粮食问题及化学对策

1. 粮食问题及化学对策 医药化工学院：梁华定

2. 本章内容 • 一、粮食危机 • 二、化学对策

3. 第一节 粮食危机 • 1、人口大量增加，分布不均匀 • A、世界：1650 1800 1900 1950 1962 1970 1975 1980 1985 1987.7.11人口数／亿：5 8.5 16 25 30 35 40 44 48 50 • 世界人口激增的标志之一是每增加10亿人口的相隔时间越来越短。从10亿到20亿（1850～1930年）约80年，从20亿到30亿（1930～1962年）约32年，从30亿到40亿（1962～1975年）约13年，从40亿到50亿（1975～1987年）为12年。 • 其次人口加倍所需时间也在缩短。世界人口从5亿增至10亿（1650～1850年）约需200年，从10亿到20亿（1850～1930年）为80年，从20亿到40亿（1930～1975年）为45年。今后再翻一番的时间将会更短。 • 再次，还表现在人口增长率在急剧上升。根据1975年的统计，世界人口平均增长率为1.9％。如果以2.0％增长率计算，只要34.7年就使人口加倍，这就是说，假如世界人口增长率保持不变，在35年以后，即2010年世界人口就达80亿。

4. 1999年10月12日，“地球村”第60亿位居民降生。为提醒世界人民和各国政府共同关注人口问题，联合国把这一天定为“世界60亿人口日”。2001年4月，联合国《全球人口预测报告》中指出，目前全世界每年净增人口7700万，，其中印度、中国、巴基斯坦、尼日利亚、孟加拉国和印度尼西亚等国每年净增人口就占全球净增总数的一半。预计到2030年全球人口将超过80亿。1999年10月12日，“地球村”第60亿位居民降生。为提醒世界人民和各国政府共同关注人口问题，联合国把这一天定为“世界60亿人口日”。2001年4月，联合国《全球人口预测报告》中指出，目前全世界每年净增人口7700万，，其中印度、中国、巴基斯坦、尼日利亚、孟加拉国和印度尼西亚等国每年净增人口就占全球净增总数的一半。预计到2030年全球人口将超过80亿。 • 1990年统计人口密度：亚洲人口占58.8％（土地占20.8％）人口密度114人／Km( 其中新加坡4464人／Km 、马尔他1103人／Km 、蒙古、澳大利亚、加拿大1－3人／Km ） • 1990年统计人口超过1 亿的国家有：中国11.19、印度8.53、前苏联2.89、美国2.49、印度尼西亚1.84、巴西1.50、日本1.23、巴基斯坦1.23、孟加拉国1.16、尼日利亚1.09.

5. B、中国 • 1651 1685 1790 1840 1911 1949 1954 1964 1969 1974 1982 1989 1995 • 0.53 1.1 3 4 3.4 5.4 6.0 7.0 8.0 9.0 10 11 12 • 中国人口普查 年份 1953 1964 1982 1990 2000 20110 • 人口 5.78 6.91 10.04 11.30 12.66 13.61 • 自然增长率1.006%,出生率1.657%,死亡率0.651% 2010年第六次全国人口普查主要数据 全国总人口为1370536875人。 2000年11月1日零时的1265825048人 十年共增加73899804人，增长5.84%，年平均增长率为0.57%。 共有家庭户401517330户，平均每个家庭户的人口为3.10人 男性人口为686852572人，占51.27%；女性人口为652872280人，占48.73%。总人口性别比（以女性为100，男性对女性的比例）由2000年第五次全国人口普查的106.74下降为105.20。

6. 1982年7日1日全国第三次人口普查的结果已达10.08亿人。根据统计结果说明我国人口现状有如下的特点：1982年7日1日全国第三次人口普查的结果已达10.08亿人。根据统计结果说明我国人口现状有如下的特点： 1．绝对数量大 我国人口占世界人口的22％。 2．增长速度快 从1950年的5.5亿到1982年的10.08亿，人口增加了85％，每年平均增加1400余万人。我国人口自然增长率略高于同期世界的平均值。 3．年龄结构轻 1981年，我国15岁以下人口占34.4％，30岁以下的占63％，而65岁以上的只占6.47％，形成了增长型的年龄锥体。 4．分布不均匀 我国人口的90％以上分布在东南部约40％的国土上，只有不足10％的人口分布在西北部的60％的国土上。全国人口密度122人／Km ，其中上海2000人／Km，西藏1 . 7人／Km 5．农业人口比重大，百万人口以上的大城市增长快 1982年世界城市人口与农村人口之比为37∶63，发达地区为69∶31，而我国的比例为14.3∶85.7。我国城市人口的绝对数已从1952年的0.7亿增加到1982年的1.5亿；百万人口以上的大城市从1952年9个，增加到1982年的38个。都市化的不断发展，意味着农村耕地面积的日益缩小。

