2008年4月20日 星期日

Chapter 1. Development of Agricultural Production Technology

第壹章 農業生產技術的發展


本文作者
台灣大學生物產業機械工程系 
馮丁樹教授(退休)


1.1前言

農業機械是一個古早的行業,天工開物中就已記載諸多古代農村常使用的器械,包括犁耜、汲水灌溉、風車除秕、土礱碾米等等。這些器械在農家千餘年來,有些型式仍然被沿用至今。農機具或農具均是一個廣泛的名詞,其應用的項目,深入日常的食衣住行之中。今日的農業生產,由於科技之發達以及動力的進步,均已進入另一個生產的領域。隨著各項技術的發展,農業也提升至另一層次。嚴然併入另一個新的領域--生物產業工程。


中國農村使用之石磨(資料來源:中國科技普覽


農村使用之水車(資料來源:中國科技普覽


1.2生物產業之範疇

生物產業機械之領域,範圍包含甚廣。由早期的農業衍生的技術到目前相當走紅的生物技術,均可涵蓋在內。因此,廣義的『生物產業』包括人類日常生活上的食衣住行育樂之所需,以及生物製藥的發明及應用等。換言之,它就是與生物存在有關之產業;而工程則是遂行各項產業的成果,使其為人所用之相關技術。

生物產業工程體系應是解決這些生物技術產品或系統應用諸問題之方法。其間包括產業內涵之定義與規劃、生產或加工、調製等特定程序,利用現有工程技術製造或解決有關生物 (動物、植物或微生物) 本身或其副產物所衍生諸問題,其中包括對人類醫學或農業有用的物質或生物之後續處理以及其對環境之影響等。

1.3傳統之生物產業

傳統的生物產業應是自農業始,雖然之前仍然以狩獵為主,其後卻逐漸發展為農林漁牧,可以由人類掌控產業發展因素。這個特定的產業其對象除動植物本身外,尚必須與氣象配合,以求得合適的環境。從前的農業是靠天吃飯,農民必須祈求上蒼普降甘霖,以灌沃農田,滋潤作物。然而農民從歷史經驗得知的技術卻能逐漸累積,他們知道如何建霸儲水,以抗乾旱;如何整田種植、開溝築渠、引水灌溉,使作物生長良好;如何瞭解病蟲害的來由,並進行人力防治,以延遲自然競爭法則的應用。在這些技術應用的過程中,他們同時必須具備汲水器具,或利用水力自動灌溉。水是農業的需求,也是人類的需求的水分來源,因為在其成長過程中必須進行灌溉。

動力的技術隨著人類智慧的累積,也有很大的進步,間接提升農業生產的技術。早期的人力、畜力是耕種的主力,幾千年來人類懂得馴服牲畜時,就開始利用畜力。至今在世界較為落後的地區仍然使用牛馬騾等畜力進行田間作業。除此而外,其他動力之發展則依水力、風力等地域性的資源而有零星的應用。而真正機器動力應自蒸汽動力開始,其次為內燃機動力,由於動能增大,田間作業之工作量大增。農業因而可以大規模化生產。

1.4生物技術之發展

在生物技術方面,早在數千年前埃及人就已經知道以生物方法生產啤酒及其他酒類,中國古代所流傳之技術如醬油、醋、泡菜、豆腐乳、紅糟肉、養樂多、味精等之製造過程都是經過微生物之發酵作用,其產品變成美食的一部份。酒類所含的酒精與人類的生活脫離不了關係,因其存在特定的成份、而醬油、醋或泡菜等之美味與香氣、紅糟肉的抗血脂成份等都是經過微生物代謝後的產品;在醫藥的應用方面,青黴素更是利用細菌作用之結果,當初之發現係利用青黴菌抵抗周遭環境各種細菌的功能,變成廣為應用之『生化武器』,協助人類抵抗入侵人體的病菌。

這些早年廣被人類所應用的技術,可稱為『傳統的生物技術』,雖然此項技術仍在廣泛應用之中,但與現代的生物技術有點差別。技術上更為精進,並符合現代生物技術之潮流。新的生物技術已運用生物化學、分子生物學以及分子遺傳學等科技利器與資訊,甚至進一步改變生物個體的遺傳形質;使遺傳基因能正確控制生物的生理現象以及相關之代謝過程,達到生產有用物質之目的。傳統與近代生物技術最大之差別在於前者以育種、雜交、配種等繁複漫長的過程獲得整體性動物、植物或微生物的繁殖及篩選;而近代之生物技術則是由『細胞與分子』層次進行研究,利用微觀手法精確地導出所需之產品與部位。

經過數十餘年的進步與發展,有關生物技術之應用範圍已經變成相當廣泛。其範疇包括基因操作、細胞培養、單株抗體、酵素工技等四個領域,以及其所衍生的相關科技與工程技術。但也由於其應用範圍廣泛,工程及產業界之需求也相當分散。所以很多新興之技術雖被看好,但產業面卻一直無法凝聚成一個氣勢,進而營造出一個有利的產業環境。

就研究的觀點而言,由於生物技術涉及的科技種類,複雜而多樣,形成一個『跨領域』的學門,其產業因而必須有整合的形勢。不但要有橫向的發展,而且應有垂向的連結。在國內整合風氣不彰,處處顯現各憑本領單打獨鬥的情況下,要形成一個具體的產業相當困難。以研究系統而言,幾乎農林漁牧醫工各行業的動物、植物、微生物以及人體,都可成為生物技術的探討對象;其研究的深度與廣度,可以微觀至分子與細胞,甚至奈米級的原子層次;也可大到組織、個體、群落甚至整個生態系。但實際上農業為基底的生物技術仍然受到相當多的限制,並且有逐漸萎縮的現象。長期下來,各部門仍然處於散兵作戰的形態,不容易集中力量在國際間與他國一競短長。

1.5生物產業之分類

  就生物產業來分,其領域應包括醫藥、食品、釀造、化粧品、農業及醫療器材等產業,各技術領域之產業發展趨勢可歸納如下:

  • 1.醫藥產業:癌症、老人癡呆症、骨質疏鬆症、愛滋病、遺傳性疾病等。
  • 2.食品產業:世界糧食供應、食品安全性及品質提高等。
  • 3.釀造產業:固定化微生物(如啤酒和清酒)、釀造微生物基因重組等。
  • 4.化粧品產業:美白、育毛、老化防止等。
  • 5.農業生產:低價、品質一定、大量生產;Tank培養/植物工廠、耐病蟲害或耐環境之品種開發等。
  • 6.醫療器材工業:腦機制基礎研究等配合生物感測器之醫療器材之開發等。




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