第4章 農業與食品類發明

9．釀造

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　　釀造技術指利用微生物的發酵作用生產酒，製造醋、醬油等產品的過程。釀造技術的發明，意味着人們可以對一些原始材料進行簡單地組織、加工，使之產生新的東西。不同的產品，因釀造原料的不同，工藝和發酵條件的不同，所用的菌種也不相同。現如今，釀造技術在食品工業、生物和化學工業中均有廣泛應用。

⊙奇蹟探祕：

　　　1．?釀造技術的原理是甚麼呢？?

　　釀造是以穀物、果子等爲原料，利用微生物的發酵作用而產生一種新東西的過程。以釀酒爲例，一般是以穀物、豆類爲原料，作爲培養微生物的載體，在上面培養大量的黴菌、酵母菌，用曲釀酒同時起到酒化和糖化作用，酵母菌是重要的發酵微生物，能分解碳水化合物，產生酒精和二氧化碳等。

　　　2．?中國發明釀酒工藝的人是誰？?

　　從古至今，中國對酒的發明人有種種說法。《說文解字》上說：“古者儀狄作酒醪，禹嘗之而美，遂疏儀狄。”這句話表明，酒是夏禹時代一個叫儀狄的人發明的；但據史書記載，杜康是春秋時用糧食釀酒的鼻祖。兩種說法不一樣，還有待我們現代人去考證。

　　但是，後世人爲紀念杜康，以“杜康”命名爲一種酒的名字“杜康酒”。杜康酒，在古代就有美譽，而且廣爲傳頌。三國時，曹操在《短歌行》中寫道：“何以解憂，唯有杜康。”後來的詩人也多用杜康讚譽美酒。

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　　據考證，大約在公元前20—15世紀，古埃及、古希臘及中國古人類已經掌握了簡單的釀造技術，並可用五穀、各種果子等爲原料，來釀製不同味道的酒類。

　　穀物受潮後會發黴或發芽，而利用這些發黴或發芽後的穀物就可以製成酒。因此，這些發黴或發芽的穀物就是最原始的酒麴，也是發酵原料。後來，人類將發黴的穀物和發芽的穀物加以區分，將發黴的穀物稱爲曲，發芽的穀物稱爲櫱。曲、櫱或麴櫱的混合物就成了原始的糖化發酵劑。

　　據記載，中國的酒絕大多數是用酒麴釀造的，而且中國的酒麴法釀酒對於周邊國家，如日本、越南和泰國等都有較大的影響。酒麴釀酒是中國釀酒的精華所在。

　　酒麴中所生長的微生物主要是黴菌。對黴菌的利用是中國人的一大發明創造。日本著名微生物學家坂口謹一郎認爲，這一項發明甚至可與中國古代的四大發明相媲美。可見，這一技術的應用對釀造業的推動作用。

　　中國的釀酒技術的發展可分爲兩個階段。

　　第一階段是自然發酵階段，經歷數千年，傳統發酵技術由孕育，發展乃至成熟，即使在今天，天然發酵技術並未完全消失。

　　秦漢以前的酒，因酒分少、糖分多而容易發酸。漢代發明了“複式發酵法”，改用曲釀酒，使“糖化”和“酒精發酵”這兩個化學過程交替進行，提高了酒的酒精度和質量。國酒茅臺正是中國白酒中運用這種傳統發酵工藝的最傑出的代表。

　　唐代和宋代是中國釀造技術最輝煌的發展時期。尤其是釀酒行業，傳統的釀造經驗在這個時期得到了昇華，形成了系統的釀造理論。北宋朱翼中寫的《北山酒經》系統地講述了當時的各種釀酒技術與釀酒理論。