7. 1983年大约有2千万（占世界人口的0.5％）因饥饿而死亡，还有5亿左右处于严重营养不良，至今达6.5亿1983年大约有2千万（占世界人口的0.5％）因饥饿而死亡，还有5亿左右处于严重营养不良，至今达6.5亿 马尔萨斯预言：开始 第一步 第二步 第三步 第四步 相对人口： 1 2 4 8 16 （几何级数）相对粮食产量：1 2 3 4 5（算术级数） 有的学者认为，世界现有人口已超过容纳量，另一些学者则认为，地球最大容量可达500亿，少数学者认为地球可养活1000亿人口。1978年由17国联合组织的维也纳国际应用系统分析研究所的一份报告估计，地球表面对人口的负载能力最大可能达1000亿，以现在世界人口增长的速度，3000年后即可达到。此时有2／3的人口住在海上，食品的主要来源是大量繁殖的可食用微生物，用铝、镁等轻型合金建造三维高层建筑作住房，淡水靠雨水和海水淡化反复使用，用真空管道中的悬浮列车作交通工具，大幅度降低地球对太阳光的反射率，把绝大部分阳光截留下来当作人类的主要能源等。但是多数学者不赞成上述观点，地球承载力以100亿左右为宜。 地球能养活多少人，即地球的承载力究竟有多大，这个问题不仅依赖于自然条件，如土地面积、气候条件和其他自然资源等，还由社会的生产力水平、生活方式以及科学技术的进步程度等所决定。地球对人口的承载力就是各种自然和社会的因素综合条件下的最大环境容纳量，它不是适度人口的含义。

8. 如1972年联合国人类环境会议公布的资料认为，稳定在110亿或略多一点，这是能使全世界人民吃得较好，维持正常生活水平的人口限度。有些生态学家，着重从生物圈所能提供的食物量，来计算地球承载量。地球上植物每年约能生产165×1015克有机物（干重），折合能量2.8×1021焦，假定平均每人每天消耗9.2×106焦，估计人类只能利用植物总产量的1％，故此，地球可养活80亿人口。通过努力，人类在增加食物和改善其他条件上是能够取得成效的。如1972年联合国人类环境会议公布的资料认为，稳定在110亿或略多一点，这是能使全世界人民吃得较好，维持正常生活水平的人口限度。有些生态学家，着重从生物圈所能提供的食物量，来计算地球承载量。地球上植物每年约能生产165×1015克有机物（干重），折合能量2.8×1021焦，假定平均每人每天消耗9.2×106焦，估计人类只能利用植物总产量的1％，故此，地球可养活80亿人口。通过努力，人类在增加食物和改善其他条件上是能够取得成效的。

9. 关于粮食增产的极限和人口控制的最后界标，报道认为，以农业生态区域法（AEZ）的潜在产量为基础，将灌溉和旱作两种情况分别估算，充分利用农业资源，也考虑到土地的多种限制因素，对土地质量进行综合订正后，我国粮食最大可能生产量为8.3亿吨，粮食播种面积平均亩产为397千克。从我国实际出发，在人均500千克的消费水平下，人口承载量的最大限度为16.6亿人，这是我国人口承载量的极限值，不具有一般适宜人口的含义。为力争人均占有粮食500千克，食物水平有一个质的飞跃，必须严格控制人口增长，把16.6亿人作为人口控制的最后界标，争取将人口高峰值控制在16亿的水平。关于粮食增产的极限和人口控制的最后界标，报道认为，以农业生态区域法（AEZ）的潜在产量为基础，将灌溉和旱作两种情况分别估算，充分利用农业资源，也考虑到土地的多种限制因素，对土地质量进行综合订正后，我国粮食最大可能生产量为8.3亿吨，粮食播种面积平均亩产为397千克。从我国实际出发，在人均500千克的消费水平下，人口承载量的最大限度为16.6亿人，这是我国人口承载量的极限值，不具有一般适宜人口的含义。为力争人均占有粮食500千克，食物水平有一个质的飞跃，必须严格控制人口增长，把16.6亿人作为人口控制的最后界标，争取将人口高峰值控制在16亿的水平。 根据我国的国情和人口增长现状，我国政府制定了逐渐降低人口增长率的人口发展政策，总目标是争取本世纪末，达到人口自然增长率为零，总人口不超过12亿。宋健等根据这一目标，结合1982年人口普查提供的资料，进行了四种情况的人口百年预报，并进行了评价。其结论是，至少在最近未来20～30年中，应把平均生育率降到1.7以下，最好能达到1.5以下，才能使人口稳定在12亿左右。

