“探究影响酶活性的因素”是人教版高中生物学教材必修1《分子与细胞》第5章“细胞的能量供应和利用”第2节的内容。教材中通过引导学生设计并实施实验来探究影响酶活性两个最主要的外界因素———温度和pH。但是,没有将温度和pH影响酶活性的本质与细胞代谢过程结合在一起分析与讨论。在学习完本节课后,学生较容易将酶促反应当成一个简单的化学反应来理解。温度对酶活性的影响不是影响酶促反应速率那么简单,而是外界温度影响了生物整个生命周期变化。在不同的温度条件下,生物适应环境,会从酶的数量和活性上调整细胞的代谢强度。生物体内的酶绝大多数是蛋白质,蛋白质对外界环境的敏感,也影响细胞代谢的强度。因此,笔者尝试引导学生结合教材知识和生活经验进行实证性探究学习[1]。通过比较不同的实验材料和相关资料,在发现问题的基础上,小组讨论后做出新的假设并设计实验方案。结合实验实施的结果,得出更深入的分析和结论,从而实现以实验情境为基础的探究式学习[2]。这样的学习方式,不仅能将学生的生活经验与教材知识有效地结合,来完成知识体系的建构过程,也能提升学生的思维能力和动手能力,激发好奇心和求知欲,较好地达成课堂教学的目标,一举多得。 1创设情境,提出问题 结合上节课学习酶的概念和特性,教师提出:动物肝脏中含有过氧化氢酶,那么植物组织中会有吗?请说明作出相关推测的理由。进一步提问:如果同种酶可存在于不同的生物组织中,其活性在不同组织中相同吗?如何通过实验比较不同生物组织中同种酶的活性?在课堂教学时可以直接将教师设计的实验步骤展示在课件上(表1),并通过演示实验引发学生的思考,结合实验现象进行结果分析。设计意图:本实验是用学生熟悉的生物材料进行比较,就能直观地看出:不同生物组织内可以含有同种酶,酶的分布具有普遍性;同种酶在不同组织中其活性有差异,同种酶在不同生物组织中催化反应的速率也有所不同。以直观的实验证据为基础进行生命现象的探讨,可激发学生的学习兴趣和探究问题的热情。 2分析问题 组织学生结合上述实验的现象进行进一步的讨论分析,通过查阅资料发现:土豆块茎中也存在着大量的过氧化氢酶。可将动物肝脏和土豆中的过氧化氢酶分别提取出来,通过观察实验过程中气泡的产生量或是产生速率,来比较过氧化氢酶在不同生物组织中的活性大小。加入肝脏研磨液的试管1产生的气泡数量较多、气泡体积大;而加入等量土豆研磨液的试管2产生的气泡数量也很多,但气泡小而细密,而且黏性较强。用带火星的卫生香进行复燃实验,在试管1中可看到明显的复燃现象但试管2就无法复燃,这说明什么?如何从结构和功能相适应的角度进行分析?当学生不能快速找到原因时,教师可适当地进行引导:如动物的肝脏是解毒器官,机体产生的许多代谢废物,需要在肝脏中进行分解,那在肝脏中过氧化氢酶的浓度或是活性相比其他生物组织就要高。从而能够更快地分解代谢废物,以避免对组织细胞造成伤害。设计意图:教师不要直接将答案告知学生,而是要用学生学过的生理学知识进行适当引导,让学生去感悟,并学会应用生物体结构和功能相适应的观点来解释实验现象,完成知识的自主建构过程,从而达到帮助学生更好地理解同种酶在不同生物组织中活性差异的目的。 3发现新问题 通过实验与分析,已明确同种酶在不同生物组织中的活性差异,是与其功能直接相关。那同一生物组织中含有多种酶,这些酶活性是否有差异呢?如何设计实验进行探究?前面的演示实验已知土豆块茎中确实含有大量的过氧化氢酶,而大家更熟悉的是土豆中的淀粉含量很高,那么土豆块茎中淀粉酶的活性如何?想了解土豆块茎中淀粉酶的活性,就需要先提取适量的土豆块茎中的淀粉酶,那如何提取生物组织中的酶呢?教师引导:关于酶的初步提取,可借鉴教材中从肝脏研磨液中获取过氧化氢酶的方法。有了酶溶液,才能进一步对酶活性进行测定。教师提出的新问题能引发学生进行更深入的思考:在活性测定时,反应体系中是否存在干扰实验结果的物质,如何排除这些干扰物质而保证检测结果科学、准确?设计意图:该实验是学生初步尝试进行探究实验的设计,教师可给予适当的辅助和引导,一定程度上降低设计的难度,以保证学生在课堂上能顺利完成初步的设计。由于高中生物学实验条件的限制,只能完成对酶的初步提取,无法做到提取纯净的酶。所以,需要提醒学生在活性检测时,要注意对干扰因素的排除,才能保证设计方案的科学性。 4尝试设计实验 引导学生在课堂上利用5分钟时间进行小组讨论,并尝试写出实验原理和基本步骤。教师可提醒学生按照教材的范例来设计,但需要注意实验设计过程中变量的控制方法。5分钟后请1—2个小组派代表来介绍设计方案。在进行方案交流时,重点要求说明以下几个问题:①实验的反应原理和检测原理各是什么;②本实验如何设置对照组(空白对照和阳性对照)和实验组。这个环节学生需要多一些思考与组织语言书写方案的时间,教师可在这个时间段走下讲台来观察不同小组学生的设计过程,也可与小组学生交流设计步骤中需要注意的细节。设计意图:小组代表在课堂上通过电脑屏幕展示自己小组的设计,这样的环节设计对学生的表达和交流能力提出了更高的挑战。利用网络互动平台实现线上和线下交互学习和评价,是一种快速学习和合作学习的过程,能够让学生及时发现和改进不足之处。也实现了课堂的快速反馈和互动,有利于教学效能的进一步提升。 5分析实验结果,得出结论 从表2的实验结果来看,学生预想中土豆块茎中的淀粉酶活性并不高,完全无法催化淀粉分解。为进一步增强这个实验的说服力,教师提前为每个实验小组准备一组发芽的绿豆提取液进行相同的实验。其实验现象是:发芽的绿豆提取液中淀粉酶活性较高,可催化淀粉分解产生相应的现象。两种生物材料的现象如此不同,该如何解释?土豆的块茎处于休眠状态,淀粉分解代谢缓慢,淀粉酶活性极低。而发芽的绿豆淀粉酶,需要催化淀粉快速分解,以提供种子发芽和生长的能量需求。因此,其淀粉酶活性较高。实验现象可说明:生物体内酶活性的高低不仅受到温度和pH这些因素的影响,也受到生物体新陈代谢状态的影响。从本质上来说,环境温度的变化会影响植物和动物的代谢速率,使不同的生物通过调整自身的基因表达过程,如通过调整合成酶的数量和酶的活性来调节代谢,从而适应环境温度的变化,这其实也是生物经历长期进化与适应的结果。设计意图:引导学生进一步思考为什么同样的淀粉分解实验,土豆块茎提取液淀粉酶的活性很低,而发芽绿豆提取液的淀粉酶活性较高。不同植物材料的同一代谢反应现象为什么有差异,差异产生的本质原因是什么。本实验结果可让学生从结构和功能观及适应和进化观两个角度进行分析,从而提升学生对生命现象本质的认识,是一个极好的提升学生核心素养的案例。 主要参考文献 [1]魏亚静.围绕实证的“被动运输”教学设计[J].生物学教学,2021,46(8):3436. [2]桂侠夏,喻娟.真实情境下的探究性实验教学设计与实施———以“铁盐和亚铁盐”实验教学为例[J].实验教学与仪器,2022(7):2022. 作者:黄芯婷 单位:福建省福州第三中学
浅谈啤酒废水处理工艺:组合工艺在啤酒废水处理工程中的应用 摘要:介绍UBF-CASS处理啤酒废水的工艺流程、主要设计参数、运行效果、经济参数、相关经验。运行结果表明,该工艺出水水质达到《啤酒工业污染物排放标准》中的表1标准。该工艺具有适应性强、启动快、运行稳定、产泥量少、处理效果好等优点。 关键词:啤酒废水;UBFCASS;组合工艺;啤酒废水 大多采用厌氧—好氧联合生化降解工艺来处理。目前比较常见的厌氧工艺为UASB,该工艺可以承受比较高的负荷,但初次启动难度大,费时费力。大多数啤酒厂一般都在气温较低的初春开始生产,使UASB的启动时间更长。本文结合河北某啤酒有限公司啤酒废水处理工程实例,讨论采用厌氧复合床(UBF)反应器对啤酒废水进行厌氧处理,经过多年的实际运行证明,UBF反应器初次启动速度快,运行稳定性强。厌氧出水再经SBR改良型工艺周期循环活性污泥法(CASS)处理,出水水质相当稳定。CASS是在SBR的进水端增加了1个生物选择器,实现了连续进水(沉淀期、排水期仍可连续进水),间歇排水。CASS工艺集反应、沉淀、排水于一体,还具有一定的脱氮除磷效果。经UBF-CASS组合工艺处理后出水能够稳定达到《啤酒工业污染物排放标准》(JB19821—2005)中的表1标准。 1废水来源及水量水质 该公司啤酒年产3万t,位于河北省北部靠近渤海湾,春季温度较低,厌氧启动较为困难。其废水主要包括浸麦废水、糖化废水、废酵母液、洗涤废水等。废水主要含可生物降解的有机物及一定量的SS,有机成分主要包括糖、可溶性淀粉、蛋白质等有机物,可生化性比较好。废水处理站设计水量3000m3/d,CODcr为2000mg/L,BOD5为1000mg/L,SS为800mg/L,pH为6~8。处理后的水质达到《啤酒工业污染物排放标准》(JB19821—2005)中的表1标准要求,即CODcr≤80mg/L,BOD5≤20mg/L,SS≤70mg/L,氨氮≤15mg/L,TP≤3mg/L,pH值为6~9。 2处理工艺及构筑物 2.1工艺流程 废水首先经格栅、预沉池进行物化预处理。然后进入酸化调节池,均质均量,同时发生一定程度的水解酸化作用以减轻后续处理负荷。经以上初步处理后,得到稳定的进水水质水量,连续进入UBF反应器厌氧处理,出水自流进入CASS反应池进行好氧处理。CASS部分污泥回流至水解酸化池处理。污泥浓缩池上清液、压滤机滤液返回酸化调节池再次进入处理程序。干泥外运做农肥。具体工艺流程见图1。 2.2主要处理构筑物 (1)预沉池。废水中含有硅藻土等易沉杂质,须经沉淀去除。设预沉池1座(12.8m×8.8m×3.0m),分2格,交替运行,钢混结构。(2)酸化调节池。生产过程中,各车间废水间歇排放,各股废水水质水量均变化较大。该池在调节水质水量的同时,还能对废水进行水解酸化预处理,减轻后续设施工作压力,同时能够对好氧污泥进行减量化处理。钢混地下结构(30.7m×11.7m×3.5m),HRT为10h。内设潜污泵2台,1用1备,另设空气搅拌装置1套。(3)UBF反应器。2座,钢制结构(10.0m×8.5m)。设计参数:常温运行,HRT为10.5h,容积负荷为4.0kgCOD/m3•d。采用大阻力布水系统,内挂软性填料。为保证池内厌氧状态,并防止臭气散逸,在UBF反应器上方采用集气装置密封,出气管设水封碱洗除臭装置。(4)CASS池。矩形CASS反应池1座4格,钢混地上结构(29.4m×(7.4m×4格)×5.0m)。设计参数:污泥浓度3kgMLSS/m3,BOD污泥负荷0.15kg/kg.d,运行周期12h。采用微孔曝气方式,供气量为40m3/min。 3调试与运行效果 培菌工作:UBF反应器及CASS池接种菌种取自本地城市污水处理厂剩余污泥。当时当地气温较低,但因废水水温在25~30℃范围内,故无需对进入UBF反应器的废水增温。UBF调试初期采用间歇式进水,1个月后改为连续进水,容积负荷逐步提高到2.5kgCOD/m3.d,2个月后达到设计负荷,调试期间不定期地向UBF反应器投加适量的营养盐。CASS采用闷曝法进行调试,反应池接种污泥与废水混合稀释后,连续小气量闷曝1周后,每天进水2次,每次停止曝气后沉淀2h,排出部分上清液。厌氧系统经过3个多月的运行调试后进入稳定运行阶段,好氧系统经过1个多月就达到稳定。经当地监测站监测,该系统出水水质为:CODcr55~70mg/L,BOD512~16mg/L,SS25~55mg/L,氨氮6~8mg/L,TP1.5~2mg/L,PH值为6~9,可达《啤酒工业污染物排放标准》中的表1标准,并通过当地环保局验收。 4主要经济技术指标 废水处理站废水处理站装机容量为135kW,日均运行功率为60kW/h,t水电耗为0.48kW/h,电费以0.6元/(kW•h)计,则电耗约为0.29元/m3。工作人员6人,工资以3000元/人•月计,则人工费为0.18元/m3,另计维修费等约0.23元/m3,废水直接处理费用约为0.7元/m3。5经验与讨论(1)UBF反应器为系统的稳定低耗运行提供保证,启动时间短,处理效果好,特别适合中小型啤酒厂低温快速启动生产的要求。(2)UBF反应器中设有填料层,生物膜在填料上附着,可以有效拦截污泥,防止了污泥流失现象,使厌氧处理效果稳定。(3)CASS作为后续好氧处理工艺,兼具SBR优点,可根据进水水质调整时间和排水比,操作灵活简便,省去了沉淀池及污泥回流设备,进一步简化了管理,降低了工程投资,在实际应用中具有明显优势。(4)CASS生物选择器能选择培育絮凝性细菌,使活性污泥在生物选择器中经历一个高负荷的吸附阶段,随后在主反应区进行较低负荷的基质降解阶段,能很好完成基质降解的全过程和污泥再生。(5)CASS池剩余污泥回流入酸化调节池进行减量消化处理,力求做到少污泥或无污泥,运行结果表明系统排放剩余污泥量很少。 作者:国洋 刘善培 单位:荆门市环境保护监测站 荆楚理工学院 浅谈啤酒废水处理工艺:啤酒废水处理工艺 摘要:我国是啤酒生产大国,啤酒废水已成为较高有机物污染大户,因此,对啤酒废水进行处理达标后排放已显得十分重要。介绍了5种较成熟的啤酒废水处理工艺(流程)方案,简述了各自的特点和优缺点,并对5种工艺方案进行了初步分析。 关键词:啤酒废水生化 水解酸化接触氧化 厌氧内循环 概述 80年代以来,我国啤酒工业得到迅速发展,到目前我国啤酒生产厂已有800多家,据1996年统计我国啤酒产量达1 650万t,既成为世界啤酒生产大国,又成为较高浓度有机物污染大户,啤酒废水的排放和对环境的污染已成为突出问题,引起了各有关部门的重视。 啤酒废水的主要成分和来源是:制麦、糖化、果胶、发酵(残渣)、蛋白化合物,包装车间等有机物和少量无机盐类。其水质及变幅范围一般为:pH=5.5~7.0(显微酸性),水温为20~25℃,CODCr=1200~2300mg/L, BOD5=700~1400mg/L, SS=300~600mg/L, TN=30~70mg/L。水量为每生产1t啤酒废水排放量为10~20m3,平均约15m3,目前全国啤酒废水年排放量在2.5亿m3以上。 “七五”以来,我国对啤酒废水的处理工艺和技术进行了大量的研究和探索,特别是轻工业系统的设计院和科研单位,对啤酒废水的处理进行了各方面的试验、研究和实践,取得了行之有效的成功经验,逐渐形成了以生化为主、生化与物化相结合的处理工艺。生化法中常用的有活性污泥法、生物膜?法、厌氧?与好氧相结合法、水解酸化与SBR相组合等各种处理工艺。这些处理方法与工艺各有其特点和不足之处,但各自都有较为成功的经验。目前还有不少新的处理方法和工艺优化组合正在试验和研究,有的已取得了理想的成效,不久将应用于实践中。 啤酒废水的主要特点之一是BOD5/CODCr值高,一般在50%及以上,非常有利于生化处理,同时生化处理与普通物化法、化学法相比较:一是处理工艺比较成熟;二是处理效率高,CODCr、BOD5去除率高,一般可达80%~90%以上;三是处理成本低(运行费用省)。因此生物处理在啤酒废水处理中,得到了充分重视和广泛采用。现把目前啤酒废水处理中相对比较成熟的生物处理工艺,进行一些阐述和比较。 1 处理工艺 该处理工艺是轻工部设计院为代表的推荐采用方案,河南开封啤酒厂、青岛湖岛啤酒厂、厦门冷冻厂啤酒厂等均采用此处理工艺流程,处理后均达标排放。细格栅起初步的固液分离作用,故不设初沉池;酸化池中设填料,为细菌提供呈立体状的生物床,把水中的颗粒物质和胶体物质截留和吸附,同时在水解细菌作用下,将不溶解性有机物水解为溶解性物质,在产酸菌协同作用下,将大分子物质、难于生物降解的物质转化为易于生物降解的小分子物质。物化法中选用加药反应气浮池的理由主要为三点:一是悬浮物等去除率高,普通沉淀池去除率仅为30%左右,竖流式沉淀池为40%~50%,而气浮可达80%~90%;二是气浮污泥含水率为97%~98%,气浮排渣可直接进行脱水处理,而其它沉淀池的污泥含水率达99%以上;三是气浮池气浮水力停留时间短,约30min左右,而其它沉淀池的水力停留时间1.5~2h,故气浮池体积小,减少占地面积。但气浮处理需要增设一套空压机、压力溶气罐、回流水泵等组成的辅助系统(图1中未绘出),操作管理相对较复杂。 微生物所需要的营养,主要为碳水化合物、氮化合物、水、无机盐类(氮和磷)及维生素。通常要求BOD∶N∶P=15∶5∶1,为满足此要求,故在接触氧化池前投加氨氮。 1.2 处理工艺方案2 处理工艺方案2与处理工艺方案1在主体处理系统上基本上是相同的,都是水解酸化、接触氧化和气浮池,主要不同点:一是高浓度废水先采用UASB(上流式厌氧污泥床)预处理后再进入低浓度废水调节池,进行主体处理系统;二是主体处理系统调节池前增设了沉砂池和分离机(高浓度废水预处理系统中调节池前也增设了沉砂池和分离机)。 该工艺用在山东省三孔啤酒有限公司废水处理中,高浓度有机废水水量水质为:Q1 = 500 m3/d; CODCr:5000mg/L; BOD5:2500mg/L; SS:3000mg/L。低浓度有机废水:Q2=3500m3/d; CODCr:500mg/L; BOD5: 250mg/L; SS:500mg/L。Q=Q1+Q2=4000m3/d。 设计按当时的GB8978—88现有企业栏标准,即:CODCr≤150mg/L; BOD5≤60mg/L; SS≤100mg/L;pH=6~9。 UASB进出水水质和混合水经主体处理系统的进出水水质见表1和表2。可见处理后的出水水质好于设计采用的标准值,全部达标排放。 表1UASB进出水水质 表2混合水经主体处理进出水水质 把高浓度有机废水先单独进行预处理,反映了两个主要特点:一是采用厌氧生物处理中的UASB反应器,它具有截留污泥量大,颗粒化程度好,处理高浓度有机废水能力强等特点。该反应器采用中温发酵,内部具有热交换装置,结构较紧凑,温度、碱度、负荷等由微机控制;二是高浓度废水集中进行厌氧处理,产生沼气量大,可以集中使用。该反应器设计容积负荷为6.0kg/(m3·d),去除lkgCOD产生VSS0.082kg,产生沼气0.52m3,则1天可产生1000多m3沼气。 1.3 处理工艺方案3 IC(厌氧内循环)反应器根据UASB的原理,80年代中由荷兰帕克(PAQUES)公司开发成功。它由混合区、污泥膨胀床、精处理区和循环系统四个部分组成。它与其它厌氧处理工艺相比有以下特点: (1)因反应器为立式结构,高度为16~25m,故占地面积小,同时沼气收集也方便。 (2)有机负荷高,水力停留时间短,它与其它厌氧处理工艺的有机负荷和水力停留时间比较见表3。 表3各种厌氧处理工艺的有机负荷与水力停留时间 (3)剩余污泥少,约为进水COD的1%,且容易脱水。 (4)靠沼气的提升产生循环,不需要外部动力进行搅拌混合和使污泥回流,节省动力消耗。 (5)因生物降解后的出水为碱性,当进水酸度较高时,可通过出水的回流使进水中和,减少药剂使用量。 (6)耐冲击负荷性能强,处理效率高,COD去除率为75%~80%,BOD去除率为80%~85%。 (7)生物气纯度高(CH4为70%~80%,CO2为20%~30%,其它有机物为1%~5%),可作燃料加以利用。 CIRCOX(封闭式空气提升好氧)反应器为双层立式筒体(外层为下降筒体,内层为上升筒体),水由底部进入反应器,与压缩空气一起从内层筒体(也称上升管)向上流,使进水与微生物充分接触,微生物粘附在载体(细砂类物质)表面,形成生物膜,使活性污泥有良好的沉降性能,不易被出水带离反应器而在系统内循环,筒体的上部做成“帽状”(直径放大约1/3左右),气、水和污泥的混合液进入反应器上部“帽状”的三相分离区分离;气体从上面离开反应器,澄清水从出水口流出,污泥经过沉降区返回到反应器底部。 CIRCOX反应器与其它好氧处理工艺相比,有以下特点: (1)高度与直径比大,故占地面积小。 (2)有机负荷与微生物浓度高,有机负荷为4~10kgCOD/(m3·d),微生物浓度15~30 kgVSS / m3。 (3)水力停留时间短,一般为0.5~4h。 (4)剩余污泥少,小于进水COD的5%;污泥回流在同一反应器内完成,不需要外加动力。 (5)因该反应器为封闭系统,可以容易地控制污水中易挥发物质,可根据需要设置生物过滤器或活性炭过滤器处理废气。 (6)因反应器内液体的流速很高,约为50m/h,载体通过相互碰撞摩擦而自动脱膜,不需要另设脱膜装置;同时污水中的悬浮物很容易从反应器内冲出,允许进水悬浮物的浓度较高,不需设预沉池。 (7)因活性污泥在反应器内循环,泥龄很高,污泥中可产生一些生长速度很慢的硝化细菌等,故CIRCOX反应器适合于处理含氮化合物及其它难降解的化合物。 IC反应器应用于高浓度有机废水处理,CIRCOX适用于低浓度的啤酒生产废水和城市污水处理,两者串连起来是优化的组合,体现了占地面积小,无臭气排放,污泥量少和处理效率高的优点。1995年上海富仕达酿酒公司引进了帕克公司的专利技术处理啤酒生产废水(工艺流程如图3所示),已建成投产,处理能力4800m3/d,进、出水水质见表4。 表4上海富仕达公司啤酒废水处理站进出水水质 图3中,旋转滤网的出水管上设温度和pH在线测定仪表,当温度和pH的测定值满足控制要求时,废水就进入缓冲槽,否则排至应急槽,再用泵提升到旋转滤网进水管内。缓冲槽内设淹没式搅拌机,使废水均质并防止沉淀。设预酸化槽的目的为:一是使有机物部分降解为挥发性脂肪酸;二是调节营养比例;三是调节pH值。 1.4 处理工艺方案4 该工艺以水解酸化-SBR为主体。水解酸化池内设填料(球形填料),水力停留时间为4h左右(利用厌氧过程的前阶段),COD去除率30%~40%,pH值4.8~5.2。SBR反应池内反应时间约为6h左右,水温20~25℃,污泥浓度4 000mg/L左右,出水水质达到原GB8978—88一级排放标准,COD总去除率 92%,BOD总去除率 98%。 SBR处理工艺的特点是集生物降解和终沉排水等功能于一体,与传统的连续式活性污泥法(CFS)相比,可省去沉淀池和污泥回流设施,具有运行稳定,净化效率高,耐冲击负荷,避免污泥膨胀,便于操作管理等特点。 1.5 处理工艺方案5(见图5) 图5CASS反应池为主体处理工艺 CASS与CAST相似,是一种循环式活性污泥法,CASS反应池的运行一般包括三个阶段:进水、曝气、回流阶段;沉淀阶段;滗水、排泥阶段。周期为4~12h,根据需要设定。CASS反应池一般用隔墙分隔成三个区:生物选择区、预反应区、主反应区。生物选择区内不进行曝气,类似于SBR法中的限制性曝气阶段。在该区内,回流污泥中的微生物大量吸附废水中的有机物,能较迅速有效地降低废水中有机物浓度;预反应区采取半限制性曝气,溶解氧保持在0.5mg/L左右,使该区存在着反硝化进程的可能;主反应区进行强制鼓风曝气,使有机物及氨氮得到生化与硝化。 该处理工艺用于安徽某啤酒废水处理中,CASS反应池运行周期8h,其中进水、曝气、回流时间6h,进水、沉淀时间1h,滗水、排泥时间1h。处理水量3500m3/d,进水水质为:CODCr: 800~1 500mg/L; BOD5:400~800mg/L; SS300~600mg/L。根据测试,处理后的出水:CODCr: 63~120mg/L; BOD5:41~58mg/L; pH:6.7~8.3。当然还有其它处理工艺,如单独采用好氧法和单独采用厌氧法(包括UASB反应器)等,但并不具有代表性,故不作详述和介绍。 2 处理工艺浅析 就上述介绍的具有一定代表性的啤酒废水处理工艺谈些粗略看法和分析。 (1)根据啤酒废水BOD5/CODCr大的特点,上述5个处理工艺方案的共同点,均以生物处理为主体,而且基本上均以前级为厌氧(水解酸化为主),后级为好氧处理,所不同的为:一是后级好氧生化处理分为生物接触氧化法(生物膜法)和活性污泥法(微生物呈悬浮状态);是在厌氧和好氧生物处理中,又分为成熟的传统方法(工艺1、2、4)和较新技术应用的方法(如工艺2中预处理用UASB,工艺3中IC和CIRCOX及工艺5中的CASS法)。但有一个共同点是可以肯定的:啤酒废水(混合水)采用厌氧(水解酸化)生物处理与好氧生物处理相结合(为主体)的处理工艺是成熟、可靠的工艺,是可以接受和被采用的。 (2)总的来说,厌氧(水解酸化)与好氧为主体的处理工艺,产生的污泥量较少,但上述5个处理工艺中也有区别,处理工艺1~3在好氧生物处理后均设沉淀设施(工艺1和2为气浮池,工艺3为斜管沉淀池);而处理工艺4和5,在好氧生物处理后不设沉淀池,污泥量很少,大多数内部消化,故污泥直接进入污泥浓缩池,进行污泥的处理与处置。从上述5个处理工艺分析,工艺1~3好氧生物处理采用的是生物膜法(前两个是生物接触氧化法,第三个CIRCOX反应器是好氧生物流化床原理发展而来,微生物粘附在细砂类载体物表面,形成生物膜),生物膜要进行新、老更替,老的膜剥落后需要经沉淀后去除(当然同时也去除悬浮物等),故氧化(好氧)生物处理后要设沉淀设施。后两种好氧生物处理均属活性污泥法范畴,SBR集生物降解和终沉排水于一体,污泥浓缩在SBR池下面,省去了沉淀池;CASS反应池污泥用回流泵回流(循环式活性污泥法),产泥少、污泥直接进污泥浓缩池,不设沉淀池。可见后两种工艺省去了沉淀设施,减少了沉淀池的造价和占地面积。可以这样说:好氧生物处理采用生物膜法,后面要设沉淀池,其处理工艺由生化和物化相结合;好氧生物处理采用SBR和CASS反应池的,后面可不设沉淀池,其处理工艺省去了物化处理,由单一的生化处理组成。 (3)处理工艺2中,把高浓度有机废水采用UASB进行预处理后再进入总调节池,与低浓度有机废水进行混合,再进入主体处理工艺系统。从表1数据可见,高浓度有机废水采用厌氧处理中的UASB反应器进行处理,效果是好的,CODCr、BOD5、SS等去除率均较高,因此它不仅可用于高浓度啤酒废水的处理,也可用于豆制品等其它高浓度有机废水的处理。有资料报道,啤酒废水处理中,高浓度废水采用UASB反应器进行预处理,混合废水进入AS(活性污泥法)处理(称为UASB+AS法)与全部直接进入AS法处理比较,UASB+AS法比AS法节省曝气电费68%,节省污泥处理费59%,沼气还可利用;与SBR法比较,运行费和污泥处理费也比SBR低。1996年11月7日日本的《日经产业经济新闻》报道,朝日啤酒公司将在1999年以前更新其所属日本国内的全部啤酒厂废水处理设备,全部采用UASB+AS法工艺。因此,我国的啤酒废水处理工艺中,应重视采用UASB技术。 (4)总的来说,啤酒废水采用厌氧(水解酸化)预处理,再进行好氧处理是比较理想的,但上述5个处理工艺方案中,也各有所不同。如处理工艺方案2处理后的出水水质远好于排放标准,这对于水资源紧缺的地方来说,稍加深度处理后即可回用,对于回用水水质要求不高的地方来说,可直接回用(如绿化、浇马路等)。又如处理工艺方案5采用CASS反应器,调试相对较麻烦、时间可能较长;操作管理要严密妥当,否则有可能产生污泥膨胀;滗水器的下降速度要与水面的下降速度基本相同,否则可能扰动已沉淀的污泥层等。同时从处理后的出水水质来看,处理工艺方案5的出水CODCr常大于100mg/L,BOD5常大于50mg/L,比其它4个工艺方案差,如果排放标准较高些,则采用此工艺要慎重。 (5)处理工艺方案的比较,在处理效果好,达到国家规定的排放标准前提下还有投资、运行费用、管理操作,占地面积等诸方面,因因素很多,情况复杂,故无法进行全面、系统地论述。上述介绍与浅析仅供参考,不妥之处,欢迎指正。 浅谈啤酒废水处理工艺:啤酒废水处理工艺调试 摘要:河南某啤酒实业有限公司污水处理工程于2004年3月份开始调试。经过为期三个月的调试和试运行,现有废水经污水处理厂处理后出水水质达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)表4二级标准和当地总量控制的要求。调试期间,操作人员认真负责,对操作人员也进行了技术培训,于2004年7月份圆满完成了污水处理站的调试工作。调试人员对污水处理站的试运行切实做到了控制、观察、记录和分析试验工作,对于提高污水处理站技术管理水平、运行水平有积极的现实意义。 关键词:啤酒废水 工艺调试 活性污泥的培养 引言 河南某啤酒实业有限公司污水处理工程于2004年3月份开始调试。经过为期三个月的调试和试运行,现有废水经污水处理厂处理后出水水质达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)表4二级标准和当地总量控制的要求。调试期间,操作人员认真负责,对操作人员也进行了技术培训,于2004年7月份圆满完成了污水处理站的调试工作。调试人员对污水处理站的试运行切实做到了控制、观察、记录和分析试验工作,对于提高污水处理站技术管理水平、运行水平有积极的现实意义。 1.1 污水来源 根据该厂啤酒生产工艺,废水主要来源有:麦芽生产过程的洗麦水、浸麦水、发芽降温喷雾水、麦槽水、洗涤水、凝固物洗涤水;糖化过程的糖化、过滤洗涤水;发酵过程的发酵罐洗涤、过滤洗涤水;罐装过程洗瓶、灭菌及破瓶啤酒;冷却水和成品车间洗涤水;以及来自办公楼、食堂和浴室的生活污水。 生产废水为每天24小时连续排放。 1.2 污水处理规模 该污水处理站处理规模按照最高日流量1500 m3/d,其中高浓度废水量500 m3/d,中低浓度废水量1000 m3/d。 1.3 污水水质 该污水处理站设计进水水质如下: 高浓度废水 CODCr 4000mg/l BOD5 2000mg/l SS 400mg/l PH 6-9 中低浓度废水 CODCr 500mg/l BOD5 200mg/l SS 400mg/l PH 6-9 1.4 处理后水质要求 根据厂方的要求,外排废水应达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)二级标准。其具体指标如下: CODCr≤150mg/l BOD5≤60mg/l SS≤150mg/l PH 6~9 其中CODCr指标不大于100mg/l。 2 污水处理工艺简介 该工程采用厌氧+好氧为主的生化处理工艺。 厌氧生化法是指在无分子氧条件下通过厌氧微生物的作用,将废水中的各种复杂有机物分解转化为甲烷和二氧化碳等物质的过程,该工艺可用于中高浓度的有机废水处理。该工艺在国内外有较多的成功实例。 该厌氧处理工艺采用UASB反应器,底部设布水装置,顶部设三相分离器和集水排水装置。 高浓度废水单独进行厌氧处理后,与中低浓度废水混合进行好氧处理。 好氧生化法有较多的工艺,本工程采用CASS生物反应器。 CASS生物反应器是SBR工艺的一种改良型工艺。 在序批式反应器系统(Sequencing Batch Reactor简称SBR法)中,曝气池、二沉池合二为一,在单一反应池内利用活性污泥完成废水的生物处理和固液分离,SBR是废水活性污泥生化处理系统的先驱,然而直到最近几年随着监控与测试技术的飞速发展,这一技术才得以完全更新并被美国环境保护署(US EPA)推荐为一项低投资、低操作成本及低维修费用,高效益的环境处理新技术。据EPA调查,在废水流量一定时,选择SBR要比传统的活性污泥法处理费用节省许多,这一点已被大量的工程实例所证实,特别是在啤酒废水处理工程中得到了广泛应用。 工艺运行方式 SBR工艺主体构筑物由SBR反应池组成,SBR反应池的运行操作由进水、反应、沉淀、滗水和待机五个阶段组成。 进水期:废水进入反应池。? 反应期:废水进入反应池中发生生化反应,在这阶段可以只混合不曝气,或既混合又曝气,使废水处在反复的好氧—缺氧中,反应期的长短一般由进水水质及所要求的处理程度而定。 沉降期:在此阶段反应器内混合液进行固液分离,因该阶段在完全静止条件下进行,表面水力和固体负荷低,沉淀效率高于一般沉淀池的沉淀效率。 排水期:当沉淀阶段结束,设置在反应池末端的滗水器开动,将上清液缓缓滗出池外,当池水位降到低水位时停止滗水。 待机期:在每池滗水后完成了一个运行周期,在实际操作中,滗水所需时间往往小于理论最大时间,故滗水完成后两周期间闲置时间就是待机期,该阶段可视废水的水质、水量和处理要求决定其长短或取消。在此阶段可以从反应池排除剩余活性污泥。反应池排出的剩余污泥泥龄长,已基本稳定。 SBR法与其它活性污泥处理技术比较有以下优点: SBR系统以一组反应池取代了传统方法及其它变型方法中的初次沉淀池、曝气池及二次沉淀池,整体结构紧凑简单,无需复杂的管线传输,系统操作简单且更具有灵活性。 SBR反应池具有调节池均质的作用,可最大限度地承受高峰BOD5浓度及有毒化学物质对系统的影响。 在废水流量低于设计值时,SBR系统可以调节液位计的设定值使用反应池部分容积,或调节反应时间,从而避免了不必要的电耗。其它生物处理方法则无这样的功能。 因为对于每个反应单体而言出水是间断的,在高负荷时活性污泥不会流失,因而可以保持SBR系统在高负荷时的处理效率。而其它的生物处理方法在高流量负荷时经常会出现活性污泥流失的问题。 SBR在固液分离时整体水体接近完全静止状态,不会发生短流现象,同时,在沉淀阶段整个SBR反应池容积都用于固液分离,较小的活性污泥颗粒都可得到有效的固液分离,因此,SBR的出水质量高于其它的生物处理方法。 易产生污泥膨胀的丝状细菌在SBR反应池中因反应条件的不断的循环变化而得到有效的抑制。而污泥膨胀问题是其它活性污泥方法中很常见且很难控制的问题之一。 CASS是利用活性污泥基质再生理论,将生物选择器与间歇式活性污泥法加以有机结合研究开发的新型高效好氧生物处理技术。 CASS主要具有以下特征: 根据生物选择性原理,利用位于反应器前端的预反应区作为生物选择器对进水中有机物进行快速吸附和吸收作用,提高了去除效率增强了系统运行的稳定性; 可变容积的运行提高了系统对水质水量变化的适应性和操作的灵活性; 根据生物反应动力学原理,使废水在反应器内的流动呈现出整体推流而在不同区域内为完全混合的复杂流态,不仅保证了稳定的处理效果,而且提高了容积利用率; 通过对反应速率的控制,使反应器以缺氧-好氧状态周期循环运行,微生物种类多,生化作用强,运行费用低; 在好氧条件下,在机物被降解的同时,污水中有机氮被异养菌氧化为氨氮,在供氧充足的条件下,氨氮再被硝化菌氧化成硝态氮,产生的能量用于合成新的硝化菌细胞。在缺氧条件下,反硝化细菌利用NO3-,通过混和液回流到缺氧段,在缺氧条件下,反硝化细菌利用NO3-作为最终电子受体,氧化水中有机物,用于产能和增殖。与此同时,硝酸盐被异化还原成氮气,从水中逸出,从而达到除氮的目的。 通过同时硝化/反硝化实现脱氮必须连续测定池子主曝气区的溶解氧数值,并加以控制调节,在曝气阶段需要不断调节溶解氧水平,在曝气开始时,溶解氧控制在较低的水平(约0.2-0.5mgO2/L),直到在曝气阶段结束前,才使溶解氧达到最高水平(约2-3mgO2/L)。 这种运行方式无需如前置反硝化系统那样需要将硝酸盐氮从硝化区回流至反硝化区,因此可省去内循环系统,而且在CASS系统中,也不需要单独设置一个缺氧运行阶段以进行反硝化。 在主曝气区进行上述过程时,在选择器中,大量吸收的易降解物质得到水解并转移至细胞内,从而提高了后续主曝气区内微生物的呼吸速率,加速了整个过程的进行。 工艺结构简单,投资费用省,而且运行管理方便; 采用组合式模块结构,布置紧凑,占地面积小; 可以采用稳定的自动化控制和先进的探测仪器和设备,以保证出水水质达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)表4二级标准和当地环保部门的要求。 3 工艺流程说明 高浓度废水经格栅、格网拦截大的杂质后进入调节池,在调节池均质均量后,由污水泵提升进入UASB 反应器,UASB 反应器出水自流至中低浓度废水调节池,完全混合后用泵提升进入CASS反应器进行好氧处理,出水达标排放。 UASB反应器产生的污泥自流进入污泥浓缩池,CASS反应器产生的生化污泥部分回流至预反应区,剩余污泥进入污泥浓缩池,浓缩后的污泥排入污泥干化场处理,上清液回流至调节池与原水一并处理。工艺流程图见图4-1。 4 活性污泥的培养 4.1 污泥的培养与驯化 活性污泥的培养与驯化可归纳为异步培驯法、同步培驯法和接种培驯法。异步培驯法即先培养后驯化;同步法则培养、驯化同时进行或交替进行;接种法则利用其他污水处理厂的剩余污泥进行培养驯化。本污水处理厂主要采用接种法,这样既能提高驯化效果,又能缩短培养驯化的时间,从而缩短调试时间。 该工程工艺调试初期主要从郸城金丹乳酸厂引进厌氧颗粒污泥,从舞钢造纸厂引入好氧剩余污泥,作为种泥进行培养。同时投加大量的麦麸、尿素等作为调试初期的营养物质,利于污泥的快速生长。 前期UASB反应器采用间歇脉冲进水方式,适当补充高浓度啤酒废水,提高菌种对啤酒废水的适应能力。 培养驯化初期在CASS反应池中加入少量的中低浓度废水进行曝气,并适当添加营养物质,在培养的过程中逐渐增加进水量,使活性污泥生物群体逐渐适应现有水质状况,具有较好的生物活性和絮凝性。 4.2 整体试运行 当整体运行条件基本具备后,污水处理站于6月份开始进行满负荷进水试运行。
微生物论文:固定化微生物与游离菌净化SO2性能的初步对比实验 摘要:本文对固定化微生物和游离菌净化SO2的性能进行了初步对比实验研究,分别测试了固定化微生物与游离菌在液相和气相环境中对SO2的净化性能,同时考察了在气相条件下二者对SO2的净化效果。实验表明,利用复合固定化方法即吸附—包埋—交联法制备的固定化小球,与游离菌相比,对SO2的净化性能有显著提高。 关键词:固定化微生物 二氧化硫 降解 0 引 言 我国是以煤为主要能源的国家。1990年煤在一次能源中占76.2%,2000年占70%,预计2050年仍占60~70%[1],这表明我国以煤为主要能源结构在今后相当长时期内不会改变。 我国煤炭大多数都直接燃烧,因此造成烟尘和SO2等污染物大量排放到环境中,导致我国城市的空气污染十分严重。造成了严重的酸雨污染和生态损害。根据有关研究,1995年我国由于酸雨和SO2污染造成农作物、森林和人体健康等方面的经济损失为1100多亿,已接近当年国民生产总值到2.0%[2]。如不严格控制,SO2问题将成为制约我国国民经济发展和社会发展的重要因素,因此,削减和控制燃煤SO2污染是我国能源和环境保护面临的严峻挑战。 早在50年代,Leathan等(1953年)及Temple等(1954年)就分别发现某些化能自养型细菌与煤中FeS2的氧化有关,并从煤矿废水中分离出氧化亚铁硫杆菌(Thiobacilus ferroxidans)[3]。然而,当时,此发现并未引起足够的重视,直至70年代,因世界范围的大气污染和酸雨问题日益严重,世界各国才开始重视与煤炭脱硫有关的微生物研究。 微生物脱硫是利用化能自养微生物对SOX的代谢过程,将烟道气中的硫氧化物脱除。在生物脱硫过程中,氧化态的污染物如SO2,硫酸盐、亚硫酸盐及硫代硫酸盐经微生物还原作用生成单质硫去除[4]。目前,传统的生化处理存在着生物浓度低,会产生大量的污泥,并且给后处理带来麻烦,同时占地面积大,投资高、动力消耗多等问题。这些问题采用传统方法不能解决,而固定化微生技术却展现了广阔的前景[5-6] 固定化微生物技术即固定化细胞技术,是20世纪60年代开始迅速发展起来的一项新技术 ,它是通过化学的或物理的手段将游离细胞或酶定位于限定的空间区域内,使其保持活性并可以反复利用[7]。固定化微生物技术最初主要用于发酵生产,70年代后期,被用到水处理领域,近年来则成为各国学者研究的热点。固定化生物技术克服了生物细胞太小,与水溶液分离较难,易造成二次污染的弊端,具有微生物密度高、反应迅速、微生物流失少、产物易分离、反应过程易控制等优点,是一种很有前途的污染物处理技术[8-10]。采用固定化技术可以使微生物封闭在载体内,减少菌体的脱落,同时微生物在载体内可以繁殖,当酶失去活性后,通过培养可恢复其活性而被反复利用[11]。 近年来,随着世界经济的发展及工业的进步,环境问题已成为全球性问题,固定化微生物技术作为一种新的处理方法,已成为生物工程和环境工程技术的一个重要分支,越来越受到人们的重视。固定化微生物法净化低浓度烟气SO2技术的研究不仅拓展了生物技术在废气治理领域的研究与应用,而且为低浓度烟气SO2的生物治理提供了一个新途径。因此本研究对固定化微生物与游离菌净化SO2的性能的进行了对比,以确认固定化微生物法净化SO2的可行性。 1 实验条件与方法 1.1菌种培养实验装置 本驯化实验中所使用的菌种溶液为某污水处理厂氧化沟中段的污水,采用诱导驯化方式对菌种进行驯化,即向菌液中每日通入一定量的SO2气体,并不断地提高SO2气体的量,使微生物逐步适应并经多代繁衍。经过一定时间的驯化后,分析菌种对液相中亚硫酸根的降解性能,来判断菌种对SO2的净化性能。实验装置如图1所示。 Fig.1 experimental equipment of training microbe 图中1、2、3为SO2气体发生装置,即H2SO4溶液和Na2SO3溶液在3中反应生成SO2气体,并在风机的作用下,将气体吹入装有菌液的驯化装置6。 1.2固定化微生物制备方法 常用的固定化制备方法可分为三种:吸附法、交联法和包埋法[12]。现分述如下: 1)吸附法 吸附法是通过静电吸引或利用载体对细胞的亲和性将细胞直接吸附在水不溶性载体上。一般只要把载体放在细胞悬浮液中搅拌或浸泡,然后洗去没有被吸附的游离细胞,就制成了固定化细胞。该法操作简单,对细胞活性影响小,但所能固定的细胞数量有限。吸附法分为物理吸附和离子吸附两种。 2)交联法 交联法不使用载体,是利用双功能或多功能试剂直接与细胞表面的基团如氨基、烃基等进行交联,使细胞之间相互接成网状结构。最常用的交联剂有戊二醛,顺丁烯二酸酐、甲苯二异氰酸酯等。此法化学反应激烈,对细胞活性影响大。另外,交联剂大多价格昂贵,限制了它的广泛应用。 3)包埋法 包埋法是将细胞包裹在凝胶的网格结构中或者包裹在半透性聚合薄膜内,小分子的底物和产物可以自由扩散,而细胞却不会扩散到周围介质中去。包埋的载体主要有聚丙烯酰胺、琼脂、明胶、K—卡拉胶和海藻酸钙等。包埋法的优点在于包埋方法简单、条件温和,可以保持较高的细胞酶活力,是应用最为广泛的细胞固定化方法之一[12]。 根据本课题组的前期实验,增加活性炭的投加量,可使固定化微生物小球的活性和耐酸性均有不同程度的提高,但机械强度基本不变。增加己二胺的投加量,使小球的相对活性、机械强度和耐酸性均有不同程度的增加;交联时间增加也会使小球的机械强度增强。通过本研究前期正交实验确定的固定化小球最佳制备工艺,来制备固定化微生物。 本课题的前期实验研究,分别选用三种复合固定化方法中的最佳条件和包埋法最佳固定条件,制备固定化微生物小球,其性能比较结果如表1所示[13]。 固定方法性能指标 海藻酸钠包埋法 吸附—包埋复合固定法 包埋—交联复合固定法 吸附—包埋—交联法 相对活性% 225.6 261.9 221.3 246.2 机械强度g 27 27 40 42 72h失重率% 36.3 31.7 36.0 28 该结果证明采用复合固定方法即吸附—交联—包埋复合固定法制备固定化小球,不仅保证了固定化微生物很高的相对活性,而且还提高了固定化小球的机械强度及耐酸性。因此本研究采用复合固定方法即吸附—交联—包埋复合固定法,以如图2所示的工艺流程来制备固定化微生物。 图2 固定化微生物制备工艺流程图 Fig.2 Flow chart of making immobilized microbial biomass 1.3固定床反应器 以实验室制备的含SO2气体为处理对象,将固定化微生物小球填充在固定床内,对其中的SO2气体行生化处理,其整套净化实验装置流程如图3所示。 整个流程包括SO2气体的发生系统和净化SO2气体的固定床生化反应器二个部分。实验中,SO2气体是通过Na2SO3溶液1和稀H2SO4溶液2在SO2气体发生器3内反应制得的,并利用风机4将发生器内所生成的SO2气体由底部直接吹入固定床生化反应器。循环液体由高位槽7进入6内并从顶部向下喷淋到固定化微生物小球上(喷淋液体的主要作用是润湿固定化微生物小球,向微生物提供生长所需要的氮磷等营养物,同时将微生物的代谢产物带走),而后由反应器底部排入循环水槽8,再由耐酸泵9打回到高位槽循环使用。SO2气体在塔内上升的过程中与固定化微生物接触而被吸收,净化后的气体由反应器顶部排出。为了避免造成污染,在尾气排空前设置了SO2尾气吸收瓶10。 1.4实验分析方法 气相中SO2和液相中SO32-的分析方法采用碘量法。用奥立龙818型精密酸度计测液相pH值。 2实验结果与讨论 2.1在液相环境中净化SO2能力随时间的变化比较 将一定浓度的SO32-溶液中分别加入含有等量微生物的固定化微生物和游离菌,每隔一段时间测定溶液中SO32-浓度,并计算出净化效率。如图4所示,曝气量为0.1m3/h时,固定化小球的净化速率大于游离菌的,在反应开始进行的20分钟内,固定化小球的净化速率是增大的,游离菌的基本不变;20min以后,二者的净化速率都呈下降趋势。在生化反应的有效时间内,固定化小球的净化速率高于游离菌的。这表明固定化微生物净化SO2的性能优于游离菌的性能。 2.2 在不同pH值的液相环境下对SO2净化性能的比较 因为SO2为酸性气体,所以只研究在偏酸性环境下固定化微生物和游离菌对SO2的净化效率。选择从pH=3到pH=6四个pH值作为实验点,用NaOH溶液和盐酸溶液来调节其液相环境的pH值,考虑到NaOH溶液会消耗SO2,因此将pH值调节好后液相中SO32-的浓度作为SO2的初始浓度,测试游离菌与固定化微生物净化SO2的效率,实验结果如图5所示。 图5显示固定化小球的净化效率明显高于游离菌的,pH=5时固定化小球的净化效率高达70%,而游离菌的只有30%。这也表明固定化微生物对SO2的净化性能优于游离菌的净化性能。 Fig.4 Changing of purification velocity with increasing of time Fig.5 Effect of pH on purification efficiency 2.3 固定化微生物与游离菌净化SO2气体的性能对比研究 将固定化小球装入如图3所示的固定床6中,制得的SO2气体由风机吹入反应器6,在G处测入口浓度,在改变入口浓度的条件下测固定化微生物的净化效率。在相同的条件下将SO2气体通入菌液中,在相同的时刻测菌液中SO32-浓度和出口SO2浓度,计算出其净化效率,结果如图6所示。当入口浓度为5.1 g/m3时,固定化微生物和游离菌的净化效率都为98%。但随着入口SO2气体浓度的增大,游离菌的净化效率急剧下降。当入口气体浓度为7.2g/m3时,游离菌的净化效率只有40.7%,而固定化微生物的净化效率仍保持在80%以上。二者的净化效率都随着入口浓度的增大而降低,其原因主要是当入口浓度较低时,微生物可以和SO2气体充分接触,进而被生化吸收。随着入口SO2浓度的增加,多余的SO2在较短的时间内未能被微生物吸收净化,而是随着气相主体排出。因此就出现了随着入口SO2浓度的增加其净化效率反而下降的现象。 但是,如图6所示,固定化小球的SO2净化效率高于游离菌的。其原因主要是因为采用的是好氧微生物,固定化微生物可以与气相接触,即可耗用连续相的气相中的氧来对SO2进行生化吸收,而游离菌主要耗用的是液相中数量有限的溶解氧。因此富氧的反应气氛是固定化微生物净化效果优于游离菌净化效果的一个重要原因。 3结论 本研究对固定化微生物与游离菌净化SO2的对比实验结果表明,经固定化后的微生物在液相和气相环境中均对SO2有较强的净化去除作用,其净化性能明显优于游离菌的净化性能,因此有继续开展深入研究的价值和必要。 微生物论文:谈产酸相稳定发酵类型微生物生态学研究 论文关键词:产酸发酵反应器 生态因子 顶极群落 生态演替 生态位 论文摘要:通过产酸发酵反应器的动态试验,考察生态因子(pH、ORP)等制约的不同发酵类型顶极群落的结构、优势种群的组成和生态演替的规律,阐明不同发酵类型代谢及其顶极群落的典型特征,揭示产酸发酵过程中顶极群落内平衡与反馈调节的生理代谢机制,并以pH值、ORP来表征生态演替过程中优势种群的生态位图。 Ghosh和Poland在1971年提出了利用相分离的原理:分别控制适应于产酸发酵菌和产甲烷菌的最佳生理及生态条件,从而形成具有较高运行稳定性和处理效率的两相厌氧生物处理系统。目前,对于两相厌氧生物处理的微生物生态学的研究普遍受到重视,但是由于产甲烷菌具有种类少、生长繁殖慢、利用底物种类有限、对环境条件敏感等特性,使得人们长久以来认为产甲烷相是两相厌氧处理系统中的关键“限速步骤”,因此大多数研究集中于产甲烷相微生物的生态学研究上。事实上产酸相不同生态条件下形成的末端发酵产物作为产甲烷细菌利用的底物,对产甲烷相乃至整个工艺的稳定运行具有至关重要的作用[1]。以往的研究表明,产甲烷相微生物对底物的转化速率依次为乙醇 戊酸 丁酸 乙酸 丙酸,而乙酸的转化是系统产甲烷即去除效率的“限速步骤”。从整个系统角度出发,产酸相最佳发酵类型应为乙醇型发酵[2]。因此利用连续流产酸发酵反应器,通过对限制性因子(pH、ORP)的调控,考察在人工创建生境中,微生物所遵循的群落与种群生态学演替规律,不同发酵类型的顶级群落内平衡与反馈调节的生理代谢机制,得出以pH、ORP表征的生态演替过程中优势种群的三维实现生态位,这对于进一步阐明产酸相不同发酵类型的生态学规律,提高两相厌氧的整体处理水平具有新的思路和理论指导意义。 1 试验材料与方法 1.1 实验装置 采用沉淀区和反应区一体化、内设气—液—固三相分离装置的连续流搅拌槽式厌氧反应器(CSTR)作为产酸相反应器,有效容积为3.1L,通过对pH、ORP进行调控进行平行实验;反应器外部缠绕电热丝结合温控仪保证内部温度(30±1℃)的厌氧条件,实验中控制COD负荷为8kg/m3·d,进水COD浓度为4000mg/L。具体流程见图1所示。 1.2 实验底物与分析方法 采用废糖蜜为底物,并按照COD∶N∶P=800~1000∶5∶1配以少量N、P。采用标准方法分析测定COD、pH、ORP(以电极电位Eh计,mV)。液相发酵产物采用SC-7气相色谱分析仪,按照任南琪[1](1994)建立的检测方法进行分析。厌氧细菌的培养采用改进的Hungate技术,鉴定方法参见参考文献[3]。 2 结果与讨论 产酸发酵类型指依据酸性末端产物中挥发性脂肪酸(VFA)的分布判断微生物的生理代谢途径。酸性末端产物中始终占据主导地位的物质定义为相应的代谢类型,并将产酸发酵生态系统达到稳态时代谢的优势种群定义为顶极群落。产酸相的三种发酵类型中,丁酸型发酵和丙酸型发酵分别以丁酸或丙酸为主要液相末端发酵产物,而乙醇型发酵的主要液相末端产物为乙醇和乙酸。 生态演替是生物群落的一个动态变化特性,具有定向性、可调控性、趋于稳定性。由于环境因素(因变因子:pH、ORP)、微生物内部群落及末端代谢产物组成的协调控制,产酸相微生物群落在随环境因素定向演替的同时,由于群落的内平衡和反馈调节机制,又保持了相对的稳定性,即形成与不同发酵类型相对应的特征顶级群落生态系统,顶级群落中微生物通过种间竞争和协同作用选择优势种群,形成复杂的生态学决定关系[4~5](图2)。 2.1 乙醇型顶极群落的结构模式及生态演替 产酸发酵反应器的乙醇型发酵是以H2为主要气相产物,乙醇、乙酸为主要液相产物的发酵类型,在ORP、pH特别低的情况下,以产生乙醇的方式保证细胞内部的正常pH值,以维持机体正常产能和合成代谢,同时每产生1mol乙醇,氧化NADH的量为2mol,以此实现NAD+/NADH的耦联,并产生1mol氢气见表1。乙醇型发酵具有很强的稳定性,不同反应器及不同运行阶段的乙醇型发酵微生物优势菌群见表2。 2.2 丙酸型顶极群落的结构模式及生态演替 丙酸的产生和积累对厌氧生物处理系统有重要的影响,导致系统pH降低而发生“酸化”,致使产甲烷菌失活[6]。主要原因是丙酸在产甲烷相的产乙酸过程缓慢。丙酸型发酵的典型细菌丙酸杆菌属无氢化酶,不产生氢气。丁酸型发酵的主要限制性因素为较高的ORP和pH5.0。不同反应器及不同运行阶段的丙酸型发酵的顶级群落中优势种群见表3。 2.3 丁酸型顶极群落的结构模式及生态演替 从微生物代谢角度讲,pH接近中性时细菌以合成代谢为主,数量的增殖增加了ATP的消耗量,而丁酸型发酵的单位ATP产量是3,因此被选择。在环境中ORP较低、pH为6.0和5.0左右发生的是丁酸型发酵。而较高ORP、pH为5.0时的丙酸型发酵是由于丙酸杆菌的兼性需氧性所致。不同反应器及不同运行阶段的丁酸型发酵的顶级群落中优势种群见表4。按照Odum生态学的观点分析,在调节pH、ORP的生态演替过程中,环境中的顶极群落受环境中生态因子的制约而呈现一定的演替过程,最终被环境条件所选择的微生物成为优势菌群,这是群落“进化”过程中功能由量变到质变的过程,这一过程包括以下阶段:(1)各种发酵类型微生物之间复杂的种群关系通过微生物的生理代谢调节作用,与生境相适应的优势种群得以生长繁殖;(2)同种发酵类型微生物顶极群落的内平衡与反馈调节能力;(3)不同发酵类型代谢末端产物对群落的制约、调控;(4)顶极群落中某些优势种群(如2)反应器的拟杆菌属)的生态位与反应器内生态条件相似,污泥驯化初期已是优势种群,其优势地位不易动摇。 2.4 演替过程中优势种群的生态位 图4所示是以ORP、pH值组成的产酸相不同发酵类型顶极群落中优势种群的二维实现生态位图。由图3可见,生态因子制约了优势种群的生态演替,在这一过程中,各种类型微生物为形成稳定的顶极群落,通原因。膜组件的材料、MBR的运行条件和活性污泥的性质决定了这些因素的影响程度。(3)通过合理的设计及优化运行条件,结合有效的反冲洗和清洗措施,能够最大限度地控制膜污染和恢复膜通量。 微生物论文:灭菌后腹腔镜手术器械的微生物学检测评价 【关键词】 灭菌 摘要:目的:评价可拆卸腹腔镜器械的灭菌效果。方法:将两种腹腔镜器械认真彻底清洗后,用同一方法灭菌后进行细菌学检测。结果:可拆卸腹腔镜器械的灭菌后细菌学检测合格率达100%,不可拆卸腹腔镜器械的灭菌后细菌学检测合格率达仅占87.54%。结论:可拆卸的腹腔镜器械灭菌效果达标,为确保医疗安全,建议购买可拆卸的腹腔镜器械。 关键词:腹腔镜器械;可拆卸;不可拆卸;灭菌;检测 《消毒技术规范》中规定腹腔镜器械用前必须达到灭菌水平[1]。目前市面上有两类不同的腹腔镜器械即不可拆卸和可拆卸的腹腔镜手术器械。为评价两种不同腹腔镜手术器械的灭菌效果,在2003年7月至2004年12月期间,将不可拆卸与可拆卸腹腔镜手术器械进行灭菌效果检测,比较二者的灭菌效果。 1 材料和方法 1.1 材料及设备:选择常用的腹腔镜手术器械如抓钳、分离钳、钛夹钳、肠钳、持针器、薄剪、钩剪、双极电凝等不可拆卸和可拆卸的腹腔镜器械共659件次;灭菌器用广州汇日医疗设备有限公司生产的WAYWIN?2000医用灭菌器及其配机专用的消毒剂(过醋酸和水杨酸)和超声清洗机;Elecsys 2010电化学发光仪由瑞士罗氏公司提供。VITEK-2全自动细菌鉴定系统由法国梅里埃公司提供;生物学监测灭菌效果用枯草杆菌黑色变种芽胞(ATCC9372);洗涤剂用美国强生公司生产的适酶洗涤剂;吹干器械用高压气枪;纯抗原HbsAg(1.5mg/ml)由广东省临检中心提供。 1.2 器械的清洗:先用流水冲净腹腔镜手术器械的肉眼可见污物,再将所有腹腔镜器械用0.8%的适酶溶液超声清洗30min。可拆卸的腹腔镜器械在清洗前先将器械的各个关节部位全部打开,将操作杆套管、管蕊分离,使内管道及管蕊裸露。 1.3 不可拆卸腹腔镜器械的清洗:因不可拆卸腹腔镜器械的特殊构造,不能拆开器械的各关节及内管蕊等,所关节和内管腔等部位较难清洁。用超声清洗器洗完后,只能靠人手用刷子、针头或尖刀刷洗和挑去夹缝中的污物等,流动水认真仔细清洗器械的各个部位,然后用流水冲洗,再用高压气枪吹干。 1.4 可拆卸腹腔镜器械的清洗:用超声清洗器洗完后,人手用毛刷子流动水下清洗各个部位后,用高压气枪吹干。 1.5 器械的灭菌:将两种腹腔镜器械同时放入同一炉WAYWIN?2000医用灭菌器内,按操作程序进行灭菌;每次均按要求放入枯草杆菌黑色变种芽胞(ATCC9372)进行生物学监测。 1.6 器械灭菌后的细菌学检测:标本采集:将灭菌后腹腔器械前端(接触病人端)按无菌操作放入10ml无菌洗脱液内反复活动关节15次后[3]送检,并均作阳性对照。按《消毒技术规范》医疗器械灭菌效果的监测要求进行检测[4]。在2001年7月至2002年12月期间共灭菌了102炉次,共检测了659份标本。 2 结果 两类腹腔镜手术器械的灭菌效果(见表1);每炉的枯草杆菌黑色变种芽胞生物指示剂经检测均符合要求。 表1 两类腹腔镜手术器械的灭菌后细菌学检测结果 略 3 讨论 3.1 从表可知,可拆卸的腹腔镜器械灭菌合格率为100%。不可拆卸的腹腔镜器械的灭菌合格率仅有87.54%,检出的细菌中有致病性和耐药性均强的铜绿假单胞菌和金黄色葡萄球菌,可引起难愈性术后感染,不符合灭菌物品的要求(必须达到100%)[5]。两者都未检出病毒。由此可见,为保证腹腔镜手术器械的灭菌效果,避免发生医院内感染,确保医疗安全,应该选用可拆卸的腹腔镜手术器械。 3.2 清洗彻底是保证消毒或灭菌成功的关键[6]。而《消毒技术规范》中要求腹腔镜器械应达到灭菌水平。为确保灭菌效果,器械的各个部件都应便于拆卸和互换,同时强调清洗器械时,要对器械进行彻底拆卸、清洗[7]。腹腔镜手术器械。 3.3 比普通手术器械的构造复杂、精细,有细小的内腔。不可拆卸的腹腔镜手术器械,由于无冲洗管、无法拆开各关节及部件,较难清洗到关节部位及内腔,手术时反吸的血污较难清洗干净,极易残留污物和细菌。WAYWIN?2000医用灭菌器是通过三层过滤的无菌水加上专用灭菌剂(过醋酸和水杨酸者)充分接触而达到灭菌。但由于器械的不可拆卸,灭菌时器械的某些部位无法与灭菌剂接触,存在盲点,而导致器械残留或滋长细菌,存在医疗安全隐患。 3.4 可拆卸的腹腔镜器械,可将器械的操作杆套管、管蕊及手柄等关节部位拆开裸露,清洗方便、彻底。灭菌时器械的各个部位均能与灭菌剂充分接触,不存在盲点,这应是可拆卸腹腔镜手术器械经细菌学检测全部无菌生长的主要原因之一。 3.5 我国自1991年开展腹腔镜手术,在10多年的时间里,腹腔镜外科由于创伤小、痛苦少、恢复快等众所周知的特点,以异常迅猛的速度得到了发展[8],许多医院都先后开展了腹腔镜手术。但由于各家医院的经济条件不同,所购买的器械档次也不同。为了保证腹腔镜器械的灭菌效果,确保医疗安全,笔者建议,不管购买何种档次的器械,应购买可拆卸的腹腔镜手术器械,以方便清洗和保证灭菌效果,确保医疗安全。现有不可拆卸的腹腔镜手术器械,由于价格较贵,且性能完好,只能逐步淘汰,不可能随便丢弃。建议此类器械采用2%戊二醛浸泡10h,使用前用无菌水彻底冲洗干净再使用。此方法灭菌效果经检测合格率可达100%,能符合要求(另文论述),确保腹腔镜手术器械安全使用。 