1生理学原理的应用

1.1光合作用原理

提高农作物光合作用的强度是农业生产增产的主要措施,通过分析影响光合作用强度的环境因素,从以下几方面适时改善农作物栽培的环境条件。增加CO2的浓度。农业生产中增施有机肥、合理密植及作物栽培要“正其行,通其风”的要求都是提高CO2的浓度达到提高光合作用效率的目的;在蔬菜大棚或花卉温室中燃烧植物茎杆或使用CO2发生器,通过提高CO2的浓度来促进植株的光合作用。改善农作物的光照条件。可通过延长光照时间、适当提高光照强度来提高植株光合作用强度;光质不同对光合作用的影响不同,叶绿素吸收红橙光和蓝紫光最多,吸收绿光最少,建温室时,选用无色透明的玻璃(或薄膜)做顶棚,能提高光能利用率,也可依据不同作物的特性,温室内补充不同成分的光照,如人工光照的温室中,培育水稻秧苗时,蓝色的塑料薄膜有利于培育壮秧;作物栽培的间种套种、合理密植能有效增大光照面积,提高光合作用效率。调节适宜的温度。光合作用是酶促反应,而温度直接影响酶的活性,如温室栽培作物,冬天可适当提高温度,夏天适当降低温度;白天调到光合作用最适温度,以提高光合速率,夜间适当降低温度,以降低细胞呼吸,增加植物有机物的积累。合理增施矿质元素。矿质元素直接或间接影响光合作用,在一定范围内,营养元素越多,光合速率就越快。剔除老龄叶。随着叶龄的增加,叶片面积逐渐减少,叶绿素被破坏,光合速率也随之下降。所以,在农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶及茎叶蔬菜及时换新叶,可有效降低呼吸消耗,利于有机物的积累。

1.2呼吸作用原理

呼吸过程是代谢的中心,应根据具体情况促进细胞呼吸以增强生长发育,或在必要时设法降低呼吸速率,减少有机物的消耗,实现农业高产增产的目的。作物的中耕松土,水稻的露、晒田,黏土掺沙等措施可以改善土壤通气条件,增加土壤中的氧气,促进根的有氧呼吸。水淹植物要及时排水,稻田的定期排水可有效避免植株根的无氧呼吸过久而积累酒精引起中毒。在植物组织的培养液里要不断通入氧气,促进根的呼吸作用。贮藏粮食要晒干,并通风密闭,低温储存,有效降低种子的呼吸作用,减少有机物的消耗,避免种子霉变腐烂。同样,在低温低氧的环境下贮藏果蔬,能降低果蔬的呼吸速率,利于果蔬的保质保鲜。人工控制的温室要适度降低夜间温度,以减少作物的呼吸消耗,利于有机物的积累贮存。新疆的哈密瓜之所以很甜,因为吐鲁番盆地昼夜温差大,白天光照充足,温度适宜,利于光合产物的积累,夜间低温,呼吸消耗少,利于植株积累有机物。而人工养殖经济动物,冬天实行温室饲养,可减少动物因维持体温而进行的呼吸消耗,利于动物体内营养物质的积累储存。在林业生产中,适度砍伐、适时修剪枝叶利于降低树木呼吸消耗,从而实现树木光合产物得到最大限度的积累,利于提高木材产量。

1.3水分代谢原理

水分是代谢作用过程的重要物质,在光合作用、呼吸作用、有机物的合成和分解的过程中都有水分参与。合理灌溉能保证农作物充足的水分供应,加强植株生长,促进叶面积加大,增加光合面积。利用水分的蒸腾作用原理,移栽植物时去掉一些枝叶以减少蒸腾面积,降低水分的蒸腾散失。带土移栽幼苗,以保护幼根,利于吸收水分。

