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第52章 科技·发明(2)

从20世纪40年代开始,农药工业家通过不懈努力,使农药业逐渐形成为一个新的精细化工行业。1938年,瑞士人米勒经过仔细研究,终于发现DDT的杀虫作用。它是第一个重要的有机氯杀虫剂,在农业和卫生保健方面得到广泛使用。正因为米勒作出这样重大的贡献,他获得了诺贝尔生理学和医学奖。

1942年,英国的斯莱德和法国的迪皮尔各自展开研究,同时发现“666”的杀虫作用。后来50~60年代,有机农药发展得非常好,许多新的系列化品种出现在商店的柜台里。

在杀虫剂方面,有机氯杀虫剂的产品,除了DDT、666之外,还出现了新的宝贝——氯代环二烯系列。有机磷杀虫剂中,有对人畜毒性较低的敌百虫、马拉硫磷、杀螟硫磷。在杀菌剂方面,萎锈灵、克菌丹、硫菌灵、苯菌灵等出现,成为农民的新宠。在除草剂方面,出现了很多新产品,较为著名的有苯氧羧酸、氨基甲酸酯、酰胺等。

可是,由于农药被人们滥用,所以导致人畜中毒事故层出不穷,既污染了环境,又使生态遭到破坏,有害生物的抗药性问题也越来越严重。这样,从20世纪30年代起,农药工业加快了更新品种的速度,新农药开发的重点逐渐向高效、安全的产品转型。

时至今日,那些药效低、安全性差的杀虫剂、有机汞、有机砷杀菌剂,很多都被淘汰了,而相对高效、安全的新品种则层出不穷。

008、化肥的由来

在传统农业社会里,人们通常使用畜力进行耕种,也使用一些自然肥料。从1824年开始,德国化学家利比格对各种植物和土壤进行了细致的科学分析,想找到能给植物提供丰富营养的化学物质。1840年,他用硫酸处理骨粉制成了磷酸钙。可惜这种物质的浓度太高,植物无法吸收。可是,这个尝试毕竟开拓了化肥生产的途径,其功绩还是不可埋没的。

之后不久,一些科学家通过细心研究,证明氮、磷、钾对植物生长有促进的作用,是植物不可缺少的元素。有了充足的氮元素,植物的叶子长得更绿更大,可以加快植物的生长,增加作物的产量。磷在肥料中存在的形式是磷盐酸,能对糖分和碳水化合物的制造提供帮助,对生长初期的幼根生长产生刺激,促使植物提早成熟。

而钾在肥料中存在的形式是碳酸钾,这种元素对调节植物的水分含量很有帮助,能减少叶子的水分蒸发,对很多需要储存大量水分的蔬菜、瓜果和豆类有相当重要的意义。

有一位英国乡间的爵士名叫劳斯,他的庄园在哈特佛郡的罗森达德。1842年,他在伦敦设厂生产磷肥——过磷酸钙。1898年,德国化学家弗兰克和卡罗经过细心研究,又创制出合成氮肥的方法。

20世纪初以来,化学家开始对大气中的氮进行大量利用。当时氮肥主要有两种:一种是硝酸钠,只在智利生产;另一种是副产品硫酸铵,是为生产煤气而研制出来的。

在有关农业的生产活动中,氮肥有很大的需要量,人们担心硝酸钠会很快用完,硫酸铵的存量也变得很短缺,所以,氮肥问题使科学界格外重视,因为大气中4/5是氮,氮是取之不尽、用之不竭的资源。

可是,利用氮气与氢气化合生成氨,在科学研究方面却是一个难以攻克的难题。1909年,德国物理化学家哈伯终于找到了一种解决问题的新方法。他使氢气和氮气在高温高压下产生反应,直接生成氨。由于氢气、氮气在反应器中转变为氨的只有很小的一部分,所以,他又指出,可以让没有参与反应的气体回到反应器,进行再循环。这样,对寻找新型催化剂很有益处。

