1980年的平均值以上。为评价未来全球气候变化，当今最先进的手段是建立大气环流模型（GCMs），又称全球气候模型。因为气候问题毕竟不同于其他学科中的某些问题，可在实验室里求得答案。人们不可能将气候“装入”一间实验室，通过释放温室气体或融化海冰对它进行实验。
GCMs是大气科学家为了评估全球气候变化而设计的大型三维数值模型，根据能量守恒、物质守恒和气体定律等物理学理论，及其对气候反馈机制的理解，采用复杂的联立方程组来描述决定气候的诸因子（太阳辐射、海洋、海冰、冰川、云量、云高及其光学特性，大地形、地面水文状况、下垫面反射率，同高度上的温、压、湿、风、CO2，以及地面降水的时空分布等）之间的相互关系，最终可以模拟全球各区域当前以及未来在不同大气CO2浓度水平时的气候。
GCMs还有一些局限性，如分辨率较低；对海洋环流过程、海洋内部以及海洋一大气之间热量和CO2交换的机制还了解不够；对云的形成及反馈机制还认识肤浅等，需在今后的研究中改进。
从趋势上看，各种GCMs的结果相符，即全球气温将相继变暖，降水总量亦随之增加。
四、中国未来气候变化
由于模型不可能把影响大气运动过程的因素都考虑在内，因而存在着不确定性。也就是说，现在我们能够知道的，只是一个大致的趋势。综合已有研究成果，预计21世纪中期或中后期，我国农业主产区气温平均可能上升1.5℃，总体变化趋势评估如下：
广大农业主产区平均气温将不均匀地呈上升趋势，特别是在东北、西北、华北地区农业生产的热量条件可望普遍得到改善，但地区间、季节间的增温强度和时间分布有较大差异。冬季的增温幅度一般要高于夏季；低纬度地区的增温幅度一般要小于高纬度地区；沿海地区的增温幅度一般要小于内陆地区。
广大农业主产区的降水状况和土壤水分将发生不均匀的变化。除北部农业区外，处于中纬度地区的农业，可能面临降水不均匀减少的趋势。但是，在夏季除西北地区外，其他一些地区降水将呈不均匀性增加趋势。夏季降水增加对江淮平原、松辽平原农业有较好的影响。黄淮平原和西北地区，降水量和土壤水分未来减少或有少量增加，以及夏季蒸发量有可能增大的变化趋势，都将导致这些地区农业生产的水分亏缺，特别是冬季降水的减少，使春旱对农业生产的危害将更加突出。
五、作物对气候变化做出反应
水稻：干旱与热害加重。
旱灾对水稻的危害总体上有加重趋势，特别是原来初夏旱较重的地区矛盾更为突出，温度升高也是加剧旱情的因素之一。南方部分地区晚稻生育期水分增加，有可能减轻伏旱的影响。
涝渍灾害的影响因地区而异，华北地区的危害将有所减轻，长江流域的情况和现在相近，而华南部分地区的危害将加重。由于气温升高，低温冷害的发生几率将降低。增温使南方双季晚稻生长季节延长，生育期缩短，其危害关键时期可在较高温度下度过，减少或避免了低温的影响。高温热害的危害正好相反，由于温度增高，现有易发生高温热害的地区危害将加重，即使在原先高温热害很轻或不出现危害的华北、东北等地区也有可能受到危害。
小麦：冻害会减轻。
我国小麦的主产区在北方，未来气候变暖加上水分条件不利，后期干热风和高温逼熟的危害将更加突出。越冬冻害是影响目前小麦生产的一种主要灾害，未来气候变暖改善了越冬条件，无疑会使冻害减轻。但是温度的年际变化依然存在，而且可能增大，加上种植制度变化的因素，小麦北界将转移到黑龙江省的部分地区，冻害的威胁仍然不能忽视。另外，暖冬与干旱、春季气温波动和霜冻相结合，会给小麦生产带来新的损失。小麦湿害主要发生在南方部分地区，危害将更突出，总体上危害不会低于当前水平。
玉米：要兼防高低温。
在北方春玉米区，低温冷害将明显减轻，但在北纬44度以北的吉林省大部和黑龙江省，防御玉米低温冷害仍为首要任务。在黄淮海夏玉米区，今后高温造成危害，导致玉米减产的现象将逐步加重，干旱的危害和目前相近。在西南地区，要同时注意高温灾害和低温灾害的危害，其中，四川、广西高温灾害较突出，云南、贵州则以低温灾害为主，要注意预防阴雨害。西北地区玉米生产的主要矛盾仍是干旱。
病虫害：未来更猖獗。
随着气候变暖，各种虫害将可能激增，因为高温给它们的生活和繁殖提供了更为优越的温床。另外，各种昆虫的天敌也可能增加，新的平衡取决于哪一方面繁殖得更快。作物生长季的延长将增加昆虫在春、夏、秋三季繁殖的代数，而冬季温度较高则更有利于幼虫安全越冬。各种病虫害出现的范围将扩大，向高纬度地区延伸，大气运动的变化也会影响风播病原的扩散。
在高温条件下，由于作物生育期缩短，病虫感染的方式也有可能发生变化。气候变化使北纬36度以南地区的黏虫全年可多繁殖一个世代，其越冬北界将转移到北纬34度附近，在华北一些地区，二代、三代黏虫将呈上升趋势。稻飞虱的发生代数将有所增加，一般增加1～2代，特别是北纬29度到30度地区春、夏稻飞虱均可迁入，在田间多次危害的几率增加。随着温度升高，稻飞虱大多数年份可在北纬23度到25度之间越冬，安全越冬北界在北纬23度到24度附近。
区域性病虫害的发生将有以下特点：在华北地区水稻虫害与病害发生并重；在长江中下游地区，水稻虫害发生重于病害，小麦病害发生重于虫害；在黄淮海地区小麦和玉米病虫害的发生重于水稻病虫害，小麦病害发生重于虫害，玉米虫害发生重于病害。病虫草害的泛滥、蔓延，意味着我们将不得不施用大量的农药和除草剂，这不仅要耗费大量资金，而且还会造成环境的进一步恶化。
六、对策及建议
未来气候变化后，我国区域农业将出现新的格局。东北地区，有进一步提高复种指数的潜力；华北地区的干旱矛盾将更为突出，可能成为农业上的“脆弱”地区；长江中下游地区温室里种植的蔬菜由于未来水分变化不确定，影响尚难以预测；华南地区适宜发展冬季农业；西南地区由于利弊相当，要注意趋利避害；西北地区要警惕干旱和沙漠化的威胁。
关于适应气候变化的对策，简单提出如下建议：
——减轻二氧化碳排放量。改变能源结构，降低煤炭比例，增加水电、石油、天然气的以色列的农业技术温室应用，开发太阳能、风能、地热等新能源，提高能源利用效率，节约能源，以减缓气候变暖。
——治理江河，植树造林，加强农田基本建设，改善农业生态环境。
——培育和选用抗逆品种，调整作物布局，恢复和提高复种指数，采用防灾抗灾、稳产增产的各项农业技术措施。
——发展学科前沿领域。加强光合作用、生物技术、抗御逆境、设施农业和工厂化生产等领域的研究。
——加强气候变化研究，掌握其规律，建立监测系统，提高预测预报水平，研究行之有效的对策与防御措施。
温室中种植的黄菸总之，温室效应带来的气候变暖正步步向全人类逼来。我们不能存侥幸心理，需要有忧患意识。而调整温室效应达到适宜状态非一两个世纪全人类共同努力不能明显奏效。
全球同舟共济是惟一的出路。
太空农业
今天，太空农业在我国已越来越引起人们的关注，太空彩色玉米、硕大的太空青椒、晶莹透亮的太空番茄已走进我们的日常生活，摆上了我们的餐桌。这些经过太空育种培育出来的新品种，是我国航天返回式卫星技术的优势与我国农业遗传育种技术优势相结合的产物。研究与实践证明，植物种子放在返回式卫星舱内，随着卫星在距地球200～400千米的太空，利用太空具有强宇宙射线作用、高真空、微重力等特殊的环境飞行5～16天，对种子进行有益的变异处理。这些综合因素的有利条件，是地面上的其他育种方法所不能代替的。航天育种进行的有益的变异多、变幅大、稳定快，因而可以培育出高产、优质、早熟、抗病力强的良种。