1.4矿质代谢原理

植物体对矿质元素的吸收、转运和利用称为矿质代谢。在农业生产中,通过合理施肥能改善植物光合性能,增加干物质积累,提高产量。增施氮肥能使叶面积加大,增大光合面积。氮肥还能延长叶片寿命,进而延长植株光合时间。氮又是叶绿素的主要组成成分;磷是光合进程中ATP、NADPH等物质的重要成分,可提高这些物质的含量;磷、钾能促进光合产物的运输,有利于光合产物的分配利用。根据植物对矿质元素的主动和选择性吸收,通过合理施肥、农作物轮作、豆科和禾本科作物间作,以及中耕松土等措施提高土壤矿质元素的利用率,达到农业增产的目的。农民收后在地里燃烧农作物的茎杆,也是增加土壤矿质含量促进作物增产的措施之一。利用溶液培养法原理进行的无土栽培,把植物体生长发育过程中所需要的各种矿质元素,按照一定的比例配制成营养液,有效促进植物的生长发育,实现农作物栽培的工厂化和自动化,极大地提高作物的产量。

1.5植物激素调节原理

根据植物激素作用机理,将植物激素及人工合成的植物生长调节剂应用于农、林业生产,能起到增产、提高经济效益的作用。比如,生长素能促进果实发育,可将生长素(或生长素类似物)运用于培育无籽番茄及辣椒、黄瓜等无籽果实;生长素既能防止落花落果,也能疏花疏果,因此可运用于棉花的保蕾保铃;生长素能促进扦插的枝条生根,运用于生产实践可提高扦插枝条的成活率;根据高浓度生长素抑制植物生长,甚至杀死植物的作用特点,可研制成除草剂运用于农业生产。顶端优势原理在生产中的应用。通过打顶,可促进棉花、果树的侧枝发育,达到多开花、多结果,提高棉花及水果产量的目的;白杨树等材木保留顶芽,以促进主干发育。对茎杆为食用部分的蔬菜可用赤霉素促进其植株增高;休眠期长的种子可用赤霉素解除种子休眠,促进发芽;运用细胞分裂素能促进细胞分裂具有保鲜的原理,可研制青鲜素应用于果蔬贮藏;根据乙烯促进果实成熟的原理,将乙烯或乙烯利应用于香蕉、柿子等果实的催熟;依据促进细胞分裂和生长的原理,研制膨大剂等植物生长调节剂促进果实、块根、块茎的生长增大。

2遗传学原理的应用

2.1遗传基本规律原理

运用基因分离定律可鉴定良种的纯度,常用自交法验证小麦的抗病品种是否为纯种,可避免某一优良品种在种植过程中因发生花粉杂合而导致产量和质量的降低。运用基因自由组合定律原理,将具有不同优良性状的亲本杂交,在其杂交后代中选择符合生产需要的进行连续自交,直至获得具有优良性状的稳定遗传的新品种,如培育抗病抗倒伏的水稻新品种。利用不同的自交系间杂交育成具有杂种优势的作物种子,具有生长势、生活力、抗逆性、产量和品质等一种或多种性状优于两个亲本,能起到增产、提高经济效益的作用;驭役动物骡是通过马和驴交配培育出的具有杂种优势的牲畜,其体力强大、耐力好。

2.2性别分化和伴性遗传原理

环境条件可直接影响黄瓜、南瓜、西瓜等葫芦科植物的性别决定。因此,通过适当改变环境条件,增加雌花的数目,可提高相应作物产量。如栽培黄瓜时,多施氮肥能大大提高雌花形成的数量;在培养条件一致的情况下,缩短光照时间,也能增加雌花的数目;某些南瓜品种,温度降低到10℃左右,有利于雌花的形成等。根据伴性遗传中生物性状在不同性别个体的表现情况,可有目的地选择能增加产量、获得最大化经济效益的生物个体饲养。如鸡的芦花性状是伴性遗传性状,选用芦花雌鸡与非芦花雄鸡交配,子代中表现芦花性状的是雄鸡,非芦花性状的是雌鸡,根据早期雏鸡羽毛的特征区分雌鸡和雄鸡,有选择的淘汰雄鸡,选养雌鸡,实现鸡蛋增产的目的。畜牧业生产上利用控制性别来提高畜牧业的产量,许多家畜、家禽具有限性遗传性状,如只有雄鹿才有鹿茸,多养雄鹿就可提高鹿茸的产量。

