孩子一定要知道的50个世界科学奇迹

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作者：张振鹏 状态：已完结 类型：网游竞技

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《孩子一定要知道的50个世界科学奇迹》 小说介绍

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《孩子一定要知道的50个世界科学奇迹》 第1章 免费试读

9．酿造

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酿造技术指利用微生物的发酵作用生产酒，制造醋、酱油等产品的过程。酿造技术的发明，意味着人们可以对一些原始材料进行简单地组织、加工，使之产生新的东西。不同的产品，因酿造原料的不同，工艺和发酵条件的不同，所用的菌种也不相同。现如今，酿造技术在食品工业、生物和化学工业中均有广泛应用。

⊙奇迹探秘：

1．?酿造技术的原理是什么呢？?

酿造是以谷物、果子等为原料，利用微生物的发酵作用而产生一种新东西的过程。以酿酒为例，一般是以谷物、豆类为原料，作为培养微生物的载体，在上面培养大量的霉菌、酵母菌，用曲酿酒同时起到酒化和糖化作用，酵母菌是重要的发酵微生物，能分解碳水化合物，产生酒精和二氧化碳等。

2．?中国发明酿酒工艺的人是谁？?

从古至今，中国对酒的发明人有种种说法。《说文解字》上说：“古者仪狄作酒醪，禹尝之而美，遂疏仪狄。”这句话表明，酒是夏禹时代一个叫仪狄的人发明的；但据史书记载，杜康是春秋时用粮食酿酒的鼻祖。两种说法不一样，还有待我们现代人去考证。

但是，后世人为纪念杜康，以“杜康”命名为一种酒的名字“杜康酒”。杜康酒，在古代就有美誉，而且广为传颂。三国时，曹操在《短歌行》中写道：“何以解忧，唯有杜康。”后来的诗人也多用杜康赞誉美酒。

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据考证，大约在公元前20—15世纪，古埃及、古希腊及中国古人类已经掌握了简单的酿造技术，并可用五谷、各种果子等为原料，来酿制不同味道的酒类。

谷物受潮后会发霉或发芽，而利用这些发霉或发芽后的谷物就可以制成酒。因此，这些发霉或发芽的谷物就是最原始的酒曲，也是发酵原料。后来，人类将发霉的谷物和发芽的谷物加以区分，将发霉的谷物称为曲，发芽的谷物称为蘖。曲、蘖或曲蘖的混合物就成了原始的糖化发酵剂。

据记载，中国的酒绝大多数是用酒曲酿造的，而且中国的酒曲法酿酒对于周边国家，如日本、越南和泰国等都有较大的影响。酒曲酿酒是中国酿酒的精华所在。

酒曲中所生长的微生物主要是霉菌。对霉菌的利用是中国人的一大发明创造。日本著名微生物学家坂口谨一郎认为，这一项发明甚至可与中国古代的四大发明相媲美。可见，这一技术的应用对酿造业的推动作用。

中国的酿酒技术的发展可分为两个阶段。

第一阶段是自然发酵阶段，经历数千年，传统发酵技术由孕育，发展乃至成熟，即使在今天，天然发酵技术并未完全消失。

秦汉以前的酒，因酒分少、糖分多而容易发酸。汉代发明了“复式发酵法”，改用曲酿酒，使“糖化”和“酒精发酵”这两个化学过程交替进行，提高了酒的酒精度和质量。国酒茅台正是中国白酒中运用这种传统发酵工艺的最杰出的代表。

唐代和宋代是中国酿造技术最辉煌的发展时期。尤其是酿酒行业，传统的酿造经验在这个时期得到了升华，形成了系统的酿造理论。北宋朱翼中写的《北山酒经》系统地讲述了当时的各种酿酒技术与酿酒理论。

