第一篇：農業生物技術課程論文

農業生物技術課程論文

題 目：_植物耐鹽相關基因克隆與基因工程的研究進展

院（系）： 專業： 班級： 姓名： 學號： 成績： 完成日期：

2011-6-10

農學院

植物耐鹽相關基因克隆與基因工程的研究進展

摘要：隨著分子生物學技術的不斷發展，植物耐鹽基因工程已經成為當前研究的熱點．植物基因工程為耐鹽新品種選育提供新的途徑．很多耐鹽相關基因相繼被克隆和研究，包括離子調節關鍵基因、滲透調節物質合的關鍵基因、氧化脅迫調節關鍵基因、鹽脅迫信號傳導途徑相關基因以及相關調控元件和因子，部分成功應用于植物育種研究．

關鍵詞：耐鹽性、基因克隆、基因工程、土壤鹽漬化、耐鹽基因

隨著全球水資源危機以及土壤鹽化問題的加劇，鹽脅迫已經成為影響植物生長、導致糧食和經濟作物減產的主要限制因素。目前，世界鹽漬土面積約１０億ｈｍ２；中國鹽漬土面積約３４６０萬ｈｍ２，鹽堿化耕地７６０萬ｈｍ２，其中原生、次生鹽化型和各種堿化型分布分別占總面積的５２％、４０％和８％。對于鹽漬化土壤的利用主要采取兩種措施，一是用化學或物理方法改造土壤；二是通過生物技術培育耐鹽作物品種。前者不僅耗資巨大，且隨著大量化學物質的加入加重了土壤的次生鹽漬化，因此培育耐鹽的作物品種就日益重要。國內外學者研究了鹽分對植物的傷害、植物耐鹽的機理，克隆了一些耐鹽相關基因，并通過耐鹽相關基因轉化，獲得了一些耐鹽性提高的轉基因植物，展示了誘人的前景。本文從植物耐鹽的機理、耐鹽相關基因的克隆及轉耐進行了展望。

1、植物耐鹽的機理

鹽分對植物脅迫分為滲透脅迫、離子傷害、離子不平衡或營養缺乏三類，滲透脅迫和離子傷害目前被認為是對植物危害的兩個主要過程。植物的耐鹽性環境下的少數耐鹽植物進化出特殊器官泌鹽和稀鹽，如海灘的紅樹和堿蓬屬植物。對多數植物來說，則是生理耐鹽。鹽脅迫下滲透機制的調節在鹽脅迫下，由于外界滲透壓較低，植物吸收水分困難，細胞會發生水分虧缺現象。植物為了避免這種傷害，會主動積累一些可溶性物質，降低細胞的滲透勢，從而使水分順利地進入植物體內，保證植物正常生理活動的進行。滲透調節分為無機滲透調節和有機滲透調節。參與無機滲透調節的離子主要是Ｎａ＋、Ｋ＋、ｃａ２＋和ｃｌ。趙可夫等研究發現鹽生植物的無機滲透劑以Ｎａ＋、Ｋ＋和ｃｌ為主，而非鹽生植物高梁、蘆葦等主要以Ｋ＋和有機滲透物質為主。說明鹽生植物和非鹽生植物在滲透調節物質方面的不同。植物在逆境中會主動積累一些有機滲透物質，其中小分子化合物有如下幾類：第一類是多元醇，如甘如蔗糖、海藻糖等；第三類是氨基酸及其衍生物，如脯氨酸、甘氨酸、甜菜堿等。這些物質對細胞無毒，對代謝過程無抑制作用，它們的積累在一定范圍內可以維持鹽脅迫下細胞的正常膨壓和代謝功能。這些保護滲透物質在植物抗鹽研究中已越來越受重視。

鹽脅迫改變代謝途徑在鹽脅迫下，一些鹽生植物能夠通過改變其自身的代謝途徑而適應高鹽度的生存環境。一些肉質植物，如豆瓣綠屬植物、馬齒莧科植物以及禾本科植物冰草等，在鹽漬或水分脅迫下可以改變光合碳同化途徑，途徑變為ＣＡＭ途徑。ＣＡＭ植物在夜間開放氣孔進行C0２吸收和固定，白天氣孔關閉減少蒸騰量。這種轉變的機理，趙可夫等認為主要是Ｃｌ活化了細胞中的ＲｕＢＰ羧化酶所導致的。并通過測量Ｃ０２固定和ＰＥＰ羧化酶活性證實光合作用轉變是受鹽誘導目前獲得的一些轉基因植物耐鹽性雖有提高，但這只是相對于對照植株而言的，轉入均是單個基因或相關的兩個基因，并沒有得到生產大田能利用的抗鹽植株。目前比較一致的觀點是：植物的耐鹽性是多種生理性狀的綜合表現，是由位于不同染色體上的多個基因控制的，因此培育有實踐意義的轉基因植物可能需要同時轉入多個基因。植物耐鹽基因工程的工具基因植物作為固著生物，為了適應變化的環境就必須對脅迫產生快速應答，鹽脅迫也不例外。植物耐鹽應答機制主要包括生理和分子細胞兩個水平，以下根據不同耐鹽機制對相關基因進行分類介紹。１．１離子調節相關基因

Ｎａ＋是鹽漬土壤中主要的有害離子，在植物體中過量積累會破壞細胞膜結構、使膜選擇性喪失、降低胞質酶活性、阻礙光合作用和代謝過程，引發離子脅迫。植物要在高鹽環境下維持正常生長發育．降低胞質Ｎａ＋濃度是關鍵，為此植物細胞采取了限制Ｎａ＋內流、增加Ｎａ＋外排、Ｎａ＋區隔化等策略。高等植物中Ｎａ＋外排主要依賴于質膜Ｎａ＋／Ｈ＋反向轉運蛋白，而植物囊泡中Ｎａ＋區隔化則通過液泡膜Ｎａ＋／Ｈ＋反向轉運蛋白來實現。ＧａｘｉｏｌａＲＡ等人首先在擬南芥中克隆了編碼液泡膜Ｎａ＋／Ｈ＋反向轉運蛋白的ＡｔＮＨＸｌ基因。Ａｐｓｅ等人在擬南芥中超量表達ＡｔＮＨＸｌ基因提高了植株的耐鹽性，并對番茄和油菜進行轉化，得到了可在２００ｍＭＮａＣｌ條件下正常生長結實的轉基因植株，獲得了世界第一批真正意義上的耐鹽作物。此后又分離了多種高等植物ＮＨＸｌ基因．ＣｈｅｎＬ Ｈ等人將ＡtＮＨＸｌ基因導人養麥，獲得了可在２００ｍＭＮａＣＩ條件下生長開花且主要營養成分未受影響的轉基因植株，此時野生型植株已無法正常生長。Ｎａ＋大量涌人還會破壞細胞內離子平衡，引發營養脅迫。但是質膜上沒有Ｎａ＋特異轉運蛋白，認為Ｎａ＋吸收是通過高親和性及低親和性Ｋ＋轉運系統完成的，而Ｋ＋又在酶活性調節、蛋白質合成、滲透調節等生理過程中具有重要作用，可見保持胞質Ｋ＋濃度、維持Ｎａ＋／Ｚ＋比率不僅是植物生長也是抗鹽的關鍵。ＨＫＴ類蛋白既可作為高親和Ｋ＋轉運體，又可作為Ｎａ＋轉運體，也可能具有雙重功能但選擇性不同，認為ＨＫＴ蛋白在植物抗鹽過程中發揮作用。ＳｃｈａｃｈｔｍａｎＤＰ等人率先克隆了小麥ＨＫＴＩ基因。此后克隆了多個植物ＨＫＴ蛋白同源基因。Ｒｅｎ等人從水稻中分離的編碼ＨＫＴ型轉運蛋白的ＳＫＣｌ基因，具有選擇性轉運Ｎａ＋的功能，有助于維持高鹽條件下枝條中高Ｋ＋含量，促進植物生長。

ｌ.2 高鹽環境下，外界滲透勢較低會導致植物細胞水分虧缺，即產生滲透脅迫。為了抵御滲透脅迫，植物將積累小分子（糖醇、氨基酸、胺類化合物等）和大分子（水通道蛋白、保護性蛋白、滲調蛋白等）滲透保護物質，認為利用合成滲透保護物質的基因轉化植物可以提高耐鹽性。甘露糖醇一１一磷酸脫氫酶是甘露糖醇代謝途徑中的關鍵酶，催化果糖合成甘露糖醇的反應。用大腸桿菌中編碼甘露糖醇一卜磷酸脫氫酶的ｍｔｌＤ基因轉化毛白楊得到的轉化株可在７５ｍＭＮａＣＩ條件下生長，而野生株生長受到抑制。甘氨酸甜菜堿在植物細胞中積累可以增強植物耐鹽性。其合成過程涉及膽堿單加氧酶和甜菜堿醛脫氫酶兩個關鍵酶。目前大麥、水稻、菠菜、山菠菜和甜菜中的甜菜堿醛脫氫酶基因都已經被克隆。ＳｈｉｒａｓａｗａＫ等人使水稻超量表達菠菜ＣＭＯ基因，轉化株甘氨酸甜菜堿含量較野生型提高９倍，可在１５０ｍＭＮａＣＩ條件下生長。ＫｕｍａｒＳ等人通過質體轉化法使甜菜堿醛脫氫酶基因在胡蘿卜中表達獲得了可在４００ｍＭＮａＣｌ條件下生長的轉基因植株，此時野生型植株已經無法存活，這是目前已知轉基因植物所能耐受的最高鹽濃度。ＬＥＡ蛋白能夠在種子成熟干燥過程或滲透脅迫條件下保護細胞免受低水勢損傷，ＬＥＡ基因是第一個鑒定到的在種子成熟和發育階段表達的基因。ＨａｎＬＭ等人利用小麥ＬＥＡ蛋白編碼基因Ｔ４——ＬＥＡｌ轉化得到的丹參能夠在１％ＮａＣｌ脅迫條件下生長。１．３氧化調節相關基因