　　明朝是中國釀酒業的成熟時期，酒的品種、產量大大超過以前，尤其是蒸餾酒得到了極大的發展。到清朝時，已經逐漸形成了以醬香型、濃香型、清香型爲代表的白酒體系。

　　自然發酵階段釀造的酒，主要是人們憑經驗釀造的，生產規模一般不大，基本上是手工操作。酒的質量也沒有一套可信的檢測指標作保證。

　　民國以後，中國的釀酒行業進入了生產、操作規範化的第二階段。

　　由於引入西方的科技知識，尤其是微生物學，生物化學和工程知識後，傳統釀酒技術發生了巨大的變化，生產上勞動強度大大降低，機械化水平提高，酒的質量更有保障。

　　縱觀中國釀酒技術的發展，可以總結出中國對世界釀造史上的兩大卓越貢獻：

　　貢獻之一：製造“酒麴”，使澱粉的糖化和酒化一次完成。酒麴釀酒師用含澱粉的糧食爲原料，直接用酒麴釀酒，這種既經濟又高效的方法沿用至今，經幾千年不衰。現在，民間制江米酒的“酒藥”就是酒麴中的一種。

　　貢獻之二：蒸餾技術的應用，蒸餾酒就是將直接釀製的酒液進行蒸餾，可去除甲醇和醛類等低沸點成份，也可去除沸點較高的其他醇類混合物和大量的水。經過蒸餾技術處理過的酒一般比發酵的直接產品的酒精濃度要更高，而且採用蒸餾技術也可分離出有較大毒性和有怪異味的物質。所以，蒸餾酒更醇香可口。

　　釀造技術的出現表明人類已經發現自然界中微生物的存在，而這種技術的廣泛應用標誌着人類物質生活和精神生活的巨大進步。

⊙奇蹟探祕：

　　3．在古代，民間是怎樣釀製醋的呢？

　　相傳在漢代時期，中國已經有了食醋。最初的食醋做法是用麥曲使小麥發酵，生成酒精，再利用醋酸菌的作用將酒精氧化成醋酸，所以，古代稱醋爲“苦酒”。

　　1972年，中國考古工作者在甘肅嘉峪關發掘了一批魏晉壁畫墓，在3號墓前室東壁磚牆上有一幅《濾醋圖》，畫面上有一長條案子，案上放3個陶罐，案下有兩個盆，陶罐上有流孔，有液體（醋）從罐中流出，注於案下的盆中。案上另外一個陶罐可能是用來盛水的。至今，民間仍在使用《濾醋圖》中表現的方法制醋。

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【發酵】

　　發酵是複雜的有機化合物在微生物的作用下分解成比較簡單的物質。如發麪、釀酒等都是發酵的應用。發酵早已被人們所認識，但是瞭解它的本質卻是近200年來的事情。

　　早在1875年，法國化學家路易·巴斯德將酵母和發酵聯繫起來，並把發酵定義爲“無需空氣的呼吸”。巴斯德認爲，釀酒是發酵，是微生物在起作用；酒變質也是發酵，是另一種微生物在作祟。

　　發酵技術現如今有廣泛的應用，傳統上人們利用固態發酵技術生產麪包、麥芽、酒麴、醬油、豆豉、蘑菇等食品。但隨着能源危機和環境問題的日益嚴重，固態發酵技術也應用於污水處理廠、農業沼氣廠，這種技術加塊了生物的降解速度，使廢物得到有效的循環利用。

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【酒麴】

　　縱觀世界各國釀酒的歷史，大多采用穀物作爲原料，大致可分爲兩大類。一類是穀物發芽的方式，利用穀物發芽時產生的酶將原料本身糖化成糖份，再用酵母菌將糖份轉變成酒精；另一類是用發黴的穀物，製成酒麴，用酒麴中所含的酶製劑將穀物原料糖化發酵成酒。

　　酒麴可以理解爲是酒發酵的動力。酒麴上生長有大量的微生物和微生物所分泌的酶（澱粉酶、糖化酶和蛋白酶等），酶具有生物催化作用，可以加速將穀物中的澱粉，蛋白質等轉變成糖、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。

　　酒麴有糖化和發酵的雙重作用，可分爲大麴和小曲。大麴以小麥、大麥、豌豆等爲主要原料，含有豐富的微生物羣和微生物在繁殖過程中分泌出來的各種酶類，以及微生物分解曲原料而形成的代謝產物，如氨基酸等。小曲主要是以大米、小麥、稻糠等爲原料，並添加幾種中藥材製成。在製作小曲時，菌種都是自然選育培養的，在原料處理與配用藥材上，都給有效菌種的繁殖提供了良好條件。經過曲種接種後，有效菌種就會大量的繁殖了。

