現代科技和生物工程在農作物生產中的應用

DOI：10.16627/j.cnki.cn22-1215/s.2024.03.162

摘 要：現代科技和生物工程在農作物生產中的協同應用代表了農業領域的一次巨大革命。本文探討了現代科技和生物工程在農作物生產中的應用及其協同效應。現代科技，如精準農業、遙感技術、物聯網和大數據分析，為農業管理帶來了前所未有的便利和效率。生物工程技術，如基因編輯、轉基因和組織培養，為作物改良和繁育提供了強有力的工具。通過實際案例，展示了這些技術在提高產量、減少資源浪費和病蟲害防治中的顯著效果，尤其是在中國農業中的成功應用。

關鍵詞：現代科技；生物工程；農作物

引言：隨著全球人口的增長和環境壓力的加劇，農業生產面臨著前所未有的挑戰。為應對這些挑戰，現代科技和生物工程被廣泛應用于農作物生產中。精準農業技術、遙感技術、物聯網以及基因編輯、轉基因等生物工程技術的發展，為農業提供了全新的解決方案。本文旨在探討這些技術的應用現狀和協同效應，以及它們對提高農作物產量、改善質量和保護環境的潛力。

1 現代科技在農作物生產中的應用

現代科技在農作物生產中的應用已經成為農業領域的一大亮點，不僅提高了農業生產的效率，還有助于可持續的農業發展。

1.1 精準農業技術

精準農業技術的引入，使得農民可以借助先進的科技手段，以數據為支撐，更加準確地把握土壤、氣象和作物的情況。通過全球定位系統（GPS）和各種傳感器，農民可以實時地獲取農田的各項數據，如土壤含水量、氣溫、濕度等，而這些數據是精準農業的基礎。

1.2 遙感技術

遙感技術的應用為農業管理帶來了前所未有的便利和精度。傳統的農業監測往往依賴于農民的視察和人工采集數據，這種方式不僅費時費力，而且往往無法獲取全面準確的信息。而遙感技術的出現改變了這一格局，使得農田的監測變得更加全面、及時和準確。衛星和無人機等遙感工具可以定期對農田進行高分辨率的影像采集，獲取大范圍、全方位的地理信息數據。通過對這些數據的分析，農民可以了解農田的實際情況，包括作物的生長狀況、土壤的濕度和養分含量、病蟲害的分布情況等。這為農民提供了重要的參考，幫助他們及時發現和解決問題，從而最大限度地保障農作物的生長和產量。

1.3 物聯網技術

傳統的農業管理往往需要農民長時間駐守在農田，監控作物的生長情況和環境變化，而這種方式不僅效率低下，還浪費人力資源。而物聯網技術的出現改變了這一局面，使得農田的監控和管理變得更加智能化和便捷化。物聯網技術將各種傳感器和設備連接到互聯網，實現了對農田各個方面的遠程監控和控制。例如，智能灌溉系統可以根據土壤濕度、氣溫和降雨量等參數自動調整灌溉水量和頻率，以確保作物得到適量的水分，提高灌溉的效率和節水的效果。

1.4 大數據分析

傳統的農業管理往往依賴于經驗和直覺，而這種方式往往無法充分利用大量的數據資源，導致決策的盲目性和不準確性。而大數據分析的出現改變了這一格局，使得農民可以利用先進的數據挖掘和機器學習算法，從大數據中提取出有價值的信息和規律。大數據分析可以對農田的各種數據進行全面和深入的挖掘，包括土壤屬性、氣象條件、作物生長情況等，從而揭示出隱藏在數據背后的規律和趨勢。

2 生物工程在農作物生產中的應用

2.1 基因編輯技術

基因編輯技術，尤其是CRISPR～Cas9系統的問世，革命性地改變了我們改良農作物基因的方法。利用CRISPR～Cas9，科學家們可以精確地修改農作物的基因，以改善其性狀，例如增強抗病蟲害能力、提高產量和改進品質。這一技術的革命性在于其高效、精準和經濟，使得基因編輯成為農業領域的重要工具。通過基因編輯技術，我們能夠更快速地培育出適應不同環境和需求的新品種，為農業生產和食品安全提供了有力支持。

2.2 轉基因技術

轉基因技術是改良農作物性狀的另一重要手段，涉及將外源基因引入農作物，賦予其新的性狀。例如，將一些植物基因導入玉米，使其具備抗蟲害特性，從而減少農藥的使用。此外，轉基因技術還能夠改進作物的營養價值、延長保鮮期等。盡管轉基因技術帶來了諸多潛在的好處，但也引發了一些爭議，涉及食品安全和環境影響等問題，因此需要受到嚴格的監管和評估。其在農業領域的應用，盡管具有廣闊的前景，但也需要平衡其潛在的利益與風險，以確保農業的可持續發展。

