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生物与环保
【教学目的】了解生物技术生产出的作物对环境的益处
了解水污染、大气污染、臭氧、噪声污染对人体健康的危害
【教学重点】水污染、大气污染、臭氧、噪声污染的成因分析
第一节 生物技术生产出的作物对环境的益处
控制虫害、杂草及疾病是农民每年种植粮食和纤维作物过程中遇到的最大问题。如果不加治理，害虫及疾病会导致庄稼颗粒无收。同样，杂草与作物争抢阳光、水分、营养，如果不加控制，会降低作物质量、减产、不易收割。大多数农民使用化学农药（如杀昆虫剂、杀真菌剂和除草剂）来保护作物不受病虫害。随着工具制造的发展、政府当局有效检测和管理农田里的适量使用，都是保证粮食产量持续、稳定增长的关键因素。
尽管杀虫剂、杀真菌剂和除草剂都是很重要的工具，种植者总是寻找更好的办法来安全地打理作物，保证产量。综合作物管理（ICM）就是使用最好的技术、方法来控制虫害，同时对环境造成的影响最小。如有必要，用杀虫剂这一举措将耕种管理、生物控制、对宿体植物主保护这几项结合起来。例如，作物轮种能减少昆虫、带病微生物进入田里。益虫能提供天然保护、控制虫害，如果让它在庄稼地里生存。有选择性杀虫剂和各类防虫植物也适用这些方法，对综合治理农田计划也有所贡献。
为了满足目前及将来的食品的需求，今天的农民使用一些、甚至全部的技巧，而且每一种方法都有重要作用。有些人希望农民不使用任何杀虫剂，但是大规模选择受到限制，而且大部分都有各自的缺陷。例如，耕地或锄草是控制杂草的方法之一，但是都不如除草剂有效，而且会导致严重的土地腐蚀。在评估农业可选项时，种植者与消费者都认同这一观点：用对环境最负责的方法来生产粮食是至关重要的。
农业生物技术控制
利用现代生物技术取得的进展伟种植者们提供了多种控制病虫害和杂草的选择，同时改善了农业操作方法的整体性与结果。生物技术、连同现代庄稼管理技巧，以及合理使用杀虫剂一起为今天的农民提供了确保收获健康、高产的庄稼的最好工具。
防治害虫:通过利用普通土壤细菌产生的蛋白质，可以控制引起庄稼大量减产的昆虫。这一大群蛋白质或B.t.家族已经被有机种植者成功使用了几十年了，而且对动物及非目标昆虫无害。但是至今，这种蛋白质的利用远未发挥其控制虫害的最大潜力，因为它必须位于植物的顶部，而顶部易被阳光雨水影响而降解。因此，有必要采用多种方法，而且大规模使用通常有很大的实际局限性，现在，通过现代生物技术，植物能在生成的同时带上B.t.防止系统从而产生蛋白质，以防止特定的虫害。因此，减少了为控制目标昆虫而喷洒的话和杀虫剂的用量，而且，在多数情况下，根本不需杀虫剂。此外，益虫（普遍杀虫剂通常对益虫有害）因此能免受灭顶之灾。进而，这些益虫又有助于控制其他以庄稼为食，或携带疾病的害虫。但是这一方法需要实施昆虫抗性管理计划以保持B.t.蛋白质的长期有效性。已研制与提出一些策略，如带有这种特性的玉米已投入商用市场。
将来有可能发现别的能帮助控制灾害性昆虫的蛋白质，进一步减少对化学杀虫剂的依赖。长远看来，将害虫防治系统植入植物体内也会减少生产过程、包装、人为处理、运输等引起的资源损耗。
杂草控制：目前存在多种除草剂。有些专门对付某几种杂草，有些不怎么区分杂草与庄家。有些在作物的生长期使用，有些只在生长季节的某些阶段使用，还有一些在终止之前洒在土壤里，一残留一些物质发生作用。每一种都有不同特性，这构成了某种特定除草剂的环境形 1
象。