10．化肥

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　　化肥是化學肥料的簡稱，它是含有經人工化學合成或機械加工製成的對植物生長有促進和增產作用的肥料。施肥不僅能提高土壤肥力，而且也是提高作物單位面積產量的重要措施。化肥可以完全不依賴於土地及作物本身，不受氣候和其他自然條件的影響，採用現代工業生產的方法，大量提供作物必需的養分。化肥爲人類的農業發展開闢了一個全新的領域，極大地推進了人類農業科學的發展。

⊙奇蹟探祕：

　　　1．作物的生長也和我們人一樣需要營養，那麼它都需要哪些營養元素呢？?

　　　作物生長所需的元素有16種，按照作物生長的需要，這些元素可以分成兩大類：常量營養元素和微量營養元素。常量營養元素又分爲三類：第一類是作物能直接從空氣和水中取得的碳、氫、氧，但是這些並不屬於肥料的範圍；第二類是氮、磷、鉀，稱爲主要常量營養元素，是化肥的主要內容；第三類爲鈣、鎂、硫，稱爲次要常量營養元素（我國習慣將它們稱爲中量營養元素），但它們一般在土壤中並不稀缺，因此不是化肥的重要內容。微量營養元素是硼、銅、鐵、錳、鉬、鋅、氯等，它們在作物體內含量很少，但又是作物的生長髮育所必需的。不過，氯在土壤中並不缺少，所以一般的化肥並不含氯。

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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，而我國古代農民種田也知道用骨粉和草木灰作肥料。在當時科學還不發達的社會，人們並不十分清楚這些肥料能讓作物茁壯生長的具體原因。

　　直到1828年，德國化學家弗里德里希·維勒（1800—1882）在世界上首次用人工方法合成了尿素。而按照當時化學界流行的一種“活力論”觀點，尿素等有機物中含有某種生命力，是不可能人工合成的。但是維勒的研究卻打破了無機物與有機物之間的絕對界限。可惜的是，當時的人們尚未認識到尿素的肥料用途。直到50多年後，合成尿素才作爲化肥投放市場。

　　1838年，英國鄉紳勞斯用硫酸將磷礦石進行處理製成磷肥，這成爲世界上第一種化學肥料。

　　隨着科學技術的不斷進步，到了中國清朝咸豐到宣統年間（約1850—1912），世界科技的中心從英國轉移到德國，德國大批學者留學到科學技術發達的國家並帶回先進的技術。1840年，當時留學於法國的德國化學家尤·李比希（1803—1873）學成回國後，出版了《化學在農業和生理學上的應用》一書，創立了植物礦物質營養學說和歸還學說，從而徹底否定了當時社會上風行的“腐殖質”和“生命力”這兩大植物營養學說。李比希的學說爲化肥的發明與應用奠定了理論基礎，從而首創了肥料業。

　　　到了1909年，德國化學家弗裏茨·哈伯（1868—1934）與博施（1874—1940）合作創立了“哈伯-博施”氨合成法，解決了氮肥大規模生產的技術問題。

　　經過各位科學家的潛心研究與反覆實驗，人們終於嚐到了在土地裏施用化肥的甜頭——化肥施用到土壤以後，它的化學組成成分會與土壤發生複雜反應，提高了土壤的肥力與生產能力，促使農作物增加產量，農產品的產品質量也得到了提高，同時還加快了土壤、農作物及其農業生產的良性循環，從而增加了農民收入和全社會農產品的佔有水平，促進了社會的穩定發展。20世紀50年代以來，化肥得到了大規模地應用。據統計，在各種使農產品增產的措施中，化肥的作用佔大約30%。

　　當然，事物總是有其兩面性，有好的一面也會有不利的一面。若是化肥使用不當，則有可能造成土壤板結導致土地生產能力降低，土地資源和水資源污染，農產品特別是人類的食物污染，等等，這些對人類健康和農產品生產都極爲不利，應當儘量避免。因此，人們應當提高肥料的利用率，充分發揮肥料作用，做到科學施肥，最大限度地提高化肥的使用效益。

　　總之，化肥的發明，讓人類實現了農作物高產、優質、低成本的經濟目標，化肥已經成爲農業生產最基礎而且是最重要的物質投入。

⊙奇蹟探祕：

　　　2．在農業生產中會用到各種不同的化肥，因爲每一種化肥都會有它自己的作用。那麼，農業生產中常用的化肥都有哪些呢？?