10. 2、耕地减少。地球上陆地面积1.49亿米2，除南极封地外，实际面积1.31亿米2，其中适用耕地仅占11.3％、230亿亩；草地占25.3%；林地占31.2%。2、耕地减少。地球上陆地面积1.49亿米2，除南极封地外，实际面积1.31亿米2，其中适用耕地仅占11.3％、230亿亩；草地占25.3%；林地占31.2%。 A、城市建设：我国1957－1976年净减1 .8亿，相当于四川、广东、广西三省耕地面积总和。 随着人口的增加和经济的发展，我国耕地被侵占现象日益严重，从1949年——1980年，全国城乡因建设占用耕地大约3333万公顷，平均每年减少147万公顷左右，相当于每年减少一个福建省的耕地面积。从1996年到2004年，全国耕地减少1亿多亩；与此同时，大量土地被粗放利用，甚至浪费。水土流失加重

11. B、土地荒漠化：1945－1990年，人为造成土壤退化面积达19 .6公顷，占全球有植被土地面积的17％，相当于中国、印度两国土地面积总和。每年有600万公顷土地变成荒漠。 • 原因：a、过度放牧和过度耕种；b、土壤盐碱化（每浇水1万米3，相当于加盐碱2－5吨，长期结累）c、森林砍伐。 土地沙漠化严重 全国受沙漠化影响的省（自治区）为12个，加上原来的130.8万平方公里的沙漠，我国沙漠和沙漠化面积占国土总面积的17％。而且，沙漠化还在迅速扩展。沙漠化极大地降低土地的生物生产能力，沙漠化的土地也不适于人类居住，还会引起气候变化和大气污染。正如联合国官员指出的：“土地沙漠化所引起的破坏后果不亚于几次核打击，虽然不是闪电式的，但对人类生存的生命系统的破坏却毫不逊色。” 水土流失加重 由于过去滥砍乱伐森林，滥垦山丘和草原，在修路、开矿、建房等活动中不注意保护植被，致使我国水土流失加重，水土流失面积已超过国土面积的1/6，受水土流失危害的耕地已占总耕地的1/3。水土流失使不少青山变为秃岭，使不少农田变为沙滩，危害性极大。 次生盐渍化面积扩大我国20%的国土面积存在不同程度的盐渍化或次生盐渍化，主要是因为不合理灌溉使地下水位上升而造成的。随着含水层的进一步升高，水开始通过所剩下的几分米土壤蒸发从而使矿物和盐分浓集在地面附近，土壤物化性能变坏，从而妨害作物的生长，破坏力亦很大。土地肥力下降

12. C、土地污染严重,洪水暴风：1984年10月预测：每年损失肥沃土地254亿吨，占全球耕地表土层0.7％＊.C、土地污染严重,洪水暴风：1984年10月预测：每年损失肥沃土地254亿吨，占全球耕地表土层0.7％＊. 土地污染严重 由于工业排放的“三废”，尤其是废水、废渣；也由于农业的滥施农药，尤其是高残留有机氯农药，使我国土地污染严重。 土地潜育化面积扩大.土地潜育化主要发生在南方双季稻种植区，是由于土地长期被浸泡引起的。目前，我国已有超过420万公顷稻田发生了次生潜育化。土地潜育化的稻田水稻产量很低。 土地肥力下降 　　由于长期以来的掠夺性经营，广种薄收，重用轻养，土壤有机质得不到应有的补充，导致土地肥力衰退，土壤理化性状态变劣。据全国1403个县的土壤普查结果，土壤无障碍因素的土地只占耕地面积的15.3％，其余84.7％都存在着一些障碍因素。

13. 我国人口多，人均耕地少。至2003年底，耕地资源总量18.51亿亩，居世界第4位，但人均耕地面积仅1.43亩，不到世界平均水平的40%。在2000多个县（市）中，目前有600多个县（市）人均耕地面积在世界公认的人均耕地警戒线0.8亩以下。在这种情况下,再不严格保护现有的土地,尤其是可耕地,国家的可持续发展就是一句空话.我国人口多，人均耕地少。至2003年底，耕地资源总量18.51亿亩，居世界第4位，但人均耕地面积仅1.43亩，不到世界平均水平的40%。在2000多个县（市）中，目前有600多个县（市）人均耕地面积在世界公认的人均耕地警戒线0.8亩以下。在这种情况下,再不严格保护现有的土地,尤其是可耕地,国家的可持续发展就是一句空话. １９９６年以前每年的耕地减少大约４００多万亩，１９９７年耕地净减少２０３万亩，１９９８年净减少６５５万亩。1999年我国净减少耕地655万亩,2005年比上年度末净减少耕地542.4万亩 2004年全国耕地净减少1200.4万亩。我国人均耕地面积已从上年的1.59亩减少到1.41亩。 2004年全国建设占用耕地217.6万亩，灾毁耕地94.9万亩，因农业结构调整减少耕地307.0万亩，生态退耕1099.3万亩，以上4项共减少耕地1718.8万亩。同期，土地整理复垦开发补充耕地518.4万亩。