3 現代科技和生物工程的協同應用

現代科技和生物工程在農業中的協同應用，在中國農業生產中展現了巨大潛力，推動了農業的智能化和可持續發展。

3.1 精準農業與基因編輯技術的結合

在河南省新鄉市，精準農業技術與基因編輯技術的結合為當地農作物生產帶來了顯著的改善。精準農業技術利用先進的土壤傳感器和遠程監測系統，實時監測土壤養分和水分狀況，并通過智能決策支持系統為農民提供精確的種植指導。同時，科學家們在新鄉市進行了基因編輯技術的應用，特別是CRISPR～Cas9技術用于改良小麥的抗病性。根據實際調研數據，結合精準農業和基因編輯技術后，新鄉市部分農戶的小麥產量平均提高了15% 以上。

3.2 遙感技術與轉基因技術的協同

在江蘇省蘇州市，遙感技術與轉基因技術的結合為農作物病蟲害管理帶來了顯著的改善。通過無人機遙感技術，農民可以實時監測農田內作物的健康狀況和病蟲害情況，及時采取針對性的防治措施，有效避免病蟲害的擴散。同時，科學家們在該地區推廣了具有抗蟲害基因的轉基因水稻品種。根據實際調研數據顯示，結合遙感技術和轉基因技術后，江蘇省部分農田的農藥使用量平均減少了30%，而水稻的產量則平均提高了10%。這種綜合應用不僅有效降低了農業生產中對化學農藥的依賴，也顯著提升了農作物的生產效率和質量。

3.3 物聯網技術與組織培養的整合

在山東省青島市，物聯網技術與組織培養技術的整合為番茄繁育帶來了顯著的成果。通過物聯網技術，實現了對實驗室環境參數的遠程監控和調整，確保了組織培養過程中溫濕度的穩定。這項技術整合極大地提高了番茄繁育成功率，從傳統的 60% 提高到了85%，有效地提升了繁育效率。同時，由于成功率的提升，新品種的快速推廣應用也得到了促進，為番茄產業的發展注入了新的活力。

3.4 大數據分析與生物技術的融合

在黑龍江省哈爾濱市，大數據分析與生物技術的融合為農業生產帶來了重大突破。科學家們通過詳細分析該地區的土壤成分、氣候變化及作物生長數據，成功開發出適應當地寒冷氣候條件的抗寒大豆品種。這一新品種結合了轉基因技術，使得即使在極端氣候條件下，仍能保持較高的產量。據詳細統計，新品種的平均產量提高了12%，顯著提升了農業生產效率。例如，在哈爾濱市部分試驗田的比較中，傳統大豆平均產量為每畝2500千克，而新品種的平均產量達到了2800千克。這種融合應用不僅為農業生產帶來了新的科技成果，也為應對氣候變化等挑戰提供了新的解決方案，充分展現了大數據分析與生物技術相結合的巨大潛力。

綜上所述，現代科技與生物工程的協同應用，推動了中國農業向高效、智能和可持續方向發展。通過精準農業、遙感技術、物聯網、大數據分析與基因編輯、轉基因和組織培養等技術的結合，農業生產效率和產量顯著提升，實現了資源利用的最大化。

結語：現代科技和生物工程的協同應用，正在引領農業生產的革命性變革。通過精準農業、遙感技術、物聯網、大數據分析與基因編輯、轉基因和組織培養等技術的結合，農業生產變得更加高效、智能和可持續。這不僅提升了作物的產量和品質，還有效減少了資源浪費和環境負擔。

參考文獻

[1]丁玉華. 現代科技在農作物保護中的應用現狀 [J]． 農業工程技術，2020，40（27）：69-70.

[2]劉媛. 現代科技在農作物保護中的應用探討 [J]． 農家參謀， 2020，（13）：5.

[3]段恩忠. 現代科技在農作物保護中的應用探討 [J]． 種子科技，2020，34（12）：12+16.

[4]車麗娟. 現代科技在農作物保護中的應用探討 [J]． 農業與技術，2020，35（12）：231-232.

[5]張樹芳. 現代科技在農作物保護中的應用現狀 [J]． 農業與技術，2020，32（08）：135.

[6]利用生物工程技術創制氮高效農作物新種質. 天津市， 南開大學，2020-01-01.

[7]王維強. 生物工程在農作物病蟲害防治中的應用 [J]． 現代農業科技，2020，（22）：98+100.

收稿日期：2024.7.3

作者簡介：劉敬斌（1987.06），漢，男，山東平邑，農藝師，研究生，主要研究方向：農學。