1912年,德国化学家米塔斯细心研究,对2500种催化剂作了6500次试验,真可谓费尽辛苦。通过不断实验,他终于研制出以钾、铝氧化物为助催化剂的铁催化剂。这种催化剂非常便宜,在化学制品中实属难得。

至于在工业化过程中难免遇到一些重大难题,比如高温下氢气对钢材的腐蚀、碳钢制成的合成氨反应器的寿命不高等,也被一位名叫博施的德国工程师所攻克。

这种合成氨的哈伯—博施法,是在工业上实现高压催化反应的重要里程碑。由于哈伯和博施的突出贡献,他俩分别获得1918年和1931年的诺贝尔化学奖。

009、嫁接术的由来

“连理枝”,又有“木连理”之称,是树木在自然环境下,枝干相互发生摩擦而损伤后,两个枝干自然愈合而后联结生长在一起的现象。

早在汉朝,人们就将“连理枝”作为吉祥的象征。从这些自然现象中,人们受到很大启发,进而发明了嫁接技术,一直影响到今天。

那个时候,为了使大葫芦生长出来,人们采用了靠接的方法。就是把10颗籽长出的10根茎,用布捆绑起来,再用泥紧紧封住。几天之后,这10根茎就在捆绑处合在一起了。再通过整枝,就可以把弱枝和不结籽的枝条去除,而只保留最强壮的一枝。这样,结出来的葫芦与普通的葫芦相比,要大10倍之多。

其实,人们运用嫁接技术最多的是果树,以梨树的嫁接为最早、最普遍。

北魏农学家贾思勰曾撰有《齐民要术》一书,书中有“插梨”一篇,专门介绍嫁接梨树的具体方法。

隋唐宋元以后,人们将嫁接技术大量用于改造花木和果品的形状、颜色和品质。如柿接桃就是金桃;梅接桃则脆;桑上接杨梅则不酸;李接桃则为李桃;桃树接杏则大;还有海棠色红,以木瓜头接之则色白。

对这种现象,清代有人进行了总结,说接换树木“花小者可大,瓣单者可重,色红者可紫,实小者可巨,酸苦者可甜,臭恶者可馥。是人力可以回天,惟在接换之得其传耳。”

早在唐朝,人们就认识到,有些树木种子形态相似,嫁接在一起就很容易成活。元代的嫁接方法增加到6种,有身接、根接、靥接和搭接、皮接、枝接。到了明代,人们根据实践又提出了“接树三诀”一树青,二就节,三对缝。这种说法虽然没有什么理论高度,却标志着中国的嫁接技术进入了一个新的阶段。

010、杂交术的由来

杂交技术的故乡是中国。中国最初的杂交技术,实际上是动物的杂交。

早在2000多年前的先秦时期,中国人在动物繁殖方面就使用到了杂交术。北方的游牧民族利用马驴杂交,培育出了骡子。

在《齐民要术》一书中,在驴马杂交方面有专门的论述。作者认为,公驴配母马所生的骡子,其杂种优势不如公马配母驴所生的骡子明显。作者还认为,要想提高骡子的质量,关键是要对母驴有所选择,要选那些齿龄7~8岁、骨盆大的母驴。

这说明,当时人们不仅认识到马驴杂交具有优势,还注意了杂交优势与母体间的关系。

古代的杂交技术还能在别的动物身上有所体现。人们成功地实现了牦牛与黄牛的杂交、番鸭与麻鸭的杂交以及家蚕雌雄之间的杂交。在这些杂交技术中,牦牛与黄牛的杂交可谓意义重大。

明代学者叶盛在《水东日记》一书中曾提到:“牦牛与黄牛合,则生犏牛。”牦牛,本来是青藏高原上的一种凶猛的野牛,经过驯化后成为藏族人民最重要的家畜。藏族和周围各族经过长期交往后,大胆将黄牛品种引进,使之与牦牛杂交,这就培育出了一种新品种——犏牛。

犏牛既有牦牛的优点,另一方面,其性情之温顺,肉味之鲜美,产乳量之高,驮运挽犁能力之大,对于气候变化的适应性之强,则是牦牛所远远不及的。

在古代,人们还在蚕种繁殖方面运用杂交技术明代科学家宋应星的《天工开物》曾经作了这样的记录,用早雄配晚雌的方法,即用一化性的雄蛾与二化性的雌蛾进行杂交,经人工选择可以培育出一种非常好的良种。