是什么原因使得空间育种有如此神奇的效果呢？这个问题目前仍未完全弄清楚。正如前述，空间辐射是原因之一。当植物种子被宇宙射线中的高能重粒子（HZE）击中后，会出现更多的多重染色体畸变，植株异常发育率增加，而且HZE击中的部位不同，畸变情况亦不同，根尖分生组织和胚轴细胞被击中时，畸变率最高。不过，许多实验结果表明，经空间飞行的种子即使没有被宇宙粒子击中，发芽后也能观察到染色体畸变现象，而且飞行时间愈长，畸变率愈高。
当然，并非所有的种子上天一转，回到地面就会增产。卫星搭载过的种子只有百分之几甚至千分之几可能发生变异，尽管这一突变率较之传统的物理及化学诱变剂已相当突出，但仍有不少种子发生负效应突变或未发生任何突变。因而，从众多的遨游过太空的种子中，筛选鉴定出有希望的真正“太空种子”，就成为一项艰苦复杂的工程。育种家往往要经历3～5年的时间，经过选择、淘汰、试种，最终选育出优质高产的精品，再进行推广。
目前，我国科技工作者富有独创性地进行农作物太空育种研究，已完成了300多项试验。我国利用返回式卫星和高空气球共搭载了包括粮食、经济作物、蔬菜、花卉、微生物菌株等400多个品种，经全国20多个省、市70多个单位的农业专家和技术人员的实验选育，取得了一批极有价值的资料和可喜成果，育成了一批高产、优质、多抗的粮食作物、蔬菜作物、经济作物、观赏植物与药用植物等。
这些有幸搭乘卫星遨游太空的种子，经受空间环境的影响返回地面后，再经过专家对其进行培育、研究、筛选，就成了具有多种优势的新品系、新品种。用它们生产的农产品，不仅高产、优质、早熟，而且口感好。
例如87-2甜椒，单个重量可达300～400克，产量超过普通青椒的25％～30％，同时，病情指数下降约55％，维生素C含量大大提高，口感好，耐储存，目前已在全国推广试种数千公顷；太空樱桃番茄，含糖量高达13％，与柑橘含糖量相当，口感鲜甜，可当水果食用；太空玉米则可长出5种颜色，味道也比普通玉米好；航育1号水稻，是利用高空气球搭载迟熟晚糯ZR9水稻干种子，获得的高产、优质晚糯水稻新品种，生育期比原亲本缩短13天，株高降低14厘米，1998年通过品种审定，已累计推广6.6万多公顷；太空金针菇，是利用卫星搭载农原19号金针菇菌种获得的食用菌种变异，其出菇时间比对照提前7～10天，产量提高15％～25％，子实体粗纤维及有机质转化率提高，多糖含量增高；小麦已获得矮秆、早熟、抗病、高产的太空1号、太空2号品种，平均单产比原品种增产9％左右。
随着市场经济的发展，尤其在全球经济一体化大背景下，我国的农产品将面临全球性和全方位的竞争，谁掌握到最优种质、最高技术和最好品种的成果，谁就有可能垄断一定的种子和农产品市场。因此，优质种质的创制、优质农产品的生产已是社会经济发展的迫切需要。而无论是核辐射育种还是太空育种，都可以影响与改变生物合成过程中的某些环节，从而达到改进农产品的品质，如提高蛋白质、氨基酸含量，改善脂肪组分，改进淀粉质量等。我国的科学家们正日益努力着，利用手中掌握的这些高科技手段，为人类培育着一个又一个的令人叹为观止的新种质、新品种。核辐射育种和太空育种在我们的农业中扮演着愈来愈重要的角色。
遗传工程
在舞台上的魔术师，手拿魔棒，对着空空如也的盒子一指，马上会变出许多意想不到的东西。而在生物科学高度发达的今天，科学家们创造出了遗传工程，它也像一位出色的魔术师，能变化出各种各样的新奇植物。
什么叫遗传工程？我国有句俗话：“种瓜得瓜，种豆得豆。”这就是说后代总是与父母很相似，人们把这种现象叫做遗传。植物，还有动物和人类，都是按照自然的遗传规律，一代一代地繁衍生存下去。后来科学家发现，生物遗传现象的奥秘，在于每一种生物都有各自的遗传物质。例如瓜里有瓜的遗传物质，豆里有豆的遗传物质，各不相同，互不干涉，而且能代代相传。
知道了这个秘密后，科学家们开始大胆设想，希望用人工的方法，把植物体内的遗传物质取出来重新组合，改变它们的遗传性能，使植物按照人类规定的“工程图纸”产生新的一代，培育出符合人类需要的新品种，这就是遗传工程的主要内容。
人类以前的耕种栽培方法，是选留下最好的种子供第二年播种，年复一年，年年如此。直到19世纪的60年代，生物遗传规律被发现后，才懂得利用遗传规律来培育优良植物品种。经过大约100年时间的不懈努力，科学家通过杂交试验，创造出大量的农作物高产品种，掀起了第一次规模浩大的绿色革命。杂交良种使世界各国的粮食产量大幅度提高，前景十分光明。
可是到了20世纪90年代，地球人口已超过50亿，世界粮食产量却徘徊不前。这时候，人们再一次把求助的目光射向科学家。
看来，必须得抛开传统的育种方法，打破以往杂交育种中的种种“清规戒律”。用什么方法才能使农业生产更上一层楼呢？科学家们立刻想到了遗传工程，这位刚刚进入科技舞台的“神奇魔术师”，大显身手的时候到了。
过去，植物的杂交只能在同一种类中进行。例如不同品种的玉米可以杂交，但不能同其他植物杂交。这样，只能提高玉米的产量，却无法使玉米的优良性质通过杂交引到小麦或高粱中去；反过来，其他作物中有价值的遗传物质，也无法引入到玉米中来。为了解决这个难题，科学家采用了新奇的基因育种方法。
我们知道，基因是生物细胞中一种很小很小的遗传单位，如一株高粱能够耐干旱，那么它体内就有一种“耐旱基因”。如果通过遗传工程，把高粱中的“耐旱基因”移植到玉米之中，就能使产量高而又怕干旱的玉米也能抵抗干旱了。
但遗传工程不是变魔术，说起来挺容易，要做成功却困难极了。从设想走向实用的10多年时间中，科学家们进行了数不清的实验，投入了大量的精力，到1982年，终于应用遗传工程的方法，成功地完成了第一次不同植物之间的“细胞杂交”。他们把大豆和向日葵细胞中的遗传物质，互相拼接在一起，创造出前所未有的植物——向日豆。向日豆中既有向日葵的基因，又有大豆的基因，它把两种植物的优点汇集到了一个“人”身上。
第一次的成功，大大增强了科学家的信心，他们决心再接再厉，创造出更多的新奇植物，使粮食产量再次出现飞跃。
要想使粮食获得丰产，就得有足够的肥料，尤其是氮肥更为重要。庄稼所需的氮肥主要来自化肥，它是以石油和煤为原料，经过复杂的加工生产出来的，成本很高。然而豆科植物却例外，它们的根瘤中有许多特殊的细菌——根瘤菌，好像许多“自办化肥厂”，能直接从空气中吸收氮气，并把它固定下来，变成氮肥。可惜的是，水稻、玉米、棉花等作物，并没有根瘤菌这种“自办化肥厂”。如果能把根瘤菌的遗传物质转移到水稻、小麦中去，这些庄稼岂不就也有“自办化肥厂”了吗？科学家立即朝这个方向去努力。不久前，日本科学家将大豆的遗传基因移植到水稻中，成功地培育出一种新型的高蛋白水稻。