微生物论文:微生物来源的具有促进纤溶作用的低分子化合物的研究进展 【摘要】 归纳了纤溶酶原的空间结构和纤溶酶原的活化在血栓溶解上的重要作用,分析了低分子化合物通过改变纤溶酶原空间结构促进血栓溶解的机理。重点叙述了到目前为止发现的complestatin,chloropeptin Ⅰ,stablabin,sarfuctin,glucosyldiacylglycerol等几类具有促进纤溶作用的低分子天然化合物和它们各自的特性,并且叙述了这些化合物促进纤溶作用的机制。 【关键词】 纤溶酶原;纤溶作用;低分了化合物 纤溶系统(纤溶酶原/纤溶酶系统)具有溶解血栓的作用,此外它还与创伤治疗、组织再建、血管新生、炎症反应、排卵、癌的形成与转移、动脉硬化、病原菌的组织侵入等许多生理的、病理的变化过程相关[1,2],纤维蛋白原是血液中的重要构成蛋白质,正常血浆的含量在2~4g/L,纤维蛋白原由3种线状的糖蛋白分子所构成,蛋白质长链通过二硫键结合在一起形成分子量为34万的纤维蛋白原大分子,以溶解状态参与血液循环,通过血液凝固反应,在凝血酶的作用下纤维蛋白原能被转变成不溶的纤维蛋白(血栓)沉积在血管壁上。纤溶系统的纤溶酶原和纤溶酶原激活剂通过赖氨酸结合位点与纤维蛋白相结合,在该结合部位形成的纤溶酶将纤维蛋白分解,纤溶酶原被两种纤溶酶原激活剂(plasminogen activator,PA)尿激酶型纤溶酶原激活剂(urokinase-type plasminogen activator,uPA)和组织型纤溶酶原激活剂(tissue-type plasminogen activator,tPA)激活成具有活性的纤溶酶,该纤溶体系的活性以及纤溶酶原转换成纤溶酶的变化过程被PA抑制剂PAL-1(plasminogen activator inhibitor 1)、α2-抗纤溶酶(α2-antiplasmin)所调节。 在血液凝固-纤溶体系,一些生理活性成分能够通过(1)促进非活化状态的纤溶酶原向活化的纤溶酶的转化;(2)提高纤溶酶原的血栓结合活性;(3)改变纤溶酶原的空间结构使该酶原处于容易被纤溶酶原激活剂活化的状态;(4)促进血液中微量存在的尿激酶型纤溶酶原激活剂前体(prourokinase)向尿激酶型纤溶酶原激活剂的转化从而开始纤溶作用的爆发式血栓溶解反应,来加快纤溶酶原向纤溶酶的转化或促进纤溶酶的纤维蛋白(血栓)酶解反应过程,血管中因病理作用生成的血栓将被溶解并进而消除血 栓症。从天然化合物中探索针对于纤溶体系的酶原、酶的 特异性生理活性物质作为血栓症的治疗药物将不存在生理性的出血危险性,并且会适用于慢性及早期血栓症状。基 于上述事实和理论基础,利用纤溶体系的酶原[3,18](plasminogen,prourokinase)、血栓构筑的in vitro检索体系从微生物和海藻的代谢产物中已经发现了纤溶酶原的活性促进物质如complestatin,staplabin,plactins,surfactin和尿激酶型纤溶酶原激活剂前体的内因性活性促进物质glucosyldiacylglycerol等,这些化合物的促进纤溶作用或者是刚被发现、或者是活性低等原因,离临床应用还需要作大量的研究。但由于低分子化合物在微血栓、慢性血栓和使用上的巨大潜力和安全性,在溶血栓药物的研究领域,发现和研究低分子纤溶促进化合物正在成为探索新型纤溶疗法药物的重要途径。一些研究者在探索促进纤溶作用的低分子天然化合物时,发现了一些具有促进纤溶作用的化合物,本文归纳了这些化合物的探索途径、分离纯化、特性和促进纤溶作用的机制。 1 纤溶酶原的空间结构和活化 在血液中循环的纤溶酶原(Glu1-plasminogen;Glu-Plg)具有闭合的空间结构,在血液中被纤溶酶原激活剂低效率的活化[4,5],这种闭合型的空间结构被存在于N末端80个残基(N-terminal peptide,NTP)中的赖氨酸残基(Lys50或Lys60)与存在于第5个链回环(K5)上的氨基已糖结合位点形成分子内结合键所维持[5,6],当第5个链回环上的氨基已糖结合位点与纤维蛋白(或细胞受体)相结合时,NTP-K5的相互作用被解除,纤溶酶原分子被转变成开放型的结构,纤溶酶原分子在空间驰豫,从而裸露在纤维蛋白(血栓)表面的赖氨酶残基与纤溶酶原上显露出来的赖氨酸结合位点结合后,在空间驰豫的纤溶酶原被结合到纤维蛋白表面,纤溶酶原进一步被存在于其附近的组织型纤溶酶原激活剂(t-PA)高效率的转变成纤溶酶。由于纤溶酶原其分子结构上的闭合状态与开放状态的转化特性(图1),在纤维蛋白(或是细胞间质)上,纤溶酶原的活性表现出是局域性的,血栓(纤维蛋白)溶解最先开始于赖氨酸残基的周围,其作用机理如图2所示。另外,随着纤溶的进行,Glu-Plg的N末端短肽被丝氨酸蛋白酶纤溶酶所切断,Lys78-plasminogen (Lys-Plg)在纤溶酶所出现的区域产生,Lys-Plg分子由于不带有NTP-K5分子内结合键,所以是开放型构造,容易活化,并且通过高亲和性与纤维蛋白结合。低分子化合物ε-氨基已酸(epsilon-aminocapronic acid)或氨甲环酸(tranexamin acid)结合在K5链回环的赖氨酸结合位点,使Glu-Plg成开放性构型,因此,赖氨酸类似物显著地促进Glu-Plg的活性化,但与此相对,赖氨酸类似物阻碍了纤溶反应(纤维蛋白的分解),这是由于介于纤溶酶原链回环上的赖氨酸结合位点的Glu-Plg-纤维蛋白复合物的形成被阻抑了。在纤维蛋白溶解反应的局域性和纤溶反应的高效性上,血液中的Glu-Plg与纤维蛋白的结合以及由此带来的空间结构的变化发挥着重要的作用。纤溶酶原是由791个氨基酸构成的单链糖蛋白,构成糖约占分子量的2%。从N末端开始顺次分为N末端短肽结构域(N-terminal peptide,NTP)、5个链回环结构域(kringle 1,kringle 2,kringle 3,kringle 4,kringle 5)、酶活性中心结构域和C末端氨基酸。酶活性中心在His603-Asp645-Ser740,uPA或tPA限定分解Arg561-Val562肽键(图中的虚心箭头位置)成双链的纤溶酶,PA(plasminogen activator)切断Arg561-Val562肽键后,N端的A链(或重链)C端的B链(或轻链)。 图中圆圈和其中的字母表示具体的氨基酸及其位置:数字表示从N末端起始的氨基酸序列:实心箭头表示弹性蛋白酶(elastase)、胃蛋白酶(pepsin)、鲜黄蛋白酶V8(aureus V8 protease)的水解位点,共6个;虚心箭头表示纤溶酶原激活剂的作用位点;短横线表示分子内二硫键,共23个;短折线表示糖链;实心圆圈和其中的字母表示活性中心氨基酸及其位置。 Glu-Plg由NTP、5个链回环结构域(K1~K5)、丝氨酸蛋白酶活性中心结构域构成,在K1、K2、K4、K5存在赖氨酸结合位点,K5的赖氨酸结合位点由于也能识别氨基已糖,所以又称作氨基已糖结合位点,能结合肽链中的赖氨酸。Glu-Plg分子的NTP Lys50(或Lys62)在K5的AH位点上形成分子内结合链,维持着紧密的空间结构,对活化作用显示出抵抗性。通过K5与纤维蛋白或细胞受体的结合,以及纤溶酶切断NTP,都会使纤溶酶原的空间结构发生驰豫,从而感受到PA的活性化。 2 促进纤溶作用的化合物 到目前为止,主要的纤溶促进化合物(图3)的特性被归纳在表1,这些化合物的探索途径、分离纯化和纤溶促进机制分述如下。 图3 促进纤溶作用的低分子天然化合物 表1 具有纤溶促进作用化合物的特性注:-没有实验数据;*含有不同于纤溶酶原作用特点的特征 2.1 complestatin和chloropeptin 1 以纤溶酶原和纤溶酶原受体构成in vitro检索体系,用于探索促进纤溶酶原向受体结合的低分子天然化合物。认为促进纤溶酶原向纤溶酶原受体结合的化合物也会促进纤溶酶原和纤维蛋白(血栓)的结合,进而促进血栓的溶解。以U937细胞作为纤溶酶原受体的供体,使用人纤溶酶原构成了纤溶促进化合物的检索体系,在对约5000株微生物的代谢产物进行筛选的基础上,从链霉菌属(Streptomyces)的一株代谢产物中发现了低分子化合物图3)complestatin和chloropeptin 1[7,8]促进了纤溶酶原向U937纤溶酶原受体的结合。该化合物是从土壤的分离菌株中分离纯化的,将活化培养的种子液接种到由可溶性淀粉3%、肉膏1%、混合溶液1.5%、玉米浸出汁2%和消泡剂CB442 0.01%构成的液体培养基(pH7.0)中,在25℃、310 rpm的条件下连续培养3天,收获的菌丝用70%丙酮溶液提取,提取物用乙酸乙酯萃取,萃取物经丙酮-甲醇(5:1)硅胶层析后,活性化合物被移动相为含0.2%三氟醋酸的45%乙氰水溶液的高压液相色谱柱(Inertsil PREP-ODS)所精制。 chloropeptin 1是complestatin (c61H45N7O15Cl6,MW1325)的异构体,只在苯甘氨酸-色氨酸残基的结合位置不同。complestatin和chloropeptin 1在0.5~10μM的添加浓度下,使Glu-Plg向U937细胞的结合增加了2~5倍,这些化合物由于也增加了Glu-Plg和纤维蛋白的结合,所以可以认为这些化合物是作用于纤溶酶原的,另外,这些化合物的作用能被ε-氨基已酸所阻碍,并且从化合物的作用特点能认为纤溶酶原和U937细胞没有形成新的结合方式,是complestatin和chloropeptin 1促进了纤溶酶原和U937细胞介于赖氨酸结合位点结合的增加。伴随着纤溶酶原向细胞或纤维蛋白结合的增加,细胞或纤维蛋白上纤溶酶的生成也增加了。在使用全血形成血栓的纤溶实验上,确认了两种化合物介于tPA促进了血栓的溶解[8],这之后,又确认了这些化合物带来了Glu-Plg空间结构的变化以及促进了介于uPA的Glu-Plg的活性化,从Glu-Plg空间结构的变化也能说明Glu-Plg向U937细胞结合的增加。另外,这些化合物不能直接促进纤溶酶以及纤溶酶原激活剂的酰胺分解活性。 2.2 萜类化合物(staplabin,SMTPs: Stachybotrys Microspora Triprenyl Phenol) 在探索Glu-Plg和纤维蛋白结合的促进化合物上,利用纤溶酶原-尿激酶前体-S2251的in vitro筛选体系,从微生物的培养液发现了新型的萜类代谢产物[9],这之后,又发现了8种新型同类化合物[10~12]。Staplabin(图3)具有显著的促进纤溶作用,该化合物分离于土壤微生物Stachybotrys Microspora的一个菌株。将经过种子培养的菌株接种到1L培养液含30g葡萄糖、10g脱脂豆粉、3g肉膏、3g酵母粉、3g蛋白粉、0.5g磷酸二氢钾、0.5g七水硫酸镁和0.1g消泡剂CB442的培养基中,在25℃、180rpm用500ml三角瓶连续培养3~5天,培养液离心后,上清液用等量的2-丁酸抽提,抽提物用二氯甲烷和甲醇展开于硅胶层析柱,活性成分被Inertsil SIL-ODS精制,移动相是流速为9.9ml/min的乙烷和乙醇(98:2)的混合溶液。 300~500μM的staplabin使Glu-Plg和Lys-Plg与纤维蛋白的结合增加了,这种增加依赖于Glu-Plg和Lys-Plg上的赖氨酸结合位点,并且在纤溶酶原激活剂存在下,Glu-Plg和Lys-Plg的活化被促进了,所以体现出提高了纤溶酶的分解活性[13],在使用分子排除层析的实验上由于该化合物部分地缩短了Glu-Plg和Lys-Plg的溶出时间,所以被认为该化合物使这些分子驰豫。纤溶酶原活性化的促进作用在ε-氨基已酸(epsilon-aminocapronic acid)和纤溶酶原断片存在的情况下也能观察到,所以能认为staplabin带来的构型的变化和complestatin这些化合物带来的变化是不同的[13],这种结果,也被staplabin的活性化促进作用能在mini-Plg上观察到的事实所支持。SMTPs Stachybotrys Microspora Triprenyl Phenol)(图3)也显示出同样的作用,但是SMTP-6、SMTP-7、SMTP-8与staplabin相比活性增加了3~10倍。 2.3 环肽化合物 在血浆存在下,利用U937细胞,探索促进125I-纤维蛋白分解的促进物质时,发现了4种新型物质plactins[14](图3)。 在和50种合成诱导物比较之后,发现plactins的D-Arg(或D-Lys)残基和4个疏水残基的立体配置构型是显示活性所必需的结构[15]。20~50μM的plactin介于血浆中的因子将细胞表面的单链的尿激酶前体转变成活化型的双链结构,而开始了纤溶反应。该活化机制比较复杂,介于多个因子的多条途径引起了促进纤溶作用。将Plactin 2.5~5mg/kg投于肺栓塞小鼠,小鼠栓塞肺的纤溶活性被促进了2~3倍。在uPA存在下,40~60μM的plactin使Glu-Plg的活化被提高了10倍,并且plactins使Glu-Plg的内部荧光增加了5%,但plactins对Lys-Plg的活性没有影响。与前述的化合物不同,plactin没有增加Glu-Plg与纤维蛋白的结合。该化合物在血浆/U937细胞体系将纤维蛋白的分解提高了3~4倍,但在Glu-Plg/U937细胞体系和Glu-Plg/uPA体系,没有促进纤维蛋白的分解,这暗示着plactin的促进纤溶作用依赖于Glu-Plg以外的通路。 2.4 脂蛋白(surfactin) 在尿激酶前体和纤溶酶原构成的反应体系中,尿激酶前体的内因性活性作用带来了Glu-Plg的活化,从纤溶酶原转化生成的纤溶酶将进一步把尿激酶前体转变成具有充分活性的尿激酶,利用该正反馈体系,从细菌的代谢产物发现了尿激酶前体-纤溶酶原反应体系中促进纤溶作用的物质surfactin类化合物,该类化合物是一种脂蛋白[16](图3)。 从土壤分离到的一株枯草芽孢杆菌的代谢产物被检索出来具有促进纤溶作用,将该菌株用普通细菌培养基在28℃、180rpm连续培养5天后,将培养液用2-丁醇提取后,提取物用乙氰-0.1%乙酸(60:40)展开于高压液相色谱柱Inertsil PREP-ODS上,活性成分经浓缩和冻结干燥后得到了脂蛋白surfactin。 3~10μM的surfactin C使纤溶酶原和尿激酶前体的转换被提高了3~4倍,这种促进作用是由于surfactin C促进了尿激酶引起的Glu-Plg的活化。Surfactin C也促进了Lys-Plg的活化,但surfactin C不影响mini-Plg的活化,在ε-氨基乙酸存在下也不影响Glu-Plg的活化,这个结果暗示着surfactin C作用于纤溶酶原链回环的K1、K2、K3、K4中的某个或某几个结构域,因为ε-氨基已酸作用于纤溶酶原链回环的K5结构域,而不影响纤溶酶原链回环的K1、K2、K3、K4结构域。surfactin C使Glu-Plg的内部荧光增加了7.4%,有分子排除层析实验上使Glu-Plg的溶出时间缩短,从这些结果上能判断Glu-Plg的空间结构被驰豫了。该化合物促进了Glu-Plg和纤维蛋白的结合,在pro-uPA/Glu-Plg,uPA/Glu-Plg,uPA/血浆体系促进了纤溶作用。该化合物(1mg/kg)和pro-uPA投于肺栓塞大白鼠,125I标记的大白鼠肺栓塞的溶解速度与对照相比被提高了3倍。 2.5 脂类化合物 利用纤溶酶原和尿激酶前体的相互活化作用,探讨了具有促进纤溶作用的天然化合物,对700多种植物提取液进行筛选的结果,从海藻中发现了一种稀有化合物α-D-葡萄糖甘油二酯[17](图3)的促进纤溶作用。将干燥的褐藻添加到三氯甲烷和甲醇的混合有机溶剂(HCCl3:CH3OH=2:1)中,用组织捣碎机充分破碎,过滤之后回收滤液,针对残渣重复一次上述的提取过程,再用提高了溶剂极性的混合液(HCCl3:CH3OH=1:2)提取残渣中的可溶性物质。把三次提取的滤液混合,经减压浓缩和真空干燥,从褐藻中得到了粗提取物,该粗提物经3次柱层析后得到了精制的生物活性物质α-D-葡萄糖甘油二酯。 相当低浓度的葡萄糖甘油二酯(0.66μM)促进了纤溶酶原和尿激酶前体的相互活化作用,而半乳糖甘油二酯在20倍于α-D-葡萄糖甘油二酯的浓度下,仍然不能促进这种纤溶酶原和尿激酶前体的相互活化作用。从这两种结构相似的中性甘油糖脂质的不同作用上,能够推测α-D-葡萄糖甘油二酯的促进纤溶作用不是这一类化合物的共同特性。在高浓度的丝氨酸蛋白酶抑制剂存在、纤溶酶原和尿激酶前体相互活化、尿激酶前体不发生活性化开裂的反应体系中,α-D-葡萄糖甘油二酯促进了纤溶酶原的活性化开裂,由此说明α-D-葡萄糖甘油二酯作用于该体系中的尿激酶前体,提高了尿激酶前体的内因性尿激酶型纤溶酶原激活剂的作用。与此相一致,纤溶酶原/尿激酶前体相互活化反应体系的另外两个反应,既纤溶酶引起的尿激酶前体的活化反应和尿激酶型纤溶酶原激活剂引起的纤溶酶原的活化反应,α-D-葡萄糖甘油二酯对这两个反应的影响是相当小的。进一步的研究发现,葡萄糖甘油二酯带来了尿激酶前体内部荧光的有意义增加以及它不影响纤溶酶原和尿激酶型纤溶酶原活化因子的内部荧光的变化。由这个结果能够推测葡萄糖甘油二酯带来了尿激酶前体空间结构的变化,并且能认为尿激酶前体的这个空间结构的变化与尿激酶前体的内因性纤溶酶原激活剂的作用有关。首次发现了提高尿激酶前体的内因性活性的天然生理活性化合物。 3 讨论 到目前为止,作为酶抑制剂的天然化合物是合成化合物已经知道的很多,但与此相对,如果除去辅酶、金属盐类和酶原保护剂等物质,作为酶活化剂的物质的数量是相当少的。上述所叙述的化合物不是作用于酶而是作用于酶的前体-酶原,这些化合物所以能够被确定为具有活性作用,得益于纤溶酶原分子的独特结构。当机体受到内在或外在的刺激,凝固-纤溶系统迅速对应的必要性被通过蛋白质空间结构的变化(与酶的活化有关)体现出来,这被认为是机体进化的一个方面。纤溶酶原是这种变化过程的一个典型,发现的这些具有促进纤溶作用的化合物使纤溶酶原的空间结构发生微妙的变化从而促进了纤溶作用。从以上的这些事实还能够进一步推测纤溶因子如纤溶酶、尿激酶、尿激酶前体的活性化合物也会促进血栓纤维蛋白的溶解,并且纤溶系统抑制因子的抑制化合物也会促进血栓纤维蛋白的溶解。 溶血链球菌产生的链激酶等细菌的代谢产物和纤溶系统的关系从很早以前就知道了,最近又从侵染性的多种病原菌中发现了纤溶酶原的受体[2],这些受体被认为与病原性细菌的侵入和组织侵入有关。与这些受体蛋白质相比较,上述叙述的化合物是低分子化合物,这些低分子化合物来自于细菌、放线菌、霉菌和海洋生物,作用于纤溶酶原或是尿激酶前体。产生这些化合物的生产菌和高等动物的关系如何?虽然目前的材料还不充分,但这些化合物的存在也让研究者能进一步探索这些化合物在病原菌侵染、组织纤溶、癌细胞游走和血栓疾病治疗上的巨大价值。 被应用于纤溶疗法上的酶或高分子蛋白如尿激酶、tPA等,主要是应用于心肌梗塞等重度血栓疾患的治疗上,它会带来全身出血的重大危险性,与此相对应,作用于纤溶酶原和尿激酶前体的低分子化合物会使生理的纤溶反应平稳的进行,特别适用于慢性疾患的治疗以及血栓疾病的前期,这些化合物正被人们期待着能成为安全、高效的血栓治疗药物。 微生物论文:微生物技术在城市生活垃圾处理中的应用 摘要:本文结合堆肥化、卫生填埋两种现行的城市生活垃圾处理工艺,主要介绍了城市生活垃圾生物处理过程中的微生物种群,以及通过分析开发出的新的微生物技术,指出了应用于城市生活垃圾处理的高效的微生物技术的研究方向。 关键词:城市生活垃圾 微生物 强化微生物处理技术 基因工程 随着城市化进程在全球范围的加速,城市化带来的环境污染和人类聚居状况恶化等问题,已成为世界各国共同关心的问题。城市生活垃圾(Municipal solid waste, 简称MSW)是在城市日常生活及为城市生活提供服务的活动中产生的固体废弃物,是城市环境的主要污染物之一。目前,城市生活垃圾处理处置的方法主要包括卫生填埋(Sanitary landfill)、堆肥化(Composting)、焚烧(Incineration)三种,其中前两种处理方式均属于生物处理技术。具体来说,MSW生物处理技术就是城市生活垃圾中固有的或外添加的微生物,在一定控制条件下,进行一系列的生物化学反应,使得MSW中的不稳定的有机物代谢后释放能量或转化为新的细胞物质,从而MSW逐步达稳定化的一个生化过程。 1. 城市生活垃圾生物处理中主要的微生物 MSW生物处理技术主要包括好氧和厌氧生物处理。好氧生物处理如:好氧堆肥、生物反应器填埋等,其工艺中的微生物主要有细菌、放线菌、真菌等微生物种群。厌氧生物处理,如:厌氧消化、厌氧填埋等,其工艺中的微生物又称“瘤胃微生物”,主要有水解细菌、产氢产乙酸菌群和产甲烷菌群等。 1.1 城市生活垃圾好氧生物处理中的微生物 1.1.1 细菌 在MSW好氧生物降解过程中,细菌凭借强大的比表面积,可以快速将可溶性底物吸收到细胞中,进行胞内代谢。总的来说,其数量要比放线菌和真菌多得多。当然,在不同的环境中分离的细菌在分类学上具有多样性,主要有假单胞菌属(pseudomonas)、克雷伯氏菌属(klebsiella)以及芽孢杆菌属(bacillus)的细菌[1]。在堆肥过程中,细菌总数的变化趋势是高-低-高。堆肥初期,有机废物中携带有的大量细菌分解有机物质释放能量,使堆体温度上升,此时,常温细菌受到抑制,嗜温细菌活跃;当堆温升至高温阶段,只有少量的嗜热细菌可以活动;高温期过后,随着有机成分的减少,堆体温度降低,嗜温及常温细菌又开始活跃,使细菌总数上升。整个好氧降解过程中,嗜温细菌是堆肥系统中最主要的微生物。 1.1.2 放线菌 放线菌具有多细胞菌丝,可以分解一些纤维素,并溶解木质素。它比真菌能够忍受更高的温度和pH值,在垃圾生物降解的高温阶段是分解木质纤维素的优势菌群。研究表明,诺卡氏菌(nocardia)、链霉菌(streptomyces)、高温放线菌(thermoactinomyces)和单孢子菌(micromonospora)等在MSW好氧堆肥中占优势[1]。 1.1.3 真菌 在MSW生物降解过程中,真菌对垃圾有机成分的分解和稳定化起着重要的作用。真菌不仅能分泌胞外酶,水解有机物质,而且由于其菌丝的机械穿插作用,还对物料起一定的物理破坏作用,促进生化反应。温度是影响真菌生长的重要因素之一,堆肥过程中随着温度的升高,真菌的菌落数开始减少,在64℃左右,嗜热性真菌几乎全部消失。当温度下降到60℃以下时,嗜温性真菌和嗜热性真菌又都会重新出现在堆肥中[2]。 1.2 厌氧生物处理微生物 MSW的厌氧生物处理依次分为水解、产氢产酸和产甲烷三个阶段,每个阶段各有其独特的微生物类群起生物降解作用。 1.2.1 水解细菌 水解阶段水解细菌利用胞外酶对有机物进行体外酶解,使固体物质变成可溶于水的物质,然后细胞将其吸收,水解成不同产物,该阶段起作用的细菌为水解细菌。Hungate分离出了以下几种水解菌:(1)产琥珀酸拟杆菌属,(2)湖生(lochheadii)芽孢菌属,(3)柱孢梭菌属,(4)生黄瘤胃球菌,(5)白色瘤胃球菌落,(6)溶纤维丁酸弧菌。同时还分离出纤维酶B—1,4—葡聚糖酶,外B—1,4—葡聚糖酶和纤维素二糖酶[3]。 1.2.2 产氢产乙酸菌群 产氢产乙酸菌群是将第一阶段发酵产物如丙酸等三碳以上有机酸、长链脂肪酸和醇类等氧化分解成乙酸和分子氢。在卫生填埋场中已分离出产氢产乙酸菌布氏甲烷杆菌属和G株布氏甲烷杆菌属等[3]。 1.2.3 产甲烷菌群 甲烷菌利用H2/CO2、醋酸和甲醇甲酸等C类化合物为基质,将其转化为甲烷。在卫生填埋场中,产甲烷菌群分杆状菌、球状菌和八叠球菌三类。杆状产甲烷菌通常呈弯曲、链状或丝状,此类细菌有史密斯甲烷短杆菌属、甲酸甲烷杆菌属、巴氏甲烷杆菌属、反刍甲烷短杆菌属、史密斯甲烷杆菌属、嗜热自养甲烷杆菌等;球状产甲烷细菌直径为0.3~5微米,球形细胞呈正圆形或椭圆形,成对排列成链状。此类细菌有巴氏甲烷八叠球菌、范尼氏甲烷球菌、沃氏甲烷球菌、马氏产甲烷球菌、海生产甲烷球菌及嗜热无机营养甲烷球菌等。八叠球状产甲烷菌,其细胞繁殖成规则、大小一致的类似砂粒的堆积物,有227巴氏甲烷八叠球菌、巴氏甲烷八叠球菌、嗜热甲烷八叠球菌等[3]。 2. 微生物技术在MSW处理过程中的应用 MSW的生物处理主要是利用微生物在一定控制条件下,使有机物发生生物化学降解,形成一种稳定的化合物的过程。因此,微生物对垃圾中有机物降解的快慢、对有机成分降解的程度直接决定着处理周期的长短和处理效果的好坏,在MSW处理过程中起着决定性的作用。故MSW生物处理的优劣取决于微生物自身的结构、所处环境下的代谢状况。目前有很多学者在此方面做出了很大的努力,通过分析某种处理环境下微生物的特性、采用多种方式改变工艺中微生物的数量,质量等,开发出了多种MSW生物处理技术,如:强化微生物(纯种分离、强化接种、添加微生物菌剂、微生物固定化)以及基因诱变等技术。 2.1 强化微生物处理技术 强化微生物处理技术是从改变工艺中单位反应器空间内微生物的质量或数量的角度来增强MSW的降解率,从而提高处理效率,缩短处理周期。 2.1.1 纯种分离 自然界中的微生物总是杂居在一起,即使一粒土或一滴水中也生存着多种微生物。为了提高工艺中某种有效微生物的质量(纯度),提高处理效率,必须进行微生物的纯种分离技术。常见的纯种微生物的分离方法有平板划线分离、液体稀释法分离、利用选择培养基进行分离以及菌丝尖端切割分离[4]。 (1) 平板划线分离 将已经熔化的培养基倒入培养皿中制成平板,用接种环沾取少量待分离的材料,在培养基表面平行或分区划线(图1),然后,将培养皿放入恒温箱里培养。在线的开始部分,微生物往往连在一起生长,随着线的延伸,菌数逐渐减少,最后可能形成纯种的单个菌落。 图1 几种划线方法示意图 (2) 液体稀释法 将待分离的样品经过大量稀释后,取稀释液均匀地涂布在培养皿中的培养基表面,培养后就可能得到单个菌落。 (3) 利用选择培养基进行分离 不同的微生物对不同的试剂、染料、抗生素等具有不同的抵抗能力,利用这些特点可配制出适合某种微生物生长而限制其他微生物生长的选择培养基。用这种培养基来培养微生物就可以达到纯种分离的目的。 (4) 菌丝尖端切割 这种方法适于丝状真菌。用无菌的解剖刀切取位于菌落边缘的菌丝的尖端,将它们移到合适的培养基上培养后,就能得到新菌落。 2.1.2 强化接种处理技术 纯种分离后还要将微生物接种到垃圾中进行生物处理,但由于接种微生物的生存环境发生了变化,故在微生物适应周围环境前,处理效率达不到理想的效果,因而直接在垃圾中进行微生物接种的处理效果则应好于微生物纯种分离后再接种的处理效果。直接在垃圾中进行微生物接种可采用多种方式,如:垃圾渗滤液循环、加入一定比例的垃圾腐熟物等。 微生物对垃圾的降解是在多种微生物的协同作用下完成,在适宜的条件下,微生物协同作用能力的大小取决于微生物种群的大小与结构的稳定性。一般说来,生物的种群越大,其自动调控能力越好,适应性就越强,结构越稳定。经垃圾渗滤液循环或向待处理的新鲜垃圾中加入一定比例的垃圾腐熟物进行强化接种培养后,微生物的种群扩大,且循环次数越多,微生物的数量和种群就越大,这样就会更有利于对垃圾的降解。 2.1.3 添加微生物菌剂 研究表明,单一的细菌、真菌、放线菌群体,无论其活性多高,在加快垃圾生物降解进程中的作用都比不上复合微生物菌群的共同作用[5]。微生物菌剂是采用分离、筛选的有效微生物,配合一定的处理工艺和设备,通过合理地调配各种有效微生物的含量,进行筛选、培育MSW生物处理的高效复合微生物菌剂,进而来调节菌群结构、提高微生物降解活性,提高微生物降解有机成分的效率。复合微生物菌群中既有分解性细菌,又有合成性细菌;既有纤维素分解菌、真菌,又有放线菌。向工艺中添加复合微生物菌剂,不仅增加了工艺中微生物初始浓度,而且改善了工艺中微生物的种群结构。作为多种细菌共存的一种生物群落,依靠相互间共生增殖及协同作用,代谢出抗氧化物质,生成稳定而复杂的生态系统,使得整个生物降解过程中微生物数量保持相对稳定,处理效果较佳[6]。 2.1.4 固定化技术 固定化微生物技术是将微生物固定在载体上,使其高密度密集并保持其生物功能,在适宜的条件下还可增殖,以满足处理工艺的要求[7];实质上是从增加单位反应器内微生物数量的角度来提高微生物的活性,使得细胞密度高,微生物流失少、不需分离,就能纯化和保存高效菌株等优势,反应速度快,运行稳定、可靠,从而节约运行成本,提高MSW的处理效率。固定化微生物技术目前国内外还没有一个统一的分类标准,方法也多种多样,主要有载体结合固定化(吸附法)、交联固定化、包埋固定化和共价结合法,各种固定化方法和载体都各有特点,见表1。其中,微生物细胞的固定化方法以包埋法和吸附法最为常用。包埋法是将微生物封闭在天然高分子多糖类或合成高分子凝胶的网络中,从而使微生物固定化;其特点是可以将固定化微生物制成各种形状(球状、块状、圆柱状、膜状、布状、管状等),但包埋法制得的固定化微生物对传质有一定的影响。吸附法是将微生物细胞附着于固体载体上,微生物细胞与载体之间不起化学反应,并且具有操作简单、固定化条件温和、细胞活性损失小、载体可以反复使用等优点,所以被广泛应用和深入研究[8]。 微生物论文:论土壤微生物的宏基因组学及其研究进展 论文关键词 土壤宏基因组学;研究进展;局限性 论文摘要 土壤宏基因组学技术是近来发展比较迅速的一种新方法,是研究土壤微生物生态学的基础,也是获是土壤中各种基因资源的一种有效手段。介绍了土壤宏基因文库的构建、筛选及土壤宏基因组研究现状和这一技术的局限性。 宏基因组学源于20世纪70年代土壤微生物基因组DNA的直接提取技术的实现,随着微生物学和生物技术的不断发展,Handelsman于1998年提出了宏基因组学的概念[1]。宏基因组学又叫环境基因组学(Environmental Genomics)或群体基因组学(Community Genomics),定义为利用现代基因组技术直接研究自然状态环境中的有机体群落,而不需要分离、培养单一种类的微生物。生物学和化学的结合孕育了宏基因组学的诞生,而宏基因组学的发展需要最大限度的利用现代生物技术和实用筛选技术。 土壤宏基因组学技术是近来发展比较迅速的一种新方法[2],这种方法从土壤环境样品中直接提取微生物基因组DNA(宏基因组)并克隆于不同载体,再将重组载体转移到适宜的宿主以建立宏基因组文库;同时结合不同的筛选技术,从基因文库中筛选新基因或新的生物活性物质。应用这些免培养的新方法和新技术,可以绕过微生物菌种分离培养这一技术难关,直接在基因水平上研究、开发和利用无法培养的微生物资源;有利于揭示不可培养微生物的基因多样性,为农业、医药和环境的可持续发展提供丰富的资源。 1土壤宏基因文库的构建 关于土壤宏基因组学技术的构建已有许多研究报道[3],文库的构建需要足够高质量的DNA,由于土壤微生物往往会与土壤其他组分紧密结合,这就增加了提取土壤DNA的难度[4]。常用的方法包括直接提取法和间接提取法。直接提取法是将样品直接悬浮在裂解缓冲液中处理,使其释放DNA,继而抽提纯化;间接提取法是首先去除土壤等杂质,通过不同的离心速度从土壤中分离出细胞,然后对细胞进行抽提。直接提取法提取的DN段较小(1~50kb),提取率高,操作简单;间接提取法提取的片断较大(20~500kb),纯度高,但操作繁琐,有些微生物在分离过程中会丢失。 根据插入片断大小,可以把基因文库分成2类:质粒载体的小片段插入(小于15kb)和柯斯质粒(15~40kb)或BAC(细菌人工染色体)(超过40kb)载体的大片段插入。大肠杆菌(Escherichia coli)是表达土壤细菌基因或基因簇的通用宿主,穿梭载体或BAC文库可将大肠杆菌包含的文库信息转移至其他宿主如链霉菌或假单胞菌[5]。 载体系统的选择取决于所提取土壤DNA的质量及研究目的,包括欲插入目的片段的大小、所需要的载体拷贝数、使用的宿主以及筛选方法等。如对腐殖质含量较高或剪切较严重的DNA样品适宜构建质粒文库,小片段的文库适用于筛选新的与代谢相关的单基因或小操纵子;而对于含较大基因簇或大片段的DNA样品则需要构建大片段和大容量的载体文库。Rondon直接把环境DNA克隆到低拷贝BAC载体,以大肠杆菌作为宿主构建了含100Mbp 的小文库(SL1), 并从这个文库中检测到DNA酶、脂肪酶、淀粉水解酶的活性。 2土壤宏基因组文库的筛选 宏基因文库的筛选主要有功能驱动筛选、化合物结构水平的筛选、序列驱动筛选,底物诱导基因表达筛选。功能驱动筛选是根据重组克隆产生的新活性进行筛选,在工业上有很多重要的酶就是用这种方法发现的。其主要缺点是要在寄主中进行功能表达,造成筛选工作量大,效率低。化合物结构水平的筛选是根据不同结构的物质在色谱中有不同的峰值,通过比较转入和未转入外源基因的宿主细胞或发酵液抽提物的色谱图筛选产生新结构化合物的克隆子。此方法工作量大,费用高。序列驱动筛选是不依赖重组基因在宿主中表达来筛选,而是根据已知功能的基因序列设计探针或PCR引物,通过杂交进行筛选具有目标序列的克隆子。底物诱导基因表达筛选是利用底物诱导克隆子分解代谢基因进行筛选,这种方法已经成功的从宏基因中筛选出芳烃化合物诱导的基因。国内外的资料显示这4种筛选方法可以筛选到所需要的物质,但筛选效率低,费用高。 3土壤宏基因组研究现状 利用宏基因组学的技术,科研人员筛选到了许多功能基因,加拿大TerraGen Discover公司最先在以链霉菌为宿主的宏基因组文库中筛选到了具有抗菌活性的5种新的小分子物质TerragineA、B、C、D、E[5];Courtois等利用柯斯载体构建了含5 000个克隆子的环境基因组文库,采用PCR 序列分析的方法,筛选出编码聚酮合成酶的新基因,同时采用HPLC技术发现了脂肪二烯醇中2种新的化合物,两者互为同分异构体;Yun等选用pUC19为克隆载体构建大肠杆菌基因组文库,利用活性筛选方法,从30 000个重组子中筛选出1个含淀粉酶基因(amyM)的克隆子。 2005年,LimHK等以枯草芽孢杆菌为宿主,建立了森林土壤的宏基因组文库,筛选到2个具有抗菌活性的克隆,对其结构进行分析,得出其中一个为产红色色素的靛玉红,另一个为产蓝色色素的靛蓝,是靛玉红的异构体。2006年,Voget S等首次研究了从土壤宏基因组文库中筛选到的一种纤维素酶的性质,证实了其具有较广的pH值和温度适应范围,并且在较高的盐度时也具有活性,具有工业应用价值。 4土壤宏基因组学的技术局限性 总DNA提取技术尚存在一定的限制,土壤环境中,由于微生物与土壤颗粒紧密结合的特性以及腐殖酸等抑制性物质存在等原因,从中难以获得适于构建宏基因组文库的高分子量DNA。Bertrand等采用间接提取法,通过Nycodenz梯度离心,所回收的土壤DN段大小己能达到400kbp,但至今基于原位裂解获得 100kbp土壤DNA的提取技术尚未突破,运用原位裂解法构建更大片段环境宏基因组文库(现有的土壤宏基因组文库中,平均插人片段最大为44.5kb)仍是一个难点。不可避免地,环境宏基因组文库所包含微生物基因组信息的偏差将直接导致“基因遗漏”现象发生,如海洋中普遍存在的微生物固氮基因,却在测序量高达1.6Gbp的马尾藻海水宏基因组文库中被遗漏,表明仅运用宏基因组学技术同样会忽略部分的微生物资源。 阳性克隆筛选频率低是宏基因组学的另一个瓶颈所在,运用经典的功能筛选方式,往往是在数千个,甚至数百万个重组克隆子中才能检测到有用的活性克隆,造成此局面一个重要的原因是外源基因的异源表达水平低下。目前根据核酸序列相似性及基因保守区设计探针或引物的杂交、PCR筛选方法,从文库中发现新基因的比率尚不到已知基因的40%。 环境微生物宏基因组研究能让我们发现存在于不可培养微生物中的一些重要的生理过程。许多实验室已经开始努力从不可培养土壤生物的基因组序列中去获得重要的基因,特别是从Acidobacterium组中,因为它是土壤中最常见的细菌。这些数据提供了关于这些生物在土壤中扮演角色的线索。随着足够序列信息的获得,这些生物的代谢途径将被构建出来,引导我们采取有效的策略去培养这些生物。这些数据也将准许我们构建包含所有已知开放阅读框的微生物芯片,来确定这些基因在时间和空间上的表达状况。 尽管宏基因组技术本身还存在着一些局限性,但它为土壤微生物的研究提供了一种有效的研究策略,尤其是对于99%以上不能获得纯培养的土壤微生物来说,宏基因组学不仅是研究土壤微生物生态学的坚实基础,更是我们获得土壤中各种基因资源的一个有效手段。 微生物论文:硝酸咪康唑搽剂微生物限度检查法的建立 【摘要】 目的 建立硝酸咪康唑搽剂微生物限度检查法。方法 测定硝酸咪康唑搽剂对大肠埃希菌等5种试验菌的回收率,对2个控制菌(铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌)的检查方法进行验证。结果 用薄膜过滤法和0.1%吐温80-ph7.0氯化钠-蛋白胨缓冲液作冲洗剂检查本品的细菌总数、真菌及酵母菌计数,其试验菌回收率均达到70%以上。同样用该方法检查本品的铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌,其试验组呈阳性反应,阴性菌对照组呈阴性反应。结论 用薄膜过滤法联用0.1%吐温80-ph7.0氯化钠-蛋白胨缓冲液作冲洗剂可以消除硝酸咪康唑搽剂在试验条件下的抑菌作用,从而顺利检出该品种所污染的各种微生物。 【关键词】 硝酸咪康唑搽剂;微生物限度检查;方法学验证 微生物限度检查法是检查非规定制剂及原料、辅料受微生物污染程度的方法,检查项目包括细菌数、真菌数、酵母菌数及控制菌检查[1]。但具有抑菌成分的药品由于其抑菌活性的干扰,常规检查结果不能真实地反映出药品中污染微生物的情况,必须先消除供试品中的抑菌活性,再根据《中国药典》规定的方法进行检查,并必须对所采取的检查方法进行验证,以确认抑菌活性的消除和检查方法的可靠性。具有抑菌作用的药品,每个品种抑菌效果不同,因此适合各个品种的微生物限度检查法也不同。 作者曾用常规法、培养基稀释法及薄膜过滤法(用ph7.0氯化钠?蛋白胨缓冲液冲洗)对硝酸咪康唑搽剂进行微生物限度检查,结果均不能达到药典要求。吐温80是亲水性表面活性剂,具有增溶作用,因此本文选择用薄膜过滤法联用0.1%吐温80?ph7.0氯化钠?蛋白胨缓冲溶液做冲洗剂检查该药品的细菌、真菌、酵母菌数和控制菌,结果满意,可为同类药品的微生物限度检查法提供科学依据。 1材料 1.1菌种大肠埃希菌(escherichia coli)[cmcc(b) 44 102], 金黄色葡萄球菌(staphylococcus aureus)[cmcc(b) 26 003], 枯草芽孢杆菌(bacillus subtilis)[cmcc(b)63 501], 金黄色葡萄球菌(staphylococcus aureus)[cmcc(b) 26 003],铜绿假单胞菌(pseudomonas aeruginosa)[cmcc(b)10 104]白色念珠菌(candida albicans)[cmcc(f) 980011], 黑曲霉(asperg illus niger)[cmcc(f) 98003],由广东生物研究所提供,菌种代数均为第3代。 1.2培养基及试剂ph7.0氯化钠蛋白胨缓冲液、0.1%吐温80?ph7.0氯化钠?蛋白胨缓冲液、营养肉汤、改良马丁培养基、营养琼脂培养基、虎红培养基、胆盐乳糖培养基、溴化十六烷基三甲铵琼脂、二盐酸二甲基对苯二胺试剂、pdp琼脂培养基、三氯甲烷、甘露醇氯化钠琼脂培养基和革兰氏染色剂。 1.3样品硝酸咪康唑搽剂,阿特维斯(佛山)制药有限公司,批号:0606950,成分:硝酸咪康唑、玫瑰麝香香精、乙醇、二甲基亚砜。 2方法与结果 2.1菌液制备[1] 2.1.1取经37 ℃ 培养18~24 h的金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌与大肠埃希菌的肉汤培养物1 ml,加入9 ml 0.9%无菌氯化钠溶液中,10倍稀释并制成每1 ml中含菌数50~100 cfu的菌悬液,做活菌计数。 2.1.2取经25 ℃培养18~24 h的白色念珠菌液体培养物1 ml,加入9 ml 0.9%氯化钠溶液中,10倍稀释并制成每1 ml中含菌数50~100 cfu的菌悬液,做活菌计数。 2.1.3接种黑曲霉的新鲜培养物至改良马丁琼脂斜面培养基中,培养5~7 d,加入3~5 ml 0.9%无菌氯化钠溶液,将孢子洗脱。然后,吸出孢子悬液至无菌试管内,用0.9%无菌氯化钠溶液制成每1 ml含孢子数50~100 cfu的孢子悬液,做活菌计数。 2.2供试液的制备[2]取本品10 ml,加ph7.0无菌氯化钠?蛋白胨缓冲液至100 ml,混匀,作为1∶10的供试液。 2.3验证方法 2.3.1细菌、真菌和酵母菌计数法回收率的测定 薄膜过滤法联用0.1%吐温80?ph7.0氯化钠?蛋白胨缓冲溶液作冲洗剂对各试验菌的回收率进行实验,3次独立平行试验结果的均值见表1[3]。 ①试验组:取供试液10 ml到薄膜过滤器中,用无菌的0.1%吐温80?ph7.0氯化钠?蛋白胨缓冲溶液冲洗3次,每次100 ml, 并在最后1次冲洗液中加入1 ml的试验菌液(50~100 cfu/ml)冲洗后取出滤膜,菌面朝上贴于预先制备好的营养琼脂培养基或虎红培养基平板上,置30~35 ℃培养48 h或23~28 ℃培养72 h。记录菌落数。试验组的菌回收率=(试验组平均菌落数-供试品对照组的平均菌落数)÷菌液组的平均菌落数×100%。 ②菌液组[4]:在过滤器中预先加入大约20 ml的无菌0.9%氯化钠溶液,再吸取1 ml的试验菌液(50~100 cfu/ml)到过滤器中,过滤。再用100 ml无菌的0.1%吐温80?ph7.0氯化钠?蛋白胨缓冲液冲洗1次,取出滤膜,菌面朝上贴于预先制备好的营养琼脂培养基或虎红培养基平板上培养,培养方法同试验组。 ③供试品对照组:方法同试验组,但不加试验菌液。 ④稀释剂对照组:方法与试验组同,其中供试液用ph7.0氯化钠?蛋白胨缓冲液代替。稀释剂对照组的菌回收率=稀释剂对照组平均菌落数÷菌液组的平均菌落数×100% 表1各试验菌株的回收率 略 从表1可知,在3次独立的平行试验中,稀释剂对照组的菌回收率、试验组的菌回收率均不低于70%。可用薄膜过滤法联用0.1%吐温80?ph7.0氯化钠?蛋白胨缓冲液冲洗方法检查硝酸咪康唑搽剂的细菌、真菌及酵母菌数。 2.3.2控制菌检查方法验证 ①试验组:取供试液10 ml到薄膜过滤器中, 用无菌的0.1%吐温80?ph7.0氯化钠?蛋白胨缓冲液冲洗3次,每次100 ml, 并在最后一次冲洗液中加入50~100 cfu的试验菌(验证铜绿假单胞菌时,试验菌为铜绿假单胞菌),冲洗后取出滤膜放入预先制备好的相应培养基中,依相应控制菌检查法检查。 ②阴性菌对照组:方法同试验组,试验菌改为50~100 cfu阴性对照菌(2个控制菌验证的阴性对照菌均为大肠埃希菌)。 ③菌液组 :在过滤器中预先加入约20 ml的无菌0.9%氯化钠溶液,在吸取50~100 cfu试验菌到薄膜过滤器中,用100 ml 0.1%吐温80?ph7.0氯化钠?蛋白胨缓冲液冲洗1次。冲洗后取出滤膜,菌面朝上贴于预先制备好营养琼脂培养基上,置(36±1)℃培养48 h,记录活菌数[5]。 3次平行试验结果一致,试验结果见表2。 表2对铜绿假单胞菌和金黄色葡萄球菌的验证结果 略 从表2可见,用薄膜过滤法联用0.1%吐温ph7.080?氯化钠?蛋白胨缓冲溶液作冲洗剂检查铜绿假单胞菌和金黄色葡萄球菌,方法成立。 3讨 论 硝酸咪康唑搽剂为广谱抗真菌药,主要含有硝酸咪康唑、乙醇和二甲基亚砜等成分,对皮肤癣菌、念珠菌等有抗菌作用,对某些细菌也有一定抑制作用。《中国药典》2005版规定,对药品在微生物限度检查时,其方法应通过验证,以确认供试品的抑菌活性已被消除而保证检查方法的可靠性。从本品的微生物限度检查法的建立研究可见,选用薄膜过滤法联用0.1%吐温80?ph7.0氯化钠?蛋白胨缓冲液作冲洗剂来检查本品的细菌数、真菌、酵母菌数及控制菌(铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌)的方法有效,在细菌总数、真菌及酵母菌计数实验中,试验菌回收率均能达到70%以上;铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌检查实验,试验组呈阳性反应,阴性菌对照组呈阴性反应。本文结果可为同类产品的微生物限度检查方法验证提供科学的依据。 微生物论文:浅谈如何提高医学微生物学和免疫学课堂教学质量 【摘要】在医学微生物学和免疫学课堂教学中,采用循序渐进的原则、多媒体课件教学、运用恰当的比喻、采用启发式教学、注重归纳总结、加强综合应用的训练,能有效提高课堂教学质量。 【关键词】医学微生物学和免疫学 课堂教学质量 医学微生物学和免疫学是一门重要的医学基础课,与其他基础课和临床课联系紧密。医学微生物学所研究的对象体积微小、内容琐碎复杂;而免疫学内容大多是深入到分子水平、概念多、抽象、前后章节内容环环相扣、逻辑推理性强。因此在课程教学中难度较大。笔者在十几年的教学实践中积累了一些经验,就如何提高医学微生物学和免疫学课堂的教学质量,谈几点体会。 1 修订部颁教学大纲,使教学内容更符合临床实际 修订部颁教学大纲的部分内容相对于新版教材和临床实际显得有些落后,我们与临床教研室经验丰富的教师经过反复研究,对原教学大纲进行修改。删去免疫学应用中的补体结合反应、增补补体mbl激活途径;根据认知规律按抗原、免疫器官、免疫细胞、免疫分子、免疫应答、免疫学应用的顺序进行讲解。微生物部分将以前要求掌握的脊髓灰质炎病毒改为了解内容;将奈瑟氏菌属、人类免疫缺陷病毒、密螺旋体属等内容改为掌握;增补冠状病毒、禽流感病毒、霍乱弧菌o139、朊粒等较新的内容;增补新发现的“超级细菌”内容;结合学生大多来自农林牧区的特点,特将布鲁菌属、森林脑炎病毒作为掌握内容。修改后的大纲突出重点、兼顾全面、删繁就简、循序渐进,力求教学的先进性与实用性,做到了理论联系实际。 2 采用多种方法提高学生学习医学微生物学和免疫学的兴趣 近年来进入中专学校的学生大多学习基础差,中专所学知识内容与初中不同,内容多而深。因此,学生对基本概念和基本理论的理解能力差;对物质结构的空间想象力差;逻辑思维能力和解决问题的能力差,而这些又是促成大多数学生对学习兴趣低的原因。 美国心理学家布鲁纳提出:“学习的最好刺激就是对相应内容产生浓厚的兴趣。”因此,在讲绪论和新的学习内容时,我都精心设计,激发学生对所要学的内容产生浓厚的兴趣,以调动学生们学习的积极性和主动性。例如:在讲微生物及免疫学的发展简史、补体、革兰氏染色等内容时,就以微生物及免疫学科学家(列文·虎克、革兰等)的真实事迹作为辅助教学的重要手段,通过介绍主人公当时发现问题的背景,遇到过哪些问题及如何解决问题的过程,最终得出什么结论以及有何意义。不仅激发了学生的学习兴趣,而且培养了学生发现、分析及解决问题的能力。例如在讲ⅰ型超敏反应一节时,笔者导入一些人(身边熟悉的老师及学生)在日常生活中因冷热、接触某些食物、花粉、紫外线等过敏;母亲因接触了婴儿含有青霉素的尿液而使其过敏性休克而死亡的案例;我又讲授蚕豆过敏症、面食过敏症、蘑菇过敏症等的临床表现,提高了学生的兴趣与求知欲,授课效果相当好。 授课内容紧贴生活实际,能提高教学效果。例如:在讲消毒灭菌这一节内容时,在煮沸的水中加入小苏打,不仅提高杀菌力,又可防止金属器械生锈。就湿热和干热哪种消毒效果好进行讨论,让同学们以日常生活体会(移动热物品时用干手巾还是湿手巾、皮肤容易被水蒸气烫伤)进行总结。 在教学中选择能突出微生物及免疫学重要基本理论的临床问题,这样就避免理论教学的枯燥与乏味,能活跃课堂气氛,提高学生学习兴趣和教学效果,也能提高学生解决实际问题的能力。例如:输血时为什么要做和怎么做交叉配血实验、儿童及解放军等易受伤人群感染破伤风后如何治疗、治疗时应注意哪些问题?同种异体器官移植物存活率的高低取决于什么?为什么人对同一种疾病的抵抗力不同等等。 3 按照免疫应答的过程,采用循序渐进的原则讲授免疫学基础部分 例如在讲抗原时就采用了如图3—1流程进行讲解,使学生不仅掌握了抗原及相关内容,而且对免疫细胞、免疫分子和免疫应答过程有了初步认识。在讲授免疫细胞、免疫分子、mhc及免疫应答时则采用图3—2流程进行讲解,使学生对免疫学的分子水平有了更深刻的认识,较轻松地就掌握了免疫细胞及免疫分子之间的相互作用及免疫应答等复杂内容。 4 科学运用多媒体课件教学,提高教学效果 目前,多媒体技术在教学活动中应用广泛,越来越体现出其卓越的性能,针对微生物及免疫学课程的内容抽象、较难理解特点,将多媒体教学与传统教学合理配合,能将抽象的变为直接的、静态的变为动态的、繁杂的变为简单的,能充分调动、激发学生学习的兴趣和观察及思考能力,也便于学生对免疫学结构、结构与功能关系的深刻理解,而且学生对所学内容记忆深刻,大大提高了课堂教学效果。例如:免疫球蛋白水解片段的讲授、k细胞的adcc效应、补体的经典激活途径、金黄色葡萄球菌引起烫伤样皮肤综合征、艾滋病临床表现等。 5 运用恰当的比喻,将抽象内容形象化、生动化 在讲授免疫系统时,将中枢免疫器官(骨髓与胸腺)比作是t、b细胞“革命圣地延安”,t、b细胞在此发育分化成熟,并学会了“认清敌我”(识别)的本领后离开,到外周免疫器官(淋巴结、脾脏等)开展工作,并不断巡视(淋巴再循环),一旦出现(衰老死亡和突变的细胞、病原微生物等抗原性异物侵入)情况,t、b细胞立刻识别并在接收到“鸡毛信”(双信号)后分化增殖为效应t细胞及抗体,它们再“招兵买马”(淋巴因子、穿孔素、颗粒酶、补体、吞噬细胞、k细胞等)形成庞大军队以不同方式去“歼灭清除敌人”。 抗原、抗体的特异性好比“钥匙与锁”的关系,“一把钥匙只能开一把锁”。 将补体激活酶促级联反应比作“多米诺骨牌效应”。 6 在免疫学理论教学中注重采用启发式教学 医学免疫学知识连贯性很强,前后章节内容联系紧密。因此在教师的教学及学生的学习过程中,要正确认识免疫学结构体系是学好免疫学的基础。否则学生就会对免疫学的普遍反映是枯燥、难理解、难记忆。因此,教师在授课时要采用启发式教学。启发学生深入思考、讨论,要把前面部分所学习的免疫学基本概念、基本知识、基本原理有机地运用于对各种免疫机制(如抗原识别机制、抗体免疫效应机制、ctl/nk/k细胞杀伤靶细胞的机制、各型超敏反应的发生机制、各种临床常用免疫学检测技术及防治的原理)的学习和领会中去。更要注重启发学生运用所学的免疫学知识认识、理解临床实际问题,临床应用某些抗生素及抗体制剂时应该注意什么问题,怎样避免或减少超敏反应的发生?器官移植为什么要做组织细胞配型?这样学习既能学以致用,又能反过来促进、加深学生对免疫学的认识理解。 7 加强综合应用的练习,注重归纳总结 俗话说得好,“熟能生巧”。成功的关键在于勤学苦练。练习的意义在于检验自己,对学习形成反馈调节,提高学习效果。学生通过做练习可以发现自己在学习中的薄弱环节、认识中的片面和错误,检验学习的效果,同时又是一种将所学书本知识加以运用以解决问题的实习机会。教师通过学生做练习,可以及时发现学生存在的问题,做到真正地因材施教、有的放矢,提高教学质量。 在此基础上还要引导学生进一步横向比较,在深层次上掌握基本知识及基本概念。如抗体与免疫球蛋白的区别、补体活化经典途径、旁路途径及mbl途径的区别、tcr与bcr的区别、mhc—ⅰ和mhc-ⅱ类分子的区别、病毒与细菌的主要区别、致病性葡萄球菌与链球菌在致病因素和在引起局部化脓性感染时各有何特点?能引起食物中毒的细菌有哪些等。通过总结学生们才能更加深刻理解,更好地记忆,从而学好微生物学及免疫学。 只有激发起学生学习微生物学及免疫学的兴趣,把抽象问题形象化、生动化,充分发挥现代化教学优势,采用启发式教学,深入思考讨论,归纳总结,微生物学及免疫学的课堂教学质量一定会得到提高。 微生物论文:甘草有益微生物的研究进展 作者:崔浩然,牛小宇,刘春生 【摘要】 植物体内大量分布的微生物对植物产生的影响已成为人们关注的热点,特别是那些有益的影响可对植物的生长及活性成分的形成产生一定的作用。甘草作为一种大宗中药,其栽培品的质量一直是人们所关心的问题,甘草有益微生物对提高甘草的品质有重要作用。该文综述了甘草有益微生物的研究进展,以期对提高栽培甘草的质量起到指导意义。 【关键词】 甘草; 内生菌; 根瘤菌; 菌根真菌 甘草是豆科甘草属(glycyrrhiza)植物,其根及根茎为常用中药,市场需求量大。近年来,随着野生甘草资源的急剧减少,且国家明令禁止采挖野生甘草,使甘草供求矛盾日益尖锐。在这种情况下,对甘草资源的保护性利用及栽培甘草势在必行。近年来,随着人工甘草种植面积的逐年加大,提高甘草的质量成为亟待解决的一个关键问题。相关研究表明,植物有益微生物可以产生促植物生长的活性物质,提高植物固氮性能,促进植物对恶劣环境的适应,加强系统的生态平衡,保证寄主植物健康生长。因此本文就近年来甘草有益微生物的研究进展进行综述,以期对提高栽培甘草的质量有指导意义。 1 甘草内生菌的研究现状 内生菌是指一生或至少一生中的某个阶段能进入活体植物组织内,并且不引起明显组织变化的真菌或细菌[1,2]。1993年,strobel等[3]从短叶红豆杉taxus brevifolia nutt的树皮中分离出二百多种微生物,其中有一株内生真菌taxomyces andreanae能产生紫杉醇,这一研究结果引起学者对内生菌的广泛兴趣。目前,人们已经从长春花、千层塔、银杏、厚朴等多种植物中分离得到了内生菌,并取得了一些成果。 有学者对甘草内生菌也进行了研究,发现内生菌对甘草产生一系列作用。宋素琴等[4]对采自新疆的健康野生胀果甘草不同组织中的内生菌进行分离,并纯化得到149株细菌和2株真菌,鉴定得出149株细菌分属于13个属,2株真菌分属于青霉菌属penicillium和镰刀菌属fusarium。有学者发现内生菌可通过拮抗病原菌促进甘草生长。饶小莉等[5]从乌拉尔甘草健康植株的根茎叶中共分离到内生细菌98株,并采用平板对峙方法筛选出6株菌株,其对植物病原菌有明显体外拮抗活性,鉴定这6株拮抗菌株分属萎缩芽孢杆菌(bacillus atrophaeus)、多粘类芽孢杆菌(paenibacillus polymyxa)、枯草芽孢杆菌(bacillus subtilis)、paenibacillus ehimensis。龚明福等[6]采用无菌操作技术从野生健康甘草glycyrrhiza uralensis的根、茎、叶、种子、根瘤等组织中分离出内生细菌(endophytic bacteria)125株,其中31株对棉花枯萎病菌(fusarium oxysporum)、棉花黄萎病菌(verticillium dahliae)具有较强的拮抗活性,这31株内生细菌分属于气芽孢杆菌属(aerobacillus sp.)、气单胞菌属(aeromonas sp.)、芽孢杆菌属(bacillus sp.)、黄单孢杆菌属(xanthomonas sp.)、假单胞杆菌属(pseudomonas sp.)、土壤杆菌属(agrobacterium sp.)。另有研究发现,从甘草中分离的有些内生菌还可产生活性物质。韦革宏等[7]从乌拉尔甘草和光果甘草中共分离得到68株内生菌,从中筛选出一个来自乌拉尔甘草的菌株mesorhizobium sp. ccnwgx022,从该菌株发酵液的石油醚提取物中分离得到了十八烷酸内酯rhizobialide,是第一次从内生菌中得到此类物质。另有学者研究了内生菌在甘草不同部位及不同月份的数量变化趋势。林世利等[8]分离出不同月份苦豆子、骆驼刺、苜蓿、铃铛刺、甘草不同部位的内生细菌,研究阿拉尔地区豆科植物内生细菌种群动态。结果显示5月份的苦豆子和甘草植株、8月份的苜蓿植株、9月份的铃铛刺和骆驼刺植株的内生细菌的种类最多。内生细菌种类的分布规律依次为苦豆子中叶>茎>根>种子>花,苜蓿中根>叶>茎>花>种子,铃铛刺中茎>叶>种子>花>根,骆驼刺中根>茎≥叶>种子>花,甘草中茎>根>叶>种子>花。5种豆科植物生长期中总带菌量平均值在各个月份变化趋势不同,并且各个月份的带菌量处于交替变化之中,说明不同月份5种豆科植物内生细菌的种类和数量不同,同种豆科植物不同组织部位的内生细菌的种类和数量有差异。 2 甘草根瘤菌的研究现状 根瘤菌是与豆科植物共生,形成根瘤并固定空气中的氮气供植物营养的一类杆状细菌。这种共生体系具有很强的固氮能力。根瘤菌分快生和慢生两种类型,为化能异养菌。目前有学者已经从甘草中分离得到根瘤菌并进行了一些相关研究。 目前对甘草根瘤菌的研究多体现在根瘤菌的分类上。杨雪颖等[9]通过对西北干旱半干旱地区68株甘草根瘤菌的表型多样性和抗逆性分离研究,发现1个新类群和1个具有较高抗逆性的菌株。对新类群的中心菌株ccnwgx022和高抗性菌株ccnwgx035进行16srdna全序列测定及系统进化研究。结果表明,ccnwgx022和ccnwgx035与中慢生根瘤菌属内参比菌株的16srdna相似性分别大于96.8%和98.3%,判定它们均属于中慢生根瘤菌属。谷峻等[10]采用表型数值分类、16s rdna pcr-rflp分析和box-pcr指纹图谱分析的方法对中国北方地区的甘草根瘤菌进行表型、遗传多样性分析。供试菌株在数值分类聚类分析中约85%的相似水平上产生2个表观群,有11株菌未与已知参比菌株聚群。16sr dna pcr-rflp分析表明,供试的20株菌共产生14种遗传型,表现出丰富的遗传多样性。box-pcr指纹图谱分析进一步证明与甘草共生的根瘤菌的基因组也具有多样性。由此得出结论:在中国北方地区与甘草共生的根瘤菌在sinorhizobium、rhizobium和mesorhizobium属中均有分布。 3 甘草菌根真菌的研究现状 菌根是土壤中某些真菌与植物根的共生体。凡能引起植物形成菌根的真菌称为菌根真菌,大部分属担子菌亚门,小部分属子囊菌亚门。菌根真菌与植物之间建立相互有利、互为条件的生理整体,并各有形态特征,这是真核生物之间实现共生关系的典型代表。根据形态和解剖学的特征,又把菌根分为外生菌根和内生菌根两大类。有学者对甘草菌根真菌进行研究发现菌根真菌可促进甘草的生长。饶小莉等[11]分离了甘草的va菌根,并用三叶草进行单孢繁殖,将繁殖后的菌根真菌回接甘草,结果发现接种了菌根真菌的甘草植株笔长、根粗、茎叶干重和根干重都有较大程度的提高,均比对照显著增加,并且不同处理对植株生长影响不同,得出结论接种va菌根真菌显著促进了甘草的营养生长。jingnan liu等[12]用两种am菌根真菌glomus mosseae与glomus versiforme接种甘草,结果显示接种的甘草相对于对照组在生长的早期和晚期有显著提高,叶摄取磷的量比对照组多,并且根中甘草酸的浓度有所升高,但根部氧化酶活性相对降低了,由此得出结论接种am菌根真菌有可能成为提高甘草药用价值的有效途径。 