離子脅迫和滲透脅迫是高鹽毒害的兩個主要方面，它們還會誘發次級氧化脅迫，即產生活性氧自由基、破壞膜和酶系統。過氧化物酶、超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、維生素Ｅ、還原型谷胱甘肽、抗壞血酸還原酶等可作為植物體內保護酶系統協調作用清除膜脂過氧化產生的活性氧類物質，保護膜及細胞內酶系統不受破壞，利用相應編碼基因對植物進行轉化使抗氧化劑高水平積累可以有效提高耐鹽性。ＧａｏＸ等人用２００ｍＭＮａＣｌ處理超量表達ｓＤＤ２基因的轉基因和野生型擬南芥，二者發芽率均下降，但轉化株發芽率下降水平僅為野生株的１／１０～１／３。表達水稻脫氫抗壞血酸還原酶基因的擬南芥能夠在１００ｍＭＮａＣＩ條件下發芽，而此時野生株萌發受到抑制，證實增強植物脫氫抗壞血酸還原酶活性、提高總抗壞血酸鹽含量可顯著增強植物耐鹽性。

１．4調控耐鹽基因表達的轉錄因子

乙烯應答元件是植物中重要的特異轉錄因子，可以與乙烯應答ＧＣＣ盒和干旱應答元件發生互作。用編碼乙烯應答因子型轉錄因子的大麥根富集因子基因轉化擬南芥，對轉化植株進行高鹽處理后種子和根仍可正常萌發生長，表明大麥根富集因子基因對植物鹽脅迫應答具有調控作用Ｃ２Ｈｚ型鋅指蛋白是真核生物基因組中最豐富的鋅指蛋白，其ＥＡＲ阻遏物結構域在植物非生物脅迫應答調節中具有重要作用。Ｃｉｆｔｃｉ ＹｉｌｍａｚＳ等人用Ｚａｔ７轉化擬南芥，得到了可在１５０ｍＭＮａＣＩ條件下生長的轉化植株，ＮａＣｌ濃度為１００ｍＭ時，野生型植株和ＥＡＲ結構域缺失或發生改變的突變植株就已經無法存活。近幾年來，科學家們研究發現了一系列逆境脅迫相關基因，目前多個植物耐鹽相關基因已被克隆而且這些基因與植物耐鹽性狀的關系也得到初步確認。小分子滲透調節物質合成相關基因克隆及基因工程

在鹽脅迫下，由于外界滲透勢較低，植物細胞會發生水分虧缺現象，即滲透脅迫。植物為了避免這種傷害，在逆境情況下必須產生一種適應機制，多數植物能夠通過積累大量的代謝物質如糖類（果糖、蔗糖、海藻糖等）、氨基酸（脯氨酸）等來調節植物細胞內滲透壓與外界平衡，降低體細胞水勢，保持膨壓。維持高的細胞質滲透壓，保證細胞的正常生理功能。Ｂｒａｙ認為脯氨酸、甜菜堿等小分子有機物的大量積累不會破壞其它生物大分子的結構和功能，同時表現出良好的親和性，也具有較強的滲透調節作用，是理想的滲透物質。

2．1 甜菜堿

甜菜堿是一類銨化合物，化學名稱為Ｎ一甲基代氨基酸。植物中的甜菜堿有１２種，最簡單的、研究最多的甘氨酸甜菜堿。許多高等植物，尤其是藜科和禾本科穰物，在受到鹽脅迫時積累大量甜菜堿，其積累水平與植物抗脅迫能力成正比。其生物合成是從膽堿開始經２步氧化生成的。首先在膽堿加單氧酶的催化下，膽堿合成甜菜堿醛，然后，甜菜堿醛在甜菜堿醛脫氳酶催化下形成甜菜堿。膽堿單加氧酶、甜菜堿醛脫氳酶兩種酶都存在于葉綠體基質中，其活性受鹽脅迫誘導。鹽堿脅迫能使甜菜堿醛脫氳酶活性顯著增加，并且與甜菜堿的積累具有相關性，但這方面的研究多限于幼苗或成熟植株以及脅迫誘導下植物體內甜菜堿含量及甜菜堿醛脫氳酶活性的動態變化。Ｍｅｎｇ等從莧中，克隆了膽堿單加氧酶基因全長ｃＤＮＡ，為一個編碼４４２個氨基酸的多肽，通過ＤＮＡ印跡分柝該基因在基因組中為單拷貝，受予旱和鹽脅迫誘導。甜菜堿醛脫氳酶是一個６０ｋＤ的多肽二聚體，主要集中在菠菜和甜菜葉綠體基質中。ＭｃＣｕｅ等在對甜菜進行的研究中克隆了３個負責編碼甜菜堿醛脫氳酶的ｅＤＮＡ，發現三者的核酸序列差異較小。肖崗等從耐脅追很強的藜科植物山菠菜中克隆了甜菜堿醛脫氳酶的ｅＤＮＡ。Ｉｓｈｉｔａｎｉ等從大麥中克隆到了甜菜堿醛脫氳酶基因的ｅＤＮＡ，通過分析發現其與大腸桿菌中的膽堿單加氧酶基因有高度的同源性，同時發現該基因受干旱和鹽脅迫誘導。目前甜菜堿醛脫氳酶的編碼基因已經被應用到抗逆性基因工程當中：梁崢等將菠菜中的甜菜堿醛脫氫酶基因轉入到煙草中，結果發現獲得轉基因植株中甜菜堿積累量顯著增加，植株的抗旱以及耐鹽牲均獲得提高。郭北海等采爆基因槍法將由菠菜甜菜堿醛殘氫酶基因導入小麥品種，并且得以表達。在鹽脅迫條件下，多數轉基因植株葉片的甜菜堿醛脫氳酶活性比受體親本提高ｌ～３倍，部分植株相對電導率比親本明顯低，表明轉基因植株的細胞膜在脅迫時有受損較輕傾向。孫仲序等將其成功地轉入葡萄。

2．2 胃溶性糖

鹽脅迫除了誘導一些小分子溶質外，還可誘導可溶性糖的變化，這蝗糖類有果聚糖、海藻糖等。這些可溶性糖類在植物體內也起到了重要的滲透壓調節作用。果聚糖廣泛存在于植物和微生物的細胞液泡中，而某些植物還能以果聚糖的形式儲存光合作用固定的能量。果聚糖在細胞內是可溶的，在植物遭遇到鹽脅迫能夠降低細胞的水勢，參與細胞的滲透調節。Ｐｉｌｏｎ Ｓｍｉｔｓ克隆到了枯草桿菌枯草桿菌果聚糖蔗糖轉移酶基因，并將枯草桿蘇打中枯草桿菌果聚糖蔗糖轉移酶基因與液泡定位信號連接，啟動子為組成型后，然后轉入煙草。外源基因得到表達，轉基因植株的非機構性糖類明顯高于對照，在轉基因甜菜植物中表達枯草桿菌果聚糖蔗糖轉移酶基因，在脅迫條件下，能夠積累暴聚糖，增強抗旱性。枯草桿菌果聚糖蔗糖轉移酶基因基因對植物抗鹽性的提高也有幫助，張慧等將枯草桿菌果聚糖蔗糖轉移酶基因，與克隆自酵母的羧肽酶Ａ的液泡引導信號序列連接得到嵌合基因構建雙元表達載體，經農桿菌介導轉化煙草。獲得的抗性芽能在含１％ＮａＣｌ的ＭＳ培養基上正常生根，轉基因小苗澆灌含１％ＮａＣｌ的ｈｏａｌａｎｄ，Ｓ營養液轉基因煙草植株生長良好，而未轉化苗出現明顯萎蔫，結果顯示枯草桿菌果聚糖蔗糖轉移酶基因基因的植物基因工程可提高煙草植株的耐鹽性。海藻糖是一種還原性雙糖，一般存在于低等生物（如酵母、細菌等）中，其化學結構和在維管植物中普遍存在的蔗糖的化學結構很相似，在脅迫環境下，海藻糖能夠阻止細胞磷脂雙分子膜由液晶態向固態轉變，能夠穩定蛋白質等高分子物質，從而增加細胞對鹽脅迫的抵抗力。另外，在一些極端耐旱的復蘇植物含有大量海藻糖，對其抵御干旱脅迫起到了至關重要的作用，可以使其桔死后得以復活。在酵母中，海藻糖的合成由海藻糖一６一磷酸合酶和海藻糖一６一磷酸磷酸酶共同完成。通過轉基因，使植物產生和積累海藻糖，提高植物抗旱性的工作已經有報道，Ｈｏｌｍｓｔｒｍ等將海藻糖一６一磷酸合酶基因轉入煙草，轉基因植株脅迫后復水可恢復生長，而對照則枯萎了。表現出海藻糖一６一磷酸合酶基因能夠提高植物的耐脫水能力。趙恢武的結果證實海藻糖一６一磷酸合酶基因能夠提高煙草抗旱性，但發現煙草的正常生長受到影響。王自章等利用農桿菌介導法將海藻糖合酶基因轉入甘蔗，獲得抗滲透脅迫能力增強植株。酵母的羧肽酶Ａ的液泡引導信號序列連接得到嵌合基因構建雙元表達載體，經農桿菌介導轉化煙草。獲得的抗性芽能在含１％ＮａＣｌ的ＭＳ培養基上正常生根，轉基因小苗澆灌含１％ＮａＣｌ的ｈｏａｌａｎｄ，Ｓ營養液轉基因煙草植株生長良好，而未轉化苗出現明顯萎蔫，結果顯示枯草桿菌果聚糖蔗糖轉移酶基因基因的植物基因工程可提高煙草植株的耐鹽性。海藻糖是一種還原性雙糖，一般存在于低等生物（如酵母、細菌等）中，其化學結構和在維管植物中普遍存在的蔗糖的化學結構很相似，在脅迫環境下，海藻糖能夠阻止細胞磷脂雙分子膜由液晶態向固態轉變，能夠穩定蛋白質等高分子物質，從而增加細胞對鹽脅迫的抵抗力。另外，在一些極端耐旱的復蘇植物含有大量海藻糖，對其抵御干旱脅迫起到了至關重要的作用，可以使其桔死后得以復活。在酵母中，海藻糖的合成由海藻糖一６一磷酸合酶和海藻糖一６一磷酸磷酸酶共同完成。通過轉基因，使植物產生和積累海藻糖，提高植物抗旱性的工作已經有報道，Ｈｏｌｍｓｔｒ６ｍ等將海藻糖一６一磷酸合酶基因轉入煙草，轉基因植株脅迫后復水可恢復生長，而對照則枯萎了。表現出海藻糖一６一磷酸合酶基因能夠提高植物的耐脫水能力。趙恢武的結果證實海藻糖一６一磷酸合酶基因能夠提高煙草抗旱性，但發現煙草的正常生長受到影響。王自章等利用農桿菌介導法將海藻糖合酶基因轉入甘蔗，獲得抗滲透脅迫能力增強植株。３與耐鹽性相關的調控元件和因子