最近，遗传工程又取得了新的进展。科学家将西红柿的遗传基因，移入到土豆中，同时也把西红柿的抗病毒本领传给了土豆。这种新培育出的土豆，不仅味道可口，抗病能力也有了提高，并能获得大面积丰收。
我国的科学家也在这个领域取得了很大的进展。他们将大蒜、胡葱、玉米的遗传物质，分别导入青菜的体细胞中，获得大蒜青菜、胡葱青菜、玉米青菜的超远缘杂交植株。然后，采用交叉免疫电泳技术。这是一种很有意思的技术方法，就是先从植物体内分离出各种遗传物质，放在潮湿的电泳滤纸上，让它们慢慢“爬行”，由于各种遗传物质都有各自固定的“爬行”速度，科学家只要测出它们在电泳滤纸上的“爬行”速度，就可以确定出它们是何种遗传物质。通过这种方法，对供体、受体和杂交植物的组分蛋白分别进行分析，清楚地表明青菜受体细胞内导入的有关外源基因已经与细胞内有关的脱氧核糖核酸（简称DNA）发生杂交。
通过遗传工程在超远缘杂交领域中取得了一些成功，但是还面临着许多难以逾越的障碍，其中最大的问题是，难以保持远缘杂交的长期遗传稳定性。因为在不同的种之间，或者在亲缘关系更远的不同科、不同目、不同纲之间，杂交双方存在着很大的差异性，彼此间“接触”后会很自然地产生排异，难以融合。这有点像在医学上，要把猪或其他动物的器官，移植到这种器官受损的病人体内，往往是很困难的。即使成功了，这个人体内的动物器官的特征，也不会成为—种遗传性状遗传给下一代。可以这样说，如何能使植物超远缘杂交的成功具备长期的遗传稳定性，也许是当前所有植物学疑难问题中最使人感兴趣的一个，也是最难以解决的一个。不过科学家们坚信，只要进行不懈的努力，在不久的将来必将有新的突破。
基因与转基因技术
“种瓜得瓜，种豆得豆”，“老鼠生来会打洞”。这类古老的遗传事实早为人们所知。但遗传的机理，如种瓜为什么不能得豆，子女为什么会相似于双亲这样的问题却一直困扰着人们。
直到1865年，孟德尔的学说公布于世，遗传机理才有了一点眉目。孟德尔是奥地利的一位神甫，对大自然的现象非常感兴趣。他善于提出问题，再去解决问题，是一位伟大的实践家。为了解决遗传的一些机理问题，他在教堂的农地上试验豌豆的杂交，他把豆子的形状，花的颜色进行数字统计。最后，他发现这些豌豆的形状、颜色永远是按一定规律出现。孟德尔就把这些试验结果，总结为论文发表，这就是有名的“孟德尔定律”。孟德尔在论文中提出来的遗传单位或称之为遗传因子的概念，被后来丹麦的遗传学家约翰逊定义为遗传“基因”。
美国的实验胚胎学家摩尔根在果蝇的研究中发现基因是以一定的线性次序排列在细胞核的染色体上，从而建立了遗传的染色体学说。美国的细胞学家萨顿，根据自己的实验事实，很恰当地将孟德尔规律和摩尔根学说统一起来——基因由亲代传到子代的情形同染色体由亲代传到子代的情形相似。基因存在于细胞的染色体上。
大量的遗传学事实告诉我们：每一种生物体的各种性状都是由生物体内的众多基因控制着；每种生物体的细胞内所含的染色体的数目和形状是固定的；随着细胞核的分裂、染色体复制而一分为二，每一半染色体进入一个新形成的细胞中去。这样新形成的染色体数目和形状与老细胞是一致的。这样，子代相似于亲代初露端倪。
基因的物质基础是什么呢？瑞士一位年轻科学家证实了一种由化脓组织分离出来的基因物质是一种酸性物质，并称它为核素。后来，更多的科学工作者又从动物的生殖细胞核内分离了同性的“核素”，并确定这种核素的化学物质就是脱氧核糖核酸（即DNA），而一个基因单位就是DNA分子上面的一个片段。基因的基本功能是决定某种特殊蛋白质的一级结构。基因存在于真核细胞中核内的染色体上。而在原核细胞中，基因却存在于细胞质的细胞器上，像叶绿体基因、线粒体基因等。所以，生物体的各种性状都是由基因决定的，但基因也会在环境的作用下产生变异。这样，环境的作用会通过基因变异而表现出性状的变异。这就是我们所熟知的所谓外因会通过内因起作用的哲学原理的实例。
在我们已经了解了遗传机理之后，为了改善某些生物的品质和产量，就设想将不同品种的生物细胞中决定良好性状的某些基因转移到另一种生物体上去，并使这些决定良好性状的基因特性表达出来，这就是转基因的最初出现点。1987年，美国的森福德教授首创了转基因技术，他是用金属钨或金的微粒（直径仅0.4～1.0微米）作为载体，在缓冲液中与已经分离出来的DNA相混合，并使用氯化钙使DNA沉淀在金属微粒上。用这种裹有遗传基因的金属微粒作为子弹，再利用高压气体或电弧放电作为子弹枪，将金属微粒打入受体的生物细胞核中去。在那里，金属子弹上的DNA被整合到受体生物的染色体上。从而实现了基因转移。在受体细胞进行细胞分裂时，在异体DNA的指导下，新细胞就可以合成出具有异体细胞的蛋白来，从而使异体生物的性状在受体生物上得以表达。
利用“基因枪”转基因技术，在改良植物品种、创造新品种的育种工作中发展很快，并取得了一个个具有实践意义并令人吃惊的成果。例如，利用根瘤土壤杆菌进行转导的禾本科粮食作物就获得了很大成功，像玉米、水稻、小麦等都已获得了转基因的工程株。
在“基因枪”转基因技术的启发下，现在转基因技术方法有了很大进展。科学家们还创造了转基因的电激法，就是将受体生物细胞放在含有DNA特殊的培养液内，再通入强烈的电脉冲刺激，可在受体细胞膜上打出小孔，培养液中的DNA通过小孔进入受体细胞并被整合到核内的染色体上。基因转移完成后，电脉冲停止，细胞膜上的小孔又被关闭。利用这种技术，不仅取得了一些植物的转基因，甚至加拿大的丹·莱佛伯博士还宣告：使用电激法已将哺乳动物体的基因转移到了植物细胞内，创造出动植物体生物。
利用转基因技术，人类已初步操纵了生命。
大家都知道，我们在儿童时期要分期到医院接种几种疫苗。对疫苗，相信大家也都很熟悉，它是能使机体产生有免疫力的病毒，如牛痘疫苗、麻疹疫苗等，通常也包括能使机体产生免疫力的细菌制剂、抗毒素、类毒素等。疫苗对我们的健康至关重要。
但是要说香蕉里面有疫苗，恐怕大家闻所未闻吧！事实上，不但是香蕉，其他某些植物上也可带有疫苗，这些植物我们称其为疫苗转基因植物。基因是生物体遗传的基本单位。我们可以运用生命科学和生物工程技术，将外源疫苗基因导入植物体内，经过培养使其带有该种疫苗。那么，人或动物通过食用这种植物就吃进疫苗了，就可收到药食两用的效果，这是农业科学同医药科学的有机结合。
在美国，已培育成烟草、土豆、番茄等“乙肝”疫苗转基因植物。德克萨斯农业机械大学和奥尔良大学研究人员以小鼠做实验，通过使其吃了转基因土豆（“工程土豆”）而对导致腹泻的病菌产生免疫力。美国研究人员还成功地将外源基因导入香蕉，还计划将大肠杆菌基因导入香蕉，制成含有转基因的香蕉食品罐头。直接食用这种香蕉或食用罐头香蕉食品，均可起到“食用疫苗”的作用。
另外，还可通过转基因植物生产抗体及其他医药产品。如美国采用基因工程技术将外源基因导入玉米或大豆，使其种子产生抗癌单克隆抗体，并通过蛋白质提取和分离技术回收了种子中的抗体。美国生产的一种“工程土豆”能生产螺旋杆菌的一种活性蛋白，它能产生对付霍乱的抗体，用“工程烟草植物”生产的抗体掺入牙膏中可防治致龋齿病菌诱发的牙病。日本帝国大学研究人员将能产生降血压作用的缩氨酸基因导入番茄中，首次培育出具有降血压功效的番茄新品种。这样，高血压病患者通过吃番茄，既可增加营养又可降血压。
