【正文】 20xx年北京分析測試學(xué)術(shù)報告會及展覽會 (BCEIA 20xx)“科學(xué)儀器發(fā)展論壇”論文 20xx年國際工程科技大會 (ICETS20xx)論文 科學(xué)儀器設(shè)備在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化中的作用和幾類主要儀器設(shè)備的發(fā)展概況 蔣士強 1 中 國 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué) 院 中國儀器儀表學(xué)會農(nóng)業(yè)儀器應(yīng)用技術(shù)學(xué)會 20xx年 10月 19日 2 20xx年北京分析測試學(xué)術(shù)報告會及展覽會 (BCEIA 20xx)“科學(xué)儀器發(fā)展論壇”論文 20xx年國際工程科技大會 (ICETS20xx)論文 科學(xué)儀器設(shè)備在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化中的作用和幾類主要儀器設(shè)備的發(fā)展概況 蔣士強 (中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 中國儀器儀表學(xué)會農(nóng)業(yè)儀器應(yīng)用技術(shù)學(xué)會 北京 100081) 摘 要：本文簡介農(nóng)業(yè)各領(lǐng)域中分析測試的對象和特點，論敘農(nóng)業(yè)科技、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展中科學(xué)儀器設(shè)備的應(yīng)用狀況和法定地位。概述了農(nóng)業(yè) 科研和教學(xué)中幾類主要儀器設(shè)備的發(fā)展慨況 關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化 科技發(fā)展 科學(xué)儀器 分析儀器 農(nóng)業(yè)儀器 分析測試 檢測控制 檢驗標(biāo)準(zhǔn) 檢驗方法 生命科學(xué) 生物技術(shù) 1 引言 現(xiàn)代科學(xué)儀器當(dāng)今已形象地被譽為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的“倍增器”、軍事上的“戰(zhàn)斗力”，科技發(fā)展的“先行官”商貿(mào)上的“物化法官”。據(jù)美國商務(wù)國家標(biāo)準(zhǔn)局 20世紀(jì) 90年代發(fā)布的調(diào)查數(shù)據(jù)表明，美國儀器儀表產(chǎn)值，占社會總產(chǎn)值的 4%，而拉動的相關(guān)經(jīng)濟的產(chǎn)值卻達到社會總產(chǎn)值的 66%。另外從海灣戰(zhàn)爭、沙漠風(fēng)暴直至如今所稱的超 限戰(zhàn)，科學(xué)儀器中的測控儀器則是軍事上的戰(zhàn)斗力。說及科學(xué)儀器在科研和科技發(fā)展中的地位，可說從古代的科學(xué)探索到今日的科學(xué)研究，科學(xué)儀器是其主要支撐。據(jù)統(tǒng)計資料，從 20世紀(jì)初到 1991年，諾貝爾獎頒發(fā)給與科學(xué)儀器發(fā)明相關(guān)的實驗項目達 27項 (見附表 1)。《科學(xué)時報》 20xx年 3月 7日為紀(jì)念諾貝爾獎?wù)Q生 100周年，發(fā)表的“百年諾貝爾、儀器促科學(xué)”特刊中介紹了 100年來有 22項諾貝爾獎授給了為科學(xué)探索發(fā)明科學(xué)儀器或運用科學(xué)裝備獲得成果的科學(xué)家。而更引人深思的例子是近十年來人類基 3 因組計劃的提前完成和引發(fā)出來的一場世界性官 司， 1990年從根本上解決人類疾病的診斷治療、新藥開發(fā)、司法鑒定、食品衛(wèi)生監(jiān)督等，美國提出了號稱 20世紀(jì)三個偉大的科學(xué)計劃之一。