14. 3、 害虫杂虫之患 • 蝗虫对庄稼的危害极严重。在旧中国，人们把蝗虫与洪水、干旱相提并论，称它为“蝗灾”。农民有这样的歌谣痛斥蝗灾! “蝗虫、蝗虫，象条凶龙，凶龙一过，十家九穷。” • 仅蝗虫老鼠使粮食损失1／3。 • 每只老鼠吃4－6斤，全世界一年达500亿斤，相当于吃掉一亿人口一年的口粮 1942年河北省黄骅县一带的蝗虫不仅把庄稼、芦苇吃得一干二净，连糊在窗户上的纸亦吃得精光。一群飞蝗窜进农民屋里，竟然咬破了孩子的耳朵。 据报导，1978年初一场严重的蝗灾在非洲之角发生。起初在沙特阿拉伯的沙漠地区出现了五十多个蝗群，这些饥饿的蝗群随着季风，越过红海进入了埃塞俄比亚、索马里；此外，还有二十六个蝗群越过印度洋飞到印度、伊朗和巴基斯坦。另一种蝗虫叫沙漠蝗，是非洲和亚洲地区一种经常性的祸害，所到之处，各种绿色植物一扫而光。一平方英里的蝗虫每天可吃掉十四吨粮食，每个蝗虫每天吃掉的食物相当于本身体重的二倍。1946年一群飞蝗降临在摩洛哥国土上，复盖面积达几十平方公里，所到之处绿色皆无。计算机计算结果表明，这群蝗虫约有50万吨重，要1000个火车皮才能装下。1972年我国山东发生蝗灾，使700万人流离失所，四处逃荒。

15. 第二节 化学对策 • 1、化学支撑其它学科的发展 • 生物领域：优良种子建设－－国家杂交稻工程技术中心袁隆平院士主持超级杂交稻选育课题，1996年提出了提高光能利用率的优良株叶形态和强大的远缘杂交优势有机结合在一起的新思路，1997年度试种3.6亩，亩产884公斤，比汕泷63增产225公斤；“两优培九”在江苏、湖南共有14个百亩片和3个千亩片实收亩产超过700公斤，获大面积推广，被评为2000年中国十大科技进展新闻之首。基因工程的进展，把高产植物的基因转入到粮食作物的种子中去，同时提供转基因生物。２００４年提前一年实现第二期每亩８００公斤的产量目标。第三期超级杂交稻的研究始于２００６年，计划到２０１５年实现大面积示范亩产９００公斤的目标。 “开展第四期超级杂交稻的研究，实现亩产１０００公斤是大有希望的，最高亩产可能达到１５００公斤”。 • 医药领域：末来食物要在提高人类生存质量、提高健康水平和身体素质方面起作用。利用化学方法可以增加动植物食品的防病有效成分，提供安全食物和食物添加剂，改进食品储存加工方法，保持有益成分。

16. (我市黄岩区，1964年单产521公斤，全国第一个“千斤县”，1978年单产816公斤，全国第一个“超双纲县”)(我市黄岩区，1964年单产521公斤，全国第一个“千斤县”，1978年单产816公斤，全国第一个“超双纲县”) 1972年，浙江省第一个粮食亩产过“吨”的王林公社下洋顾大队，实行联产承包责任制后，亩产跨入“三纲”（2400市斤）农工副各业全面发展，社员群众收入增加，晒谷场上喜气洋洋。 杂交水稻种植基地，鼓屿公社十里铺大队，全县社队来参观、学习的干部群众络绎不绝。1978年，全县晚稻实现杂交化，全年亩产粮食816公斤，成为全国第一个超“双纲”的县（1600多市斤）。

17. 2、大力发展肥料化学－－研制长效复合化肥的生产2、大力发展肥料化学－－研制长效复合化肥的生产 化学肥料 化学肥料简称化肥，它是含有经人工化学合成或机械加工制成的对植物生长有促进和增产作用的肥料。 　　根据古希腊传说，用动物粪便作肥料是大力士赫克里斯首先发现的。赫克里斯是众神之主宙斯之子，是一个半神半人的英雄，他曾创下12项奇迹，其中之一就是在一天之内把伊昨斯；国王奥吉阿斯养有300头牛的牛栅打扫得干干净净。他把艾尔菲厄斯河改道，用河水冲走牛粪，沉积在附近的土地上，使农作物获得了丰收，当然这是神话，但这说明当时的人们已经意识到粪肥对作物增产的作用。古希腊人还发现旧战场上生长的作物特别茂盛，从而认识到人和动物的尸体是很有效的肥料。在《圣经》中也提到把动物血液淋在地上施肥方法。千百年来，不论是欧洲还是亚洲，都把粪肥当作主要肥料。