明朝是中国酿酒业的成熟时期，酒的品种、产量大大超过以前，尤其是蒸馏酒得到了极大的发展。到清朝时，已经逐渐形成了以酱香型、浓香型、清香型为代表的白酒体系。

自然发酵阶段酿造的酒，主要是人们凭经验酿造的，生产规模一般不大，基本上是手工操作。酒的质量也没有一套可信的检测指标作保证。

民国以后，中国的酿酒行业进入了生产、操作规范化的第二阶段。

由于引入西方的科技知识，尤其是微生物学，生物化学和工程知识后，传统酿酒技术发生了巨大的变化，生产上劳动强度大大降低，机械化水平提高，酒的质量更有保障。

纵观中国酿酒技术的发展，可以总结出中国对世界酿造史上的两大卓越贡献：

贡献之一：制造“酒曲”，使淀粉的糖化和酒化一次完成。酒曲酿酒师用含淀粉的粮食为原料，直接用酒曲酿酒，这种既经济又高效的方法沿用至今，经几千年不衰。现在，民间制江米酒的“酒药”就是酒曲中的一种。

贡献之二：蒸馏技术的应用，蒸馏酒就是将直接酿制的酒液进行蒸馏，可去除甲醇和醛类等低沸点成份，也可去除沸点较高的其他醇类混合物和大量的水。经过蒸馏技术处理过的酒一般比发酵的直接产品的酒精浓度要更高，而且采用蒸馏技术也可分离出有较大毒性和有怪异味的物质。所以，蒸馏酒更醇香可口。

酿造技术的出现表明人类已经发现自然界中微生物的存在，而这种技术的广泛应用标志着人类物质生活和精神生活的巨大进步。

⊙奇迹探秘：

3．在古代，民间是怎样酿制醋的呢？

相传在汉代时期，中国已经有了食醋。最初的食醋做法是用麦曲使小麦发酵，生成酒精，再利用醋酸菌的作用将酒精氧化成醋酸，所以，古代称醋为“苦酒”。

1972年，中国考古工作者在甘肃嘉峪关发掘了一批魏晋壁画墓，在3号墓前室东壁砖墙上有一幅《滤醋图》，画面上有一长条案子，案上放3个陶罐，案下有两个盆，陶罐上有流孔，有液体（醋）从罐中流出，注于案下的盆中。案上另外一个陶罐可能是用来盛水的。至今，民间仍在使用《滤醋图》中表现的方法制醋。

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【发酵】

发酵是复杂的有机化合物在微生物的作用下分解成比较简单的物质。如发面、酿酒等都是发酵的应用。发酵早已被人们所认识，但是了解它的本质却是近200年来的事情。

早在1875年，法国化学家路易·巴斯德将酵母和发酵联系起来，并把发酵定义为“无需空气的呼吸”。巴斯德认为，酿酒是发酵，是微生物在起作用；酒变质也是发酵，是另一种微生物在作祟。

发酵技术现如今有广泛的应用，传统上人们利用固态发酵技术生产面包、麦芽、酒曲、酱油、豆豉、蘑菇等食品。但随着能源危机和环境问题的日益严重，固态发酵技术也应用于污水处理厂、农业沼气厂，这种技术加块了生物的降解速度，使废物得到有效的循环利用。

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【酒曲】

纵观世界各国酿酒的历史，大多采用谷物作为原料，大致可分为两大类。一类是谷物发芽的方式，利用谷物发芽时产生的酶将原料本身糖化成糖份，再用酵母菌将糖份转变成酒精；另一类是用发霉的谷物，制成酒曲，用酒曲中所含的酶制剂将谷物原料糖化发酵成酒。

酒曲可以理解为是酒发酵的动力。酒曲上生长有大量的微生物和微生物所分泌的酶（淀粉酶、糖化酶和蛋白酶等），酶具有生物催化作用，可以加速将谷物中的淀粉，蛋白质等转变成糖、氨基酸。糖分在酵母菌的酶的作用下，分解成乙醇，也就是酒精。