　　一般來說，常用的化肥有如下幾種：

　　氮素化肥——氮是構成蛋白質的主要元素，蛋白質又是細胞原生質中的基本物質。對作物施用氮肥，可以促進蛋白質和葉綠素的形成，使作物的葉子顏色更加深綠，葉面積增大，促進碳的同化，有利於作物產量的增加和品質的改善。生產上常使用的氮素化肥有硫酸銨（硫銨）、碳酸氫銨（碳銨）、尿素。其中，尿素是固體氮肥中含氮量最高的一種，它是中性肥料，不含副成分，連年施用也不會破壞土壤結構。

　　磷肥——磷是形成細胞核蛋白、卵磷脂等不可缺少的元素。磷元素能加速細胞的分裂，促使農作物根部和地上部分快速成長，從而促進作物提早成熟，提高果實的品質。在生產上常用的磷肥有過磷酸鈣、重過磷酸鈣（重鈣）等。

　　鉀肥——鉀元素可以提高光合作用的強度，促進作物體內澱粉和糖的形成，增強作物的抗逆性（植物具有的抵抗不利環境的某些性狀，如抗寒、抗旱、抗病蟲害等）和抗病能力，還能提高作物對氮的吸收作用。常用的鉀肥有氯化鉀、硫酸鉀等。

　　複合肥料——是在成分中同時含有氮、磷、鉀三要素或含其中任何兩種元素的化學肥料。它具有養分含量高、副成分少、養分釋放均勻，肥效穩定而長久，方便儲存和施用等優點。常用的複合肥料有磷酸銨、氮磷鉀複合肥、磷酸二氫鉀等。

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【施肥方法】

　　合理科學的施肥方法是提高肥效的重要方面，完整的施肥應包括施肥時間、施用位置及施用方法三個方面。

　　施肥時間：化肥施肥的最適時間一般應由作物需要來定，既要保持養分持續有效地供應或是在作物需要時候有效地供應，又要使有效養分從土壤中的損失程度減少到最少。

　　施用位置：肥料的正確施用位置必須根據作物根系的特點、肥料本身的性質、氣候情況等來綜合考慮。

　　施用方法：有基肥、種肥、追肥和根外追肥這幾種方法。基肥，是指播種或移植前用到土壤中去的肥料，目的是供應作物整個生長期所需要的養分，它可以改良土壤的性質，提高土壤供肥能力。對於難溶的、移動性小的磷肥適合於用作基肥。種肥，是指播種或移植時用到的肥料，它的目的是使幼苗一生長就可以吸收到養分。用作種肥的肥料，應當是容易被幼苗吸收的速效肥料。追肥，是指作物生長期間，根據作物對養分的要求，補充因基肥不足而用的肥料。追肥大多使用速效肥料，主要是化學氮肥或人畜糞尿。根外追肥法（葉面噴施），植物不僅可以從根吸收必需的養分元素，還可以從其它地方（如葉面）吸收一些可溶性的養分。因此，可用噴施方式在葉面上供給植物所需的營養物質，稱爲根外追肥，也叫葉面噴施。

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【化肥的優缺點】

　　化肥最主要的優點，就是它可以增加農業循環中養分的總量。它的養分含量高，肥效快，效能廣，原料豐富，可以大規模工業化生產，不受季節限制，產量大、成本低，同時它運輸和施用所支出的費用和勞力都比較節省。化肥的體積小，養分穩定，它們容易保存，保存期長，不易變質。