当然,古人在杂交利用方面也遭到过失败。比如,有人将家鸡与野鸡杂交,培养出一种称作“猥夷鸡”的家伙,这种鸡并没有改变野鸡原有的野性。还有人用番鸭与麻鸭杂交,培育出的后代,与番鸭相比,个头居然要小一半,因此得了一个“半番”的诨号。这些失败的例子,从杂交后代根本看不出杂交的优势。

总的说来,中国古代的先民在杂交优势利用方面积累了大量经验,开辟了杂交优势的利用途径。20世纪以来,很多科学家把杂交原理运用于粮食育种领域,通过不断摸索,取得了相当大的成果。

趣味链接:袁隆平为什么是“杂交水稻之父”?

自古以来,水稻就是人们的主要粮食之一。在当代,中国的袁隆平院士培育出系列杂交稻,使全世界的粮食产量得到很大的发展。人们鉴于他对粮食安全的杰出贡献,尊称他为“杂交水稻之父”。

那么,杂交水稻是怎样创造出来的呢?

袁隆平从1964年起,开始进行水稻杂交的研究工作。

要在水稻上利用杂交优势,他发现必须突破三大关才有希望:培育出雄花不育的母稻,即不育系;给不育系授粉,使它一代一代传下去,而后代仍保持不育的保持系;给不育系授粉,使它重新回到正常结实的状态,变为优势强的公稻,即育性恢复系。

为了培育不育系,在水稻扬花的季节,袁隆平不畏酷热,脚踩烂泥,手持放大镜,对水稻进行细心观察。经过了长时期的摸索,他好不容易找到一棵不育株。接着,他年复一年,选择了上千个品种,进行3000多个组合。但由于亲缘关系太近,不育特性总是不能保持下来。

于是,他转而用野生稻开展自己的研究。1970年,他带领助手费尽千辛万苦,来到海南岛考察,寻找野生稻。这种稻茎秆匍匐花药瘪小,是一种花粉败育的野生稻,人们称之为“野败”。他经过细心的培育,终于得到了少量而珍贵的种子,为二系的选育打开了一扇成功之门。

1971年春,农业部将杂交水稻的研究列入国家重大科研项目,“野败”分送南方省市20多个科研单位,要求大家联合攻关。他们使用上千个品种,进行了上万个杂交组合,与野败杂交转育。经过近一年的不懈努力,在江西、湖南培育成了第一批水稻雄性不育系和保持系,这就把第二个难题给解决了。

寻找“恢复系”的工作也是很辛苦的。他们对1000多个品种作测交和筛选试验,终于找到了100多个有恢复能力的品种。后来,他们在东南亚品种里搜集到一批优势强、花药发达、花粉量大、恢复率在90%以上的恢复系。这样,最后一道难关终于也被攻克。

人们终于使三系配套成功,培育出了首批杂交水稻——籼型杂交水稻,它的特点是根系发达,分蘖性强,茎根粗壮,穗大粒多,米质优良,适应性广,抗逆性强。

后来,杂交水稻得到推广,使中国的农业生产发生了巨大变革。以籼型杂交水稻的诞生为标志,人类的第二次绿色革命开始了。

011、克隆技术的由来

1997年,英国的伊恩·维尔穆特博士兴奋地对外宣称,他在1996年7月用取自一只成年羊的乳腺细胞第一次培育成功了一只克隆绵羊——“多利”。这位博士是罗斯林研究所的胚胎学家,它为这只克隆羊付出了无数心血。

这只克隆羊作为克隆技术的结晶,是一个轰动全球的研究成果,标志了一个新世纪——生物学世纪的出现。

克隆是英语单词clone的音译,是指生物体通过体细胞的无性繁殖,得到一个新的生命个体,而这个生命个体的基因型与母体是毫无二致的。

实际上,人们以前对克隆技术并不是毫无认识的。比如,从植物植株上剪下一根枝条,通过扦插,就可以使之发育成一个完整的个体植物。把马铃薯切成许多小块,结果繁殖出很多小苗。只不过,这些都是植物克隆的现象,人们都认为动物克隆是不可能实现的事情。

那么,“多利”到底是怎样克隆出来的呢?