2.3遗传变异原理

生物可遗传的变异有基因突变、基因重组和染色体变异,运用生物遗传变异的原理培育生物新品种能有效促进生产增产。运用基因突变原理进行诱变育种,能有效改良作物性状,在短时间内培育高产、抗病新品种,如太空椒、“黑农五号”大豆品种等。运用基因重组的原理进行杂交育种,将具有不同优良性状的作物品种杂交,选择培育具有双亲优良性状的作物新品种。运用染色体变异的原理,进行多倍体育种,培育出糖类和蛋白质等营养物质含量增加的同源多倍体新品种,如三倍体无籽西瓜及四倍体葡萄、番茄等;人工培育具有抗逆性强、穗大、籽粒蛋白质含量高和生长势强的异源多倍体,如六倍体小麦、八倍体小黑麦;通过单倍体育种,快速培育能稳定遗传的作物新品种。

3生态学原理的应用

3.1种间关系原理

种间关系的实质是营养关系,只有促进农作物及其他经济动植物在生态系统中直接或间接获得最大化的营养来源,才能实现相关产业增产的目的。运用捕食关系原理,引进农林害虫的天敌,能有效控制害虫种群的数量,最大限度地降低农林作物的能量流向农林害虫;在粮食作物生长及粮食贮存过程中,饲养鼠的天敌———猫,保护食鼠、食虫的动物———蛇、猫头鹰及蛙等;池塘养殖淡水鱼,要剔除捕食者肉食鱼,如黑鱼等。运用竞争关系原理,及时铲锄田间杂草;池塘养鱼要清除池中竞争者,如虾、蟹等。运用寄生关系原理,引入害虫的寄生虫,实行“以虫治虫”,如用赤眼蜂、寄生蝇防治松毛虫等多种害虫,用黏液瘤病毒除杀野兔等。运用互利共生关系原理,增加豆科植物田地里根瘤菌的数量,培养自生固氮菌并增施于土壤中,为农作物的生长提供尽可能多的氮素营养。

3.2种群特征原理

研究种群的数量特征、种群的变化规律及影响种群数量变化的因素,积极防治有害动物,保护和利用野生生物资源,拯救和恢复濒危动物种群。根据种群年龄组成的特点,将饲养的经济动物年龄组成控制成增长型,如渔业生产中,严格控制鱼网孔眼的大小来保护幼鱼,实现渔业生产的持续稳定增产;养猪场通过有效经营,保留幼猪、剔除中老年猪,使猪种群长期处于发展时期的增长型;给家蚕幼虫喷施保幼激素,可以延长其幼虫期,虫体长得更大,结茧时会产更多的丝;对于菜青虫等农业害虫,使用蜕皮激素,使其加速变成成虫,致使害虫种群的年龄组成处于衰退型,达到防治农业害虫的目的。根据种群性别比例的组成特点,调整经济动物的性别比例,如增大家禽、家畜的雌性个体所占的比例;利用人工合成的性引诱剂诱杀某种害虫的雄性个体,破坏害虫种群正常的性别比例,使其雌性个体不能完成交配而降低种群密度。根据种群数量的环境容纳量(即K值)随环境条件的变化特点,对草原放牧量、森林砍伐量、池塘养殖量等进行宏观调控。在渔业捕捞和林业砍伐中,在1/2K偏上进行捕捞或砍伐,至1/2K为止,以保持种群数量的持续增长;经济动物的饲养要改善环境条件,以增加其环境容纳量;而农林害虫及鼠害的防治要控制其环境条件,降低其环境容纳量。