植物在生長過程中，對各種環境脅迫會做出一系列反應，特異表達一些基因，以適應不利的環境條件。這就要求對各種功能的基因進行精確的調控。透過研究這些基因的表達，發現很多基因的表達受到其啟動子附近的順式作用元件以及與之相結合的反式作用因子的調控。在擬南芥中，Ｐｉｌｏｎ Ｓｍｉｔｓ等報道了一批受脫水誘導的基因Ｒｄ，其中一個受脫水和低溫誘導基因ｒｄ２９Ａ的啟動子中的一個９ ｂｐ的脫水響應元件，堿基序列為ＴＡＣＣＧＡＣＡＴ，是一種典型的順式作用元件。劉強等通過對比其它受干旱、高鹽以及低溫誘導的基因，發現這些基因的啟動子都有ＤＲＥ核心序列。可以認為ＤＲＥ核心對這些基因在逆境下表達起著調控作用。反式作用因子的編碼基因能夠促進相應基因的表達。Ｌｉｕ等發現屬于一個基因家族的兩個轉錄因子基因ＤＲＥＢＩＡ和ＤＲＥＢ２Ａ，表達產物為ＤＲＥ結合因子，結合在ｒｄ２９Ａ基因的啟動子區域，分析認為ＤＲＥＢｌＡ和ＤＲＥＢ２Ａ是相互獨立的、在分屬不同的干旱和鹽脅迫信號傳導途徑中起著反式作用因子的作用。并發現轉整合了組成型啟動子３５Ｓ后的ＤＲＥＢＩＡ和ＤＲＥＢ２Ａ基因的擬南芥能夠顯著提高抗脅迫能力，但ＤＲＥＢＩＡ過量表達，對其的正常生長產生不良影響。當在干旱誘導型啟動子ｒｄ２９Ａ的啟動子驅動下，這種負面影響降到最低限度，仍然能觀測到增強的抗脅迫能力。

４展望

土壤鹽漬化是影響農業生產和生態環境的一個重要的非生物脅迫因素。通過基因工程來培育耐鹽的農作物新品種為有效解決這個問題提供了一個薪的思路。對予植物耐鹽基因工程來講，獲得關鍵耐鹽基因尤為重要，隨著功能基因組學的開展，以及表達序列標簽及ｃＤＮＡ微陣列、基于轉座子標簽和Ｔ—ＤＮＡ標簽的反求遺傳學技術等新技術的應用，使得關鍵的耐鹽基因的分離及其功能鑒定變得更容易了。相信隨著分子生物學技術和方法的不斷發展和完善，植物耐鹽性的分子機理將逐步被了解，進而使通過基因工程方法提高植農作物耐鹽性成為可能。

參考文獻

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第二篇：食品生物技術課程論文

食品生物技術課程論文

——轉基因食品的發展現狀及安全性探究

轉基因食品的發展現狀及安全性探究

摘要：隨著轉基因技術的迅猛發展，轉基因食品逐漸走上了老百姓家的餐桌，與此同時，轉基因食品的安全性問題也成為了熱議話題。本文詳細分析了轉基因食品的利與弊，通過案例對轉基因食品的安全性做出了評價。

關鍵字：食品

轉基因

安全性

一．轉基因食品的含義

轉基因食品是利用現代分子生物技術，將某些生物的基因轉移到其他物種中去，改造生物的遺傳物質，使其在形狀、營養品質、消費品質等方面向人們所需要的目標轉變。以轉基因生物為直接食品或為原料加工生產的食品就是“轉基因食品”。

二．轉基因食品的種類

1.植物轉基因食品

植物性轉基因食品很多。例如，面包生產需要高蛋白質含量的小麥，而目前的小麥品種含蛋白質較低，將高效表達的蛋白基因轉入小麥，將會使做成的面包具有更好的焙烤性能。番茄是一種營養豐富、經濟價值很高的果蔬，但它不耐貯藏。為了解決

轉基因食品——西紅柿番茄這類果實的貯藏問題，研究者發現，控制植物衰老激素乙烯合成的酶基因，是導致植物衰老的重要基因，如果能夠利用基因工程的方法抑制這個基因的表達，那么衰老激素乙烯的生物合成就會得到控制，番茄也就不會容易變軟和腐爛了。美國、中國等國家的多位科學家經過努力，已培育出了這樣的番茄新品種。這種番茄抗衰老，抗軟化，耐貯藏，能長途運輸，可減少加工生產及運輸中的浪費。

2.動物性轉基因食品

動物性轉基因食品也有很多種類。比如，牛體內轉入了人的基因，牛長大后產生的牛乳中含有基因藥物，提取后可用于人類病癥的治療。在豬的基因組中轉入人的生長素基因，豬的生長速度增加了一倍，豬肉質量大大提高，現在這樣的豬肉已在澳大利亞被請上了餐桌。

3.轉基因微生物食品

微生物是轉基因最常用的轉化材料，所以，轉基因微生物比較容易培育，應用也最廣泛。例如，生產奶酪的凝乳酶，以往只能從殺死的小牛的胃中才能取出，現在利用轉基因微生物已

轉基因食品——草莓能夠使凝乳酶在體外大量產生，避免了小牛的無辜死亡，也降低了生產成本。

4.轉基因特殊食品

科學家利用生物遺傳工程，將普通的蔬菜、水果、糧食等農作物，變成能預防疾病的神奇的“疫苗食品”。科學家培育出了一種能預防霍亂的苜蓿植物。用這種苜蓿來喂小白鼠，能使小白鼠的抗病能力大大增強。而且這種霍亂抗原，能經受胃酸的腐蝕而不被破壞，并能激發人體對霍亂的免疫能力。于是，越來越多的抗病基因正在被轉入植物，使人們在品嘗鮮果美味的同時，達到防病的目的。

三．轉基因食品的優點與缺點

轉基因食品有較多的優點：可增加作物單位面積產量；可以降低生產成本；通過轉基因技術可增強作物抗蟲害、抗病毒等的能力；提高農產品的耐貯性，延長保鮮期，滿足人民生 活水平日益提高的需求；可使農作物開發的時間大為縮短；可以擺脫季節、氣候的影響，四季低成本供應；打破物種界限，不斷培植新物種，生產出有利于人類健康的食品。

轉基因食品也有缺點：所謂的增產是不受環境影響的情況下得出的，如果遇到雨雪的自然災害，也有可能減產更厲害。

四．轉基因食品發展現狀

近十余年來，現代生物技術的發展在農業上顯示出強大的潛力，并逐步發展成為能夠產生巨大社會效益和經濟利益的產業。1999年，全世界有12個國家種植了轉基因植物，面積已達3990萬公頃。其中美國是種植大戶，占全球種植面積的72%。世界很多國家紛紛將現代生物技術列為國家優先發展的重點領域，投入大量的人力、物力和財力扶持生物技術的發展。但是，轉基因食品在世界各個國家和地區之間的發展是不均衡的。

中國有13億人口，占世界總人口的22%，這意味著中國將以占世界可耕地面積的7%養活世界22%的人口。城市化發展使農業耕地不斷減少，而人口又持續增加，對工農業生產有更高的需求，對環境將產生更大的壓力。為此，從20世紀80年代初，中國已將現代生物技術納入其科技發展計劃，過去20多年的研究已經結出了豐碩的果實。目前，抗蟲棉等五項轉基因作物早已被批準進行商品化生產，轉Bt殺蟲蛋白基因的抗蟲棉1998年的種植面積為1.2萬公頃。資料顯示，到2000年上半年為止，我國進入中間試驗和環境釋放試驗的轉基因作物分別為48項和49項。近年來，我國現代生物技術的研究開發已經取得了很多成果。我國的轉基因食品技術僅次于美國與加拿大。歐洲國家的轉基因食品技術并不是非常的發達，這是因為他們明白轉基因食品危害十分大，并通過立法來達到防止轉基因食品的過分播種，甚至有些國家完全禁止轉基因食品的播種與生產，歐洲各國民眾也紛紛抵制，發生過很多起民眾破壞轉基因實驗田的事件，所以我們也要認識到轉基因食品所存在的潛在危害，而不能把利益放在民眾健康的前面。

五.國外轉基因食品現狀

（1）美國：小麥主糧的商業化尚未推開

美國是轉基因作物種植比較多的國家。據美國農業部的數據，美國2009年轉基因玉米種植面積為85%，轉基因大豆種植面積為91%，轉基因棉花為88%。可是，在美國，至今還沒有對主糧小麥進行轉基因的商業化種植。美國政府早在2001年就給美國的轉基因主糧小麥(硬質紅色春小麥)頒發了安全證書。在2004年美國政府準備批準轉基因主糧小麥的商業化種植，但是，由于歐洲、日本和其他亞洲國家一直強烈反對轉基因小麥，如果美國商業種植轉基因小麥，那么這些國家的買家可能會從其他地區尋購小麥。迫于壓力，孟山都公司2004年主動撤銷了轉基因小麥商業化種植的申請。