4 甘草其他微生物学相关研究现状 近年来,对甘草微生物学转化等方面的研究工作也取得了一定成果。谢毛成[13]利用发根农杆菌的ri质粒,以光果甘草种子胚萌发形成的实生苗不同部位为外植体,成功诱导出光果甘草毛状根,并利用tldna中rolc序列中的特异性引物,应用pcr技术对光果甘草毛状根进行了分子水平的鉴定,并利用理化手段对毛状根转化后产生的冠瘦碱进行了薄层定性鉴定,从不同水平上证实了光果甘草毛状根核基因组中已整合了外源ri质粒的t-dna片段。燕飞等[14]利用发根农杆菌r1601对药用植物胀果甘草(glycyrrhiza inflat bat)进行转化,诱导其产生发根。在发根诱导过程中,分别用不同菌液浓度、不同浸染时间对胀果甘草子叶、胚轴进行转化处理,统计、比较各条件下的发根率,结果表明,用稀释2倍的菌液浸染子叶8 min时,发根诱导率最高,为56.49%。何晨等[15]用一株产β-葡糖醛酸酶的菌种hc-12对甘草进行液体发酵转化。通过对菌种复合诱变以及应用系统数值化及灵敏值系统调控技术优化了发酵工艺,把甘草中不足0.1%的甘草次酸的含量提高了20倍以上。经过柱层析及hplc及1h nmr鉴定分离得到了甘草次酸纯品,并通过动物实验验证了发酵甘草于未发酵的生品对照甘草具有抗炎活性和镇痛作用显著性效果。 5 小结 内生菌对甘草的有益作用体现在:①内生菌有促进甘草生长作用,内生菌可与病原菌竞争营养或直接产生拮抗物质而抑制病原菌,从而促进甘草生长。②有些内生菌可产生活性物质。③内生菌在甘草不同部位及不同月份的数量呈现一定的变化趋势。另有研究表明,内生菌能产生与宿主相同的活性物质[3],王兴红[16]推测内生真菌可能与中药的道地性有密切的关系。这些成果对于甘草内生菌的研究有重要意义。 根瘤菌对甘草的有益作用体现在:根瘤菌能够通过与甘草共生,引起甘草根部或茎部结瘤,将空气中的n2转化为可吸收利用的nh4,从而为甘草提供氮素营养,促进其生长。 菌根真菌对甘草的有益作用体现在:甘草和菌根真菌是一种互惠共生的关系,它们之间可以交换各自所需的物质,甘草借助菌根真菌吸收水分、养分和生长促进剂,而菌根真菌也从甘草中摄取自身生长所需要的糖分和其它有机物。菌根真菌是根系的延长和扩展,且比根系吸收水分、养分的能力大得多,可促进甘草的营养生长,提高甘草的药用价值。 微生物转化对甘草的作用体现在:对甘草进行微生物转化,可提高其有效成分含量,用药效果可得到提高。 总之,微生物是个潜力巨大、尚待开发的资源,对甘草相关微生物进行研究有重大意义,有利于提高甘草的质量,对于中药的可持续发展也将起到重大作用。 微生物论文:浅谈互动教学为核心的环境微生物实验教学方法探索与实践 论文关键词:微生物 实验 互动 研究 论文摘 要:环境微生物实验是环境学领域的一门重要基础课程。本文以传统的实验教学方式为基础,提出了以“先立观念,互动教学,科研教学”实验教学模式为核心的实践经验,并从中获得了一些启发与体会。 环境微生物学作为环境工程专业、环境科学专业的必修专业基础课,是以普通微生物学为基础,并在研究微生物学的一般规律的同时,更注重微生物与环境之间的相互作用规律的一门课程[1]。环境微生物是微观的、肉眼看不见的,需要抽象思维,总体而言枯燥乏味。所学知识虽与专业相关,但学生尚未接触科学研究,所学内容离日常生活较远,学习目的性大打折扣,难以激发学生学习兴趣。因此,与其他专业的微生物课程类似,在进行环境微生物学的理论教学的同时,配合一定课时量的实验教学,以其调动学生对理论学习的兴趣,提高对理论知识的认知能力。 另一方面,随着环境微生物学的发展,例如无菌操作、培养基制备、消毒与灭菌、微生物的培养分离计数等微生物学中最基本的一些技术在环境污染处理等生产研究领域中应用十分广泛,对整个科学技术和社会经济发展发挥着重大作用。因而,微生物实验教学也是课程理论与实践应用相结合的桥梁和纽带,在学生专业技能培养中具有十分重要的作用。那么,如何充分调配环境微生物学实验的内容及授课方式,让学生真正掌握所学知识,培养具备理论知识扎实、动手能力强且能将所学知识灵活运用创新能力的学生,一直是值得思考和努力的问题。本文根据环境微生物学实验教学过程中存在的问题,提出了“先立观念,互动教学,科研教学”为中心思想的教学方法,以其为进一步提高环境微生物学实验教学效率提供系列应对策略。 1 先立观念 微生物实验与物理化学实验不同,其研究对象是形体微小、分布广泛、无处不在的细菌、病毒和真菌。尤其是在进行某种微生物的分离、纯化及培养过程中,无菌操作技术是整个实验的重点。尚未接触微生物学实验的学生不能深刻注意到与其它学科实验的差异。其它学科实验的操作是在开放的空气中进行的,而微生物学实验尤其是研究工作中,许多实验操作是在相对隔离的环境中进行的,以保证不受环境中微生物的污染。因此,在学生尚未养成不良实验习惯之前,就必须让其建立无菌操作的概念。笔者在第一次课堂上,就针对整个课程周期内的行为规范要求做一次详细说明,培养学生规范的操作技术。让学生理解什么样的操作是规范的,什么样的操作会引起实验的失败。结果表明,缺少这部分内容的教育,在后面的实验活动中,学生往往会不自觉养成一些不良习惯,无菌操作概念则相当薄弱。因此,我们强调先立观念。大学的环境微生物学实验是他们第一次接触微生物,在最初阶段就让学生知道整个课程的基本规范,会让他们受益匪浅。 2 互动教学应贯穿整个实验教学 常规的实验教学,通常由理论教学和实验教学两部分组成。即,教师讲解本次实验的目的、原理、材料、操作步骤及注意事项,然后学生各自分组按操作步骤进行实验。此处,教师的课前讲解是学生进行实验的前提与基础,是学生是否能充分理解本次实验流程的关键要素。因此,教师工作者十分关注如何能提高教师讲解的效率以扩大学生的理解[2]。笔者发现,若将互动教学法引入到实验课中,同样十分有效,它是充分发挥教师和学生两个主观能动性的教学方法。那么实验课的互动教学法是以何形式出现的呢?笔者通过实践,摸索出了“问答式”、“答问式”、“师生讨论启发式”、“实验结果展现”、“多媒体教学”等多种形式,教师可以根据不同的教学内容,有选择地加以使用。 (1)“问答式”与“答问式”。“问答式”即在讲完实验理论后由教师针对本次实验的关键问题进行提问,然后由学生回答。如“细菌涂片制备与染色”实验中,教师可以询问学生革兰氏染色的原理与步骤等。这不仅能促进学生理解的效率,还能让教师从中了解学生的掌握程度,并可针对学生不懂之处解答;“答问式”则通常在“问答式”之后,即要求学生针对实验提出若干个问题,由教师回答。众所周知,在大多数情况下,中国学生往往会带着疑问进行实验操作,直至出现问题后才会找老师解答,或甚至不问。而这种情况对于实验操作教学是十分不利的。因此,培养学生在实验前把整个过程弄明白,不留疑问的进行后面的实验,是教师们一直以来努力的目标。笔者发现,从第一次课程点名鼓励提问,到后面几次课的踊跃提问,宽松的互动问题环节还是比较受欢迎的。其中有很多问题是教师认为比较简单的一些操作,所以先前并未讲解透彻,而学生却一知半解。当他们提问后教师解答,则能让整个实验的进行事半功倍。因此,让学生习惯并喜欢“答问式”是一个循序渐进的过程,也是一个非常有利于教学效果的方法。 (2)“师生讨论启发式”分两种形式,即口头和书面形式。口头形式通常在课内完成,即在学生在实验期间,与老师的交流。如此,使学生学到较多实验知识与技巧。并且,教师可在下课前集中讲解实验过程中出现的新现象、新问题,纠正学生常见的习惯性错误,培养学生良好的实验操作习惯。书面形式,则是要求同学在完成课内的实验操作后,实验报告除了目的、原理、方法、结果和思考题外,还应有相应的分析和讨论。以往,学生撰写报告往往把实验原理、材料、操作方法和实验数据等简单地罗列,未能对实验中遇到的问题进行分析讨论。为了使学生深刻理解和掌握实验内容,探讨成功的经验和失败的原因,提高分析问题、提出解决方案和实施解决方案的能力,笔者要求学生如实记录操作步骤和实验结果,尤其是鼓励将操作步骤以图示的方式表示出来,而非从资料上抄下来大段大段的文字。此外,鼓励其将实验中出现的各种结果进行分析讨论,对于实验取得与预期相符结果的,分析成功的关键和经验。对于未取得预期结果的,分析导致实验失败的原因。对于学生提交的实验报告,教师在批阅过程中逐一点评。笔者在评阅实验报告时常遇到以下内容:“本次实验失败了,主要原因可能是培养基制备时琼脂浓度过低”;“这次实验我们成功分离到了纤维素降解菌”。这让教师及时了解学生对课程的意见与想法,能促进今后课程开展的及时改进。 (3)“结果展现式”应用的典型例子就是在“显微镜的使用与细菌形态观察”这一实验。这个实验最主要的目的就是让学生通过显微镜的观察,对各种微生物细胞的基本形态特征有一个直接的感性认识。笔者所在教学实验室建立了一个互动实验室平台,即教师显微镜下的视野能直接投影到大屏幕让全体学生看到,每组学生用的显微镜视野也能切换到大屏幕上去。如此一来,所有同学都能看到老师做的微生物装片情况,各组之间的情况大家也一目了然。在观察微生物的形态、大小时,学生对看到显微镜下的物体常有误认。实验中,常常有学生把杂质当作了细菌细胞,需经过老师的指点才能看到了真正的细菌细胞。在互动教室中教师可以在大屏幕上对每一个成像进行分析辨认,从而轻松让每一个学生看到各个小组制作的真实菌体。另外,同学与同学之间也会就实验现象差异进行讨论,交流成功或失败的经验。笔者曾对学生做了调查,90%以上同学都十分认可将自己的实验成果与全班分享。 (4)随着科学的发展,理论部分的教学已离不开多媒体教学,但实验教学大多数仍保持着固有形式,如板书等。为了能在有限的课时内准确生动地将最基本的操作技术介绍给学生,提高实验课程的教学水平,我们在将多媒体技术应用到微生物学实验课程教学方面进行了一些有益的尝试,受到了学生的普遍欢迎。即每次课程均会播放一段教学视频,如“培养基的配制与分装”、“玻璃器皿的包扎”、“细菌的接种”、“革兰氏染色”等。通过生动形象的教学示范,可以让学生更为形象的了解微生物操作技术的细节要求,培养出微生物操作技术更为扎实的学生。或者在“污水中常见微生物观察”实验中,让学生观察后拍摄照片视频录像,并对影响资料进行标注,如添加标尺、调节曝光时间等,通过提高学生的兴趣来增强他们对知识点的记忆。因此,充分利用多媒体的有利条件,将实验课程教学建立在现代教育技术的平台上应逐渐成为当前形式下高等教育改革和发展的目标[3]。 3 实验教学与科研教学的关系 3.1 验证性与研究性教学的有机结合 微生物实验课的开设大多是根据理论教学的进度,设置相对应的实验。实验项目来自实验指导书,书中从实验目的、原理、器材、步骤及注意事项等内容都作了全面而具体的说明,所做实验基本上都是验证性的,学生只需照做,最后完成实验报告即可。整个过程缺少了能让学生好好动脑思考的环节。虽然,实验项目的选择都是从众多实验中筛选出来的具有实际应用价值,但大多是相对孤立的,学生会搞不清实验一和实验二之间有没有关系,有没有学的必要。如果,教师将其中一部分验证性实验项目进行科学合理的串联,使学生掌握基本操作技术后,适当安排一些研究性的实验项目。将实验项目告知学生,要求学生参考实验指导书和相关的期刊,分组写出试验设计,进行研究性学习。教师对各个小组进行具体指导,包括实验步骤、实验所需器材的准备等。同时,鼓励各小组选择不同的实验项目,观察结果时互相交流讨论。如“污水中大肠菌群的测定”这一实验中,可告诉学生采用中华人民共和国国家标准gb/t 5750.12-2006中的多管发酵法,由学生自行去网络资源中查找具体的资料,制作实验方案,由教师审核后开展实验。 3.2 研究性与开放性教学的循序渐进 虽然,上述研究性实验项目能培养学生的独立思考及设计能力,但是以培养高素质的创新人才而言仍然是不够的。因此,还可开设一些开放性实验课程,即3~4个学生组成的项目小组选择某位专业指导老师,开展一个结果未知的研究项目,实现实验教学与科研的真正结合[4]。如“化工废水中某降解菌株的筛选分离”、“水体藻类对某化合污染物的响应研究”等。课题组独立完成实验方案实施的全过程,指导教师随时对实验过程中的技术重点、难点进行指导和把关。教师除平时进行指导外,还定期组织学生进行学术交流。通过学术交流便于指导教师详细掌握各组的实验进度、存在问题等,并指出努力方向。实验结束时,每名学生写出正式规格的实验研究论文,由指导老师进行评定并备案。 总之,以培养学生创新精神和实践能力为重点的素质教育正在普遍实施,我们针对环境微生物实验教学进行的一些“互动”改革,仍是初步探索,期望能对进一步推动实验教学改革的进程提供一些新的思路。 微生物论文:试论“土壤微生物的分解作用”实验的改进 摘要 针对“土壤微生物的分解作用”这个实验在教学中开展出现的几个问题,对实验方案进行了相应的改进,以期对教学实践有一定的参考价值。 关键词 土壤微生物 分解作用 实验改进 “土壤微生物的分解作用”是新课程标准中设置的一项活动,旨在使学生能从实验的角度去探究土壤中落叶等物质的消失源于土壤微生物的分解作用。笔者经调查发现,浙江省新课程实施两年以来,开展该实验的学校寥寥无几,多数一线教师反映该实验周期长、实验现象不明显,而更主要的是大多学校不具备实施该实验的设备装置,鉴于此,下面设计了该实验的3个改进方案,以供大家参考。 1 改进方案一 草莓是在土壤微生物的作用下腐烂的吗? 本实验采用对照实验的方法,设计对照组和实验组。对照组的土壤不做任何处理(自然状态);实验组的土壤要经过高压灭菌处理,以尽可能排除土壤微生物的作用,同时要尽可能避免土壤理化性质的改变。所选用的草莓都要进行彻底灭菌处理。 (1)实验材料:土壤、草莓若干(可根据季节自行选择其他水果)、70%的酒精、升汞。 (2)实验器材:无菌操作台、高压灭菌锅、泡沫碗、铲子、培养皿、镊子等。 (3)实验步骤: ①采集土样。选取适量较肥沃的土壤等量分装于两个泡沫碗中,做好标记备用。 ③土壤处理。将其中的一碗土壤用报纸包好,同培养皿、镊子等一起放入高压蒸汽灭菌锅灭菌20 min(实验组)。另一碗土壤不做处理,保持自然状态(对照组)。 ③草莓处理。将所选用的草莓用70%的酒精进行10 s消毒处理,并用升汞进行20 min灭菌,最后用无菌水洗3-4次,杀灭草莓表面的微生物。 ④将灭菌处理后的草莓分别埋人两盒土壤中(深3-5 cm),并将2组实验材料放入无菌培养室(注意:实验组要在无菌条件下操作)。 ⑤隔天观察草莓的腐烂程度,并对其进行描述,得出实验结果。 (4)实验结果:实验第3 d对照组开始腐烂,第5 d实验组个别草莓开始有变化;第7 d,实验组个别草莓有一定程度腐烂,对照组几乎所有草莓都有不同程度腐烂。 (5)实验结论:对照组与实验组除了对土壤的处理不同,其他条件完全一样,实验结果不同,说明未经灭菌处理的土壤中确实存在使草莓发霉的微生物。 2 改进方案二 面包是在土壤微生物的作用下腐烂的吗? 本实验采用对照实验的方法,设计对照组和实验组。对照组的土壤不做任何处理(自然状态);实验组的土壤要经过处理(在微波炉里加热10min),以尽可能地排除土壤微生物的作用,同时要尽可能避免土壤理化性质的改变;面包要在微波炉里面进行灭菌处理。 (1)实验材料:土壤、面包。 (2)实验器材:微波炉、泡沫碗若干、报纸、铲子、镊子、锥形瓶等。 (3)实验步骤: ①采集土样。选取适量较肥沃的土壤等量分装于8个泡沫碗中,做好标记备用。 ②土壤处理。将其中的4盆土壤用报纸包好同镊子等一起放入微波炉灭菌20 min,该组为实验组。另4盆土壤不做处理,保持自然状态,作为对照组。 ③面包处理。将新烤的面包切成若干大小相等的块状,放在锥形瓶中,将锥形瓶放到微波炉里加热,进行彻底灭菌处理,杀死面包中含有的微生物。 ④灭菌处理后的面包分别埋入8碗土壤中(深3-5cm),用报纸将泡沫碗包好,并将2组实验材料放入无菌培养室(注意:实验组要在无菌条件下操作)。 ⑤隔天观察面包的腐烂程度,记录实验结果,一周后,实验组面包完好,而对照组面包发霉。 (4)实验结果:实验第8 d对照组开始发霉,第10 d对照组面包上长满了长长的“毛”,而实验组完好。 (5)实验结论:对照组与实验组除了对土壤的处理不同,其他条件完全一样,实验结果不同。这说明未经灭菌处理的土壤中确实存在使面包变质的微生物。 3 改进方案三 探究土壤微生物对淀粉的分解作用。 本探究实验将对土壤微生物的分解作用的探究和对淀粉及还原性糖的鉴定较好的结合在一起,既能完成新的探究实验,又能对必修1中的重要实验“鉴定淀粉和还原性糖”起到很好的复习作用。 (1)实验材料及药品:土壤、淀粉溶液、蒸馏水、碘液、斐林试剂。 (2)实验仪器:高压蒸汽灭菌锅、烧杯、试管、玻璃棒、胶头滴管、酒精灯、电子称等。 (3)实验步骤: ①将取自农田的土壤放入里面垫有纱布的烧杯中,加水搅拌,然后将纱布连同土壤一起取出,将留在烧杯中的土壤浸出液静置一段时间备用。 ②取两只锥形瓶,编号a、b,放入等量(约30ml)淀粉溶液,高压蒸汽灭菌20min。 ③在a锥形瓶中加入30ml土壤浸出液(实验组),b锥形瓶中加入30 ml无菌水(对照组,需无菌操作),分别用牛皮纸封口(隔菌通气)。 ④在室温(20℃左右)下放置7 d后,分别取a、b锥形瓶中的溶液5 ml,各放入两支试管中,分别编号a1、a2、b1、b2。 ⑤在a1、b1中加入碘液,在a2、b2中加入斐林试剂并在酒精灯上加热2~3 min。 ⑥观察试管中溶液的颜色变化,记录实验结果,得出实验结论。 (4)实验结果:1周后,a1中加入碘液仍为紫色,b1中加入碘液变为蓝色,a2、b2中加入斐林试剂并在酒精灯上加热2-3min没有变化;2周后,a2中加入斐林试剂并在酒精灯上加热2-3min,变砖红色,b2中加入斐林试剂并在酒精灯上加热2-3 min仍无颜色变化。 (5)实验结论:对照组与实验组除了对土壤的处理不同,即所得的土壤浸出液成分不同,其他条件完全一样,实验结果出现不同的颜色,说明了未经灭菌处理的土壤得到的土壤浸出液中存在某些微生物,使得淀粉被分解成为还原性糖。 4 总结 方案一选择草莓作为材料,周期短,效果好,但有季节限制;同时本方案灭菌效果彻底,但对实验仪器的要求也比较高,所以适用于实验设备条件较好的中学。考虑到有些学校实验设备条件有限,没有高压灭菌锅、灭菌台,所以方案二选用微波炉来灭菌,这是生活中常见的电器容易获得,适合实验设备条件一般的中学;同时本方案选择面包作为材料周期较长,但面包价格便宜,且没有季节限制。教材对方案三没有说明加入淀粉糊的浓度和量,以及所加淀粉糊在7 d后是否完全被分解,没作鉴定说明,这将会直接影响实验结果,本文在教材方案基础上针对性的对其进行改进,并增添了鉴定实验,使得实验更加严密,提高了可操作性。 微生物论文:关于高职微生物课程教学改革探索与实践 论文摘要:微生物课程是生物制药专业重要的职业基础课程,在本专业的许多课程教学中起着承前启后的作用。本文从生物制药专业发展概况及培养目标入手,对微生物课程教学地位及教学目标进行分析,阐述了微生物课程教学改革的探索与实践。 论文关键词:高职;生物制药;微生物课程;教学改革 生物制药专业发展概况及培养目标 生物制药是运用微生物学、生物学、医学、生物化学等研究成果并综合利用微生物学、化学、生物化学、生物技术、药学等科学的原理和方法制造用于预防、治疗和诊断的制品。生物制药产业是国民经济的重要组成部分,《中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》和《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》中明确指出“要大力发展生物产业”。目前,全世界的医药品已有一半是生物合成的。 近年来,我国医药行业的迅猛发展,特别是生物技术在医药产业中的广泛应用大大加快了生物与医药类等高职院校生物制药专业的发展壮大。其培养目标是:德、智、体、美全面发展,具有与本专业领域方向相适应的文化水平与素质、良好的职业道德和创新精神,掌握本专业领域方向的技术知识,具备相应实践技能以及较强的实际工作能力,熟练掌握并能从事药物的研发、药物的生产、药物的质量及安全检验、药理分析、药物的经营和销售等工作的高技能型人才。 微生物课程教学地位及教学目标分析 半个世纪以来,微生物转化在药物研制中一系列突破性的应用给医药工业创造了巨大的医疗价值和经济效益。随着新微生物资源的发现、新的药物筛选模型建立以及各种新技术的应用,从微生物次级代谢产物中寻找新药所显现的优势将继续存在,事实证明微生物制药在整个生物制药产业中占有举足轻重的地位。微生物学在理、工、农、医、师范院校与生物相关专业的课程设置中占有重要的地位,也是一门实践性很强的学科。 由此可见,微生物课程也必然是生物制药专业的重要职业基础课程。它系统地介绍了微生物的分布、分类、形态结构、生长繁殖、遗传变异以及与人类生产生活的关系等理论与实验操作技术,要求学生具备一定的生物学与生物化学基础知识。其后续课程包括发酵工程概论、生物技术制药、制药工艺学、药品分析与检验、药剂学、药事管理与基因工程技术概论等多门主干课程。 本课程的教学目标是使学生能够正确掌握微生物分类、结构、生理活动等基础知识,确保学生能够进行有关微生物生产的必要基本技能操作,并掌握应用微生物学理论知识分析问题和解决问题的基本方法,从而为后续的职业技术课程的学习与生产实践奠定必要的理论基础和实践技能。 微生物课程教学改革探索与实践 长期以来,全国各高校微生物学教学大多以课堂讲授为主,配合适量实验课。学生学习微生物学的方法常常是课上勤笔记少思考、课下不复习少作业,考前死记硬背、考后“完璧归赵”。为了提高微生物课程教学效果与学生的实践技能,我们于2008年申报了《微生物及其应用》院级精品课程,并与全省其他高职院校的同仁一道对生物制药及相关专业的微生物课程教学改革进行了一定的探索与实践。 (一)优化教学手段与方法 主要教学手段 合理利用学院优越的教学条件是提高课程教学质量的基本手段。在本课程教学中,我们充分利用学院完善的多媒体教学资源、电视显微镜设备组织教学,通过多媒体课件、视频、标本与即时的实验操作进行形象、直观的教学。同时,加强与本地区制药企业的联系,与企业一线生产人员共同探讨课程教学内容。 教学方法探索 在教学方法上,我们依据高职类学生文化基础、思维特征,针对不同的具体内容选择采取了项目教学法及案例导入法等多种“教学做合一”的形式开展教学,从而实现了将过去以教室为中心的学习形式向以实验室工作过程为中心和“边教、边学、边做”形式的过渡。例如,将基础知识部分组织成多个承前启后的项目,微生物应用部分(如微生物与发酵、食用菌栽培与药品的微生物污染检测等)采用案例法组织教学。通过启发与讨论、理论密切联系实际等方法引导学生加深对所学知识的运用、提高学习的兴趣与积极性。提供适量学时,鼓励有积极性的学生自选教学内容,采取合作或独立查阅资料和制作多媒体课件进行授课的形式实现了师生主体角色的转换,从而使学习以形成综合能力为目的而非单纯的知识摄取。同时鼓励学生在实验教师的指导下,根据自身兴趣进行微生物实验的设计与操作。 在有了一定的手段与方法基础上,我们认为利用适当的幽默或英文等教学技巧也是提高教学效果的良策。比如在要求学生列举已知的病毒时“特意提醒”不要自作聪明地制造“人瘟病毒”。在课堂中偶尔适时地穿插一个英语单词或简单的句子能够起到很好的调节作用,往往能让喜欢或不喜欢英语的学生激发兴趣。 (二)认真整合教学内容 内容的选取与组织 2007年下半年,在长期从事企业生产实践的“双师型”教师共同参与下,我们编写出了一本较为符合当前高职教育理念的湖北省“十一五”规划教材——《微生物及其应用》并获2009年湖北省高职高专优秀规划教材奖。本教材根据当前高职院校生物制药专业的培养目标及湖北省示范院校生物制药专业人才培养方案建设要求建立课程教学标准与内容,按照“教学做合一”模式进行教学内容的合理融合。在内容的组织上充分考虑高职学生的文化基础与思维习惯,适当降低了理论知识部分的深度,强化了微生物在生产实践中的应用。将课程内容按照微生物由大到小、由表及里的原则进行重新组合,首先使学生通过显微镜对各种微生物进行最基本的感性认识,然后逐渐了解微生物的培养技术及其在生产中的应用,从而顺其自然地完成对整个微生物课程内容由感知到认知的知识延伸与拓展过程。 教学组织与实践 为了较好地落实高职教育所推崇的“边做边学,边学边练”行动导向的教学理念,我们采取的是理论与相应实践操作(单元实验)相互融合的模式开展教学,并将教学内容划分为“基本知识与技能”和“知识与能力运用”两大模块,其中包含了“微生物形态观察技术”、“微生物分布与生长控制技术”及“微生物应用与检测技术”三个单元与七个项目来实施教学。在此基础上,我们还开发了《微生物及其应用》院级精品课,并在教学中认真践行“边做边学,边学边练”的教学方法,使学生能够自觉地将所学知识与实践相结合,从而既增强了学生学习的主动性,同时又较好地锻炼了他们的动手能力,强化了教学效果。 重视第一次课设计 第一次课是一门课程的序曲,它是引导学生进入微观世界、激发学生求知欲望、增强课程魅力的最佳向导。本课程的第一次课是通过“一个富有创造和启迪性的故事(列文虎克)”、“多幅彩色动静态图片的展示”和“一系列惊人的数字”等具有鲜明特色和感性认识的内容逐步展开的,非常强烈的视觉效果让学生产生了对微生物的浓厚兴趣,进而较好地激发了他们对本课程的学习热情和探究心理,当然也取得了非常好的教学效果。 (三)强化实践教学与考核 加大实践教学比例 本课程的教学目的是为后续的职业技术课程学习与生产实践打下良好基础,满足生物制药生产、建设、管理和服务第一线的技术应用型人才对微生物知识与技能的需要,同时培养学生创新精神和创业能力。因此,我们按照“教学做合一”的模式将理论知识与有关实验内容进行了有机融合,因而也在很大程度上减少了理论学时,相应增加了实验操作学时,使理论与实践学时之比将近1∶1。将课程的实验分为平时的单元实验、期末整周的综合实训、培养兴趣的自主实验(如对口腔、霉变水果中微生物进行分离培养等)几项,并着重培养学生的无菌操作技能和微生物实验安全意识。 改革实践考核制度 在对本课程教学模式进行探索与实践的同时,我们对其考试制度也进行了改革。改变了传统的以理论为主、实验为辅的考试为理论考试和实验操作考核并重的新型综合考试制度。使实验成绩与理论成绩之比达到1∶1,其中实验考核以实践操作为主,口试、笔试为辅。同时,坚持平时表现与考试考核并举的形式对学生进行知识、能力和素质等方面的综合评价,即按照平时考勤、提问和作业成绩占总成绩20%、理论考试和实验成绩(包括实验操作考核、实验课表现、实验报告等)各占40%的分配比例进行课程成绩的综合评定,从而使本课程的成绩考核既符合高职以过程为导向的课程观和以行动为导向的教学观,又实现了考试过程的全程化和考试手段的多元化;既增加了考试的灵活性,又调动了学生实践操作的积极性,取得了较好的教学效果。 在2008年和2009年由教育部高等学校高职高专生物技术类专业教学指导委员会组织的两届生物技能大赛活动中(含微生物操作技能竞赛),我院生物制药专业的学生分别获得了团体一等奖一项、个人一等奖二项、二等奖和三等奖各一项的好成绩。
环境工程方面论文:在“走出去”战略中加强环境工程建设、提高投资安全 在“走出去”战略中加强环境工程建设、提高投资安全 近年来,我国在国外工程建设和海外项目投资取得巨大成绩的同时,常有突发性、群体性安全事件发生。这些事件常常牵动高层领导和全国人民的心,引起世界的关注。这些事件值得我们认真思索,总结经验教训,采取有效对策。 一、“走出去”战略十年来成绩巨大 “走出去”战略是党中央、国务院根据经济全球化的新形势和国民经济发展的内在需要做出的重大决策。十年来,“走出去”战略取得巨大成果:2011年,中国对外工程年度承包额已成为世界第一,超过了500亿美元。入世十年,中国对外承包工程业务完成营业额的年平均增长率达到27.10%,累计完成营业额4356亿美元,签订合同额近7000亿美元。中国对外投资存量突破3,000亿美元,2010年对外直接投资净额约700亿美元,位居世界第五,9年来年均增速近50%。 二、成绩的背后,环境责任风险伴生 中国企业在海外的工程和投资项目,日益受到环保主义者的质疑和抗议。比如,由于担心对当地水环境的影响,中国电力投资集团中缅两国密松电站合作,去年被缅甸政府无限期搁置。中石油、中石化在加拿大的油砂投资,中国铝业和其他企业在委内瑞拉等拉美国家的矿产项目,也由于环境因素受到当地的质疑和抵制。 中国的海外投资和工程,相当一部分是在生态脆弱地区或者欠发达地区,而这些地区容易造成生态改变,这是中国某些海外项目屡受非议的一个重要原因。我国的部分对外投资企业对国际通行的“赤道原则”(赤道原则是由世界主要金融机构根据国际金融公司和世界银行的政策和指南建立的,旨在判断、评估和管理项目融资中的环境与社会风险的一个金融行业基准)不够重视。当走出去的时候才发现,环境责任问题,在海外变成了项目的巨大安全风险。 三、大力推进“走出去”战略的配套环境工程具有双重意义 环境保护早已成为我国的基本国策,中央和地方财政一直在逐步提高对环境保护的投入,由此带来了环境产业在我国的充分发展。目前,我国环保产业总产值已突破一万亿元。同时,在环境领域二十多年来的技术引进、消化和吸收,已经使我国的环境产业从设备、技术和工程方面都具备了相当的竞争实力。以2002年建设部“126号文”启动的市政领域的公用事业改革和同年的环评法颁布为标志,从规划、环评、设计、工程承包到运营服务,我国的环境服务业也得到了迅猛的发展,产值占到了整个环保产业的12%。实际上,我国的环境服务业完全具备了为我们自己的对外工程和对外投资做好配套的环境服务的综合实力。在这种背景下,大力推进“走出去”战略的配套环境服务,具有如下意义: 1、有助于缓解中国企业海外投资和工程的环境风险压力 在国际工程和投资项目中避免环境责任风险,在国际上重塑环保形象,都需要我们加强对中国企业的环境责任教育,并且参照实施我国环境保护法第26条所述的“三同时”要求:“建设项目中防治污染的措施,必须与主体工程同时设计、同时施工、同时投产使用。防治污染的设施必须经原审批环境影响报告书的环保部门验收合格后,该建设项目方可投入生产或者使用。”在项目筹备阶段需引入环评服务,而在项目设计阶段需引入配套环保措施的设计,在项目建设阶段需同时建设配套的环保设施,在以上阶段都必须引入必要的环境咨询服务商、环境设施建设或运营服务商,帮助我国走出去的大型企业规避当地的环境风险。 2、推动高端服务业的升级 环境产业在国际上作为朝阳产业,一是由于其需求的日益刚性,二是其所带来的技术创新的持续推动力,三是由于现代的环境产业很大比重上是环境服务。环境服务,包括环境评估、环境设施的设计、施工管理和运营。目前,上述的配套环境服务的走出去,有利于促进环境服务业的升级,并带动整个中国的高端服务业的国际化发展。 十几年前我国所使用的世界银行和亚洲开发银行的贷款项目,已有成功经验。他们都会项目安排一定比例的资金用于技术援助,即采购国外咨询公司所提供的包括环境评估、设计、项目管理和运营服务在内的专项技术服务;时至今日,这类技术服务已伴随着国内咨询公司的成长而更多的是在国内直接提供。在我国的海外项目中,我们的国内咨询公司已经有能力按世亚行的经验,通过相关的技术援助项目提高环境工程和环境服务水平。 四、政策建议 环境工程及产业的发展,政府的政策和资金支持是决定性的。“走出去”战略的环境工程和服务,也需要政府强制性的政策约束和鼓励性的资金支持,具体建议如下: 第一、国家商务部会同国家环保部出台政策要求中国企业在海外的投资和工程建设中必须进行环境影响评价,并安排配套环境设施建设的投资和环境服务的采购;同时国家商务部与国家财政部、国家税务总局,对“走出去”中的配套环境服务给予资金、政策和税收优惠的支持。涉及中央企业的海外投资或工程的,由国家商务部会同国资委落实项目中的环境工程建设和服务的配套安排。 第二、国家商务部会同国家环保部及有关咨询机构进行“走出去”企业的环境责任教育;组织环境服务和环保产业企业在“走出去”方面的专业商务技能培训。 第三、在进出口银行、国开行等对外贷款项目中可以设计环境工程建设和服务的技术援助配套子项目,具体服务采购内容包括环境影响评价、环境设施规划和设计和环境服务等。 本文系民建中央副主席、中国通用技术(集团)控股有限责任公司董事总经理、总裁李谠同志在全国政协十一届五次会议上的提案。 环境工程方面论文:价值团队在环境工程项目中的组织设计研究 引言 价值工程(ve),又称价值分析(va)和价值管理(vm),产生于20世纪40年代末期,是一门技术与经济相结合的现代化管理科学。按照国标gb8223—87《价值工程基本术语和一般工作程序》的定义,价值工程是通过各相关领域的协作,对所研究对象的功能与费用进行系统分析。不断创新,旨在提高所研究对象价值的思想和管理技术。其目的是以研究对象的最低寿命周期成本可靠地实现使用者所需功能,以获取最佳的综合效益[1]。价值工程管理技术在美国、日本等发达国家公共领域和私人企业中的推广应用已经有几十年的历史,并取得了巨大成果。我国自1978年引入价值工程以来,价值工程的理论与实践应用有了一定的发展,但由于国家有关部门和专业人士对价值工程的重视程度不够,价值工程的应用领域还比较狭窄,仅仅局限于工业领域。同时,价值工程专业人才也十分缺乏。 随着政府和人民对环境的日益重视,我国环保事业进入了高速发展的时代。政府对水污染控制工程,大气污染控制工程,固体废弃物处理处置工程等环保项目的投资日益增大,从事环境工程的人才越来越多,竞争也就越来越强烈。然而纵观环境工程的发展历史,可以发现国家政府部门注重方针政策的制定与实施,科研工作者侧重于各种污染物处理技术的开发,而忽略了环境工程项目的经济效益问题。然而经济效益是除先进技术之外能够提高竞争力的关键因素。如何降低成本,提高环境工程项目的经济效益成为了环保工作者亟待解决的重大课题。而价值工程正是提高环境工程项目经济效益的有效手段。本文主要研究价值工程团队如何在环境工程项目中组织起来并且有效地运行,以促进价值工程在环境工程领域的应用。 1 价值研究团队在环境工程项目中的组织设计 从广义上说,组织是指由诸多要素按照一定方式相互联系起来的系统。从狭义上说,组织就是指人们为实现一定的目标,互相协作结合而成的集体或团体。为了使人们能为实现目标而有效地工作,就必须对组织活动进行设计。组织设计内容一般包括:组织形式;组织结构;团队成员的选择和组成;团队成员的任务分配等。 1.1 价值研究团队的组织形式—项目团队 价值研究团队可以通过项目团队的形式组织起来。因为价值研究实际上就是项目,它符合一个项目的所有标准:①它是独特的;②它是临时性的组织,受到预算、时间和资源的限制;③它是一个动态的过程;④它有一定的目标;⑤它强调团队合作精神;⑥有利益相关者参与决策;⑦团队成员的增减具有灵活性;⑧其工作结果具有不可逆转性;⑨它有着特定的委托人,即项目的资金提供者和结果需求者;⑩团队建设是团队成功的保证。因此,价值工程可以作为某个持续项目的一部分,或者作为完全独立的项目列入环境工程项目组织管理体系中。 1.2 环境工程项目的组织结构分析 项目组织是按照项目的目标以一定的形式建立起来的组织。项目组织由项目负责人领导,在规定的时间和资金范围内完成任务。项目组织成员由组织各部门专业人才构成。在项目规定时期内,所有成员仅向项目经理负责,不再听命于原部门主管的指挥,待项目完成后,所有成员再回到原组织单位。 项目组织结构从不同的角度去分类,会有很多种不同的结果。按目前国际上通行的分类方式,环境工程项目的组织结构可以分为职能型组织结构、项目型组织结构和矩阵型组织结构。 1.2.1 职能型组织结构 职能型组织结构亦称u型组织。它是按职能来组织部门分工,即从企业从高层到基层,均把承担相同职能的管理业务及其人员组合在一起,设置相应的管理部门和管理职务。具体地说,职能型组织结构的工程项目在高级管理者的领导下,由各职能部门负责人构成项目协调层,并由各职能部门负责人具体安排落实本部门人员完成相关任务。分配到项目团体中的成员在职能部门内可能暂时是专职,也可能是兼职。但总体上看,没有专职人员从事项目工作。项目工作可能只工作一段时间,也可能持续下去,团队中的成员可能由各种职务的人组成。职能型组织结构以智能部门为主体,资源相对集中,适用于规模小,以技术为重点,价值研究工作比较简单的环境工程项目。在此类环境工程项目中,推动价值研究工作的人可能是来自项目成本控制或者质量控制部门的价值管理专家。由于职能部门领导者价值工程专业知识的局限性,价值团队的规模比较小,价值研究工作也就不够系统,不够全面。 1.2.2 项目型组织结构 项目型组织结构就是将项目的组织形式独立于公司职能部门之外,由项目自行负责其具体工作的一种组织管理模式。项目的行政事务、财务、人事等在公司规定的权限内进行自主管理。项目型组织结构目标单一,决策速度快,结构简单灵活,易于操作,适用于大型、复杂或者刚开始应用价值工程的环境工程项目。此时,价值研究项目就可以作为独立的项目设置在环境工程项目中,项目经理由具有一定价值管理资质的专家担任。这样一来,价值研究工作就能够系统而全面的开展。 1.2.3 矩阵型组织结构 矩阵式组织是介于职能式与项目式组织结构之间的一种项目管理组织模式。在矩阵式项目组织结构中,参加项目的人员由各职能部门负责人安排,而这些人员的工作在项目工作期间,项目工作内容上服从项目团队的安排,人员不独立于职能部门之外,是一种暂时的,半松散的组织形式,项目团队成员之间的沟通不需通过其职能部门领导,项目经理往往直接向公司领导汇报工作[2]。矩阵型组织结构能够平衡目标,协调功能,避免资源重置,但项目成员往往处于多头领导状态,项目管理权力较难平衡。由于价值研究在定性分析和定量分析的基础上综合了环境工程的经济因素和技术因素,它在一定程度上可以协调成本控制部门和质量控制部门之间的矛盾,所以价值研究工作同样适用于矩阵型组织结构的环境工程项目。此时的价值研究工作同样可以设置为一个单独的项目,该项目可以由成本控制部门负责人、质量控制部门负责人或者直接环境工程项目总经理领导。 1.3 环境工程价值团队成员的选择和组成 价值团队的目标决定了团队成员的选择和组成。环境工程价值分析的目标是以最少的成本实现必要的使用功能,以提高环境工程项目的经济效益。因此价值团队成员必须包括价值工程专家、环境工艺设计人员、工程造价专业人员、施工部门人员、项目管理专家、技术专家和财会人员。在特定情况下,还需要项目总目标的提出者—业主代表的参与。 价值团队需要各个专业的人才,实现团队工作效果大于每个成员业绩的叠加的目标。因此团队成员的选择应该满足下面几个条件:①具有特定的专业技术能力;②具有较宽的专业知识面,对工程项目具有系统和整体的认识;③能克服狭隘的部门主义,站在整个企业的立场上进行方案设计;④具有团队合作精神;⑤具有一定的人际沟通能力;⑥具有很强的学习适应能力。此外,团队成员数量的多少也会影响整个团队的工作效率[4]。价值工程在环境工程中的应用是一个相对复杂的过程,如果团队成员过少,项目中的某些细节或关键问题和需要改进或创新的方面可能会被忽略,导致的直接结果是不能达到预定目标。相反地,如果团队成员过多,可能造成价值研究项目资金成本过大,讨论时间过多且较难达成一致,或形成“个人搭便车效应”。因此环境工程项目在价值团队成员的配置上,应该在必要的部门(如管理部门、设计部门、施工部门)里面选择精干人员。 1.4 价值团队负责人的选拔和工作任务 价值团队负责人就是监督价值团队成功得达到既定目标的人。根据之前的分析,在职能型组织结构中,价值团队的负责人由环境工程项目成本控制部门或者质量控制部门负责人担任;在项目型组织结构中,价值团队负责人就是具有一定价值管理资质的项目经理;在矩阵型组织结构中,价值团队负责人可由项目成本控制部门或者质量控制部门负责人担任,也可以直接由环境工程项目总经理担任。 价值研究工作的成功与否与价值团队负责人的关系极大,因此价值团队负责人的选拔和培训应该注重素质和能力两个方面,根据以往工程项目的组织建设经验,对于项目负责人的素质应该具有以下要求:①较强的技术背景;②成熟的人格;③讲求实际;④使项目成员保持振奋;⑤和高层主管有良好的关系;⑥有不同部门的工作经验;⑦临危不惧;⑧具有创造性思维;⑨把完成任务放在第一位。价值团队负责人的任务是复杂的,这就要求负责人具有高度的灵活性、适应性、领导能力、组织能力、协调能力、交流技巧、处理冲突与矛盾的能力,以及在激烈的竞争中和复杂的组织关系中求生存的能力。换言之,作为一个成功的价值团队负责人,需要有坚强的性格、高超的管理能力和熟练的技术手段。 和项目团队一样,价值团队会经过组建阶段、磨合阶段、规范阶段和成效阶段这四个过程。在组建阶段,价值组成员刚开始一起工作,对自己和其他成员的职责和角色都不是很了解,这时就需要价值团队负责人积极做好宣传工作,给团队成员讲述项目成功能够带来的效益,描绘美好蓝图,并给出时间和资金的限制,使团队每个成员对项目目标有全面的了解。随着成员对自己和合作伙伴角色与职能的了解,团队进入激烈冲突的磨合阶段,他们会发现现实与理想不一定完全一致,同事之间可能会发生利益冲突,资金和时间控制过于严格,实现目标的难度太大。这时候,价值团队负责人就应该积极与各个成员进行沟通,理解成员的抱怨,协调成员之间的关系,共同分析并解决他们所关注的问题。当团队经过共同努力度过了磨合阶段,成员相互理解,相互支持,密切合作,并且开始熟悉和适应新制度和工作程序,团队就逐渐趋于规范并具有一定的凝聚力。此时的价值团队负责人应该减少指导性工作,给予团队成员个性发挥的自由空间,使团队建立起互相让步、互相协作、互相帮助、互相关爱等团队协作的精神氛围。经过了规范阶段,团队的结构完全实现功能化,团队成员能够共同努力积极投入到当前的工作任务中,以较高的效率实现共同目标。在这一阶段,价值团队负责人应该关注成本和进度等具体工作情况,同时关注成员的成长和发展,对他们进行培训和辅导,并对他们的工作业绩作出评价。 环境工程方面论文:对具有行业背景的环境工程专业建设问题的思考 1 我国环境工程专业教育的历史、现状及毕业生就业概况 1.1我国环境工程专业教育的历史与现状简介 中国的环境工程本科教育始於上世纪70年代末,真正形成规模是在80年代末期,快速发展则处於高校大力扩招的90年代后期。起初,仅有少数工科高校设有环境工程专业,随着社会对环境工程人才需求的增加,环境工程专业逐渐在理、农、医、经、管等类学校出现,设置环境工程专业高校的比例也由起初的0.8%增加到26.6%。环境教育是随着环境保护事业的开展而起步,以社会的需求而发展。在中国高等环境教育中,环境工程本科教育起步最早,发展最快,从恢复高考时的7个专业点,发展到今天的202个专业点,由年招生量不足300人,增加到今天的近万人。环境工程教育为我国工业企业的污染治理,为保护和改善环境质量,也为实施可持续发展战略起了十分重要的作用。 1.2环境工程毕业生就业现状 根据国家环保局和国家教委联合主持的“中国高等环境教育发展战略研究”课题组於1998年提交的研究报告来看,该报告从3个方面对我国环境工程专业人才需求情况进行了预测:2000~2010年,我国环保局系统对环境工程专业人才年均需求量为0.36万人;环保产业对环境工程专业人才需求量为0.76万人;各行业,特别是冶金、化工、建材、医药、轻工、纺织、印染等行业将加大污染控制力度,推行清洁生产工艺,实施环境标志,预计对环境工程专业人才需求量为0.35万人。综合上述3方面社会对环境工程专业人才预测结果,我国2000~2010年对环境工程专业人才的年均需求量为1.47万人。 然而,在目前各种毕业生供需见面会上,环境工程专业人才却倍受冷落。近年来环境工程本科毕业生一次签约率(校均)逐年下降,考研率(校均)逐年升高。不少地方一般院校出现招生规模大,就业地域范围小,就业单位层次低的现象。其原因主要有:(1)企事业单位对环境工程本科生的要求更高了,环境专业岗位是典型的“越老越值钱”,一般设计院招聘的环境工程师,都会注明需要几年从事相关工作经验。而作为一名刚跨出校门的环境工程本科毕业生,缺乏实际的工作经验,动手能力不强,尚不能独挡一面;(2)按“复合型”人才衡量,不少环境工程本科生知识面仅局限於工科之间,工作水平不高,尤其缺乏社科人文知识,英语水平不佳,影响其与一些国际公司的交流和合作;(3)有些院校环境工程本科生使用的教材过时,平时接触的信息媒介有限,对环保领域的最新技术进展了解不够多ⅲ。 另一方面,受政府机关改革及其它环境类专业毕业生增加的共同影响,环境工程本科毕业生进入政府机关的比例逐年降低。随着改革的深入和对外开放的扩大,民营企业、合资或外资企业对环境工程人才需求在增加。 2 我国煤炭行业面临的主要环境问题 煤炭行业作为我国支柱型产业,对国民经济的发展和社会进步做出了突出贡献。煤炭作为我国主要能源,占一次能源构成的70%左右,在今后10~20年内不会改变。目前,我国约75%的工业燃料和动力,85%的化工原料和绝大多数的民用燃料依靠煤炭。但是,长期以来在煤炭开采和加工过程中对环境和生态造成了较大的影响。 2.1煤炭开采引起的主要环境以及生态问题 1)煤矿区水资源与水环境问题。(1)对地表水的污染。矿井废水中悬浮物等污染物浓度较高,特别是流经含硫铁矿煤层的矿井水,酸性很大。据矿区的矿井废水抽样检测,其悬浮物浓度平均值为280毫克/升,化学耗氧量浓度平均值为520毫克/升,硫酸根离子浓度高达2500毫克/升,最低ph值为2.7。这类矿井废水还混入了大量煤尘和有害元素等污染物,如不经处理就外排,将严重污染地面水体,淤塞河道和农田渠道,造成土壤板结,影响农作物生长;(2)造成地表水资源枯竭。由於在煤炭开采过程中将矿井中的地下水外排,形成了一个以矿井为中心的降落漏斗。煤层顶板以上的地下水向矿井中汇流,然后被疏干,导致地下水位下降,地表水干枯,使当地居民吃水、用水困难,引起煤矿区的排水与供水的突出矛盾。 2)引起次生地质灾害。我国煤炭行业以井下开采为主,往往造成采空区上覆岩层的承载能力下降,依次发生地表沉陷、裂缝及顶板冒落等现象,最终形成一个采煤塌陷区。地表塌陷已成为煤炭开采对土地破坏的重要方面。塌陷改变了地表原有地貌形态,使矿区地表成为相对独立的沉陷盆地单元。地表塌陷使矿区长期稳定的地质环境受到破坏,极易引发崩塌、滑坡、泥石流等次生地质灾害,对地表建筑物、农田造成破坏。 3)煤矸石堆放引起的环境问题。占用大量土地:煤矸石是采煤过程中产生的固体废弃物,一般就近露天堆放,形成高大的煤矸石山,据不完全统计,我国每年排放煤矸石约1.5~2.0亿吨,累计堆存量达50亿吨。全国现有煤矸石山5000多座,占地150km2,引发矿地矛盾。(1)降低土地利用率:随着堆存量的不断增加,一方面会占用矿区大量的土地面积,另一方面还会影响比堆放面积更大的土地资源,使得周围的耕地变得贫瘠,不能被利用;(2)污染大气环境:堆积的煤矸石不仅会产生大量粉尘,而且其风化、雨蚀、自燃后的风化层物质如co、so2、h2s、nox等有害气体,在风力作用下进入大气会严重污染大气环境,给人类健康造成危害;(3)污染周围水环境:在雨水的冲刷下,煤矸石中含较强酸性的矸石淋溶水渗入地下,对水体环境造成污染;个别地区矸石中还含有重金属及放射性元素,重金属受雨水的冲刷、淋溶等作用释放到地表水和地下水中,造成水体的重金属污染,污染周围土壤及地下水环境㈨:(4)危害人民生命财产安全:煤矸石堆积过高,坡度过大,容易形成坍塌、滑坡和泥石流等灾害,造成附近土地被埋,建筑物被毁,危及居民生命财产安全。 4)煤矿开采对生态环境的破坏。(1)对森林植被的破坏:煤炭开采需要大量木材,按万吨煤炭产量平均消耗坑木150立方米计算,仅煤炭开采业一年就需消耗木材约10万立方米,如此大的木材缺口迫使煤矿多渠道收购木材,助长了乱砍滥伐,使育伐比例失调;(2)对森林生态系统的破坏:煤矿开采还会造成林地水分亏缺,严重影响森林生态系统的物质循环和能量流动。森林植被的大量破坏会使森林生态系统的整体效益大大降低;(3)二次扬尘污染问题:煤炭有相当一部分靠汽车运输,撒漏现象非常严重,不仅大量煤炭流失,同时使道路煤尘飞扬。 我国面临的煤炭行业引起的环境问题是异常严峻的,控制煤矿区环境污染、改善环境质量的任务十分艰巨。 2.2煤炭行业面临的环境工程任务 为有效防治煤炭开采过程中产生的环境污染和生态破坏,使煤矿区的生态环境逐步步入良性循环的轨道,煤炭行业面临如下的环境工程任务: 1)加强矿区水资源管理与水环境治理。一方面,针对矿井水主要污染物的特点,采取相应的治理措施:另一面,对已老化、坏损的废水治理设施、设备进行修复和改造,确保矿井废水长期、稳定达标排放。 2)矿井外排废水的利用。部分煤矿虽然停止了采煤,但仍有矿井废水外排。主要是部分煤矿的采煤巷道间接相通,矿井废水全部从标高最低的井口外排,并将原有老巷道岩石断层和风化层中硫铁矿中的铁离子等浸取出来,导致废水中铁离子和硫酸根离子的浓度很高,严重污染水体环境。所以,必须建立相应的处理设施对废弃矿井外排的废水进行治理,以达标外排。 3)搞好煤矸石的合理处置与资源化。将煤矸石用於发电、从煤矸石中回收煤炭作为原料生产化工产品以及将煤矸石作为生产建筑材料使用是有效利用煤矸石的途径。煤矸石的综合资源化利用不仅治理了矿区的环境问题,还带来了巨大的经济效益。但相比於煤矸石的存储量,其综合利用量仍很小。可采取的措施是:提高煤矸石发电的综合利用量;用煤矸石代替粘土制砖:煤矸石回填处置。 4)做好矿区植被恢复和矸石堆场的土地复垦。目前较为普遍的矿区植被恢复工作主要包括4个方面:植物选择、配置方式、种植技术及栽后管护等。根据矸石山总体风化程度和复垦工程的要求,将矸石山风化程度分为3类:(1)风化程度好,可直接复垦;(2)风化度稍好,但次於第一类,需盖薄层土(2~5厘米)后才能复垦;(3)风化度差,难以复垦。 根据不同的煤矸石风化条件,进行3个阶段的综合治理。(1)基础工程。整治煤炭开采引起的地表破坏及煤矸石占地,保持水土,采用各种方法加速养分积累;(2)栽培植被工程。选择适宜的树种、草种;多种树种、草种搭配混栽;密集种植;(3)保护及管理工程。栽种初期采取封山措施;观察植被生长情况采取补救措施;浇水、施肥促进植被生长;秋冬季节进行防火措施。 解决好煤炭生产、利用与环境的关系,已经成为可持续发展的大事。 3 原煤炭高校的环境工程本科生专业建设探讨 高等院校的专业建设包括专业现状分析、专业建设指导思想和定位、专业建设目标、专业建设内容与措施、专业建设预期效果分析。专业建设内容又包含教学基础设施建设、师资队伍建设、人才培养方案设计、课程建设、实践教学体系建设、教风与学风建设。在专业建设中,其中的专业建设定位事关重要,它关系到毕业生的就业,也是专业建设的特色所在。 3.1专业建设定位的基础性工作 专业建设应当有充分的依据,才能获得明显的成效。进行专业人才的市场调查和分析是专业建设和定位的重要的基础性工作,可分以下4个方面进行。 1)市场调查——专业定位的基础。不了解社会需求,学校的办学就成了无的放矢、闭门造车,所培养的学生就不可能适销对路。市场调查主要从以下几个方面着手:一是社会对本专业人才的需求情况,包括学历、素质、能力、知识等:二是国内同类院校相同专业的情况,包括专业定位、专业优势、专业特色等;三是专业自身情况,包括师资队伍水平、科研实力、教学环境与条件等。通过调查掌握了足够依据方能对症处方。 2)市场细分——专业定位的前提。市场细分是指在足够量市场调查的基础上,依据社会对某专业需求的差异性,将整体市场划分为若干个子市场的过程。市场细分的目的是为了选定目标市场。进行市场细分的依据是社会对本专业人才需求的差异性,这种差异性是通过市场调查得知的。 3)目标市场——专业定位的关键。目标市场指高校某专业拟占领的那个(些)子市场,亦即服务面向。在确定目标市场时,首先要考虑社会对人才的需求,要以社会需求为导向培养出适销对路的大学生;其次还应考虑自身优势,要在权衡本单位教师、学生的实际情况及办学软硬件条件等的基础上,扬长避短;此外还应兼顾本单位的发展潜力,要与时俱进。目标市场的确定,既要考虑社会需求,又要兼顾自身优势与发展潜力,在三者的动态平衡中确定。目标市转贴于 场的确定是专业定位的关键。一所高校,如果目标市场不明确、专业定位不准确,所有的教学活动都将变成无的放矢、功亏一篑。 4)专业定位——专业建设的方向。专业定位指高校拟使自己的专业在社会上具有生存与发展的空间位置。常见的定位策略主要有:(1)拾遗补缺定位策略。这是专钻空隙的一种定位策略,一般适用於实力相对弱小的专业;(2)迎头定位策略。又称竞争定位策略,这是一种针锋相对的定位策略,一般适用於实力相对较强的专业;(3)突出特色定位策略。这是一种高人一筹的定位策略,一般适用於有明显特色或容易形成自身特色的专业。专业建设是高校竞争制胜的法宝,只有搞好专业建设,一所高校才能赢得高的知名度与美誉度,才能受到社会的好评。 3.2对原煤炭高校环境工程专业建设的建议 1)原煤炭高校的环境工程专业设置概况。尽管国家部委机构几经改制,但高校与原始的行业隶属关系总是客观上存在“藕断丝连”。高校的专业建设也最容易在原属的行业中突出特色,否则较为困难。据中国矿业大学冯启言教授统计,截止日前,原煤炭高校中有13所院校设置了环境工程(或环境科学)专业,其中8所院校具有环境工程(或环境科学)硕士学位授予权,有6所院校具有环境工程(或环境科学)博士学位授予权(表1)。煤炭部门和行业需要的环境类专业毕业生,首选的还是这些院校相关专业的毕业生。 2)对原煤炭高校环境工程专业建设的几条建议。鉴於以上对煤矿区主要环境问题及环境工程任务的分析、原煤炭高校环境工程专业的设置情况以及目前环境工程专业毕业生的就业形势,对原煤炭高校环境工程专业建设提出以下建议:(1)积极对煤炭行业的环境工程专业人才需求、专业方向进行调查分析,认真确立环境工程的专业定位,注意专业特色的建设;(2)在环境工程专业的课程体系上,应在教育部环境工程专业指导分委员会确定的环境工程专业9门核心课程的前提下,针对煤炭行业的主要环境问题,增设相关课程,明确培养目标;(3)煤炭行业主要环境问题是:水资源与水环境问题、煤矸石问题、次生地质灾害与土地破坏问题。为此,在课程体系建设中,应注重矿区水资源、水环境工程能力的培养,煤矸石固废处置与资源化工程能力的培养,矿区土地复垦与植被修复工程能力的培养。 为了使环境工程专业毕业生的就业有一个改善,最有效的途径是积极开展环境工程建设的专业定位,明确专业方向。本文的探讨内容,对其它行业背景的环境工程专业建设均具有借鉴意义。 环境工程方面论文:环境工程微生物学 研究型教学改革初探 摘要:“环境工程微生物学”是环境科学、环境工程及市政工程等本专科专业的一门非常重要的专业基础课。 该课程属于多学科交叉、发展速度快和应用性广泛的新兴边缘学科,在构建创新型国家的大趋势下,结合本学科的特点,以学生为主体,以课程内容为基础,通过近三年的研究型教学发现:该模式能够激发学生的学习兴趣和创新热情,培养学生的创新能力和综合素质,大幅度地提高该课程的教学水平和教学效果。 关键词:环境工程微生物学;研究型教学;改革 随着互联网的横空出世和全球科技的高速发展,人类社会已进入日新月异、突飞猛进的跨越式发展阶段,全球呈现知识经济和一体化特征,创新已成为当代社会发展的主要动力之一。总理曾指出:“要推动中国经济在更长时期内全面协调可持续发展,走上创新驱动、内生增长的轨道,就必须把建设创新型国家作为战略目标”。 法国文化教育学家斯普朗格所言,教育的最终目的不是传授已有的东西,而是要把人的创造力量诱导出来,将生命感、价值感唤醒,一直到精神生活运动的根……[1]。高校研究型教学是指以学生为主体,以课程内容为基础,教师引导学生创造性地运用知识,自主地发现问题、研究问题和解决问题,激发创造热情,培养学生创新意识,训练学生创新思维能力的新型教学模式。因此,培养具有创新意识和创新能力的高素质复合型人才成为高校现时代的历史重任,实施研究型教学是实现这一目标的重要内容。 环境工程微生物学是微生物学的分支学科,是微生物学、环境科学、环境工程及市政工程等本专科专业的一门非常重要的专业基础课,其特点是涉及面广、发展迅速并具有很强的实践性和应用性[2],对其进行研究型教学改革当属责无旁贷,现就我们近三年来在该课程的研究型教学改革方面所做的探讨和体会谈一下。 一、详细讲解环境工程微生物学的绪论部分,本章节用课时2学时 课堂讲授中先提问学生生物体基本的生命特征,然后仅添加微小概念,即得微生物概念;精讲显微镜的发明史和微生物学的发展史,通过这些经典的科学发展史料,使学生认识到科技创新是学科发展的基础,是人类认识自然、改造自然和利用自然的的源动力,然后在老师的引导下让学生例举各类微生物并归纳其基本特征。对环境工程微生物部分,要重点讲解环境中的主要微生物种类、微生物与环境之间的关系、微生物对环境的危害及人类利用微生物保护环境的实例,如淡水水华危害、环境污水处理、有机垃圾发酵沼气等,使学生对该课程学习的重要意义和应用性有一个清晰的认识,并激发学生学习该课程的兴趣。 二、扼要讲解环境工程微生物的主要种类、生理代谢、生长繁殖及遗传变异,可用总学时的四分之一 在教学过程中,以老师引导性提问和学生回答为主要教学模式,精讲教学内容中的科研史料,使学生在学习专业知识过程中也学习了相关的科研方法;另外,对于分子生物学的发展历程要予以祥讲,尤其是基因工程,例举一些基因工程菌种种质改造作为实例,让学生掌握微生物学研究的最新成果和技术。 三、精讲微生物生态学,可用总学时八分之一 微生物具有适应环境的能力及在一定的程度上影响环境,环境是微生物生长发育、繁殖进化的基础,适者生存,不适者则被淘汰。研究微生物与其生存环境之间的关系即为微生物生态学,生态系统是在一定时间和空间范围内由生物与它们的生境通过能量流动和物质循环所组成的一个自然体。在教学过程中,该部分讲解以老师引导性提问和学生回答为主要教学模式。 四、详细讲解环境微生物对环境的危害、微生物在治理环境污染物中的作用,可用总学时的四分之一 该部分从微生物对环境影响的正反两个方面进行讲解,在该课程的教学过程中占有很重要的地位。老师在讲清基本原理的基础上,指导学生现场参观有关的自来水净化处理厂、城市污水处理厂(好氧活性污泥法)、工业废水处理厂及城市有机垃圾发酵沼气发电厂等应用性企业,使学生的学习从学科理论学习到亲身感受该学科相关的实际应用,从而强化学生对该学科应用性的理解,激发学生对该学科的兴趣。 五、加强实践教学及科研实验活动,可用总学时的四分之一 实验课是在特定实验条件和有限的学时下,重现自然现象的一项实践性活动。通过实验课不仅可以帮助学生理解学科的专业理论知识及基本技术,而且能够提高学生创造性和动手能力,是提高学生综合素质的有效方法,也是实现研究型教学必不可少的一个重要环节。