生命科学和生物工程技术的运用和发展，也使动物具有保健作用。比如在英国，研究人员通过基因工程，使山羊的奶含有一种叫TPA的物质，能治疗心脏病。韩国培育了一种低胆固醇的优质肉用猪，可以放心地吃个够，而不必惧怕因此而患动脉硬化症和心脏病。
随着科学的不断发展，会有更多的生物工程产品问世，我们享用水果、蔬菜、肉蛋等食品，不再仅仅是为了获取高营养，还可得到治病、美容、延寿等效果。
基因工程可以开发抗逆和高产植物品种
在植物的育种过程中，利用基因工程可以打破物种的界限。只要是有利的基因，无论是细菌、动物还是其他植物甚至是人的基因，都可以转移给要改良的植物，培育出新型的植物，这就是转基因植物。另外，还可以对植物的原有基因进行修饰，把其中控制不利性状的基因剪掉或设法把它封闭起来而不发挥作用。用这些方法，人们已经开发了许多抗逆、高产植物品种。
所谓抗逆品种，是指植物具有抗病、抗虫、抗冻、抗除草剂、抗旱、抗寒、抗盐碱等特性。目前，在这些领域已取得不同程度的成功。
抗病毒植物基因工程。1986年美国科学家培育出抗烟草花叶病毒的转基因植株之后，又培育出了抗黄瓜花叶病毒、苜蓿花叶病毒的转基因植株。1986年以来，中国科学院的科学工作者有重点地加快这一领域的研究，已经成功培育出抗病的烟草、蕃茄和青椒。
抗虫植物基因工程。1990年我国科学家把苏云金芽孢杆菌杀虫基因导入棉花，培育出了棉花抗虫品种。害虫在这种棉花植株上取食后会出现厌食症状而死亡。同年11月，我国科学家又将苏云金杆菌晶体蛋白基因转入烟草，获得了能自身产生杀虫物质的植株。今后，有望实施这种基因工程的植物还有番茄、马铃薯、玉米、大豆、油菜、苜蓿等。
抗除草剂植物基因工程。该工程是植物基因工程中较为成功的一个领域。除草剂可以将农田里的杂草除掉，但往往也对农田里的作物产生危害。目前已培育出的有镇草宁、敌稗等几种抗除草剂的转基因植物。另外，美国科学家从鼠沙门氏菌中分离出抗除草剂基因后，引入了蕃茄和烟草，也培育出了抗除草剂的转基因植株。
在抗盐碱、抗寒、抗冻、抗旱植物基因工程。在这一领域，中外科学家们也进行了一些尝试，并取得不少成果。中国科学院的科研工作者，从耐旱、耐盐植物中分离出与脯氨酸合成有关的基因，将它与抗卡那霉素的基因连接在一起，然后导入烟草中，得到的转基因烟草提高了耐盐性。另外，有人将马铃薯的基因导入西红柿，得到了抗寒性较强的西红柿，这样的西红柿可以在冬季种植而无需大棚的保护。美国一家公司人工合成了带有“不冻结”蛋白质密码的遗传基因，将这种基因植入西红柿，在冷冻时细胞不会因内部水分膨胀而改变组织结构和味道。英国的科学家正在研究如何培育出能在摄氏零度以下生长的草莓和马铃薯，一旦获得成功，一些寒冷的不毛之地将会被开垦种植。美国科学家还正在致力于把仙人掌的基因移入小麦、玉米或大豆，以培育抗旱的新品种。
用基因工程可以提高植物的光合作用效率，达到提高农作物产量的目的。若能把光合作用效率较高的作物（如C4型作物）的基因转移到水稻等作物上，有可能使水稻成为早熟品种。这不仅意味着可以增加一年的茬数而达到增产，而且还能利用光合作用吸收更多的CO2和放出更多的O2，对人类面临的环境问题也会大有裨益。
基因技术在改良植物品种
方面和细胞技术的差别基因技术在改良植物品种方面是在分子水平上进行的。从理论上来说，可以将任何生物——包括动物、植物、微生物以及人类的基因与原来植物的基因进行重组，以培育出性状优良的新品种。与此相比，细胞技术在改良植物品种方面仍然是在细胞水平上进行的，其中的细胞融合、细胞培养、细胞重组等都必须是植物细胞，不能将动物或人的细胞进行上述这些细胞技术操作。
基因技术在改良植物品种时，可以对原有基因进行剪切，去掉不良基因，保留优良基因，还可以从外界引入优良的基因。而细胞技术在改良植物品种时采取的是要么全部保留原有细胞的基因，要么全部换成外来基因的方法。其中细胞融合、细胞培养所得到的新品种保留了原来细胞的全部基因，而遗传物质转移这种细胞技术则是把原来细胞的基因都去掉后换上外来的基因。
基因技术在改良植物品种时更具根本性，因而也更能最大限度地满足人们的需要。人类可以设计出甚至“创造出”有重要经济价值的、充分汇集不同生物中对人类有益性状的植物新品种。但基因技术往往操作复杂、耗资巨大、设备复杂，因而难度较大。与此相比，细胞技术虽不能像基因技术那样“任意”培育出新品种，但在可行的范围内却表现出设备简单、耗资较少和操作方便的特点。
生物技术对提高食品品质的意义
生物技术在提高食品的营养品质方面取得了很大成就，生产出了被人们誉为“人造肉”的单细胞蛋白；同样，生物技术在提高食品的色、香、味、形等品质以及食品卫生方面也取得了重大进展。
首先，利用生物技术可以制得各种食品添加剂，它不影响食品的营养价值，具有防止食品腐败变质、增强食品感官性质的作用。例如，发酵工程生产的柠檬酸打破了传统的酸味剂只有醋和乳酸的局面，成为近代食品工业中的第一食用酸味剂。另外，发酵工程制得的L—苹果酸是国际食品界公认的安全性食品添加剂，是加工果酱、果汁、饮料、糖果等的优选酸味剂之一。在甜味剂的生产方面，用酶工程法合成的天冬氨素较过去的化学合成法有两个优点：不产生有苦味的副产品，因而省去了纯化的工序；降低了原料消耗，可节约30％左右。用发酵工程制得的新型鲜味剂有乌苷酸和肌苷酸，它们与传统的鲜味剂味精混合使用，能成倍地提高鲜味。
其次，酶技术在食品加工中发挥着巨大作用。例如，酶技术可以使肉类嫩化，办法是将酶涂抹在肉的表面或用酶液浸肉，也可以在宰杀动物前进行酶肌注，这样，可以使牛肉及其他质地较差的肉变得软化、鲜嫩。酶技术在乳品工业中的巨大作用表现在：奶粉中添加卵清溶菌酶可以防止婴儿肠道感染，起到弥补牛奶中成分欠佳之不足；乳品加工时添加适量的脂肪酶可增加黄油的香味，从而可以节约黄油用量，提高风味；将牛奶用乳糖酶处理，可以将其中没有甜味、难于消化且易导致饮后腹泻、腹痛的乳糖，分解为可吸收的有用物质；制作面包时添加酶可以使面包的气孔细而分布均匀，从而使面包体积大、弹性好、色泽佳；在酿制啤酒时，加入中性蛋白酶可分解原料中的蛋白质，达到增加麦芽汁中氨基酸含量的目的；在白酒生产中采用糖化酶代替酒曲可提高出酒率，节约粮食，简化设备，节省占地。
最后，在食品卫生方面，生物技术也做出了崭新的贡献。食品上市之前，检疫部门必须严格进行微生物及其毒素的污染检查，但这种检查往往需要很长时间，而利用生物技术则可以快速、准确地检查。其中常用的方法有酶免疫分析法、放射免疫分析法、单克隆抗体法、DNA探针法。另外，生物技术在食品脱毒方面也发挥了巨大作用，例如，用微生物处理法能够脱去菜籽、芥籽、萝卜籽中的糖苷（能引起甲状腺肿的毒物），并能增加这些油料的香味、提高氨基酸的含量；在豆制品中添加一种酶可以脱去其中食后能引起胃肠胀气、呕吐、腹泻的寡糖这一毒物。
总之，生物技术不仅可以开发出新的食物资源，而且对于提高食品的品质意义重大，它在食品工业中发挥着巨大作用，将为人类解决粮食问题，提高食物质量做出贡献。