在加州，2009年有3個縣對轉基因作物進行了全民公決，決定禁止在自己的縣里種植轉基因作物。有一家美國企業在加州做藥用轉基因水稻的田間試驗，因為當地農民反對，被迫轉移到密蘇里州。（2）俄羅斯：反基因專家當官

2006年年末，世界聞名的反食用轉基因產品專家、俄羅斯生物學家伊麗娜?葉爾馬科娃走馬上任，當選為俄羅斯國家基因安全研究會副主席。2005年，伊麗娜?葉爾馬科娃博士著手研究小白鼠在食用轉基因食品后的健康狀況，發現基因食品影響了小白鼠以及它們后代的健康。這一研究結果為轉基因食品可能會對活體動物產生一定負面影響提供了有力的證據。每年，俄國家基因安全研究會都會發布很多關于轉基因產品潛在危險的報告和論文，但一些西方的跨國公司卻因目前還沒有確切的研究證據，而對這些報告和論文表示置疑。（3）日本：禁止進口美國轉基因大米

日本對轉基因作物實行嚴格管理和慎重對待。根據“Angus Keid Group”發布的調查，82%的日本消費者對轉基因作物持否定態度。2006年8月，日本禁止進口美國轉基因大米。消費者對轉基因作物的否定態度已開始影響日本的食品加工業。例如，幾乎所有的釀酒商已開始停止使用轉基因產品釀造啤酒；相當一部分生產傳統日本食品如豆腐的公司開始使用非轉基因原料，并標記上“沒有使用轉基因大豆”。

（4）印度：停止轉基因茄子商業化

2010年2月，印度中止了世界第一批轉基因茄子的推廣，認為需要進行進一步研究才能在全國種植，以確保消費者的安全。此前，在相關政府委員會于2009年10月份批準轉基因抗蟲害茄子的商業化后，印度主要種植茄子的幾個邦抗議不斷。2010年2月6日，Uttarakhand邦第一個表態，稱他們將禁止種植轉基因作物。不久后，另外兩個城邦Himachal Pradesh和Karnataka也作出相同決定。最后，環境部長Jairam Ramesh在2月9日表示，禁止商業種植轉基因茄子，要求須先對其進行獨立的安全測試，評估其對人類健康和環境的長期影響，并獲得公眾和專業人士的認可。

六．轉基因食品的安全性

1.毒性問題.關于轉基因食品的毒性問題，目前只有一些相關的實驗報道，尚無人體的研究報告。蘇格蘭Rowlett研究院的Pitsaw博士曾聲稱培育出了帶凝集素(Latin)基因的改良馬鈴薯，但是這種馬鈴薯能夠破壞老鼠的肝臟和免疫系統。

2.過敏反應問題.在自然條件下存在許多過敏源。在基因工程中如果將控制過敏源形成red種子公司把巴西堅果中的2S清蛋白基因轉入大豆，以使大豆的含硫氨基酸增加，結果對巴西果過敏的人就對轉基因大豆產生了過敏反應。3.營養問題.一些研究人員認為，外來基因會以一種人們目前尚不甚了解的方式破壞食物中的營養成分，降低食品的營養價值，引起營養失衡。美國倫更毒性中心的實驗報告指出，與一般大豆相比，耐除草劑的轉基因大豆中，防癌的成分異黃酮減少了。

4.對抗生素的抵抗作用.抗生素抗性基因是目前轉基因植物食品中常用的標記基因,但抗生素標記基因對人體的健康是否會造成不利的影響，例如是否會水平轉移到腸道微生物或上皮細胞，從而降低抗生素在臨床治療中的有效性，一直受到人們的關注。

七.結論

雖然迄今為止我們還沒有發現轉基因食品安全性的問題，但并不表明它就是安全的，也許它的危害需要一定的時間才能反映出來，可能有一個從量變到質變的過程。一旦出了問題就很麻煩，因為它的遺傳性可以影響幾代。對于有可能出現的潛在風險，必須引起高度重視。所以轉基因食品潛在性的安全問題不容我們忽視，所以我們要做好轉基因食品安全性的檢測，讓消費者有知情權、選擇權，確保我們人身健康。

八．【參考文獻】

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第三篇：信息技術論文生物技術與農業論文

信息技術論文生物技術與農業論文

適時應用現代信息技術 優化中學化學實驗教學

摘要 多媒體輔助實驗教學在化學教學中已逐漸被廣泛地應用，它具有傳統教學手段所沒有的趣味性、直觀性，可以充分調動師生的積極性，突破教學難點，提高學習效率。結合自己的教學實踐，對多媒體在化學實驗教學中的應用進行闡述。

關鍵詞 化學實驗；多媒體網絡技術；投影技術

化學實驗是中學化學教學中最普遍采用的媒體。由于實驗條件的限制，實驗的科學性、直觀性、探索性和操作性的特點在教學中未能真正體現，使現有的實驗不能完全地發揮其教學作用。因此，把現代信息教學技術應用于化學實驗教學中，能夠有效地克服實驗條件的限制，提高演示實驗的可見度性，增強演示實驗的時效性，保障演示實驗的安全性，加強學生實驗操作的規范性，從而最大限度地發揮實驗的作用。投影技術在化學實驗教學中的應用

化學課的演示實驗，其目的是通過實驗讓全體學生觀察到物質變化的全過程，在理性上有一定的認識，從而提出疑問，獲得結論。因此，演示實驗要真正起到演示作用，不能演而不示，使演示實驗變成講實驗，觀察實驗現象變成講實驗現象。為了提高演示實驗的可見度，傳統的方法一般采用放大實驗儀器，抬高實驗裝置，增加實驗藥品的用量巡回展示實驗結果。然而實驗儀器的放大是有限的，巡回展示實驗結果又浪費時間，且有些現象是在實驗中瞬間產生的而無法觀察到，以至影響教學效果。采用投影技術，可克服上述缺陷，大大提高演示實驗的效果。

例如做濃H2SO4稀釋實驗，對實驗中關鍵性的觀察點——溫度計讀數的變化，通過投影技術進行擴大，使驗證性實驗的驗證更具科學性，用實物投影儀對氫氧化鈉固體表面潮解現象進行放大，激勵學生注意觀察生活中的化學現象。上述實驗在教師講課時感到很流暢，學生對知識的理解、掌握感到很輕松。

投影技術主要是對實驗現象進行放大，克服演示實驗可見度小的缺陷，使學生能清楚地觀察到實驗現象，特別是一些細小的、不易觀察到的實驗現象。投影技術使實驗的科學性得到提高，增強學生學習的積極性和參與程度，為培養學生的觀察能力提供條件。

攝像、放像技術在化學實驗教學中的應用

演示實驗的全過程需要較長的時間，且伴隨著一些無關緊要的現象，干擾學生正確觀察實驗現象，影響實驗的效果。由于學生課堂學習時間是有限的，要讓學生在有限的時間內盡可能多地獲得信息，給予學生信息要有選擇，使學生觀察到的現象對所學的知識有價值。因此，采用攝像、剪輯技術，對實驗全過程進行加工，既為學生提供實

驗全過程，又突出重要的實驗現象，同時也不失實驗的真實性。例如，氯水見光分解實驗可采用此技術在課堂上播放，大大增強演示實驗的時效性。當學生看到氯水在幾小時的光照后才開始慢慢地冒小氣泡，24小時才有明顯氣體產生，不僅對實驗結論信服，更體會到有些化學反應很緩慢發生，增強學生對實驗觀察的有效性。

演示實驗教學中，有些實驗具有一定的危害性和危險性，在課堂上無法實施演示，借助于錄像教學，既保證學生的安全，又保護環境，又達到良好的教學效果。通過錄像技術還可以對實驗中的錯誤操作引起的危害進行真實再現，引起學生的重視，幫助學生掌握正確的實驗操作步驟和操作技能。

利用錄像技術中的功能效應，促使演示實驗真實性，如高速成或緩慢的攝像技術和放像的快、慢、倒等功能不僅使學生緩慢地看到快速成反應的變化，還能使學生快速地觀察到緩慢的反應變化，讓學生迅速感知易觀察到的細節，提高學生觀察的敏捷性，同時縮短教學時間，增強演示實驗的時效性，提高教學效率。

攝像、錄像技術還可以顯示較復雜的化工生產過程，使抽象的教學內容直觀化，便于學生對這類知識的理解和掌握，對一些價格昂貴的實驗、危險性大的實驗，定性的實驗，要求較多的操作技術，或裝置復雜的實驗也可以借助教學錄像來完成保障演示實驗的安全性、正確性、有效性、規范性。多媒體網絡技術在化學實驗教學中的應用

化學實驗的操作步驟和操作規范都有一定的要求，一旦學生操作失誤，不僅會引起實驗失敗，也可能引起實驗事故，更會引起學生的恐懼心理，影響學生學習化學的興趣。采用多媒體網絡技術，應用典型的軟件資料，對操作易出錯的后果進行模擬。這樣，讓學生在計算機前先進行模擬操作，以掌握正確的操作和對不正確的操作的理解，再進行實驗，將大大提高學生實驗的有效性。

例如，氯氣的實驗室制法中，實驗結束后應先將導管移出水面再移去酒精燈的操作，一旦失誤，有一定的危險性。為了解決這一難題，通過多媒體技術，設計、制作了氯氣的實驗室制的軟件，對這一操作做了一些特別的處理。在課堂上，讓學生進行反復模擬實驗，一旦操作正確，計算機給予獎勵提示，鼓勵學生；而一旦學生操作錯誤，計算機則對水倒流試管底部，試管破裂的危險場面進行模擬。

多媒體技術在化學實驗中，起到實驗設計教學，對學生進行化學知識和實驗操作技能的演示教學，有利于培養學生的遷移能力、解決問題的能力，相互協作能力和創造能力，在多媒體“實驗室”中讓學生在實驗室中暢游，發揮自各的才能，去探索化學世界的實驗。計算機對各種方法所產生的各種現象都會模擬，并正確判斷加以正確提示，有利于培養學生對知識的鞏固、應用和發展，培養學生的創造精神和創造能力。