在该课程的研究型教学过程中,我们安排了四个能够覆盖该课程主要内容的实验:微生物形态观察,微生物染色,实验室微生物培养基的制备和灭菌,当地水源水水中细菌总数测定。 在大一学生中优选5名学生参加教师的有关环境微生物科研项目,由于该课程是在大二第二学期开设,当届参加科研活动的同学在课堂上报告自己的科研进展,重点讲解自己的科研立项、科研准备、科研过程、科研过程所遇到的困难及解决方案、科研结果及意义等内容,时间约为30分钟,另有20分钟的时间进行集体讨论;该报告及集体讨论,能够让全体同学在有限的科研条件下已不同的方式参与本专业的科研活动,体验科研过程,使同学们的科研能力得到不同程度的提高。 六、教师要加强自身的科研工作和教学研究 教育大计,教师为本。教师应适应时代要求,变革以讲授为主的传统教学模式为研究型教学模式,这是实施创新教育的基础。没有一流的教师,就不会有一流的大学;没有高素质的教师队伍,就不会有高水平、高质量的创新教育;提高高等教育质量的主导力量是大学教师,实施研究型教学模式是培养高素质创新人才的教育保障,是构建创新型社会的根本需要。 环境工程微生物是一门涉及微生物学、工程学、环境科学、经济学等新兴的边缘学科,具有很强的实践性和经济性,要将该课程按照研究型教学进行教学,教师应该做到以下几方面:第一,透彻理解课程内容,精通教学理论,要有丰富的教学经验,使自己在教学过程中游刃有余。第二,深入钻研本专业的有关科研工作,及时将与课程有关的科研项目进展情况介绍给学生,其内容包括选题、立项、科研准备、科研过程、难题解决、成果,使学生能够感受教师的科研过程,学习有关的科研方法,培养学生的创新意识。第三,不断学习该学科新理论、新技术和新成果,并及时向学生介绍本专业的前沿动态,使学生了解学科发展。第四,大胆探索该课程的研究型教学方法。建立科学的教学评价体系,使该课程的教学过程真正实现在老师的指导下,以学生为主体,有效的培养学生创新能力和大幅度提高学生的综合素质,达到该课程研究型教学法的预期目的。 总之,环境工程微生物学是一门多学科交叉、应用性强和发展速度快的综合性学科,是微生物学、环境科学、市政工程等本专科专业的基础课,经过近三年的研究型教学探索,学生对该课程的兴趣、创新能力和综合素质均有显著提高,获得了学生和学校的肯定。以上是我们在这方面的一些初步探索和看法,还有待在教学实践中不断充实完善和改革提高。 环境工程方面论文:环境工程中化工废渣磷石膏污染的治理探讨 化工废渣是指化学工业生产过程中排出的各种工业废渣。由于化工生产过程中所用的原料种类、反应条件和二次回用方式等的不同,使得产生废渣的化学成分和矿物组成等均有较大差异。国家经贸委的《资源综合利用目录》介绍的化工废渣包括:硫铁矿渣、硫铁矿、煅烧渣、硫酸渣、硫石膏、磷石膏、磷矿煅烧渣、含氰废渣、电石渣、磷肥渣、硫磺渣、碱渣、含钡废渣、铬渣、盐泥、总溶剂渣、黄磷渣、柠檬酸渣、制糖废渣、脱硫石膏、氟石膏、废石膏模等。就其中的磷肥渣而言,2001年12月,我国加入了世界贸易组织(wto)后给我国磷复肥工业带来了极大的挑战和机遇。国家各有关领导部门对磷复肥工业十分重视,在政策上给予了各种支持,使我国磷复肥行业一直保持着产销两旺的好势头, 显示了较强的应对入世能力。根据农业部的统计资料,2002 年全国施用化肥433915万吨(折纯),其中磷肥71212万吨p2o5,复合肥104612万t (n+ p2o5+ k2o)。复合肥中氮磷钾比例如果按1:1:1 计算,其中含有磷肥约348.7 万吨p2o5。因此,2002年我国总的磷肥施用量合计约1060.9万吨p2o5,而对我国今后磷肥需求量的预测如下(见表1)。 由此可看出,我国对磷肥的需求很大。而磷肥、磷酸生产企业排放的固体废弃物-磷石膏截止2004年累积量已超过22 000 kt,只有大约27.7%得到了再利用。从而可看出,化工废渣的无控制排放已经形成较大的污染源。2004年,我国较大的固体废物污染事件共47 次,绝大部分是由工业固体废物混乱管理引起;而且在2005年12月到2006年1月两个月内,环保总局通报的6起突发环境事件中,也有2起事件是由化工废渣的无控制迁移扩散引起。因此,化工废渣的回收利用越来越受到相关部门的重视。本文就化工废渣磷石膏的治理进行了探讨。 1 磷石膏的环境问题 磷石膏一般为浅黄、浅灰或黑灰色的细粉状固体,含水率20%~30%,容重0.733%~0.800%g/cm3;粘性较大、流动性差,呈酸性,略有异味;主要成分为caso 4·2h 2o。并含有少量的sio 2、s 2o 3、fe 2o 3、cao、meo,微量的重金属离子及放射性元素及未分解的磷矿粉p2o5f-和游离酸等杂质。随着高浓度磷复肥、磷酸和洗涤剂工业的迅速发展,磷石膏废渣急剧增加(每生产1t磷酸约排放5t磷石膏)。2004年,世界磷石膏年排放量达2.8亿t,我国已超过2200万t,大多数处于无控排放状态。这么大的废弃物大量占用土地,一旦泄漏,一般其污染半径是堆存地半径的几十倍,甚至上百倍,并且在堆积过程中易与周围环境发生物理化学作用,形成新的物质形态,进入地下水系统,并随之迁移,流向水源地或天然排泄区,造成环境污染。对周边原生的生物多样性产生致命影响,生物多样性丧失后,受损生态系统的恢复会变得极其缓慢,同时由于渗滤液对下游和周围地区产生污染,也间接影响到周围地区的生物多样性。 2 磷石膏的治理和资源化利用 2.1 用于工业生产 通过对磷石膏进行预处理改性,代替天然石膏应用于水泥工业、石膏建材制品的生产中。singh 等采用柠檬酸溶液(3%~4%)来纯化磷石膏,并用于制造水泥和石膏肥料,纯化过程使得石膏中磷酸盐和氟化物转化为水溶性的磷酸、柠檬酸钠、铝酸盐、氢氟酸、高铁酸盐等而去除,纯化后的磷酸盐与矿物石膏制成的水泥质量较好。 2.1.1 生产低碱度水泥 它是以磷石膏、石灰石和矾土为原料,在立窑中烧制的硫铝酸盐水泥熟料,其主要矿物为无水硫铝酸钙(约65%)和硅酸三钙(约25%),外掺磷石膏和石灰石磨制而成。工厂实践表明,该水泥具有早期强度高、硬化快、碱度低、微膨胀等特性,成本低于硅酸盐水泥,用该水泥制造的玻璃纤维增强水泥制品具有重量轻、强度高、韧性好、耐火、耐水、可锯、可钉、不翅曲、不变形等优点,现已经广泛用于制造“grc”轻质多孔板。 2.1.2 用作水泥缓凝剂 磷石膏中的杂质会推延水泥的初凝时间,使其强度下降,故在用作缓凝剂之前,应参照如下方法对其进行适当改性:①水洗处理:将磷石膏以水膏比为(3-5):1的比例混合,搅拌静置,去除上层悬浮物;②将磷石膏煅烧,再用石灰中和,最后水化;③将干燥后的磷石膏加石灰中和,再入窑煅烧,再水化;④将磷石膏自然晾晒半年左右;⑤将磷石膏与窑灰、石灰或电石渣搅拌中和,使其含水量降至9%左右,再加压成型;⑥用柠檬酸处理磷石膏,把磷、氟杂质转化为可水洗的柠檬酸盐、铝酸盐以及铁酸盐。 日本在水泥厂设计之初就考虑应用磷石膏缓凝剂技术,现在75%的磷石膏已被用来生产水泥缓凝剂。1999年我国铜陵化工集团投产了一套100kt/a的水泥缓凝剂装置,用户反映良好。杭州水泥厂、马鞍山水泥厂、上海水泥厂的实践表明:用改性磷石膏代替天然石膏作缓凝剂,水泥强度高、后期强度大,且能降低生产成本。 2.2 用于化工原料生产 主要用于硫酸、硫酸铵、硫酸钾、硫脲和碳酸钙以及其他相关产品的生产,从而弥补我国硫资源的不足。 2.2.1 用磷石膏联产硫酸 该工艺的原理是将磷石膏高温分解,所得so 3用于生产硫酸,工艺过程主要由磷石膏干燥、脱水、煅烧、水泥烧成、so 2净化、so 2 转化吸收等工序组成,其优点是:①磷石膏中的钙和硫得以充分利用;②磷石膏被消化而不产生二次废渣;③控制好制酸尾气吸收,可实现尾气达标排放;④副产的硫酸用于磷酸生产,减少了硫酸外购和运输量,降低了产品成本。缺点是生产设备效率低、投资大、能耗高。 2.3 作土壤改良剂及肥料 磷石膏呈酸性,ph值为1~4,可作盐碱地、红壤旱地的土壤改良剂。可用于生产硫酸钾、硫酸铵并联产硫酸钾铵和氮磷钾复合肥料。 多年来,国内农科院所不断进行了磷石膏改良土壤的试验研究,结果表明:磷石膏是一种良好的硫肥,施用后对油料作物(如花生、油菜、大豆、芝麻、向日葵等)的增产约为15%~30%,每亩盐碱地ph = 9施用300~1600kg 磷石膏,改良效果可延续8~10 年;此外,将磷石膏和尿素在高湿度下混合、干燥,可制成吸湿性小而肥效比尿素高的长效氮肥———尿素石膏[caso 4·4co(nh 2)]2,这种肥料可减少氮的挥发,提高氮肥的利用率。 3 结语 对于化工废渣问题的解决,单靠末端治理并不能从根本上解决问题,最重要的一条是倡导化工企业进行清洁生产,只有这样,才能真正意义上实现化工废渣的减量。同时,加强化工废渣的危害性教育,从而在生产过程有意识的减少其排量。 环境工程方面论文:阐述生物表面活性剂在环境工程中的应用 生物表面活性剂是微生物在一定条件下培养时,是以分泌物在代谢过程中充当表面活性产物。与化学合成表面活性剂相比较,生物表面活性剂具有着诸多的优势与个性化特征,如在使用的时候其结构多样性和生物可降解性以及在使用的时候不受环境的限制和影响等。由于化学合成表面活性剂受原材料、价格以及在工作中产品性能问题的影响,使得在生产中容易出现严重的环境危害和污染现象,使得人类在生活中对环境和健康意识不断增加,尤其是在近几十年来,随着我国改革开放以来,社会呈现出平稳发展趋势,人们生活水平的提高促使人类对健康和环境意识的要求增加,这也就促使了生物表面活性剂应用方法的不断增加,国内对生物表面活性剂的研制和开发应用起步较晚,但是由于近年来的大力重视,使得其在发展中也拥有者一定的优势,从而促使在生物工程中提高生物工程的效率和使用价值。 1、生物表面活性剂的种类及其生产菌 1.1 种类 生物表面活性剂是表面活性剂发展优化形成的产物,是微生物素哟产生具有移动表面活性的生物大分子物质,与过去的化学成分相比较有着天然优势,其适用于目前的是由工业和环境工程之中。化学合成表面活性剂通常是根据它们的极性基团来分类,而生物活性表面剂主要是通过加强保护环境要求为依据来促使其环境工程中的应用前景。 1.2 生物表面活性剂的生产菌 大多数生物表面活性剂是细菌、酵母菌和真菌的代谢产物。这些生产菌大多是从油类污染的湖泊、土壤或海洋中筛选得到的。如banat等从油泥污染的土壤中分离得到两株生物表面活性剂的菌株:芽孢杆菌ab-2和y12-b。列出了一些主要的生物表面活性剂的种类及其生产菌。 2、生物表面活性剂的生产 目前,可以通过两种途径生产生物表面活性剂:微生物发酵法和酶法。采用发酵法生产时,生物表面活性剂的种类、产量主要取决于生产菌的种类、生长阶段,碳基质的性质,培养基中n、p 和金属离子mg2+、fe2+的浓度以及培养条件(ph、温度、搅拌速度等)。 与微生物发酵法相比,酶法合成的表面活性剂分子多是一些结构相对简单的分子,但是其在使用的时候同样能够促进活性剂的表面活性增加,其主要的优点在与在生产的过程提取奋勇较低,对各种产品的改良措施较为方便,并且能够及时的针对其中存在的各种问题进行分析,提出合理有效的控制措施和方法。尽管现阶段酶制剂成本较高,但通过基因工程技术增强酶的稳定性与活性,有望降低其生产成本。 3、生物表面活性剂的提取 发酵产物的提取(也称下游处理)费用大约占总生产费用的60%,这是生物表面活性剂产品商业化的一个主要障碍。生物表面活性剂的最佳提取方法随发酵操作及其物理化学性质的不同而不同。其中溶剂萃取是最常用的提取方法,利用甲基-叔丁基醚萃取红球菌生产的生物表面活性剂,可以获得较高产率10 mg/l。 4、生物表面活性剂在环境工程中的应用 许多化学合成表面活性剂由于难降解、有毒及在生态系统中的积累等性质而破坏生态环境,相比之下,生物表面活性剂则由于易生物降解、对生态环境无毒等特性而更适合于环境工程中污染治理。如:在废水处理工艺中可作为浮选捕收剂与带电胶粒相吸以除去有毒金属离子,修复受有机物和重金属污染的场地等。 4.1 在废水处理工艺中的应用 用生物法处理废水时,重金属离子对活性污泥中的微生物菌群常会产生抑制或毒害作用,因此,在用生物法处理含重金属离子的废水时须进行预处理。当前,常用氢氧化物沉淀法除去废水中的重金属离子,但其沉淀效率受氢氧化物溶解度的限制,应用效果不甚理想;浮选法用于废水预处理时又常因所用浮选捕收剂在其后续处理过程中难降解(如化学合成表面活性剂十二烷基磺酸钠),易产生二次污染而受限制,因此,有必要开发易生物降解、对环境无毒害的替代品,而生物表面活性剂恰好具有这一优势。但是,国内外对这一方面的应用研究很少,直到最近才有报道。 4.2 在生物修复中的应用 在利用微生物催化降解有机污染物,从而修复被污染环境的过程中,由于所使用的生物表面活性剂可以直接使用发酵液,能节省表面活性剂的分 离提取和产品纯化成本,因此,生物表面活性剂在现场生物修复有机污染场地的应用潜力很大。国外对生物修复的研究大约起始于20世纪80年代初期,至今已有大量成功的工程实例。如harvey等[11]将铜绿假单胞菌生产的海藻糖脂,加入exxon valdez号油轮在阿拉斯加威廉王子海湾造成的原油泄漏污染的海水中,大大提高了原油的降解速度。这也是目前为止规模最大的实际应用中最成功的现场生物修复。而在国内还未见有将生物表面活性剂成功用于环境污染物治理方面的报道。 5、展 望 目前,生物表面活性剂只有少数产品走向市场,大多数品种处于实验研究阶段,还没有进行大规模的工业化生产,这主要是由于它的生产成本较高。据估计生物表面活性剂是化学生物表面活性剂成本的3~10倍。为了开发生物表面活性剂的应用潜力,降低其生产成本是当前研究开发的热点和主要目标。决定生物表面活性剂生产成本的主要因素有原料、发酵工艺和下游技术等。因此解决问题的途径有如下三种:(1)通过选育高产菌株、构建基因工程高产菌;发展快速检测表面活性剂高产菌株并评价其潜力的方法;(2)找到廉价发酵原料、改进发酵工艺、用先进的下游技术等方法提高生物表面活性剂的发酵产率和提取得率,从而大大降低它的生产成本;(3)利用生物表面活性剂的特殊性,开发出它的二次产品,提高其附加值。如用于化妆品、食品、制药等行业。 6、结束语 生物表面活性剂是最近发展起来的一类新型表面活性剂,它具有降低表面张力的作用,对环境无毒害,且生物降解性能好,属于天然添加剂。除了在石油工业和环境工程等一些特殊领域受到重视外,随着生物技术和相关技术手段的快速发展,生物表面活性剂的价格将逐步降到消费者可以接受的水平,越来越广泛地应用在食品工业、精细化工、医疗卫生等行业,与我们的日常生活密切相关。生物表面活性剂及其应用研究将有广阔的发展前景。 环境工程方面论文:环境工程建设的难点及应对措施探讨 随着我国经济的快速发展,人们对物质生活和精神生活水平要求的提高,国家、省市各级政府越来越加强对环境工程的管理,污水、垃圾、公园建设等都被列入政府重点工程进行检查,透视,也加大了对城市环境基础设施建设的投入,环境建设的基础设施水平也得到了提高,污水处理率、生活垃圾处理率、建成区绿化覆盖率也都有了一定的提升,大气、水环境质量对比以前有了显著的改善。 一、环境工程的含义 环境工程是研究和从事防治环境污染和提高环境质量的科学技术。环境工程同生物学中的生态学、医学中的环境卫生学和环境医学,以及环境物理学和环境化学有关。由于环境工程处在初创阶段,学科的领域还在发展,但其核心是环境污染源的治理。相应方面的科学研究也已经出现,环境工程学便是其中的一门学科。环境工程的内容大体上包括大气污染防治工程、水污染防治工程、固体废弃物的处理和利用工程,以及环境污染综合防治、环境系统工程等方面。 二、环境工程建设的难点 1、城市的污水处理不完善 城市生活的污水主要有三个来源:生活污水、工业废水和城市径流污水。其中,城市的生活污水是城市污水的主要来源。生活污水主要来自于家庭、商业区和城市的卫生公共设施等等。这些地方产生的粪便、洗涤污水经由城市的排水道进入地下污水区。对这部分的污水进行处理主要采取的办法是把它们送到城市的污水厂进行相应的处理之后再排放出来。这部分水具有明显的周期循环使用特点。城市当中的工业废水在城市污水当中也占有一定的比例。工业污水在全国各个城市当时的分布是不一样的,那些以工业为主的城市,污水排放相对严重些。对城市工业污水的处理要求更为严格,因为这部分污水当中含有大量对人体有害的腐蚀性、难化解的污染物。需要采用更为科学的技术手段进行处理。最后的一个污水来源主要是城市径流污水。他们具有比较明显的季节特点和复杂的成分。主要是由城市上空的大气污染物对大气的影响造成的,也有一些是地面上的垃圾和废物经由流过城市的河流造成的。城市环境工程建设当中,污水的处理是一个很重要的方面,但是,目前存在的问题主要是污水处理实施比较落后,在每个区域建设当中存在着很大的不平衡性。污水处理不及时,污水的回收率差,没有进行集中处理等等。这些都是城市环境工程建设面临的重大问题。 2、生活垃圾没进行分类处理 随着城市的不断发展,城市人口的比重不断加大,城市生活消费得到了很大的提高,也因此而带来了很大的城市生活垃圾处理问题。城市生活垃圾来源有很多方面,包括家庭生活垃圾、商场垃圾、餐饮服务行业等等方面的垃圾。据调查统计资料显示,大型城市每天产生的垃圾多达几千吨,小型的城市每天产生的垃圾也在几百吨以上。如果不能够进行有效的处理,城市很有可能变成一个堆满垃圾的地方,严重影响了城市的形象和人们的生活。在城市环境工程建设当中,对城市生活垃圾的处理还停留在传统的做法上,或者采用运输到郊区进行掩埋的办法或者是进行焚烧处理而已。这种办法存在着投资大、运转成本高,同时垃圾中的有用资源也会被烧毁,加上,现有国内焚烧厂运行均比较困难。没有进行生活垃圾的无公害处理是城市环境工程建设的一个相当严重的问题。 3、园林绿化建设没跟上发展 城市园林绿化建设也相对发达国家相比较为落后,和发达国家之间存在着很大的差距,在各地的城市发展当中,建设水平也不一致。园林建设在城市环境工程建设当中有着很重要的作用,不仅能够降低城市的噪声和空气污染,还能够改善城市的居住环境,提升居住品质但是在我国的城市建设当中,对城市的园林绿化建设重视不够,片面地强调加大商品房和高档住宅的建设,导致很多城市密切在一起,没有足够的绿化空间,我国城市的园林绿化建设相对落后于城市的高速建设发展,将会严重限制未来城市的进步城市环境工程建设难点。 三、环境工程建设的应对措施 1、资源综合利用,开发二次资源 在工业生产中,通常原料、燃料费用约占产品成本的60%~70%。一些基础工业原料,如煤、石油、矿石、盐等大多具有多种化学成分,一些生产厂家仅利用其中的“有用部分”,其余的“无用部分”均作为废物弃置,不仅产品成本高,而且浪费资源,污染环境。我国工业固体废弃物的综合利用率仅为30%。随着工业的发展,各种废弃物量与日俱增,不少国家已认识到废品回收利用的重要性和利用二次资源的紧迫性,认识到必须把生产过程和消费过程看做是一个整体,把原料—工业生产—产品使用—废品—弃人环境这—传统的开环模式变成原料—工业生产—产品使用—废品—二次原料资源的闭环系统,使原料资源进入社会后,能在生产和消费过程中实现多次循环,不造成环境污染。因此,世界上许多国家都把二次资源的利用列为国家优先考虑的经济战略之一,使二次资源的利用率逐年上升。我国每年有300 多万吨废钢铁、600 多万吨废纸、200 多万吨废玻璃,70 多万吨废塑料、30 多万吨废化纤、30 多万吨废橡胶未被回收利用,大量的可利用资源作为废弃物流失,而且严重污染环境。因此,我国回收利用二次资源、资源综合利用的潜力很大,任务也相当艰巨。 2、改革工艺和设备,开发全新流程 西方经济发达国家抓清洁生产工艺较早,不仅改善了工作环境,减少了污染物的排放量,而且降低了物耗和能耗,也提高了产品质量和市场竞争力。此外,烧碱生产采用离子膜法代替水银法,炼焦厂采用干法熄胶代替湿法熄胶,生铁生产采用无胶炼铁工艺,面粉生产采用干洗麦粒代替水洗麦粒等,都极大地减少了“三废”排放,取得了显著的综合效益。 3、物料闭路循环,废物综合利用 工业生产中的“三废”实质上是生产过程中流失的原料、中间体和副产物,尤其是我国农药、燃料行业的主要原材料利用率一般只有30%~40%,有60%~70%以“三废”形式排入环境。在生产过程中比较容易实现的是用水闭路循环,供水、用水和井水一体化,一水多用,分质使用,净水重复使用。我国现已研制成功的利用磷石膏联产硫酸和水泥,利用硝酸生产尾气制亚硝酸,利用硫酸生产尾气制亚硫酸钠,从硫铁矿烧渣中回收金、银、铁,从乐果合成废水中萃取回收乐果等.都是很有使用价值的“三废”综合利用技术。 4、鼓励社会多元化的投资,强化环境工程建设的体制建设 城市环境工程是一项耗资比较大的工程,在发展当中不仅要求政府提供必要的财力支持,还鼓励社会上多元的投资力量参与到其中来。包括在城市生活污水的建设上,城市生活垃圾的无公害处理上和城市园林绿化工程建设上,都需要有比较规范的一套体制系统进行维持。让更多有实力的企业参与到城市环境工程建设当中,有利于城市环境工程的良性运行。建立起必要的环境引导机制,加强宣传,加大政府对这些参与者的奖励和维持,调动他们的建设积极性,推动整个城市环境建设的发展。 总之,在进行环境工程建设中,需要坚持走可持续发展的道路,正确处理经济社会发展和环境工程建设之间的关系,面对环境工程建设的难点问题,只有积极采取应对措施,进一步转变观念、加强科学管理、创新工作机制、解决好环境工程建设中出现的问题,才能达到真正改善市民的居住环境和生活质量的目的。 环境工程方面论文:污泥微膨胀技术在环境工程中的应用分析 1.污泥膨胀的类型 污泥膨胀(sludge bulking)指污泥结构极度松散,体积增大、上浮,难于沉降分离影响出水水质的现象。污泥膨胀有两种类型,一是由于活性污泥中大量丝状菌的繁殖而引起的污泥丝状菌膨胀,二是由于菌胶团细菌体内大量累积高粘性物质(如葡萄糖、甘露糖、阿拉伯糖、鼠李糖和脱氧核糖等形成的多类糖)而引起的非丝状菌性膨胀。在实际运行中,一般以污泥丝状菌膨胀为主,占90%以上,因此,本文重点研究丝状菌性污泥膨胀问题。发生污泥膨胀时,主要有以下特征:(1)二沉池中污泥的svi值大于200ml/g;(2)回流污泥浓度下降;(3)二沉池中污泥层增高。 2.污泥膨胀的影响因素 2.1污泥膨胀中丝状菌种类 目前在活性污泥中发现的丝状菌有三十多种,由于尚有部分丝状菌未获得鉴定。常见的有十几种,世界各地膨胀污泥中出现最频繁的丝状菌有微丝菌、发硫菌、软发菌、浮游球衣菌、0092型、0961型、0041型、0675型、1701型、021n型。在不同的地区和不同污水中有所差异。 2.2污水的种类和性质 污水的水温、ph 值、营养成分的含量等对污泥膨胀有明显的影响。研究表明,含有易生物降解和溶解的有机成分的污水,如:酿酒废水、乳品废水、石化废水和造纸废水等容易污泥膨胀;糖类物质过多的废水容易出现丝状菌污泥膨胀,过量的碳源使微生物不能充分利用而转变为多聚糖类胞外贮存物,这种贮存物是高度亲水性化合物,易形成结合水,影响污泥的沉降性能。 2.3溶解氧 溶解氧是活性污泥运行中重要的控制参数。微生物对有机物的降解过程伴随着氧的利用。曝气池中do浓度的高低直接影响有机物的去除效率和活性污泥的生长。菌胶团细菌和浮游球衣菌对溶解氧的需要量差别大。菌胶团细菌是严格好氧菌,浮游球衣菌是好氧菌,但它的适应性强,在微量好氧条件下仍正常生长。在较低do条件下,大部分好氧菌几乎不能继续生长繁殖,而丝状菌由于具有较长的菌丝,有较大的比表面积和较低的氧饱和常数,比絮状菌繁殖的速度快,从而导致污泥膨胀。 2.4污水温度 温度是影响微生物生长的重要因素之一,温度过低,微生物活性不足;温度过高,细胞中生物化学反映速率和生长速率加快。温度每升高10 ℃,生化反应速率增加1倍。此外,细胞的重要组成成分如蛋白质、核酸对温度较敏感,温度升高使其遭受不可逆性的破坏。一般认为,适宜活性污泥中微生物生长的温度为15℃~35℃。 2.5污水的ph值 活性污泥是一个动态的微生态系统,其中不同种属的微生物对ph值有不同的适应范围。过高或过低的ph值不仅影响外酶及细胞内酶的活性,而且影响微生物对营养物质的吸收。丝状菌适宜在ph值5~6.5的环境中生长,菌胶团菌适宜在ph值6~8的环境中生长。peidi研究表明,在ph值较低(≤5)的情况下,易引起丝状菌膨胀。 2.6其他 此外,污泥负荷、冲击负荷、运行方式和处理工艺均会影响污泥膨胀。 低负荷条件下,丝状菌容易占生物相优势,从而引起膨胀。高负荷导致溶氧不足,do浓度降低也会引起污泥膨胀;当处理过程中冲击负荷的改变,短时间内水质水量产生大的波动打破了体系中正常的生态系统,丝状菌易占优势,可引起污泥膨胀;采用不同的运行方式及处理工艺,也会影响污泥膨胀。 3.污泥膨胀的控制措施 污泥膨胀一直被视作好氧生物处理的癌症,首先,到目前为止,膨胀的机理还没有搞清;其次,控制对策确定不下来,因为找不到膨胀的原因。但是可以根据经验采取一定的措施进行控制。 早期控制丝状菌污泥膨胀的主要手段是投加药剂杀死丝状菌,或投加混凝剂和助凝剂以增加污泥絮体的比重,但这些方法往往无法彻底解决污泥膨胀问题,相反地可能会带来出水水质恶化的不良后果。其后人们逐渐认识到,活性污泥中的菌胶团细菌和丝状菌构成一个共生的微生物生态体系,在这种共生关系中,丝状菌是不可缺少的重要微生物,对于高效、稳定地净化污水起着重要作用,并逐渐地从简单杀死丝状菌过渡到利用曝气池中的生长环境调整丝状菌的比例,从而达到控制污泥膨胀的发生即进入环境调控阶段。 第一,采用生物选择器。该法是指在曝气池中形成有利于菌胶团细菌生长的环境。选择性地增值菌胶团菌,利用生物竞争机制抑制丝状菌的过度繁殖,达到控制污泥膨胀的目的。一般是在完全混合式、推进式曝气池前增加一个停留时间比蒲圻赤短的多的生物选择器,由于其中初始混合液的底物浓度高,使菌胶团细菌得到选择性的培养,成为优势菌。常用的选择器有好氧选择器、厌氧选择器及缺氧选择器。 该法在世界范围内迅速推广应用,已成为控制污泥膨胀的主要措施。第二,调整运行工艺条件。通过调控工艺条件改善污泥微生态系统,控制丝状菌群生长因子,最终实现控制污泥膨胀。例如:对曝气池中溶解氧浓度过低引起的污泥膨胀可增加曝气量或在推进式曝气池中合理分配曝气量(增加前端,降低后端),保持曝气池中合适的溶氧浓度来控制丝状菌型污泥膨胀。有关研究表明,提高溶解氧浓度至3.4mg/l运行一段时间可有效控制污泥膨胀;对缺乏营养(n和p)、ph过低引起的污泥膨胀,可以通过增加营养和调整 ph来控制和防治。第三,根据曝气池运行调节,如气量,污泥回流比等参数,从而改变曝气池中生物种群的生态关系,但是耗时太长,但是这是最根本的方法;第四,可以采用物化调节,提高污泥的沉淀性能,投加混凝剂,如氢氧化钙,氢氧化氯等,但是这只能解决眼前的问题,不是长久之计。第五,如果能确认时丝状菌膨胀,可以投加消毒剂灭活丝状菌,如臭氧、液氯、过氧化氢等,但是一定要控制消毒剂投量和灭活动力学过程,因为如果不适当,消毒剂也会将菌胶团细菌杀死。所以,可以根据不同的情况,采取不同的措施进行处理。 结束语 污泥膨胀是一个相当复杂的问题,因为影响污泥膨胀的因素太多。由于活性污泥对底物的降解是生物化学反应过程,形成活性污泥的微生物是多种微生物的群体,既受到污水水质条件的影响,又受到运行条件及环境的影响,如污水的种类、成分、浓度、水温、负荷、溶解氧、ph值及氮磷含量等因素都会对污泥膨胀产生影响,既可能一个因素起作用,也可能多个因素协同起作用,在不同的研究条件下就可能得出不同的结论,因此,对该课题进行全面、系统的研究十分必要。 环境工程方面论文:浅谈超滤膜技术在环境工程水处理中的应用 论文关键词:超滤膜技术 环境工程 水处理 应用 论文摘要:本文首先论述了超滤膜技术的基本原理及特点,进而从5个方面论述了超滤膜技术在水处理中的应用,以供参考。 1前言 超滤膜技术是一种能够将溶液进行净化、分离或者浓缩的膜透过分离技术,介于微滤和纳滤之间。超滤膜是悬浮颗粒及胶体物质的有效屏障, 同时超滤膜也可以实现对“两虫、藻类、细菌、病毒和水生生物的有效去除,从而达到溶液的净化、分离与浓缩的目的。与传统工艺相比,超滤膜技术在水处理方面具有能耗低、操作压力低、分离效率高、通量大及可回收有用物质等优点,广泛应用于饮用水净化、生活污水回收、含油废水、纸浆废水、海水淡化等水处理中。在此,本文就超滤膜技术在环境工程水处理中的应用展开简要阐述,以供参考。 2 超滤膜技术的基本原理及特点 2.1超滤膜技术的基本原理 超滤(ultra filtration,简称uf)是溶液在压力作用下,溶剂与部分低分子量溶质穿过膜上微孔到达膜的另一侧,而高分子溶质或其他乳化胶束团被截留,实现从溶液中分离的目的。其截留机理主要是筛分作用,但有时膜表面的化学特性(膜的静电作用)也起着截留作用。超滤分离时是在对料液施加一定压力后,高分子物质、胶体物质因膜表面及微孔的一次吸附,在孔内被阻塞而截留及膜表面的机械筛分作用等三种方式被超滤膜阻止,而水、无机盐及低分子物质透过膜。 超滤膜技术截留分子量的定义域为500-500000左右,对应孔径约为0.002-0.1μm,操作静压差一般为0.1-0.5mpa,被分离组分的直径约为0.005-10μm。 2.2 超滤膜技术的特点 1.对杂质的去除效率高,产水水质大大好于传统方法。 2.彻底消除或者大大减少化学药剂的使用,避免二次污染。 3.系统易于自动化,可靠性高。运行简易,设施只有开启,关闭两档。 4.具有良好的化学稳定性,有耐酸、耐碱以及耐水解的性能,能广泛应用于各种领域。 5.耐热温度可达到140℃,可采用超高温的蒸汽和环氧乙烷杀菌消毒;能在较宽的ph范围内使用,可以在强酸和强碱和各种有机溶剂条件下使用。 6.过滤精度高,能有效滤除水中99.99%的胶体、细菌、悬浮物等有害物质。 7.与常规水处理系统费用相当生活污水经过超滤使处理水质变好从而进行回用,而工业废水中由于一般技术不能达标,采用超滤技术能充分处理废水。 3 超滤膜技术在水处理中的应用 3.1 饮用水净化 当前,随着我国水污染问题的日益严重,我国出现了新的水质问题,如贾第虫和隐孢子虫(两虫)问题、水蚤及红虫问题、藻类污染加剧及臭味和藻毒素问题、水的生物稳定性问题等。而将超滤膜技术应用于饮用水的净化时,其可去除水中包括水蚤、藻类、原生动物、细菌甚至病毒在内的微生物,对水中的致病微生物、浊度、天然有机物、微量有机污染物、氨氮等都有较好的处理效果,能满足人们对水质的要求。 如,张艳等[2]以混凝沉淀为预处理方法,通过中试试验,对浸没式超滤膜处理东江水的最佳运行方式进行了研究,该工艺通过对水中的致病微生物、浊质、天然有机物、有毒有害微量有机污染物、氨氮、重金属等设置多级屏障,可以使其含量得到逐级削减,最后得到优质饮用水。 3.2造纸废水的处理 超滤膜技术应用于造纸废水中,主要是对某些成分进行浓缩并回收,而透过的水又重新返回工艺中使用。一般,造纸废水膜分离技术研究主要包括:回收副产品,发展木素综合利用;制浆废液的预浓缩;去除漂白废水中的有毒物质等。 杨友强等[3]研究了超滤法处理造纸磺化化机浆(scmp)废水及影响超滤的各种因素,结果表明:截留分子量为20000u的聚醚砜(pes200)膜适于处理scmp废水,清洗后膜的通量可恢复98%。黄丽江等[4]采用0.8μm微滤(mf)与50nm超滤(uf)无机陶瓷膜组合工艺对造纸废水进行了处理,在温度为15℃、压力为0.1mpa的操作条件下,0.8μm膜对cod的去除率为30%~45%,50nm膜对cod的去除率为55%~70%。 3.3含油废水的处理 含油废水存在的状态分三种:浮油、分散油、乳化油。前两种较容易处理,可采用机械分离、凝聚沉淀、活性炭吸附等技术处理,使油分降到很低。但乳化油含有表面活性剂和起同样作用的有机物,油分以微米级大小的离子存在于水中,重力分离和粗粒化法都比较困难,而采用超滤膜技术,它使水和低分子有机物透过膜,在除油的同时去除cod及bod,从而实现油水分离。 如,油田含油废水中通常油量为100~1000mg/l,超过国家排放标准(<10mg/l),故排放前采用先进的高效衡压浅层气浮技术和中空纤维膜分离技术进行了分离,在操作压力为0.1mpa、污水温度40℃时,膜的透水速度可达60~120l/(m2·h),出水中含油量为痕迹,悬浮物固体含量平均值为 0. 32mg/ l,悬浮物粒径中值平均值为 0. 82μm,完全达到了特低渗透油田回注水的水质标准。 3.4城市污水回用 城市污水是一种重要的水资源,国外早已开始广泛英语膜法进行城市污水回用,随着我国水污染问题的愈发严重,将超滤膜技术应用于城市污水回用,也日渐引起了人们的关注。如,汤凡敏等[5]利用 cass 与超滤膜组合工艺处理小区生活污水,当水力停留时间为12h、codcr浓度在215~ 677 mg/ l 之间时,该工艺出水 codcr稳定在30 mg/ l 左右;nh3-n 浓度为 22.2~ 41.2 mg/ l时,出水nh3-n 最低可达0. 2 mg/ l,去除率达到90%以上,出水ph 值在 7.26~7.89 之间,出水浊度小于 0. 5,出水水质优于回用水标准,可直接回用。 3.5海水淡化 海水淡化技术经过半个世纪的发展,从技术上已经比较成熟,目前主要的海水淡化方法有反渗透(swro)、多级闪蒸(msf)、多效蒸发(med)和压汽蒸馏(vc)等,而适用于大型的海水淡化的方法只有 swro、msf 和 med。随着膜技术的不断发展,从19世界60年代开始膜技术开始应用于海水淡化。但在这一过程中,由于膜污染问题,使得反渗透系统在处理海水方面出现了瓶颈,而超滤膜技术的应用,可有效地控制海水水质,为反渗透系统提供高质量的入水。 如,叶春松等[6]采用中空纤维超滤膜直接处理高浊度海水,该超滤膜的产水浊度平均值为 0. 11ntu,sdi15 平均值为 2. 4,cod 的平均去除率为60.0%,胶硅的平均去除率为 89. 0%,跨膜压差小于6.0×104pa,远远小于超滤膜本身最大操作压差2. 1×105pa,该超滤膜对浊度高、变化大的海水有很强的适应性,可以在以高浊度海水为进水的情况下作为海水反渗透系统的预处理装置。 环境工程方面论文:环境工程专业生产实习教学改革探讨 实习是将书本理论知识与实践能力相结合的重要途径,是培养基本技能训练不可缺少的一个重要教学环节。随着我国社会、经济的飞速发展,环境问题日益突出,社会对环保专业人才的需求也迅速增加,但环境工程专业本科毕业生仍然就业压力大、应用能力不强,这不仅因为社会就业环境的问题,还因为环境工程专业毕业生缺乏实际的工程经验。生产实习是环境工程本科教学的一门重要实践课,通过该教学环节不仅能使学生掌握环境工程专业设计、施工、组织管理的基本技能,还能使学生了解环保治理设施、设备的运行管理知识。[1] 本文分析了我校生产实习环节的现状和生产实习中存在的问题,提出了生产实习教学改革的建议。 一、环境工程专业生产实习教学存在的主要问题 生产实习教学可加深学生对污染控制、治理设备工艺原理的理解,巩固所学理论知识,增强他们对环保专业的兴趣和信心,培养他们建立工程意识。笔者认为目前环境工程专业生产实习教学普遍存在以下几个问题。 (一)专业课教学与生产实习教学时间和内容安排不合理 我校环境工程专业生产实习的时间安排在第7学期初,学时为2 周。而专业课教学大部分集中在这个学期,实习期间,有的专业课教学计划还没完成,甚至有的课程还没开始授课,许多基本的理论知识还没有讲授,学生对环保治理设施工艺原理还不了解,使得生产实习这个教学环节的效率不能达到最佳状态,达不到理论联系实际的目的。虽然实习指导教师在实习动员时会对一些基本的概念提前进行讲解,但这样做效率低,好多知识学生似懂非懂。最佳的生产实习时间应该安排在专业课学习计划结束后,此时学生对环境工程专业理论知识有了完整的认识和理解,并且学生渴望通过实际工艺设备实习来巩固和丰富自己所学的知识。 另外,许多学校安排生产实习的内容和课堂理论教学内容不符。安排实习单位时没有事先沟通,学生对实习内容事先没有接触过,实习带队教师不能深入给学生讲解,甚至有的带队教师并未讲授过环境主要专业课知识,学生实习不能达到提高理论知识的目的。 (二)实习基地不稳定 实习基地是保证实习教学能够顺利进行的首要条件。学校选择实习基地是根据实习基地是否满足实习要求、交通是否便利、费用是否适中等因素来考虑的。目前我校校外实习基地有已签协议和未签协议两种,基本能满足实习要求,与生产实习内容一致。我校生产实习基地大部分是实习带队教师通过个人关系联系的,目前未签协议的实习基地占大多数。由于实习带队教师与校外企业联系不多,还有实习经费问题,使得我校能提供学生长期稳定实习的基地不多。学校和企业之间的协议,两者之间并无硬性约束,实习单位的例行检修情况与学生实习时间有所冲突,且其他不确定因素较多,比如根据教学安排每年实习带队教师不固定,实习单位领导更换,造成带队教师联系实习单位存在困难,稳定的实习基地难以确定。另外,由于扩招,实习人数增多,安排生产实习环节计划时实习小组人数增多,但实习基地的现场讲解人员以及指导教师人数不变,造成部分学生实习效果不理想。[2] (三)实习经费不充足,实习内容难以保证 随着人们生活水平的提高,物价上涨,但我校多年来实习经费仍按学生数每人100元下拨。实习经费包括租车费、实习联系费和讲课费等,由于实习地点较多,实际实习费用超出计划经费,讲课费偏少,实习单位不够热情,实习内容难以保证。由于实习经费往往满足不了实习内容的需要,难以保证充足的实习时间、实习质量和效果。[3] 二、生产实习教学改革的建议 实行改革要符合新形式教学需要,在教学时间安排、实习基地建设、实习模式上进行改革,适应环境工程专业发展的需要。 (一)正确协调理论教学与生产实习的关系 在做专业计划时,要重新调整教学计划,把环境工程专业的主干专业课程教学计划提前,一部分放在第6学期,一部分放在第7学期前半学期,生产实习和对一些选修专业课或与实习内容联系不太密切的放在第7学期后半学期,这样学生才能获得相应的专业理论技能和所必需的理论内容,具备解决实际环境问题能力。[4]实习教师和单位就能灵活安排生产实习环节,使生产实习更有针对性,从而优化生产实习效果。 最好由有一定威望,专业知识能力强的专职教师负责联系实习单位,做好实习计划,实习前与实习单位事先沟通,协商好实习时间、内容、目的、要求、经费问题等。针对实习内容有目的地选择实习指导教师,选择所带核心课程的教师担任指导教师。在实习中遇到相关专业知识,指导教师可把书本理论知识与实践知识相结合来进一步讲解,丰富实习内容。通过生产实习加深学生对理论知识的掌握,要求学生做好生产实结,促进理论知识的升华。 (二)加强实习基地建设 建立稳定的实习基地,对学校和企业来说是互利双赢的,学校解决了人才培养的后顾之忧,企业提升了社会声誉,这对双方发展都有很大益处。实习基地建设的重点是选择距离学校较近、实习内容和要求都符合教学计划的环保企业签订协议,保持相互的利益和联系,建立相对稳定的关系。实习基地是学校和企业双向选择的结果,实习协议明确双方的权利与义务关系。学校可为企业提供企业相关专业技术人员的培训,提供在职人员进修、攻读学位的便利,以及进行科研实验和开发的基地;企业提供实习基地以供学生进行生产、操作实习,提供工程技术并进行讲解;签订实习基地协议后,企业挂牌向社会公示。与此同时,学校还应同相关未签协议的环保企业保持经常联系,通过组织联谊赛等形式加强沟通,培养校企双方感情,在条件成熟时鉴定协议,成为稳定的实习基地。 (三)进行多方面实习模式探讨 实习教学是环境工程专业教学的重要环节,对增强学生工程意识和实际能力有重要作用。 1.实行校内外结合的实习方式。校外生产实习可以采用调查、参观、跟班操作等模式,尽量争取实现跟班操作方式,提高学生实际生产能力,掌握环境工程专业设备、工艺操作,了解新工艺、原理、方法。建立校内实习环节,结合环境工程专业的特点,从校外取水、气、固废样品,利用校内现有的试验模型、教师科研项目等资源,进行测试分析,模拟仿真试验,提高学生动手能力、综合分析问题的能力,同时也可以节省实习费用,提高实习效果。 2.实行多媒体专题片教学与模型结合的方式。利用以往实习拍摄的实习照片和搜集的工艺模型结构资料,丰富学生知识。多媒体教学在环境工程专业生产实习教学环节中具有独特的优势,因为大量的工艺模型图片及动画模拟对学生来说既能接收大量的知识,又能对环保工艺、原理生动的演示过程加深理解。现场生产实习对学生来说非常重要,但多媒体详细的动画演示可以弥补实习的不足。例如,学生在现场只能看到自来水厂水处理工艺的外部形状,如反应池、沉淀池、过滤池等表面,通过多媒体可以展示其水处理工艺构筑物内部构造,演示其工作原理和生产过程,加深对工艺原理的理解,取得事半功倍的效果。带队老师可以通过每年生产实习的拍照、摄像,搜集企业本身的宣传、培训资料,然后利用实习期间某个时间进行播放,与生产实习现场互为补充,达到巩固加深实习效果的目的。 3.实行分散与集中相结合的实习方式。对一些带有参观性质的工艺较集中的环保设备、污染治理设施可采用集中实习的方式,节省实习时间和实习费用,也便于实习老师集中讲解,提高实习效率。针对一些需要学生动手实践的实习单位,可以采用分散实习的方式,联系多个实习单位,采用小分队轮流调换实习单位的做法,让每个学生跟班实习。这样就不会出现实习走形式、走过场的情况。为了提高实习效果,更好地培养学生的工程意识,学校必须联系更多与实习内容相关的实习单位,签订协议并建立校企关系。学校可以根据每个实习单位的接纳能力,安排实习小组进行分散实习,便于实习单位协调管理,这样学生在实习单位指导老师的带领下亲自动手操作,有利于提高综合应用能力。 生产实习是环境工程专业重要的实践教学课程,对学生加深污染控制、治理设备工艺原理的理解,巩固所学理论知识,增强他们对环保专业的兴趣和信心,培养他们建立工程意识具有重要作用,是必不可少的教学环节。通过正确协调理论教学与生产实习的关系,加强实习基地建设,进行实习模式改革,提高实习教学效果,实习带队教师在实践教学中应不断总结、探讨更加合理的实习模式,这样能更好地培养学生的工程意识,使学生更好地适应就业和社会的需要。 环境工程方面论文:城市生活垃圾填埋场渗滤液处理环境工程环境监理探讨 一、概述 环境工程环境监理是建设项目环境保护工作的重要组成部分,是建设项目全过程环境管理不可缺少的重要环节。其目的就是将国家有关的环境保护法律法规、工程质量的法规标准、建设项目环境影响报告书的要求贯彻落实到工程的设计和施工中。开展工程环境监理工作,对加强建设项目施工期的环境保护管理和监控,落实环保投资,防治环境污染,实施生态保护,保障项目建设的顺利进行具有非常重要的意义。 城市生活垃圾卫生填埋处理工程是一项环保工程,对改善城市环境质量有着非常重要的积极意义。但工程建设中也将产生废水、废气、噪声等环境污染因素。尤其是垃圾填埋场产生的渗滤液,含有高浓度废水及细菌、病毒等致病菌,很容易造成二次污染。渗滤液处理质量的好坏是衡量一个城市垃圾填埋场是否达到卫生填埋标准的重要指标之一。所以渗滤液处理工程质量的好坏直接影响到垃圾处理场整个工程的质量及建成后的正常运行。而环境工程环境监理工作是控制渗滤液工程整个建设过程的关键所在。现将渗滤液处理环境工程环境监理要点总结如下: 二、了解掌握设计方案、主导思想、主导原则,制定切实可行的监理方案 在进行环境工程环境监理工作之前,应当认真阅读项目的《可行性研究报告》、《环境影响报告书》以及环评批复文件,了解掌握项目的设计方案及设计的主导思想和原则;了解工程的环保设施的规模、投资情况;掌握环保工程的工艺流程,从而制定出切实可行的监理方案。利用环境监理单位的技术优势和中介,为建设单位做好服务,提高施工单位的环保意识,不侵犯承包商的合法权利,使施工现场的环境监督、管理责任清楚、目标明确,并贯穿于整个工程实施过程中。作好合同管理和信息管理,从而保证环境保护设计中各项生态保护、环境污染防治措施能够顺利实施,保证施工合同中有关生态保护,环境保护的合同条款切实得到落实。 三、做好施工阶段的巡视、旁站工作 渗滤液处理环境工程中主体基底及边坡的防渗、渗滤液的收集与导排和渗滤液处理环境工艺与设施是关键,基低与边坡防渗是第一道关口,防渗工程质量的好坏直接关系到整个渗滤液处理工程的质量。在整个工程环境监理过程中,对防渗工程应做好旁站、巡视工作。 对防渗工程的反滤层、渗滤液收集盲沟、竖向石笼、调节池池底防渗膜下层地下水盲沟等关键部位、关键工序的施工质量实施全过程现场跟班监督,进行旁站监理。 对防渗材料的铺设,除库底及边坡平整基地必须满足设计要求外,其他应按照下列要求进行旁站: 1、各种防渗材料铺设前应保证铺设面完全符合质量安全要求。直接铺设在土建结构面上时,应保证构筑面结构稳定,坡面平缓过渡,垂直深度25cm内不得有任何杂物;铺设在下一层土工材料之上时,应保证下一层土工材料施工质量合格,表面无积水、无杂物。 2、合理选择铺设方向,尽可能减少接缝受力。 3、铺设工具不得对土工材料的正常使用功能产生损害。 4、合理布局每片材料的位置,力求接缝最少。 5、在坡度大于10%的坡面上和坡脚1.5m范围内不得有横向接缝,一般土工膜的焊接采用双轨焊接。 6、各种土工材料的搭接宽度不得低于相应的连接标准。 7、铺设过程中调整材料的搭接宽度时不得损害已连接的部分。 8、铺设过程中防止任何因为装卸活动、高温、化学物质泄漏或其它因素而破坏土工材料。 9、用于卷材展开的机械设备不得造成土工材料的明显划伤,并不得造成铺设基底表面的破坏。 10、片材铺设平顺、贴实,尽量减少褶皱。 11、铺设后应及时压载锚固,所有土工材料均须保证当日铺设当日连接锚固。 四、在施工过程中,做好水土保持、生态保护、移民搬迁的监理工作 工程对水土的影响是工程施工期间的土地占用、临时修筑的运输道路、施工材料的堆放、施工弃土堆放等占用或破坏部分人工植被和天然植被。另外,对施工过程中形成的高挖方或填方边坡处理不当造成的塌方,引起水土流失。施工弃土土质松散,易被降雨和地表径流冲刷流失,若处理和管理不善,易引起水土流失,堵塞渠道或河道。 (一)主要防止措施如下: 1、对场地平整过程中的多余土方,设置临时堆放场,场地周边设置排水沟防护。多余土石方用于垃圾填埋覆盖及库底填方,弃渣及时处理。 2、对覆盖土源取土场区,取土后的场地应回填,对取土后形成的开挖边坡采取浆砌块石护坡等措施。 3、在施工开挖过程中形成的永久性边坡,视其边坡坡度情况采取浆砌块护坡、浆砌块石方格草皮护坡、浆砌块石挡墙护脚等措施,并在护坡边沿设置砌石排水沟,以利于坡面径流、地下水流等的通畅排出。 4、对建筑物周边,种植草皮及各种乔木、小灌木。 (二)村庄搬迁的监理措施如下: 1、搬迁时对于古树名木等有保存价值的植物,应事先联系当地林业部门,采取移植等异地保护的方法加以保护。 2、新址建设施工清场地树木、农作物、杂草,除部分可以做肥料外,应及时清运。 3、对于临时占地和新开辟的临时便道等破坏区,施工结束后应当进行土地复垦和植被重建。 五、施工期按环评批复的要求,做好监测井的监理工作;处理好与当地群众的关系;协调好各施工单位的关系 为确保防渗工程质量,防止渗滤液的渗漏,掌握地下水质量的动态变化,垃圾处理场区及周围附近地区应设置地下水监测井。考虑工程所在区域地下水流向等因素,在垃圾填埋场的两旁30~50m处各设一个污染扩散井;填埋场地下水下游30m、50m处各设一个污染监测井;地下水上游30~50m处设一个本底井。对上述监测井在填埋场使用前监测一次本底水平,具体监测项目是:ph、codcr、ss、nh3-n、氯化物、细菌总数、总大肠菌群、总硬度、硫酸盐。 建设项目施工期间和营运期间的环境监测可委托有资质的环境监测单位承担,每次监测应编制监测报告提供给业主和承包商。监测报告至少应包括数据统计、简要分析、现阶段措施建议以及下一次监测方案调整等。填埋场在封场后10~15年内要继续对地下水进行监测,监测周期视监测结果而定,从每季一次到每年一次不等。当监测结果表明填埋场稳定无害后,应召开专家论证会,宣告监测结果。 为确保工程的顺利进行,工程环境监理单位应处理好和当地群众的关系,在施工中确保各项环保措施的落实,确保群众利益不受伤害,同时协调好各施工单位的关系。 环境工程方面论文:教学改革在环境工程微生物学实验中的思考与探索 环境工程微生物学是环境工程专业的专业基础必修课。它以微生物学为基础,是一门实践性和应用性极强的学科[1]。按照东北电力大学人才培养计划,《环境工程微生物学》总学时为56学时,理论教学为38学时,实验教学为18学时,实验课占总学时的33%左右。实验是理论知识的实验技能培训课,如何培养学生的创新能力和实践能力,是当前高等教育关注的热点之一。因此,对《环境工程微生物学》实验教学进行探索,更好地培养学生的自主创新精神与综合实践能力[2—4]。 1 环境工程微生物学实验改革的目的 教育部环境科学与工程教学指导分委员会于2005年制定了《高等学校本科环境工程专业规范》,强调学生的动手能力。东北电力大学环境工程专业是新办专业,为了突出专业办学特色,使环境工程微生物学实验教学更加接近工程实际,培养学生实际分析问题、解决问题和创新能力,实现教育培养目标,提高学生的综合能力和综合素质,增强学生就业市场的竞争力[5,6]。 2 环境工程微生物学实验改革措施 2.1实验教学内容的选择及安排 由于环境工程微生物学实验的独特性,其工作量大,耗时多,很多实验具有连续性,在一个规定实验学时(2学时)内很难完成,实验进度的安排和理论教学同步性较差。针对这种现状,将传统实验教学中微生物学基础实验内容组织成连续的系统型实验,加强各实验间的连续性和知识点的衔接,这种操作方式充分调动学生的能动性,将一些分散的相关知识点联系起来,避免重复性试验,增加综合性、设计性实验的比例,既在有限的课时内提高了实验效率,同时又满足了教学计划的要求[7]。 2.2保证教学质量,开放实验教学 为了能更好实现环境工程微生物实验教学与理论教学相结合,实验教师听取理论课,加强对理论课程的理解。为了保证实验效果,要求学生进行选课,提前布置实验内容,学生必须要对实验内容进行课前预习,明确实验步骤,学生自由组合成一组,每节课的上课人数不超过14人,每组学生不得超过3人,以便教师能较好的督促学生完成实验环节。 我们采用创新实验教学,允许学生在完成必修实验项目后,选作一定的实验内容, 并且允许学生自行设计实验项目,独立思考,经实验教师审核后,进行独立操作,从而在一定程度上做到实验内容的开放。 2.3完善考核制度,重视学习过程 考核是实验教学工作的重要组成部分,是正确引导和激发学生的学习积极性,也是提高实验教学质量的有效手段。我院将实验成绩分为三大部分,其中预习成绩、实验报告的内容和质量占60%,预习对进行实验特别有帮助,在实验讲解过程中分析实验过程中可能出现的现象,与学生互动,这样不仅能够了解学生的预习情况,还能够使学生带着问题进行实验,调动学生积极性和主动性。提交的实验报告要完整,包括预习报告,实验结果和思考题;平时实验的操作技能及规范性占30%,在实验过程中,由于参加每次实验的学生人数比较少,每名学生均能够动手操作,教师及时的指导学生的操作技能,学生的实验态度和操作规范程度得到加强;考试成绩占10%,为了让实验和理论更好的结合,增加实验课内容考题在试卷中的比例,使学生重视实验课程的学习。 3 实验教学改革取得的初步成效 环境工程微生物实验改革后,通过实验过程中的观察、座谈等形式的反馈信息可以认为, 改革后的实验教学至少取得了以下初步的效果。 (1)实验环环相扣、有序进行,能够有效的完成实验教学大纲中所规定的教学任务; (2)充分调动学生的积极性,由以前被动作实验转变为较为主动的进行实验操作; (3)实验时间的开放,使学生能更合理的安排实验时间,能够较认真得进行实验而不是应付了事。 环境工程微生物学实验教学的改革实践表明,科学合理的实验教学内容及实验安排,结合生产实践,完善考核制度,将大大提高实验教学效率和质量。