“农达”除草剂已经在市场上存在了20多年。其活性成分是一种叫草甘磷的复合物。它被自然生长的土壤为生物降解。“农达”以其良好的环境影响而被科学界及农业界的文献认可。它随着时间在土壤里分解，不可能流到地下水中，而且不会在大自然或食物链中堆集起来。“农达”通过干扰植物生物机制中的蛋白酶起作用。（动物系统中无此机制）通过阻碍这种酶的生长，植物不能产生和输送蛋白质。但“农达”不能区分杂草与植物，所以至今，它仍不能被用于控制在成长作物田里竞争生长的杂草。
第二节生物技术生产出的作物对环境的益处
（二）“耐除草剂性”，如名所示，这个术语指的是植物抵抗某种杂草控制复合物的能力。它有许多潜在好处，如种植者可选择使用更易于环保特征的除草剂，同时减少对除草剂和其他农业投入的总需求。
例如，通过生物技术，对“农达”除草剂的忍耐性已传给几种作物。这些植物产生与“农达”阻碍物相似的蛋白质，但是不影响作物本身的重要过程。因此，利用这些作物如“抗农达”，种植者不必使用多种除草剂除草，他们则只能使用“农达”。他们可以不必使用“形成前型”除草剂，其目的是确保杂草以后不生长。整套系统更为灵活，因为农民可一直在必要时使用除草剂，而且应用范围更广。总之，控制杂草工作变得简单。
“抗农达”牌作物还有对环境的益处。因为“农达”在土壤里不持续，因而可以使得庄稼轮作（一项有益的农业惯例）更为灵活。只有一种情况下，须使用“农达”，而且田间穿行次数越少，就可以使土壤不会被压紧，而且地表更健康。生长期间使用“农达”时，各种耕种方式都可以。例保护性的耕种（直接播种）方式，有助于防止土壤腐蚀。“农达”有效解决杂草过多的压力这一问题，这一问题是导致种植商不愿采用“保护式”耕作方式的因素之一。生物技术带来巨变的具体例子
害虫防治：1996年，两种自身带有防虫能力的不同庄家上市，该产品是孟山都研制的技术所孕育的结晶。“保铃棉”可控制“鳞翅目昆虫”族昆虫。1996年美国的棉铃虫害出奇猖獗，但是种植了“保铃棉”的农民中有60%不必使用杀虫剂，而且其余种植者中的大部分只需使用一种杀虫剂控制目标害虫。而传统的棉田，却平均需喷射4至6次农药。种植商田于使用了“保铃棉”的品种，总共减少使用了约25万加仑的杀虫剂，更好地控制虫害，进而增加产量。
1996年第二中有此作用的北美作物是NewLeaf土豆。这种作物能防治科罗拉多土豆甲壳虫。像科罗拉多土豆这样的甲壳虫能毁掉世界多地方的土豆田。种植NewLeaf土豆的人们说可减少喷洒杀虫剂的次数1—5次。与未种上新型土豆作物的田地相比，他们可以减少33%～42%杀虫剂的使用量。
除杂草：1996年，两种“抗农达”作物品种上市：黄豆与油菜（夏油菜籽）。“抗农达”黄豆占1996年全美黄豆收获总量的1～2%，1997年超过10%。1996年，种植此种黄豆的人们要比种植传统黄豆使用的除草剂总量少9%～39%。75%的种植者使用一次“农达”除草剂，24%的种植者使用两次。同样，80%种植“抗农达”油菜品种的人只需使用一次“农达”杀虫剂。无论是种植黄豆，还是油菜的人们都说由于作物安全性更高，杂草控制得更好，所以产量大增。
未来的前景
现代生物技术在将来会为种植关键作物增加重要的特性。世界各地的农民可以根据各自的地区选择最好的品种，以种出健康的粮食和纤维作物。长远看来，更为重要的是消费者将能获取高效生产出来的、病虫少、使用的自然资源和合成物质更少的产品。由于技术用途更为广泛，农民将能种植更能适宜气候与环境的作物，以及营养更高、卡路里含量合适、口感更好的粮食。这些一处随着人口增长加快，对高质粮食需求不断增长，而可耕地及其他关键的自然资源却有明显局限的情况下，显得越发重要。生物技术，结合其他已得到证实的农业方法与作法，用激励人心、对环境负责的方法来满足消费者现在以及将来对可持续发展、健康的粮食及纤维作物的需求。