基因工程在动物品种改良中的作用
利用基因工程的方法，把外来的基因转入到动物中，培育出转基因动物，就可以得到抗病、高产、优质的动物新品种。
为了增强动物抵御疾病和寄生虫的能力，可以用基因工程的方法将某种动物的抗病基因插入到另一种动物的遗传物质中去，培育出对某种疾病具有抵抗能力的转基因动物。1987年美国科学家培育出了抗白血病病毒的转基因鸡，有效地防治了这种目前既无疫苗预防又无药物治疗的世界性的传染病。这项成果可使美国每年的养鸡业减少几亿美元的损失。中国也正在组织力量致力于攻克抗马立克氏病转基因鸡的培育难关。
随着人们生活水平的提高，对蛋、奶、肉的需求量日益增加。基因工程对此将做出巨大贡献。1988年墨西哥培育出了一种矮小的瘤牛，它比正常的瘤牛矮一半，只有90厘米，体重只有135千克，远远小于正常瘤牛的体重1200千克。这种矮小的牛有很大优点，养一头正常的牛需要一公顷草场，而这些草可养10头这种矮小的牛；一头正常的牛日产奶6升，而一头矮小牛日产奶3～4升，10头就可产30～46升；10头矮牛的产肉量也比一头正常牛多；而且，矮牛可以快速繁殖，在一头正常牛的体内可同时植入四个矮牛胚胎，一年就可出生4头牛。因此，这种矮牛对增加牛奶、牛肉的产量将产生巨大影响。澳大利亚的科学家培育出了“特大号绵羊”；加拿大的科学家培育出了转基因的“超级仔鸡”；中国的科学家培育出了转基因鲤鱼，大大提高了鱼的体重；日本的科学家利用基因工程的方法将生长激素注射到鳟鱼、鲇鱼和鲑鱼等商品价值高的鱼类中，使它们的体重在四周后就比正常鱼大出了3倍。
利用基因工程还可以生产猪的生长激素。如果用显微注射的方法将生长激素基因导入猪胚胎中，然后再将胚胎植入母猪的子宫内孕育；就可得到转基因猪。这种猪日增重达1.3千克，成猪体重达90千克，是一种生长周期短、脂肪少的瘦肉型猪。
利用基因工程改良动物品种，较传统的选配方法更为快捷、有效，能够很好地满足人类对优良动物品种的希望。
生物技术的潜在危险
生物技术，尤其是重组DNA技术，使科学家能将高等生物的遗传物质同细菌的遗传物质相结合，这种实验室所创造的“杂种生物”是以前自然界中所没有的，因而可能会对人或其他生物具有独特的致病性，这种危险在目前是难以估量的。一般被实验室选作重组DNA分子宿主的是大肠杆菌K12，它是人类肠道细菌的特殊菌株，没有证据表明大肠杆菌K12能以其他大肠杆菌同样的方式引起疾病，即说明其可能有新的致病潜力。这样，当其出现在外部环境中时，人类不可避免地要对其安全性产生怀疑。与此相似，用微生物将固氮基因转移到谷物等非豆科植物中去，会产生有利的后果，但是，这种微生物在土壤中的繁殖可能会破坏植物群落和动物群落两方面的生态平衡。另外，在发展了用微生物进行药物生产的技术之后，原来比较缺乏的某些生物物质如激素，可能变得相当丰富，会导致这些物质被过分使用，从而也就失去了用其进行正当治疗的基础。再者，目前即将开始的基因治疗都是体细胞基因治疗，主要采用反转录病毒载体介导的基因转移，如果对其安全性没有完全把握的话，则可能由于载体的插入产生细胞生长的异常调节，从而导致恶性增生。
除了以上这些具体的生物技术可能会引发的问题外，另一层次的潜在危险也将逐步暴露出来，即从事生物技术的工作人员将把生物技术引向何方？他们的价值观可能对人类利益造成伤害。如果某个科学家只是仅仅从他个人的兴趣出发开发生物技术，或者他认为科学可以不受限制地任意发展下去，或者他个人的利益取决于迅速抓住科学发现的机会，在这些情况下，该科学家的个人利益往往会与公众的利益相冲突，他有可能会违背公众的利益，而制造出人类无法控制的生物，从而给人类带来无穷的后患。因此，从事生物技术的研究人员同样面临职业道德问题，他们一般不应卷入商业责任和科学责任交织在一起的竞争之中。实际上，防止生物技术的应用不当给人类或社会所带来的危险性，在客观上赋予了科研人员将情况通报给公众的义务。当人们在围绕着是否应该发展某些生物技术的问题产生不同意见时，应该向社会公众公开这些不同的观点和意见，而不能只把争论局限于科学界和政府的范围内。
基因食品
基因工程给我们带来一场重大的革命，给我们的生活带来巨大变化。说这种话的消费者的心情是矛盾着的，可谓喜忧参半。
现在全世界大约有3000多个基因工程实验，每天都与动物、植物和微生物打交道，其目的是为了设计出人类更高要求的、更完美的生物品种和制品，包括各种作物、畜牧产品、林果和食品。他们通过重组遗传信息，打破旧的传统基因，利用先进的转基因技术向生物细胞内引入抗虫、抗病、高蛋白、生长激素等各种基因，培育出大量的转基因生物新品种。像防止腐烂的转基因番茄、抗病毒转基因黄瓜、南瓜、马铃薯，抗病虫的转基因小麦、玉米等。这些转基因品种的出现，使我们在种植这些作物时不必使用化学农药，从而使环境变得更加清洁。独出心裁的医用疫苗的转基因植物，使食品直接进入医疗行业。美国生物学家查尔阿恩和米奇·海因将预防疾病的免疫基因转移到普通的瓜果、蔬菜中，使其变成食用疫苗。以后，预防什么病时就不用打针注射了，只要吃根香蕉或吃只苹果或吃盘炒菜就可以达到免疫的目的了。现在已知的这种疫苗已经有了预防霍乱病的苜蓿疫苗、预防乙型肝炎的香蕉疫苗、预防白喉的马铃薯疫苗等。
生物工程为人们餐桌上提供的新食品，预示着本世纪农业生产的一个新时代的到来。有益于人体健康、无污染、产量更高、品质更好的品种，正在不断地丰富我们的菜篮子和米袋子。
不过，转基因食品所带来的并不都是好消息。据说美国一家农产品公司的一种转基因豆子，对杀虫剂有免疫力，但却能产生一种类似激素的东西，男人吃了可以雌性化，乳房加大，胡子减少。因而，现在人们在食用这些转基因农产品时抱着十分谨慎的态度。像用基因技术制造的奶酪、含有转基因材料的白面包、用Turbo细菌生产的具有水果香味的酸奶等，吃起来总是有些放不下心，更令人担心的是一些转生长素基因肉类产品。生长素的含量增高可以使猪长得肥大，可以促进肉鸡加快生长速度，也可使奶牛的奶产量提高。但我们在食用这些食品时，就可以完全放心了吗？婴儿食后会怎样？幼儿、青少年食后会怎样？因而，我们对食品转基因技术产品还不能完全放心。
植物克隆技术
植物克隆技术已渗透到农、工、医及人民生活的各个方面，随着科技的发展，其应用前景将日益广阔。
植物的无性繁殖在农业上早已广泛采用，甚至有一些植物本身就能通过地下茎或地下根来繁殖新个体，“无心插柳柳成荫”便是一个例证。但人工的植物克隆过程却不这么简单。我们可通过植物组织培养进行无性繁殖。
所谓植物组织培养就是在无菌条件下利用人工培养基对植物体的某一部分（包括原生质体、细胞、组织和器官）进行培养。根据所培养的植物材料不同，组织培养可分为5种类型，即愈伤组织培养、悬浮细胞培养、器官培养、茎尖分生组织培养和原生质体培养。通过植物组织培养进行的无性繁殖在作物脱毒和快速繁殖上都有着广泛的应用。回顾其发展历程，是在无数科学家的不懈努力之下，方使这项技术趋于完善，趋于成熟。
第一步：植物组织培养的前奏曲。