18. 有机肥料 进入18世纪以后，世界人口迅速增长，同时在欧洲爆发的工业革命，使大量人口涌入城市，加剧了粮食供应紧张，并成为社会动荡的一个起因。 化学家们从13世纪中叶开始对作物的营养学进行科学研究。 19世纪初流行的两大植物营养学说是 “腐殖质”说和 “生活力”说。前者认为植物所需的碳元素不是来自空气中的二氧化碳，而是来自腐殖质；后者认为 植物可借自身特有的生活力制造植物灰分的成分。 1840年，德国著名化学家李比希出版了《化学在农业及生理学上的应用》一书，创立了植物矿物质才是绿色植物唯一的养料，有机质只有当其分解释放出矿物质时才对植物有营养作用。李比希还指出，作物从土壤中吸走的矿物质养分必须以肥料形式如数归还土壤，否则土壤将日益贫瘠。从而否定了 “腐殖质”和 “生活力”学说，引起了农业理论的一场革命，为化肥的诞生提供了理论基础。             

19. 钾肥 钾肥──1845年，李比希开始从事化肥研究，但田间实验连遭失败。直到1850年，他受英国农业化学家T·韦的启发，把制作肥料的不溶性钾盐改为水溶性钾盐，才获得成功。当时德国北部多是沙地，一般人认为那里根本不能种植作物。但李比希把钾肥撒进沙土地，并种上作物，很多人认为： “沙里掺盐种庄稼，简直地骗人”，并把李比希看作是疯子。但一年后，沙地上竟长满了美丽的芜菁、大麦、黑麦和马铃薯。在农民眼里，李比希由疯子变成了神仙。 为化肥诞生奠定理论基础的德国著名科学家和钾肥的发明者－李比希 李比希的实验室

20. 1883年，英国的乡绅L·B·劳斯发现用硫酸处理磷矿石，可生产出过磷酸钙，它对农作物有速效增产的作用。劳斯于1842年获得磷肥的专利，这是世界上诞生的第一种化学肥料。1883年，英国的乡绅L·B·劳斯发现用硫酸处理磷矿石，可生产出过磷酸钙，它对农作物有速效增产的作用。劳斯于1842年获得磷肥的专利，这是世界上诞生的第一种化学肥料。 同年，劳斯与另一位英国科学家J·H·吉尔伯特建立了著名的罗森斯特实验站，开展大规模的土壤肥力田间实验，劳斯和吉尔伯特反对李比希的不需要动植物肥料的说法，他们通过实验证明，用腐烂的动植物制造的肥料是土壤中氮元素的重要来源，他们还把动物骨头粉碎成骨粉，以硫酸处理，制成过磷酸钾，并证实这也是一种极为重要的肥料。 磷肥 1876年，英国职员D·G·托马斯为钢铁厂发明了生铁除磷工艺，可使铁中的磷杂质变为复合磷酸盐而得到清除。两年后，托马斯发现这种磷酸盐网渣经粉碎后是一种很好的磷肥，它被称为 “托马斯磷肥”。

21. 氮肥 氮肥──1850年前后，劳斯与吉尔伯特在罗森斯特实验站的研究实验中，曾用提取煤气时所产生的氨制成硫酸铵，发明出最早的氮肥，但这种化肥迟迟未能投入生产和使用。在很长时间里，氮肥的化工生产远远落后于磷、钾肥。 1898年，德国化学家弗兰克和卡罗研制出了碳酸铵，但他们没有注意到这种新的化合物的用途。直到1901年，才由弗兰克的儿子发现了它使之成为一种新的氮肥。1906年，意大利首先建立了大规模的碳酸铵化肥厂。而最早发明的氮肥──硫酸铵1919年才开始投产。

22. 合成氨 • 世界年产量约5亿吨，中国2000万吨（第二位） • 1904─1908年，德国物理化学家哈伯成功地以电解水产生的氢与大气中的氮混合，通过高温、高压，在催化剂的作用下，合成了氨。1909年，哈伯与C·博施合作创立了哈伯一博施氨合成法，解决了合成氨大规模生产的技术问题。 1912年，哈伯与博施完成了合成氨的生产工艺流程。 1913年，世界上第一个大规模合成氨工厂在德国投产 （条件：锇催化剂、300－500atm、500－600C,生产能力：80g/h), ，由于哈伯对合成氨的发明与工业化生产以及对世界范围内急需解决的氨肥问题作出了重大贡献，因此获得了1918年度诺贝尔化学奖。 是20世纪化学工业发展中的一个重大突破；德国巴登苯胺纯碱公司购买了专利，由C.Bosch担任领导实施工业化（条件：铁催化剂、150－300atm、400－500C，*生产能力：45万t/a ) C.Bosch荣获1931年诺贝尔化学奖。