利用多媒體技術，可以通過聲音、畫面、文字、于一體展示微觀世界，模擬化學反應，打破學生認識中的時空限制，用各種感官來感知信息有利于學生的主動參與，激發學習興趣，更符合現代學生的思維學習習慣。在通過交互功能和模擬技術，對一些危險性、危害性的實驗，放心地讓學生大膽操作，為學生的探索和創造提供條件。

當今是網絡化時代，網絡技術的發展將為學生的自主學習提供最豐富的信息資源，使學生的知識來源更廣泛、更豐富，使學生可以不受時間、空間的限制，對有關實驗問題進行探討、推理，同時培養學生獲取信息分析、歸納、整理信息、運用信息解決問題的能力。

結束語

化學實驗是中學化學教學最常用和最重要的教學手段，對幫助學生理解和掌握化學知識，有著舉足輕重的作用。隨著科學技術的發展，把現代教學技術與實驗相結合必將豐富實驗的內涵，增強實驗功能。

參考文獻

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第四篇：生物技術論文

生物芯片技術及其在環境科學方面的應用全是別人的，加點自己的

摘要：生物芯片技術是20世紀以來發展迅速且引人矚目的一個前沿領域。本文主要介紹了生物芯片技術在環境化學、環境微生物檢測以及環境醫學領域中的應用。并對生物芯片在環境領域的應用前景做出了展望。

關鍵詞：生物芯片;環境科學;

生物芯片（biochip）技術是20世紀90年代初期發展起來的一個新興的領域，自從1991年Fodor等提出DNA芯片的概念后，近年來以DNA芯片為代表的生物芯片技術得到了迅猛發展。生物芯片是融微電子學、生物學、物理學、化學、計算機科學為一體的高度交叉的新技術，其概念源于計算機芯片。它主要是指通過微加工和微電子技術在固體基質表面構建微型生物化學分析系統，以實現對生命機體的組織、細胞、蛋白質、核酸、糖類及其它生物組分進行準確、快速、高通量的檢測。生物芯片技術的本質特征是利用微電子、微機械、化學、物理及計算機，將生命科學研究中的樣品檢測、分析過程實現連續化、集成化、微型化。芯片上集成了成千上萬密集排列的分子微陣列或分析元件，能夠在短時間內分析大量的生物分子，快速準確的獲取樣品中的生物信息，檢測效率是傳統檢測手段的成百上千倍。該技術被評為1998世界十大科技進展之一。目前，生物芯片已在環境微生物檢測、環境化學及環境醫學等研究方向重顯現出獨特的優勢。

一、生物芯片的分類及其原理 常見的生物芯片主要分為三大類：即基因芯片、蛋白質芯片、芯片實驗室。

1.基因芯片（Gene chip）基因芯片又稱DNA芯片（DNA chip）。）。最初的生物芯片主要用于基因測序、基因表達圖譜的鑒定和基因突變的分析與檢測，而且隨著人類基因組計劃的逐步實施以及分子生物學的迅猛發展，基因芯片己成為生物芯片中最重要的一類。基因芯片是在基因探針的基礎上研制出的，所謂基因探針只是一段人工合成的堿基序列，在探針上連接一些可檢測的物質，根據堿基互補的原理，利用基因探針到基因混合物中識別特定基因。它將大量探針分子固定于支持物上，然后與標記的樣品進行雜交，通過檢測雜交信號的強度及分布來進行分析。

2蛋白質芯片（Protein Chip）蛋白質芯片與基因芯片的基本原理相同，但它利 用的不是堿基配對原理而是抗體與抗原結合的特異性即免疫反應來檢測。蛋白質芯片構建的簡化模型為：選擇一種固相載體能夠牢固地結合蛋白質分子（抗原或抗體），這樣形成蛋白質的微陣列，即蛋白質芯片。蛋白質芯片的檢測原理類似于抗原、抗體檢測的 ELIS法，如采用雙抗夾心的形式，通過機械點涂的方法，將多種不同的單克隆抗體點樣固定在固相介質表面（一般是膜介質）上，制備抗體蛋白芯片，并與多種抗原樣本雜交，使芯片上的抗體捕獲相應的抗原。然后再與標記的多種不同的抗體雜交，由于蛋白抗原上的多價結合表位可結合標記抗體，根據雜交信號的有無、多少便能進行定性、定量的分析。3芯片實驗室（LAB—on—a—chip）芯片實驗室是生物芯片研究領域的一個熱點，它是將傳統的樣品制備、生化反應、數據檢測三個步驟集成于一體，縮小構成芯片上的實驗室系統，是生物芯片發展的最高階段。要實現這一目標生物芯片必須以微電流平臺作為支撐，只有把樣品制備、分析和信號獲得連為整體，才能開發出生物芯片應用的最大潛力。目前，利用芯片縮微實驗室已成功地將樣品分離、DNA提取、PCR反應、DNA雜交檢測這幾個離散步驟在一個或幾個芯片構成的密閉系統中完成。由于芯片可以做成十分微小的形狀，所以便于攜帶，檢測分析所需樣品少，節約了大量試劑和人工。同時芯片可以 進行大規模生產，成本可以降到很低，用于各種分析 的芯片就可以做成一次性使用，避免了樣品污染和交叉污染。芯片實驗室是未來生物芯片的發展方向。

二、生物芯片在環境科學研究中的應用

生物芯片是近幾年發展起來的一個新興和熱點領域，在國外研究和應用較多，我國在此方面的研究尚處于起步階段，且主要應用于醫藥領域，在環境科學領域的應用和研究較少。但其高通量、檢測快的特點，使其在環境領域有著廣泛的應用前景。現今，生物芯片已在環境化學、環境生物學、環境毒理學、環境醫學及分子生態學等研究領域中有了應用實例。

1、生物芯片在環境化學中應用

生物芯片在環境化學中的一個重要應用領域是分析和監測環境中的污染物。環境化學污染物主要包括有機化學性污染物和無機污染物。生物芯片設計集成化，從而簡化了分析過程，使檢測速度加快，因此在環境監測中有很好的應用和發展前景。目前，在環境化學領域中得到應用的有毛細管電泳芯片、微反應芯片等。Wang等將毛細管電泳芯片與厚膜電流檢測器集成在一起（緩沖液為MES(20mol/L，PH＝5.0），分離管道長度為72mm，分離電壓為2000V）。使用此方法，可在140S內從摻入有機磷神經毒物的河水中分離檢測出磷、甲基對硫磷、殺螟硫磷和乙基對硫磷。這些結果顯示毛細管電泳芯片有可用于現場檢測的快速檢 查。Backer等［6JN用基于氧化錫的微反應芯片實現了對空氣中CO、NO和NO2氣體的測量。

2、生物芯片在環境微生物檢測方面中的應用

微生物廣泛存在于環境中，其密度及多樣性是反應環境質量的重要指標之一，因此，對環境微生物進行檢測具有十分重要的意義。隨著分子生物學的不斷發展，人們可以在分子水平上構建細菌的進化樹并以此為依據對其進行分類。基因組水平的DNA雜交技術成為菌種鑒定的里程碑，利用16SrRNA的高度保守性，人們可以通過6SrRNA的序列分析來對細菌進行分類。通過該方法研究環境中微生物的組成、數量及其變化，可以了解生物群落的結構與其功能及生物地球化學活動的關系。Guschin等利用寡核苷酸微陣列芯片對硝化細菌進行了分類，芯片上固化的寡核苷酸與16SrRNA序列完全互補，并通過改變探針的微陣濃度和多顏色檢測來進行定量分析。2008年，Victor Parror等利用包含200個抗體的微陣列生物芯片，并結合免疫解析的方法尋找通用微生物標記物以進行環境檢測，其檢測限為:0.2ng/ml蛋白質和10·4—10·5個細胞/ml，并成功地在全球范圍內極端環境樣品中檢測到了生物大分子物質。

3、生物芯片在環境醫學中的應用

環境醫學是研究環境與人群健康的關系，特別是研究環境污染對人群健康的有害影響及其預防的一門科學。如今，生物芯片技術已在環境流行病學、職業病研究和環境醫學監測等領域得到了應用。①應用于環境流行病學： 周琦等以SARS冠狀病毒TOR2株序列為設計標準，研制出用于檢測SARS病毒的全基因芯片，芯片探針長度為70nt，相鄰探針序列重復25nt，共660條病毒探針，覆蓋了SARS冠狀病毒的全部序列，應用該基因芯片對病人、出人境食品、動植物及其產品進行檢測，結果表明基因芯片技術檢測SARS冠狀病毒靈敏度 高、特異性強，而且準確、快速。吳海等以HBV、HVC高度保守的片段為探針成功制作了乙、丙型肝炎病毒雙檢基因芯片，可望應用于臨床。趙偉等PCR產物用點樣儀點于玻片介質上，制成芯片，檢測４０例乙肝患者血清的乙肝病毒，準確率達８０％

②用于對公害病和職業病的研究:NIEHs已經開始環境基因組目標的研究以確定包括在環境疾病中的200個基因共同的序列多態性。NIEHs對暴露到PAHs和其他污染物環境中的波蘭煤炭爐工人的血液、淋巴系統基因表達進行了研究。這種研究一個重要的考慮是基因表達可以被其他因素影響，如食物、健康狀況、個人習慣等，減少這些因素的影響必須完成大量處理樣品與對照樣品的比較。一個新的領域基因毒理學正在發展起來，研究基因差異與毒物易感性的關系，在人類對疾病易感性個體變化的認識上基因毒理學將產生巨大推動作用 ③應用于環境醫學監測: 孟紫強等探討了SO的分子毒作用機制，通過采用Affmetrix公司的大鼠基因表達譜芯片（RAE230A）研究了短期動態吸人SO的大鼠肺組織基因表達譜的變化，并揭示了高濃度SO短期暴露對基因表達的影響。楊磊等用基因芯片分析急慢性砷染毒時人正常肝細胞（Ｌ--02細胞）基因表達譜的變化，得出了長期染砷后與腫瘤發生及氧化還原有關的基因表達量升高的結。