无论植物还是动物，都是由细胞构成的，细胞是生物体的基本结构单位和功能单位，如果具有有机体一样的条件时，每个细胞应该可以独立生活和发展。
第二步：植物组织培养的理论准备阶段。
在施莱登和施旺新发展起来的细胞学说的推动下，德国著名植物生理学家哈布兰特提出了高等植物的器官和组织可以不断分割，直到分为单个细胞的观点。他认为植物细胞具有全能性，就是说，任何具有完整细胞核的植物细胞，都拥有形成一个完整植株所必须的全部遗传信息，为了论证这一观点，他在无菌条件下培养高等植物的单个离体细胞，但没有一个细胞在培养中发生分裂。哈布兰特实验失败是必然的，因为当时对离体细胞培养条件的认识还非常有限。1904年，德国植物胚胎学家汉宁用萝卜和辣根的胚进行培养，长成了小植株，首次获得胚培养成功。后来其他学者进行了一些探索性实验研究，直到20世纪30年代才出现突破性进展。
第三步：植物组织培养的技术奠基阶段。
到了20世纪30年代中期，植物组织培养领域出现了两个重要发现，一是认识到B族维生素对植物生长具有重要意义，二是发现了生长素是一种天然的生长调节物质。导致这两个发现的主要是怀特和高斯雷特的实验。1934年，怀特由番茄根建立了第一个活跃生长的无性系，使根的离体培养首次获得真正的成功。起初，他在实验中使用包含无机盐、酵母浸出液和蔗糖的培养基，后来他用3种B族维生素（吡哆醇、硫胺素和烟酸）取代酵母浸出液获得成功。与此同时，高斯雷特在山毛柳和黑杨等形成层组织的培养中发现，虽然在含有葡萄糖和盐酸半胱氨酸的knop溶液中，这些组织也可以不断增殖几个月，但只在培养基中加入了B族维生素和生长素以后，山毛柳形成组织的生长才能显著增加。
在20世纪40年代和50年代，由于另外一类植物激素——细胞分裂素的发现，使得组织培养的技术更加完备。1948年，科学家在烟草茎切段和髓培养研究中，发现腺嘌呤或腺苷可以解除生长素对芽的抑制作用，并使烟草茎切段诱导形成芽，从而发现了腺嘌呤与生长素的比例是控制芽和根分化的决定因素之一。当这一比例高时，有利于形成芽；比例低时，有利于形成根。这一惊人的发现，成为植物组织培养中控制器官形成的激素模式，为植物组织培养作出了杰出贡献。随后，在寻找促进植物细胞分裂的物质中，Miller等人发现了激动素，它和腺嘌呤有同样作用，可以促进芽的形成，而且效果更好。从那以后，都采用激动素或其类似物，如6-苄基腺嘌呤玉米素、Zip等代替腺嘌吟，从而把腺嘌呤／生长素公式改为根芽分化与激动素／生长素的比例有关。后来证明，激素可调控器官发生的概念对于多数物种都可适用，只是由于在不同组织中这些激素的内源水平不同，因而对于某一具体的形态发生过程来说，它们所要求的外源激素水平也会有所不同。1956年，在Steward等进行胡萝卜根愈伤组织的液体培养研究，发现其游离组织和小细胞团的悬浮液可长期继代培养，并于1958年以胡萝卜根的悬浮胞诱导分化成完整的小植株，从而证实了半个多世纪前哈布兰特提出的植物细胞全能性假说。这一成果大大加速了植物组织培养研究的发展。1965年Vasil等从烟草的单个细胞发育成了一个完整的植株，进一步证实了植物细胞的全能性。由于控制细胞生长和分化的需要，对培养基、激素和培养方法都进行了大量研究，研究出了MS（Murashige&Skoog，1962）、White（1963）、B5（Gamlorg等，1968）等广泛用于不同植物组织培养的培养基，也创立了多种培养方法，如微室悬滴培养法、看护培养法等。在这一阶段，技术上的突破为植物组织培养应用于农业、工业、医药等打下了良好的基础。这一阶段是植物组织培养的最关键时期，使之达到成熟的阶段，从而使植物组织培养进入黄金时期。
第四步：植物组织培养的全盛阶段。
据国国科学家罗士韦统计，在20世纪60年代初期，全世界还只有十几个国家的少数实验室从事组织培养研究，但到了20世纪70年代，植物组织培养领域仍然空白的国家已经屈指可数。由于有了前面的理论基础和技术条件，加之在20世纪60年代用组织培养快速繁殖兰花获得巨大成功之后，极大地推动了植物组织培养的全面发展，微繁技术得到广泛应用。继兰花工厂化繁殖成功之后，快速繁殖开始用于重要的、经济价值高的、名特优作物新品种，如甘蔗、香蕉、柑橘、咖啡、苎麻、玫瑰、郁金香、菊花、牡丹、康乃馨、桉树、泡桐等。继马铃薯脱毒苗的研究成功，又能生产草莓、葡萄、大蒜、苹果、枣树等大量无性繁殖植物的脱毒苗应用于生产。仅据20世纪80年代初的统计，植物组织培养进行的无性繁殖所涉及的植物就已达数千种。
植物组织培养有着广阔的应用前景，这已为近年来日益增多的实践所证实。随着研究的深入，组织培养将会显示更多的作用。
首先，在人工种子的研究与产生方面。由于植物组织培养过程中发现有体细胞胚胎产生（在形态上类似于合子胚），如果给这种体细胞胚包上一层人工胚乳，那么就能得到人工种子，人工种子在适当条件下也能像普通种子一样萌发并生长。大量繁殖体细胞胚并制成人工种子为无性繁殖开辟了崭新的领域。建立并发展人工种子技术可以快速繁殖一个优良品种或杂种，以保持它们的优良种性和整齐度。一些名贵品种、难以保存的种质资源、遗传性不稳定或育性不佳的材料，均可采用人工种子技术进行繁殖。人工种子体积小，仅几毫米，而通常离体繁殖的体是十几或几十厘米。繁殖体小的人工种子、贮藏和运输均十分方便，而且可以像天然种子那样用机械在田间直接插种。
其次，在与基因工程结合的研究与应用方面，近年来由于通过基因工程克隆了大量有用产物的基因，特别是干扰素、胰岛素等药物已达到工业化生产的规模，植物学科受到前所未有的震动，许多生物学家和生物化学家着手开始基因工程研究，试图按人们的需要来定向地改良作物。如将抗病、抗虫、抗盐碱的基因或增强农作物光合作用的基因导入一些重要的作物中，并通过组织培养进行无性繁殖来扩增所获得的具有优良性状的植株，从而尽快应用于生产中产生经济效益。目前已有抗虫棉、抗病毒的烟草用于大田实验，引起了各方的广泛关注。科学家预言，21世纪作物的产量将大幅度提高，作物的品质将得到飞跃性的改良。
再次，在生产有用产物的研究与应用上，组织培养也有广阔的前景。植物几乎能生产人类所需要的一切天然有机化合物，如蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料等，而这些化合物都是在细胞内合成的。因此，通过植物组织培养对植物的细胞、组织或器官进行无性繁殖，在人工控制的条件下有可能生产这些化合物。这个目标一旦实现，就会改变过去靠天、靠阳光种植作物的传统农业，而成为工厂化农业生产，从而摆脱老天爷的支配，并为人类进军其他星球建立空间工厂化农业来提供粮食、药品等打下坚实基础。这种神奇的理想，随着科技的发展一定能够实现。因为目前通过单细胞培养生产蛋白质已获成功，日本用发酵罐生产紫草宁已达工业化生产规模；在利用细胞培养生产活性成分领域的研究正方兴未艾。
像胡萝卜和烟草等植物的细胞悬浮物，在-20℃至-1%℃的低温下贮藏数月，尚能恢复生长，再生成植株。如果我国南方的橡胶资源库能通过这种方法予以保护，那么橡胶资源库将为生产和研究提供源源不断的原材料。