　　化肥的缺點也有不少，它的養分不及農家肥齊全，對土壤、作物存在使用侷限性，使用化肥要認真選擇才能取得滿意的效果，否則就會事與願違。同時，化肥濃度高、溶解度大，若是施用方法不得當，還容易對土地和作物造成危害，甚至威脅人類的健康。

11.雜交水稻

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　　雜交水稻的育成，是新中國成立以來中國在農業科技領域的一項舉世矚目的成就。自1976年，這項技術在全國範圍內大面積地推廣以後，僅至1994年爲止，就已使中國的稻穀累計增產達2400億千克之多，這項技術的推廣及應用使中國成爲世界上第一個在水稻生產上利用雜種優勢的國家。雜交水稻被人們冠以“東方魔稻”、“巨人稻”、“瀑布稻”等美稱。目前，這項技術已經在世界上的多個國家和地區進行了研究和推廣，有人甚至將之與中國古代的四大發明相媲美。

⊙奇蹟探祕：

　　　1.甚麼叫雜交水稻？是誰發明了雜交水稻技術？

　　雜交水稻指的是選用在遺傳上具有一定的差異，而且它們的優良性狀又能互補的水稻品種進行雜交，從而產出具有雜種優勢的第一代雜交種，用於生產。

　　雜種優勢是生物界存在的普遍現象，利用雜種優勢來提高農作物的品質和產量是現代農業科學的主要成就之一。

　　中國雜交水稻技術是被譽爲“雜交水稻之父”的袁隆平先生髮明的。袁隆平，中國國家雜交水稻技術中心主任、聯合國糧農組織首席顧問、世界華人健康飲食協會榮譽主席，江西省德安縣人，1930年出生於北京，1953年畢業於西南農學院（今西南大學）。1975年，他成功地研製了雜交水稻種植技術，爲雜交水稻的大面積推廣奠定了基礎。印度前農業部長斯瓦米納森博士對袁隆平先生有着高度的評價，他說：“我們把袁隆平先生稱爲‘雜交水稻之父’。因爲他的成就不僅是中國的驕傲，也是世界的驕傲，他的成就給人類帶來了福音。”

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　　20世紀60年代，我國發生了全國範圍內的大饑荒，迫切地需要提高糧食產量，以解決糧食問題。

　　在此期間，袁隆平和他的學生們也同樣受到了飢餓的威脅。面對嚴酷的現實，他深切地體會到了甚麼叫做“民以食爲天”。

　　有一天，他帶着幾名農校的學生，在湖南省黔陽縣硤州公社秀建大隊參加生產勞動時，看到一位老鄉冒雨挑着一擔稻穀回來。袁隆平通過詢問得知，老鄉挑的是從另一個村子換來的稻種。袁隆平很好奇地問：“爲甚麼要換稻種呢？”老鄉說：“那個村子是高坡向陽田，產出的稻種不但穀粒飽滿，而且產量也高。去年我們用了從那裏換來的稻種，田裏的產量提高了，今年就不用喫國家的返銷糧了。施肥不如勤換種啊！”

　　面對災荒，老鄉們並沒有坐等國家來救濟，而是自己主動地想辦法來提高產量。這讓袁隆平深受感動，並且意識到，原來可以通過改良品種提高產量的方法來戰勝饑荒。他決心在農業科研上做出些成績，爲老鄉們培育出高產量的好種子。

　　後來，在一些學報上，袁隆平獲悉無籽西瓜、雜交高粱、雜交玉米等，在國內外都已經被廣泛應用於生產中了。這讓他意識到：奧地利遺傳學家孟德爾、美國遺傳學家摩爾根及其追隨者們提出的基因分離、連鎖互換和自由組合等規律對作物的育種有着非常重要的意義。

　　1964年，以袁隆平爲首的農業科學研究者，開始了對雜交水稻夜以繼日的研究。但是，要想在水稻上利用雜交優勢，首先要突破“三大難關”：第一，要培育出雄蕊不育而雌蕊發育正常的母稻，即不育系；第二，給不育系授粉，使它正常結實，而後代仍保持不育，即保持系；第三，給不育系雌蕊授粉，所產生的種子播種後，變爲優勢強的公稻，即恢復系。