三、環境芯片的在環境科學領域應用前景展望

生物芯片技術是21世紀的朝陽產業，有很好的發展前景。它克服了傳統生物學技術操作繁雜、自動化程度低，檢測效率低等不足，充分利用了生物科學、信息學等當今前沿領域的研究成果，現在已越來越廣泛的被應用到多個領域中。環境科學研究的主要是環境中的物質，尤其是人類活動產生的污染物，及其在環境中的產生、遷移轉變、歸宿等過程和運動規律，因此，將生物芯片技術引入環境科學研究中有重大意義。生物芯片高信息量、快速、微型化、自動化、成本低、污染少、用途廣等優點，很適應環境學研究中的技術需求，使其在環境科學領域有很好的應用前景。雖然生物芯片技術在環境領域的應用實例還較少，且其自身還有許多問題亟待解決（如提高芯片的特異性、簡化樣品制備和標記操作程序、增加信號檢測的靈敏度等等），但隨著技術的發展與完善，生物芯片技術必將會越來越廣泛的應用到環境科學研究的各個領域，給２１世紀人類對環境的保護和治理帶來一場“革命”。

［參考文獻］

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第五篇：農業信息化課程論文(DOC)

農業信息化課程論文-計科1201班-劉怡然-10 遙感技術在農作物估產中的應用

摘要：遙感估產是基于作物特有的波譜反射特征，利用遙感手段對作物產量進行監測預報的一種技術，在農業發展中具有傳統的統計方法不可比擬的優勢，能客觀、動態、快速、精準地獲得農作物長勢、產量等信息。遙感技術必須與其它工具相結合，才能更好地估產。本文主要研究了遙感技術在農作物估產中的應用，先介紹了遙感估產的基本原理和方法，分析了幾種與遙感技術結合的估產模型的優劣；然后以冬小麥和玉米為例，介紹了兩種遙感估產模型；最后，分析了現有遙感估產存在的問題和遙感估產的發展方向，為遙感估產的進一步研究提供了方向和思路。

關鍵字：遙感技術，農業，估產

The Application of Remote Sensing Technology

in Estimating Crop Yield Abstract Estimating crop yield by remote sensing is a technology monitoring and forecasting crop yield by remote sensing based on specific spectrum characteristics of crop.It has incomparable advantages compared with traditional statistical methods in the development of agriculture and it can acquire growing and yield information of crops in a object,dynamic,fast and accurate way.To estimating crop yield better, remote sensing technology must be combined with other technologies.In this paper, the application of remote sensing technology in estimating crop yield is introduced.To begin with, the basic theory and method of estimating crop yield by remote sensing are mentioned, then the merits and demerits of the estimating models integrated into remote sensing are analyzed.Finally, the existing problems and prospect are statemented, which proposed direction and thoughts for next researches.Key words Remote Sensing Technology,Agriculture,Yield Estimation

農業信息化課程論文-計科1201班-劉怡然-10

目 錄

1引言3 2遙感估產的原理和方法---------------3 2.1基本原理和方法-----------------3 2.2遙感估產方法評價---------------3 2.3作物估產模型比較---------------4 3主要糧食作物估產模型---------------5 3.1冬小麥產量分階段預測模型-------5 3.1.1技術流程-------------------5 3.1.2合理取樣數估計和樣方布設方法------------------------------6 3.1.3估產方法-------------------6 3.1.4模型分析-------------------7 3.2玉米產量估算模型---------------8 3.2.1模型中應用的技術介紹-------8 3.2.2處理方法-------------------8 3.2.3信息提取-------------------9 3.2.4模型與優化算法-------------9 4現有遙感估產方法存在的問題和發展方向-----------------------------11 4.1遙感估產方法存在的問題--------11 4.2遙感估產的發展方向------------11 5結束語----------------------------12 參考文獻----------------------------13

農業信息化課程論文-計科1201班-劉怡然-10 1引言

作物產量預測是農業生產管理的重要內容，也是國家制定農業政策所不可缺少的重要農業情報。對于農戶及企業來說，在農業生產各階段中能正確預測收成也是非常重要的，因此世界各國均投入了較大的人力、物力和財力，進行作物產量預測試驗研究，取得了較好的預測效果。

在眾多農作物估產的技術中，遙感技術具有宏觀、動態、快速、準確等優點，可以在短時間內連續獲取大范圍農作物產量信息，是最有前景的農作物估產方法之一。

民以食為天。隨著人口的增加、氣候的波動和可利用資源的減少，糧食安全問題一直備受關注。及時、準確地了解一個國家或一個地區的糧食產量和年際變化，對于在國際糧食市場中占有主動權和管理者采取有效管理措施至關重要。遙感技術可以快速、準確、動態獲取農業所需空間信息差異參數，大大提高了統計業務工作效率和科技水平，無疑地對實現國家及時、準確地掌握糧食生產狀況、糧食宏觀調控和在國際農產品貿易中爭取到主動權具有重要意義。

2遙感估產的原理和方法

2.1基本原理和方法

作物遙感估產是通過裝置于衛星上的多波段地物光譜掃描儀，去獲取作物各生育期的光譜數據，并依此推斷作物產量，因此確定作物光譜特征與產量之間的數量關系，是作物遙感估產的基礎。作物遙感估產主要包括 3個部分，第一，用遙感數據對作物進行分層；第二，用遙感數據計算作物面積；第三，用遙感數據監測作物長勢，結合農業、天氣氣候等資料綜合估算平均單產，由面積和單產計算出總產。

2.2遙感估產方法評價

作物遙感估產具有快速、宏觀、經濟和客觀等優點，因此日益被各國所重視。目前，遙感估產已從試驗研究階段逐步進入實際業務使用階段。國內外遙感估產的方法很多，基本可分為利用空間遙感資料（航天、航空資料）的作物估產和利用地面遙感資料（地面野外光譜測定）的作物估產，但不論哪一種方法，仍然存在以下問題：

第一，遙感不能直接感知作物產量，只能通過測定作物光譜反射率來感知葉面積指數，但各種作物葉，面積指數與其經濟產量之間并不一定都有直接的聯系。從 1977年以來，美國開始尋找反射率與產量的定量關系，盡管采用了多種方法探索這種關系，但一直收獲很小。國內外進行了許多植被指數與產量之間關系的研究，多集中于牧草及禾本科等作物上，而那些葉面積與產量相關較差的作物，農業信息化課程論文-計科1201班-劉怡然-10 就很難直接用遙感方法來估產。因此遙感技術必須與其它工具相結合，才能更好地估產。

第二，純粹用遙感數據來估產，也只能稱為監測產量，更確切地說是監測作物葉面積或長勢，因此大多數遙感估產方法是把植被指數與天氣氣候條件相結合，利用統計方法建立一個綜合的估產模型。在一個農業氣象產量數值模擬模式中所能考慮的影響作物產量的因素是很多的，如光合作用、呼吸作用、蒸騰作用等等，但其中最主要的因素是光合作用。一般表示作物光合作用能力大小主要有葉面積指數 LAI和光合有效輻射吸收量APAR等。因此，通過遙感資料來導出 LAI和APAR，并將它們輸入模擬模式，是衛星遙感預測產量的方法途徑之一。本文第二章第三節中對各種作物估產的指標模型進行了探討，認為通過計算農作物的凈第一性生產力，實現大范圍農作物產量估算和預報較為合適。

2.3作物估產模型比較

目前，作物估產的方法有抽樣調查、氣象模型、遙感估產、作物生長模擬模型等多種。其中抽樣調查與氣象模型估產，方法相對成熟、穩定，已業務應用多年，由于是統計模型，估產結果仍有相當的不確定性。人類的認識不會永遠停留在一個水平上，總是要不斷創新，做到有所發展，有所前進，因此機理性大面積估產模型應運而生。

由于農作物的葉面積指數（LAI，leaf area index）是決定作物光合作用速率的重要因子，LAI 越高，單位面積的作物穗數就越多作物截獲的光合有效輻射就越大[1]，因此，很多學者利用各種植被指數，例如 SR（simple ratio）、NDVI（normalized difference vegetation index）、TCI（temperature condition index）、VCI（vegetation condition index）等，與作物的LAI和生物量的正相關關系，建立植被指數與作物產量的線性或非線性估算模型[2-3]，從而實現對農作物產量的估算和預報。然而，這種建立在植被指數與作物生物量關系基礎上的統計模型，當研究區改變時，模型的形式也會隨之改變，模型的適用性就要重新被檢驗。隨著人們對農作物產量遙感估算認識的不斷深入，眾多學者又采用作物的凈第一性生產力（NPP，net primary productivity）來估算農作物的產量。在對 NPP 進行模擬時，大多采用光能利用率模型。然而，這類方法仍然不能跳出統計模型的框架，并沒有從機理上解釋植被生產力的變化機制。因此，近年來一些學者試圖從機理上研究農作物的生產力。鄔定榮、馬玉平、謝文霞等利用荷蘭瓦赫寧根大學開發的WOFOST模型對華北平原冬小麥和浙江水稻的生長過程進行適用性研究，并對模擬結果進行了驗證，認為經過區域化后的WOFOST 模型能夠很好地模擬作物的生長過程；但是該模型在對農作物的光合作用過程進行模擬時，模型的側重點在于對作物生長過程的模擬，對作物產量的估算沒有做詳盡的討論；馮險峰利用北部生態系統生產力模擬（BEPS，boreal ecosystem