人類基因組研究，擬投資 30億美元，計劃用 15年時間完成任務(wù)，由 4 表 1 與科學(xué)儀器發(fā)明發(fā)展相關(guān)的諾貝爾獎榮獲者 編號 年 份 獲 獎 者 獲 獎 項 目 1 1901年 Rontgen, Wilhelm Conrad 首次發(fā)現(xiàn)了 X射線的存在 2 1901年 Van’t Hoff, Jacobus Henricus 發(fā)現(xiàn)了化學(xué)動力學(xué)的法則及溶液滲透性 3 1902年 Arrhenius, Svante August 對電解理論的貢獻 4 1906年 Thomson, Sir Joseph John 對氣體電導(dǎo)率的理論研究及實驗工作 5 1907年 Michelson, Albert Abranhaam Von Laue, Max 首先制造光學(xué)精密儀器及對天體的光譜 研究 6 1914年 Bragg, Sir William Henry及 Bragg, Sir William Lawrence 發(fā)現(xiàn)結(jié)晶體 X射線的衍射 7 1915年 Barkla, Charles Glover 共同采用 X射線技術(shù)對晶體結(jié)構(gòu)的分析 8 1917年 Asron, Francis William 發(fā)現(xiàn)各種元素 X射線輻射的不同 9 1922年 Pregl, Fritz 發(fā)明了質(zhì)譜技術(shù)可以用來測定同位素 10 1923年 Einthoven, Willem 發(fā)明了有機物質(zhì)的微量分析 11 1924年 Siegbahn, Karl Manne Ge 發(fā)現(xiàn)了心電圖機制 12 1924年 Svedberg, The(Theodor) 在 X射線的儀器方面的發(fā)現(xiàn)及研究 13 1926年 Venkata 采用超離心機研究分散體系 14 1930年 Raman, Sir Chandrasekhara 發(fā)現(xiàn)了喇曼效應(yīng) 15 1939年 Lawrence, Emest Orlando 發(fā)明并發(fā)展了回旋加速器 16 1944年 Rabi, Isidor Isaac 用其振方法記錄了原子核的磁性 17 1948年 Tiselius, Ame Wilhelm Kaurin 采用電泳及吸附分析法發(fā)現(xiàn)血漿蛋白質(zhì) 的性質(zhì) 18 1852年 Mills 發(fā)展了核磁共振的精細測量方法 19 1952年 Martin, Areh er John Porter及 Synge Richard Laurense Millingon 發(fā)明了分析色譜法 20 1953年 Zemike, Frits(Frederik) 發(fā)明了相關(guān)顯微鏡 21 1959年 Heyrovsky, Jaroslay 首先發(fā)展了極譜法 22 1979年 Cormak, Allan M. 及 Hounsfield, Sir Godfrey N. 發(fā)明計算機控制掃描層析診斷法 (CT) 23 1981年 Siegbahn, Kai M 發(fā) 展了高分辨電子光譜法 24 1981年 Bloembergen, Nicolaas及 Schawolow, Arthur L 發(fā)展了激光光譜法 25 1982年 Klug, Sir Aaron 對晶體電子顯微鏡的發(fā)展 26 1986年 Binnig, Gerd及 Rohrer, Heinrich 地高分辨核磁共振方法的發(fā)展 27 1991年 Emst, Richard R 對高分辨核磁共振方法的發(fā)展 5 于當(dāng)時只能利用板凝膠電泳，不但成本很高，且進度實在太慢，從而不得不于 1993年重新修訂計劃，明確規(guī) 定用 50%經(jīng)費先研究測序的方法和儀器，并吸收世界各國聯(lián)合攻關(guān)， 1995年以后由于測序儀快速更新，整個步伐猛然加快， 1999年提出 3700型陳列毛細管電泳構(gòu)成的測序儀，速度提高了 30多倍，接著又出現(xiàn)了掃描毛細管電泳、芯片毛細管電泳等新儀器和方法，速度提高近千倍，所以于 20xx年 6月 28日公布完成人類基因組框架圖， 20xx年 2月 12日，美、日、德、法、英、中 6國集團政府首腦宣布完成人類基因組圖譜及初步分析結(jié)果，也即由于儀器和方法的突破使整個計劃提前 4～ 5年完成。同時更引人深思的是美國一家私營公司── Celera基因組公司憑著其首創(chuàng)的鳥槍法和擁有 500臺高級的測序儀，也幾乎同時宣布完成人類基因組計劃，并要求把有關(guān)技術(shù)成果作為專利登記、保護、壟斷與 6國政府集團一致主張有關(guān)技術(shù)成果全球共享相抗?fàn)?、叫板。這是最新也是最有力的一例，誰擁有先進的科學(xué)儀器和方法，誰就能早日登上科學(xué)的頂峰。 