最后是理论研究上的应用。理论是在实践的基础上总结并发展起来的，对实践具有一定指导作用，同时实践的发展又能推动理论研究的深入及更新。植物组织培养作为一门技术，在植物学的各个方面都得到了广泛应用，推动了植物遗传、生理、生化和病理学的研究，它已成为植物科学研究中的常规方法。
花药和花粉培养获得的单倍体和纯合二倍植物，是研究细胞遗传的极好材料。在细胞培养中很易引起变异和染色体变化，从而可得到作物的新类型，为研究染色体工程开辟新途径。
细胞是进行一切生理活动的场所，植物组织培养有利于了解植物的营养问题，对矿物质营养、有机营养、植物激素的作用机理等可进行深入研究，比自然条件下的实验条件易于控制，更能得出有说服力的结论。
采用细胞培养鉴定植物的抗病性也会变得简便有效，能很快得到结果。
动物克隆技术
克隆为无性繁殖，即不需要精子参与，细胞或动物个体数量就可不断地繁殖增多，好像是一种工业产品按一定模型不断复制一样，以这种方式复制出来的动物外形、性能和基因类型等完全一样。
我们都知道包括人类在内的高等动物，严格按照有性繁殖的方式繁衍后代，即分别来源于雌雄个体的卵细胞和精子细胞融合，形成受精卵，受精卵经过不断分裂最后孕育成一个新的个体。也就是说，在高等动物体内，只有受精卵能够实现细胞的全能性。这种有性生殖的后代分别继承了父母各一半的遗传信息。
鉴于此，科学家们设想，能不能借受精卵，甚至卵细胞实现动物细胞的全能性，使高等动物进行无性繁殖，获得大量完全相同的动物“拷贝”。
我们已经知道，克隆为无性繁殖，即不需要精子参与，细胞或动物个体数量就可不断地繁殖增多，好像是一种工业产品按一定模型不断复制一样，以这种方式复制出来的动物外形、性能和基因类型等完全一样。该项技术可以迅速加快良种家畜的繁殖，使大力发展畜牧业呈现出广阔的前景，也为发育生物学、遗传学等学科的研究和发展，进一步揭示生命的奥妙广开门路，提供非常美妙的方法。目前克隆哺乳动物的方法由简单到复杂有以下几种：
（1）胚胎分割
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。胚胎二分割已克隆出的动物有小鼠、家兔、山羊、绵羊、猪、牛和马等。我国除马以外，以上克隆动物都有。胚胎四分割的克隆动物有小鼠、绵羊、牛。我国胚胎四分割以上克隆动物均有。
（2）胚胎细胞核移植
用显微手术的方法分离未着床的早期胚胎细胞（分裂球），将其单个细胞导入去除染色质的未受精的成熟的卵母细胞，经过电融合，让该卵母细胞胞质和导入的胚胎细胞核融合、分裂、发育为胚胎。将该胚胎移植给受体，让其妊娠产仔。理论上讲，一枚胚胎有多少个细胞，就可克隆出多少个后代。亦可将克隆出胚胎的细胞再经过核移植连续克隆出更多的胎，得到更多的克隆动物。目前胚胎细胞核移植克隆的动物有小鼠、兔、山羊、绵羊、猪、牛和猴子等。我国除猴子以外，其他克隆动物都有，亦连续核移植克隆山羊。该技术比胚胎分割技术更进了一步，将克隆出更多的动物。因胚胎分割次数越多，每份细胞数越少，发育成个体的能力越差。
（3）胚胎干细胞核移植
将胚胎或胎儿原始生细胞经过抑制分化培养，让其细胞数成倍增多，但细胞不分化，每个细胞仍具有发育成一个个体的能力。将该单个细胞利用以上核移植技术，将其导入除去染色质的成熟的卵母细胞内克隆胚胎，经移植至受体，妊娠、产仔、克隆动物产生。从胚胎理论上讲，可以克隆出成百或更多的动物，比以上胚胎细胞核移植可克隆出更多的动物。目前只有小鼠分离克隆出胚胎干细胞系，克隆出小鼠。牛、猪、羊、兔只分离克隆出胚胎类干细胞。该细胞移植已克隆出牛、猪、兔和山羊的后代。我国已分离出小鼠胚胎干细胞系，有嵌合体小鼠产生；已分离出兔、牛和猪胚胎类干细胞，传代两代，但还未能产出个体。
（4）胎儿成纤维细胞核移植
由妊娠早期胎儿分离出胎儿成纤维细胞，采用如上核移植的方法克隆出胚胎，经移植受体，妊娠仔，克隆出动物个体。目前只有英国报道已克隆出了3只山羊。
（5）体细胞核移植
将动物体细胞经过抑制培养处于休眠状态，采用以上核移植的方法，将其导入去除染色质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。从理论上讲，这可以无限制地克隆出动物个体。该项技术的突破，有人讲可以和原子弹最初爆炸相提并论，其科学和生产应用价值巨大。该项技术克隆动物只有英国报道的一只克隆绵羊“多莉”。
（6）胚胎嵌合
将两枚胚胎细胞（同时或异种动物胚胎）变合共同发育成为一个胚胎为嵌合胚胎。将该胚胎移植给受体，妊娠产仔，如该仔畜具有以上两种动物胚胎的细胞称之为嵌合体动物。嵌合体一词起源于希腊神话，它是指狮头、羊身、龙尾的一种怪物。如同种类黑鼠和白鼠胚胎嵌合，生下黑白相间的花小鼠。不同种的绵羊和山羊胚胎细胞嵌合，可生下绵山羊，既有绵羊的特征，又有山羊的特征。该技术多应用于发育生物学、免疫学和医学动物模型等科学的研究。利用该项技术亦可检测动物胚胎干细胞的全能性，即将胚胎干细胞和同种动物胚胎嵌合，如生下嵌合体，包括生殖系在内组织细胞嵌合，即可确认该干细胞具有全能性。在畜牧业生产中亦具有重要意义，如对水貂、狐狸、绒鼠等毛皮动物，利用嵌合体可以得到按传统的交配或杂交法不能得到的皮毛花色后代，提高毛皮的商品性能，可以克服动物间杂交繁殖障碍，创造出新的物种。亦设想利用该项技术可以进行异种动物彼此妊娠产仔，加快珍稀动物的繁殖，如利用其他动物代替珍贵的大熊猫妊娠产仔，加快国宝的繁殖。亦可通过该技术培育出含人类细胞的猪，使猪器官能为人类器官移植用。亦可将外源基因导入一种细胞和胚胎相合，可以生下含该外源基因的嵌合体动物，亦可遗传下去，具有重要的研究和生产应用价值。目前嵌合体动物有小鼠、大鼠、绵羊、山羊、猪和牛等；种间嵌合体动物有大鼠——小鼠嵌合体，绵羊——要山羊嵌合体，马——斑马嵌合体，牛——水牛嵌合体。中国有嵌合体动物小鼠、家兔和山羊。
绵山羊
狮身人面像是古埃及人在金字塔下留下的奇迹。古希腊传说中的斯芬克斯是生有翅膀的狮身美女，鱼尾人身的“美人鱼”也是人类想象的美丽的传说。在我国古典文学中的孙悟空、猪八戒、牛魔王，也都是一些神化了的人兽一体的形象。
在科学技术发达的今天，生物学家们通过生物工程技术，根据人类自己的需要，可以把不同种类的生物优点结合在一起，创造出令人赞叹的新的动植物品种。
“绵山羊”就是由英国生物学家创造出的又一个奇迹。大家知道，山羊的野放性强，生活条件要求粗放，肉质细嫩。而绵羊要求生活条件较高，毛质优秀，个体大，但肉质稍次。如果把两者的优点集为一体，清除缺点，那是一个理想的创造。幻想终于成为现实。“绵山羊”在科学家的手中诞生了。绵山羊长着山羊的头和尾，而躯体和四肢则长着绵羊的毛。绵山羊的英文为“Jeep”（吉普），因此人们又称之为吉普羊。