制药废水处理技术探究:制药废水处理技术研究进展 摘要:本文介绍了国内外近几年来废水处理的一些新技术分析了制药生产废水的水质特征,针对制药废水的处理难题。并综述了这些高级氧化技术处理制药废水的特点及研究进展。 关键词:制药废水 废水处理 高级氧化 随着人们对水污染处理技术的深入研究,出现了一系列新技术。在这些技术中,对于那些难以生物降解或对生物有毒有害的物质处理,高级氧化技术显示出了它们独特的优势,它们能将有害的有机物转化成无害的且易于降解的物质。因此,高级氧化技术在处理难降解有机污染物的应用领域中具有巨大的发展前景。 1、高级氧化处理技术及研究进展 长期以来,有毒有害且难以生物降解的有机物污染着人类的生存环境,人们一直在研究经济有效且环保的新方法、新技术。目前处理有机污染物的方法各不同,常用的方法包括吸附法、气浮法、混凝沉淀法、蒸馏法、反渗法、活性污泥法、膜分离法等。 高级氧化技术又称深度氧化技术,是运用氧化剂、光照、电、催化剂生成的活性极强的自由基(如·OH等)来降解有机污染物的技术。·OH的氧化电位是2.8V,仅次于氟的2.87V,它可使难降解有机物发生开环、断键、加成、取代、电子转移等反应,使难降解的大分子有机物转变为易降解的小分子物质,反应最终产物基本上为CO2和H2O,并且无剩余污泥和浓缩物生成。高级氧化技术主要有Fenton 法、湿式氧化法、光催化氧化法、臭氧氧化法、超声氧化法、微波催化氧化法、超临界水氧化法、电化学法等。 1.1 Fenton 试剂法 Fenton 法是以铁盐(Fe3+或Fe2+)为催化剂,在H2O2存在的情况下会产生强氧化性的·OH,它能氧化许多有机分子物质,且反应过程不需要高温高压。 Fenton 法反应条件温和,设备也较为简单,适用范围比较广泛。该法的缺点是氧化能力相对较弱,出水含有大量的铁离子。 1.2 湿式氧化法 湿式氧化法(WAO)是在高温(125~320℃)、高压(0.5~10MPa)下用氧气或空气作为氧化剂,氧化水状态的有机物或还原态的无机物使之生成CO2和H2O的一种处理方法。如使用高效、稳定催化剂的催化湿式氧化技术(CWAO)以及使用过氧化氢作氧化剂的催化湿式过氧化物氧化技术(CW-PO)等。目前催化湿式氧化法的研究热点主要集中在高效、稳定的催化剂的制备上。 1.3光催化氧化法 光催化氧化法是一种简单、高效很有前途的技术。它在一定的时间里可以讲几乎所有的的还原性物质氧化,具有能量利用率高、脱色效果好,不产生剩余污泥,无二次污染等优点。光催化氧化法是以n型半导体(如TiO2,SrO2,WO3,SnO2等)作为催化剂的催化氧化过程。当这些催化剂受到近紫外光辐射时,会形成电子空穴对(h+__e-)。由于空穴有很强的氧化能力,当这些电子和空穴迁移到粒子表面后,使水在半导体表面形成氧化能力极强的羟基自由基,利用·OH便可氧化各种有机物并使之完全矿化。 1.4 臭氧氧化法 臭氧被认为是一种有效的氧化剂和消毒剂,具有很强的氧化能力,采用臭氧氧化技术处理有机废水,具有反应速度快、无二次污染等优点。在臭氧的氧化反应过程中,臭氧的氧化分解反应是一种自由基反应,其中O3与OH 经过一连串反应生成O2和自由基·OH,而·OH比O3的氧化能力更强,能氧化分解更多的有机物。 1.5 超声声化法 超声声化的原理是液体在超声波(15kHz~1MHz)辐射下产生空化气泡,这些空化气泡吸收声场能量,并在极短的时间内崩溃释能。在空化气泡崩溃的瞬间,会在其周围极小空间范围内产生高温高压(温度高达1900~2500k,压力超过50Mpa),并伴随有强冲击波和高速射流。进入空化泡中的水蒸气,在高温高压极端环境下发生离解,产生了强自由基如·OH,HOO·,·H等。水中的有机污染物就在超声产生的高温高压“空化泡”中分解,或者被自由基氧化。 1.6微波诱导催化氧化法 微波是指波长为1mm~1m、频率为300~300000MHz的一种电磁波。在液体中微波能使液体中的极性分子高速旋转碰撞而产生热效应。许多磁性物质,如过渡金属及其化合物、活性炭等对微波有很强的吸收能力,常作为诱导化学反应的催化剂,当受到微波辐射时不均匀的表面会产生许多“热点”,其能量比其它部位高得多,诱导产生高能电子辐射、臭氧氧化、紫外光解和非平衡态等离子体等多种反应,可以产生高温并形成活性氧化物质,从而使有机物直接分解或将大分子有机物转变成小分子有机物。 1.7超临界水氧化法 超临界水氧化法(SCWO) 是目前研究比较活跃的废水处理技术之一。它是以水为介质,利用水在超临界状态下所具有的特殊溶解度、易改变的密度和介电常数、较低的黏度、较大的离子积、氢键几乎消失等特殊的性质,使它可与非极性物质以任意比例互溶,提高了反应速率,并可实现有机物的完全氧化。利用这种性质,将有机污染物与水混合,升温,加压到临界状态,通过改变反应的压力和温度等条件,汽液相界面消失,形成均相的氧化体系,有机污染物将被迅速氧化分解。但是由于该技术对反应条件要求较为苛刻(高温、高压)对设备要求较高,因此,还有一些实际的技术问题亟待解决。 1.8 电化学氧化法 电化学氧化法主要是通过电极材料的作用,产生超氧自由基(·O2)、羟基自由基(·OH)等来氧化水体中的有机物,但是传统电化学方法一直存在着能耗大、成本高、析氧和析氢等副反应的特点,于是在此基础上,便发展了三维电极和高压脉冲电凝技术。三维电极与原先的二维电极相比,面体比增大、离子间距离小、传质效果好;而高压脉冲电凝技术可以大大降低总电流强度和减少电解时间,从而提高电流效率,降低电耗、铁耗。 2、制药废水处理的新方法、新技术 2.1 新型三段序贯式水解------好氧为主体的工艺流程 高浓度制药工艺废水含有大量有机溶剂,目前仍按厂方现有装置回收,回收后的生产废水流入均质池,与其它生产废水混合,然后一起送入初沉池分离水中的SS杂质。经沉淀后生产废水与生活污水和稀释水(冷却水)在调节池中混合,使原水CODcr浓度控制在4000mg/L左右,由此废水提升至气浮池、然后进入三段序贯式H/O池及接触氧化池,并流入中间水池,再由此提升至二沉池后流入次氯酸钠氧化池,然后经监测并达标排放。 2.2 MBR处理制药废水 研究国内MBR应用于高浓度有机废水,特别是制药废水的处理研究尚处于实验室探索阶段。同济大学孙振龙等以上海市某制药厂抗生素发酵废水为现象,进一步做了一体式平面膜生物反应器处理抗生素废水研究,研究结果表明,膜的截留作用使反应器活性污泥的质量浓度达15g/L,在进水COD浓度为2500~4000mg/L的情况下,COD去除率达到86%。 3、结 语 目前,开发经济、有效的复合水处理单元是亟待解决的问题。同时,应加强清洁生产的研究,并在处理前期考虑废水是否有回收利用的价值和适当的途径, 以达到经济效益和环境效益的统一。 制药废水处理技术探究:浅谈制药废水处理技术及研究 [摘 要] 随着医药工业的迅速发展,生产过程中所排放的废水对环境的污染也日益加剧,给人类健康带来了严重的威胁。根据制药废水的特点,介绍了目前国内外处理制药废水所应用的各种物化、化学、生化以及组合工艺技术,并对各种处理方法的特点进行了论述,同时介绍了一些新的处理方法。 [关键词]制药废水;物化处理;化学处理;生化处理;组合工艺 制药废水是国内外较难处理的高浓度有机污水之一,也是我国污染最严重、最难处理的工业废水之一。制药废水的特点组成复杂,有机污染物种类多,BOD5和CODcr比值低且波动大,SS浓度高,同时水量波动大。目前,处理制药废水常用的方法有物化法、化学法、生化法以及多种工艺联合的方法。 1.制药废水处理技术 1.1 物化法 物化法在制药工业废水处理中有很多种,其因处理不同的制药废水而不同,它不仅可作为单独的处理工序,也可作为生物处理工序的预处理或后处理。 1.1.1混凝沉淀法 这是最常用的预处理方法,通过投加化学药剂,使其产生吸附、中和微粒间电荷、压缩扩散双电层而产生的凝聚作用,破坏了废水中胶体的稳定性,使胶体微粒相互聚合、集结,在重力作用下沉淀。制药废水处理工程中常用的混凝剂有聚合硫酸铁、氯化铁、聚合氯化铝、聚合氯化硫酸铝铁、聚丙烯酰胺 PAM 等。混凝沉淀法的优点是不仅可以有效降低污染物的浓度,还可以改善废水的生物降解性能。缺点是会产生大量的化学污泥,造成二次污染;出水的 pH 较低,含盐量高;对氨氮的去除率较低。 1.1.2 气浮法 通常包括充气气浮、溶气气浮、化学气浮和电解气浮等多种形式。 1.1.3 吸附法 指利用多孔性固体吸附废水中一种或几种污染物,以回收或去除污染物,从而使废水得到净化的方法。 1.1.4 电解法 具有高效、易操作等优点,同时又有很好的脱色和提高可生化性的效果。 1.1.5 膜分离法 该技术包括反渗透、纳滤膜、纤维膜。优点是在产生环境效益的同时又可回收有用物质,设备简单、操作方便、处理效率高、节约能源。 1.2 化学法 采用化学方法时,某些试剂过量会导致水体二次污染,因此在设计前应做好相应实验研究工作且化学药品昂贵。 1.2.1 铁碳法 工业运行表明,以Fe-C作为预处理步骤,出水可生化性大大提高。 1.2.2 臭氧氧化法 能提高抗生素废水的BOD5/COD,同时对COD有较好的去除率。I.A.Balcioglu等对抗生素制药废水进行了臭氧氧化处理,并研究了pH、进水COD以及H2O2的使用量等因素对臭氧氧化处理过程的影响。结果表明,抗生素废水在臭氧用量为2.96g/L时,BOD5/COD的比值由0.077增至0.38。而在废水pH 值不变的条件下,臭氧氧化过程均可达到75%以上的COD去除率。 1.2.3 Fenton试剂法 亚铁盐和H2O2的组合称为Fenton试剂。它能有效去除传统废水处理技术无法去除的难降解有机物。该方法设备简单,易于实现工业放大,是一种有较好开发前景的处理青霉素废水工艺。Neyens和Baeyens指出,Fenton氧化是在去除废水中许多有害有机物质的一个非常有效的方法。它同样是一个非常有效的预处理,可以改变成分有助于后续更好的生物降解;并且可以在下面的生物处理过程中减少微生物的毒性。 1.2.4 光催化氧化法 该技术具有新颖高效,对废水无选择性且无二次污染,尤其适用于不饱和烃的降解。 1.3 生化法 生化处理技术是目前制药废水广泛采用的处理技术。由于制药废水中有机物浓度很高,所以一般需要用厌氧和好氧相结合的方法才能取得好的处理效果。 1.3.1 厌氧生物处理 国内处理高浓度有机制药废水以厌氧法为主,但单独使用出水COD仍高,一般要再进行后处理,即好氧生物处理。优点是可直接处理高浓度有机制药废水,不用稀释,节能,产甲烷可回收利用,剩余污泥量少。 (1)上流式厌氧污泥床法(UASB法)。优点是厌氧消化效率高、结构简单、水力停留时间短、无需另设污泥回流装置等。缺点是UASB运行时,对管理技术要求较高,且启动驯化困难。 (2)上流式厌氧污泥床过滤器(UASB+AF)。是近年来发展起来的一种新型复合式厌氧反应器,它结合了UASB和厌氧滤池(AF)的优点,使反应器的性能有了改善。 (3)水解酸化法。水解池全称水解升流式污泥床(HUSB),它是改进的UASB。优点是可将难降解大分子有机污染物初步分解为小分子有机污染物,提高可生化性;反应速度,池小、投资少,并能减少污泥量;不需密闭,搅拌,不设三相分离器,降低造价。 (4)厌氧符合床(UBF)。与UASB相比,具有分离效果好,生物量大, 生物种类繁多,处理效率高,运行稳定性强,是实用高效的厌氧生物反应器。 (5)厌氧折流板反应器(ABR)。该反应器因具有结构简单、污泥截留能力强、稳定性高、对高浓度有机废水,特别是对有毒、难降解废水处理中有特殊的作用,因而引起了人们的关注。 1.3.2 好氧生物处理 进行好氧处理时一般需要对原水进行稀释,因此动力消耗大,并且废水可生化性差,所以一般之前要进行预处理。 (1)普通活性污泥法。缺点是废水需大量稀释,运行中泡沫多,易发生污泥膨胀,剩余污泥量大,去除率不高,常必须采用二级或多级处理。因此,改进曝气方法和微生物固定技术以提高废水的处理效果已成为近年来活性污泥法研究和发展的重要内容。 (3)生物接触氧化。该方法集活性污泥法和生物膜法的优势于一体,具有较高的处理负荷,能处理易引起污泥膨胀的制药废水。 (5)吸附生物降解法(AB法)。属超高负荷活性污泥法。对BOD5、COD、SS、P和氨氮的去除率一般均高于常规活性污泥法。 (6)生物活性碳。优点是不仅能利用物理吸附作用,还能充分利用附着微生物对污染物的降解作用,大大提高COD去除率,氨氮、色度的去除率也较高。缺点是费用较高。 (7)生物流化床。将普通的活性污泥法和生物滤池法两者的优点融为一体,因而具有容积负荷高、反应速度快、占地面积小等优点。 (8)循环式活性污泥法(CASS法)。与SBR相比,优点是对难降解有机物的去除效果更好;进水过程是连续的,单个池子可独立运行;比SBR法的抗冲击能力更好。 2.制药废水处理组合工艺 由于制药废水成分复杂、COD高并且很难降解,单独的好氧或厌氧处理往往不能满足要求达标排放,而厌氧+好氧等组合工艺在改善废水的可生化性、耐冲击性、投资成本、处理效果等方面表现出了明显优于单一处理方法的性能,因而在工程实践中得到了广泛应用。 根据废水间歇式排放,水质、水量波动大的特点,设计采用以CASS为主体的处理工艺。实践表明,在制药废水处理工程上,该工艺具有设计合理、运行稳定可靠、抗冲击负荷能力强、运行维护简便、投资少等优点。 3.结语 根据制药废水的特点,仅靠单一的处理工艺很难使出水达标排放,必须采用多种工艺联合处理的方法,一般的流程都要设计成几种方法的综合才能有效地达到处理的最终要求. 采取适当的处理工艺,可以从制药废水中回收部分有用成分,实现资源回收与再利用。因制药废水水量间歇且波动大,一般应设调节池。 目前制药废水的处理仍存在处理效果不稳定,成本高等问题,所以急需开发新的更有效的处理技术。 制药废水处理技术探究:关于制药废水处理技术分析 【摘 要】近几年,我国环境污染不断加剧,而在导致环境污染的污染源中,其中制药厂所排放的废水就是非常重要的污染源之一,因为制药废水里成分较为复杂,含有大量的有机物,颜色较深,而且具有较大的毒性。所以在处理起来存在较大的难度。本文对制药废水处理技术进行了具体的阐述,以期在实际处理中尽可能减少废水的排放对环境所带来的污染。 【关键词】制药废水;物化处理;生化处理;化学处理;新技术 0 引言 目前制药行业是排污的重点企业,而且污水排放量大,废水组成较为复杂,污水中存在有大量的细菌和病毒、难溶解的有机物,所以对制药企业的废水进行治理难度也较大,而制药企业的废水如果不进行治理,任由其排放到环境当中,对环境所带来的破坏将是十分严重的,不仅可能导致疾病的传播,而且会使水源受到污染,直接危害人们的身体健康。 1 药厂传统意义上的废水处理技术 1.1 混凝沉淀法 混凝沉淀法为物化法中的最主要方法之一,利用该种方法可以有效的对废水中的生物进行降解,减少废水中污染物的含量,但利用此种方法会有大量的化学污泥产生,而且废水中含量盐量、氨、氮的去除率也较高。 1.2 浮选法 浮选法也可称为气浮法,其在实际应用中分为电解气浮法、散气气浮法和溶气气浮法三种方式,通过一定方法使水中产生大量的微气泡,而使废水中浓度相似的污染物粘附在一起而浮至水面上,这样可以使废水中的固液和液液实现有效的分离,从而达到去除污染物的效果。 1.3 膜分离法 此方法是利用膜来对溶剂进行分离,同时利用此种方法对多酚类制约废水进行乙醇回收时效果较为明显,同时也可以有效的截留多酚类混合物。 1.4 厌氧生物处理方法 此种方法较为适宜对高浓度的有机制药废水进行处理,但如果单独使用此种方法时,则还需要后续对好氧生物再进行处理,才能达到良好的效果。此种方法分为上流式厌氧污泥床法、水解升流式污泥床法和厌氧折流板反应器法。 上流式厌氧污泥床法对废水进行处理时,由于其结构较为简单,而且水力停留的时间较短,所以不需要再另外进行污泥回流装置的设置,但由于些种方法对管理技术水平要求较高,而且驯化时间较长,一旦相关要求达不到,则会影响到出水水质的稳定性。而通过对此种方法进行改进,又产生了水解升流式污泥床法,这种方法可以对无法降解的大分子有机污染物降解为小分子有机污染物,可生化性能较高,而且反应速度较快,不需要较大的反应池就可进行,反应过程中污泥量较小,减少了密闭、搅拌和分离器等环节,造价较低。而厌氧折流板反应器法对于制药废水处理具有非常好的适用性,其不仅结构简单,而且对污泥具有非常好的截留能力,无论对于高浓度废水还是有毒、难降解的废水等都具有非常好的效果。 1.5 好氧生物处理技术 好氧生物处理技术大致可分为普通活性污泥法、序批式间歇活性污泥法和深井曝气法等三种方式。普通活性污泥法在目前制药厂污水处理中应用的较为普通遍,而且此种方法也较为成熟,但在应用此种方法时,由于需要对废水进行大量的稀释,这就导致废水中有大量的泡沫产生,污泥膨胀率也高,直接影响了去除效果。而对于间歇性排放、水量水质波动较大的制药废水进行处理时,通常都会选择序批式间歇活性污泥法,此种方法不仅结构简单,具有非常好的经济性,而且可以对水质进行均化,不存在污泥回流的情况,在许多制药废水的处理中都得以应用,但此种方法由于污泥产生沉降,这样就需要利用较长的时间来对泥水进行分离处理。深井曝气法是高速活性污泥系统,和普通活性污泥法相比,深井曝气法具有以下优点,包括氧利用率高,深井中溶解氧效果好,充氧能力相当于普通曝气的10倍;污泥负荷速率高;占地面积小、投资少、运转费用低、效率高、COD的平均去除率可达到70%以上;不存在污泥膨胀问题;保温效果好,可保证北方地区冬天处理废水获得较好的效果。缺点是部分深井出现渗漏现象,深井施工难度较大,基建费用较高。 1.6 电解法 电解质溶液在电流作用下发生电化学反应的过程称为电解。与其他方法相比,电解法具有效率高、操作简便等优点,并且具有良好的脱色效果。 1.7 Fenton试剂法 Fenton试剂也即亚铁盐与H2O2的组合试剂,能够有效的去除传统废水处理技术无法去除的难降解有机物。 1.8 Fe―C处理法 Fe―C法也即铁碳(炭)微电解技术,是以铁屑、碳构成原电池,集氧化还原、絮凝吸附、络合以及电沉积等作用为一体的水处理技术。该方法在去除部分难降解物质的同时,还可以改变部分有机物的结构,从而提高废水的可生化性。对制药废水中的磷具有良好的去除效果。 2 制药厂废水新型处理方法 近年来,科研人员进行了一些新型制药废水处理方法的研究,主要有微波处理法,超声波处理法等。 2.1 微波处理法 微波通常是指波长在lnm~lm的特殊电磁波,单独利用微波处理废水效果并不十分理想,但是微波处理法与其他常规的处理工艺相结合就会达到强化处理的效果。比如,活性炭吸附法是废水处理的常用方法,但是吸附后的活性炭表面的有机物却很难处理,但是微波处理可以有效地解吸活性炭表面的附着物,使活性炭吸附再生,以达到重复利用的目的。 2.2 超声波处理法 用频率大于20000Hz以上的超声波辐射溶液会引发诸多化学反应,也就是“超声空化效应”。超声波水处理技术的核心就在于超声波通过・OH自由基氧化、气泡内燃烧分解以及超临界水体氧化三种方式进行的。近年来,随着微波化学理论的成熟,将微波、超声波技术应用于水处理领域的关注度已经越来越高,特别是超声波与生物接触氧化法的组合工艺,对高浓度有机废水的净化具有显著的效果。 3 结束语 目前我国对于工业和制药企业的废水排放标准有了较为严格的限制,这就对废水处理的技术水平有了更高的要求。由于制药废水不仅浓度较高,而且废水中含有大量的不易降解的污染物,所以制药企业在进行废水治理上存在着较大的难度,而且为使排放的废水能够达到国家的要求,则制药企业较大的压力,加强废水的治理已成为十分紧迫的任务。制药废水由于其水质特点及组成成分的复杂性,所以在治理过程中如果仅仅依靠单一的治理技术很难达到排放的标准,所以在实际治理工作中,需要根据废水水质的要求来选择适宜的工艺联合进行治理,同时在治理的过程中尽可能确保资源能够实现循环利用。尽管这几年我国制药企业都加大了对废水处理的研究力度,但在该方法还没有十分成熟的治理技术,而且出水效果稳定性差、成本高及资源利用率低等问题还十分突出,因此,我国制药企业在废水处理领域还任重道远,需要加快研制和开发出新的高效的制药废水处理技术。 制药废水处理技术探究:制药企业废水处理技术初探 摘 要:当前,随着我国经济的快速发展,制药业等有关国民经济发展的事业都得到了十足的发展与建设。企业的快速发展,不可避免地带来一系列相关的负面问题。制药企业所面临的难题就是废水的处理。本文就制药生产废水的水质特征进行了简要分析,介绍了国内外通常采用的处理方法,总结了各种处理方法的特点及其存在的问题。 关键词:药企 废水 处理 随着我国医药工业的发展,制药废水已逐渐成为重要的污染源之一。如何处理该类废水是当今环境保护的一个难题,也成为广大人民在生活过程中普遍关注的话题之一。制药工业废水主要包括四大类,既:抗生素生产废水、合成药物生产废水、中成药生产废水以及各类制剂生产过程的洗涤水和冲洗废水这四类。这些废水具有成分复杂、毒性大、色度深和含盐量高、有机物含量高、生化性差,处理难度高的特点。因此,本文从以下几个方面来探讨了药企废水处理技术。 一、制药废水的处理方法 制药废水的处理方法可归纳为以下几种:物化处理、化学处理、生化处理以及多种方法的组合处理等,各种处理方法具有各自的优势及不足。 1.物理处理法。这种方法是最基本也是最常用的处理方法之一,一般使用较为频繁的物理处理法是:蒸馏处理法、气浮处理法、过滤处理法、重力沉淀处理法等。用纯物理作用来处理污染物的是重力沉淀处理法,用来分开废水中所含的悬浮污染的物质,一般使用过滤处理法以及气浮处理法,主要作用是将水中悬浮的物质去除掉。物理处理法所用到的工艺流程一般有离心分离流程、重力分离流程以及筛滤截留流程,其使用最频繁的处理设备主要有气浮装置、沉淀池、过滤池、格栅。 2.化学处理法。这种方法是处理废水中所含污染物的最主要的处理方法,主要是朝废水里添加一定的化学物质,利用物质和水所产生的化学反应进行除污,从而完成水质净化这一最终目标,这也是当前医药化工企业除污的有效方法和技术。随着经验的积累和技术的进步,化学处理法也在不断地改进中,现在的主要化学处理法分为电化学氧化处理法、铁屑内电解处理法、化学氧化处理法、焚烧处理法、中和处理法以及混凝处理法。 ①中和处理法。这种方法主要以中和为手段,利用化学反应将污水里超过指标的酸碱清除掉,通常以pH值到达中性附近才算合格。在处理废水的过程中,如果废水呈酸性,中和剂一般为碱或者碱性氧化物,如果废水呈碱性,则刚好相反,其中和剂一般为酸或者酸性氧化物。 ②化学氧化处理法。这种方法是充分利用臭氧、双氧水、含氧化合物与氯等有效的氧化剂对废水中含有的有机污染物进行直接氧化处理。目前使用得较多的是臭氧氧化处理,对于一些比较难以降解的废水,这种方法能够使废水得到有效的处理。 ③铁屑内电解处理法。这种方法的运作原理是利用几种有效的机理协同,包括铁屑与新生态氢电解后的还原性作用、二氧化铁所起到的混凝性作用、活性炭发挥出来的导电作用以及强力的吸附作用。 3.物理化学处理法。这种方法是结合物理处理法与化学处理法的优点,在废水处理上进行强强联合,用物质相互转移中产生的变化,在更高效率的条件下,利用先进的处理技术,将废水里面的污染物进行去除,其技术操作单元的环保性能较高。该处理法有四种比较常用,分别是:膜技术处理法、吸附处理法、萃取处理法以及离子交换处理法。 4.生物处理法。这种方法是所有废水处理法中使用范围最广泛的,深受医药化工企业的喜爱。在制药企业有机废水的处理过程中,生物处理法以高科技、高效率得到了进一步的应用,并且还在不断地改进与完善中,成为技术专家研发的热点。但它的缺点也比较突出,比如占用面积较大,用来处理废水的基建投资也比较高,在流程管理中较为复杂等。如果这些缺点得到改善,将是所有医药化工企业废水处理的福音。 5.废水处理中的其它技术。在医药化工的废水处理中,除了较为常用的几种处理方法之外,其它一些新式处理技术也在不断的研究和开发中,使废水处理的方法更加丰富,进一步扩大了选择的余地。这里简单地介绍两种:一是声波技术处理法,利用超声波频率的控制以及饱和的气体,有效地降解和分离有机污染物质。二是磁分离处理法。这种方法的原理是利用磁种的剩磁来进行废水处理,在处理过程中,将磁种与混凝剂投入废水里面,此时磁种里面的剩磁经过混凝剂的结合作用,促使废水里面的颗粒物质互相吸引,加快聚结的速度,从而达到悬浮物分离的目的。 二、制药废水的处理工艺及选择 制药废水的水质特点使得多数制药废水单独采用生化法处理根本无法达标,所以在生化处理前必须进行必要的预处理。一般应设调节池,调节水质水量和pH,且根据实际情况采用某种物化或化学法作为预处理工序,以降低水中的ss、盐度及部分COD,减少废水中的生物抑制性物质,并提高废水的可降解性,以利于废水的后续生化处理。预处理后的废水,可根据其水质特征选取某种厌氧和好氧工艺进行处理,若出水要求较高,好氧处理工艺后还需继续进行后处理。具体工艺的选择应综合考虑废水的性质、工艺的处理效果、基建投资及运行维护等因素,做到技术可行,经济合理。总的工艺路线为预处理一厌氧一好氧一(后处理)组合工艺。如个别采用水解吸附一接触氧化一过滤组合工艺处理含人工胰岛素等的综合制药废水。气浮一水解一接触氧化工艺处理化学制药废水、复合微氧水解一复合好氧一砂滤工艺处理抗生素废水、气浮一UBF―CASS工艺处理高浓度中药提取废水等都取得了较好的处理效果。 三、制药废水中有用物质的回收利用 推进制药业清洁生产,提高原料的利用率以及中间产物和副产品的综合回收率,通过改革工艺使污染在生产过程中得到减少或消除。由于某些制药生产工艺的特殊性.其废水中含有大量可回收利用的物质,对这类制药废水的治理,应首先加强物料回收和综合利用。如浙江义乌华义制药有限公司针对其医药中间体废水中含量高达5%~10%的铵盐.采用固定刮板薄膜蒸发、浓缩、结晶、回收质量分数为30%左右,作肥料或回用,具有明显经济效益。但一般来说,制药废水成分复杂,不易回收,且回收流程复杂,成本较高。因此,先进高效的制药废水综合治理技术是彻底解决污水问题的关键。 四、结语 关于处理制药废水的研究已有不少报道,但由于制药行业原料及工艺的多样性,排放的废水水质千差万别,所以制药废水并没有成熟统一的治理方法,具体选择哪种工艺路线取决于废水的性质。根据该废水的特点.一般应通过预处理以提高废水的可生化性并初步去除污染物,再结合生化处理。目前,开发经济、有效的复合水处理单元是亟待解决的问题。同时,应加强清洁生产的研究,并在处理前期考虑废水是否有回收利用的价值和适当的途径。以达到经济效益和环境效益的统一。 制药废水处理技术探究:工业制药废水处理技术浅析 摘 要:本文首先介绍了制药废水的水质特点,其次分析了制药废水处理过程中常采的各种物化法、化学法、生化法及其他组合处理方法,指出各种处理方法的特点,最后提出制药废水处理的工艺选择原则。 关键词:制药废水;处理技术;特点 1 制药废水水质特点 制药废水的来源主要有四部分:一是生产合成药物产生的废水;二是生产抗生素产生的废水;三是中成药生产产生的废水;四是其他药剂生产时产生的废水。制药废水的特点是成分复杂、有机物含量多,可生化性较差和间歇排放。随着我国医药行业的快速发展,会产生大量难处理的制药废水,因此如何能有效的对制药废水进行处理成为一个大难题。 2 制药废水常用处理技术 目前应用较普遍的制药废水处理技术可以分为几大类:包括物化处理、生化处理、化学处理及其他组合处理,各类处理方式都有其自身的特点。 2.1 物化处理 物化处理通常是作为生化处理的预处理或后处理使用,主要工艺包括:混凝、气浮、离子交换和膜处理法等。 (1)混凝法。混凝法是我国目前应用最普遍的一种处理工艺,在制药废水处理中大多将其作为预处理使用。混凝法处理效果好坏的关键是投加的混凝剂,应通过试验选择合适的混凝剂种类及投加量。 (2)气浮法。气浮法是通过使水中产生大量的微小气泡,使其可以吸附废水中和其密度相似的固体颗粒,吸附后的气泡上浮到水面,经分离设备处理后,将气泡中的颗粒物与废水进行分离。 (3)膜分离法。膜分离法按照膜孔隙的大小不同可分为反渗透、超滤和纳滤法,通过对废水的过滤作用,去除水中的悬浮物和污染物。膜分离法的主要特点是设备操作简单、占地面积小和处理效果好等。 2.2 化学处理 化学处理制药废水主要有铁炭法、Fenton试剂法和深度氧化法。因为采取化学方法处理废水可能会对水质造成二次污染,因此选用化学方法处理时,应经试验后选用。 (1)Fe-C法。铁炭法是用金属铁处理高浓度、高COD废水的一种方式,通常在预处理阶段使用。其原理是在酸性条件下,Fe与C中间形成了多个微电流反应池,并对有机物进行氧化还原作用。Fe-C法出水后与石灰进行中和反应,生成Fe(OH)2絮状物对废水中的有机物能起到一定吸附作用,使出水的生化性显著提高。 (2)Fenton试剂法。Fenton试剂是过氧化氢与亚铁离子的结合,其中H2O2 起氧化作用,Fe2+离子主要是作为同质催化剂。Fenton试剂由于具有较强的氧化能力,通常在某些难生物降解或高浓度废水中使用,制药废水处理领域也经常应用。 (3)深度氧化技术。湿式氧化法(WAO)是在高温高压条件下,将氧气或空气中的氧气作为氧化剂,使废水中的无机物和有机物生成CO2和H2O的一种水处理方法。 超临界水氧化技术(SCWO)是以双氧水或分子氧作为氧化剂,以超临界水作为溶剂,氧化分解废水中有机物的一种技术。在制药废水等高浓度有机废水处理中,超临界水氧化技术的应用情况良好,且工艺流程相对简单,节省投资,具有很广阔的市场前景。 2.3 生化处理 生化处理技术是制药废水处理过程中的关键,目前广泛应用于各大型制药厂。生化处理技术主要包括三类:好氧生物法、厌氧生物法和好氧-厌氧组合生物法。 (1)好氧生物处理。由于制药废水中的有机污染物浓度较高,处理较复杂,在进行好氧处理前需对高浓度有机废水加入一定量的生活污水进行稀释,但由于制药废水的可生化性较差,通常单独使用好氧生物处理的废水不能达到排放的标准,需对废水进行预处理后在进行生化处理。目前应用较多的好氧生物处理方法有:循环式活性污泥法(CASS 法)、吸附生物降解法(AB 法)、接触氧化法和生物脱氮除磷工艺(A2/O法)等。 (2)厌氧生物处理。厌氧生物处理高浓度有机废水的效果较好,但单独使用厌氧生物处理工艺处理制药废水,其出水的COD仍较高,不能满足排放要求,因此厌氧生物处理后,还需进行好氧生物处理,才能保证水质达到排放标准。目前我国制药废水中应用较多的厌氧生物处理工艺有:厌氧折流板反应器(ABR)、上流式厌氧污泥床(UASB)和水解酸化法等。 (3)好氧―厌氧及其他组合处理工艺。单独使用好氧生物处理工艺或厌氧生物处理工艺对制药废水都不能很好的进行处理,需将好氧工艺与厌氧工艺组合使用,利用各自工艺的特点对废水进行处理,处理效果较单一工艺明显提高,目前组合生物处理工艺已广泛的应用于各类工业水处理领域,且达到了较好的处理效果。 3 制药废水处理的工艺选择 制药废水中的污染物浓度较高,成本较复杂,采取单独的生化处理往往达不到排放标准的要求,因此需要对废水进行预处理后,在进入生化处理阶段,提高生化处理的去除率。由于制药废水的水质变化较大,废水处理工艺的最开始应设立调节池,对废水的水质和水量进行调节,并保持合适的pH值。预处理工艺可以采用上文介绍到的物化处理工艺和化学处理法,降低水中悬浮物、盐度和COD,降低废水中含有的对生化处理不利的污染物,提高废水的可生化性,利于后续的生化处理发挥最大的处理效果。预处理过后,选择的生化处理工艺的关键是在于出水要求的标准,可根据水质特征选取好氧处理和厌氧处理的组合工艺,如出水的要求较高,还可以在生化处理后考虑添加后处理工艺,保证出水的水质满足要求。工艺选择的原则是保证出水满足要求的情况下,尽可能的使整个工艺系统的投资费用、运行成本和系统维护,满足技术要求且经济合理。总的工艺技术路线为:预处理―厌氧处理―好氧处理―后处理。 4 结束语 由于制药行业原料、产品及生产工艺的多样性,使制药废水的水质较为复杂,因此,没有一套工艺能够将所有种类的废水都处理,不同的水质特点决定着工艺路线的选择,应通过试验并结合相关水质的工程实例来选择合适的处理方式。目前,制药废水处理技术还不够成熟,出水效果稳定性差、水质较差、成本高、资源利用率低等问题仍然很突出。因此,开发新的高效的制药废水处理技术将成为水处理领域未来研究的重点。
预处理论文:厌氧预处理对曝气耗氧量的削减作用和机理 摘要:厌氧预处理可削减曝气耗氧量的20%~30%。其机理既不是贮磷菌贮存过量的聚羟基丁酸盐(PHB)随污泥排出,也并非由于产生CH4、H2S的释放。而主要是兼性厌氧菌对糖类发酵作用产生H2、CO2的结果。 关键词:耗氧量 厌氧稳定 非贮磷菌 发酵 PHB 为控制水污染的日益加剧,目前国内正大举兴建城镇污水处理厂。这是一项保证国民经济可持续发展的战略举措,但也是一项只见投入,不见直接产出的公益行为。其不仅需要投入大笔的基建资金,而且还要付出可观的运转费用。一些地方大力筹资建成了污水处理厂,但却因难以承担运转费用而不能充分发挥环境效益。因此,降低能耗,节约运转费用对发展城镇污水处理事业具有举足轻重的作用。 在常规城镇污水处理中,曝气供氧的能耗最大,约占全厂总能耗的50%。因此,降低曝气耗氧量是节约运转费用的首要环节。降低曝气耗氧量的途径有两条:第一,前置预处理设施,削减进入曝气区的耗氧量;第二,优选运行条件和扩散装置,提高氧利用率。本文将就前者作进一步的探讨。 1 厌氧预处理对曝气耗氧量的削减作用 在A/O、A2/O系统中,厌氧区可去除水中大部分有机物。过去,一直将这种现象主要归因于贮磷菌的吸收和贮存PHB的作用。因PHB是过渡产物,在好氧区将作为碳源而被氧化。故这一过程并不削减后续的曝气耗氧量。然而,近年来的理论和实践都证明,厌氧区不仅具有吸收和贮存基质的功能,而且还产生脱氢氧化作用,并可大幅度削减继后的曝气耗氧量。 1.1 早先的发现和实践的证明 早在1983年,Lan等就发现在曝气区前设置一个厌氧区,可降低曝气区50%的耗氧量。继后,Randall等[1](1984~1987年)多次证实了这一发现,并将这一现象命名为“厌氧稳定”。Bordacs等(1988年)在曝气区前加了一只厌氧选择器,平均降低了30%的曝气耗氧量。其降低幅度与F/M(BOD/MLVSS)有关:当F/M为0.2时,降低36%,当F/M为0.8时,降低20%。王凯军等[2](1988年)将初沉池改成厌氧池,厌氧反应1.67~2.5 h后,曝气耗氧量降低约50%。McClintock等[3](1993年)应用A2/O 工艺与常规活性污泥法进行对比研究,前者厌氧、缺氧反应各1h,在同等的除氮效果下,A2/O 工艺所需的曝气时间由3.2h缩短至1.7h,曝气耗氧量降低近1/2。 1.2 氧平衡计算的结果 所谓厌氧稳定是指在厌氧过程中,有机物完全氧化或还原成气态尾产物释放,既不是转化为菌体随污泥排出,也不是转化为潜在的耗氧物在系统内外继续耗氧,是一种脱氢氧化行为。在A/O、A2/O系统中,除厌氧稳定作用而外,还存在两项可削减曝气耗氧量的因素,即:反硝化和排泥。为排除这两项因素的干扰,Randall等[1]应用物料氧平衡法对三项研究成果进行了评估。在氧平衡计算时,用氧当量表示有机物,统一进行量化。从全系统去除的COD氧当量中,扣除反硝化增补的和排泥损失的氧当量,则可计算出厌氧稳定的氧当量,及由此而削减的曝气耗氧量。第一项研究应用A/O工艺,厌氧反应1.7h,曝气3.9h。通过投药法抑制硝化作用的发生,免除反硝化增氧的干扰。扣除排泥带走的氧当量,测算出厌氧稳定削减的曝气耗氧量占23%~48%。第二项研究应用A2/O工艺,厌氧、缺氧、好氧反应的时间分别为1.3h、2.1h、6.9h,扣除反硝化增补的和排泥损失的氧当量,得出厌氧稳定削减的曝气耗氧量为23%~27%。第三项研究A2/O工艺与普通活性污泥法的平行对比试验,A2/O系统的厌氧、缺氧、好氧反应时间分别为2h、2h、4h,普通活性污泥法的曝气时间为8h。结果为:厌氧稳定削减了8%~27%的曝气耗氧量,A2/O工艺比普通活性污泥法降低23.2%~37.3%曝气耗氧量。 2 厌氧稳定削减曝气耗氧量的机理 厌氧预处理可削减曝气耗氧量的发现已得到国内外大量科研成果和生产实践的证明。但对其机理却众说纷纭,认识不一。占优势的说法是,贮磷菌细胞内贮存过量的PHB,未经氧化而以污泥形态排出系统;也有人将其归因于厌氧还原产生CH4和H2S的释放。近年来的研究证明,这两种说法均科学依据不足。 2.1 贮磷菌贮存过量的PHB流失的可能性这方面存在两种观点:第一,认为贮磷菌贮存PHB是厌氧反应的主导作用;第二,认为污泥中含有过量的PHB。在厌氧条件下,吸收并贮存PHB的主要是一类小型阴性短杆菌(Acinetobacter)也称除磷菌。这类菌在厌氧条件下仅能利用醇、酸等低分子有机物合成PHB,而不能直接利用糖类等复杂物。其对乙酸的亲合性特别强,只要水中有乙酸存在,无论在厌氧、缺氧或好氧条件下,也不管污泥处于循环周期的何种状态,贮磷菌就要释放磷而吸收乙酸。此外,必须指出,贮磷菌也是一类活性差、增殖慢、竞争力弱的菌属,其对环境条件有一定的要求和选择性,在A/O、A2/O系统中,将与其他菌种发生竞存和筛选作用。 近年来的研究表明,在厌氧条件下,除贮磷菌而外,还存在另一类能吸收并贮存有机物的非贮磷菌。两类菌既可共存又有竞争。Jakub等[4]曾做了这样一个试验,在葡萄糖和乙酸各50%的基质中,接种非贮磷菌。从0天~23天内,A/O系统的贮磷菌接近于零,但随着时间的推移,贮磷菌逐渐增加,而非贮磷菌相应减少,至131天后,两类菌数量相近。在整个试验过程中,不管两类菌种的比例如何演变,厌氧区出水的可溶性COD均很低,且变幅甚小。结果表明,非贮磷菌同样具有吸收并贮存乙酸等有机物的能力。然而,非贮磷菌以何种形态吸收并贮存有机物,是PHB、PHA、糖类,还是其他物质,目前所知甚少。 基于上述,在厌氧区贮磷菌和非贮磷菌均能吸收并贮存大量有机物。为深究这些贮存物的演变和最终产物,一些学者进行了探索。刘延华等[5]在以乙酸为基质的试验中测出:厌氧终端污泥的PHB高达200mg/L,而在好氧结束时,降至20 mg/L;在以葡萄糖为基质时,污泥的PHB始终处于40 mg/L的低水平,变幅甚小。Randall等对三项研究排泥的氧当量测定值为:第二、第三项研究排泥的氧当量为1.42 mg/(mg MLVSS);第四项研究中,A2/O工艺排泥的氧当量为1.34mg/(mg MLVSS),普通活性污泥为1.30mg/(mg MLVSS)。这些测定值与标准值1.42mg/(mg MLVSS)相等或接近。据此推测,排泥中的PHB等细胞贮存物数量甚微,不足以对曝气耗氧量产生重大的影响。 2.2 产生CH4、H2S所起的作用 在厌氧条件下,必然有甲烷菌存在并产生CH4。但一般的A/O、A2/O系统均在常温下运行,且MCRT较短(10天~20天)。这种环境条件不利于甲烷菌的增殖和代谢活动。虽然甲烷化能消耗一部分有机物,但不可能产生大幅度削减曝气耗氧量的结果。Wable(1992年)曾对一A2/O系统的尾气进行监测,未检出CH4,但该系统仍发生厌氧稳定作用。此外,在Randall等的第二、第四项研究中,虽发现一些还原硫化物,但数量甚微,这一过程消耗的有机物在氧平衡计算中所占比例甚小。 2.3 厌氧稳定的机理 如前所述,厌氧稳定既不能归因于细胞贮存过量的PHB等有机物的流失,也不是由于产生CH4和H2S的释放。其实这是由广泛存在,但被忽视的糖类发酵反应所引起。提起发酵反应,一般认为仅是将复杂的、大分子有机物降解为简单的、小分子有机物,发酵过程产生的氢以降解物或氧化物为受体,不排出系统。因此,发酵产物的COD与原基质相等,不导致削减COD的效果。这种认识只看到了发酵反应的一个侧面,而忽视了更为重要的方面。发酵反应是由多种微生物参与、反应途径多种多样的复杂过程。其中既有脱氢氧化作用,又有加氢还原作用。发酵产物既可能是甲、乙、丙、丁、乳酸,也可能是醇类。发酵途径和产物随着环境条件和优势菌种的变化而变化。近年来的研究证明,在A/O、A2/O系统中,有许多兼性厌氧菌能在降解糖类时释放出H2和CO2,从而削减了系统的COD总量。按经典的EM代谢途径,1 mol C6H12O6首先无氧酵解为2 mol的CH3COCOOH。 3 影响厌氧稳定的因素 影响厌氧稳定的因素主要有:原水含糖比、原水有机物浓度、MCRT、F/M、MLVSS等。 3.1 原水含糖比 发酵反应的对象是糖类等复杂的有机物,原水含糖比对厌氧稳定的影响最大。Randall等在其第二项研究中,曾以乙酸取代葡萄糖为基质,结果引起厌氧稳定效果的急剧下降。在MCRT为3天时,削减的曝气耗氧量接近于零。 3.2 原水有机物浓度 Randall等[1]在研究中发现,原水有机物浓度也对厌氧稳定效果产生重大的影响。应用相对较稀的腐化池出水作试验,当原水COD<190 mg/L时,厌氧稳定效果接近于零。但随着原水COD的提高而直线上升。 3.3 MCRT、F/M、MLVSS 这是三项互相关联的影响因素。Randall等[1]在第四项研究中,将MCRT由5天提高到15天时,厌氧稳定削减的曝气耗量由8%~18%上升至12%~27%,升幅达50%。而与此相应的是:MLVSS由1000mg/L上升至2000mg/L,F/M由0.2kgCOD/kg MLVSS降低至0.1mgCOD /kg MLVSS。结果提示,过低的MCRT将导致MLVSS下降、F/M上升,从而削弱厌氧稳定效果。 4 结束语 厌氧稳定是由一类非贮磷菌属的兼性厌氧菌发酵反应的结果,是一种脱氢氧化行为。厌氧稳定削减的曝气耗氧量可达20%~30%。厌氧稳定对含糖比大,有机物浓度高的污水较为合适。从削减曝气耗氧量的角度出发,厌氧稳定应是一个有利于产生并释放H2和CO2的过程,这个过程应促进NAD的再氧化并避免降解产物的还原。然而,迄今为止,有关厌氧稳定的理论知识仍相当贫乏,实践经验更是不足。如何优化筛选参与厌氧稳定的微生物,如何优化厌氧稳定的运行条件,如何将厌氧稳定与除氮、磷作用有机结合等一系列课题,都有待今后研究和探讨。 预处理论文:含毒有机废水生物处理前的预处理 大量的资料表明,我国目前及今后相当长一段时间内的环境问题主要是水环境问题,水环境问题又主要是有机废水的污染问题。因此,有机废水的治理是环保工作中极其重要的一面。 有机废水无害化处理的首选方法是生物处理。这是由生物处理所具有的处理的相对彻底性( 无二次污染或二次污染较小)以及运行费用低廉等优点决定的。 根据有机废水处理方面的特性可以将其划分为以下3类:①废水中的有机物易于生物降解,同时废水中的毒物含量很少。这类废水主要是生活污水和来自以农牧产品为原料的工业废水等; ②废水中的有机物易于生物降解,同时废水中的毒物含量较多。这类废水主要来自印染、制革废水等;③废水中所含的有机物难于生物降解(生物降解速度极其缓慢),同时,废水中毒物可能较多、亦可能较少。这类废水主要来自造纸、制药废水等。 第①类废水可直接进行生物处理。第③类废水较为复杂,此处不作讨论。本文主要对第② 类废水中的毒物作用机制及应对措施加以讨论。 1、毒物及其作用机制 废水中凡是能延缓或完全抑制微生物生长的化学物质,统称为有毒有害物质,简称毒物。这些毒物,从化学性质上来分可划分为有机物和无机物两大类。从处理的角度又可划分为能被生物处理段去除、转化的物质(如H2S、苯酚等,或称非稳定性毒物)和不能被生物处理段去除、转化的物质(如NaCl、汞、铜等,或称稳定性毒物)两大类。 毒物对微生物的作用机制主要有如下方式: (1)损伤细胞结构成分和细胞外膜。如:70%浓度的乙醇能使蛋白凝固达到杀菌作用;酚、甲酚、表面活性剂作用于细胞外膜,破坏细胞膜的半透性。 (2)损伤酶和重要代谢过程。一些重金属(铜、银、汞等)对酶有潜在的毒害作用,甚至在非常低的浓度下也起作用。这些重金属的盐类和有机化合物能与酶的-SH基结合,并改变这些蛋白质的三级和四级结构。 (3)竞争性抑制作用。当废水中存在一种化学结构与代谢物质相类似的有机物时便会发生。因为二者都能在酶的活性中心与酶相结合,它们的竞争将抑制中间产物的形成,使酶的催化反应速率降低。 (4)对细胞成分合成过程的抑制作用。当某些化学物质的结构类似于细胞成分的结构时,它们便会被细胞吸收并同化,结果是合成无功能的辅酶或导致生长停止。这种作用最典型的例子便是磺胺酸。 (5)抗生素对核酸的抑制作用。不少抗生素能专一地抑制原核生物的蛋白质合成,如链霉素会抑制氨基酸正确结合于多肽上。 (6)抗生素对核酸的抑制作用。如丝裂霉系C会选择性地阻止DNA的合成,从而抑制微生物的生长。 (7)对细胞壁合成的抑制作用。如青霉素便是通过干扰细胞壁的合成从而达到抑制微生物生长的效果。 2、菌种承受毒物的能力及菌种驯化法 需说明的是,微生物中存在不少能耐受常用代谢毒物的菌株,有的甚至能利用它们作为能源。化学物质对微生物的抑制作用与其浓度有直接关系,并随微生物的驯化而发生变化,经过驯化的微生物对有毒物质的适应能力将逐步加强。微生物这种巨大的适应性(变异性)是由它们的小体积决定的。如一个微球细胞仅具有约100 000个蛋白质分子所能容纳的空间,如此小的体积决定了那些近期用不着的酶是不能储备的,许多分解代谢酶类只有当存在合适的基质时才会产生。在某些条件下这类可诱导的酶可占蛋白质总含量的10%.正是微生物的这种变异性,才使生物法处理含毒有机废水成为可能。但任何微生物承受毒物的能力都是有一定的极限的(此时的浓度叫极限允许浓度),正是这种极限又要求含毒物有机废水在生物处理前需要一定的预处理。 前已说过,微生物由于其体积的细小,而具有巨大的适应性(变异)。因此可以采用人工改变微生物生活环境的方法进行诱导变异,让微生物直接适应原水中毒物浓度或提高微生物对毒物的去除能力。这种方法对稳定性毒物及非稳定性毒物均适用,是处理含毒有机废水的一种基本方法。 在城市生活污水处理厂中,当进水中酚的浓度突然增加到50 mg/L时,便会对生物处理系统产生巨大的破坏作用。严重时,会导致全系统的崩溃。可是,某焦化厂采用适应性变异的方法对菌种进行驯化即菌种驯化法,使微生物内的酶逐步适应了这种毒物的大量存在,便将这种毒物当成其底物而加以分解吸收。实际运行表明,进水中酚的平均浓度为117.5 mg/L时,酚的去除率高达99.6%. 含酚废水处理是应对一种不稳定性毒物的例子,当毒物很稳定时,亦可采用这种驯化方法以提高微生物对毒物的承受能力。但须注意,这种毒物的浓度必须满足最终出水排放标准或另外采取其它措施加以控制。 3、预处理方法 前已说过,驯化是生物处理法中应对毒物的一种基本方法。但任何微生物承受毒物的能力都是有一定的极限的,毒物浓度超过极限允许浓度时就需要一定的预处理。目前,预处理法主要有稀释法、转化法和分离法。 3.1 稀释法 污水中的毒物之所以成为毒物,是与其浓度有关的。当其浓度超过某一极限允许浓度时,毒物就成为毒物;在极限允许浓度以下时,毒物就不表现出毒性甚至成为营养。当废水中毒物浓度超过生物处理的极限允许浓度时,为保证生物处理的正常进行,可采用简单的稀释法,将废水中毒物浓度降低到极限浓度以下。 根据废水中毒物的稳定或非稳定性质,结合实际情况,可采取3种不同的稀释法:污水稀释法,处理出水稀释法,清水稀释法。 (1)污水稀释法。不同的污水中所含的物质不同,将它们混合起来,彼此稀释,可将毒物浓度降低到极限允许浓度以下,这便是污水稀释法。它最简单、最经济,是首选方法,不论毒物的性质是稳定或非稳定均适用。少量的工业废水混入大量的城市污水中,几乎所有的毒物浓度都会被降低到极限允许浓度以下。但是,少量的工业废水彼此间混合后,毒物浓度仍有可能在极限允许浓度以上,仍需继续采取其它措施。 污水稀释法除了上面所说的不同单位所排废水之间的大稀释外,还有同一工厂不同车间所排废水之间的小稀释。比如,制革工厂中,脱毛工段所排的灰碱废水中S2-的浓度高达1 000 mg/L以上,但脱毛工段所排的灰碱废水只占全厂总排水量的5%左右,只要建一较大的调节池(停留时间HRT一般在12 h左右),不同工段所排废水在此搅拌混合后,总出水中S2-的浓度便可降低到100 mg/L以下。这对后续处理非常有利。 (2)处理出水稀释法。这种方法只适用于废水中的毒物为非稳定这一单一情况。处理出水稀释法又有两种:①曝气池池型采用完全混合式;②处理出水回流稀释法。出于经济方面的考虑,方法①应是首选。 实例:制革废水中S2-的存在对生物处理具有极大的危害,生物处理的极限允许浓度为30 mg/L.制革废水经调节池调节稀释后,进入曝气池时S2-仍然在50 mg/L 以上。以前,许多设计单位主张采用分隔处理,即先把灰碱废水单独进行脱S预处理,把进水中的S2-降低到30 mg/L以下,再进行综合处理。有经验表明,可采用处理出水稀释法来消除S2-对生物处理的影响,不需要进行分隔处理,而直接进行综合处理。东南大学设计的南京制革厂废水处理站,采用的处理流程为调节池初沉池生物处理,生物处理采用的是氧化沟,该氧化沟沟宽6 m,有效水深3 m,沟内水流平均流速0.4 m/s,做如下两个假定:①废水进入氧化沟后经过1周的循环,其中的S2-经曝气氧化后全被去除(被氧化成单体硫或硫代硫酸盐);②废水一进入氧化沟后,横向扩散很好,横断面上各点水质完全相同。按S2- 的极限允许浓度30 mg/L进行计算,理论上可得该氧化沟进水S2-的最大允许浓度为 7776 mg/L.从30 mg/L到7776 mg/L可以看出稀释法的巨大作用。当然,在实际运行中①,②两条假定不可能完全做到,故实际进水最大允许浓度远远不能达到7776 mg /L.根据该厂长达12年的稳定运行经验表明,在调节池出水S2-不超过100 mg/L 的情况下,S2-对氧化沟的稳定运行是完全没有影响的,而且氧化沟出水S2-始终在排放标准1 mg/L以下。这是稀释法成功应用的一个例子。 (3)清水稀释法。这种方法只有在废水中的毒物为稳定性毒物,不能采用处理出水稀释,工厂内部及其附近又没有其它废水可以用来稀释它,而且这种毒物又不能采用分离法或转化法去除时才能使用。这是由于①这种方法的不经济性。采用清水稀释本身就要花费大量的水费;原水采用大量的清水稀释后,处理投资和运行费都要增加。②随着环境管理的加强,已由浓度排放控制过渡到排放总量控制。 实例:南京某石化公司化工二厂废水处理站,进水COD为6 000 mg/L,但同时含有CaCl 250 000 mg/L,如此高的盐度将会极大地抑制生物处理的正常运行,所以在生物处理之前必须对盐加以适当处理。考虑到生物处理对CaCl2无去除或转化作用,其它的分离或转化方法又不经济,该厂地处郊区,附近无其它工厂或本厂的另类废水可利用来稀释,故设计单位与甲方商量后采用了清水稀释法,即将原水加清水稀释10倍,将CaCl2浓度降为5 000 mg/L后,再进行深井曝气法处理,取得了满意的效果。 3.2 转化法 化学物质只有在特定的情况下才会表现毒性,比如,硝基苯毒性较大,转化为苯胺后,毒性就大为降低。Cr6+的毒性很大,可是被还原为Cr3+后,毒性就大为降低。所以,可以通过化学方法,将有机废水中的毒物转化为无毒或毒性较低的物质,以保证生物处理的正常进行。这种方法对稳定性毒物或非稳定性毒物均适用。采用这种方法一定要注意两个问题:①转化后,稳定性毒物的浓度必须在生物处理极限允许浓度以下,非稳定性毒物的浓度必须保证生物处理的正常运行;②最终出水中,毒物浓度也应满足排放标准。 实例:化工废水中的硝基苯是一种毒性较大,可生化性较差的物质。直接对它进行生物处理,由于毒物负荷的限制,使得生化曝气池的BOD负荷极低,效率不高。故绝大多数工程在废水进入曝气池之前进行预处理,用化学法(比如亚铁还原)将硝基苯转化为苯胺,苯胺与硝基苯相比,其毒性大为降低,而且可生化性大幅提高,使曝气池BOD负荷大大提高。 3.3 分离法 利用分离的手段,将废水中的毒物转移到气相或固相中去,以保证废水生物处理的正常运转,这便是分离法的原理。此法对稳定性或非稳定性毒物均适用。采用这种方法时应注意如下几点:①分离后,废水中稳定性毒物浓度必须在生物处理的极限允许浓度之下,非稳定性毒物的浓度必须保证生物处理的正常运行;②必须保证最终出水各项指项(包括毒物)达到国家排放标准;③转移到气相或固相的毒物必须进行妥善处理,不允许出现二次污染。 实例:制革废水中S2-是一种毒物,我们可以向废水中投加Fe2+使之形成FeS沉淀去除,出水可以直接进行生物处理而不受S2-的影响,沉淀的FeS可以送去制砖或进行填埋处理;亦可以向废水中加酸,将废水中的S2-形成H2S吹脱到空气中去,用NaOH吸收后形成Na2S再回用于制革生产。 4、结语 为保证生物处理的正常进行,可采用的消除毒物影响的措施是很多的,如何从繁多的方法措施中选择一个最佳方案,是一个全系统优化课题。优化的原则是:①废水中各项指标(包括毒物)必须达到国家排放标准;②必须保证生物处理的正常运行;③在此基础上,应努力追求工艺流程简单、投资省、运行费用低、无二次污染以及管理方便。 实例一:制革工厂中,灰碱废水中含有大量的S2-.为消除S2-的影响,可采用的措施有如下几条:①采用分隔处理,向废水中投加MnSO4,曝气,将废水中的S2- 氧化成单体硫或硫代硫酸盐;②采用分隔处理,向废水中投加Fe2+,使之形成FeS沉淀而去除;③采用分隔处理,向废水中投加酸,使之形成H2S,再用NaOH吸收;④综合处理,向废水中投加MnSO4,曝气,将废水中的S2-氧化成单体硫或硫代硫酸盐;⑤综合处理,向废水中投加Fe2+,使之形成FeS沉淀而去除;⑥其它方法。在这么多的方法中,东南大学经过多年的探索,最终总结出一条最佳工艺方案:不进行分隔处理,直接进行综合处理,调节池的HRT延长到12 h,搅拌混合后,可将废水中的S2-降低到100 mg/L以下,初沉后,曝气池采用完全混和型的氧化沟,可直接消除S2-的影响并将其去除。国内数十项此类工程的实际运行经验表明:这套综合措施是完全可行的。 实例二:南京某炼油厂某股废水中,COD为3000 mg/L,NH3-N 200 mg/L,S2-150 mg/L.S2-的浓度已经超过生物处理的极限允许浓度,故在进行生物处理之前必须先解决好S2-的问题。在确定废水处理工艺流程.这种方法就本段来看是完全可行的,但因该废水中HN3-N浓度较高,必须采用A/O法进行处理,被氧化过的S进入A/O段后,处理池中的厌氧环境又会将S还原为S2-,其毒性又恢复释放出来,必将破坏生物处理的正常运行。故采用这种方法从全流程上来看是不行的。最终选定的方案是采用投加Fe盐沉淀去除的方法。 预处理论文:复合预处理对大鼠肠缺血再灌注的保护作用 【摘要】 目的: 探讨复合预处理(亚低温下缺血预处理)对大鼠小肠缺血再灌注损伤的保护作用及机制. 方法: 将32只大鼠随机分为4组(每组8只):假手术对照组(Sham)、缺血再灌注组(I/R)、缺血预处理组(IP)、亚低温预处理组(MHIP). 比较各组小肠组织湿干质量比、Ca2+Mg2+ATP酶含量及血清乳酸脱氢酶(LDH)、超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛(MDA)活力、总抗氧化(TAX)能力的变化,并观察各组肠组织超微结构及Bcl2, Bax蛋白表达. 结果: 肠缺血再灌注后小肠湿干质量比值增高,LDH, MDA含量明显上升(P 0.01),Ca2+Mg2+ATP酶、SOD活性及TAX能力明显下降,小肠组织Bcl2和Bax蛋白表达吸光度(A)明显增高(P 0.01);IP组与I/R组比较及MHIP组与IP组比较小肠湿干质量比值减小,LDH,MDA含量明显下降,Ca2+Mg2+ATP酶、SOD活性及TAX能力明显上升,小肠组织Bcl2蛋白表达吸光度(A)值增高,Bax蛋白表达吸光度(A)值降低(P 0.01, P 0.05),Bcl2/Bax吸光度(A)比值明显增高. 结论: 亚低温缺血预处理通过增加肠组织自身抗氧化能力、抑制脂质过氧化、上调Bcl2基因的蛋白表达与下调Bax基因的蛋白表达以抑制肠组织细胞凋亡的发生等机制对抗肠缺血再灌注损伤. 【关键词】 小肠;再灌注;亚低温;缺血预处理;基因表达 0引言 亚低温对脑和肝缺血再灌注损伤有保护作用[1,2],但亚低温缺血预处理对小肠缺血再灌注损伤作用的研究尚未见报道. 我们在缺血预处理和亚低温研究的基础上,应用大鼠小肠缺血再灌注损伤模型,观察亚低温缺血预处理对肠缺血再灌注损伤的保护作用,并探讨其可能的机制. 1材料和方法 1.1材料 1.1.1动物选用Wistar健康雄性大鼠32只,体质量230~280 g. 由咸宁医学院动物室提供. 将32只大鼠随机分为4组,每组8只. ① 假手术对照组(Sham):仅暴露肠系膜上动脉(SMA)而不夹闭,共2 h结束实验后取材;② 缺血灌注组(Ischemiareperfusion, I/R):夹闭SMA 60 min后松夹60 min再取材;③ 缺血预处理组(Ischemicpreconditioning, IP):夹闭SMA 5 min和松夹5 min作为预处理,余同I/R组;④ 亚低温预处理组(mild hypothermia ischemicpreconditioning, MHIP):在实施缺血预处理前在小肠周围充填碎冰造成小肠亚低温(33~35℃)[3],余同IP组. 1.1.2药品及试剂乳酸脱氢酶(LDH)、Ca2+Mg2+ATP酶含量、总抗氧化(TAX)能力、超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛(MDA)活性试剂盒均购自南京建成生物工程研究所,Bcl2, Bax免疫试剂盒由武汉博士德生物工程有限公司提供,其他试剂均为国产分析纯. 结果测定按试剂盒提供的说明书严格进行操作. 1.2方法 1.2.1模型制备100 mL・L-1水合氯醛(3.5 mL・kg-1, ip)麻醉后,仰卧固定,取腹部正中切口,暴露SMA,用无损伤动脉夹夹闭其根部导致缺血,松夹即为再灌注,在各设定时相点经髂动脉取血并迅速放血致死,同时取中段小肠匀浆. 1.2.2指标测定① 取定量肠组织制备组织匀浆测定Ca2+Mg2+ATP酶活性,并留取肠组织观察组织湿干质量比值;经髂动脉取血分离血浆,测定LDH活性,SOD, MDA含量,TAX能力;②冰冻切片后,用免疫组化方法,通过DAB显色,观察bcl2 及 bax 蛋白表达,在显微镜下用图像分析系统检测吸光度(A)值(每组选10个视野分别测量,计算均值);③冰冻切片后,光镜下观察并拍片,根据Chiu肠粘膜损伤进行分级,电镜标本严格制片,在日立H600透视电镜下观察并拍片. 统计学处理:所有数据均以 x±s表示,组与组之间采用t检验. 2结果 2.14组动物小肠组织湿干质量比Ca2+Mg2+ATP酶含量以及血浆TAX, LDH, SOD, MDA的变化肠缺血再灌注后小肠湿干质量比值增高,LDH, MDA含量明显上升(P 0.01),Ca2+Mg2+ATP酶、SOD活性及TAX能力明显下降(P 0.01);缺血预处理组与缺血再灌注组比较及亚低温预处理组与缺血预处理组比较小肠湿干质量比值减小,LDH, MDA含量明显下降(P 0.01, P 0.05), Ca2+Mg2+ATP酶、SOD活性及TAX能力明显上升(P 0.01, P 0.05, Tab1) . 表1大鼠肠组织湿干质量比、Ca2+Mg2+ATP酶含量、血浆TAX, LDH, SOD活性及MDA含量 (略) 2.24组动物小肠组织Bcl2, Bax和Bcl2/Bax蛋白表达吸光度(A)值的变化肠缺血再灌注后小肠组织Bcl2和Bax蛋白表达吸光度(A)值明显增高,与假手术对照组有显著性差异(P 0.01);缺血预处理组与缺血再灌注组比较及亚低温预处理组与缺血预处理组比较小肠组织Bcl2蛋白表达吸光度(A)值增高(P 0.01, P 0.05),Bax蛋白表达吸光度(A)值降低(P 0.01, P 0.05),Bcl2/Bax吸光度(A)比值明显增高 (Tab 2 ). 2.34组动物肠组织学改变光镜下,将各组肠粘膜损伤进行比较:假手术对照组肠粘膜基本正常,损伤均为0级;缺血再灌注组肠粘膜损伤(Ⅱ级2只,Ⅲ级3只,Ⅳ级3 只)明显高于假手术对照组(P 0.01);缺血预处理组肠粘膜损伤(Ⅰ级2只,Ⅱ级4只,Ⅲ级2只)明显低于缺血再灌注组(P 0.01);亚低温预处理组肠粘膜损伤(0级1只,Ⅰ级3只,Ⅱ级4只)低于缺血预处理组(P 0.05). 电镜下,假手术对照组肠粘膜上皮微绒毛排列整齐,各细胞器形态正常;I/R组肠粘膜上皮微绒毛稀疏、变短、脱落,线粒体明显肿胀,空泡变性,内质网排列紊乱、肿胀;缺血预处理组肠粘膜上皮微绒毛排列基本整齐,线粒体内质网轻度肿胀;而亚低温预处理组肠粘膜上皮微绒毛排列整齐,线粒体内质网肿胀不明显. 表24组小肠组织Bcl2、 Bax和Bcl2/Bax蛋白表达吸光度(A)值的比较 (略) 3讨论 1986年Murry等[4]提出预处理(preconditioning, PC)这一概念,他们在动物实验中,发现心脏经历多次短暂缺血后,紧接一个较长时程的心肌缺血,不仅没有“累积性损伤”,而且心肌对随后较长时间缺血产生更大的耐受力,这一现象称为缺血预处理的保护作用. 近年来,IP对脑、肾、肝I/R损伤的保护作用已有大量报道,并从内源性细胞保护物质、膜受体信息传递及细胞代谢因素等方面探讨其保护机制. IP对组织的保护作用毕竟有限,目前有研究表明,亚低温对脑[5]、肝[3]I/R所致氧自由基损害有保护作用. 我们在大鼠小肠I/R损伤模型上观察亚低温对IP的增强效应和亚低温缺血预处理即复合预处理对小肠I/R损伤的保护作用. 实验结果显示,I/R组肠组织湿干质量比值、LDH, MDA含量明显上升,Ca2+Mg2+ATP酶、SOD活性及TAX能力明显下降,表明肠I/R后,产生大量的氧自由基,作用于生物膜发生脂质过氧化,造成组织细胞损害. IP组肠组织湿干质量比值、LDH, MDA含量明显低于I/R组,Ca2+Mg2+ATP酶、SOD活性及TAX能力明显高于I/R组. 表明IP能提高小肠组织的抗氧化能力,抑制肠组织脂质过氧化反应,减轻I/R产生氧自由基所致的损伤. 但IP只能减轻不能避免这种损伤,限制了临床应用. 本实验在IP前对小肠实施亚低温处理,以期增强IP的保护作用. 实验结果显示,MHIP组与IP组比较,小肠湿干质量比值减小,LDH, MDA含量明显下降,Ca2+Mg2+ATP酶、SOD活性及TAX能明显上升,肠粘膜损伤程度及肠组织超微结构异常也明显减轻. 提示亚低温能增强IP的保护作用. 其机制可能是亚低温进一步抑制小肠因I/R所致的肠组织脂质过氧化反应,提高小肠的抗氧化能力,减轻氧自由基所致的损害,维护细胞的正常能量代谢及细胞器形态和功能的完整性. 我们发现,肠I/R后,小肠组织Bcl2和Bax蛋白表达吸光度值明显增高,与对照组有显著性差异;MHIP组小肠组织Bcl2蛋白表达吸光度值明显高于I/R组,Bax蛋白表达吸光度明显低于I/R组,Bcl2/Bax吸光度值比值也明显高于I/R组. Bcl2是一种细胞凋亡的抑制基因,Bax是一种细胞凋亡的促进基因,二者相互作用调控细胞凋亡[6,7]. 我们认为MHIP对抗I/R损伤的机制可能是诱导了Bcl2的表达,抑制了Bax的表达,从而抑制肠组织细胞凋亡的启动,减轻肠I/R损伤. 本实验结果的意义就是在基因水平上观察到复合预处理对肠移植的供体小肠血供复流时的再灌注损伤保护作用,为临床应用提供有效方法和理论依据. 预处理论文:选择性钠/氢离子交换抑制剂预处理对未成熟心肌的保护作用 摘要:目的 研究选择性Na+/H+ 交换抑制剂HOE642(Cariporide)预处理对未成熟心肌缺血/再灌注损伤的保护作用及机制。方法 20只健康新西兰幼兔(3~4周龄),利用Langendorff左室做功模型灌注其离体心脏,建立全心缺血/再灌注模型。KH液自主动脉逆行灌注心脏,向球囊缓慢注入生理盐水,调整至左室舒张末压(LVEDP)为10mmHg, 做功20 min,随机分为两组,组Ⅰ: 对照组,继续灌注15min;组Ⅱ:HOE642预处理组,用加入HOE642的KH液(浓度为5μmol/L)继续灌注15min。然后两组心脏均以St.Thomas停搏液诱导停跳,常温(37℃)缺血45min(保湿保温),再灌注60 min。记录冠脉流量(CAF),多导生理记录仪记录左心功能指标, 原子吸收分光光度计测定心肌细胞内钙(Ca)含量,自动生化分析仪测量冠脉流出液中磷酸肌酸激酶(CK)、磷酸肌酸激酶同工酶(CK-MB)、乳酸脱氢酶(LDH)漏出量含量,计算心肌含水量,透射电镜观察心肌超微结构改变。结果 CAF、左室发展压(LVDP)、左室压力微分(±dp/dtmax)恢复率,心肌组织内Ca 及心肌含水量,心肌超微结构变化,HOE642预处理组明显优于对照组(P 0.05)。结论 HOE642预处理通过减少细胞内钙超载,模拟缺血预处理的心肌保护效果,对未成熟心肌缺血/再灌注损伤有明显的保护作用。 关键词:Na+/H+ 交换;预处理;未成熟心肌;缺血再灌注损伤;钙超载 随着心血管外科、体外循环及围术期处理水平的提高,越来越多的先心病患儿在婴幼儿期、新生儿期进行早期手术治疗。术中良好的心肌保护是术后存活的关键,与未成熟心肌生理功能相适应的、有别于成熟心肌保护措施的寻求是小儿心脏外科关注的焦点[1]。这也为将来胎儿体外循环的心肌保护提供依据。 防治心肌缺血/再灌注损伤是心肌保护的关键,药物预处理是防治心肌缺血/再灌注损伤的有效措施。近年,心肌细胞钠氢通道(Na+/H+ exchanger,NHE1) 介导缺血/再灌注损伤的机制逐渐受到重视,有研究报道Na+/H+ 交换抑制剂对成熟心肌有保护作用[2] 。