广义上讲，生物技术是利用有机体、死细胞、活细胞以及细胞内含物，采用特殊的过程生产出特殊的产品应作到农业、医药以及环境修复治理中，尤其是70年代基因工程的出现，它能改变、取代物种的基因。
生物技术在农作物中已有广泛的应用。最初通过遗传工程获得而进入市场的作物是：玉米、大豆和棉花。它们经转基因后具有抗除草剂和棉铃虫的能力。这种玉米、大豆和棉花从Bt细菌获得基因，经遗传改良后具有防虫害的能力。利用Bt细菌获得经遗传改良的作物的潜力是相当大的。例如：美国有200万hm2的Bt棉花，澳大利亚有40万hm2，两者各相当于2.5亿美元价值。如果将Bt玉米引种在美国1000万hm2的土地上，只要增产5%，就意味着能增加3.5亿美元收入。这项技术进一步促进了Bt制剂控制虫害在商业上的应用。除此之外，还有许多经转入特定基因的玉米品种，这些品种能同时抗除草剂和一些虫害。生物技术在畜牧业上应用所获得的益处与在农作物上相似。一方面，生物技术有助于提高畜禽的生命力以及消灭竞争者。促进畜禽生长的物质有生长激素以及促进其生长的调节剂，这些物质可由基因工程而获得。如利用鼠类基因（该基因能促进角蛋白的形成）能获得了经遗传改良的绵羊，这种绵羊比普通棉羊产毛量能提高6%左右。另一方面，生物技术在提高农作物产量、质量的同时，有助于提高畜牧业的生产力发展水平。例如，通过控制饲料作物体内碳水化合物含量可提高畜牧业生产力；利用基因调控技术可以提高包括豆科作物在内一些作物的蛋白质含量，减少饲料作物中难消化的木质素含量等。达比等人已生产出一种转基因三叶草，可应用于澳大利亚绵羊牧场。该基因来自向日葵，经转基因的三叶草能制造富含氨基酸的蛋白质，该蛋白质经食物链进入绵羊体内，进而能提高产毛量。
生物技术给人类带来的益处也包括在生态和环境两个方面。利用生物技术提高现有农业生态系统的生产力可以减低农业向原始的、自然、半自然生态系统扩张的要求，因此，它有助于有人类保存、保护地球上仅有的自然生态系统及其资源，有助于人们未来再利用其中的基因资源开发新的产品。
生物技术已用于生产抗虫害、抗除草剂作物。正如前面所述，一些转基因棉花、玉米、大豆等具有抗虫害、抗除草剂的能力。1995年人们可以在市场上购买到转基因马铃薯，这种马铃薯能产生水晶蛋白，而水晶蛋白对科伦那多马铃薯甲虫有毒害作用。这些转基因作物能减少杀虫剂的用量，降低杀虫剂及其残留物对食物链、水体造成污染，从而有利于保护生态环境。
在许多农业生产区，土壤氮素可利用量是制约农业生产力提高的一个重要因子。而一高科技农业生产区使用人造氮肥是以牺牲生态环境为代价的。制造氮肥要利用大量能源，据统计，英联邦农场平均投入的能源大约有50%来自肥料。由施用肥料而产生的温度气体（二氧气化碳、氮氧化合物等）不可避免地促进地球气候变暖。除此之外，农业土壤的氮素流失是水体富营养化的主要原因。
生物技术的利用能为这些问题的解决提供潜在的、真正有价值的帮助。
同样，人们可以利用真菌来提高土壤养分的有效性。温莱指出：特定的真菌类能促进土壤养分的释放，从而促进作物生长；真菌也能通过分解有机物质（例如纤维素等）释放出糖类，促进固氮菌的生长。进一步提高土壤养分有效性的可能，包括获得转基因细菌和真菌，以进一步增强它们制造养分和释放土壤养分的能力。转基因作物的最终目标是使作物本身能够自行固氮，避免、减少使用人造肥料，从而减少对生态环境的破坏。这在目前尚不可能，但在将来却有望实现这个目标。