首先,依靠显微注射仪,在放大好几十倍的情况下,用特制的极细玻璃管,对着一个成熟卵细胞刺进去,把卵细胞核吸出来,这样就获得了一个在核中的卵细胞。然后,把一个绵羊的乳腺细胞置于它的外膜上面。

接下来,对它们施加一次电击,需要持续几微秒的时间,使两个细胞膜上的一些微孔被打开,在乳腺细胞中挤进卵细胞,使它们进入类似受精卵的状态,这样29个胚胎就被培养出来了。最后,对这些胚胎再培养l周后,把它们植入作为借腹母亲的黑脸绵羊体内。

几个月后,瓜熟蒂落,“多利”降生了!这真是一个奇迹!

克隆羊成功的理论贡献在于,它能够使人们相信体细胞,特别是高度分化的成年体细胞,有可能在遗传信息的保存上是全能的,而在一定的条件下,这个全能性得到充分表现。

在生产实践上,它的意义也是非常重大的。

利用克隆技术对转基因羊进行大量培育,可以大大降低利用转基因羊来生产药物的成本。它还会使器官移植中的啉异问题得到解决,有利于建立动物基因模型,可以用来保护像大熊猫之类的濒危动物,甚至还有使灭绝的动物再生的可能。

克隆羊“多利”的出现,不但将人们的陈旧观念打破,还给人们的伦理道德、社会观念带来了相当大的冲击。羊能克隆,那么人类也一定能克隆出来,这种事多么让人惊奇和惊恐呀!

假如一位母亲克隆出一个胚胎,经科学家置于女儿体内生下一个女孩。那么,这个克隆婴儿究竟该算做这位母亲的姐妹,还是她的外孙女呢?她的女儿与克隆人的关系又是怎样的?

有人担忧,克隆技术如果被心术不正的人掌握,用来克隆出一批战争狂人,那必定给人类带来不幸!克隆人还可能给户籍管理和社会治安造成相当大的困难,无论是指纹鉴定,还是DNA鉴定,都不能把克隆人区分开。

另外,生物是需要多样性的,人类也不能逃过这个法则。不然的话,人人都成为理想之人,很可能会产生一种新的病毒,使全人类灾祸连连……

可是不管怎么说,克隆技术毕竟是生物科学上的一个重大进步,而人力是无法阻止科学的进步的。人们有理由相信,人类是理智的,科学家也是谨慎的,克隆技术的发明,必将会把人类社会带进一个光辉美好的世界。

012、温室栽培的由来

温室栽培的发明最早可追溯到我国秦朝。一年冬天,秦始皇传下命令,让人在今西安郊外的骊山种瓜。没想到,骊山的实验还真取得了成效,所种的瓜都结出果来。可有些食古不化的儒生们总觉得自己读的书多,认为冬天种瓜能结果的事情纯属海外奇谈,因此对秦朝当局的说法将信将疑。

秦始皇很光火,他早就发觉儒生们对他独裁说三道四。于是,他想利用这次机会,将儒生们好好收拾收拾,于是就让他们去实地察看。秦始皇让士兵在骊山附近设下埋伏,把前来看瓜的七百多名儒生用乱石砸死。这是一次惨绝人寰的大屠杀,直到今天,人们仍为秦始皇的暴虐而气愤。

可是,在那时候,冬天种瓜结果的事情能是真的吗?

众所周知,骊山附近的地热资源非常丰富。秦朝官员利用温泉形成的小气候,在冬季栽种蔬菜成活则是完全可能的。至少,这种可能在唐代就得到了证实。诗人王建在一首诗中就描述了这种现象:

酒幔高楼一百家,

宫前杨柳寺前花。

内园分得温汤水,

二月中旬已进瓜。