HOE642(cariporide)是第一个进入临床研究的NHE1拮抗剂,本实验探讨了HOE642预处理防治未成熟心肌缺血/再灌注损伤的作用及机制。 1 材料与方法 1.1 实验药品及仪器 HOE642(Cariporide)(德国Aventis Pham公司惠赠), Langendorff灌流装置,Powerlab多导生理记录仪(Bridge AD Instrument PTY Ltd, Australia ,Chart v5.0),P-300生理压力传感器(北京金三江传感技术有限公司),滚压泵(Stockert,德国),混合气(O2:CO2=95%,北京普莱克斯公司),超纯水(SZ-93自动双重纯净水蒸馏器,上海亚容生化仪器厂),Krebs-Henseleit重碳酸盐缓冲液(KH液)(mmol/L):NaCl 118.5、NaHCO3 25.0 、KH2PO4 1.2 、KCL 4.8 、 MgSO4・7H2O 1.2、 CaCl2・2H2O 1.8 、葡萄糖11.0 ,pH (7.4±0.5)。 1.2 建立实验模型 健康纯种新西兰大耳白兔,3~4周龄,雌雄不限,体重300~350g(阜外心血管病医院实验动物中心提供)。以戊巴比妥钠(30mg/kg)腹腔麻醉,经耳缘静脉肝素化(150IU/kg),由剑突剪开胸腔,迅速剪开壁层心包,快速摘取心脏并浸入4℃KH液中,主动脉修剪及轻挤心脏排尽心腔余血后立即将心脏悬挂于Langendorff灌流装置上,用恒温循环器预先恒温到37℃、95%O2+5%CO2混合气平衡20min的KH液,自主动脉根部逆行灌注心脏,冠脉流出液不参与循环,主动脉灌注压(CPP)为70 cmH2O,剪开肺动脉根部以利冠脉回流通畅。剪开左心耳,将与多道生理记录仪相连的小乳胶囊经左心耳放于左室,通过Powerlab压力换能器的换能作用,多道生理记录仪能记录心脏左室功能参数:左室发展压(LVDP)、左室压力微分(±dp/dtmax)。向球囊缓慢注入生理盐水,调整至左室舒张末压(LVEDP)为10mmHg,建立左室做功模型。 1.3 实验分组 37℃KH液平衡灌注心脏,做功20 min,将20枚幼兔心脏随机分为两组,组Ⅰ:对照组, 继续灌注15min; 组Ⅱ:HOE642预处理组,用加入HOE642的KH液(浓度为5μmol/L)继续灌注15min。两组心脏均以常温St.Thomas停搏液20ml诱导停跳(灌注压为80 cmH2O),常温(37℃)缺血45min(保湿保温),再灌注60 min,建立全心缺血/再灌注模型。 1.4 监测指标 心脏做功20 min时,记录冠脉(CAF)、 LVDP、±dp/dtmax作为基础值,再分别记录其再灌注10min、30min、60min测定值,计算其对基础值的恢复率。取再灌注5 min的冠脉流出液,以自动生化分析仪测定磷酸肌酸激酶(CK)漏出量、磷酸肌酸激酶同工酶(CK-MB)、乳酸脱氢酶(LDH)漏出量。再灌注毕,快速取下心脏,滤纸吸尽心脏表面水分,取心尖部心肌置于戊二醛固定做透射电镜观察心肌超微结构。切取左室心肌,电子天平(精度1×10-5)称量心肌湿重,置于60烘箱烘烤24h后称量其干重,心肌含水量为(1-干重/湿重)×100%,以百分比表示。留取干标本,用原子吸收分光光度计测定心肌细胞内钙含量(Ca)。 1.5 数据表达和统计分析 数据均以±s表示,采用SPSS 11.0统计分析软件,组间比较采用t检验, P 0.05为组间差异有显著性意义,P 0.01为差异有非常显著性意义。 2 结果 2.1 基础值及恢复率 心脏做功20 min时,两组心功能的基础值和冠脉流量测定结果比较无统计学差异。再灌注后10 min、30min 、60min,组Ⅱ的LVDP、 ±dp/dtmax的恢复率较组Ⅰ显著性增高(P 0.05 或P 0.01)。见表1。表1 两组心功能缺血前基础值及再灌注10min、30min、60min恢复率(略)注:与同时点Ⅰ组比较 * P 0.05,* *P 0.01 2.2 心肌酶 再灌注5min后冠脉流出液中心肌酶值于组Ⅱ较组Ⅰ明显降低(P 0.05 或P 0.01),见图1。 2.3 心肌细胞钙含量 见图1。组Ⅱ细胞内含钙量(9.9±3.4μmol/g.dry wt)明显低于组Ⅰ(16.4±4.8μmol/g.dry wt)(P 0.01)。 2.4 心肌细胞内含水量 组Ⅰ、组Ⅱ心肌细胞内含水量分别为85.(41±6.1)%、(82.3±7.5)%,组Ⅱ明显低于组Ⅰ(P 0.01)。 2.5 心肌组织透射电镜 观察结果见图2,3。组Ⅰ(图2):肌节长短不一,肌原纤维排列紊乱,收缩不规则;心肌细胞灶性肌浆凝集、灶性肌丝溶解坏死,有大泡形成;多数线粒体肿胀、空泡化,线粒体嵴断裂,嵴减少;肌浆网扩张、空泡化;细胞核染色质凝集;糖原颗粒明显减少;内皮细胞肿胀明显。组Ⅱ(图3):肌细胞结构正常,肌节清晰,I带、A带、M线、Z线清晰,少数肌丝灶性溶解;线粒体无肿胀,嵴清晰;少数肌浆网扩张;糖原颗粒较组Ⅰ明显多。 3 讨论 预处理是防治缺血/再灌注损伤的重要措施,可分为缺血预处理(ischemic preconditioning ,IPC)和药物预处理。IPC往往具有一定的致损性,临床应用是通过对IPC保护机制的理解,利用能激动IPC信号传导某一阶段的药物来模拟其作用。IPC对心肌保护机制可归纳为内源性保护物质的释放和离子及离子通道的变化,其中缺血/再灌注期间有害Ca2+内流的减少是一重要途径[3]。 Ca2+是调节心肌细胞收缩和舒张所必须的因素。心肌细胞浆内Ca2+浓度主要由肌浆网、线粒体、质膜上钙泵的调节来维持其动态平衡。在成熟心肌,胞浆中Ca2+浓度主要靠肌浆网的释放与隔离作用来调节。未成熟心肌细胞钙调节系统尚未成熟,肌浆网稀疏,钙泵活性低,但其质膜面积和细胞容积之比值较大,钙通道数量及敏感性较成熟心肌高,与成熟心肌相比,未成熟心肌细胞内Ca2+浓度的维持和调节更依赖于质膜上钙通道数量及敏感性[1]。传统的钙通道阻断剂通过阻断质膜上慢钙通道使细胞外钙的内流减少,减轻细胞内钙超载,对成熟心肌有明显的保护作用,然而对未成熟心肌则会因为减少质膜上钙通道数量及降低其活性而引起心肌细胞内Ca2+降低,导致心肌收缩功能下降。固此,针对未成熟心肌缺血再灌注时钙超载,有必要寻找传统钙通道阻断剂以外的能减轻钙超载药物。 哺乳动物钠氢通道[4](Na+/H+ exchanger,NHE)有7种亚型,分别称之为NHE1~7,而存在心肌细胞主要是NHE1,NHE1每排出一个H+就有一个Na+进入细胞。在正常情况下,心肌细胞NHE1 对调节心肌细胞内pH和细胞内Na+浓度具有十分重要的作用。当心肌细胞缺血时,糖酵解增加,产生大量H+,细胞内酸度提高,NHE1被激活;再灌注时,细胞外液H+浓度迅速下降,造成细胞内外H+浓度梯度增大,这会再度激活NHE1。NHE1激活后,大量Na+流入细胞内,[pH]i 迅速恢复;与之伴随的是细胞内Na+浓度升高及细胞肿胀,Na+跨质膜梯度降低和[pH]i 的升高又迅速 使Na+/K+-ATP酶和Na+-Ca2+通道激活,以便更好地清出细胞内过高的Na+[4,5];由于心肌缺血时ATP合成减少,Na+/K+-ATP酶活性降低,无法通过正常的Na+/K+交换将过多的Na+排出细胞外,Na+-Ca2+交换便活跃起来[5]。Na+-Ca2+通道以3个Na+交换1个Ca2+的方式进行, 引起Ca2+内流增加,最终造成心肌细胞内钙超负荷 。 正常心肌细胞的钙稳态主要依靠质膜钙转移系统、内质网 /肌浆网钙转移系统、线粒体钙转移系统[5]。质膜上有两个钙通道:高亲和力低容量的Ca2+泵(Ca2+-Mg2+ATP酶)和低亲和力高容量的Na+-Ca2+通道,前者需要分解1分子ATP。未成熟心肌肌浆网稀疏,肌浆网钙摄取与释放功能在缺血再灌注损伤钙超载机制中不起主要作用[1];而缺血再灌注期,ATP合成减少,Ca2+-Mg2+ ATP酶 活性受到抑制,故NHE1激活这一始动环节是激活Na+-Ca2+通道从而导致未成熟心肌细胞内钙超载的重要途径。鉴于未成熟心肌细胞糖原颗粒含量丰富和钙稳态调节的特点[1],特异性NHE1抑制剂抑制NHE1的激活,间接地抑制质膜上Na+/Ca2+交换,既能防治钙超载,又不影响质膜上未成熟心肌钙泵数量和活性,理论上是未成熟心肌保护的理想的药物,但尚无研究深入证实这一点。 本实验研究结果表明,NHE1拮抗剂HOE642预处理能模拟IPC的心肌保护作用,抗缺血/再灌注损伤的作用明显。其主要机制是(1)降低缺血/再灌注后Ca2+内流,进而防止细胞内Ca2+过度增加引起细胞挛缩、坏死、心律失常,本实验HOE642预处理组细胞内钙含量明显低于对照组;(2)维持细胞内Na+平衡,减轻微血管内皮细胞肿胀和组织水肿[6],本实验HOE642预处理组细胞内含水量明显低于对照组;(3)调节细胞内pH,调节心肌能量代谢,利于细胞内糖原储备,HOE642预处理组透射电镜显示,HOE642预处理组糖原颗粒含量明显较对照组多。 NHE1拮抗剂HOE642预处理是否可以激发未成熟心肌其它内源性保护物质如G蛋白、蛋白激酶C、KTAP离子通道、热休克蛋白等有待更进一步研究探讨。 预处理论文:高浓度粉丝废水预处理方法的研究 摘要:对高浓度粉丝废水的预处理方法作了实验研究。采用调节等电点酸沉的方法回收蛋白质,然后用聚合硫酸铁化学混凝处理上清液以降低COD的含量。实验证明了方法的可行性并得出了最佳实验条件。 关键词:粉丝废水 蛋白回收 混凝剂 聚合硫酸铁 废水处理 粉丝厂排出的废水可分为高浓度有机废水和泡豆、洗豆及粉丝洗涤废水两类。前者不仅COD含量很高,而且蛋白含量占原料质量的20%左右,若当作废水排掉,既污染环境又浪费了宝贵的蛋白质。废水中的蛋白质含量大,也增加了后续废水处理的成本。国内蛋白回收有的用气浮法但此设备结构较复杂。采用酸沉法工艺简单,运行成本低。 化学法废水处理是选用混凝剂使废水的胶体破坏,使分散状态的有机物脱稳、凝聚,形成聚集状态的粗颗粒从水中分离出来,达到降低废水中COD含量的目的。聚合硫酸铁因其高效、廉价已广泛用于水和废水处理中。即使同一混凝剂处理同一的废水,不同的条件下的混凝效果也不同,它受到水样的pH、温度、搅拌速度以及混凝剂投加量、废水的浓度、温度的影响,需具体问题具体分析,优化选择。 实验中所用聚合硫酸铁为液体型:碱化度B=0.4;pH=1.5;铁含量 0.5 mol/L。 实验中所用废水取自烟台粉丝厂。粉丝原料为豌豆。水质主要指标:浆黄色;pH 4.2;COD含量为7000~20000 mg/L。 1 主要实验仪器与试剂 7200可见分光光度计;JJ-3型六联定时变速搅拌机;TG-32A型电光分析天平;PHS-2C精密酸度计及其他常规仪器;TL-1型COD测定仪;COD测定专用氧化剂、催化剂;Ferron试剂(AR,进口)及常规试剂。 2 实验方法 2.1 实验流程图 2.2 粗蛋白的回收实验 2.2.1自然沉降 直接从现场取1 L高浓度粉丝废水置于大型透明玻璃容器中,间隔一定时间分别测量上清液高度和上清液中COD的含量。COD的测量采用重铬酸钾法在COD消解仪上进行。由于COD残余量的大小与蛋白回收率的大小成反比,实验中用COD残余量间接反映蛋白回收量(下同)。 2.2.2 酸 沉 实验发现自然沉降所得清液残余COD值仍较大,蛋白回收量必小。考虑到蛋白质的酸碱两重性,在其等电点附近溶解度最小提出酸沉的方法:通过调节水样pH来强化沉降,一方面可增加粗蛋白的回收量,另一方面可减轻后续水处理的负担。实验中分别取一定量的水样,调节其pH到指定值,静沉2 h,分别测定上清液COD值。对于最优pH,采用2.2.1的方法测定清液层高度和上清液的COD值。 由pH-COD曲线可得最优沉降所需的pH。 2.3 混凝实验 分别取500 mL水样,调节pH到指定值,控制水样温度恒温25℃,加入一定量的PFS,在六连搅拌机上快速搅拌1 min,转慢速5 min,静止沉降2 h。然后在液面下1 cm处取上清液在COD消解仪上测定COD。在该实验测定条件下,COD的标准曲线近似为COD=14700A mg/L (A为吸光度) 2.3.1最优混凝 pH的确定 分别取500 mL水样,调节pH分别为6.0、7.0、7.95、8.9、9.9,分别加入150 mg/L(以Fe计)PFS,做混凝试验。COD值最小时对应的pH应为最优pH。 2.3.2 最优混凝剂投加量的确定 分别取500 mL水样,均调节pH为最佳絮凝pH,分别投加不同量的PFS,混凝后,测定上层清液的残余COD值。作COD-混凝剂用量曲线图,找出混凝剂最佳用量。 3 实验结果与分析 3.1自然沉降与酸沉时清液中COD含量和清液层高度随沉降时间的变化 图 1 沉降清液层高度随时间的变化 由图1可以看出,沉降的时间在大于24 h后,清液高度不再变化。 图2 自然沉降与快速沉降时COD值随时间的变化 由图2可看出,在12 h左右,COD值变化已不明显。考虑到沉降后期主要是沉渣压紧的过程,清液高度在沉降后期变化很慢,因此可取12 h为pH=4.7条件下的沉降时间。 两种沉降曲线可以看出:当调节pH后,沉降所得清液的残余COD值更小,即蛋白回收量较大。 3.2 酸沉时清液中残余COD量随pH的变化 由图3可知,酸沉时的最优pH为4.7。从废水处理的角度看,COD值的减少量有限(由图1、2也可看出)。因此,蛋白回收后的清液仍需作进一步处理。 图3 酸沉时水样pH对残余COD值的影响 图4 水样pH对混凝效果的影响 3.3 水样pH对混凝效果的影响 由实验结果图4可知,聚合硫酸铁在粉丝废水中的最优pH为9.0。 3.4 混凝剂投加量对混凝效果的影响 选择不同的聚合硫酸铁投加量,测定混凝后的COD残余量,结果见图5。 图5 投加量对混凝效果的影响 由图5可看出,最优投加量为3 mL,折合Fe为85 mg/L。 4 结 论 (1)酸沉优于自然沉降。酸沉时水样的pH为4.6,沉降时间为12 h。 (2)聚合硫酸铁(PFS)在粉丝废水中的最佳混凝条件为:pH=8.9,絮凝剂投加量为85 mg/L。 (3)经过以上方法的处理后废水指标:pH=7~8;COD含量为500~1000 mg/L。基本接近泡豆、粉丝洗涤废水的指标,与其他废水混合处理后,完全可用于车间洗刷等。 预处理论文:简论植物油脂废水预处理技术 摘 要:随着国民经济的逐步发展,我国植物油脂的年产量也在不断增加,有相关数据显示截至目前全国范围内已有五千多家不同规模的植物油脂加工厂,油脂的年产量也已经超过了四千万吨,其中精制油脂的比例占到五分之一,就按每一吨的油脂产量,排放的污水也为一吨计算,每年由于生产植物油脂而排放的废水数目也是非常的惊人。 关键词:植物油脂;油脂废水;预处理技术 植物油脂生产中所产生的油脂废水,其成分中含有乳化油、溶解性油、有磷脂、皂脚等物质,如果这些废水不经过任何处理就排放,将会给大自然的水资源造成很严重的污染。对于植物油脂废水的处理工艺有很多种,本文将对这些处理工艺做简单的介绍,希望能对同行人士有所帮助。 1 植物油脂废水简介 植物油脂废水,主要是指植物油脂生产企业排放出来的蒸煮废水、水洗废水、冲地面废水、脱色、脱水、脱臭的真空蒸汽喷射装置冷凝器排出的含油含酸废水和废酸废碱水。有机物和乳化油等油脂的含量极高、金属和有毒物质含量低是植物油脂废水的特点,此特点使得油脂废水比较适合生化处理。我国目前存在的植物油脂企业大多为中小型,油脂废水的排放多为间歇排放,水质水量的波动较大,PH值也不稳定,给生化处理过程带来了一定难度。 2 油脂厂废水预处理技术 2.1 隔油 隔油池一般有三种型式:平流、平行板、倾斜板,其工作原理是利用油脂废水中悬浮物与水的不同比重而对其分离,属于依靠比重自然浮上分离装置。隔油池主要去除废水中上浮分散油,可能除去的最小油滴粒径为100-150μm。通常进入隔油池的废水,油的含量比较高,油粒径越大,利用隔油池处理的效果就越好。虽然隔油池对分散油的去除效果非常好,但是对乳化油的处理效果就相对较差,所以要向油脂废水中投入破乳剂,将乳化油转变为分散油再进行处理,就可达到理想的效果。 2.2 气浮 气浮与隔油的最大区别是,隔油是依靠自然上浮,而气浮则是利用微气泡,实行强制上浮。气泡所起到的作用是粘附在油滴上,由于气泡比重远远小于水的比重,所以有很大的浮力,使油滴迅速上浮,从而实现废水中油脂与水的分离。气浮也有三种型式:溶气气浮、电解气浮和机械碎气气浮。三种方式中电解气浮的设备最为简单,操作容易,在不需充气和加混凝剂的情况下,去除废水中乳化油和分散油的效率就可高达90%,但是电解气浮需耗用较大的电量,再加上电极材料等的原因,使得电解气浮多是停留在试验研究阶段,未能得到大的实际应用。机械碎气气浮在电能消耗上比另外两种方式都要低,并且设备投资资金也相对较低,但是目前在植物油脂废水处理中应用的很少。植物油脂厂中目前采用的废水预处理方式多为溶气气浮。植物油脂厂采用气浮技术进行油脂废水预处理,还必须注意以下几点: a.选用合理气浮工艺;植物油废水气浮工艺一般选用处理后废水部分回流加压溶气气浮工艺较为合适;b.选取合理的PH值;进水PH值试验表明,PH=7时单位体积内微气泡个数最多,平均粒径最小,气浮效率最高,所以在废水进入气浮前要进行中和处理,使PH为7;c.选择合理的释放器类型;当植物油脂废水预处理选择气浮方式时,为了达到理想的处理效果,要选用高效且不易被油粒和悬浮物堵塞的释放器;d.加入适当的破乳剂;油脂废水中的乳化油,自身带有负电荷,并且化学性能非常稳定,因此要在油脂废水中放入适当的破乳剂,将乳化油破解,以实现理想的气浮效果。 2.3 混凝破乳 混凝破乳常采用的工艺方法是盐析法,此法的作用原理为,将盐类电解质放入到植物油脂废水当中,使油滴与废水面的电层被压缩,从而实现预处理效果。常用的盐析剂有钙、镁、钠的氯化物及钙、镁硫酸盐。单靠使用盐析法对油脂废水预处理,常遇到的问题是需使用大量盐析剂,聚析以及沉降分离的时间都很长,设备占地面积大等,为了改善上述问题,很多植物油脂生产企业在研究尝试使用铝、铁盐混凝剂破乳,对铝、铁盐的使用出使得以上提到的问题被有效解决外,还可以使增宽最优PH值。 2.4 生物预处理 2.4.1 活性污泥法 活性污泥法处理油脂废水的原理是,在有氧条件下,向油脂废水中连续的通入空气,使得大量好氧性微生物能够连续、循环生长,此类微生物具有超强的吸附能力,并且在生长中可降解油脂废水中的油粒和悬浮物,转化为自身的有机成分,从而实现水油分离,达到废水预处理的效果。为提高溶解氧的浓度,常采用渐进曝气法、深井曝气法。 2.4.2 生物膜法 生物膜法与活性污泥法类似,都是一种好氧性生物预处理工艺。但是在型式上与活性污泥法还是有所区别,活性污泥法主要利用的是以菌胶团为主的微生物群进行废水预处理,而生物膜法是利用附着生长于某些固体物表面的微生物(即生物膜)实现废水预处理,其附着的固体介质被称作滤料或载体。生物膜法对油脂废水预处理的工作原理是,生物膜首先附着在载体上,由好氧微生物将其分解,之后进入到厌气层进行厌气分解,随着新生物膜的生长,老化的生物膜会被流动的水层冲掉,重复此过程就可以对油脂废水进行预处理。生物膜法具有以下特点:(1)对水量、水质、水温的变化有极强的适应能力;(2)处理效果显著;(3)污泥量小且易于固液分离;(4)节省费用。 2.4.3 水解法 生物水解法是对油脂废水厌氧预处理工艺,主要用于处理浓度较高的油脂废水。生物水解法能够去除油脂废水中的有机负荷,该工艺将有机物的厌氧分解中的水解、酸化、酸性减退,甲烷化阶段始终控制在水解、酸化段,利用水解菌和产酸菌将废水中的大分子、难降解的有机物降解为小分子有机物。对油脂废水预处理时,在水解池中加入以光合细菌为主的高效降解菌和产酸菌,将油脂废水中长链脂肪酸类大分子有机物分解成小分子挥发性脂肪酸。目前该工艺已被广泛应用于植物油脂废水的预处理。 结语 对植物油脂废水除了采用上述生化处理工艺外,目前我国正在大力研究应用微生物选育技术和膜生物处理技术对油脂废水进行处理,此项研究工作,重点是朝着无污染的方向努力。然而不可忽视的是,各种油脂废水处理工艺都会存在一些这样那样的不足,这些还需要莘莘学子的努力改造,以保护水资源环境不被油脂废水所污染。 预处理论文:缺血预处理对大鼠肝移植缺血再灌注损伤后CyclinD1和CyclinE表达的影响 作者:裴旭东,叶启发,肖建生,明英姿,牛 冰 【摘要】 目的 探讨缺血预处理(IP)对大鼠肝移植缺血再灌注(IR)损伤后肝CyclinD1和CyclinE表达的影响,以了解移植肝再生能力和功能不良的影响因素。方法 将SD大鼠90只随机分为缺血预处理组(IP组)、对照组(OLT组)和假手术组(SO组)3组;用全自动生化分析仪来检测肝功能;通过免疫组化S-P法来测定移植肝CyclinD1和CyclinE的变化。结果 对照组中大鼠移植肝缺血再灌注损伤后血清中丙氨酸氨基转移酶(ALT)、天冬氨酸氨基转移酶(AST)明显升高,CyclinD1和CyclinE的百分含量较低,提示移植肝细胞再生不良;实验组经缺血预处理后血清中ALT、AST稍升高,幅度 对照组,CyclinD1和CyclinE的百分含量很高,提示移植肝细胞再生活跃。结论 缺血预处理能够启动内源性保护移植肝的相应机制,可促进肝CyclinD1和CyclinE的合成,激发肝细胞的增殖和再生。 【关键词】 大鼠肝移植;缺血再灌注;缺血预处理;CyclinD1;CyclinE 缺血再灌注(IR)损伤普遍贯穿于肝移植始终,它是临床上肝移植术后原发性移植物无功能的首要因素。Sasaki等证实IR损伤可使鼠移植肝细胞凋觯?],近年来的研究也表明肝脏再生能力的大小也是IR损伤后移植肝功能恢复的关键环节。缺血预处理(IP)是公认的对肝脏IR损伤有保护作用[2]。为研究移植肝IR损伤程度与肝细胞再生能力的关系,本实验以移植肝IR损伤后CyclinD1和CyclinE的表达作为细胞增殖指标,以检测IP对IR损伤后移植肝细胞增殖的影响,从而进一步探讨肝移植术后肝功能不良的原因。 1 材料与方法 1.1 实验动物与分组 纯系Wistar雄性大鼠90只,体重280~320mg,由湖南农业大学实验动物研究中心提供。普通喂养,自由进食,术前12h禁食,将大鼠随机分为3组:(1)取样缺血预处理组(IP组):即在供肝冷转灌注前缺血处理10min,10min再灌注,循环2次,然后行双袖套法原位肝移植术。术后2h、6h、24h各时间点取肝脏标本和经下腔静脉采血4ml待测。各时间点分别取样6只。(2)对照组 (OLT组):即单纯行双袖套法原位肝移植术,术后2h、6h、24h各时间点取肝脏标本和经下腔静脉采血4ml待测。各时间点分别取样6只。(3)假手术组(SO组):即血流阻断与复流及原位肝移植外,其余处理同上。分别取样6只。 1.2 实验器械与试剂 肝功能检测用全自动生化分析仪(AU800 Olympus)。免疫组化试剂CyclinD1单克隆抗体(兔抗大鼠),购于北京中杉金桥生物技术有限公司;CyclinE单克隆抗体(兔抗大鼠),购于上海长岛生物技术有限公司;DAB显色试剂购于福州迈新生物技术有限公司。 1.3 方法 1.3.1 原位肝移植模型的建立 按照Kamada[3]和孙君泓[4]报道的术式建立大鼠原位肝移植模型:即不重建肝动脉的双袖套法大鼠肝移植术。 1.3.2 标本的制备和测定方法 取移植肝组织用4%的复合甲醛固定待制石蜡标本,行光镜学检查及行免疫组化S-P法检查,同时将所采静脉血2ml,11000r/min离心5min取血清置于-70℃深低温水箱保存检测转氨酶。 1.4 结果判断标准 由两位病理医生在光镜200倍视野下,每张切片取5个视野,用HPIAS—1000型彩色图像分析仪系统测定CyclinD1和CyclinE表达情况,结果用阳性细胞率来表示:阳性细胞率(%)=视野中阳性细胞数/视野中总细胞数× 100%。 1.5 统计学方法 所有数据以均数±标准差(x±s)来表示,以SAS统计软件包分析处理,多个样本均数间比较用重复测量设计方法分析和单因素方差分析,IP组与OLT组比较用t检验。 2 结果 2.1 一般情况 该部分供肝手术时间、血管袖准备时间和受体手术时间分别为(30±3.30)min、(11±3.83)min和(31.5±3.20)min。其中无肝期为18~22min,平均(19.67±1.63)min,手术成功率94.1%。未处死的大鼠1周存活率达88%,最长存活72天。 2.2 各组血清ALT、AST含量 见表1。OLT组各时间点ALT、AST较SO组显著升高,且随再灌注时间延长而逐步升高,以移植肝再灌注2h升高最为明显,以后升高幅度降低。IP组各时间点ALT、AST升高幅度远低于OLT组,与之相比较,P 0.01。 2.3 移植肝细胞周期蛋白CyclinD1、CyclinE标记阳性细胞率 SO组CyclinD1、CyclinE均未发现阳性表达。IP组各时间点CyclinD1、CyclinE阳性细胞率均高于OLT组,尤以6~24h升高明显;而IR组6h细胞凋亡显著升高,增殖低下,24h仍维持很低水平。24h CyclinD1与CyclinE阳性细胞率分别为0.47±0.23、0.44±0.21与OLT组0.21±011、0.20±0.08比较,差异具有非常显著性(t=7.57,P 0.01),见表2。笔者还发现CyclinD1表达时限等同于CyclinE的表达,阳性细胞表达率高于CyclinE的表达率。 表1 移植肝IR损伤后血清ALT、AST含量变化 (x±s,u/L) 注:同时间点IP组与OLT组相比较,P 0.01 表2 移植肝IR后细胞周期蛋白CyclinD1、CyclinE阳性细胞率表达 (x±s) 注:IP组与OLT组相比较,P 0.05;IP组与OLT组相比较,*P 0.01 2.4 光镜下肝脏病理组织学变化与SO组肝脏组织相比较 OLT组(见图1、图2)中肝脏细胞广泛水肿,以中央静脉周围为主,肝组织结构混乱可见小滴样脂肪变性,肝窦内大量中性粒细胞浸润;灌注后24h可见部分肝窦狭窄,并有红细胞残片,界板破坏。而IP组(见图3、图4)仅有轻度肝细胞水肿,肝窦内有少许中性粒细胞散在,小叶结构基本完整。 3 讨论 IR引起损伤已在多种组织器官缺血再灌注模型中得到证实。Borghi[5]等观察16例临床原位肝移植术后细胞凋亡情况,发现IR后肝细胞发生一系列代谢、结构和功能的改变, 导致转氨酶升高,酶泄漏的发生,线粒体功能受损,活性氧化剂的增多,由此认为肝细胞的凋亡与肝IR损伤有关。本实验血生化结果证实了这种变化,并观察到OLT组随着再灌注时间的延长, 转氨酶(ALT、AST) 呈进行性升高。6h血清ALT、AST迅速升至最高,提示细胞严重受损,酶泄露严重;24h ALT、AST升高幅度开始回落,细胞修复能力加强;组织病理学检查有明显变化,并随灌注时间延长而加重。说明肝缺血再灌注损伤引发的细胞凋亡为一种动态过程,其原因可能是在不同阶段参与损伤的因素不同,是由多种因素综合作用的结果所致。Schlossberg[6]等观察小鼠肝IR损伤后细胞凋亡和组织修复的相关指标时发现细胞凋亡在肝叶IR后6h达峰值,且持续升高到20h以上,并在IR损伤急性期(1~3h)和亚急性期(6~20h)由不同的受体途径介导。在实验中,OLT组中CyclinD1、CyclinE的表达达最低值。 IP减轻肝IR损伤后肝细胞凋亡和增强细胞再生能力,目前已广泛证实,但其机制十分复杂;它与腺苷、一氧化氮、热休克蛋白、蛋白激C酪氨酸激酶依赖性信号系统、K+ ATP通道的激活等诸多因素有关[7]。本实验发现IP可通过上调(肝细胞抗凋亡基因bcl-2)活性来下调Fas凋亡途径中Fas-mRNA的表达和抑制caspase-3的活性[8],使细胞内容物(如DNA)避免氧化损伤,促使细胞周期中G1/S的转化启动,从而完成细胞再生[9]。Kuo[10]观察临床肝移植术后细胞凋亡情况时发现肝细胞凋亡与IR造成的生化损伤及病理学损伤参数改变呈正相关。实验中IP组肝移植前给予10min缺血,10min再灌注2次,血清转氨酶幅度较OLT组明显降低(P 0.01),病理变化显示肝细胞轻度水肿,小叶结构完整,超微结构变化示细胞膜结构完整,酶泄露少。再灌注后24h作为细胞周期正性调节蛋白CyclinD1与CyclinE在IP组24h的阳性表达率显著高于OLT组,提示移植肝细胞凋亡机制受限,肝细胞增殖机制活动增强。 增殖性细胞周期分为DNA及蛋白质合成准备期G1期、DNA合成期S期、有丝分裂准备期G2期、有丝分裂期M期。凋亡细胞的细胞周期常阻滞于G1/S期和(或)G2/M期,尤其G1末期限制性调控点“R”点的阻滞[11]。IP能够增加bcl-2活性,并于IR损伤后6h达高峰[8],bcl-2能够保护细胞避免各种形式释放NO诱导的凋亡,下调P53基因,干扰caspase-3活性(caspase-3是细胞凋亡效应分子,是Fas凋亡途径下游操作底物酶解的关键酶,被称为“凋亡执行者”);增加细胞周期基因及生长因子的调控能力[12]。作为细胞周期正性调节蛋白CyclinD1是肝细胞进入细胞周期G1期的显著标志,并随着细胞生长因子的增减而增减。CyclinD1能与CDK4和(或)CDK6(细胞周期依赖性激酶,与调节因子合称细胞周期引擎)特异性结合,形成CyclinD1-CDK4/CDK6复合物在G1中期激活,可使细胞周期中“R”限制点附近的抑制蛋白(如P503、Pb)磷酸化而失活,并释放转录因子E2F致使G1期缩短,同时加速G1/S的转换[13]。E2F又协同DP1启动G1/S转换相关基因的表达(如:CDK基因、CyclinE),在G1后期CyclinE与CDK2结合并激活CDK2形成CyclinE-CDK2复合物,使细胞通过“R”限制点,进入S期;同时减少细胞对生长因子的需要量,推进DNA复制和细胞的2倍增殖。由于细胞周期领带CyclinE的表达受转录因子E2F介导,而后者通过PRb被 CyclinD1依赖性激酶超磷酸化而激活,故CyclinE的表达依赖于CyclinD1依赖性激酶的活性,同时还受myc、Ras等基因调控。在本实验中笔者发现CyclinE的表达程度低于CyclinD1的表达,但表达时限基本相同[14]。据Meujoe[14]等报道,BACA/C大鼠肝IR损伤后12h CyclinD1RNA表达开始升高,在24~48h达最高峰,但术后2h比较差异无显著性,可能与细胞周期启动因子INF-α、IL-6、EHGF等调控在IR损伤术后4~6h才开始启动有关[15]。 IR 损伤和IR后的肝细胞增殖涉及到许多复杂的机制,从以上实验结果来看:IP作为移植肝IR损伤的内源性保护机制,增强bcl-2活性,抑制caspase-3及Fas-mRNA的表达,提高正性调节蛋白CyclinD1、CyclinE的调控能力,抑制细胞凋亡,促进再灌注早期肝细胞再生能力增强,从而使移植肝在灌注后肝脏功能迅速启动,为临床上预防肝移植术后原发性移植肝无功能及功能不良提供了新的理论依据。但IP如何使细胞增殖顺利通过G2/M期的机制尚需进一步研究阐明。 预处理论文:肺表面活性物质在缺血预处理肺保护中的作用 【摘要】 目的: 探讨肺表面活性物质(pulmonary surfactant, PS)是否参与了肺缺血预处理(IPC)对肺缺血/再灌注损伤(I/R)的保护作用. 方法: 建立兔在体I/R损伤模型,实验分为对照组(Control),I/R组和IPC组. 通过阻断左肺门造成兔在体I/R损伤,检测各组动脉血氧分压(PaO2)、肺通透性指数、支气管肺泡灌洗液(BALF)中白细胞数和中性粒细胞百分比;采用Bartlett法、Mason法和Lowery法检测BALF中总磷脂(TPL)、胞和卵磷脂(SatPC)和总蛋白(TP)含量,PS活性以SatPC/TP和SatPC/TLP来表示. 结果: 肺I/R损伤后,PaO2较正常对照组显著降低(P 0.01),肺通透性指数及BALF中白细胞数和中性粒细胞百分比亦明显升高(P 0.01);IPC组上述指标较I/R组均有显著改善(P 0.01). I/R损伤组SatPC/TP(ng/g)和SatPC/TLP(%)分别为124±23和36.5±4.9,明显低于对照组(P 0.01),IPC组上述两指标分别为159±28和44.7±6.8,显著高于I/R组. 结论: 缺血预处理可通过维持PS的分泌和功能而对肺I/R损伤有显著的保护作用. 【关键词】 肺; 缺血/再灌注; 缺血预处理; 肺表面活性物质 0引言 肺缺血/再灌注(ischemia reperfusion, I/R)损伤常见于肺动脉袖状切除、肺移植术,可致肺动脉高压、肺水肿及呼吸衰竭等,严重影响患者术后肺功能的恢复. 因此,对肺I/R损伤保护作用的研究具有十分重要的意义. 1986年,Murry等[1]首次报道了心肌缺血预处理(ischemic preconditioning, IPC),即短暂缺血后恢复血流再灌注,心肌对随后出现更长时间的严重缺血产生耐受的状态. 此后在多种脏器均发现IPC现象,已有报道IPC对肺I/R损伤也具有保护作用,但是其作用机制尚未明确. I/R损伤可导致内源性肺表面活性物质(pulmonary surfactant, PS)异常,而引起呼吸功能下降[2],IPC对PS活性有无影响鲜见报道. 我们在兔I/R损伤模型的基础上,探讨IPC对肺I/R损伤的保护作用及其对内源性PS活性的影响,为临床上肺I/R损伤的防治提供新的思路和理论依据. 1材料和方法 1.1材料 新西兰大白兔36只(第四军医大学实验动物中心提供,合格证号陕动字08015号),体质量(2.0±0.2)kg,牛血清白蛋白购于美国Sigma公司. 1.2方法将大白兔在无特殊病原体(SPF)的条件下随机分为3组,每组12只,即对照组(Control),I/R组和IPC组. 1.2.1制作兔原位肺缺血/再灌注模型手术前肌注阿托品0.1 mg,经耳缘苯巴比妥钠麻醉后(30 mg/kg, iv)仰卧位固定于手术台上,气管切开插管,接动物呼吸机,呼吸频率30次/min,潮气量10 mL/kg,吸入氧浓度1 L/L,股动脉插管监测动脉压. 胸骨正中切口,开胸后,肝素1 mg/kg iv. IPC组为阻断左肺门5 min,开放5 min,反复3次,然后阻断左肺门60 min,再灌注120 min. I/R组为直接阻断左肺门60 min,再灌注120 min. 对照组为开胸后仅游离肺门而不进行其他处理的假手术组. 1.2.2氧分压(PaO2)测定实验结束时,取半数动物用肝素化抗凝空针自主动脉取血2 mL, 保持密闭,测PaO2. 1.2.3肺通透指数测定实验结束后抽取半数动物肺动脉血制备血清;以Hanks液经左主支气管灌洗,收集支气管肺泡灌洗液(BALF),采用Lowery法检测BALF上清及血清中蛋白浓度,BALF中蛋白浓度与血清蛋白浓度之比为肺通透性指数. 1.2.4BALF中白细胞分类计数取BALF离心沉渣涂片,瑞氏染色,光镜下计数BALF中的白细胞数量,并进行细胞分类. 1.2.5PS测定用生理盐水10 mL/kg对其余半数动物经左主支气管灌入左肺,进行支气管肺泡灌洗,然后灌洗液流出,再注入与前次流出量相等的生理盐水,同法操作,共灌洗3次. 灌洗液经双层纱布过滤后计算回收量,然后于4℃下1500 r/min离心10 min,取上清分装后保存于-70℃低温冰箱中. 采用Lowry法检测BALF中总蛋白(total protein,TP)含量;Bartlett法测定BALF中总磷脂(total phospholipid,TPL);Mason法检测BALF中饱和卵磷脂(saturated phosphatidylcholine,SatPC)的含量. PS的活性以SatPC/TP和SatPC/TLP来表示. 统计学处理:所有数据均以x±s表示,组间比较采用SPSS 11.0软件进行方差分析及LSDt检验. 2结果 2.1PaO2肺I/R损伤后测PaO2为(11.65±2.34)kPa,较对照组(15.63±2.79)kPa显著降低(P 0.01);IPC组动脉血PaO2为(14.84±1.67)kPa,较I/R组明显增高(P 0.01). 2.2肺通透指数检测I/R组肺通透指数显著高于对照组(P 0.01),IPC组较I/R组显著降低(P 0.01, Tab 1).表1肺通透性指数和BALF中白细胞数和中性粒细胞百分比(略) 2.3BALF中白细胞计数及分类I/R组白细胞总数、中性粒细胞数显著高于对照组(P 0.01);IPC组较I/R组均显著降低(P 0.01, Tab 1). 2.4PS磷脂含量I/R组SatPC/TP和SatPC/TLP均显著低于对照组(P 0.01);IPC组上述两指标明显高于I/R组(P 0.01, Tab 2).表2肺表面活性物质磷脂含量(略) 3讨论 IPC作为一种机体内源性的保护机制,其对I/R损伤的保护作用超过了目前已知的任何药物,现在已越来越为人们所重视. 我们建立了兔在体I/R损伤模型,由于肺毛细血管通透性增高是肺I/R损伤后的基本病理改变,表现为血管内液渗出增多,有大量蛋白漏出,BALF与血清中蛋白浓度之比即肺通透性指数增高,因此,我们以肺通透性指数作为评价肺I/R损伤的指标. 我们在肺I/R损伤后检测到肺通透指数较对照组明显增高,而反复3次5min的短暂缺血即IPC使肺通透指数显著下降,表明肺IPC可减轻I/R导致的肺血管通透性增高而起到肺保护作用. PS是磷脂和蛋白质的混和物,由肺泡Ⅱ型细胞合成和分泌. 在肺泡腔内的液气界面提供磷脂形成单分子膜,降低肺泡表面张力,维持肺泡膨胀,对于维持肺的正常功能起着重要作用[3]. 而PS中的磷脂含量是决定PS功能的关键因素,它能有效降低肺泡表面张力及改善肺的顺应性[4]. 我们检测了肺I/R损伤时肺PS中磷脂含量的变化,结果表明,I/R时,内源性PS含量、成分和功能均有下降,使小气道和肺泡易于萎陷,肺顺应性下降,加重了通气障碍,I/R损伤时检测PaO2较正常组明显下降,导致组织缺氧. 而IPC可使PS含量较I/R组显著增高,磷脂含量明显增加,检测PaO2基本正常.以上结果表明,IPC可能通过影响PS的分泌而对肺I/R损伤具有保护作用. 肺泡Ⅱ型上皮细胞在肺损伤、肺泡修复和逆转肺纤维化的过程中起关键作用,它具有合成、分泌PS,以及PS相关蛋白的作用[5]. I/R损伤时,中性粒细胞浸润、激活并附着于肺毛细血管内膜上,释放大量的氧自由基、蛋白水解酶、炎症介质, 使细胞膜损伤和细胞自融,损伤肺泡Ⅱ型上皮细胞,致使PS 的合成和分泌减少. 我们检测了BALF中白细胞总数及中性粒细胞百分比,结果在I/R组白细胞数和中性粒细胞百分比均显著高于对照组;而IPC组白细胞数和中性粒细胞百分比较I/R组均明显减低. 因而,IPC可能通过显著抑制I/R时中性粒细胞的浸润、激活,减轻肺泡Ⅱ型上皮细胞损伤程度,保护了其分泌PS的功能而发挥肺保护作用. IPC对肺泡Ⅱ型上皮细胞有无直接的促增殖作用尚有待进一步研究证实. IPC作为一种强有力的机体内源性保护方法,开辟了组织器官保护的新领域,对肺IPC现象及机制的研究将加速其在临床上的应用. 预处理论文:气管插管前地卡因和地塞米松预处理对术后咽喉疼痛的影响 【关键词】 地塞米松 【摘要】 目的 评价气管插管前应用地卡因混合地塞米松声门表面麻醉对气管插管后咽喉疼痛的影响。方法 将190例病人随机分为试验组和对照组,试验组在气管插管前后用1%地卡因2ml加地塞米松5mg对声门区及声门下进行表面喷雾麻醉,然后气管插管,对照组常规气管插管对照,术后24h随访,用纤维喉镜检查咽喉红肿情况并记录声音嘶哑和喉痛发生率。结果 试验组声音嘶哑和喉痛发生率为4.2%,对照组为20.2%,两组术后咽喉纤维喉镜检查水肿发生率,试验组3.1%,对照组17.1%。结论 地卡因混合地塞米松气管插管前声门表面麻醉可减轻气管插管后的声音嘶哑和喉痛发生率。 关键词 地卡因 地塞米松 气管插管 疼痛 在危重病人的抢救、呼吸道疾病的治疗、全身麻醉和ICU治疗中目前大量使用气管插管技术,气管插管最常见的并发症是术后声音嘶哑、喉痛,严重者可发生上呼道梗阻,因此对其并发症的防治受到普遍关注。地卡因是一种快速、强效的常用粘膜表面麻醉剂,较利多卡因起效快和作用持久,本文采用1%地卡因混合地塞米松进行声门表面麻醉后行气管插管,拔管后用纤维喉镜观察声门及咽喉部,了解喉头水肿发生情况,以探讨地卡因和地塞米松预防气管插管并发症的效果,为防止气管插管并发症提供临床研究依据。 1 对象与方法 1.1 对象 本研究对象来自本院2001年1月~2002年12月我院外科收治的190例全麻手术患者。纳入标准:术前全身情况附合美国麻醉医师联合会分级标准ASAⅠ~Ⅱ级,年龄18~45岁之间,全麻气管插管下择期手术治疗患者。排除标准:喉炎及慢性咽喉炎症,有小颌畸形、张口度 3cm及颈短粗影响顺利气管插管者。将190例患者随机分为试验组和对照组。试验组96例,年龄(37.6±5.4)岁,男/女为65/31。对照组94例,年龄(36.2±4.5)岁,男/女为59/35。两组年龄和性别构成差异无显著性。 1.2 方法 试验组气管插管前用1%地卡因2ml混合地塞米松5mg对声门及声门下表面喷雾麻醉,然后将气管导管插入声门,对照组不用声门表面麻醉行常规气管插管。诱导均用维库溴铵和异丙酚,麻醉维持采用芬太尼和安氟醚静吸复合麻醉。气管导管均用德国产RUSH乳胶螺纹气管导管,导管选择按年龄进行计算,防止过粗和过细,术后清醒后拔除导管。两组气管插管均为主治医师以上人员操作以控制插管不熟练造成人为操作损伤。 1.3 测量指标 患者拔管后送入重症监护室监护24h,然后进行术后随访和纤维喉镜声门咽喉部检查,随访和检查均由重症监护病房医师担任以防止选择性偏倚,病房医师不知试验分组情况。记录两组患者的声音嘶哑和喉痛发生率,声门及咽喉部红肿、溃汤发生情况。 1.4 统计学处理 采用卡方检验,成组t检验,P 0.05认为有统计学意义。 2 结果 (1)两组患者气管导管留置时间:试验组为(4.5±1.5)h,对照组为(4.2±1.3)h,两组间比较t=1.34,P 0.05。(2)试验组术后声嘶、喉痛发生率为4.2%,对照组为20.2%,卡方检验显示两组声嘶、喉痛的发生率差异有显著性χ 2 =9.72,P 0.01,见表1。证明1%地卡因混合地塞米松预处理组声嘶、喉痛和喉水肿的发生率明显低于对照组。(3)纤维喉镜观察:对照组术后24h有16例患者咽部、会厌和喉腔有红肿,少数患者出现点、片状小溃疡,试验组仅3例出现咽喉腔红肿。两组患者术后喉镜检查咽喉腔水肿情况见表2。 表1 两组患者术后24h声嘶、喉痛发生情况 略 表2 两组患者术后24h纤维喉镜检查喉头水肿情况 略 3 讨论 气管插管的主要并发症是喉头水肿,表现为术后声音嘶哑,吞咽时咽喉部疼痛及喉部有发紧不适,病理改变主要为咽喉、会厌下和声门区肿胀,术后24h是发作高峰。并发症主要与(1)插管过粗;(2)插管后麻醉不平稳,呛咳;(3)插管困难,反复试插或插管用力过猛;(4)长时间置管;(5)术中头过度后仰,过多扭动颈部。此类并发症发生率3%~40%不等 [1] ,主要治疗为术后雾化吸入激素和抗生素类药物,预防上未见有关报道。本研究采用气管插管前声门区1%地卡因混合地塞米松表面喷雾麻醉以预防术后喉水肿,临床发现使用1%地卡因混合地塞米松组声音嘶哑、喉痛和咽喉部红肿发生率明显低于对照组(P 0.05),其机制可能是:(1)地卡因声门区表面麻醉后,声带松驰,可以减少声带对气管导管的磨擦而降低术后声带损伤;(2)地塞米松通过增高血管对儿茶酚胺的敏感性,抑制致炎活性物质的产生和激活,减少炎性介质的释放,稳定溶酶体膜,抑制趋化因子和移动抑制因子对炎性细胞的作用,使机体对炎症的耐受性增加以及炎症的血管反应和细胞反应降低,如 炎症早期的毛细血管扩张、渗出、水肿、白细胞浸润及吞噬反应 [2] ,从而缓解全麻气管插管操作引起的并发症。 Braughler等 [3] 认为地塞米松可明显抑制炎症反应,对组织有保护作用。其机理是:(1)抑制膜的脂质过氧化(lipid peroxidation,LPO);(2)增加损伤区血流量;(3)稳定细胞膜的离子通道;(4)作用于特异性糖皮质激素受体,抑制磷脂酶A 2 ,从而抑制花生四烯酸的产生。 也有人认为地塞米松可减轻术后疼痛介导的精神心理反应 [4] 。术后镇痛作用与激素抑制前列腺素合成及抗炎效果有关 [5] 。组织损伤可激活并释放炎性介质,地塞米松可抑制创伤部位的氧化酶活性和前列腺素合成,而发挥其镇痛作用 [6] 。研究结果显示,1%地卡因混合地塞米松组和对照组术后喉痛分别为6.9%和21.6%,试验组术后喉痛发生率显著低于对照组。 由于地卡因毒性较大,临床上使用时应当注意用药量,在显露声门区后,对声门区喷雾3次即可,本研究中未见地卡因过量中毒现象。试验表明气管插管前应用1%地卡因和地塞米松声门区喷雾表面麻醉可预防因气管插管造成的术后喉头水肿。 预处理论文:垃圾渗滤液中NH4-N的吹脱预处理实验 摘要:为了降低垃圾渗滤液中高浓度NH4-N对生物处理的影响,采用吹脱法预处理垃圾渗滤液中的NH4-N,对影响吹脱的因素进行了研究。试验结果表明:最佳实验条件为pH=8.5,曝气强度为180m3/(m2h),在最佳实验条件下,经24h吹脱NH4-N去除率可以达到55.6%,出水NH4-N不会对后续生物处理产生抑制。 关键词:垃圾渗滤液 吹脱 生物处理 垃圾渗滤液成分复杂、含有高浓度的氨氮和重金属等有害成分,其处理技术主要为生化法,但该废水中普遍存在的高浓度氨氮制约了生化法对其的处理应用和效果[1]。有研究结果表明,垃圾渗滤液中高浓度的氨氮对微生物活性有抑制作用,会降低生化系统对有机污染物的降解效率,从而导致处理出水难于达标排放[2]。因此在生物处理工艺之前,采用有效的方法预除去高浓度的氨氮尤为必要。工程中常见的的几种脱氮方法有:微生物法、氨吹脱法、折点加氯法、离子交换法、土地处理法等[3]。但对于高氨氮的垃圾渗滤液,较为经济有效的方法是吹脱法。而且渗滤液经吹脱后,不仅脱掉了大量的游离氨,还去除了部分苯酚、氰化物、硫化物及其他难生化的,对生化处理有抑制作用且毒性大的挥发物质,对后续处理较为有利[4]。吹脱法又包括空气吹脱和蒸汽吹脱,其中蒸汽吹脱效率较高,但能耗大,设备复杂,应用前景不大。本次实验采用空气吹脱进行静态实验。 对影响吹脱的各种因素进行研究,并得出最佳吹脱条件,为工程提供依据。 1 实验运行条件 1.1 渗滤液水质 渗滤液取自长春市某垃圾填埋场,其水温为18℃-23℃,pH为8.0-8.8 ,COD为2000-5000mg/L, BOD为600-1500mg/L,氨氮为1800-2300 mg/L。 1 --曝气头2 --吹脱池3 --空压机 图1 试验装置图 1.2 实验装置 实验装置如图1所示,实验装置为容积1L的吹脱池,这样可以保证气水在容器中的充分混合。曝气采用曝气效率为3L/min的曝气泵。曝气强度通过曝气头的个数来控制,每个曝气头的曝气强度为m3/m2.h, pH值用硫酸或氢氧化钠调节。在连续曝气的情况下,我们在不同的时间对各个反应条件下的水样进行取样测试,测试内容主要是NH4-N。 2 实验结果与分析 2.1 pH值对吹脱效果的影响 为了研究渗滤液pH值对吹脱后NH4-N去除率的影响,采用NaOH 和H2SO4溶液调节渗滤液的pH值为7.0、8.5和10,采用一个曝气头曝气,对NH4-N去除效果进行了研究。试验结果如图2所示,随着吹脱时间的增加,不同pH值条件下的去除率都不断增加,在同一吹脱时间下,pH=10的条件下去除率最高,其次是pH=8.5, pH=7时去除率最低。这说明NH4-N的去除率随原液pH值的升高而增大,pH 值越高越有利于渗滤液中的氨氮充分虽然转化为游离氨, 但是过高的pH 值不仅要求在调节时投入大量NaOH,而且在吹脱处理后,还要将过高的碱性用酸调节到接近中性,才能进入后续生化处理系统,这一系列的操作无疑会增加运行费用[5]。从图2可知,pH=10条件下NH4-N去除率高于pH=8.5条件下的去除率不是很多,由于该垃圾渗滤液中重碳酸盐碱度很高,对渗滤液的pH值有很强的缓冲作用,因此吹脱过程中,经酸碱调节过的渗滤液的PH值有向原始值接近的趋势,即在原渗滤液pH=8.0-8.8条件下,可以达到相对较高的去除率。如图pH=8.5时,吹脱时间24h,NH4-N的去除率为35.3%,吹脱后NH4-N为1195 mg/ L。所以本次实验pH值可以不经调节直接进行吹脱,吹脱后的pH值可以满足后续生物处理的中性范围要求,节省调节装置和运行费用,同样可以脱过延长吹脱时间可以进一步提高去除率。 2.2 曝气强度对吹脱效果的影响 为了研究曝气强度对吹脱效果的影响,分别在一个曝气头,两个曝气头和三个曝气头的条件下对垃圾渗滤液进行吹脱实验,实验的pH=8.5。试验结果如图3所示,随着曝气时间的增加,不同的曝气头条件下的去除率都不断增加,而在相同的曝气时间下,三个曝气头的曝气效果最好,曝气头的个数越多,曝气强度越大,曝气强度反映的是空气对渗滤液的扰动程度,随着强度的增加,游离氨从水中逸出到大气中速率增加,去除率也相应增加。根据实验结果,采用3个曝气头对渗滤液进行吹脱能达到较好的效果,在吹脱时间为24h的条件下,NH4-N的去除率为55.6%,吹脱后NH4-N为820 mg/ L。 2.3 曝气时间对吹脱效果的影响 如图4所示,去除率随曝气时间的增加不断增加,但当曝气时间增加到一定程度时,吹脱效率的增加不显著随着曝气时间的增加,即不同的时间段增加的速度是不一样的,在24h以内增加的速度较快,而在24h以后,增加的速度明显降低。这说明去除率随时间不是呈线性变化,曝气时间达到一定程度去除率的增加受到一定限制.这和NH4-N本身的浓度有关,在吹脱的初期去除率增加快是由于初期NH4-N浓度较高,有利于吹脱的进行,而吹脱达到一定时间后,渗滤液中NH4-N浓度降低,吹脱去除率增长缓慢。 2.4 最佳条件下的吹脱实验 经上述实验得出最佳实验条件为,pH=8.5,采用三个曝气头。试验结果如图5所示,最佳条件下NH4-N去除率与吹脱时间成二次函数关系,吹脱时间达24h,去除率可以达到55.6%,出水NH4-N值为820 mg/ L,根据后续生物处理的要求,可通过调节吹脱时间来改变吹脱后的NH4-N值,以达到后续生物处理能承受的限度。 3 结论 (1)试验的影响因素为渗滤液pH、曝气强度和曝气时间,其中是曝气时间易于调节,可用来控制出水NH4-N浓度,以适应后续生物处理的要求。 (2)最佳实验条件为pH=8.5,曝气强度为180m3/(m2h)(三个曝气头),在该条件下经24h吹脱,NH4-N去除率可以达到55.6%,出水NH4-N浓度不会对后续生物处理产生抑制。 预处理论文:CL多小波预处理方法在故障数据压缩中的应用 摘 要:在介绍CL(Chui-Lian)多小波基本理论的基础上,探讨了CL多小波的预处理方法及其对CL多小波原有滤波器响应的影响,分析后认为Haar和平衡预处理方法是CL多小波最有效的预处理方法。文章还做了将具有这两种预处理方法的CL4多小波应用于电力系统正弦信号和故障暂态信号数据压缩的仿真实验。仿真结果表明,基于Haar和平衡预处理方法的CL4多小波具有较GHM多小波和传统db4小波更好的数据压缩效果。 关键词:CL多小波;预处理方法;数据压缩;电力系统故障 1 引言 多小波分析是一种基于小波理论的近几年发展起来的新理论,多小波可同时具有对称性、正交性、短支撑性、高阶消失矩等属性,而这些属性是传统实系数小波不能同时具有的[1]。多小波有许多构造方法,如Geronimo等人[2]应用分形插值方法构造了具有短支撑、正交性、对称性和二阶消失矩属性的GHM多小波,Chui等人[3]利用多小波的正交性、紧支撑性、对称性和插值性构造了CL(Chui-Lian)多小波,Jiang[4]利用时频分析中的窗函数性质构造了具有最优时频分辨率的Jiang系列多小波,Mariantonia Cotronei等人[5]利用Hurwitz块矩阵和Gram矩阵构造了半正交多小波。本文在介绍CL多小波理论的基础上,深入探讨了CL多小波的预处理方法,并将其应用于电力系统正弦信号数据和故障暂态数据的压缩,还比较了GHM多小波与CL多小波的数据压缩效果。 2 CL多小波的基本理论 小波分析中的多分辨率即是将平方可积信号f∈L2(R) 的逐级逼近视为采用低通平滑函数φ(t) 对f(t) 作平滑滤波的结果,且逐级逼近时平滑函数φ(t)也作逐级伸缩。一个多分辨率分析由一个尺度 函数生成,且包含一个经平移与伸缩构成L2(R) 空 间基的小波函数。类似地,多小波分析中也存在多分辨率分析,一个多分辨率分析由多个尺度函数生成,且包含多个经平移与伸缩构成L2(R) 空间基的 小波函数,这些小波函数即称为多小波[6]。 多小波的多尺度函数φ(t)和多小波函数Ψ(t)满足以下二尺度矩阵方程[3] 式中 0≤k≤L ,Hk 和Gk 为r×r维系数矩阵;L为多小波滤波器长度;r为多小波维数。根据多小波的多分辨率分析,有如下快速多小波分解与重构公式[7] 式中 为多小波分解和重构的低频系数; 为多小波分解和重构的高频系数; 分别为Hk 和Gk 的复共轭矩阵。 位于区间[0,2]上的CL多小波的两个尺度函数φ1(t)、φ2(t)和两个小波函数Ψ1(t)、Ψ2(t)的支撑区间均为[0,2];位于区间[0,3]上的CL多小波的两个尺度函数φ1(t)、φ2(t)和两个小波函数Ψ1(t)、Ψ2(t)的支撑区间均为[0,3]。为方便起见,作者根据Daubechies系列小波的定义方式,将上述两种CL多小波暂称为CL3多小波和CL4多小波(即它们的滤波器长度分别为3和4),CL4多小波的滤波器系数矩阵[3]为 式中 H0 、H1 、H2 、H3 为低通滤波器系数矩阵;G0 、G1 、G2 、G3 为高通滤波器系数矩阵;下标0、1、2、3表示系数矩阵的次序,与传统小波的滤波器系数序列相同;S=diag[1,-1] 。 根据多小波的尺度矩阵方程绘出CL4多小波的尺度函数φ1(t)、φ2(t)和小波函数Ψ1(t)、Ψ2(t)的时域波形和频域响应波形分别如图1和图2所示。 与传统小波相比,CL多小波具有更为优良的属性:CL多小波的尺度函数和小波函数均具有紧支撑属性,使其具有良好的局域性;两个尺度函数分别与两个小波函数对称和反对称,保证其具有线性相位;CL多小波是正交的,使其变换后保持能量衡定;CL3多小波具有二阶逼近阶,CL4多小波具有三阶逼近阶,使其具有良好的逼近性能,GHM多小波与CL4多小波相似,滤波器长度均为4,但其逼近阶仅为二阶。 3 CL多小波的预处理方法 3.1 采用预处理方法的必要性 与传统小波相比,多小波在实际应用中必须解决的关键问题是对原始信号的预处理。预处理的关键问题是:①由于多小波的尺度函数和小波函数是多维的,而需处理的信号一般是一维的,必须对所有多小波的原始信号进行预处理;②不同的预处理方法对多小波应用性能的影响非常大,怎样根据应用需要选择相应的最优预处理方法是多小波应用的关键问题。 如不采用预处理方法,简单的方法是将一维信号分解为其多相形式 式中 z=ejω 。CL4多小波的低通滤波器响应H1(ω)和H2(ω)分别为 同理可求出其相应的高通滤波器响应G1(ω)和G2(ω),如图3所示。 由图3可见,CL4多小波的低通滤波器和高通滤波器响应均表现出带通和带阻两种不相同的属性,其他多小波也有类似属性,这种现象易导致多小波的低通和高通频带相互混叠,不利于分解和重构信号,即如不采用有效的预处理方法,多小波不能像传统小波那样对信号很好地进行去噪和压缩等处理。 目前多小波的预处理方法主要分为两类:预滤波(prefilter)法[8]和采用平衡多小波(balanced multiwavelet)法[9]。 3.2 预滤波法 对于预滤波方法的研究主要集中在GHM多小波的预滤波,本文将文[5]提出的odd/even、deriv.、Haar、mod.Haar预滤波法和文[10]提出的预滤波法应用于CL4多小波。经大量仿真分析后,作者认为采用Haar法可取得较好的滤波效果,图4为Haar预滤波方法对CL4多小波原有滤波器响应的影响。 由图4可见,Haar预滤波法在一定程度上改善了CL4多小波两个低通滤波器和两个高通滤波器的响应。 3.3 平衡多小波法 多小波低通部分如有不同的频谱属性,会使通道不平衡和复杂化矢量化过程,矢量化过程的多相方法产生了混合粗细分辨系数,仅用粗分辨系数重构信号时将产生强烈的振荡,称为不平衡现象[9]。消除多小波不平衡现象的方法是构造平衡多小波,主要有两种构造方法:采用复Daubechies小波系列滤波器构造平衡多小波和平衡已有的不平衡多小波(简称平衡法)。 以下采用平衡方法来平衡CL4多小波,平衡算子为 ,平衡后CL4多小波的低通和高通滤波器分别为 CL4多小波的低通合成算子LT 和高通合成算子TT 满足等式 式中 u1=[...,1,1,1,1,...]T ,即矢量 在低通支路 保持不变,在高通支路被取消,这时CL4多小波即是平衡的多小波[9]。图5为平衡法对CL4多小波原有滤波器响应的影响。 由图5可见,对CL4多小波采用平衡法不仅可使两个低通滤波器和两个高通滤波器的响应分别重合,还可较好地改善系统本身的低通、高通滤波器的响应性能。 4 CL多小波的应用 本文采用不同预处理方法的CL4多小波、GHM多小波和db4小波来实现对数据的压缩, GHM多小波和db4小波与CL4多小波非常类似,且具有正交性和紧支撑性,滤波器长度均为4。关于传统小波在电力系统故障数据压缩中的应用可参见文[11]。 采用电力系统的正弦信号和500kV高压输电线路单相接地短路故障相的电压信号(故障点距输电线首端的长度与输电线总长度的百分比分别为2.5%、12.5%、25%、37.5%、50%、75%、87.5%)作为原始信号,采样点为1024个,分解层数为6层。对CL4多小波采用Haar法和平衡法两种预处理方法;对GHM多小波采用GHM.init预处理方法(GHM.init是GHM多小波的所有已知预处理方法中综合效果最好的预处理方法之一);对db4传统小波采用直接处理采样点的方法。本文采用保留多小波分解后的若干最大系数的数据压缩方法。该方法的原理是:对原始信号进行小波尺度的扩展,保留绝对值最大的系数,这种情况下,可仅用全局阈值来压缩信号,以实现信号的压缩或相对均方差赋范信号的恢复,该方法可先确定数据的压缩比。定义信号重构后的赋范均方误差为 式中 f(n)、 分别为原始信号与恢复信号。 表1为采用该方法时,采用不同多小波对相应信号数据的压缩结果。 计算出其他故障点信号数据压缩的赋范误差、平均误差和均方差,得到压缩比为20:1时随不同故障地点变化的赋范误差曲线如图6所示。50%处故障的暂态信号随不同压缩比变化的赋范误差曲线如图7所示。 由表1、图6和图7中压缩效果参数可知: (1)GHM多小波及CL多小波对平稳信号(正弦信号)或暂态信号(故障信号)的数据压缩效果均比db4传统小波的好; (2)采用Haar和平衡法预处理方法的CL4多小波的压缩效果均明显比采用GHM.init预处理方法的GHM多小波的压缩效果好; (3)CL4多小波采用平衡预处理方法时,压缩效果总体上比Haar预处理方法的好一些。 5 结论 本文介绍和分析了CL多小波及其不同的预处理方法,采用保留分解后若干最大系数的数据压缩方法,对采用不同预处理方法的CL多小波在故障数据压缩中的效果与GHM多小波及传统db4小波进行了比较。综合各种压缩性能指标后认为,基于Haar法和平衡法的CL4多小波比基于GHM.init法的GHM多小波压缩效果优越,更适用于对电力系统信号的数据压缩。 预处理论文:水源水中微囊藻毒素预处理方法研究进展 近几十年由于富营养化水平的加剧,包括水源水库水在内的淡水水体经常发生蓝藻水华,蓝藻水华可导致水源水中微囊藻毒素(Microcystins,MC)含量升高,而水中MC对人类的健康构成潜在危害。MC对人体重要调节酶(蛋白质磷酸酶1和2A)有潜在的抑制作用〔1〕,被证实可导致人类、家畜和野生动物的死亡。许多国家根据世界卫生组织推荐值〔2〕建立了饮用水中MC-亮氨酸精氨酸(LR)限制标准,最高允许含量为1?0μg/L。我国的“生活饮用水卫生规范”〔3〕和“城市供水水质标准”〔4〕中都规定MC-LR最高浓度为1?0μg/L。MC的化学性质非常稳定,常规水处理工艺对其去除率较低。因此,在常规处理之前寻求有效去除MC的预处理方法,对于饮用水的安全保障具有重要意义。本文对去除水源水中藻毒素的预处理方法研究进展作一综述。 1 去除藻毒素的预氧化法 1?1 预加氯 自从20世纪,氯已被用来作为水处理试剂。20世纪初,美国就应用氯作消毒剂来代替砂滤。预加氯是应用最早和目前应用最广泛的氧化除藻方法,它常用于水源水的预处理工艺中以杀死藻类,使藻类及藻毒素易于在后续常规水处理工艺中去除。Tsuji等〔5〕的研究证实,MC的去除效果主要决定于水中自由氯含量, 观察了NaClO对MC-LR和MC-双精氨酸(RR)的去除效果,发现毒素易被降解且依赖于自由氯的剂量,用浓度为0?7mg/L的自由氯经60min处理后,水中仅有35%的MC被去除,当自由氯浓度增大到2?8mg/L时接触30min后,MC的去除率达99%。另外,MC的去除效果还依赖于pH值的大小,Nicholson等〔6〕发现,在高pH值条件下,NaClO和Ca(ClO)2的杀毒效果低。当pH值升高时,毒素的去除率大大降低,由pH值7时的79%降至pH值10时的0?4%。分析认为是由于氯溶于水中生成次氯酸,在pH值超过5后开始分解形成次氯酸根离子,pH值超过10后完全离解,而次氯酸是一种比次氯酸根离子更有效的氧化剂,因而随pH值增大,次氯酸浓度的降低影响了有效氯的氧化作用。氯化提供了一个有效的去除饮用水中MC的方法,它对MC的去除效果依赖于有效氯的投加量和足够的余氯。但有关氯化去除MC的机制和经氯化后MC的降解副产物的特征至今尚未清楚。 1?2 预加高锰酸钾 自20世纪60年代,欧美等地区开始大规模的将高锰酸盐应用于水处理技术中。高锰酸钾作为一种强氧化剂能氧化大量有机化合物,其对有机物分子中多键功能团的破坏能力非常强,甚至可以分裂苯环。在与MC水溶液作用时,它可以破坏MC分子中3-氨基-9-甲氧基-2,6,8-三甲基-10-苯基癸-4,6-二烯酸(ADDA)上的不饱和双键,因此,在消除MC毒性方面十分有效。有文献指出〔7〕,1mg/L的高锰酸钾30min内可去除浓度为200μg/L的溶液中95% MC-LR。对用氯和高锰酸钾作氧化剂(浓度均为2mg/L)氧化MC-LR的实验〔7〕比较显示,2种氧化条件下毒素有相似的衰减曲线。但观察到高锰酸钾在去除MC上表现更迅速,且保持恒定的氧化还原电位。 1?3 预加臭氧(O3) 臭氧的氧化能力极强,氧化还原电位为2?07V,在酸性溶液中仅次于氟。1886年法国最早进行臭氧技术研究,20世纪60年代末臭氧开始用于原水预氧化,主要用途为改善感官指标、助凝、初步去除或转化污染物等,目前它已被广泛应用于饮用水处理中。臭氧可以通过与有机物双键的迅速氧化反应生成羰基化合物。当臭氧作用于MC时,MC中ADDA的双键被氧化打开而使其毒性消失。早期的研究表明,1mg/L的O3对浓度为60μg/L的MC溶液的去除效果可达到100%。Rositano J〔8〕等研究发现,用0?05mg/L的O3处理15s后,99%的MC被去除掉。O3比Cl2、H2O2、高锰酸钾等能更有效地去除MC-LR,这与O3具有更高的氧化电位有关。研究证实,臭氧是一种去除饮用水中MC的有效方法。虽然关于臭氧分解MC的副产物的危害性方面仍需做进一步的研究,但臭氧氧化作为一种有效的净水方法,仍然具有很好的应用前景。 2 粉末活性炭法 粉末活性炭(PAC)在水厂最初应用的目的是为了去除水中的色、嗅、味等〔9〕。20世纪70年代以来,随着水源污染的日益严重以及消毒副产物(DBP)的检出,研究人员发现PAC对饮用水源中的酚类、农药、消毒副产物及其前体物等也有很好的去除效果〔10〕。因此,PAC在水处理中得到了普遍的应用,且有逐年递增趋势。Hoffmann等〔11〕应用PAC去除藻毒素的实验研究发现,PAC能去除蓝藻产生的MC,MC的去除效果依赖于PAC的投加量,要去除掉MC-RR和LR,PAC的投加量高达800mg/L(一般给水处理中PAC投加范围为5~30mg/L),Falconer等〔12〕的报道也证实了这一点。在对活性炭去除MC-LR的研究中发现,影响活性炭吸附的主要因素是孔的体积而不是比表面积,对MC-LR吸附最好的是中孔体积(孔径1?2~2?6nm)的活性炭。另外,竞争吸附同样影响PAC对MC的去除效果,在对高纯水和原水中MC去除率的比较中发现,由于原水中有机物对活性炭吸附点的竞争导致了MC去除效率的下降,天然有机物(NOM)的浓度尤其影响MC的去除。大量文献证实,PAC可成功应用于MC的去除,但在常规的水处理工艺中其性能会降低,另外MC是否吸附到活性炭上也不明确,它有可能被活性炭表面的生物膜降解而表现出安全性,也有可能被再次释放到水体中对健康造成危害。 3 生物预处理法 目前采用生物预处理工艺净化受污染原水,主要考察对有机物、氨氮、藻类、亚硝酸盐氮、浊度、铁、锰等污染物质的去除效能,而关于生物法去除MC方面的研究报道相对较少。吕锡武等〔13〕以人工配制的含微囊藻水为试验对象,在静态条件下考察生物接触氧化工艺对MC的去除效率,表明氧化工艺对MC的生物降解远比缺氧有效,氧化处理24h时3种MC去除率均超过90%,处理72h后水中已检测不到MC。关于生物法去除MC的机制被一致认为是生物降解作用,有学者〔14〕发现,MC-LR经生物降解后其ADDA侧链的共轭双键被破坏,从而证明ADDA侧链是生物降解的攻击靶位,正是由于其结构的变化才导致MC-LR毒性的降低或丧失。Harada等〔15〕分离一种菌种(Sphingomonas strain,B-9),它靠体内的3种水解酶(MlrA,MlrB,MlrC)来降解MC,首先环状MC在MlrA作用下转变为线型MC,MlrB进一步将其降解为四肽化合物,而水解酶MlrC又将这种化合物水解成更小的缩氨酸和氨基酸,从而使MC的毒性丧失。朱光灿等〔16〕采用三阶生物膜反应器预处理含MC的富营养化湖水,停留时间2h时,藻类的去除率 90%,细胞外MC-LR和MC-RR的去除率分别达到86?7%和81?7%以上,总MC-LR和MC-RR的去除率分别达到71?5%和80?5%以上。证明三阶生物膜工艺可作为水厂含MC富营养化原水高效、安全的生物预处理工艺。 4 结语 预氯化的高投加量和较长的接触时间限制了它在去除MC上的应用,而且还需考虑氯化后副产物的潜在危害;而关于高锰酸钾对MC破坏机制的研究还很少,因此,高锰酸钾预氧化去除MC效果需进一步研究。PAC去除MC不破坏其结构,因此,不需考虑副产物的生成,去除效果较好,但对截留或吸附后MC的处置应高度重视,它的应用必须采取安全严密的监控措施,以确保能达到预期的效果。预加臭氧是一种去除水源水中MC很有效的预处理方法,该方法运行简单,产生有害副产物的概率小,去除率一般可达到95%以上,是一种经济上较为合理的净化技术。近年来,生物降解有毒蓝藻及其毒素的研究表明,生物预处理法也是去除水源水中MC的重要途径之一,该方法安全简便,无须特殊的设备,投资较少,且对MC有较高的去除率,有望在水源水的预处理中得到广泛的应用。