那么“吉普羊”是如何创造出来的呢？据报告，绵山羊是由1个有8个细胞的绵羊胚胎和3个有8个细胞的山羊胚胎，用琼脂将其包埋在一起，然后，再移入一只母绵羊或母山羊的子宫里发育而成。从血统上讲，它应该有四个父亲和四个母亲，即一对绵羊父母和三对山羊父母。因此“吉普羊”是一只有四对双亲的“怪羊”。这就是现代生物工程中的“嵌合体”动物。
嵌合体动物的各种器官，都是由两种遗传特性不同的细胞组成的。这与植物“嫁接”的含义相似。它们所繁殖的后代也可能会出现两种不同的遗传类型。“吉普羊”既携带有山羊的遗传信息，也携带有绵羊的遗传信息，因而具有绵羊和山羊的共同特征。这种嵌合体就是将具有不同遗传结构的细胞式组织有机地结合在一起，从而使其发育出具有不同性状的生物体，从而培育出生物新品种。
动物“嵌合体”技术无疑也会引起一些争论。但这种实验的实用价值是毋庸置疑的。使用这一技术会培育出造福于人类的极有经济价值的新型生物体。
“瘦肉型猪”的配育方法
瘦肉型猪是指公认的培育成功的瘦肉率高的猪的品系。这种类型的猪遗传性已经稳定，如长白、大约克夏、杜洛克、汉普夏等。瘦肉型猪的配育方式可简要分成以下几步：首先选择外来良种和本地良种，通过多世代的选择，最后把许多优良性状固定在一个品种上，建立品系，即通过选择优秀的系祖，组成基础母猪群（尽可能选与系祖相似的优良母猪组成基础群），加强选种，建立性能测定制度，确定适宜的选配方式，一旦出现性能超过系祖的个体便可确定为新的系祖，建立新品系。以我国湖北白猪Ⅲ系为例，看瘦肉型猪的配育方式。在1973—1977年引种和杂交试验的基础上，由华中农业大学筛选出大约克猪、长白、通城猪等三元杂种猪为较优的杂交组合，于1978—1982年建成了品系基础群，Ⅲ系猪来自268窝、3217头仔猪，断奶时选留93头公猪和207头母猪进入测定。从中选出10头公猪和70头母猪进行随机交配，从后代中确定10头公猪和41头母猪组成基础群。进行多世代的闭锁群选育。选育过程中头胎留种，一年一个世代，最后选出公猪5～6头，母猪40～50头，三世代随机交配，限制半同胞、全同胞交配，各家系等量留种。三世代后取消半同胞限制、四世代后取消全同胞限制，并允许淘汰个别差的父系半同胞家系。至1986年，湖北白猪Ⅲ系已完成配育，瘦肉率达57.53％。
目前人们也常用基因工程的方法来配育瘦肉型猪。美国俄亥俄大学的万格那（T.E.Wagner）等人将生长激素的结构基因接在磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶基因的启动子下游，再将这种嵌合基因（不含载体）注入到猪的受精卵中并移植到母体内，这样生下来的猪瘦肉率明显提高，而且发育正常，这种转基因猪也是一种瘦肉型猪，它具有培育快、经济效益高等优点，是今后瘦肉型猪培育的方向。
转基因蔬菜
在我们的餐桌上，蔬菜种类实在是太多了，如青菜、菠菜、芹菜、萝卜……而且，口味各异，年年如此，没有什么变化。这是生物遗传的结果。
我们知道，生物的遗传性状是由它体内的基因所决定的。基因包含在细胞核的染色体里。染色体由脱氧核糖核酸（又名DNA）和蛋白质两种物质组成。而基因就是脱氧核糖核酸分子长链上具有遗传能力的片断，它里面储藏着大量的遗传信息。现在，随着科学技术的发展，人们已经能够通过一定的手段，将生物的基因——DNA片断进行裁剪，导入到另一种生物中，并得以表达，这就是转基因技术。人们利用转基因技术培育成的蔬菜新品种，被称为转基因蔬菜。
当初，人们利用转基因技术只是为了改变植物的性状和提高它的品质，如增强植物抗病、抗虫、抗除草剂的能力以及提高植物可食部分的营养成分等。后来发展到利用转基因植物作为中介工具，合成人们所需要的有工业和临床价值的外源蛋白，并逐渐形成一种被称为“分子农业”的新型农业方式。也就是说，利用转基因技术，以植物作为“生产车间”生产出人用疫苗或功能蛋白，再通过大田栽培的方式获得来源广、成本低的廉价植物疫苗。这样，近年来，转基因技术的开发应用，取得了相当好的成果人提高免疫能力由过去的打针、吃药变成了食用蔬菜。
目前世界上一些国家的科学家正致力于这方面的研究，并取得了很大成功。美国细胞生物学家利用土壤农杆菌把霍乱毒素的无毒性B链基因转入苜蓿细胞中，通过培养育成秧苗，移入田间，生产出霍乱疫苗。人长期食用这种苜蓿后，可获得对致命性霍乱的有效免疫。乙型肝炎（HB）是一种肠道传染病，至今人类还没有一种有效的治疗方法，只能通过注射乙肝疫苗来防治，但疫苗的价格居高不下，使病人难以承受。令人欣喜的是，科学家已经在转基因烟草中成功地表达出乙肝表面抗原疫苗，现正在用莴苣等做试验，打算制作“乙肝疫苗色拉”，预期在2000年前达到临床试验阶段。美国华盛顿大学还利用萝卜等生产出了转基因食用疫苗。我国也开始了食用疫苗的研究与开发。相信在不久的将来，你餐桌上出现的不仅是一盘普通的蔬菜，而且还是含有食用疫苗的“工程菜”。
满足人类新口味的无籽西瓜
西瓜在所有瓜果中果汁最为充足，含水量高达96.6％，是人们喜食的时令水果。但是西瓜好吃吐籽烦，西瓜能不能像香蕉那样没有籽呢？于是人们开始研究利用生物技术培育无籽西瓜。
1938年，中国的黄昌贤曾用植物激素处理西瓜雌花，第一次获得了无籽西瓜。但由于果实小、成瓜率低而没有应用于生产。同年，日本生物学家寺田甚七使用萘乙酸和吲哚乙酸处理西瓜雌花柱头，获得多倍体西瓜。1942年，日本首次培育成功三倍体无籽西瓜。1950年，日本育成了9个品种的无籽西瓜。无籽西瓜得到大面积推广，到1957年，日本种植无籽西瓜的面积约达100万平方米，从而引起世界各国的重视，先后有印度、美国、意大利、智利、匈牙利、罗马尼亚、泰国等国家的科学工作者，开展了西瓜多倍体的研究工作。中国从50年代至60年代初，进行无籽西瓜的试种。1965年湖南无籽西瓜已销往无籽西瓜港澳市场。以后许多地区也积极推广，并选育出适合当地特点的优良品种。
无籽西瓜是利用三倍体不育的原理培育成功的。你知道吗，一般的生物细胞，染色体总是成双成对的。譬如人就有46条、共23对染色体，每一对染色体长度一样，看起来像双胞胎，这样的生物叫做二倍体。普通西瓜、猴等和人一样都属于二倍体。香蕉等天然无籽水果则例外，属于三倍体，它的细胞中的染色体不是“双胞胎”，而是有三套。这些“三胞胎”细胞在减数分裂形成生殖细胞时，染色体总是不能成双成对等量分配。这样的生殖细胞虽能刺激果实发育成熟，但不能受精结籽成为种子。这好比有的人长大成年了却不会生育一样。
培育无籽西瓜的关键就是要把二倍体西瓜变成三倍体西瓜。主要方法是：将正常的二倍体有籽西瓜在幼苗期用一种叫做秋水仙素的神奇化学药物进行人工诱变，使细胞内的染色体数目加倍，创造出四倍体西瓜。然后把四倍体西瓜植株作母本，用正常的二倍体有籽西瓜做父本，在开花时用人工授粉进行杂交，就能得到三倍体的种子。第二年用三倍体的种子种植，长成的花用二倍体有籽西瓜花授粉，就可得到无籽西瓜。由于无籽西瓜体细胞染色体为33条，它在生殖过程中无法均匀配对，生殖力显著衰退，只能形成我们平常看到的那种白嫩秕子，这样的西瓜故称无籽西瓜。
无籽西瓜由于没有种子不能繁殖后代，所以必须采用年年制种的方法，成本较高，当然，无籽西瓜的价格就要略高于普通西瓜了。