23. 尿素 早在1828年，德国著名化学家维勒就在世界上首次合成人工尿素，但是，那时人们并没有认识到尿素作为一种人工氮肥的作用，当时合成尿素的重要意义在于维勒最先打破了有机化合物与无机化合物的界限，首次用人工方法制取了原先认为只有在活的有机体里才能产生的有机化合物。直到1920年，德国才用氨基甲酸铵大量生产尿素，然而，这时的尿素并没有作为氮肥使用，而是用作制造炸药等的原料。后来美国杜邦公司开始生产尿素，并于1935年作为化肥投放市场。 复合化肥 在20世纪初，人们就发现了10种元素是一般植物所必需的营养，它们是由空气供给的碳、氢、氧和由土壤供给的氮、磷、钾、硫、镁、钙和铁。到40年代，人们又证实了在10种基本的矿物质营养外，还应加上锰、硼、铜 、锌、钼和氯。与前10种元素相比，这6种元素仅需少量，故被列为微量元素。但它们对于作物的生长和产量来说，同样是十分重要的。近年来，加有微量元素的复合化肥得到了逐步推广使用。大量施用化肥则20世纪50年代以来农作物增产的一项重要措施。根据西欧各国的经验，在各项增产措施中化肥的增产作用约占40─60%

24. 蔡启瑞 • 科学家发现：豆科植物的根瘤菌能在常温下把氮气转化为化合态氮肥，每年约固定17.5亿吨是人工合成的3倍。 • 目标是如何模拟固氮酶，在常温常压下，利用空气中氮气转化为植物能吸收的氮肥。 卢嘉锡

25. 1、固氮酶的优点：（1）能在常温常压下将氮分子催化还原成氨；（2）催化效率高。1、固氮酶的优点：（1）能在常温常压下将氮分子催化还原成氨；（2）催化效率高。 • 2、固氮酶的结构组成：固氮酶由铁蛋白、铁钼蛋白及铁钼蛋白中的铁钼辅因子组成，ATP、电子供体参与。且摩尔比为1：1时固氮活性最佳。 • 3、固氮系统电子传递序列：电子供体→铁蛋白→铁钼蛋白→底物 A、ATP起还原去磷酸化作用，提供电子传递的能量； B、铁蛋白为电子传递体；C、电子最后传递给铁钼蛋白，同时发生氮分子的配位还原作用。 • 4、固氮酶的结构分析： 铁蛋白：分子量5.7－7.3万，有4个Fe,4个S*: • 铁钼蛋白：分子量2.2－2.4万，有2个Mo,24-26个Fe,24-34个S*: • 铁蛋白、铁钼蛋白对氧不稳定，无法进行X射线结构分析； • 1977年Shah和Brill采用溶剂萃取法分离出了固氮酶的活动中心Fe－ Mo辅基：分子量为2000， Mo： Fe：S*＝1：8：6; 1978年Hodgson应用外延X射线吸收精细结构法推断出Fe－ Mo辅基中Mo原子的微观结构（结构参数）。 化学模拟生物固氮

26. 5、提出固氮酶模型：早在70年代，卢嘉锡和蔡启瑞等人就参与了FeMoco的结构的研究，分别提出了福州模型和厦门模型（孪合网兜模型）5、提出固氮酶模型：早在70年代，卢嘉锡和蔡启瑞等人就参与了FeMoco的结构的研究，分别提出了福州模型和厦门模型（孪合网兜模型） • 6、1975年Chatt合成了顺－[M(N2)2(PMe2Ph)4] 反－[M(N2)2(PMePh2)4]（M＝ Mo，W） 打破了配位了的氮分子比游离的氮分子更稳定的误断。（1）在20℃无氧条件下，H2SO4/CH3OH中处理 顺--[M(N2)2(PMe2Ph)4] → N2 + NH3 +[HPMe2Ph]HSO4(M=W 产率90％，M= Mo产率30％； 在CH3OH中、沸腾3小时，M=W 产率80％， ） • (2) [(C5H5)2Ti2(N2)] → NH3 (HCl/Et2O, 213K, 产率30％) [(C5H5)2Ti2(N2)] → N2H4 (HCl/CH3OH, 213K, 产率100％) [(C2Me5)2Zr(N2)]2 N2→ N2H4 (HCl/CH3OH, 产率86％) • 1995年MIT化学家Laplaza和Commins最近发现简单无机配合物能使配位氮分子的三重键断裂并转化为N3－配位配合物。这一成果将三十年来化学界关于固氮机理研究推向新阶段。 发现偶然性：目的是在N2气氛中通过重晶提纯三配位配合物Mo(NRAr)3结果得到琥珀色的(ArRN)3Mo ≡N(R=C(CD3)3CH3, , Ar=3.5-C6H3(CH3)2)