農業信息化課程論文-計科1201班-劉怡然-10 productivity simulator）模型模擬得到了全國陸地生態系統的NPP，并分析了不同土地覆被類型之間NNP的差異，但是模擬得到的農田生態系統的 NPP 還是建立在森林生態系統的基礎之上，而且也沒有把NNP進一步推算到農作物的產量上；于強等將作物冠層按 LAI 劃分為若干層次，該模型對冠層光合作用的理論研究、作物生長的數學模擬等有一定的意義，但是該方法僅是停留在理論模擬階段，還沒有將其付諸于大范圍的應用。并且，該方法也沒有進一步發展，以最終得到作物的產量。因此，從理論上尋求一種基于作物光合作用機理的農作物產量估算模型，走出各式各樣統計模型的框架[4]，成為農業估產領域的研究焦點。

隨著人們對作物產量形成機理探討的深入，將農作物光合和呼吸作用的過程模型和衛星遙感相結合，通過計算農作物的凈第一性生產力，實現大范圍農作物產量估算和預報，已經成為一種可能。

3主要糧食作物估產模型

3.1冬小麥產量分階段預測模型

關于作物產量遙感監測預報，早期的研究大多是在分析光譜信息與作物長勢或產量形成關系的基礎上通過統計預報等途徑建立回歸模型而進行的。但由于作物每一生長時段內周圍環境的可變性，只通過作物某一生長階段的瞬時信息預測成熟期產量會出現很大偏差，因此綜合作物生長過程的估產算法應運而生。

農業部遙感應用中心建立的全國農作物遙感監測業務化運行系統中，作物產量預測采用的農業遙感估產法主要是以作物面積提取和單產模型預測為基礎，結合土壤水分狀況評價和作物長勢分析，進而對作物產量進行綜合預測和預報。其對農作物單產預測的時效性和精確度要求較高，需要在作物生長的不同階段及時獲得作物生長動態及產量信息，從而實時調整作物生產預報情報，以便更好地為上級管理部門提供決策支持信息，進而為我國農業遙感監測產量提供預警服務。3.1.1技術流程

農作物產量由農作物生長狀況決定，農作物生長狀況主要受到其內在遺傳因子和外在環境條件的雙重影響。其中遺傳因子的影響作用主要通過其產量構成因子即穗數、粒數和粒質量進行外部表達，同時受到外在環境條件如土壤狀況、氣象條件和管理措施的綜合作用。很早就有研究人員提出可以利用產量構成因子來解釋遺傳和環境因子如何在作物發育的不同階段影響作物收獲產量，隨著對生殖生長量化理解的深入，發現利用三因子模型來模擬和預測籽粒產量及其構成方面是有用的。因此，在對傳統農學產量測定方法改進的基礎上，根據農業部冬小麥遙感監測時間表，分別在冬小麥生長的抽穗期(前期)、灌漿期(中期)、收獲期(后期)進行數據的取樣和測定，以滿足農作物遙感監測不同時效的預警需求，流程如下圖所示：

農業信息化課程論文-計科1201班-劉怡然-10

3.1.2合理取樣數估計和樣方布設方法

采用常用的Cochran針對區域純隨機取樣而構造的合理取樣數量計算公式：

n?(tRstd)2?d2 式中n:最佳取樣數量

t:與顯著性水平相對應的標準正態偏差 Rstd :樣本標準差

d:樣本平均值與相對誤差的乘積，％

由于隨機變量總體標準差未知，只能用樣本方差來代替。根據產量調查資料，計算得到該縣冬小麥產量估測的合理取樣數量。

由于產量的區域平均變化率常小于田塊尺度的變化率，所以為了減小誤差，要求所有樣方點盡量均勻分布，并且在同一田塊內采用3點斜線取樣法進行重復取樣，每個樣方點都用GPS逐一定位。

在冬小麥生長的3個主要階段即抽穗期、灌漿期和收獲期，對冬小麥的平均行距及1m2樣方內的有效穗數、穗粒數和千粒質量進行實地調查，同時記錄農戶聯系信息和相關管理信息。根據實際抽測產量值劃分產量水平等級，確定權重，求得估測產量；待完全收獲后，調查農戶收獲產量，以便驗證。3.1.3估產方法

以玉冬小麥為試驗材料，以冬小麥產量構成三因子即單位面積有效穗數(以下簡稱穗數)、穗粒數、千粒質量為研究對象，采用隨機抽樣和重復抽樣的方法進行樣點布設。傳統農學產量預測模型為：

農業信息化課程論文-計科1201班-劉怡然-10 Y?x1x2x3f

式中Y：理論單產值，ks／hm2 x1：穗數 x2：穗粒數 x3千粒質量，g f:去除收獲和晾曬損耗的實收產量系數，一般取0.85 由于產量構成因子之一的畝穗數在作物生育中期就可獲得，那么在假設后期作物不會受到明顯的氣象災害或病蟲害的影響下，利用單因子預產模型可以提前預測冬小麥產量。給出單因子預產模型的定義：利用實測作物的單位面積(666.7 m)莖數結合作物管理水平、葉面積系數和當年的氣象條件，按莖數的80％一95％成穗(根據經驗和當地生產條件，若作物種植密度過大，單位面積穗數超過60萬以上，需要考慮穗粒數和千粒質量的遞減因素，結合品種特性做系數調整)，進行量綱換算后，得到估測產量值的一種方法。關于土、氣、肥、水的配合說明如下：一般的地力要求，土壤有機質含量在1％以上，全氮0 1％，有效磷2.5-4.9 g／m2，酌施鉀肥和微肥。葉面積系數要求苗期為0.8～1.2，拔節期為3.0左右，抽穗期5.0～6.0；土壤含水率保持在田間持水率的60％左右為宜。將傳統的作物單產預測模型改造為單因子預產模型: 2Y?afx1?1000 式中a:經驗系數

同理，雙因子預產模型是指在冬小麥生長中期(灌漿期～乳熟期)，假設當年冬小麥千粒質量為常年千粒質量，只需實地測定冬小麥的穗數和穗粒數，再與常年千粒質量相乘。經過系數訂正后即可得到冬小麥的雙因子預產值。雙因子預測模型為: Y?bfx1x2

式中b——常年千粒質量，g 雙因子預產模型是在假設冬小麥千粒質量與常年千粒質量相同的條件下進行的。千粒質量作為常數值出現，考慮到多種因素會對常年千粒質量產生影響，此處建議采用近5年調查千粒質量的平均值作為常年千粒質量。3.1.4模型分析

單因子預產模型的應用最好選擇在作物單位面積穗數基本穩定不變的時期進行。所以利用單因子預產模型，適宜在農戶對冬小麥進行水肥管理措施實施后進行，根據試驗經驗，一般選擇在抽穗中后期為宜，從而可以將產量預報的時間提前。

雙因子預產模型適合在作物穗粒數基本穩定的階段進行，穗粒數主要由小穗

農業信息化課程論文-計科1201班-劉怡然-10(碼)數和小穗粒數決定。因此，最佳應用雙因子預產模型的時間應該在灌漿期后期，此時籽粒退化數基本穩定，有利于穗粒數的測量。

應用上述方法時，要結合當地作物的實際農時歷進行，同時需要提前對作物的生長特性、作物管理水平、常年產量狀況以及當年的氣象狀況有適度的了解，在作物生長不同階段的氣象災害或病蟲害均可能對產量產生影響，應密切關注。

3.2玉米產量估算模型

3.2.1模型中應用的技術介紹

目前，作物生長模型，如CERES-Maize（crop environment resource synthesis-Maize）模型，已經在農作物生長評估、精準農業、農田管理決策、氣候變化影響等領域得到了廣泛地應用。

遙感信息與作物生長模型集成的方法分為驅動法和同化法。其中，同化法受到了更多的關注。在同化過程中可以同化遙感反演值，也可以直接同化光譜反射率，而在同化后者時，植被冠層反射率模型，如SAIL模型（scattering by arbitrarily inclined leaves），需要與作物生長模型相耦合。目前，中分辨率成像光譜儀（moderate resolution imaging spectroradiometer, MODIS）數據作為主要的遙感數據源被廣泛應用于區域農作物長勢監測和產量估算研究。不過在農田地塊較小、分布較為零散、破碎化程度較高的區域，很難保證 MODIS 像元是純像元，此時需要結合更高空間分辨率的遙感影像進行數據同化研究。以往的同化估產研究往往只針對某一年的遙感數據估算農作物的單位產量，缺乏分析遙感數據和同化算法在年內作物產量及年際間產量差估測中的作用。3.2.2處理方法

以 2013、2014和2015年3個玉米生長季為研究時段，提出了基于多時相 MODIS和TM觀測數據的區域玉米產量同化估算方案。

將TM、MODIS和土地利用圖進行空間配準，對土地利用圖與MODIS數據進行疊加，判斷MODIS像元中旱地作物所占的比例。利用MODIS數據分別在像元和亞像元尺度提取玉米作物種植面積和空間分布，結合可用的TM遙感觀測，提取 MODIS 像元和亞像元尺度的玉米冠層反射率信息，構成時間序列遙感觀測數據集。

將氣象數據、土壤數據、田間觀測和玉米品種遺傳參數作為模型輸入參數，驅動 CERES-Maize 模型，模擬玉米的生長發育進程。為了將遙感觀測到的玉米生長期間作物冠層方向反射波譜的時間序列變化信息用于區域玉米產量估算，采用遙感數據和作物生長模型同化的方法，通過葉面積指數（leaf area index，LAI）將作物生長模型CERES-Maize與冠層反射率模型 SAIL 相耦合，利用耦合模型模擬得到遙感觀測時的冠層反射率。通過對CERES-Maize 和 SAIL 模型參數的敏感性分析確定待優化參數。針對玉米作物所在的 MODIS 像元和亞像元，利用時間序列遙感觀測反射率和 SCE-UA 算法（shuffled complex evolution

農業信息化課程論文-計科1201班-劉怡然-10 method developed at the University of Arizona）優化模型的待優化參數，得到參數的最優估計值，進而估算 2013、2014 和 2015 年玉米產量，結合玉米產量統計數據對同化估產結果進行驗證。在此基礎上，通過比較年際間及年內產量的時空變化，進一步探討利用時間序列遙感信息與同化方法估算作物產量的能力，分析時間序列遙感數據在年內產量及年際間產量差估測過程中的作用。3.2.3信息提取