　　從1964年到1965年兩年的時間裏，每到水稻開花的季節，袁隆平就和助手們頂着烈日在稻田裏尋找，終於找到了6株天然的雄性不育植株。然後，袁隆平和助手們花了6年時間，先後選用了上千個品種，做了3000多個雜交組合，仍然沒有培育出理想的不育系來。

　　他通過自己以往觀察到的現象和6年來得到經驗，提出利用“遠緣的野生稻與栽培稻雜交”的新設想。1970年11月23日，袁隆平和助手在海南島終於發現一株雄花敗育株，並將這株珍貴的野生水稻種命名爲“野敗”，從而打開了“三大難關”的第一個突破口，給雜交水稻的研究帶來了新的轉機。袁隆平想：既然自然界存在着“天然雜交稻”，那我們就一定能通過探索其中的規律與奧祕培育出人工雜交稻來。這樣，就可以利用雜交優勢，提高水稻的產量了。

　　1972年，農業部把雜交水稻列爲國家重點科研項目，並組成了全國範圍內的攻關協作網。1973年，在突破“不育系”和“保持系”的基礎上，廣大科研人員對所選的上千個品種進行了測交和篩選，最終找到了一批優勢強、花粉量大、恢復度在90%以上的“恢復系”。隨着第三道難關的攻破，袁隆平培育出了首批雜交水稻——秈型雜交水稻。這是標明着我國在農業科研領域的一項重大突破。

　　1982年，中國科學家袁隆平被國際水稻研究所學術會評爲世界“雜交水稻之父”。在一片讚揚聲中，袁隆平決心繼續開展新的研究攻關。他通過大膽的設想與不斷地實驗，創新併發明瞭超級水稻，並將這項技術不斷進行技術改進。此項技術被逐漸地出口到世界上多個國家和地區，並進行不斷地推廣及研究。從亞洲到美洲，再到歐洲、非洲，“雜交水稻外交”成爲我國重要的外交品牌。

　　全球有超過一半人口以大米爲主食，水稻是世界上的主要糧食作物。由於雜交水稻，無論是抗病性、產量以及各種綜合性狀都比常規的水稻要高，這就意味着種植雜交水稻可以提高糧食的出產量，這爲世界上日益增加的人口與有限的土地，解決了糧食不足的問題。雜交水稻技術的發明不僅解決了中國人的喫飯問題，也對世界減少飢餓作出了卓越的貢獻。

⊙奇蹟探祕：

　　　2.雜交水稻與普通的水稻相比，它的優勢在哪裏？

　　雜交水稻在生產上具有明顯的優勢，並最終表現爲高產。它的優勢主要表現在以下幾個方面：第一，雜交水稻的根系發達。它具有強大的根羣，而且根系功能旺盛，吸水、吸肥能力強。第二，雜交水稻的光能利用率高。它的分葉能力特強，能更好地利用光能製造出更多養分，爲穗大粒多創造了條件。第三，雜交水稻穗大粒多，一般平均每穗能達到150粒左右。第四，雜交水稻適應性廣。它有較強的耐淹、耐旱、耐酸、耐鹼能力，在多種地理環境種植均表現爲增產。

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【孟德爾】

　　孟德爾（1822—1884）奧地利人。他在1865年發現了遺傳定律，被稱爲“現代遺傳學之父”，是遺傳學的奠基人。後來人們發現的許多遺傳學規律，都是在孟德爾的分離規律和自由組合規律的基礎上產生並建立起來的。孟德爾的遺傳規律是遺傳學中最基本、最重要的規律，它猶如一盞明燈，照亮了近代遺傳學發展的前途。

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【超級水稻】

　　在米質、產量、抗性等主要方面均顯著超過現有水稻品種的水稻，被稱爲超級水稻。超級水稻的概念最早源於菲律賓的國際水稻研究所，此後世界多個國家都相繼提出了“超級稻計劃”。我國的袁隆平先生第一個育成了具有世界影響的新品種——“超級水稻”，使我國成爲世界上唯一實現預期目標的國家。