酒曲有糖化和发酵的双重作用，可分为大曲和小曲。大曲以小麦、大麦、豌豆等为主要原料，含有丰富的微生物群和微生物在繁殖过程中分泌出来的各种酶类，以及微生物分解曲原料而形成的代谢产物，如氨基酸等。小曲主要是以大米、小麦、稻糠等为原料，并添加几种中药材制成。在制作小曲时，菌种都是自然选育培养的，在原料处理与配用药材上，都给有效菌种的繁殖提供了良好条件。经过曲种接种后，有效菌种就会大量的繁殖了。

10．化肥

奇迹概览

化肥是化学肥料的简称，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。施肥不仅能提高土壤肥力，而且也是提高作物单位面积产量的重要措施。化肥可以完全不依赖于土地及作物本身，不受气候和其他自然条件的影响，采用现代工业生产的方法，大量提供作物必需的养分。化肥为人类的农业发展开辟了一个全新的领域，极大地推进了人类农业科学的发展。

⊙奇迹探秘：

1．作物的生长也和我们人一样需要营养，那么它都需要哪些营养元素呢？?

作物生长所需的元素有16种，按照作物生长的需要，这些元素可以分成两大类：常量营养元素和微量营养元素。常量营养元素又分为三类：第一类是作物能直接从空气和水中取得的碳、氢、氧，但是这些并不属于肥料的范围；第二类是氮、磷、钾，称为主要常量营养元素，是化肥的主要内容；第三类为钙、镁、硫，称为次要常量营养元素（我国习惯将它们称为中量营养元素），但它们一般在土壤中并不稀缺，因此不是化肥的重要内容。微量营养元素是硼、铜、铁、锰、钼、锌、氯等，它们在作物体内含量很少，但又是作物的生长发育所必需的。不过，氯在土壤中并不缺少，所以一般的化肥并不含氯。

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早在1000多年以前，南美洲的土著民族就知道用硝石肥田，而我国古代农民种田也知道用骨粉和草木灰作肥料。在当时科学还不发达的社会，人们并不十分清楚这些肥料能让作物茁壮生长的具体原因。

直到1828年，德国化学家弗里德里希·维勒（1800—1882）在世界上首次用人工方法合成了尿素。而按照当时化学界流行的一种“活力论”观点，尿素等有机物中含有某种生命力，是不可能人工合成的。但是维勒的研究却打破了无机物与有机物之间的绝对界限。可惜的是，当时的人们尚未认识到尿素的肥料用途。直到50多年后，合成尿素才作为化肥投放市场。

1838年，英国乡绅劳斯用硫酸将磷矿石进行处理制成磷肥，这成为世界上第一种化学肥料。

随着科学技术的不断进步，到了中国清朝咸丰到宣统年间（约1850—1912），世界科技的中心从英国转移到德国，德国大批学者留学到科学技术发达的国家并带回先进的技术。1840年，当时留学于法国的德国化学家尤·李比希（1803—1873）学成回国后，出版了《化学在农业和生理学上的应用》一书，创立了植物矿物质营养学说和归还学说，从而彻底否定了当时社会上风行的“腐殖质”和“生命力”这两大植物营养学说。李比希的学说为化肥的发明与应用奠定了理论基础，从而首创了肥料业。

到了1909年，德国化学家弗里茨·哈伯（1868—1934）与博施（1874—1940）合作创立了“哈伯-博施”氨合成法，解决了氮肥大规模生产的技术问题。

经过各位科学家的潜心研究与反复实验，人们终于尝到了在土地里施用化肥的甜头——化肥施用到土壤以后，它的化学组成成分会与土壤发生复杂反应，提高了土壤的肥力与生产能力，促使农作物增加产量，农产品的产品质量也得到了提高，同时还加快了土壤、农作物及其农业生产的良性循环，从而增加了农民收入和全社会农产品的占有水平，促进了社会的稳定发展。20世纪50年代以来，化肥得到了大规模地应用。据统计，在各种使农产品增产的措施中，化肥的作用占大约30%。