隨著玉米作物的生長，LAI 逐漸增大，且在玉米吐絲期達到最大，隨后LAI呈逐漸減小的趨勢。提取 2013、2014和2015年 DOY169、177、185、193、201、209、217、225、233、241共10次旱地作物覆蓋的NBAR（nadir BRDF-adjusted reflectance）像元及亞像元的紅光和近紅外波段反射率，計算比值植被指數（ratio vegetation index，RVI）。RVI的計算公式為：

RVI?NIR/R

式中：NIR代表遙感近紅外波段反射率，R代表紅光波段反射率。

考慮到某些日期受天氣等因素影響，難免存在質量不好的像元，導致時間序列 RVI 存在波動現象，利用S-G濾波（Savitzky-Golay）[9]對 RVI 進行平滑，得到 RVI 時間序列變化廓線。對玉米作物覆蓋的像元（或亞像元）而言，時間序列 RVI 應該遵循玉米 LAI 的變化規律。旱地作物中玉米占相當大的比例，其吐絲期一般在 7 月下旬左右，因此，玉米作物覆蓋的像元（或亞像元）RVI 應該也在 7 月下旬左右達到最大。如果旱地純像元（或亞像元）RVI 遵從這一規律，則視為玉米覆蓋的像元（或亞像元）。統計三年玉米覆蓋的 MODIS 像元數、含有玉米信息的 MODIS 混合像元。利用MODIS數據估算的三年玉米種植面積和統計面積之間的相對誤差，若其誤差在 10%以內，說明了利用本文建議的方法估算玉米種植面積是可行的。3.2.4模型與優化算法

CERES-Maize模型源自農業技術推廣決策支持系統，是經過大量試驗資料驗證過的、動態的、機理性強的玉米作物生長模型，可以模擬土壤水分平衡、氮素平衡、物候發育和作物生長過程等。驅動CERES-Maize模型需要氣象數據、土壤數據、作物管理數據和品種遺傳參數。模型中氣象數據包括日太陽輻射、日最高氣溫、日最低氣溫和日降水量，其中溫度和降水數據來自于氣象站點，太陽輻射由日照時數通過埃斯屈朗公式轉換得到；土壤性質數據包括田間持水量、土壤容重、有機碳含量、土壤粒徑百分比等描述土壤水文和化學的參數，將CERES-Maize 模型應用到區域尺度，需要對其進行區域校準，即對特定地區確定代表性品種的過程。目前大多數研究主要基于大量的地面觀測數據，利用試錯法校準作物生長模型。在區域尺度且地面觀測數據較少的情況下，不適于應用試錯法。考慮到一定地理范圍內，受溫度和日照條件影響，同種作物的種植習慣及生長發育過程均固定在一定時間段內。在CERES-Maize模型中，品種遺傳參數幼苗期生長特性參數、光周期敏感參數、灌漿期特性參數和出葉間隔特性參數決定了玉米的生育時

農業信息化課程論文-計科1201班-劉怡然-10 期，單株最大籽粒數和潛在灌漿速率參數僅影響作物產量。選擇某年為基準年，將種植日期、幼苗期生長特性參數、光周期敏感參數、灌漿期特性參數和出葉間隔特性參數分別在各自取值區間內均勻采樣10000次，然后將不同的參數采樣組合代入CERES-Maize模型進行模擬，判斷落入到玉米合理生育時期的采樣組合，經過反復試驗，確定出滿足榆樹市玉米生育時期的遺傳參數取值范圍。將主推玉米品種最大籽粒數的平均值作為CERES-Maize 模型中單株最大籽粒數的取值，結合該年地面實測產量數據，在幼苗期生長特性參數、光周期敏感參數、灌漿期特性參數和PHINT取區間中值、單株最大籽粒數固定的情況下，模擬玉米產量，然后和地面實測產量相比較，當模擬和實測產量基本吻合時，潛在灌漿速率參數的取值作為該參數的校準值[8]。

SCE-UA 算法是在控制隨機搜索方法和遺傳算法基礎上發展起來的，此外還引入了復雜形分割與混合的思想，通過采用競爭演化和復合型混合的概念，繼承了全局搜索和復合型演化的特性。SCE-UA 算法靈活、應用面廣泛，不拘泥于具體問題，對非線性優化問題能夠獲得準確的優化結果。代價函數的表達式如下：

J(x)?(x?xb)B(x?xb)??(yi?H(LAIi))TRi?1(yi?H(LAIi))T?1i?1n 式中，J(x)為要求解的代價函數，向量x代表待優化參數的取值；向量xb代表待優化參數的數學期望值；B為向量x的誤差協方差矩陣；i為遙感觀測的次數；n為經質量控制后的總遙感觀測次數；向量yi 為第i次遙感觀測紅光和近紅外反射率數據，無量綱；Ri為向量yi的誤差協方差矩陣；LAIi為CERES-Maize 模型模擬的第i次遙感觀測時刻的LAI,m 2 /m 2；H(·)為SAIL模型；上標T表示矩陣的轉置。

待優化參數包括種植日期、種植密度、光周期敏感參數、葉片紅光和近紅外波段反射率。其中，種植日期和種植密度的標準差根據當地玉米種植情況及實地調查情況確定；光周期敏感參數的標準差根據CERES-Maize模型區域校準及模擬情況給定；葉片紅光和近紅外波段反射率的標準差主要參考實地測量及中國典型地物波譜數據庫中玉米組分波譜設定；遙感觀測反射率的誤差主要根據文獻[9-10]設定；B和Ri均設為對角陣。選用SCE-UA優化算法求解式，優化成功后與最小代價函數值對應的種植日期、種植密度、光周期敏感參數、葉片紅光和近紅外波段反射率等 5 個參數取值稱為“最優值”。將種植日期、種植密度和光周期敏感參數的“最優值”，連同其他輸入參數一起輸入到CERES-Maize模型，模擬得到數據同化后的產量結果。

農業信息化課程論文-計科1201班-劉怡然-10 4現有遙感估產方法存在的問題和發展方向

4.1遙感估產方法存在的問題

在政府部門的大力支持和眾多學者的努力下，我國的作物遙感估產方法雖然建立了較好的理論與技術體系，取得了一定的研究與應用成果,但與發達國家相比,在應用的深度與廣度上仍存在很大差距。

首先是遙感數據源的選取和精度的控制方面。現在用來進行估產的遙感影像主要有:NOAA/AVHRR、EOS/MODIS以及Landsat/TM影像等。高的遙感估產精度需要有高的空間分辨率，時間分辨率和光譜分辨率信息源的保障。由于受估產成本的限制，一般大范圍農作物遙感估產多采用廉價的衛星數據，如NOAA/AVHRR、EOS/MODIS等資料。時間分辨率雖然很高，但相對的空間分辨率比較差,很難準確提取農作物的分布和面積信息。小范圍的農作物遙感估產若采用價格較昂貴的衛星資料，如SPOT影像，空間上精度提高了，時間分辨率卻降低了，不能對小麥等作物進行連續的觀測監測，最終還是會影響估產精度。

其次，絕大部分作物遙感估產模型在小區試驗中都能取得較高的精度，但其大面積估產時不能滿足專業化要求。究其原因，這些遙感估產模型多是依據植被指數與農學參數間的相關性而建立的回歸模型，具有很強的經驗性，普適性較差。今后在作物遙感估產模型構建中，應考慮模型的機理性與普適性，以增強估產模型在區域間或年份間的通用性。

另外，缺乏可面向實際應用的遙感估產信息系統。遙感估產信息系統是對作物的整個生長過程進行系統監測和管理，利用程序語言工具，將遙感數據、地形數據、氣象數據、品種資源數據和社會經濟數據進行綜合集成，可以實現數據管理、信息查詢、長勢分析、產量估測以及決策服務等功能的計算機信息管理系統。近年來，在作物遙感監測信息系統研制與開發方面取得一些進展，但不太成熟。

4.2遙感估產的發展方向

準確、迅速、全面的信息交流將是數字農業發展的必然趨勢。將遙感技術和其他信息技術集成，建立面向農業生產的農作物估產信息系統，可以為糧食部門或農業生產管理者提供信息化、智能化的農情決策服務。

針對農作物遙感估產的研究現狀和存在的一些問題，在遙感技術和相關信息技術的發展基礎上，應加快農作物感估產的信息化集成應用的步伐，在以下幾個方面開展研究：第一，利用現有的數據源提高估產精度；第二，利用數據反演綜合氣候環境因子進行農作物遙感估產；第三，極端氣候條件下的產量評估；第四，開展遙感估產技術的信息化集成研究，提供專業化服務。

農業信息化課程論文-計科1201班-劉怡然-10 5結束語

遙感估產模型的構建是農作物遙感估產的核心問題。構建農作物遙感估產模型時，獲取遙感信息作為輸入變量，直接或者間接表達作物生長發育形成過程的影響因素或者參數，單獨或者與其他非遙感信息結合，依據一定的原理和方法建立模型。

通過此次課程論文研究過程，我更加深刻地理解了這一過程。首先我理解了作物遙感估產的基本原理和方法，知道了遙感技術必須與其他技術結合才能更好地進行農業估產，我還了解到一些傳統的遙感估產模型的優劣。在研究過程中，有很多參數和指標是我這個非專業學生所不知道的，導致模型看著非常復雜，無法理解，后期涉及到的優化算法更加令人費解，我已經盡力去理解了。通過此次結課論文的寫作，我經歷了了解一項技術的一般過程，能夠比較清晰地理解和講述這個技術。

在以后的學習中，這樣的經歷能讓我更加容易地接受新的技術，新的事物，讓我更有創新和探索精神。感謝老師給我這樣的機會，感謝室友解答我的疑問。

農業信息化課程論文-計科1201班-劉怡然-10

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