工业微生物论文:食品工业微生物谷氨酰胺转移酶运用 摘要:谷氨酰胺转移酶能促进蛋白质分子间的交联作用,催化蛋白质之间异肽键的形成,对蛋白质溶解度、乳化能力、发泡性能和凝胶化作用等功能产生积极影响。众多食品工业加工过程中如奶酪生产、乳制品加工、肉类加工、焙烤制品及可食性膜的生产过程等都应用了这种酶的交联特性。微生物源性的谷氨酰胺转胺酶在生物技术生产中所需成本低,目前已经应用于几乎所有的工业领域。本文总体概述了谷氨酰胺转胺酶的特点及其在食品工业中的应用。 关键词:谷氨酰胺转移酶;蛋白质;交联作用;微生物;食品工业 谷氨酰胺转移酶可以催化谷氨酰胺残基中γ-甲酰胺基团(供体)与不同化合物的ε-胺类基团(酰胺残基的受体)之间异肽键的形成并诱导蛋白质之间的交联[1]。酶的这种催化作用会导致蛋白质理化性质的显著改变,如粘度、热稳定性、弹性和韧性等。研究证明,谷氨酰胺转移酶参与到许多生理过程中:血液凝结过程、抗菌免疫反应及光合作用等[2]。科学家们已经成功地从动植物体及微生物中分离出了谷氨酰胺转移酶。微生物来源的谷氨酰胺转移酶分子量较低,是一种单肽链酶,它由331个氨基酸组成,等电点为pH8.9,分子量约为38kDa。谷氨酰胺转移酶的最适催化温度为45℃,pH5.5[3],该酶在50℃下30min就失去50%的酶活力,碳水化合物,如麦芽糊精、蔗糖、甘露糖、海藻糖和还原型谷胱甘肽(GSH)等,可以显著提高酶的热稳定性[4]。与动物源性的谷氨酰胺转移酶相比,微生物来源的谷氨酰胺转移酶不需要钙离子的激活作用,在实际利用酶制剂的过程中,这是一个非常令人满意的特征。另外,微生物源的谷氨酰胺转移酶在很大pH范围(4.5~8.0)内可以保持酶活力,可以简化某些加工过程,进而节省能源消耗,提高经济效益。另外得益于转基因技术的出现,利用基因的异位表达可以大大提高谷氨酰胺转移酶的产量,并且它对食物中的蛋白质具有不同的反应特性,这样的特点使得该酶成为改善食品中蛋白功能的有力工具。 1谷氨酰胺转移酶的生物合成 1.1微生物谷氨酰胺转移酶 起初,谷氨酰胺转移酶大多来自豚鼠的肝脏,然而有限的来源和其相对昂贵的提取和纯化过程限制了谷氨酰胺转移酶在工业中的广泛使用。近期,有很多文章讨论了使用农业废料,以微生物合成方式作为合成谷氨酰胺转移酶的碳源来源的可能性。从已发表的文献中可知,发酵培养基可以占据微生物生产成本的近30%[5],如果可以从廉价的原材料如高粱秸秆等获得半纤维素水解物,那么以此来培养微生物获得微生物来源的谷氨酰胺酶的合成途径将会引起人们更大的兴趣。 1.2谷氨酰胺转移酶微生物发酵 在含有高粱秸秆水解物的培养基中,经过72h的培养时间,生物合成的谷氨酰胺转移酶的活性为0.34U/mL[6];当使用马铃薯酶解物作为培养基,另外添加酵母提取物、玉米浸出液和酪蛋白等成分培养后,酶活力可达1.12UA/mL[5];利用S.ladakanum合成谷氨酰胺转移酶时,甘蔗糖蜜和甘油的同时存在会产生协同效应[7];此外,当使用甘蔗糖蜜与甘油作为混合碳源时,测定的谷氨酰胺转移酶活力为0.72U/mL[8];Ryszka[9]研究了一种利用S.mobaraense菌株生物合成谷氨酰胺转移酶的最适培养基,以aminobac、玉米浆、酵母提取物作为氮源,以葡萄糖、蔗糖、淀粉和糊精作为源碳,pH范围为6.5~7.0,培养30h后测定谷氨酰胺转移酶活性为2.0U/mL。蛋白胨、酵母提取物、酪蛋白和尿素是合成谷氨酰胺转移酶的常用氮源。另外有文献报告了使用植物原料如大豆、大米、玉米和小麦面粉、玉米浆、小麦麦麸或麦芽提取物作为氮源的可能性[10]。Zhu[11]和Tramper对培养基成分进行了优化设计,发现在含有蛋白胨的培养基中添加额外的含氮化合物,如适当的氨基酸,会显著提高S.mobaraense中谷氨酰胺转移酶的产量。然而,为了实现经济性,工业生产中需要更便宜的原料作为底物。此外,培养基的配方也是至关重要的,因为组成成分会影响产物的浓度、产率和单位体积生产效率。 1.3谷氨酰胺转移酶基因重组表达 谷氨酰胺转移酶能够改变蛋白质的理化性质,具有重要的实用价值。因此,开发能够用于食品行业的有效的谷氨酰胺转移酶合成系统是很必要的。由Itaya[12]和Kikuchi进行的调查结果表明,目前的谷氨酰胺转移酶大都是利用大肠杆菌菌株生产的。谷氨酰胺转移酶是以酶原的形式存在的,然后通过切除N-端前导肽可以直接生成具有活力的谷氨酰胺转移酶[13]。许多研究表明前导肽是在大肠杆菌中过表达谷氨酰胺转移酶的关键因素[14],首先把酶的编码基因克隆到大肠杆菌中,然后经过培养后利用层析的方法纯化重组蛋白。利用这种重组大肠杆菌生产的谷氨酰胺转移酶的活力可达到22U/mg[15]。但是同时也应该注意与蛋白质翻译后修饰相关的问题,探究开发更便宜、更有效的生物合成系统,从而降低运输、保存、提取、纯化等有关成本。 1.4谷氨酰胺转移酶制剂 谷氨酰胺转移酶制剂可以成为解决很多与酶应用效率、食物质地等相关难题的解决途径。市场上有不同的微生物酶制剂,它们含有利用微生物合成的谷氨酰胺转移酶,这些酶可以中和由于冷冻而引起的肉类质地的变化[16];也可以使香肠等肉类产品更快地加工成熟,并且具有良好的口感;它们可以改善肉的质地,使加热和配给过程的损失最小化。Poland公司的酶制剂可以作为发酵乳制品生产过程中的辅助剂,可以提高加工过程中蛋白质的热激能力,并改善成品的风味。利用这种酶制剂已经获得了更高稳定性的奶油、冷凝效果更好的干奶酪。在食品行业使用谷氨酰胺转移酶已成为一种自然的技术方法,并且利用酶法改变食物成分比化学方法更容易被食品行业所接受。 2谷氨酰胺转移酶的应用 含有谷氨酰胺转移酶的制剂可以用于食品中蛋白质的交联反应,因此引起了人们的研究兴趣。研究结果表明,交联后的β-酪蛋白比未交联化的酪蛋白对胃蛋白酶的消化作用抵抗性更强,利用这种特性可以开发具有更强的结构特性的食品[17]。在烘焙行业中,谷氨酰胺转移酶主要用于醇溶谷蛋白链之间的交联反应。谷氨酰胺转移酶对面团的稳定性和体积有积极影响,还可以提高利用较差面粉制作的面包的质量,提高其质地[18]。研究发现谷氨酰胺转移酶可以改善面团的流变性,可以保证烘焙后面包内适当的孔隙大小和弹性,与传统方法制作的面包糕点相比,体积增大了14%[19]。此外,还可以改善面团的吸水性和韧性,用来提高面包的风味、质地和体积[20]。谷氨酰胺转移酶也广泛用于肉类产业。谷氨酰胺转移酶可以促进肉块的强劲凝聚力,改善用猪肉、牛肉或禽肉制作的结构单一化香肠的质地,而不需要热处理或添加食盐或磷酸盐。谷氨酰胺转移酶处理过的钠酪蛋白可以取代以往的动物脂肪[21],制作具有更低的脂肪含量、更高营养价值的肉制品。谷氨酰胺转移酶的应用为生产高质量的粗碎香肠、维也纳香肠和熏肉创造了新的技术。在乳品行业,为了防止酸奶的脱水收缩作用或使其质地更平滑、稳定性更好,常常在生产过程中使用谷氨酰胺转移酶。用谷氨酰胺转移酶改造后的酪蛋白可以作为生产面霜、冷冻甜点、冰淇淋、牛奶饮料和调料的原料[22]。同时,利用谷氨酰胺转移酶进行牛奶蛋白的聚合反应可以生产蛋白膜,改善奶制品的功能特性[23]。谷氨酰胺转移酶也用于奶酪的生产过程,并且可以提高凝乳的产率。目前常用于生产天然奶酪的酶有凝乳酶和谷氨酰胺转移酶。Cozzolino[24]等对提高奶酪产率和特性的因素进行了调查,结果表明在添加凝乳酶之前就添加谷氨酰胺转移酶可以防止牛奶凝固;而同时添加这两种酶可以明显降低奶酪的抗性和硬度,同时减少乳清中蛋白质和脂肪的含量。目前,谷氨酰胺转移酶越来越频繁地在多个行业中被用作蛋白质修饰酶。例如乳清蛋白经谷氨酰胺转移酶作用后可以用于生产蛋白质膜,这种可食用的蛋白质膜可以涂在新鲜蔬菜和水果表面上,用来延长食品的保质期和新鲜度[25];有观点称,利用谷氨酰胺转移酶这种酶来消除大豆蛋白可能的过敏效应和抗水解性[26];也有人建议也许在将来谷氨酰胺转移酶可以用来在醇溶谷蛋白中重建肽键,阻止T细胞对多肽链的识别作用,从而避免脂泻病的产生[27]。 3总结 谷氨酰胺转移酶可以诱导蛋白质之间的交联作用,被广泛地用于食品工业中,其廉价来源——即微生物合成方法的发现,为这种酶的实际应用提供了更多的机会。微生物来源的谷氨酰胺转移酶的广阔适用性也引起了人们对菌株筛选的兴趣,以期利用最廉价的底物获得高活力的酶制剂。为了获得更低成本的酶制剂而进行的微生物研究,也许可以促进易得的产品的开发以及其更大范围的使用。 作者:王美玲 单位:青岛科技大学 工业微生物论文:微生物酶造纸工业论文 1、微生物酶运用于制浆 1.1 漆酶在制浆中的应用 造纸厂的蒸煮制浆过程就是用化学药品溶出、脱除木素的过程,一般的化学制浆,不但成本高、能耗大,而且对环境污染也较为严重。而使用由白腐菌生产的漆酶将原料的木素降解成低分子木素,增加了木素的溶出和被抽提的能力,从而实现木素与纤维素、半纤维素的分离。用漆酶和介体HBT在蒸煮前对麦草进行预处理,可降低纸浆的Kappa值,提高纸浆的白度和强度。Jujop的研究表明,在20%~90%,pH值2~10条件下用漆酶进行预处理,可以对原料中的木素进行改性,磨浆能耗明显降低,每吨浆能耗由1300kW•h降至850kW•h,节省动力约30%,且机械浆的物理性能得到改善,纸浆质量达到化学热磨机械浆的水平。 1.2 纤维素酶在制浆中的应用 在机械制浆前加化学预处理,除去或改变一部分木素结构,可以改善纸浆的强度,但降低了纸浆的得率,损害了纸浆的光学特性,废水的排放量和污染负荷也相应增加,而经由木霉所产出的纤维素和半纤维素酶处理则结合了机械法制浆和化学机械法制浆的优点,克服其缺点,除了可以增加纸浆的强度性能之外,还能显著降低机械磨浆时的能量消耗。 2、微生物酶用于纸浆漂白 传统的含氯漂白产生大量有毒和强致癌性物质对环境和人类造成极大危害,已逐渐被无氯漂白所取代,而以某些真菌产生的漆酶不仅能氧化非酚结构,而且能使硫酸盐浆脱木素和脱甲氧基。佐治亚大学的研究者发现一株漆酶产菌———朱红密孔菌(Pycnoporus cinnabarlnus),以产生自己的氧化还原中介物3-羟基邻氨基苯甲酸(3-hydroxyanthranilic acid,3-HAA)。漆酶加3-HAA系统不仅能氧化非酚模式化合物,而且能降解合成的木素。通过筛选或诱变培育出假单胞菌(Pseudoznonas sp.)G6-2,枯草杆菌(Bacillussp.)A-30等木聚糖酶高产菌株进行了分离纯化的酶学研究,其所产木聚糖酶运用于生物漂白技术,其结果表明木聚糖酶在多种浆种的不同漂白工艺中都有明显的助漂作用。用于桦木浆CEH三段漂和ECF漂白,在保持白度,得率,强度基本不变的情况下,可减少近50%氯或二氧化氯用量,漂白浆的白度稳定性也有所提高。 3 微生物酶用于造纸废水处理 在制浆和造纸生产过程中,造纸废水可分为黑液、中段废水和纸机白水。黑液是整个造纸过程中污染最为严重的废水,木素是造成造纸工业排放黑液COD和色度形成的主要原因。白腐菌具有能降解木素和变性木素的酶活系统,能将漂白废水中的有机氯化物转变成无机氯和CO2,并破坏发色基团组织和结构,降低漂白废水中的TOCl、BOD、COD和色度。范伟平等利用微电解-白腐菌生物降解-絮凝沉降联合处理系统对活性染料生产废水进行处理,在最佳pH和温度及接触停留时间下,其COD去除率达90%以上,色度去除率在95%以上。另有研究表明,使用坚强芽孢杆菌产生的絮凝剂处理印染废水和酵母废水,可取得良好的絮凝效果,由李云鹏等从剩余污泥中制得微生物絮凝剂LBF经实验相比于PAC效果更好,其COD、SS、色度去除率都高于PAC处理的废水样。 4 微生物酶用于造纸工业中的其他用途 与常规碱法脱墨浆相比,微生物酶法脱墨浆有更高的游离度,且滤水性好、物理性能优、白度高和残余油墨量低,还可缩短脱墨时间。利用纤维素酶处理回收的废纸,既可脱除油墨和化学处理难以去除的调色剂,又可改善二次纤维的抄造和使用性能。顾琪萍等研究表明,在优化条件下,废报纸经脂肪酶脱墨后,白度比原浆提高4.3%SBD,裂断长、耐破指数和撕裂指数可分别提高11.4%,19.8%和17.5%。由于传统造纸工业是耗能和环境污染大户,随着生物技术的发展,微生物酶应用于造纸工业的技术越来越受到广大研究者的重视,其规模也在不断提高。通过使用微生物技术或酶技术,不但能使资源充分利用,降低能耗与环境污染,而且能带来良好的经济效益,对造纸工业与环境保护都具有非常重要的现实意义。 作者:轶媛 单位:湖北轻工职业技术学院 工业微生物论文:微生物发酵食品工业论文 1材料与方法 1.1微生物发酵 以酱糟(30%)、木薯渣(10%)、玉米黄浆(30%)和玉米喷浆纤维(30%)食品工业废渣为发酵底物,添加乳酸菌、枯草芽孢杆菌和酵母菌进行固态发酵。接种用乳酸菌冰干粉为西南民族大学生命科学与技术学院动物科学实验室从牦牛消化道中分离筛选的优良菌株———嗜酸乳杆菌LAg12-7,该菌株已送中国典型培养物保藏中心———武汉大学保藏中心保藏,其保藏编号为CCTCCM2012305;枯草芽孢杆菌和酵母菌干菌粉购于北京华辰兴业科技有限公司。将乳酸菌、枯草芽孢杆菌和酵母菌的冻干粉按40.0%、30.0%和30.0%的比例制成混合发酵菌剂。取复合发酵菌剂1.0份,加红糖5.0、维生素C0.4、尿素3.1、磷酸二氢钾0.5和清洁水90.0份,30℃活化72h,制成混合发酵菌液。在发酵底物中按3%的比例加入活化后的混合发酵菌液。参考闫征等、王秋菊等和刘新星等方法,在30℃培养箱发酵5d。发酵期间适当补水,水分含量控制在30%左右,每24h翻动1次。发酵前1d和发酵后(第5天)的物料各取100g装于自封口塑料袋中,立即置于-20℃冰箱中保藏。以上微生物发酵饲料试验重复进行3次,即得3个批次的发酵饲料。 1.2样品处理 取适量发酵前和发酵后饲料鲜样-4℃保藏,用于活菌计数和pH测定。将发酵前和发酵后饲料样品置于90℃烘箱中烘30min以灭酶活,而后65℃烘6h,室温自然放置6h得到风干样品。将风干样品分2份粉碎,并过20目筛(用于纤维测定)和40目筛(用于粗蛋白和小肽测定)。 1.3指标测定 1.3.1活菌数的测定 乳酸菌、酵母菌和枯草芽孢杆菌分别梯度培养计数,培养基的配制参考杨雪峰等和刘惠知等的方法,计数方法依照GB/T13093-2006。 1.3.2pH的测定 pH的测定方法参照王旭明并有所改进,对样品10倍稀释混匀后采用Beckman离心机8000r/min离心,取上清液测定。 1.3.3常规营养成分的测定 中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)采用VELP纤维素测定仪;粗蛋白(CP)采用FOSS蛋白测定仪。测定方法参照张丽英饲料中常规成分分析一章。 1.3.4蛋白酶和纤维素酶活性的测定 以40目风干样品为原料测定酶活力,蛋白酶活力的测定参考张寒俊等方法,纤维素酶活力的测定采用二硝基水杨酸法(DNS)法。 1.3.5小肽含量的测定 小肽含量的测定参照郭玉东等方法,并对其进行聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE),定性说明小肽含量变化。 1.4统计分析 对3批次发酵饲料分别采样并测定相应指标,试验结果用平均值±标准差表示,发酵前后的差异性采用SPSS18.0统计软件中的t检验。 2结果与方法 2.1活菌数及pH 发酵后食品工业废渣中3种有益菌活菌数均极显著提高(P<0.01),乳酸菌和酵母菌达到108数量级。与发酵前相比,乳酸菌数增加454.90%,枯草杆菌数增加282.35%,酵母菌数增加403.70%。发酵5d后,由于微生物尤其是乳酸菌的新陈代谢,导致食品工业废渣的pH明显下降,由5.80降至3.91,降幅达32.59%,P为0.0041。 2.2常规营养成分 发酵后食品工业废渣CP含量极显著增加(P<0.01),增幅达21.68%;NDF和ADF含量均显著下降(P<0.05),其中NDF下降10.61%,ADF下降9.23%。 2.3活性成分 发酵过程中由于微生物不断分泌代谢产物,使得食品工业废渣的蛋白酶和纤维素酶活力均提高2倍以上,蛋白酶活力增幅达138.45%,纤维素酶活力增幅达143.20%。小肽含量显著提高,由0.87%增至3.20%,增幅达267.81%。发酵5d时,66200~97400的肽段含量较之发酵前1d时降低,而66200以下肽段含量增加,说明食品工业废渣经过发酵,部分大分子蛋白得以降解,并转化为低分子肽。 3讨论 3.1微生物发酵对活菌数和pH的影响 发酵过程中,益生菌和发酵底物中原有微生物利用饲料中的糖分等营养物质逐渐大量增殖,发酵后乳酸菌和酵母菌枯草杆菌活菌数分别达到2.83、1.36和0.65亿CFU/g。王旭明等用玉米-豆粕型日粮添加益生菌发酵,4d后乳酸杆菌数量达到最大值9.5亿CFU/g,2d后酵母菌数达到最大值4.1万/g,同时大肠菌群和腐败菌被抑制。魏爱彬等利用干酪乳杆菌和植物乳杆菌发酵全价饲料,2种菌的单一发酵组和组合发酵组的乳酸菌数量分别在发酵6、4和6d达到最大,分别为994、983和984亿CFU/g,而酵母菌在发酵过程中数量逐渐降低,发酵10d时2种菌的单一发酵组和复合菌种发酵组中的酵母菌活菌数分别为374、365和372亿CFU/g。任佐华利用枯草杆菌、黑曲霉和产朊假丝酵母发酵水稻秸秆,最佳条件下总活菌数可达118亿CFU/g。试验乳酸杆菌活菌数变化趋势与王旭明等相符,魏爱彬等和佐华活菌数较高可能因为发酵底物、发酵时间和菌种组合不同所致。微生物尤其是乳酸菌增殖过程中分泌酸性物质,降低了发酵饲料的pH,发酵后pH降至3.91,可提高发酵饲料的适口性,而酸性环境又可抑制许多有害菌的繁殖,从而可以延长发酵饲料的保藏时间。吴天祥对芭蕉芋酒糟接种嗜酸乳杆菌发酵,7d后pH降至3.8。王旭明等对玉米-豆粕型日粮添加微生物原液固态发酵,pH第4天即降至4以下。试验pH变化趋势与以上试验相符。 3.2常规营养成分的变化 通过益生菌的发酵作用,可使发酵底物中的粗纤维和粗淀粉降解,产生菌体蛋白,提高CP的含量,从而改善食品工业废渣的利用效率。试验中,发酵后CP含量由14.16%增至17.23%。张鑫利用酿酒酵母、白地霉、热带假丝酵母和植物乳杆菌混菌固态发酵马铃薯渣,根据响应面数据得出在最适条件下CP含量可达到36.96%,比发酵前提高了10.22%。试验CP变化趋势与其相符。发酵后,NDF和ADF含量分别降至46.83%和33.62%。NDF是植物细胞壁的成分,反映饲料容积,可用来衡量动物的饱腹度,与家畜采食量呈负相关。日粮中NDF高时,瘤胃容积限制干物质采食量;ADF的木质素比例较高,木质素为不可消化纤维,故ADF适于作为反刍动物饲料消化率指标,与家畜消化率呈负相关。故NDF含量的下降意味着动物采食量的增加,ADF含量的下降则可说明动物消化率的提高。院江等利用乳酸菌和酵母菌等组成的复合菌发酵棉籽壳,10d后测得NDF和ADF含量分别降至(63.10±4.55)%和(49.09±5.26)%。付敏等采用枯草芽孢杆菌、黑曲霉和白地霉对菜籽饼混合固态发酵,5d后测得NDF含量下降了38.70%,ADF含量下降了27.88%。试验NDF和ADF变化趋势与以上试验相近,院江等和付敏等试验结果降幅较大可能因为试验条件差别所致。 3.3活性成分的变化 动物自身分泌的消化酶很难消化植物性细胞壁及细胞壁内的营养物质。饲料工业中一般都会应用粉碎技术来破坏植物细胞壁,但很难将植物细胞壁完全破坏。纤维素酶可协同降解细胞壁,释放单糖等易被畜禽吸收利用的物质,从而明显改善饲料的营养价值。发酵过程中,在混合益生菌的作用下,饲料中纤维素酶活力增至411.8U/g,可有效降解发酵底物中的纤维素成分;经过发酵,蛋白酶活力增至172.4U/g,酶活力的提高可改善发酵饲料的营养价值。任雅萍用益生菌28℃下发酵苹果渣和马铃薯渣72h,自然发酵时:对于苹果渣,在酵母菌和黑曲霉组合,并添加氮素和油渣的条件下,蛋白酶活性最高可达168.50U/g,发酵增率为380.1%;纤维素酶活性最高达3829.63U/g,发酵增率为949.6%;对于马铃薯渣,在米曲霉单菌,并添加氮素和油渣的条件下,蛋白酶活性最高可达478.08U/g,发酵增率为657.0%;纤维素酶活性最高可达564.90U/g,发酵增率为794.5%。试验与以上试验酶活力均增加明显,变化趋势相近,增幅差异可能由于发酵条件不同所致。利用乳酸菌和芽孢杆菌等能分泌蛋白酶的菌种,可在合适微环境下酶解蛋白质底物产生小肽蛋白。同时,也能较大程度地降低植物蛋白中的抗营养成分,如胰蛋白酶抑制剂、脲酶和血凝素等,可有效消除大分子蛋白的抗原性,有利于动物的生长发育和肠道对肽类蛋白的吸收利用。小肽可提高机体蛋白质合成、消除游离氨基酸吸收竞争、增加动物生产性能并能增强矿物元素的吸收利用,对动物营养产业具有重要意义。试验发酵后,小肽含量增幅达267.81%,这可提升微生态饲料的附加值,并可改善动物的生产性能。马文强等利用枯草芽孢杆菌、酿酒酵母菌和乳酸菌发酵豆粕,结果表明:发酵后低分子蛋白质含量提高2.25倍。试验小肽含量变化趋势与以上试验相符。 4结论 食品工业废渣经乳酸菌、酵母菌和芽孢杆菌混合发酵5d后,其营养品质得以改善,为食品工业废渣的优化利用提供了参考。 作者:刘华南 高庆军 鲁登位 徐琴 夏天婵 郭春华 饶开晴 彭忠利 单位:西南民族大学生命科学与技术学院 四川省饲料工作总站 工业微生物论文:微生物发酵工业废水生产油脂研究 随着能源与环境问题的日益突出,人们迫切的寻找新型的清洁可再生能源,生物柴油凭借其独特的优点进入了人们的视野。生物柴油可采用天然油脂为原料。从目前的生产技术来看,动植物油是主要的生产原料。但生产成本较高,由此造成了生物柴油产业化发展的瓶颈。根据微生物的生长特点利用廉价的工业废水,不仅降低了生产成本,同时减小了对环境的污染,因此该项研究具有广阔的应用前景。 一、产油微生物及微生物油脂生产特点 微生物油脂是产油微生物在一定条件下将碳水化合物、碳氢化合物和普通油脂等碳源转化为菌体内大量储存的油脂,一般占菌体干重的20%以上[1]。 (一)产油微生物种类自然界中的酵母菌、霉菌、细菌、藻类等许多微生物都可以产生油脂。酵母菌中的粘红酵母的油脂含量最高可达72%。红冬孢酵母、斯式酵母的最大油脂含量可达60%~67%。霉菌中的深黄被孢霉油脂含量可达86%,绒毛棒质霉达75%,卷枝毛霉达65%。微藻中的丛粒藻、盐生杜藻、粉粒小球藻的油脂含量都在40%以上。细菌中的节杆菌油脂含量在40%以上。 (二)微生物油脂生产特点与动植物油生产相比,微生物油脂具有生产周期短、生长迅速、可规模化管理、不受季节、气候变化等优点。此外,能够供给产油微生物生长的原料来源也很广泛,工农业废弃物或工业生产过程中产生的废水、废气等都可以作为产油微生物的培养原料。产油微生物可以利用多种碳源,如葡萄糖、果糖、甘油等作为发酵底物,方真等[2]发现斯达油脂酵母在经过脱毒处理的木屑水解液中可以正常生长,油脂的积累率可达葡萄糖碳源的60%以上,为该种酵母利用废弃甘油和木质纤维素水解液作为发酵底物生产生物柴油提供有力支持。 二、工业废水的营养特点 适合微生物生长积累油脂的工业废水含有可作为碳源的丰富有机物、糖类,如淀粉废水、味精废水、啤酒废水等。这类废水属高浓度有机废水,COD、BOD浓度高,主要含有碳水化合物、蛋白质、油脂、纤维素等有机物,极易造成水体富营养化污染环境。 三、利用工业废水发酵生产微生物油脂的研究现状 工业废水尤其是食品工业废水中含有大量的还原性糖,可以被微生物利用作为碳源积累油脂。由于微生物的生长代谢分解利用了废水中的有机物,降低了废水的污染程度实现了资源合理化应用。 (一)利用淀粉废水发酵钟娜等[3]利用淀粉废水对高产油粘红酵母进行了驯化和筛选,使其对淀粉废水COD的耐受程度达到了75000mg/L,400L发酵罐实验表明,经33h的培养后,生物量达25.3g/L,菌体油脂含量为29.5%,COD降解率为92.5%。杜娟[4]等利用甘薯淀粉废水,采用添加营养因子的方法研究了产油菌株FR的生长、产油及COD去除,发现经淀粉酶液化处理后的产油率可达45.3%,淀粉酶和糖化酶先后处理后的COD去除率可达66.3%。 (二)利用味精废水发酵邢旭[5]等研究了粘红酵母RH8在味精废水中的生长、产油及COD去除率,发现调节废水pH至5.5后,添加废葡萄糖母液、酵母粉、KH2PO4、MgSO4、MnSO4均能够促进茵体的生长、产油和COD去除。生物量最高可达15.6g/L,干茵体中油脂质量分数达到29.61%,COD去除率达到45.1%。 (三)利用啤酒废水发酵郭淑贤等[6]用斯达油脂酵母发酵啤酒生产废水,发酵条件经优化后菌体生物量、油脂产量、油脂含量、COD降解率和油脂不饱和脂肪酸指数分别达到13.83g/L、5.25g/L、37.92%、79.08%和65.46%,较优化前分别提高了12.62%,19.32%,5.92%,57.15%和2.36%,优化效果显著。 四、存在问题及展望 目前微生物发酵废水生产油脂还处于实验阶段,要实现工业化发展还有亟待解决的几个问题:工业废水成分复杂,如味精废水和啤酒废水,由于废水中含有生产菌株产生的代谢废物和各工序产生的其他废水,有可能含有影响产油微生物正常生长的微量元素,但其组成较复杂难于分析;在微生物发酵前需对废水进行稀释调pH值等前处理,增加了生产成本和工序;以废水为培养基培养的微生物,其生物量、油脂积累量仍然较低,目前尚不能满足工业化需求。 结合国内外研究现状,可以从以下几方面展开相关研究:深入研究产油微生物在发酵中油脂的合成代谢途径;加强产油微生物对原料的适应性,通过基因重组、定向进化等手段筛选、驯化,获得具有更强适应性和更高产油能力的菌株;进一步优化发酵条件,减少发酵前处理工序、获得成本低、产油高的发酵模式。 作者:于雅潇 薛伟 何南思 单位:承德石油高等专科学校 化学工程系 承德石油高等专科学校 计算机系 工业微生物论文:微生物发酵工业废水生产油脂的研究 随着能源与环境问题的日益突出,人们迫切的寻找新型的清洁可再生能源,生物柴油凭借其独特的优点进入了人们的视野。生物柴油可采用天然油脂为原料。从目前的生产技术来看,动植物油是主要的生产原料。但生产成本较高,由此造成了生物柴油产业化发展的瓶颈。根据微生物的生长特点利用廉价的工业废水,不仅降低了生产成本,同时减小了对环境的污染,因此该项研究具有广阔的应用前景。 一、产油微生物及微生物油脂生产特点 微生物油脂是产油微生物在一定条件下将碳水化合物、碳氢化合物和普通油脂等碳源转化为菌体内大量储存的油脂,一般占菌体干重的20%以上[1]。 (一)产油微生物种类自然界中的酵母菌、霉菌、细菌、藻类等许多微生物都可以产生油脂。酵母菌中的粘红酵母的油脂含量最高可达72%。红冬孢酵母、斯式酵母的最大油脂含量可达60%~67%。霉菌中的深黄被孢霉油脂含量可达86%,绒毛棒质霉达75%,卷枝毛霉达65%。微藻中的丛粒藻、盐生杜藻、粉粒小球藻的油脂含量都在40%以上。细菌中的节杆菌油脂含量在40%以上。 (二)微生物油脂生产特点与动植物油生产相比,微生物油脂具有生产周期短、生长迅速、可规模化管理、不受季节、气候变化等优点。此外,能够供给产油微生物生长的原料来源也很广泛,工农业废弃物或工业生产过程中产生的废水、废气等都可以作为产油微生物的培养原料。产油微生物可以利用多种碳源,如葡萄糖、果糖、甘油等作为发酵底物,方真等[2]发现斯达油脂酵母在经过脱毒处理的木屑水解液中可以正常生长,油脂的积累率可达葡萄糖碳源的60%以上,为该种酵母利用废弃甘油和木质纤维素水解液作为发酵底物生产生物柴油提供有力支持。 二、工业废水的营养特点 适合微生物生长积累油脂的工业废水含有可作为碳源的丰富有机物、糖类,如淀粉废水、味精废水、啤酒废水等。这类废水属高浓度有机废水,COD、BOD浓度高,主要含有碳水化合物、蛋白质、油脂、纤维素等有机物,极易造成水体富营养化污染环境。 三、利用工业废水发酵生产微生物油脂的研究现状 工业废水尤其是食品工业废水中含有大量的还原性糖,可以被微生物利用作为碳源积累油脂。由于微生物的生长代谢分解利用了废水中的有机物,降低了废水的污染程度实现了资源合理化应用。 (一)利用淀粉废水发酵钟娜等[3]利用淀粉废水对高产油粘红酵母进行了驯化和筛选,使其对淀粉废水COD的耐受程度达到了75000mg/L,400L发酵罐实验表明,经33h的培养后,生物量达25.3g/L,菌体油脂含量为29.5%,COD降解率为92.5%。杜娟[4]等利用甘薯淀粉废水,采用添加营养因子的方法研究了产油菌株FR的生长、产油及COD去除,发现经淀粉酶液化处理后的产油率可达45.3%,淀粉酶和糖化酶先后处理后的COD去除率可达66.3%。 (二)利用味精废水发酵邢旭[5]等研究了粘红酵母RH8在味精废水中的生长、产油及COD去除率,发现调节废水pH至5.5后,添加废葡萄糖母液、酵母粉、KH2PO4、MgSO4、MnSO4均能够促进茵体的生长、产油和COD去除。生物量最高可达15.6g/L,干茵体中油脂质量分数达到29.61%,COD去除率达到45.1%。 (三)利用啤酒废水发酵郭淑贤等[6]用斯达油脂酵母发酵啤酒生产废水,发酵条件经优化后菌体生物量、油脂产量、油脂含量、COD降解率和油脂不饱和脂肪酸指数分别达到13.83g/L、5.25g/L、37.92%、79.08%和65.46%,较优化前分别提高了12.62%,19.32%,5.92%,57.15%和2.36%,优化效果显著。 四、存在问题及展望 目前微生物发酵废水生产油脂还处于实验阶段,要实现工业化发展还有亟待解决的几个问题:工业废水成分复杂,如味精废水和啤酒废水,由于废水中含有生产菌株产生的代谢废物和各工序产生的其他废水,有可能含有影响产油微生物正常生长的微量元素,但其组成较复杂难于分析;在微生物发酵前需对废水进行稀释调pH值等前处理,增加了生产成本和工序;以废水为培养基培养的微生物,其生物量、油脂积累量仍然较低,目前尚不能满足工业化需求。 结合国内外研究现状,可以从以下几方面展开相关研究:深入研究产油微生物在发酵中油脂的合成代谢途径;加强产油微生物对原料的适应性,通过基因重组、定向进化等手段筛选、驯化,获得具有更强适应性和更高产油能力的菌株;进一步优化发酵条件,减少发酵前处理工序、获得成本低、产油高的发酵模式。 作者:于雅潇 薛伟 何南思 单位:承德石油高等专科学校 化学工程系 承德石油高等专科学校 计算机系 工业微生物论文:微生物发酵工业废水探讨 一、工业废水的营养特点 适合微生物生长积累油脂的工业废水含有可作为碳源的丰富有机物、糖类,如淀粉废水、味精废水、啤酒废水等。这类废水属高浓度有机废水,COD、BOD浓度高,主要含有碳水化合物、蛋白质、油脂、纤维素等有机物,极易造成水体富营养化污染环境。 二、利用工业废水发酵生产微生物油脂的研究现状 工业废水尤其是食品工业废水中含有大量的还原性糖,可以被微生物利用作为碳源积累油脂。由于微生物的生长代谢分解利用了废水中的有机物,降低了废水的污染程度实现了资源合理化应用。 (一)利用淀粉废水发酵钟娜等[3]利用淀粉废水对高产油粘红酵母进行了驯化和筛选,使其对淀粉废水COD的耐受程度达到了75000mg/L,400L发酵罐实验表明,经33h的培养后,生物量达25.3g/L,菌体油脂含量为29.5%,COD降解率为92.5%。杜娟[4]等利用甘薯淀粉废水,采用添加营养因子的方法研究了产油菌株FR的生长、产油及COD去除,发现经淀粉酶液化处理后的产油率可达45.3%,淀粉酶和糖化酶先后处理后的COD去除率可达66.3%。 (二)利用味精废水发酵邢旭[5]等研究了粘红酵母RH8在味精废水中的生长、产油及COD去除率,发现调节废水pH至5.5后,添加废葡萄糖母液、酵母粉、KH2PO4、MgSO4、MnSO4均能够促进茵体的生长、产油和COD去除。生物量最高可达15.6g/L,干茵体中油脂质量分数达到29.61%,COD去除率达到45.1%。 (三)利用啤酒废水发酵郭淑贤等[6]用斯达油脂酵母发酵啤酒生产废水,发酵条件经优化后菌体生物量、油脂产量、油脂含量、COD降解率和油脂不饱和脂肪酸指数分别达到13.83g/L、5.25g/L、37.92%、79.08%和65.46%,较优化前分别提高了12.62%,19.32%,5.92%,57.15%和2.36%,优化效果显著。 三、存在问题及展望 目前微生物发酵废水生产油脂还处于实验阶段,要实现工业化发展还有亟待解决的几个问题:工业废水成分复杂,如味精废水和啤酒废水,由于废水中含有生产菌株产生的代谢废物和各工序产生的其他废水,有可能含有影响产油微生物正常生长的微量元素,但其组成较复杂难于分析;在微生物发酵前需对废水进行稀释调pH值等前处理,增加了生产成本和工序;以废水为培养基培养的微生物,其生物量、油脂积累量仍然较低,目前尚不能满足工业化需求。 结合国内外研究现状,可以从以下几方面展开相关研究:深入研究产油微生物在发酵中油脂的合成代谢途径;加强产油微生物对原料的适应性,通过基因重组、定向进化等手段筛选、驯化,获得具有更强适应性和更高产油能力的菌株;进一步优化发酵条件,减少发酵前处理工序、获得成本低、产油高的发酵模式。 作者:于雅潇 薛伟 何南思 单位:承德石油高等专科学校 化学工程系 承德石油高等专科学校 计算机系 工业微生物论文:工业微生物的发酵培养浅析 [摘 要]近年来,微生物发酵在相关工程技术领域的应用越来越V泛,该工艺包括培养基组分中碳源、无机盐、氮源、微量元素等的作用,并控制pH值、温度、溶氧等对发酵的影响,从而将微生物发酵工艺进行了优化,以推进生产效率的提高和产业的应用发展。 [关键词]工业微生物;发酵培养 生物发酵工程是与人们生活息息相关的一种技术体系,包括工业生产菌株选育、生化反应器设计、最佳发酵条件的选择及控制等过程。根据对目前国内外微生物发酵工艺的研究,相关研究团队进行了综合的分析和研究。通过对微生物发酵工艺中影响发酵的各种因素的分析,总结出了相应的技术经验并且制定了工艺的优化方法。近年来,微生物发酵在相关工程技术领域的应用越来越广泛,该工艺包括培养基组分中碳源、无机盐、氮源、微量元素等的作用,并控制pH值、温度、溶氧等对发酵的影响,从而将微生物发酵工艺进行了优化,以推进生产效率的提高和产业的应用发展。 1 发酵工程外界因素的影响 1.1 补料对发酵的影响 菌类的生长发酵所必须的因素都达标的同时,补料的及时准确的供给也是直接影响着菌类的发酵。补料的作用是及时的补充菌类生长发酵所需要的能源。例如在酵母菌的培养过程中,适当的补充营养物质会抑制乙醇的生成,从而避免了菌类的生长周期变长,产率下降等问题。在培养过程中准确的添加补料量可以有效的调节菌类的呼吸防止中间出现氧气的限制。这样做的办法很大程度上减少了酵母菌的发芽问题,同时促进酵母菌细胞的快速成熟,从而直接提高了酵母菌的产物的产量。在不断的利用先进设备进行检测的同时更好的了解菌类发酵过程中的动态信息从而更好的了解发酵过程中原料的需求情况。根据需求以及菌类种类的不同可以适当选择添加物的物理特征。例如添加液态物质,固态物质。 1.2 二氧化碳对菌类生长的影响 二氧化碳作为新陈代谢的最终产物直接影响到菌类的生存情况。当溶解在发酵液中的二氧化碳的浓度超过一定范围以后直接会对氨基酸、抗生素等出现抑制或者刺激现象。当菌类代谢产生的二氧化碳的浓度超过4%的时候,直接会影响菌类的糖代谢和呼吸速率。就算营养液中的氧气达到标准由于二氧化碳的浓度超过一定的范围也会直接影响到氨基酸的发酵问题。因此,在更快的提高发酵产率的同时也要考虑到产物二氧化碳的排放问题。在生产过程中,要考虑到二氧化碳随着液体深度压力变化的情况。为了更好的满足生产的需求常常采取减少通气量以及提高罐的压力来减少逃液,但是根据二氧化碳的性质这样做的在很大程度上增加了二氧化碳的含量从而直接影响菌类的生长。所以,在考虑到菌类生长发酵的同时也要考虑到二氧化碳浓度以及排泄的因素。 2 微生物发酵工艺优化的方法 2.1 正交试验设计法 正交试验设计法是一种数理统计方法,主要是通过正交表来进行多因素问题的分析,在研究得出结论以后可以通过直观分析或者是直接对比来确定微生物发酵的主要影响因素。该设计法在使用中具有工作量小、方法简单、效果好、效率高等特点,因此正交试验设计法是微生物发酵工艺优化的最常用方法。正交试验设计法在工业和农业生产中应用广泛,并且在其他科研领域也取得了显著的效果。该设计法曾被多名生物学家进行实际的优化应用,例如利用正交设计法对枯草芽孢杆菌的液体发酵进行优化,从而使发酵后杆菌的产量大大提高。 2.2 Plackett-Burman设计法 Plackett-Burman法主要针对因子数较多且未确定众因子相对于响应变量的显著影响,采用的试验设计方法。能够及时有效地筛选出对试验结果具有显著影响的关键因素。在通常情况下,使用Plackett-Burman设计法开展的N次试验最多能够研究(N-1)个因素,对每个因素取两个水平,通常是设低水平为原始培养条件,高水平为低水平的1.25倍,通过对各个因素两水平的差异与整体的差异进行对比分析来对因素显著性进行确定。需要加以注意的是,如果因素水平选取得不合适有可能导致Plackett-Burman试验结果无效,从而需要重新选取因素来进行再一次的试验;如果Plackett-Burman试验的模型有效,那么则可以确定对试验具有显著影响的因素,然后下一步可以通过开展响应面设计等方法来筛选出最优的条件。袁辉林等利用Plackett-Burman设计方法获得了预期结果。 2.3 响应面设计法 响应面设计法是一种统计方法,主要结合数学建模、统计分析、实验技术等方法经过试验设计进行数据的分析,并且通过多元二次回归方程进行函数关系的拟合,从而将工艺参数进行优化。该方法对于变量因素较多的微生物发酵有很好的参数优化效果,能够将各方面所需材料、发酵因素等进行准确的定量,从而保证微生物催化的顺利进行。响应面设计法的适用面较广,目前除了微生物发酵领域以外还遍布于生物学、医学、制药等多个方面,成为使用最广的微生物发酵优化工艺。 3 溶氧量对工程菌的影响 生物的生存发展都离不开氧气。氧气对于微生物来说也是一个关键因素。就拿葡萄糖的氧化分解来说,1mol的氧化糖彻底分解需要6mol的氧气。当菌类合成代谢产物是也需要消耗一定的氧气。根据计算,1mol的葡萄糖大概需要1.9mol的氧气。所以根据不同种类的细菌需要氧气的情况也各不相同,对于好样细菌来说生成产物所需要的氧气也就随之增加。但是由于菌类所需要的氧气并不是直接吸收大气中的氧气,而是吸收营养液中的溶解氧。但是大气中的氧气却很难溶解到水中。在外界压力为101.32kpa温度为25度的时候,氧气在水中的溶解度为0.26mol/L。在这个温度下氧气在发酵液中的溶解度确是0.20mmol/L,但随着菌类的新陈代谢的活动以及各种因素的影响,温度也会随之增加。随着温度的增加,溶解液中的氧气含量随之降低。因此为了更好的满足营养液中氧气的含量,必须及时的掌握培养液中的氧气含量的问题。通过不断补充氧气来弥补温度的增加营养液中氧气的降低。同样也可以采取一定的措施来控制液体的温度,把温度调整到酶的最适宜温度从而更大效率的提高产率。 4 结论 随着科技的发展工程细菌的不断研究的深入,如何才会更好的实现菌类的最大效益的发酵也是每个企业所关心的话题。微生物发酵工艺对生物技术的发展有良好的推动作用,该技术在工业和农业方面都得到了广泛的应用,通过微生物发酵能够解决很多正常生产无法解决的问题。合理的运用微生物发酵并且不断进行工艺的优化能够提高生产的效率,推动发酵工程技术的不断前进和发展。在技术纯熟以后还可以广泛运用于医药、卫生、工业等多个领域,为这些领域的发展开辟一个新的纪元。 工业微生物论文:工业微生物混合发酵的研究进展 摘要:指出了混合发酵是2种或2种以上微生物在同一培养基中进行的发酵,在某种特定情况下,混合培养在发酵过程中有利于微生物间的相互协调,提高产物的生产效率或降低培养基的要求等,比纯培养更快、更有效。对于工业微生物或者具有工业生产潜力的微生物混合发酵生产维生素、沼气等产品进行了探讨,阐明了工业微生物混合发酵的现状和发展趋势。 关键词:工业微生物;混合发酵;协同作用 1引言 人类对微生物的利用经历了天然混合培养到纯种培养2个阶段。过去的多数发酵食品都来源于混合发酵,由于多菌发酵是一个完整的或接近完整的生物体系,体系中的微生物之间大多数具有生长代谢协调作用。自从纯种分离技术被广泛应用以来,人们研究的重点、焦点似乎都在单一的菌种上,忽略了天然发酵的模式,那就是生存环境的完整性和协调性。利用混合菌种发酵生产饮料正是利用几千年以来各菌种之间的共生性。纯培养技术使得研究者摆脱了多种微生物共存的复杂局面,能够不受干扰地对单一目的菌株进行研究,从而丰富了我们对微生物形态结构,生理和遗传特性的认识。但是,在长期的实验和生产实践中,人们不断地发现很多重要生化过程是单株微生物不能完成或只能微弱地进行的,必须依靠两种或多种微生物共同培养完成。微生物混合培养或混合发酵已越来越被人们所重视。 2混合发酵生产功能性饮料 目前混合发酵在功能性饮料的开发和生产方面有广泛的应用。根据国际饮料行业协会的新规定,功能性饮料是指具有保健功能的软饮料。目前市场上的功能性饮料主要分为3类,即运动饮料、能量饮料和其他饮料,其大多含有氨基酸、矿物质,以及各种维生素等人体所需物质。这些饮料的开发多数采用了混合发酵技术,也有部分是采用直接从生物体提取和单菌发酵方法的。随着我国经济的快速发展和人民生活水平的不断提高,饮料消费迅速增加。据有关资料显示,1980年我国饮料产量仅28万t,1995年则猛增到1 000万t,2005年达到2 000万t,25年间平均以26.7%的速度增长。如此巨大的饮料市场,发酵功能性饮料必须占有一席之地。据国家统计局、中国饮料工业协会、中国食品工业协会、中国海关、中国经济信息中心、中国竞争情报网、中国食品商务网、全国及海外500多种相关报纸杂志的基础信息等公布和提供的大量资料显示,中国饮料市场成为中国食品行业中发展最快的市场之一。2003年中国饮料产量2373万t,比2002年增长16.84%。实现工业总产值(当年价)813.87亿元,销售收入774.42亿元,分别比上年增长40.12%和40.41%。以“红牛”“脉动”等新一代品牌为代表的功能性饮料已被广大消费者所接受,并在健康潮中掀起一股功能性饮料的热潮。就我国目前的饮料市场来看,功能性饮料正处于黄金发展时期,具有极大的开发空间[1]。 3微生物混合培养生产药品 3.1维生素的混合发酵生产 维生素C二步发酵是混合发酵的典型实例。这种方法是由中科学院微生物所和北京镧药厂合作,于20世纪70年代初发明的。其第2步发酵由氧化葡萄糖酸杆菌和巨大芽孢杆菌等伴生菌混合发酵完成,其中小菌为合成维生素C前体2-酮基-L-古龙酸(2KGA)的菌株,但很难单独培养,且单独培养产酸能力很低;大菌单独培养容易,但不产生2-KGA,与小菌混合培养时不仅可促进小菌生长,而且能大大增强小菌的产酸能力[2]。能与小菌混合培养合成2-KGA的伴生大菌有很多,除巨大芽孢杆菌外,还有蜡样芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌地衣芽孢杆菌,苏云金芽孢杆菌等,某些酵母亦有该作用。有关研究表明,大菌为小菌提供某种生长因子促进其生长,并且提供某些生物活性物质协助小茵合成2-KGA,二菌混合培养呈互生关系[3]。通过调节二菌比例、pH值、温度及溶氧量等因素,可使混合菌达到较适的生态状态,发挥较高的生产效能。二者间的关系和作用机制正在进一步深入研究中。此外维生素B12可利用谢氏丙酸杆菌和马铃薯芽孢杆菌或大肠杆菌的混合培养生成。 3.2抗菌肽的生产 乳酸菌素是一种由乳酸菌属菌株产生的抗菌肽类,可抑制多种革蓝氏阳性菌的生长,已被50余个国家用作食品保鲜剂[3]。1999年Shimizu等[4]报道,以Lactococcus lactis和Kluyveromyces marxianus混合培养可有效地生成乳酸菌素,这主要是由于Kluyveromyces marxianus可通过消耗前者产生的乳酸控制发酵体系的pH值,从而使乳酸菌素的产率维持高水平。 3.3甾体转化 多种甾体类药物的转化也是利用混合菌培养实现的。诺卡氏菌和节杆菌培养用于5α-Δ9(11)-16β-甲基-3β,17α,21-羟基-孕甾烯-3β,21-双醋酸酯-20酮和5α,17α-甲基-17β羟基-雄甾-3酮的1,4位上的脱氢转化[4]简单节杆菌和玫瑰产色杆菌的混合培养也可用于甾体转化。 4微生物混合培养用于生物降解 蛋白质是配合饲料中的主要营养成分,一般占20%左右。随着畜牧业的迅猛发展,对饲料蛋白的需求量日益增加。因此寻求新的饲料蛋白来源便显得十分重要。我国薯类作物产量很高,但因其本身蛋白含量很低,直接用作饲料其生物效价不高通过微生物转化技术可由丰富的薯类资源得到菌体菌蛋白饲料,从而可在一定程度上缓解日益突出的饲料蛋白短缺问题。对淀粉质原料而言,通常采用的工艺是原料先经酸法或酶法糖化等预处理,将淀粉降解为可发酵性糖,然后再接种相应的高蛋白产生菌合成微生物菌体蛋白。为简化生产工艺,直接采用具有淀粉分解能力的菌种发酵生产蛋白饲料已日益受到重视。 我国是蛋白质饲料资源短缺的国家,目前蛋白质饲料年缺口约为1 500万t。据预测2010年到2020年我国蛋白质饲料资源需求分别为6 000万t和7 200万t[5]。目前我国发酵工业的废菌渣和糟渣类农副产品下脚料以及废弃物大多没有充分利用,这不仅造成资源浪费,而且造成环境污染[6~13]。现在生产主要是以食用菌生产过程中的废菌渣为主要基质,筛选适合分解利用废菌渣的多种大型食用真菌和酵母菌,采用单独培养和混菌共同发酵工艺来生产饲料蛋白,以实现废弃物质资源化和物资的循环再生,减少环境污染。 4.1对原油的降解 生物修复是治理土壤石油污染的重要方法,主要原理是微生物利用石油作为碳源进行同化降解,使其转变为无害的无机物质。据文献报道,单菌株所能代谢的石油组分有限,大多数石油降解菌株只能代谢一种或几种石油烃。但经过混合菌对原油的降解及其降解性能的研究,发现经驯化后的烷烃降解菌GS3C、菲降解菌GY2B、芘降解菌GP3A和GP3B对原油都具有一定的降解效果。GS3C能基本去除原油中的直链烷烃化合物,GP3A对C 4.2对生活垃圾的降解 世界每年产生大量生活垃圾,处理方法主要是堆埋和焚烧,占用土地和浪费能源,既污染环境又带来一定危害。生活垃圾在经过发酵后可作为有机肥料,但在一般条件下,其发酵时间长且肥效低,影响了其实际应用[15]。 有研究表明纤维素分解菌可混合培养,自生固氮菌利用纤维素分解菌分解纤维产生的葡萄糖作为碳源,纤维素分解菌利用固氮菌固定的氮作为氮源,两者相互利用、相互依存,进行生长和繁殖。两者混合培养的菌数和发酵液总含氮量明显高于各自单独培养。自生固氮菌与纤维素分解菌的混合菌液作用于生活垃圾,可大大提高生活垃圾的降解速度,同时其降解物的含氮量也有明显的提高。用这种方法处理生活垃圾既可以提高生活垃圾的降解速度又使其含氮量增加,提高了肥力,同时其降解物中含有大量的有生物活性的固氮菌及纤维素分解菌,所以是一种优良的生物活性肥料。将其施用于土壤中,既增加土壤的肥力,又增加土壤中固氮菌及纤维素分解菌的数量,有利于土壤中有机质的分解及土壤自生固氮,进一步增加土壤肥力,改良土壤,减少化肥的施用,有利于环境保护[16]。 4.3氨基多糖生物降解氨基多糖 氨基多糖主要以几丁质和脱乙酰几丁质的形式存在于节肢动物外骨骼和真菌细胞壁中,在自然界中的含量仅次于纤维素。利用微生物对氨基多糖进行降解和转化,有可能生成具有生物功能的活性糖蛋白。王士奎以Beauveria Bassiana LB90为氨基多糖降解菌,以Candida sp.LB50作为氨基糖转化菌,建立了氨基多糖混合菌生物降解和转化模型。与纯培养比较,粘度下降比率提高23.0%,可溶性糖含量增加167.7g/mL,两菌呈互生关系[17]。 5混合发酵开发清洁新能源 5.1沼气发酵中的作用 沼气发酵是由多种产甲烷菌和非产甲烷菌混合共同发酵完成的。我国是农业大国,每年产农作物秸秆7亿t以上,禽畜粪便大约1.4亿t。随着农村经济发展和农业结构调整,牲畜养殖已经由过去的农户分散养殖过渡为集中养殖,并且大多集中在大城市附近,这必将造成农村户用沼气池发酵原料的短缺。因此,寻求新的发酵原料将是亟待解决的问题。然而单一以秸秆作为发酵原料,由于其碳氮比高、速效养分含量低、纤维木质素含量高,表面有一层蜡质,不利于微生物的附着,且降解率低、厌氧消化时间长、易出现漂浮分层,一直不能被广大农民所接受。将粪便和秸秆混合发酵,可以有效弥补秸秆作为发酵原料的弊端[18~19]。 5.2乙醇发酵 作为可更新可持续的生物能源,生物酒精是经济高速发展过程中替代传统石油燃料能源的最佳选择之一。把纤维素作为可更新资源通过微生物降解转化生成糖类,然后糖类进一步发酵转化成液体燃料具有广阔的应用前景[20~23]。然而,纤维素酒精的规模工业化生产还面临很多严峻的实际问题,其主要问题之一就是微生物对纤维素的降解效率以及糖类发酵转化成酒精的效率太低[20,21]。研究表明,热纤维梭菌(Clostridium thermocellum)是一种高效的纤维素降解细菌,但其酒精生产效率较低[22,23];嗜热厌氧乙醇菌(Thermoanaerobacterethanolicus)不能降解纤维素,但其能够有效的发酵糖类而转化为酒精。因此对两者进行混合培养,可以利用热纤维梭菌高效降解纤维素转化成糖类,然后糖类可以作为嗜热厌氧乙醇菌的底物通过发酵转化成酒精,这样一个稳定的混合培养体系可以作为纤维素酒精工业化生产微生物群落较好的选择。本研究主要以热纤维梭菌和嗜热厌氧乙醇菌为对象,以Solka Floc为底物纤维素,系统分析了热纤维梭菌纯培养以及热纤维梭菌和嗜热厌氧乙醇菌混合培养对纤维素酒精生产能力、纤维素降解能力及终产物分布的影响,以期为纤维素酒精工业化生产提供理论依据。 6结语 虽然微生物混合发酵技术的部分成果已成功应用于部分工业生产,但在大多数混合菌体系中,菌间相互作用机制和发酵产物对于各种混合菌之间的影响的研究还很少。同时对于菌株混合时的安全性还没有系统的评估和研究。混合发酵关键是摸索pH、温度、混合比例、菌株混合时间等多菌种的共同培养条件,从而确定菌株发挥最大协同作用的结合点。为了使混合发酵能够更好地应用于工业发酵生产,使其最终具有良好的大规模生产的工业应用前景。