隨著技術(shù)經(jīng)濟時代的到來，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的實施，農(nóng)業(yè)科研化靠一把尺、一桿稱、咬一咬、摸一摸、用眼看一看的時代已一去不復(fù)返了。 農(nóng)業(yè)包括種植業(yè)、林業(yè)、畜牧業(yè)、漁業(yè)和農(nóng)副產(chǎn)品加工業(yè) (國外多將農(nóng)業(yè)與食品歸為一個領(lǐng)域 )，與其他領(lǐng)域一樣，科學(xué)儀器和檢控儀器 ，作為信息技術(shù)的源頭，也必然是農(nóng)業(yè)科技發(fā)展的“摧化劑”，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和可持續(xù)發(fā)展的“倍增器”。 1 . 1 科學(xué)測試和控制儀器在農(nóng)業(yè)的應(yīng)用。 如今科學(xué)測試和檢控儀器已滲透到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的各領(lǐng)域和環(huán)節(jié) (見表 2)，既涉及動植物本體的性狀、生理、生態(tài)和環(huán)境因子及其產(chǎn)品品質(zhì)的測試分析，也涉及產(chǎn)品在儲運、保鮮和加工中的檢控。過去多認(rèn)為農(nóng)業(yè)比較粗放，對儀器的技術(shù)要求不高、品種不多，其實這是一種錯覺。 1 . 2 對象與特點。 農(nóng)業(yè)各方面需分析測試和檢控的對象極廣泛，從動植物群體個體到細胞、基因、分子，從有機到無機，從檢測 生態(tài)環(huán)境到模擬甚至創(chuàng)造特定的生態(tài)環(huán)境，其對象多是生物體，而使用條件又是比工業(yè)使用環(huán)境更惡劣的田間、現(xiàn)場。 1 . 3 需術(shù)與市場占有率。 當(dāng)今我國科學(xué)儀器的許多技術(shù)指標(biāo)、性能、應(yīng)用條件尚難滿足目前農(nóng)口凡屬較深層次的科技項目和較大規(guī)模的精細農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，實際需求。但是，我國儀器儀表行業(yè)歷經(jīng)波折和努力之后，還是取得了長足的發(fā)展。據(jù)我們對農(nóng)業(yè)和食品業(yè)抽樣統(tǒng)計，按臺數(shù)計算、省級和地 (市 )級國產(chǎn)儀器占有率約占 70％以上，而縣級部門幾乎都用國產(chǎn)儀器?，F(xiàn)以農(nóng)業(yè)幾個方面和我國已公布實施的農(nóng)業(yè)和食品業(yè)的幾個標(biāo)準(zhǔn)為例，概述幾種通 用的分析儀器在農(nóng)業(yè)和食品業(yè)應(yīng)用狀況和法定地位，并簡要介紹農(nóng)業(yè)科研和教學(xué)中幾類主要儀器設(shè)備的發(fā)展概況。 6 用于農(nóng)牧業(yè)生物技術(shù)分析系統(tǒng) 用于動植物檢疫系統(tǒng) 用于動植物生理生化分析系統(tǒng) 用于畜禽產(chǎn)品品質(zhì)檢測系統(tǒng) 用于動物疫病診斷分析系統(tǒng) 用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)生態(tài)和環(huán)保檢測系 統(tǒng) 用于獸藥監(jiān)察及殘留分析系統(tǒng) 用于農(nóng)藥及其殘留分析系統(tǒng) 用于飼料品質(zhì)檢測系統(tǒng) 用于農(nóng)產(chǎn)品和林化產(chǎn)品品質(zhì)分析系統(tǒng) 用于畜牧獸醫(yī)和農(nóng)牧產(chǎn)品顯微鏡檢 用于農(nóng)、林、牧航測遙感 分 析 儀 器 光學(xué)儀器 用于動植物組織、細菌、細胞等顯微觀察 用于土壤肥料分析系統(tǒng) 用于并構(gòu)成：品種資源庫檢測控制系統(tǒng) 用于并構(gòu)成：農(nóng)、林、漁業(yè)科研生態(tài)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng) 用于并構(gòu)成：農(nóng)副產(chǎn)品、飼料加工檢測控制系統(tǒng) 用于并構(gòu)成：蔬菜、花卉溫室檢測控制系統(tǒng) 用于并構(gòu)成：農(nóng)