27. 人工模拟光合作用 • 植物：CO2＋H2O →糖＋O2（可供植物细胞使用的原料） • 地球上每年通过绿色植物光合作用制造的有机物约４４００亿吨，贮存在有机物里的能量相当于２４万个三门峡水电站所发出的电力，同时放出大约４７００亿吨氧气，供生物呼吸，是调节和改善大气环境成分的主要角色。 • 正因为光合作用如此重要，所以人们从发现它的那一天起，就没有放弃对它的研究，期望有朝一日能够模拟植物的光合作用，高效率地“收获”太阳能，人工合成粮食。

28. 难点：阐明光合作用的机理。（1）美国M.Cdvin找到了CO2通过光合作用转化为糖和其它重要化合物如氨基酸等的变化，其核心化合物是叶绿素，1961年诺贝尔奖。难点：阐明光合作用的机理。（1）美国M.Cdvin找到了CO2通过光合作用转化为糖和其它重要化合物如氨基酸等的变化，其核心化合物是叶绿素，1961年诺贝尔奖。 • （2）美国H.Michel,J.Diesenhofer,R.Huber用X射线单晶测定了叶绿素的结构， 1988年诺贝尔奖。

29. 人们就进行模拟光合作用的种种尝试。早在１９６８年，有人就在氯化银的外面包上一层叶绿素，在光的照射下分解水并放出氧气。近几年，科学家们再接再厉，利用氧化锌、硫化镉等物质，在光的照射下，不仅能分解水和还原辅酶，得到了还原型辅酶，同时让无机磷和腺二磷结合，得到了能量世界里赫赫有名的腺三磷。光反应模拟取得了初步的成功，使人工摸拟光合作用迈出了关键的一步。　　 就是在光合作用初期的光反应过程中，水分子就分解成氧气、氢离子和电子。如果我们让氢离子和电子结合，变成氢气，那我们就得到了一种氢气发生器。氢气是未来大有前途的能源，要知道，用一般方法制取氢气需要消耗很多的能量，而叶绿素在常温下只有很少的能量就能制取，这是直接利用太阳能的最有希望的方法。如果成功，人类就有了用之不竭的能源了。　　 光反应的成功，极大地鼓舞了科学家，只要我们攻下暗反应的堡垒，人工模拟光合作用就会变成现实，它将为人工合成食物开辟新的途径。这样，光合作用的谜将被彻底揭开。

30. 3、大力发展农药化学－－杀虫剂、除草剂、杀菌剂3、大力发展农药化学－－杀虫剂、除草剂、杀菌剂 化学农药的贡献是举世公认的。由于使用化学农药有效控制了农作物的病、虫 、草害，全世界每年挽回农作物总产量30％～40％的损失，挽回经济损失3000亿U SD/a，20多种由昆虫、蜱螨引起的严重威胁人类健康的疾病也得到了有效的控制。据世界卫生组织报道，采用DDT防治疟蚊，1948年至1970年，使5000万人免于死亡 ，减少各种疫病患者10亿之多。据统计，我国有病害742种，害虫（害螨）838种，杂草704种，鼠害20种，其中 使农作物造成严重损失的病、虫、草害100多种，由于使用农药，一些常见的病虫 草害得到了有效的防治，每年可挽回粮食损失3150万t/a左右，棉花损失115万t/a ，油料损失150万t/a，挽回经济损失300亿元/a。 化学农药和其它化学物质一样，对于生态环境 自然会有一些负面影响，如：①高毒农药品种如甲胺磷、对硫磷、甲基对硫磷、磷 胺、久效磷在制造、使用过程中引起中毒；②杀死有益生物，如天敌、鸟类、水生 动物、蚯蚓等；③生产过程排放污染物；④使用过程中部分农药以及大量芳烃和其 它溶剂进入环境，仅我国进入环境的甲苯、二甲苯等芳烃就达26万t/a左右；⑤部分高残留农药残存于农产品中，影响农产品质量；⑥部分农药产生药害。