当然，事物总是有其两面性，有好的一面也会有不利的一面。若是化肥使用不当，则有可能造成土壤板结导致土地生产能力降低，土地资源和水资源污染，农产品特别是人类的食物污染，等等，这些对人类健康和农产品生产都极为不利，应当尽量避免。因此，人们应当提高肥料的利用率，充分发挥肥料作用，做到科学施肥，最大限度地提高化肥的使用效益。

总之，化肥的发明，让人类实现了农作物高产、优质、低成本的经济目标，化肥已经成为农业生产最基础而且是最重要的物质投入。

⊙奇迹探秘：

2．在农业生产中会用到各种不同的化肥，因为每一种化肥都会有它自己的作用。那么，农业生产中常用的化肥都有哪些呢？?

一般来说，常用的化肥有如下几种：

氮素化肥——氮是构成蛋白质的主要元素，蛋白质又是细胞原生质中的基本物质。对作物施用氮肥，可以促进蛋白质和叶绿素的形成，使作物的叶子颜色更加深绿，叶面积增大，促进碳的同化，有利于作物产量的增加和品质的改善。生产上常使用的氮素化肥有硫酸铵（硫铵）、碳酸氢铵（碳铵）、尿素。其中，尿素是固体氮肥中含氮量最高的一种，它是中性肥料，不含副成分，连年施用也不会破坏土壤结构。

磷肥——磷是形成细胞核蛋白、卵磷脂等不可缺少的元素。磷元素能加速细胞的分裂，促使农作物根部和地上部分快速成长，从而促进作物提早成熟，提高果实的品质。在生产上常用的磷肥有过磷酸钙、重过磷酸钙（重钙）等。

钾肥——钾元素可以提高光合作用的强度，促进作物体内淀粉和糖的形成，增强作物的抗逆性（植物具有的抵抗不利环境的某些性状，如抗寒、抗旱、抗病虫害等）和抗病能力，还能提高作物对氮的吸收作用。常用的钾肥有氯化钾、硫酸钾等。

复合肥料——是在成分中同时含有氮、磷、钾三要素或含其中任何两种元素的化学肥料。它具有养分含量高、副成分少、养分释放均匀，肥效稳定而长久，方便储存和施用等优点。常用的复合肥料有磷酸铵、氮磷钾复合肥、磷酸二氢钾等。

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【施肥方法】

合理科学的施肥方法是提高肥效的重要方面，完整的施肥应包括施肥时间、施用位置及施用方法三个方面。

施肥时间：化肥施肥的最适时间一般应由作物需要来定，既要保持养分持续有效地供应或是在作物需要时候有效地供应，又要使有效养分从土壤中的损失程度减少到最少。

施用位置：肥料的正确施用位置必须根据作物根系的特点、肥料本身的性质、气候情况等来综合考虑。

施用方法：有基肥、种肥、追肥和根外追肥这几种方法。基肥，是指播种或移植前用到土壤中去的肥料，目的是供应作物整个生长期所需要的养分，它可以改良土壤的性质，提高土壤供肥能力。对于难溶的、移动性小的磷肥适合于用作基肥。种肥，是指播种或移植时用到的肥料，它的目的是使幼苗一生长就可以吸收到养分。用作种肥的肥料，应当是容易被幼苗吸收的速效肥料。追肥，是指作物生长期间，根据作物对养分的要求，补充因基肥不足而用的肥料。追肥大多使用速效肥料，主要是化学氮肥或人畜粪尿。根外追肥法（叶面喷施），植物不仅可以从根吸收必需的养分元素，还可以从其它地方（如叶面）吸收一些可溶性的养分。因此，可用喷施方式在叶面上供给植物所需的营养物质，称为根外追肥，也叫叶面喷施。

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【化肥的优缺点】

化肥最主要的优点，就是它可以增加农业循环中养分的总量。它的养分含量高，肥效快，效能广，原料丰富，可以大规模工业化生产，不受季节限制，产量大、成本低，同时它运输和施用所支出的费用和劳力都比较节省。化肥的体积小，养分稳定，它们容易保存，保存期长，不易变质。