3.3生态系统的结构和功能原理

生态系统的结构包括生态系统的成分(非生物的物质和能量、生产者、消费者及分解者)、食物链和食物网,生态系统的功能是能量流动、物质循环和信息传递。运用生物学结构与功能相适应的原理,可以合理调整生态系统的结构,使其功能最大化的趋向于人类最有益的部分。在农田生态系统中,通过除草、消除病虫害、增施有机肥等措施,改变生态系统的组成成分,合理调整生态系统能量流动关系,使能量持续高效地流向对人类最有益的部分;在草原畜牧业上,合理确定载畜量,可保持畜产品的持续高产;通过适当增加生态系统的组成成分,实现生态系统中能量的多级利用和物质的循环再生,运用此原理设计“桑基鱼塘”等生态农业,将植物秸秆当饲料饲喂牲畜,将牲畜的粪便投入沼气池,产生的沼气作燃料,沼气池的沼渣作肥料;大棚蔬菜中,利用棚内空闲地,用作物秸秆栽培蘑菇,蘑菇分解产生的无机物育肥作物,产生的CO2促进作物的光合作用。运用生态系统信息传递

的原理,采取人工控制作物光周期的措施,实现早熟、高产的目的;延长家禽的光照时间,提高产蛋率;在农林害虫的防治方面,可利用黑光灯诱杀具有趋光性的有害昆虫。

3.4生态系统的稳定性原理

生态系统内,物种越丰富,生态系统营养结构越复杂,其自我调节能力就越强,运用保护生物多样性维持生态系统稳定性的原理,在农林业生产上可引进农林害虫的天敌或昆虫病原微生物的寄生虫等措施,既有利于提高农作物产量,又不污染环境,同时利于保护生物的多样性;利用生物间的关系,把不同生物种群组合起来,实行多物种共存、多层次配置的立体农业生产模式。比如,对单一树种组成的生态防护林,要尽可能地增加其物种的多样性组成,以提高防护林的生态稳定;深水养鱼实行分层多鱼种混合喂养等。

4生物工程学原理的应用

4.1基因工程原理基因工程是指按照人的意愿,通过改造基因而改变生物的遗传性状。将基因工程原理运用到农、渔、畜业的生产中,能起到增产、增收的作用。运用基因工程技术能改良农作物的品质,如培育转基因抗虫棉及抗寒、抗旱等抗逆性作物新品种。将外源生长激素基因导入绵羊体内,转基因绵羊的生长速率增快,体型增大;将外源生长激素基因导入鲤鱼体内,促进转基因鲤鱼快速生长,增加体重。

4.2细胞工程原理

细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法,通过细胞水平或细胞器水平上的操作,按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术,分植物细胞工程和动物细胞工程。运用植物细胞工程原理,通过快速繁殖技术为一些优良的观赏植物、经济林木、无性繁殖作物提供苗木,大规模地提高其经济产量;对马铃薯、草莓等无性繁殖的作物进行茎尖的植物组织培养获得脱毒苗,进而实现作物高产、增产的目的;运用植物组织培养技术制造出人工种子,既能为生产节约大量粮食种子,又能有效避免一些作物产生种子周期长的制约以及一些作物优良杂种的后代因发生性状分离而丧失其优良性状,达到提高作物产量的目的;将组织培养技术应用于细胞产物的工厂化生产,如培育人参的组织进行工厂化生产,使人参皂甙的产量大大增加。运用植物体细胞杂交技术,培育在生产上有较高应用价值的白菜—甘蓝等具有生长期短、耐热性强和易于贮藏等优点的种间或属间杂种。

4.3胚胎工程原理

运用胚胎工程原理,进行胚胎移植、胚胎分割和体外生产胚胎等技术能大大推动畜牧业的发展。进行胚胎移植可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力,如通过胚胎移植,一头良种母牛一年产下的后代可达数十头,远远超过在自然状态下一生所得的后代数量;运用胚胎分割将同一胚胎分置于不同母体内发育,获得同卵双胎或多胎子代个体,增加子代数量,提高家畜胚胎的利用率