农业现代化对科学仪器的呼唤与展望.docVIP

2000年国际工程技术交流文件 农业现代化对科学仪器的呼唤与展望 中国农业科学院 中国仪器仪表学会农业仪器应用技术学会 蒋士强 2000年8月30日 农业现代化对科学仪器的呼唤与展望 蒋士强 (中国农业科学院 中国仪器仪表学会农业仪器应用技术学会 100081) 摘要：本文简介农业各领域测试分析的对象、特点和应用现状。论叙了农业可持续发展中、农业科技发展和农业生产中对科学仪器和农业专用仪器的需求、展望和技术创新的方向。 关键词：农业现代化 科技发展 科学仪器 农业仪器 测试分析 检测控制 农业包括种植业、畜牧业、林业、渔业和产品加工业，与其他学科和领域一样，作为信息技术的源头，科学测试分析和检测控制仪器(以下统称科学仪器)也必然是农业科技发展的“摧化剂”、农业现代化生产和可持续发展农业的“倍增器”，只是比其他行业界滞后一些。但近十多年来发生了变化，科学仪器已渗透到现代农业的各领域和环节(如附表所示)，既涉及动植物本体的性状、生理生态和环境因子及其产品品质的测试分析，也涉及产品在储运、保鲜和深加工中的检测控制。过去有一种错觉、多认为农业比较粗放，对科学仪器的技术要求不高、需求品种不多。其实农业各领域需测试分析和检测控制的对象极广泛，从动植物群体、个体到细胞、基因、分子，从有机到无机，从检测生态环境到模拟甚至创造特定的生态环境，其对象是生物体，而使用条件是比工业使用环境更恶劣的田间、现场，所以在农口、凡属较深层次的科技项目和较大规模的精细农业生产、当前我国科学仪器的许多技术指标、性能、应用条件尚难满足农业现代化和发展精细农业，实现优质高产的需求。现从为实现农业可持续发展中发展农业科学技术和实现现代化农业生产这二个层面上来加以剖析和归纳。 一、现代农业科技发展对科学仪器的需求和展望 农业测试分析的对象从有机到无机、面很广，且多为天然样品，多组份共存、背景干扰严重、生物样品不均匀性，且测试分析的组份附表1 各类科学测试、控制仪器在农业中的应用 涉及人体健康，所以除常规分析之外，还有大量属于微量级、痕量级甚至超痕量级的分析，此外，除组份分析外，还需做结构分析，所以农业科技发展中所需用的科学仪器可说涵盖了当今所有分析测试仪器[1、2、8]，需特别提出的有以下四点。 1. 色谱仪和光谱仪仍然是农口应用面广、量大的科学仪器。 农口测试分析、大量属有机物，故色谱仪及其分析方法应用得很广，仪器的需求量还将不断增加，问题是须在提高分离能力和稳定性的基础上，着力提高检测器的灵敏度和检出限的水平。我国也应开发近几年来国外已商品化的多种高灵敏度检测器，例如气相色谱(GC)中的Micro-ECD，检出水平已达fg级；PFPD检测器对P、N、S的灵敏度都提高了10－100倍。液相色谱(HPLC)中高灵敏度扫描荧光检测器、示差检测器、电化学检测器，我国都急待研发和商品化。 光谱仪中的紫外一可见光光度计是最通用的仪器，我国也有较好的基础，建议应进一步提高的稳定性、精度、降低杂散光和噪音。 鉴于微量元素既是生物不可缺的养分之一，然而过量则为害，特别重金属元素对生物、对人身健康则为毒，所以对于测定微量元素的原子吸收分光光度计和等离子发射光谱仪(ICP)的分辨率、稳定性、检出限是农口极为关注的指标。 2. 农口也在呼唤质谱仪和联用仪 五年前我国只有少数农业科研单位应用质谱仪(MS)和联用仪，随着农业科技发展，为测定生物大分子，研究天然产物中化合物结构，研究代谢产物，检测农牧渔业产品中有害的有机物污染，测定农药兽药残留和超微量级重金属对农业环保和人身健康的影响、都十分引人关注，例如1999年震惊世界的剧毒致癌物二恶英污染畜禽产品事件，近来世界上又爆出有关多氯联苯(PCB)等致病化合物、以及导致内分泌紊乱的化合物(EDC)等等，都促使世界各国对质谱仪、色谱/质谱联用以及MS与光谱仪联仪的急切需求，所以研发新型MS、突破接口技术、继续完善GC/MS、LC/MS、GC/MS/MS、LC/MS/MS以及ICP/MS将是国内外研发大型科学仪器的热点之一。 3. 应尽快地将生命科学专用仪器设备的空白补上 生命科学的二大领域是医疗和农业，当今发达国家都在争夺21世纪生命科学的制高点，许多专家预言，农业生物技术将引发第二次绿色革命，它是可持续性优质、高产、高抗、高效农业的技术支柱之一，但是生命科学和产业、从上游基础研究到下游产业化都依托于一系列生物技术专用仪器设备，其发展很快、技术含量高、也很贵、我国正处起步阶段，为迎接这一世纪性的学科和产业，我国也应将其中常用的仪器列入研发和产业化计划，例如：CO2培养箱、分子杂交箱，发酵罐(生物反应器)等培养设备；各种离心机、层析仪、膜分离等分离纯化仪器；DNA扩增仪、各种电泳仪及图像处理系统、DNA测序仪等