化肥的缺点也有不少，它的养分不及农家肥齐全，对土壤、作物存在使用局限性，使用化肥要认真选择才能取得满意的效果，否则就会事与愿违。同时，化肥浓度高、溶解度大，若是施用方法不得当，还容易对土地和作物造成危害，甚至威胁人类的健康。

11.杂交水稻

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杂交水稻的育成，是新中国成立以来中国在农业科技领域的一项举世瞩目的成就。自1976年，这项技术在全国范围内大面积地推广以后，仅至1994年为止，就已使中国的稻谷累计增产达2400亿千克之多，这项技术的推广及应用使中国成为世界上第一个在水稻生产上利用杂种优势的国家。杂交水稻被人们冠以“东方魔稻”、“巨人稻”、“瀑布稻”等美称。目前，这项技术已经在世界上的多个国家和地区进行了研究和推广，有人甚至将之与中国古代的四大发明相媲美。

⊙奇迹探秘：

1.什么叫杂交水稻？是谁发明了杂交水稻技术？

杂交水稻指的是选用在遗传上具有一定的差异，而且它们的优良性状又能互补的水稻品种进行杂交，从而产出具有杂种优势的第一代杂交种，用于生产。

杂种优势是生物界存在的普遍现象，利用杂种优势来提高农作物的品质和产量是现代农业科学的主要成就之一。

中国杂交水稻技术是被誉为“杂交水稻之父”的袁隆平先生发明的。袁隆平，中国国家杂交水稻技术中心主任、联合国粮农组织首席顾问、世界华人健康饮食协会荣誉主席，江西省德安县人，1930年出生于北京，1953年毕业于西南农学院（今西南大学）。1975年，他成功地研制了杂交水稻种植技术，为杂交水稻的大面积推广奠定了基础。印度前农业部长斯瓦米纳森博士对袁隆平先生有着高度的评价，他说：“我们把袁隆平先生称为‘杂交水稻之父’。因为他的成就不仅是中国的骄傲，也是世界的骄傲，他的成就给人类带来了福音。”

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20世纪60年代，我国发生了全国范围内的大饥荒，迫切地需要提高粮食产量，以解决粮食问题。

在此期间，袁隆平和他的学生们也同样受到了饥饿的威胁。面对严酷的现实，他深切地体会到了什么叫做“民以食为天”。

有一天，他带着几名农校的学生，在湖南省黔阳县硖州公社秀建大队参加生产劳动时，看到一位老乡冒雨挑着一担稻谷回来。袁隆平通过询问得知，老乡挑的是从另一个村子换来的稻种。袁隆平很好奇地问：“为什么要换稻种呢？”老乡说：“那个村子是高坡向阳田，产出的稻种不但谷粒饱满，而且产量也高。去年我们用了从那里换来的稻种，田里的产量提高了，今年就不用吃国家的返销粮了。施肥不如勤换种啊！”

面对灾荒，老乡们并没有坐等国家来救济，而是自己主动地想办法来提高产量。这让袁隆平深受感动，并且意识到，原来可以通过改良品种提高产量的方法来战胜饥荒。他决心在农业科研上做出些成绩，为老乡们培育出高产量的好种子。

后来，在一些学报上，袁隆平获悉无籽西瓜、杂交高粱、杂交玉米等，在国内外都已经被广泛应用于生产中了。这让他意识到：奥地利遗传学家孟德尔、美国遗传学家摩尔根及其追随者们提出的基因分离、连锁互换和自由组合等规律对作物的育种有着非常重要的意义。

1964年，以袁隆平为首的农业科学研究者，开始了对杂交水稻夜以继日的研究。但是，要想在水稻上利用杂交优势，首先要突破“三大难关”：第一，要培育出雄蕊不育而雌蕊发育正常的母稻，即不育系；第二，给不育系授粉，使它正常结实，而后代仍保持不育，即保持系；第三，给不育系雌蕊授粉，所产生的种子播种后，变为优势强的公稻，即恢复系。