31. 第一代农药：直接来自植物矿物如硫磺、除虫菊粉；第一代农药：直接来自植物矿物如硫磺、除虫菊粉； • 第二代农药：有机合成农药如溴氰菊酯杀虫剂、，见乃痛杀菌剂、24D除草剂；（环境污染、生态平衡、昆虫产生抗药能力； • 第三代农药：高效、低毒、不污染环境、具专一性。 发展史 20世纪60年代后，一批高毒、高残留的有机氯、有机汞和有机砷制剂被禁止使 用。1983年，为了适应可持续发展农业的需要，我国正式禁用六六六、DDT 等有机 氯类农药。 一大批高效、低残留的 有机磷、氨基甲酸酯、除虫菊酯、有机氮、含杂环类农药品种被开发成功并很快投 放市场，同时，研究开发出一批生物源农药，如井冈霉素、浏阳霉素等，农药的用 量每平方百米由几十千克下降到几百克，甚至几克。

32. 未来化学农药发展的趋势是： 1）作用机制独特的农药将是热点之－，如昆虫生长调节剂、植物生长调节剂 信息素、性激素等； 2）天然植物农药、微生物农药、生物学防治剂受到重视； 3）化学农药将向高效、超高效发展，如，开发用药量每平方百米仅几克的活 性化合物，应用高纯度的单一光学活性化合物； 4）制剂加工中无油化、无粉尘漂移、使用方便、功能多样化的水溶性粉剂、 水悬剂、水乳剂和其它水性制剂将获得应用； 5）新农药的研究开发将采用新方法、新技术。如组合化学法、高通量筛选法 、机器人自动操作等； 6）新农药开发将大量采用生物技术。 近年来开发的一些化学农药，一般具有对入、畜低毒，对有 益生物、水生生物安全，不在生物体内积累，不在环境中残留等特点，符合当代化 学农药的发展方向。

33. 昆虫信息素 除草剂 例如亚细亚纲毛草＊ 如美国蟑螂性信息引诱素：干扰昆虫正常交尾，停止其繁殖目的。 植物激素生长调节剂 • 植物体内具有调节作用的内源性物质，包括生长因子（植物生长素类）、生长抑制剂。如乙烯：促进水果成熟；吲哚乙酸（IAA）：促进植物生长，无受精结实；赤霉酸（GA）：诱发开花，无籽葡萄；细胞分裂素：促进种子萌发，增进开花，抑制衰老； 昆虫激素 21世纪是生命科学的世纪，近年来研究开发出了一些著名化学农药。这些品种的推出，转基因作物的育成，不杀死病原体而激发植物抗病能力的新 杀菌剂“Bion”的问世，都是化学与生物技术相结合的成功例证。例如吡虫啉是尼古丁结构的重大突破，具有划时代意义，嘧菌酯是仿生合成的，咪螨主要作用于幼虫，具有独特的作用机制， 如蜕皮激素：引起昆虫蜕皮；保幼激素：延长幼虫期（不发育成成虫，提高蚕丝产量）；抗幼激素：引起早熟使其过早发育成不育的小型成虫。

34. 4、开展节育化学研究 长效避孕药（复方长效左炔诺孕酮口服片）：含人工合成的孕激素和长效雌激素。药物进入人体后，会储存在脂肪组织内，以后缓慢地释放出来，抑制排卵，起长效避孕作用。 短效避孕药（主要有三相避孕片、复方炔诺酮片（口服避孕片1号）、复方醋酸甲地孕酮片（口服避孕片2号）、0号避孕药片等，进口药有妈富隆、敏定偶等）：主要成分是孕激素和雌激素。具有抑制排卵，阻碍子宫内膜正常生长，改变子宫颈黏液性质及改变输卵管正常蠕动等作用。适用于无基础性疾病或糖尿病的女性。 紧急避孕药：主要成分是孕激素。药物作用原理和短效避孕药基本一致。 醋酸甲羟孕酮 醋酸甲地孕酮

35. （2）开发男性避孕药。 • 现有的男性避孕药多是激素类药物，通过增加体内睾丸激素的含量来抑制精子的产生。 • 英国牛津大学的科学家发现，一种用于治疗某种遗传病（“戈谢病”）的药物（葡糖神经酰胺合成酶抑制剂）能够改变精子的形状，使其失去受精能力。 • 这种药物以口服而非注射的形式使用。动物试验表明，低剂量使用这种药物，可以干扰糖－脂类化合物的新陈代谢，直接影响精子的产生过程，使形成的精子头部形状不正常、尾部卷曲，没有受精能力。实验鼠的精子在体内生存最长时间为３周，用药３周后，所有这些雄性实验鼠都变得不育。停药之后３周，它们又恢复了生育能力。用药过程中没有出现明显的不良副作用。这表明，这种药物的避孕作用是可逆的。　 • 如果人体试验表明这种药有效，它将可能在几年内作为副作用较少的新型男性避孕药上市。 新华社2006年09月24日电据媒体报道，委内瑞拉科学研究所的细胞生物学实验室正在开发一种供男性使用的避孕药，今年内可望开始动物试验和临床试验。