从1964年到1965年两年的时间里，每到水稻开花的季节，袁隆平就和助手们顶着烈日在稻田里寻找，终于找到了6株天然的雄性不育植株。然后，袁隆平和助手们花了6年时间，先后选用了上千个品种，做了3000多个杂交组合，仍然没有培育出理想的不育系来。

他通过自己以往观察到的现象和6年来得到经验，提出利用“远缘的野生稻与栽培稻杂交”的新设想。1970年11月23日，袁隆平和助手在海南岛终于发现一株雄花败育株，并将这株珍贵的野生水稻种命名为“野败”，从而打开了“三大难关”的第一个突破口，给杂交水稻的研究带来了新的转机。袁隆平想：既然自然界存在着“天然杂交稻”，那我们就一定能通过探索其中的规律与奥秘培育出人工杂交稻来。这样，就可以利用杂交优势，提高水稻的产量了。

1972年，农业部把杂交水稻列为国家重点科研项目，并组成了全国范围内的攻关协作网。1973年，在突破“不育系”和“保持系”的基础上，广大科研人员对所选的上千个品种进行了测交和筛选，最终找到了一批优势强、花粉量大、恢复度在90%以上的“恢复系”。随着第三道难关的攻破，袁隆平培育出了首批杂交水稻——籼型杂交水稻。这是标明着我国在农业科研领域的一项重大突破。

1982年，中国科学家袁隆平被国际水稻研究所学术会评为世界“杂交水稻之父”。在一片赞扬声中，袁隆平决心继续开展新的研究攻关。他通过大胆的设想与不断地实验，创新并发明了超级水稻，并将这项技术不断进行技术改进。此项技术被逐渐地出口到世界上多个国家和地区，并进行不断地推广及研究。从亚洲到美洲，再到欧洲、非洲，“杂交水稻外交”成为我国重要的外交品牌。

全球有超过一半人口以大米为主食，水稻是世界上的主要粮食作物。由于杂交水稻，无论是抗病性、产量以及各种综合性状都比常规的水稻要高，这就意味着种植杂交水稻可以提高粮食的出产量，这为世界上日益增加的人口与有限的土地，解决了粮食不足的问题。杂交水稻技术的发明不仅解决了中国人的吃饭问题，也对世界减少饥饿作出了卓越的贡献。

⊙奇迹探秘：

2.杂交水稻与普通的水稻相比，它的优势在哪里？

杂交水稻在生产上具有明显的优势，并最终表现为高产。它的优势主要表现在以下几个方面：第一，杂交水稻的根系发达。它具有强大的根群，而且根系功能旺盛，吸水、吸肥能力强。第二，杂交水稻的光能利用率高。它的分叶能力特强，能更好地利用光能制造出更多养分，为穗大粒多创造了条件。第三，杂交水稻穗大粒多，一般平均每穗能达到150粒左右。第四，杂交水稻适应性广。它有较强的耐淹、耐旱、耐酸、耐碱能力，在多种地理环境种植均表现为增产。

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【孟德尔】

孟德尔（1822—1884）奥地利人。他在1865年发现了遗传定律，被称为“现代遗传学之父”，是遗传学的奠基人。后来人们发现的许多遗传学规律，都是在孟德尔的分离规律和自由组合规律的基础上产生并建立起来的。孟德尔的遗传规律是遗传学中最基本、最重要的规律，它犹如一盏明灯，照亮了近代遗传学发展的前途。

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【超级水稻】

在米质、产量、抗性等主要方面均显著超过现有水稻品种的水稻，被称为超级水稻。超级水稻的概念最早源于菲律宾的国际水稻研究所，此后世界多个国家都相继提出了“超级稻计划”。我国的袁隆平先生第一个育成了具有世界影响的新品种——“超级水稻”，使我国成为世界上唯一实现预期目标的国家。