针对目前混合发酵的随机组合和盲目的发酵实验,需要深入研究并且建立快速有效的混合菌发酵模型是非常必要的。因此,如果从生理、代谢和遗传角度对混合菌间关系和协同作用机制进行深入研究,对混合菌培养的理论和应用都将有巨大的突破。所以未来的研究重点可能集中在多菌组合模式、筛选适合菌株,并且优化混合培养的条件。混合发酵有广阔的发展空间,在工业发酵中如果得以合理的运用,就必定可以提高生产效率与产品质量,为实现绿色无污染生产提供了新的发酵模式。 工业微生物论文:《工业微生物育种技术》课程项目化教学实践 摘要:《工业微生物育种技术》课程以岗位需求为依据确定课程目标,以育种工作流程为主线设计教学项目,以学生为主体完成项目实施,以过程性评价为手段增强技能培养,为培养学生的岗位职业能力、动手能力和实践创新能力提供了较好的教育平台。 关键词:微生物育种;项目化教学;高等职业教育 早在4000多年前,我国劳动人民就会利用微生物来生产酒和酿造食品。如今,利用工业微生物育种技术对微生物进行改造,可以提高目的产物的产量、质量或获得新的目的产物,并符合工厂化生产的要求,从而使抗生素、酶制剂、氨基酸、维生素、核苷酸、生物碱、激素等微生物产品产量成倍甚至成千倍增长,同时产品质量也不断提高,各类微生物产品已深入到人类生活的各个方面。工业微生物育种技术是高等院校生物技术类专业的专业课程。在传统的教学过程中,教学内容往往太过理论化,理论知识与实际操作未能结合,学生学习难度大,感觉枯燥乏味;而且,教学实验安排大多是孤立的,在技术上不具有连贯性和系统性,不能将技能训练与生产过程有机结合,学生学完之后不知如何运用,解决实际问题的能力提高不明显。显然,传统的教学方式已不能满足现今高技能生物技术专门人才培养的要求。如今,许多高职院校正在积极探索新的教学方法,项目化教学就是其中常用的一种。它依照教学目标将课程内容设计成若干个操作性较强的项目,以工作任务为中心,以典型产品(或服务)为载体,开展课程教学,将理论知识、实践操作与素质培养融为一体,学生在完成项目工作任务过程中,既收获了知识,又锻炼了技能。与传统教学法相比,项目化教学强调行动导向、项目载体、任务驱动、素质渗透、学生主体以及理论实践一体化,主要解决“怎么做”和“怎么做得更好”这两个问题,是培养技能型人才的主要途径[1]。2007年,湖北生物科技职业学院生物工程系开设了《工业微生物育种技术》这门课程,它是生物技术及应用专业和生物制药技术专业的必修课。自2010年引入项目化教学方法以来,经过多年的探索和实践,该课程取得了良好的教学效果。 一、以岗位需求为依据确定课程目标 按照工业微生物育种技术在生物技术及应用专业人才培养方案中的定位,依据职业岗位的需求,确定本课程的教学目标,即能根据微生物育种原理和基本操作流程,制定育种的实施方案,并按照实施方案应用微生物育种技术获得高产突变株,同时能对实施过程和原有方案进行评价和改进。课程教学目标,包括知识目标、技能目标和素质目标三个方面。(1)知识目标:熟悉工业微生物的特征,了解工业微生物育种技术的方法种类;掌握基因突变及基因重组的机制;掌握工业微生物诱变育种的原理与方法;熟悉其他常用的工业微生物育种方法。(2)技能目标:能够根据微生物的来源与特性,选择合适的分离纯化方法,并进行分离纯化操作;能够根据微生物的类型,选择合适的诱变育种方法;会进行生产菌种的保藏及复壮技能;能正确使用微生物的培养设备,并进行维护。(3)素质目标:具有较强的责任心和严谨的工作作风;具有较强的人际沟通能力;具有较强的团队组织协调能力;具有良好的安全、环保和节能意识。 二、以育种工作流程为主线设计教学项目 项目化教学的关键,在于教学项目的设计。我们一般应根据课程教学目标,以职业活动的工作过程为依据,结合职业岗位的典型工作任务,按照学生的认知规律来设计项目。项目设计要打破传统学科体系的章节编排,不应以知识的逻辑顺序为依据来安排教学。每个项目都有其相应的知识、技能和素质要求,让学生在“做中学、学中做”。工业微生物育种技术的教学项目设计具有以下特色。 (一)课程设计思路 大多数项目化教学课程的设计思路,是将课程内容设计成基础项目、主导项目和自主项目。根据工业微生物育种课程内容、操作流程和职业活动的特点,笔者将该课程设计成一个综合性大项目,即果胶酶高产突变株的筛选。笔者将原先孤立、分散的单个实训项目综合为一个由9个子项目组成的前后连贯的大项目,其连贯性、整体性的特点更为突出(表1)。两个子项目互为依托,前一子项目的结果是后一子项目实验材料的来源。 (二)相关专业课程衔接 该课程项目产品为筛选出的果胶酶高产突变株,可作为后续课程发酵工程、酶工程、生物分离与纯化、生物制品技术的项目化教学的材料。比如,可对果胶酶高产突变株的发酵条件进行摸索,或对其发酵工艺进行优化,或从高产突变株中分离纯化果胶酶,或对提纯的果胶酶进行性质分析。从而完善了专业课程体系建设的连贯性、整体性及层次性,实现了专业课程之间的有机衔接。 三、以学生为主体完成项目实施 在具体子项目实施之前,笔者安排有项目概述环节,内容主要包括:①课程简介:告知学生本课程的教学目标、项目设计情况、教学组织方法和考核方案等。②行业企业概况:介绍工业微生物的应用状况、工业微生物的概念及特点和工业微生物技术种类等。③后续课程任务的布置:要求学生查阅相关资料,指导学生制定子项目实施方案。以微生物育种工作流程为主线,开展子项目的实施,每个子项目有各自的知识、技能目标。在子项目的完成过程中,教师只起组织、引导、指导和评价的作用,学生才是学习的主体。每个子项目的实施步骤如下。 1.项目导入。首先,教师通过案例或者问题导入学习项目,提出问题、给出提示,导入本次课程的内容,组织学生展开讨论。 2.方案制定。学生通过图书馆或者网络查阅资料,以小组为团队讨论并制定实施的初步方案。笔者通常安排学生利用课余时间完成该步骤。 3.方案确定。首先,每个小组以ppt形式向全班汇报制定的初步方案,分析实施可行性,并说明资料来源。然后,教师和其他小组对汇报组进行提问或评价。笔者通过交互式讨论,引入相关知识,最后由教师对各小组初步方案进行点评,同时提出修改建议,鼓励实施方案的多样性。 4.方案实施。学生按照确定的方案,合理分工,团结协作,共同完成项目。在实施过程中,教师随时检查学生实施的情况,进行现场指导,解答学生的疑问,参与学生的讨论,纠正学生的错误,全面掌控学生的实施效果及学习质量。 5.总结评估。总结以各小组向全班展示实训结果的形式进行。评估采取小组互评、教师点评等方式进行。每一个项目均制定了技能考核方案及评分标准,结合学生提交的实训报告进行过程性评价。 四、以过程性评价为手段增强技能培养 成绩考核是教学过程中的重要环节,好的考核方式对学生职业技能的养成会起到促进作用。传统的单一笔试考核方式很难反映学生在学习过程中的素质和能力,与强调以素质为基础、以能力为本位的现代高职教育理念不相符。本课程的考核以结果性评价为辅,重在过程性的评价,以静态知识考核为辅,重在动态能力的考核,学生综合成绩的评定以过程评价、技能考核和理论考核相结合的方式进行。每个子项目的实施都要求进行过程评价,评价内容涉及子项目实施的每个步骤,以子项目5诱变剂量的选择为例,子项目技能量化考核表如下(见表2)。 学生、组长和教师为评价主体的三方,依据量化考核标准分别给出过程评价成绩,然后按照一定比例折合成学生的过程评价终成绩。理论考核和技能考核通常在学期末进行。课程总评成绩的组成详见表3。 现代职业教育,应该是一种以服务为宗旨、以就业为导向、以职业能力培养为核心的教育,重心应在于培养学生的动手能力和实践创新能力,特别是毕业后从事某种职业的谋生能力[2]。项目化教学,充分体现了学生是学习的主体的特点,学生的学习主动性和积极性被有效调动了;和传统的教学模式相比,其教学效果得到明显改善。当然,以就业为导向,坚持走产、学、研相结合的路线,以岗位技能促进学生就业,在高职高专院校进行课程项目化教学改革是一个漫长的过程,需要学校和教师从多方面进行改革,比如教学观念、管理、内容设置、教学模式及结果评定等。 工业微生物论文:浅析微生物转化技术在现代医药工业中的应用 摘 要:随着现代科学技术不断发展,越来越多的化学制品在日常生活中得以使用。而在于现代医药工业使用之中,许多企业使用酶转化或者微生物转化技术加以产品的制作,而微生物转化技术在现代医药工业的具体应用之中,占有极为明显的优势,尤其是在一些手性药物的制备之中。因此本文主要对于微生物的转化使用所表现出来的积极作用进行了阐述,详细分析微生物转化技术在现代医药工业中的具体应用。 关键词:微生物;转化技术;现代医药工业;具体应用 过去三十年间,微生物转化技术在化学领域内不断地进行常识性试验,并且得到了全面的发展,而在实际的使用方面,也得到了极为长足的发展。现在社会中,大量的运用化学制品,而许多化学制品都是制作工艺十分复杂的产品,例如药品、食品添加剂、化妆品等日常生活中极为常见的生活必需品。而在这些产品的具体合成过程之中,许多重要性的反应已经可以使用微生物转化技术加以代替。因此,本文主要针对这一技术在现代社会中的具体应用加以分析。 1 微生物转化的简要概况 所为的微生物转化就是使用微生物将一种物质转化为另一种物质的这样一个过程,这一个过程主要是建立在微生物产生一种特殊的细胞内部的酶作为生物催化剂展开的化学反应。简单来说,是使用一种以微生物为基础进行合成的技术。这些酶对于微生物来说,是生命过程中的必需品,而在具体微生物的转换过程中,这些酶仅仅是作为一种催化剂而存在的。另外,在使用微生物进行处理过程之中,不仅仅是需要利用相似的产品,并且在相似产品中增加的底物也存在着同样的催化作用,所以我们可以将微生物转化技术看做有机化学的一个特殊的分支。 之所以微生物能够将某种物质转化成为另一种物质,主要是因为酶的作用。我们不需要对酶进行解释,只需要了解酶的转化和微生物的转化之间存在着细小的差别,酶是一种单一的化学反应,后者则是提供了一种合成酶的场所和反应。所以,从这一个方面来看,微生物转化是一种真正的生物转化。另外,因为生物转化过程中所使用的酶多数来自微生物,我们也可以从动植物中找到所需要的酶。因此再具体的微生物转化过程中,究竟是选择使用酶还是微生物进行转化,需要综合考虑多种因素,比如成本、例如环境以及生产机构的设备质量等方面。 同时,在研究微生物的具体转化过程中,需要充分考虑多个方面的问题,例如如何选择要转换的物质,所选择微生物的具体应用那个能力,转化的方式以及具体转化反应的选择等。这其中最关键的一点在于选择转化过程中的合适的微生物,以及如何提高这种微生物的转化能力,也就是酶的活力应该如何的提高。另外,一旦发现一种新的酶或者一种新的反应就要设计一种新的转化过程。要想寻找十分合适的微生物,除了要十分了解酶的反应,更加有效方法是通过筛选的方式来选择酶。 筛选的方式选择酶,所要涉及的范围必须尽可能的宽广,因为截止到现在已经出现了将近3000多种的酶,这些酶中有些酶的催化效果明显好过化学催化剂。另外,微生物呈现出多样性,从而能够帮助我们找到我们在预先设计中所想要得到的一种反应。 2 具体药物开发过程中的使用 现在越来越多的专家研究发现,作为药物使用的一种混合物有着不容忽视的弊端,而在最近一段时期美国FDA公布的一些药物使用原则加快了转换技术从已经开发出来的药物中开发出单一药物的脚步。 而制作手性药物的关键之处在于不能对称的一张合成型技术,并且长久以来,许多化学专家都开发使用化学药品来展开不对称合成技术的研究和发展。然而在最近的20年间,越来越多的化学专家将研究的目光头像到如何将微生物转化更好地运用到有机合成之中产生了兴趣。应用微生物进行催化的技术要比使用化学合成以及不对称合成的方式具有更加明显的优势,主要在于这样几点:(1)转化物质具有更强的转移性,也就是不需要专门的基因保护;(2)使用微生物进行转化条件更加优越,有着极高的转化率;(3)而在生物转化过程中对于外界的影响更小,尤其是对环境的污染方面。特别是近年来DNA重组技术的应用和新的转化系统的开发应用,使愈来愈多的原来使用化学方法进行不对称合成的化合物有可能被生物催化转化的方法来替代。 利用生物转化技术进行手性药物的开发主要进行两个方面的工作:一是进行药物关键中间体的制备,因为利用生物催化转化方法制备对映体纯化合物具有很大的吸引力,但试图利用这种方法来完成所期望的复杂的有机合成往往是困难的,甚至是不可能的,而利用这种方法获得某一关键中间体是切实可行的;另外,尽管用化学的方法能够在实验室条件下获得所需要的手性药物,但往往是由于成本和技术问题难以实现产业化。因此用化学一生物一化学的制备路线具有独特的优越性,即所谓的“绿色合成工艺”;二是进行消旋化合物的生物拆分或转化,得到单一构型的药物分子。 3 组合生物催化与新药发现 组合生物转化/催化,是指利用一种以上的具有特殊转化功能的微生物或酶,对同一个母体化合物进行组台转化,以得到化学结构的多样性,它是从已知化合物中寻找新型衍生物以及从简单化台物制备复杂化合物的有效手段。从某种角度讲,它比化学合成的方法更为简单和有效。这是一个新的研究领域。 天然产物的多样性和其结构的复杂性,是存在于生物体内大量酶的作用结果。生物体内负责一系列重要生命活动的酶,在体外同样具有相同的催化能力。因此,只要体外的催化环境与体内相仿,则能够实现一系列复杂的,特别是用传统化学合成方法难以实现的化学反应。利用生物催化剂或化学合.成一酶催化相结合的方法,能够大大地增加衍生物的多样性,以及能够有效地对复杂天然产物的结果修饰和从简单的分子构建新的化合物库,在这过程中,往往能够发现新的生理活性物质。生物催化剂为扩大组合化学提供了各种合成的可能性。 利用生物催化发现先导化合物的优越性在于:(1)可能进行反应的范围广;(2)能够定向进行区域选择性和立体选择性;(3)不需基团保护和脱保护,一步实现所需的反应;(4)在温和和均一的条件下可容易地实现自动化和一步反应的重现性;(5)温和的反应条件保证了复杂易变的分子结构的稳定性;(6)高的催化活性可以降低催化剂的用量;(7)酶的固定化可以使催化剂反复和循环使用;(8)生物催化剂可在环境中完全被降解。 结束语 综上所述,微生物转化技术在现代医药工业中起到十分重要的作用,并且对于药物等日常生活用品的生产方面也起到十分突出的作用。这就要求我们做好这一方面的具体工作,并且详细考虑在合适的场所选择合适的酶或者生物转化技术来进行生产和转化,从而确保生产产品的优异质量。 工业微生物论文:微生物絮凝剂及在食品工业水处理中的应用 摘要:主要论述了微生物絮凝剂的种类和特点,微生物絮凝剂产生菌,微生物絮凝的机理,影响絮凝活性的因素及在食品工业废水处理、乳化液的油水分离、发酵液的固液分离等处理中的应用,并展望了今后微生物絮凝剂领域的研究重点。 关键词:微生物絮凝剂;食品工业;水处理;应用 目前微生物絮凝剂的研究和应用越来越受到重视。微生物絮凝剂是一类由微生物菌体所分泌的一些分泌物或其产生的代谢产物,它是利用微生物技术,通过细菌、真菌等微生物发酵、提取、精制而得的。微生物絮凝剂作为一种新型微生物产品,具有絮凝范围广泛,效率高,运行方式灵活,无毒,可消除二次污染,使液体中不易降解的固体悬浮颗粒、菌体细胞及胶体粒子等凝集、沉淀。微生物絮凝剂多数相对分子质量较大,达到104~106。分离纯化的微生物絮凝剂主要有多聚糖、糖蛋白、糖脂、脂蛋白、DNA、RNA、纤维素等,其中以多聚糖和糖蛋白类物质占绝大多数。 一、微生物絮凝剂产生菌 至今发现的具有絮凝性的微生物达32个种[1],其中细菌18种,真菌9种,放线菌5种,由它们生产的絮凝剂中,最具代表性的为以下三种:1976年Nakamura J.用酱油曲霉生产的絮凝剂AJ7002;1985年,H.Takagi用拟青霉属生产的絮凝剂PF101,对啤酒酵母、血红细胞、活性污泥、纤维素粉、活性炭、硅藻土和氧化铝等有良好的絮凝效果;1986年R.Kurane等人利用红平红球菌研制成功微生物絮凝剂NOC-1,对大肠杆菌、酵母菌、泥浆水、河水、粉煤灰水等均有极好的絮凝和脱色效果,是目前发现的絮凝效果最好的微生物絮凝剂。 二、微生物絮凝剂的分类 1.直接利用微生物细胞的絮凝剂,如某些细菌、霉菌、放线菌和酵母菌,它们大量存在于土壤、活性污泥和沉积物中。 2.利用微生物细胞提取物的絮凝剂,如酵母菌细胞壁的葡聚菌、甘露聚糖、蛋白质和N-乙酸葡萄糖胶等成分均可以作为絮凝剂。 3.利用微生物细胞代谢产物的絮凝剂,微生物细胞分泌到细胞外的代谢产物,主要有细菌的荚膜(菌胶团)和粘液质,除水分外,其余主要成分为多糖及少量的多肽、蛋白质、脂类及复合物,其中多糖在某种程度上可作为絮凝剂。 三、微生物絮凝剂的絮凝机理[2] 1.“桥联作用”机理 “桥联作用”机理认为微生物絮凝剂是一种具有长链线状的结构的生物大分子物质,其借助静电引力、范德华力或者氢键的作用吸附多个不同的胶体颗粒,并在颗粒间产生“架桥”现象,生成粗大的絮团而沉淀下来。研究显示细菌细胞之间有胞外聚合物搭桥相连,正是这些桥使细胞丧失了原有胶体的稳定性而紧密聚合并在液体中沉淀下来。 2.“电性中和”机理 胶体颗粒的絮凝过程中,电中和效应也是不容忽视的。溶液中带有多个电荷的多价电解质能够与颗粒表面带相反电荷发生中和,从而减弱颗粒间彼此的相互排斥力,促进颗粒的絮凝沉降。 3.“卷扫作用”机理 该机理认为当微生物絮凝剂投加到一定量时可形成小粒聚体,在重力作用下迅速网捕,卷扫水中胶粒而产生沉淀分离,称为“卷扫作用”或“网捕作用”。 此外还有荚膜学说、病毒假说等多种理论可以解释絮凝机理。微生物絮凝剂作为带电荷的生物大分子,作用机理尚处于探讨和完善阶段。对于微生物絮凝剂的絮凝机理,其中的架桥机理是被广泛接受并认同的。 四、影响絮凝活性的因素 1.微生物絮凝剂本身特性的影响 (1)分子量。微生物絮凝剂的主要成分中含有亲水的活性基团,如氨基、羟基、羧基等,故其絮凝机理与有机高分子絮凝剂(利用其线性分子的特点起到一种粘接架桥作用而使颗粒絮凝)相同。絮凝剂分子量的大小对其絮凝效果有一定的影响,分子量越大的,絮凝活性越高;当絮凝剂的分子量减小,絮凝活性会明显下降。 (2)胶体颗粒表面电荷的影响。胶体颗粒表面电荷对絮凝有重要影响。相反电荷的聚合电解质能减少颗粒表面电荷密度,以至颗粒可以彼此充分紧密接近,使吸引力变得有效。 一般无分支结构的絮凝剂,絮凝效果较好;产生菌培养后期形成的絮凝剂絮凝效果较好。 2.反应条件 微生物絮凝剂的絮凝效果受加剂量、pH值、金属离子、温度、搅拌速度、水质等多种反应条件的影响。 (1)絮凝剂的投加剂量。每一种絮凝剂都有最佳投加剂量,过多或过少,絮凝效果均会下降。据分析,投加剂量的最佳值约是固体颗粒表面吸附大分子化合物达到饱和一半时的吸附量,此时大分子在固体颗粒上架桥几率最大。 (2)pH值。不同的絮凝剂对pH值变化所表现的效果也不一样,同种絮凝剂对不同的被絮凝物具有不同的pH初始值要求。故每一种絮凝剂都有其最适的pH值范围,大于或小于某一pH值都会影响微生物絮凝剂及其被絮凝物表面电荷、带电状态及中和电荷的能力。在最适的pH值范围内,微生物絮凝剂表现出良好的絮凝活性。 (3)温度。适当改变温度可提高絮凝效率。由于絮凝物质结构上含有蛋白质或肽链的絮凝剂一般都是热不稳定的,高温可使这些高分子物质空间结构改变,导致变性,从而使絮凝活性下降。而由糖类构成的絮凝剂则是热稳定的,它们对温度不敏感,絮凝剂活性不随温度的改变而改变,或者改变较少。例如R.erythropolis产生的絮凝剂在100℃的水中加热15min后,其絮凝活性下降50%。 (4)金属离子的种类和浓度。微生物絮凝剂受金属离子的种类和浓度影响较大。不同的絮凝剂,其适合的离子种类有所差异,目前研究较多的有二价离子中的Ca2+、Mg2+、Mn2+等,以及三价离子中的Al3+、Fe3+等;不同的金属离子在适当的浓度下与悬浮颗粒以离子键相结合,从而提高絮凝活性,这对于提高微生物絮凝剂的絮凝活性有重要意义。若金属离子的浓度过高,由于大量离子占据了絮凝剂分子的活性部位,把絮凝剂分子与悬浮颗粒隔开而抑制絮凝活性。 五、微生物絮凝剂在食品工业水处理中的应用 1.食品工业废水 由于微生物絮凝剂具有安全、无毒的特性,逐渐在食品工业废水处理中被采用,并可达到满意的效果。如用微生物絮凝剂普鲁兰处理味精废水,其COD和SS的去除率可达到40%左右,其浊度去除率可达99%[3]。用絮凝剂A-9处理淀粉厂的黄浆废水,其处理效果也明显优于目前使用的其它化学絮凝剂,且可回收其蛋白质成分作饲料。 2.乳化液的油水分离 乳化液中加入特定的絮凝剂,在一定程度上可使油水分离。如用Alcaligenes latus培养物可以很容易地将棕搁酸从其乳化液中分离出来。试验表明,向100mL的0.25%乳化液中加入10mLAlcaligenes latus培养液和1mL聚合氨基葡聚糖,乳化液中形成明显可见的油滴并浮于表面,下层清液的COD值从原来的450mg/L下降为235mg/L,下清液的COD去除率为48%,远好于无机絮凝剂和人工合成的高分子絮凝剂。 3.发酵产品的固液分离 利用絮凝剂对细胞具有优良的沉降性能来去除发酵液中的菌体,可大大减少能耗,降低成本,且操作简单,管理方便。在酿酒工业中,用具有絮凝性能的酵母替代没有絮凝性能的酵母可以酿出质量更好的啤酒;另外,在生物乙醇和面包发酵酵母的生产中也应用了这种絮凝剂,并可达到良好去除固体物的效果,减少处理时间,有助于降解不稳定生物物质以及节省成本。 六、结论 微生物絮凝剂作为一种新型的絮凝剂,虽然现在主要应用于废水处理方面,但在食品工业中也将有着良好的应用前景,并显示有强大的生命力。微生物絮凝剂将可能在未来取代或大部分取代传统的无机高分子和合成有机高分子絮凝剂,但微生物絮凝剂的应用还大多处于菌种的筛选阶段,存在成本较高的缺点,无法适应工业化生产的需要。目前,推广应用微生物絮凝剂的关键是应进一步降低微生物絮凝剂的生产成本。为此,今后的工作应主要集中在以下几个方面:①改进培养条件,研制出低成本的培养源。②优良絮凝剂高产菌株的筛选及产生菌的诱变育种和基因控制。③要达到大规模的工业化生产,需对微生物絮凝剂的合成条件和影响絮凝活性的因素进行更深入的研究,以便寻找廉价的培养基和控制絮凝剂发挥作用的最优条件。 工业微生物论文:工业微生物课程教学改革的探讨 【摘 要】文章介绍了工业微生物课程的特点及进行教学改革的必要性,并从教学内容、教学模式以及组织教学方法等方面对工业微生物课程教学改革进行了探讨。 【关键词】工业微生物 教学 改革 工业微生物学是微生物学的一个重要分支,它从工业生产需要出发研究微生物的生命活动规律,以及人为控制微生物代谢的规律性,从而利用微生物转化生产所需产品,是生物工程、生物制药等专业的必修课程之一。其内容和应用涉及到食品、医药、化工、环境保护等许多领域,与工农业生产和人们日常生活关系紧密。目前,工业微生物学的相关产业已成为整个国民经济的重要支柱,并随着对微生物研究和应用的不断深入拓展,工业微生物将会得到更大的发展。学习工业微生物学课程,对人类可持续发展的战略意义重大。工业微生物学是一门新兴的学科,单独作为教程的时间不长,存在的问题较多。本文针对教学内容、教学模式以及组织教学方法等方面进行探讨。 一、教学内容应体现基础理论知识与科研、实验教学和生产生活实践的有机结合 工业微生物学涉及许多领域,发展迅速,面对相关科学知识的大量增加,如何取舍和合理安排课程内容,明确教学目标,是全球高校共同面对的课题。目前教学大纲规定的教学内容太过陈旧,虽然罗列了大量的知识点,却较少兼顾学生的需要和社会的需求。社会对人才类型和层次的需求是多样化和动态性的。对生物教育而言,既需要从事科技研究的研究型人才,也需要从事设计和研发的工程型人才,同时还需要技术支撑与改进的技能型人才。因此,工业微生物讲授的课程内容应具有前沿性和实用性。内容既要紧跟学科发展,注重讲授最新研究内容和引用最新国际一流期刊发表的资料,这样对将来攻读研究生的学生具有启发性,还要针对本科毕业后进入企业就业的学生需求,系统讲授微生物菌种选育、微生物发酵及其控制等与学生将来从事专门领域工作相关的知识。由于信息随时更新,这就要求教学中所使用的教材、实践环节、教师的教学大纲不断更新,始终保持讲授学科专业的前沿知识。教学内容不仅要包括传统的微生物学知识,还要包括最新工业微生物学发展动态、热点话题和取得的新成果,以更新知识点、完善教学内容。工业微生物学是一门实验性很强的学科,特别注重微生物的应用,所以实验教学环节对巩固基础理论知识、掌握实验技能、提高灵活应用基础理论与技术解决实际问题的能力具有很好的效果。另外,工业微生物学具有很强的应用性,讲授内容如果能将工业微生物学的基础知识、基本理论与工业生产实践相结合,或在生产企业进行现场教学,会取得更好的效果。 二、采用多媒体教学模式 工业微生物教学涉及大量形态、结构的描述与讲解,各种代谢调控机制也较为复杂,传统的教学模式,会使学生感觉抽象无趣和晦涩难懂,而应用多媒体模式有助于提高教学效果。如在讲解“微生物的形态结构”时,运用大量色彩鲜明、形象生动的图片和动画,对学生了解微生物的立体结构有很大的帮助。又如讲授“乳糖操纵子模型说明底物对酶合成的阻遏”时,如果制作成动画展示,就能形象地把酶合成受到阻遏的过程表现出来,这样能够把复杂的问题简单化,且形象生动,便于学生理解和记忆。另外,教师在制作多媒体课件时还能随时更新内容和添加最新研究动态和成果,做到授课内容与时俱进。 三、以能力目标要求安排教学教师 目前高校工业微生物教学大多是一个教师独立讲授全部教学内容。然而,由于学科的飞速发展,一位教师很难对工业微生物学的方方面面都有较为深入的了解,这样就使教学只是停留在书本上,没有自己的研究和见解。为改善此种情况,可以在充分发挥教师特长的基础上将教师资源进行合理整合,根据课程内容,合理安排最合适的教师参与教学过程。教师的讲授内容可以联系主讲教师近几年的研究课题,因此能够保证讨论的深度和广度。由于不同教师学术背景和风格各异,具有完全不同的教学个性,他们在教学中联系各自的科学研究和自身体会,大大增强了课程教学的灵活性与个性化,极大地培养了学生的科学思维能力和创新能力,拓宽了学生的视野。这种教学组织方式可以充分保证每位教师都能将精力集中在自己的优势研究方向上,既减轻了教师的教学负担,又能最大限度地发挥教师的特长。 四、以学生为教学中心组织教学 目前,国内高校大多数课堂教学都是教师一言堂的情况,因为缺乏与学生的互动,很难调动学生的学习积极性。教育观念、教学方法的改革已成为当前高校教育改革最迫切的任务之一,其核心是使高校教学由现在的以教师为中心向以学生为中心的转变,使教学成为交互式和讨论式,激发学生主动学习的积极性,培养他们的创新思维能力。强调学生在教学过程中的主导地位,不是教师想教什么,而是强调学生们想学什么。通过这种方式的教学,每位学生都能得到自己想要的知识,满足了不同层次学生的实际需要。目前国内高校的反馈与评价通常也是在学期结束之后,学生对教师的评价也大多流于形式。如果教师能够在学期过程中及时获得学生对教学的反馈与评价,特别是在教学中需要改革和提高的地方,以及学生真正想学什么,才能真正有效地提高教学质量。由于学生毕业后去向不同,有些学生毕业后选择以学术研究为职业,有些学生则直接进入企业从事研发和销售工作等。因而,应该针对学生不同就业情况及其相应知识要求分别辅导、因材施教。教学过程中应重视对学生的答疑辅导,对于学生提出的某些共性问题安排课堂讨论,师生间形成良好的互动,可以极大地改善教学效果。还可以安排教学助理研究生开设大量辅导课,及时解决学生学习中遇到的难点。 五、以培养学生自主学习能力为中心组织教学 培养学生自主学习的能力已成为高等教育的共识。要做到这一点,除在课堂教学中要更新教学观念、改革讲授方式外,还必须充分利用各种现代化的手段,鼓励学生在课后对教学过程的主动参与,并对所学知识进行积极讨论及进一步深入学习。[5]充分应用网络技术、多媒体技术,将工业微生物学课程介绍、教师介绍、教学要求、学习方法、指定教材、教学大纲以及主要授课课件等放在校园网上,这样可以提高学生学习的自主性。学生能充分利用网络资源,在需要时可以随时上网查阅有关资料,与教师互动,解决学习困难。通过网络学习,学生能够学会如何从网络资源中选择自己需要的资料,进一步提高学习效率。这种教学方式有利于达成课程的教育目标,同时也改变了学生的课堂学习行为,拓展了学生在课堂外的学习。另外,工业微生物学是一门实验性、实践性很强的学科,很多学生在课堂上虽然看到了一些生产过程和设备图片,但仍然缺乏实际生产概念。鼓励学生了解和参加生产实践,教师可以介绍一些与教学内容有关的生产企业(如啤酒厂、制药厂、生物工程公司等),让学生了解生产的实际过程,及时将理论知识和生产实践相结合,加深对理论知识的理解。通过观察实际生产操作和运行,发现尚需解决的问题,并带着问题查阅资料或与老师讨论,寻找解决方法,形成学习、实践、再学习、再实践的良性循环的求知习惯。 在工业微生物课程教学实践中,我们对教学内容和教学方法作了一些改革,注重收集最新研究成果,增加了基础理论知识与科学研究和实际生产相结合的内容,使教学内容更加丰富和完善。采用多媒体课件授课并增加生产现场教学内容,提高了学生的学习兴趣和求知欲,教学质量得到明显提高。学生踊跃加入到教师的科研小组,参与实验设计和操作,也得到了一些有意义的实验结果。作为实验和实践性较强的课程,工业微生物学相关知识、信息量扩增较快,因此在教学内容上要注重课程基础性、系统性、先进性与应用性的有机统一,引入新的教学手段和教学方法,培养学生把所学知识化繁为简,并进行系统归纳和总结的能力,并在此基础上,有意识地培养学生利用所学知识进行实践应用的能力。 工业微生物论文:微生物在含油工业废水处理中的应用 摘要:随着社会的发展与进步,重视微生物在含油工业废水处理中的应用具有重要的意义。本文以包钢冷轧废水为例主要介绍微生物在含油工业废水处理中的应用。 关键词 : 钢铁 工业 废水 处理 微生物 引言: 微生物技术在生活污水和可生化性较好的工业废水处理中的应用由来已久,但对于可生化性较差的工业废水,尤其是含油工业废水处理中应用得很少。因为微生物处理对COD:BOD和BOD:N:P的比例有较为严格的要求,而工业含油废水如轧钢废水中BOD较低而COD较高,氮、磷等营养物质的含量又非常低,特别是冷轧含废油水中油和添加剂含量均较高,可生化性差,通过常规自然驯化得到的菌群在短期内是无法适应,处理效果不理想,因此应用得较少。近年来,随着微生物技术的发展和其减量化、无害化处理的优势不断突现,国内国际已经陆续开始进行专门针对含油废水处理的专性菌的驯化培养和组合优化,以适应不同的水质。因此,难生化降解的冷轧含油废水也被列入微生物处理技术的应用范畴内。 1.国内外冶金行业生化法处理废水的发展现状 含油工业废水属难处理水,生化性能很差,国内大都采用物化处理的方法,即采用破乳、加药、混凝、沉淀、过滤以及强氧化的工艺,而这些处理工艺大都存在工艺复杂,安全性差,运行成本高,污泥量大,处理后出水水质不稳定或难以达标排放等问题,而且存在着二次污染的问题。 微生物处理技术主要是通过微生物的代谢,使废水中的油,CODcr转化为水和二氧化碳,因此,是一种减量化无害化处理的理想方法。因为不产生二次污染和污染物的真正减量化,所以生物处理技术成为最广泛使用的废水处理技术。虽然传统的生物处理工艺对难降解有机物的处理效率不高,但随着生物工程技术的发展,微生物在高浓度难降解有机工业废水的处理方面得到了长足的发展。利用微生物的可变异性,通过微生物活性和浓度的强化,可以开发出适合于处理高浓度难降解有机工业废水处理的技术及设备。目前许多国家都在进行这方面的研究,其中加拿大的EPI处于领先地位。近年来,美、日、意、新西兰,比利时等国家采用生物滤池结合加拿大EPI(环保研究所)培养的新型EPICIN EPIZYM微生物处理各种工业及城市污水处理取得了很好的效果。我国之前由于没有专性的微生物菌种,微生物处理技术在钢铁行业也没有实质性的应用,与国外的先进技术还有很大的差距,因此必须积极赶上去。目前,我国一方面通过微生物菌种的引进,另一方面通过长期的驯化和优选,得到了一些适合我国国情和可应用于各种不同废水水质的微生物菌种。 以生物滤池的问世为标志的生物膜反应器技术在走过了100多年的发展历程后,与活性污泥法一同成为现代污水处理技术的最重要组成部分。研究和实践表明,生物膜不仅可以取代活性污泥法用于生活污水和工业废水的二级生物处理,而且还具有运行稳定,抗冲击负荷能力强,更经济节能,无污泥膨胀问题,同时具有硝化和反硝化功能,可实现封闭运转以无异味等独特的优势。近年来生物膜工艺发展迅速,相当多的研究和工程实践使得人们对生物膜的特征及其基础理论研究不断加深,现有工艺也得到进一步的完善。与此同时也出现了各种新型生物膜反应器及其组合工艺,并逐步形成了一套较完整的生物膜法污水处理系列工艺和设备。 2.包钢冷轧废水处理工艺 包钢生产过程中产生四种废水,其水质水量分别如下: a.浓含油废水9.6m3/h,含油量1-11g/l,CODcr2000-15000mg/1,主要来源为酸洗-连轧机组的乳化液站和各液压润滑站地坑; b.稀含油废水50m3/h,含油量100-1000mg/l,CODcr1000-2500mg/1,主要来源为浓含油废水处理系统出水和热镀锌线碱洗系统排放的废液; c.酸碱废水llOm3/h ,pH 2-12,CODcr0-400mg/1,主要来源为酸洗-连轧机组的酸再生站、酸洗机组漂洗水和热镀锌机组漂洗水; d.含铬废水2m3/h,每3个月排放一次,悬浮物80000-100000mg/l,Cr6+≤10000mg/l,来源为热镀锌机组的钝化废液。 包钢新建冷轧废水处理站一座,专门接收和处理冷轧生产线所产生的全部废水,处理后的出水达到国家二级排放标准,排入包钢排水总网,经最终处理后排放。 废水处理站的处理工艺流程如图1.1所示,共分为四个部分:浓含油废水处理系统、稀含油废水处理系统、酸碱废水处理系统、含铬废水处理系统。其中稀含油废水包括酸洗-连轧机组含油废水、热镀锌机组、磨床排放的含油废水以及超滤系统出水,主要处理系统是采用的微生物处理技术。各机组稀含油废水先进入稀含油废水调节池前的分配槽,经水量分配后进入调节池。调节池内设刮油刮渣机一台,刮除表层浮油,底部污泥刮至污泥槽。调节池废水用废水提升泵提升至pH调节池,经二级pH调整后废水进入微生物反应池,考虑到含油废水的温度可能较高,不宜直接进入。微生物反应池,需要先将废水温度冷却至25~35℃后再进行生化处理。冬天可超越冷却塔系统。 微生物反应池是一种接触氧化生物膜反应器,池内设半软性填料,底层设可变孔软管,采用罗茨风机曝气,配备微生物反应罐,在初期运行和日常运行过程中,根据实际情况需要,定期向微生物反应池投加经过优化筛选组合的联合菌群,使废水中快速建立一条有效降解烃类、脂类等有机污染的生物群,对废水中各种复杂的脂肪族和芳香族进行生物降解,同时投加与之配伍的营养剂和抗表面活性剂,以维持联合菌群的优势和活性,有效地提高废水的可生化性和去除效率。由于大部分的有机物和石油通过微生物的代谢作用已转化为二氧化碳和水,废水中的油含量和化学需氧量等污染指标均符合国家二级排放标准的要求。微生物反应池的出水进入斜板沉淀池,使生化处理后的废水中的无机物、剩余污泥和部分生物污泥、细菌的代谢产物得到高效的沉淀去除。同时根据进入斜板沉淀池的废水水质,加入少量的高效絮凝剂,以提高混凝沉淀的效率。沉淀的污泥进入污泥浓缩池,上清液排放至排放水池或酸碱废水处理系统。考虑到运行成本和维护优势微生物菌群的反应活性,并提高废水的可生化性,斜板沉淀池排泥向微生物反应池的污泥回流率为20%。斜板沉淀池的剩余污泥泵送至污泥浓缩池,进一步浓缩脱水后定期外运。泥饼含水率小于75%。 3.微生物处理技术的目的和意义 随着中国国民经济的发展迅速,市场对钢材的需求正在迅速扩大,刺激了国内钢铁行业发展迅速,而冷轧生产线为钢铁行业的主要发展方向,它的生产过程产生的高浓度难降解的含油工业废水除了生化处理至今尚未有一个良好的解决方法。 采用微生物处理技术运行稳定,功能可靠,运行管理方便,投资费用和处理成本低。结合实际工程,谨慎合理地选择工艺路线,可确保处理系统长期运行安全可靠,出水稳定达标排放。同时可以合理地解决污泥的出路问题,避免二次污染等问题。 由于上海宝钢2030冷轧生产线的成功应用,以及随后上海宝钢1800冷轧生产线、邯钢1650冷轧生产线和包钢1560冷轧生产线的采用,国内有越来越多的冷轧项目开始采用微生物处理技术来处理冷轧和镀锌产生的高含油、高COD废水。但是,应用于冷轧含油废水处理的微生物处理技术在我国发展的时间并不长,难以找到与此有关且切实有效的参考依据,无法形成一套成熟的理论,致使处于探索阶段的各个钢铁企业无法有大的进展。包钢冷轧含油废水处理系统污水处理站的研究和应用旨在努力探索一套冷轧含油废水微生物处理系统的运行数据,以指导废水处理站的生产运行,从而为研究提供强有力的现实基础和微生物技术处理冷轧含油废水的应用理论。 结束语 随着我国高科技技术的快速发展,微生物技术已成为我国二十一世纪重点开发、研究的方向,在工业废水处理中的有着广泛的应用前景,微生物技术不仅起到净化环境的重要作用,减少污染和改造传统产业,也为保护环境和国家的经济建设和社会可持续发展做出了积极贡献。 工业微生物论文:工业微生物学教学初探 【摘要】 工业微生物学在教学内容和教学方法上,还需经过多方面的改革探讨。本文从工业微生物学这门课程的教学环节和实验环节出发,结合教学过程中的一些问题,对教学方法和教学内容进行了探讨实践,使学生对工业微生物学产生了较浓厚的兴趣,达到了教改的目的。 【关键词】工业微生物;教学;初探 项目来源:吉林农业大学质量工程课题 《生物工程特色专业》项目资助。 工业微生物学是微生物学的一个重要分支,它涉及食品、医药、化工、环境保护等许多领域,与工农业生产和人们日常生活有密切联系。现在,工业微生物学的相关产业已成为整个国民经济的重要支柱,并随着对微生物研究和应用的不断深入拓展,将会得到更大的发展。学习工业微生物学课程,对人类的可持续发展战略有着十分重要的意义。 工业微生物学授课范围适用于生物工程、制药工程等专业。在吉林农业大学生命科学学院主要是生物物理硕士学位课,由于开设时间不长,在教学内容和教学方法上,还需经过多方面的改革探讨。 1.工业微生物学教学方法的探讨 1.1根据本专业学生的特点,因材施教 由于此门课程是研究生课程,所以要根据学生本科学习阶段所开设课程,在教学方法上作适当调整,可以采用与学生互动和启发式的教学方式,就是在教师的诱导、点拨下,使学生积极思考并自己先做出判断的教学方式。工业微生物学是注重应用的一门学科,鼓励自主探究,鼓励对学习内容和过程的反思等。例如鼓励学生将所学东西和自己的科研方向相结合来加以证明;课堂上,鼓励学生随时提问题,大家一起参与讨论。通过这些方法,课堂气氛活跃了,学习兴趣也得到了很大的提高。主要表现在两个方面教学效果比较好:一方面可以让学生根据自己未来科研方向开展工业微生物相关知识、试验设计的查阅;另一方面可以让学生以报告的形式找到切入点,谈谈自己的想法或试验思路。 1.2采用计算机辅助教学模式 利用计算机多媒体技术辅助教学是目前高校多采用的一种教学手段,相对于板书教学有着它自身的优点,计算机多媒体技术是指:计算机综合处理多种媒体信息,如文本、图形、图像、音频和视频,使多种信息建立逻辑连接,集成为一个系统并具有交互性。工业微生物学的教学涉及大量的形态描述与试验设计的讲解及较复杂的各种调控机制,如采用计算机多媒体技术能很好地解决了这些问题,教学效果能得到较大的提高。 1.3选择合适的教材和参考资料 对于研究生的教学教材来讲,因为好多研究生阶段的学生在本科阶段并没有学习有关微生物的基本知识,所以教材除了要有基本知识点外,还要有适合研究的扩展性知识、应用性知识。因此,可以参考像岑沛霖等编辑的《工业微生物学》(化学工业出版)的基础部分讲解,更要参考像杨汝德编辑的《现代工业微生物学教程》(高等教育出版社)的应用性教材,另外更要查阅国内外重要查阅国内外重要期刊,讲解现在工业微生物主要的研究热点和方向,结合学生各自的研究方向跟学生进行探讨。总之,参考教材和资料要尽可能丰富。 2.工业微生物学教学内容的探讨 2.1理论知识与科研的结合 工业微生物学涉及许多领域,如食品、化工、制药和环境保护,而且发展非常迅速,信息也在随时进行更新。在教学中除了选择信息量大、适合教学和自学的优秀教材外, 由于此门课程是研究生课程因此在教学工作中,应注意和科研相结合,阅读专业的文献材料或对某个课题进行研究后,把最新工业微生物学发展动态,热点话题或取得的新成果给学生讲解,及时完善了教学内容的更新。或者让学生同学围绕自己感兴趣的问题查阅一些资料,然后以作报告的形式在课堂上进行讲解,使他们把知识和科研很好的结合在一起,这样既可增加学生学习的自觉性和积极性,又会有事半功倍的学习效果。 2.2理论知识与实验教学的结合 工业微生物学是一门实验性很强的学科,特别注重微生物的应用,所以实验教学环节对巩固基础理论知识,掌握实验技能,提高灵活应用基础理论与技术解决实际问题的能力,具有很好的效果。本课程也开设了一些设计性和验证性的实验课,使理论教学和实验教学很好的结合。这样一来,一般都是学生学了理论知识后,就进行相关的实验操作,如有不了解或者感到抽象的知识点,可以在实验课中得到很好的解决。 2.3理论知识与实践的结合 在讲授基础理论课时,我们将工业微生物学的基础知识、基本理论与工业生产实践相结合进行详细的讲解,及时穿插一些实用的小知识,并尽量做到前后呼应,学生也积极响应,希望学到更多的教材以外的东西。例如,在绪论中讲解工业微生物发展趋势时,向学生们讲述了酸奶制作, 使学生学习本课程的兴趣有了很大的提高,并开阔了知识眼界;讲解菌种筛选内容时,又以乳酸菌新菌种筛选为例,较详细的讲述了筛选过程,并与诱变育种的内容相结合,使学生对菌种选育的基本过程有了系统的了解。同时学生通过查阅资料发现:人们适用酸奶的最佳时间是饭后1~2小时,因为这个时候人胃中的酸碱度适中,不会影响乳酸菌的作用,使他们的知识得到了进一步的补充。 总之,在深化教学改革过程中, 我们按照课程建设的目标及要求,在教学过程中逐步加强课程的教法和教学内容的摸索探讨,改革课程组织形式,建立一个较好的教学模式和体系,培养学生的独立思考和创新能力,取得了较好的效果。
纺织业论文:纺织业污染及清洁分析 1纺织品的物理和化学操作 纺织品所用的纤维有三种:天然纤维(棉花、羊毛等)、纸浆与化学品反应生成的纤维质纤维(醋酸纤维、人造丝等)和石化原料制备的人造纤维(聚酯纤维、尼龙纤维、丙烯酸类纤维等)。天然纤维和纤维质纤维的生产从净化和卷曲处理开始。纤维相对均匀后,几股扭在一起,通过高速纺锤纺成纱线。最常见的织物生产技术是编织,即在织布机上将一组纺线和另一组纺线交织而成。编织之前,纱线要先浸泡上浆料,以防止擦毛或磨损。另一种织物生产技术是针织,也是把纱线交织而成。织物成形后是湿法处理步骤,他们有可能会产生污染,可以从不同工序入手消除,其中最关注的是脱浆(用加酶或不加酶的热水洗涤以去除除浆料)和洗涤(用碱性溶液去掉杂质)过程。染色是一个有污染问题但必不可少的湿处理过程。染料的种类繁多,如何选择取决于要染色的纤维、希望达到的不褪色程度和可用的颜色。由于明亮的颜色和高质量的纤维是人们所追求的,染料一般都含有金属、硫化物和其他可能对生态系统具有潜在危害性的成分。要完成织物的生产,还需要经历多道工序,其中包括通过化学处理以提高织物的抗污能力和通过机械处理以最优化织物的结构与外观。 2潜在的环境问题 2.1固体残余物 在纺织工业中,固体残余物是问题最小的。其中,最显眼但并非很重要的固体残余物也许是库房里进货过多而堆积如山的衣物,他们的质量加起来往往超过工厂产生的废钢的质量。 2.2气体残余物 废气排放是这个部门一个主要的潜在问题。在美国,2001年纺织工业排放的废气主要含3种化学品。甲乙酮和甲苯在排放中占的比例最大,其来自涂层操作中溶剂的挥发;甲醇在排放中占第三位,来自使用聚乙烯(乙烯醇)上浆操作时的排放。所有这些排放物以挥发性有机化合物为主,是潜在的烟雾制造者。 3部门前景 3.1发展趋势 与其他部门一样,纺织工业也在采用大量污染防治技术来解决自身的环保问题。这些努力的第一个成果是提高了能量效率,降低了用水量,并使水的再循环率上升。在上浆、染色和涂层工艺中,少用有问题的化学品。此外,减少硬纸板、草垫等可能产生固体废料的材料用量工作也在进行之中。本质上讲,这些令人想要的潜在变化都是定性的——他们减少了资源的使用量,但没有明显改变生产工艺。尤其在减少挥发性有机化合物的排放方面,做的工作很少。这个部门第一个转变将会是利用再生资源生产高质量的均质纤维。带来这种转变的最可能的方式是应用生物技术。我们有理由相信,这种技术将能够生产更好的动植物纤维、更均质的兽皮和更坚固的纤维素。第二个转变有可能是在加工机械中广泛采用计算机辅助控制。这种方法目前尚处于发展初期,但具有很大潜力,可以精确测量和控制工艺流体,实时监控编织或印花缺陷,使用激光精确裁剪衣服和其他产品等。许多这类技术现在就可利用,但在很多情况下资金紧张构成了启动障碍。纺织业发展最迅速的是采用电子技术制造衣服和织物,使其增加许多特性,不过在很大程度上仍处于试验阶段。一般来说,这种方法是在织物中添加金属粒子、金属丝或电子元件。可以很简单,例如引入银粒子增加抗菌特性;也可以挺复杂,例如,将衬衫设计成能监控病人的生命征兆,并能通过添加无线电话有求救功能。其他产品想法包括能播放MP3音乐的夹克和能够监测盗贼及火灾的地毯。不是所有这些想法都是可行的,但有些是有希望实现的。 3.2前景展望 在绿色世界里,高科技制造技术的广泛应用将带来高的能量效率,大大改进水利用效率和有效消除挥发性有机化合物排放。另外,服装工业也将转向使用安全的生物技术来生产面料。在这个新时代,衣服将会主动或被动的提供许多新的特性。 (1)热调解衣服,其含有许多能够存储能量的微囊体,在热的时候吸收热量,冷的时候通过结晶放出热量。 (2)气味中和衣服,其含有在布料摩擦时能够释放适当化学品的囊体。 (3)衬衫,含有部分陶瓷纤维,可以抵御太阳红外和紫外辐照。这些性能以及其他功能时的衣服的制造、洗涤和再利用复杂化了,但是他们在绿色世界里将从环境的角度加以强调。 纺织业论文:纺织业遗产发展前景 1历史及现状 青岛纺织工业从20世纪初期开始崛起,主要有德、日帝国主义和国内民族资本家建立的机器缫丝和棉纺织印染等企业.1949年青岛解放后,青岛市政府将原属中纺公司的8个棉纺厂和印染厂、机械厂、化工厂、针织厂、梭管厂收归国有,年生产能力居全国第三位,与上海、天津同称为纺织工业的“上青天”[1].改革开放以后,随着青岛市“环湾保护、拥湾发展”战略的实施和生产力以及社会经济的发展,现有的9个国棉厂的生产已经不能满足新式的生产工艺的要求,同时其所属工业类型及现处的地理位置均对青岛市未来的发展产生了负面影响.为响应青岛市委市政府提出的“环湾保护、拥湾发展”战略,国棉厂决定厂区迁出青岛市老城区,迁往城阳区.但由于旧有的工业厂房大部分始建于德占和日占时期,虽然其功能已经不能满足现有的生产需求,但其建筑的外型和样式及其建筑结构依然完好并富有特色,并且保留了大量的人文价值和人们对历史的记忆,因此这些工业遗产如何保护就提上了日程. 2概念、分类及保护更新方式 工业遗产(IndustrialHeritage)研究起源于1950年的英国.然后以英国为发源地,工业遗产的研究活动在欧美各国陆续展开.一般来说,工业建筑遗产根据当时的生产功能大体可分为:“大跨型”工业建筑、“常规型”工业建筑和“特异型”工业建筑[2].“大跨型”是指跨度在15m以上的单层工业厂房、仓库等,具有高大内部空间的建筑,其支撑结构多为巨型钢架、拱、排架等,形成内部无柱的开敞高大空间.青岛的纺织工业属于轻工业,20世纪初的生产厂房多数以小跨度的木框架、木屋架为主,跨度并不大,但是建国后新建的工业厂房却可以达到这个标准,特别是原有的国棉厂仓库,多数建筑跨度比较大.这类旧工业建筑可以保留原有的开敞空间形态,内部空间比较容易进行重新划分,空间布局比较灵活,可更新成剧场、商场、展厅、博物馆、美术馆、仓库等要求有高大空间的建筑.“常规型”是空间较前者为低,空间开敞宽大,大多为框架结构的多层建筑.这类建筑常见于青岛国棉厂的轻工业多层厂房、多层仓库等.这类建筑空间灵活度相对较大,适合更新为餐厅、超市、住宅、办公楼、娱乐场所等需要层高和空间较小的建筑.“特异型”是一些特殊形态的建、构筑物,如国棉五厂的发电厂、水塔、冷却塔,国棉七厂的发电厂等,它们往往具有反映特定功能特征的外形.这类建筑空间由于其生产功能的特殊性造成了其空间形态的特异,因而可以将此类建筑处理为空间的标志性节点,特色的酒吧等等.具体的工业建筑保护更新方式可以分为寄生更新、复合更新以及加建更新.寄生更新即由于使用功能的改变而在原有建筑内部加装新的使用空间,此方法多用于大跨型工业厂房改建中.复合更新即原建筑有部分保留下来,其他部分进行改建,此方法多用于常规型工业建筑的更新中.对于现在的多数工业遗产,由于其功能在改造的过程中变数不定,所以在其本体的基础上加建是现在多数工业建筑的更新手法. 3未来发展模式 具体到青岛纺织工业遗产的更新利用及其未来的发展模式上来,青岛的工业遗产大致可分为以下八种发展模式. 3.1工业旅游开发模式 广义的工业旅游包括工业遗产旅游(IndustryHeritageTourism)和现代工业旅游(ModernIndustryTourism),是以工业生产过程、工厂风貌、工人生活场景、工业企业文化、工业旧址、工业场所等工业相关因素为吸引物和依托的旅游.青岛的9个国棉厂,其规模都比较大,容易形成一套完整的工业旅游体系.通过一个特例形成青岛工业旅游的“小气候”,这样可以继续拉动青岛纺织工业遗产改造的步伐,对于进一步调整青岛的产业结构有着重要的意义。 3.2公共空间开发模式 对那些占地面积较大,厂房、设备等具有较大保留价值的工业遗产,可考虑将其改造为公园或广场等一些公共开发空间.建造一些公众可以参与的游乐设施,作为人们休闲和娱乐的场所,是完善城市功能,改善城市环境的重要举措.这种开发模式国内成功的案例以上海长丰产业园区2A绿地公共空间和梦清园活水公园公共空间为代表.青岛的国棉二厂同样具有同等的开发价值,与上海的梦清园紧靠黄浦江一样,青岛国棉二厂紧靠青岛市内的海泊河入口.现在的海泊河也同样成为了青岛市的污染河流.当时的梦清园是老上海啤酒厂,保留了两栋老的工业厂房后改造成了梦清馆.现在的国棉二厂始建于20世纪20年代,现存的工业建筑中有许多值得保留的德日时期历史遗迹,并且在国棉二厂的门口就保留有青岛党支部旧址,历史价值十分宝贵.由此可见,现在的国棉二厂与当时的上海啤酒厂有着惊人的相似之处,完全可以借鉴梦清园的开发建设模式,把海泊河周边打造成青岛的活水公园,与周边的住宅区配套,提高工业遗产的利用率. 3.3历史展示开发模式 工业遗产能反映出当时工业化过程的特定阶段或者功能,也具有了物质文化意义.因此,在原址上修建工业博物馆比在传统博物馆中展出旧有物品更方便,也更生动[3].它可以通过展示一些工艺生产过程,从中活化工业区的历史感和真实感,同时也激发市民参与感和认同感,还可以作为艺术创作基地,开展一些作品展览活动.该模式的开发形式国内外都有先例.国外以德国鲁尔工业区的亨利钢铁厂和关税同盟煤炭焦化厂最为典型,国内以福建船政工业遗产的开发再利用为典型,而且现在青岛已经有了成功的实例[4],那就是青岛啤酒厂博物馆.但是青岛纺织业,曾经的“上青天”之一的青岛,至今却没有规模成型的纺织博物馆.因此,如何去开发青岛自己的纺织博物馆,展现当年青岛的纺织业的风采和纺织技术的先进流程,是摆在我们面前的当务之急.青岛国棉六厂始建于1921年,历史久远,当时由日本人建设,但是厂区内部的主要建筑物,却又是日本人模仿德国人的建筑设计手法而建,因此,建筑的历史价值和审美价值都比较高.另外建筑的质量非常好,有着100年前的地暖采暖系统,这在当时都是世界上最为先进的采暖方式.同时整个园区绿化系统完善,厂区有多处参天大树.更重要的是在青岛国棉六厂曾经有个历史人物的出现,她就是一位影响全国的劳动模范郝建秀.郝建秀在工作中摸索出一套高效、快捷、节约的工作法,这套工作法被有关部门命名为“郝建秀工作法”,该工作法推广以后,产生了巨大的经济效益.2003年3月郝建秀当选为全国政协副主席,成为国家领导人.正因为这所有的因素合在一起,青岛国棉六厂最适合成为青岛的纺织博物馆. 3.4创意产业开发模式 这种开发模式是国内外比较成熟的一种开发模式,因为大多数的工业建筑由于地处市中心,早期租金较便宜,更重要的是这些老厂房、旧仓库背后所积淀的工业文明和场地记忆,能够激发创作的灵感.加上厂房开阔宽敞的结构,可随意分隔组合,重新布局,受到艺术家等创意产业从业者的青睐.北京的798工厂和上海的M50创意产业园也是秉承了这种理念,一批全新的创意产业入驻,包括设计、出版、展示、演出、艺术家工作室等文化行业,也包括精品家居、时装、酒吧、餐饮等服务性行业.在对原有的历史文化遗留进行保护的前提下,他们将原有的工业厂房进行了重新定义、设计和改造,带来的是对于建筑和生活方式的创造性的理解,也为国内工业厂房的开发改造注入了新的理念.然而在青岛,这种模式并没有完好地复制下去,青岛的创意产业也比较发达,虽然现在的创意100———青岛的第一家创意产业基地,是由老建筑更新改造而来,但却不是纯粹的工业建筑改造.因此,在青岛也需要有这样的地方为这些喜欢放飞梦想的人提供创意空间,也为青岛的国棉厂提供可以继续保留发展的空间. 3.5综合功能开发模式 从整个区域来看,工业建筑往往成片集中建设,特殊的时代烙印使其可以作为整体展开复兴计划,即对一区域的工业遗产进行统一性开发,称之为综合开发模式.如德国鲁尔区工业遗产旅游一体化开发,它以19个工业遗产旅游景点、6个国家级博物馆、12个典型的工业聚落为一整体进行组合开发,从而形成了一条包含500个地点的25条专题游览线[5].纵观青岛的国棉厂,国棉一、二、三厂都位于青岛市四方区海岸路沿线,同时还包括杭州路四方机厂,规模都比较大,三厂区之间距离也比较近,而且几个厂区周边的居住环境现在并非十分的优越,因此这几个厂区非常容易进行综合开发.并且由于此区域缺少购物、休闲、娱乐的场地,也可以参照德国的奥伯豪森(Oberhausen)中心购物区(见图5),促使该地寻找一条振兴之路。 3.6住宅地产开发模式 这种开发模式是指在旧工厂原址或附近地块内打造精品住宅、人文社区,对已有的旧工业建筑进行景观式的改造与再利用,以此提高住宅的环境品质和审美趣味.此种模式以天津的玻璃厂的再生———万科水晶城为代表.目前,青岛市内旧工业厂区已经决定采用房地产开发模式改造的主要是国棉四厂,腾出的4.5hm2土地将建现代化住宅小区.但值得注意的是:目前青岛市的大部分地产开发模式都缺乏对历史文脉和人文因素的呼应,国棉四厂也是一样,现在的国棉四厂已经被拆成了一片平地,只是对原有旧工业建筑盲目地拆旧建新的过程的简单重复,但这毕竟为国棉四厂的再利用模式提供了另一种可能。 3.7科教文化产业模式 青岛市部分国棉厂所在的四方区在经济发展上,实施“工业立区、三产强区、科教兴区”战略.四方区内高校相对集中,除了海洋类科研机构外,制造业科研院所大都集中于此.同时四方区作为青岛市的老工业基地,在建设科技园区的同时,也完成了旧城改造.该方面的相关经验可以借鉴国外较成功的案例———德国鲁尔区多特蒙德市的措伦煤矿的再生与二次开发(见图8、图9)[5].德国鲁尔区多特蒙德市的措伦煤矿及其附属炼焦厂是德国第三个(2001年)被联合国教科文组织列为世界文化遗产的工业遗迹.在更新过程中,每个建筑都具有了新的功能,包括:老的动力机房中一部分被用做爱森大学的教学功能;另外一部分老的动力机房被利用为设计中心以及设计博物馆.所有这些举措都保证了煤矿工业遗产的持续性发展。 3.8物流集散中心开发模式 此类开发模式并不多见,笔者至今也未能找到与此模式吻合的相关案例.但依托青岛的地理位置优势,依托山东半岛蓝色经济区的发展和青岛的港通优势,这种模式完全有成功的可能.国棉七—九厂的位置本身就比较偏僻,但是交通方便,北接济青高速,青银高速,东靠青威高速,西邻胶州湾、青岛港和胶州湾高速,交通非常便利,而且工业建筑本身就有着房间跨度大的储存货物的优势,更甚至每个厂区也有着自己的仓库.因此,将现有的厂区改造成为青岛的物流集散中心便有着先天的优势,实现资金的利用率和建筑的使用效率一举两得. 4结束语 要让青岛市国棉厂的工业建筑遗产真正地通过再利用的方式得到保护并融入到活跃的社会生活中,成为一项具体、成功的改造实践,需要政府的宏观调控和开发商的资金支持,也需要社会各界的广泛参与.只有这样才能让青岛国棉厂的工业建筑遗产得以保留与再生。 纺织业论文:纺织业交联淀粉运用 1交联淀粉的制备 交联淀粉的制备原理是淀粉的醇羟基与具有两个或多个官能团的化学试剂进行反应,引起淀粉分子之间桥连,或分子之间形成交联,使不同淀粉分子的羟基间形成二醚键或酯键。淀粉经交联后生成立体网络结构的大分子,分子间的氢键转化为化学交联键,使得淀粉颗粒的强度增加,性能稳定,提高了糊化温度、黏度和抗剪切力。交联淀粉的抗酸、碱能力也大大优于原淀粉。交联淀粉的制备方法一般是在淀粉中加入氯化钠溶液搅拌,再加入氢氧化钠溶液,搅拌一段时间后,再加入一定量的交联剂。反应停止后用盐酸调节pH值,过滤,用无水乙醇洗涤,滤饼干燥,即得交联淀粉。交联剂一般采用环氧氯丙烷、三偏磷酸钠和三氯氧磷等[1]。淀粉经过交联以后再进行其他变性,或者先经过其他变性再进行交联变性,这种采用两种以上处理方法得到的淀粉称为复合交联变性淀粉,如氧化交联淀粉、酯化交联淀粉、醚化交联淀粉等。复合交联变性淀粉具有两种或多种变性淀粉的优点,克服了单一变性淀粉的某些缺陷,并可获取一些新的性质。复合交联淀粉属绿色化学品,因其性能优良、原料资源丰富、易降解等优点,近年来在纺织、造纸、食品、医药等领域得到广泛的应用。交联淀粉由于其耐酸、耐碱以及抗剪切能力强,应用非常广泛:在造纸工业中,可用作造纸助剂;在食品工业中,常用于罐头、冷冻、焙烘和干制食品,保持产品质量稳定,也可用于罐状或瓶装婴儿食品,以及用作水果和奶油馅饼的填充料;在医药方面,可用作外科手术用橡胶手套的润滑剂等[2]。 2交联淀粉在纺织工业中的应用 2.1用于经纱上浆 为降低经纱断头率、提高经纱的可织性及产品质量,必须对经纱进行上浆,赋予经纱更高的耐磨性,令毛羽贴伏,并尽可能地保持经纱原有的弹性。经纱上浆的目的在于提高经纱的可织性,在纱线表面形成保护性的浆膜,提高其耐磨性。并且,浆液能够渗透进入纱线内部,加强纤维之间的黏合力,使经纱的机械强度得到提高。淀粉经交联处理后再氧化得到交联氧化淀粉,其黏度稳定,耐热、耐剪切,能很好地满足纺织工业对浆液热稳定性的要求。专利CN101104642[3]用过氧化氢先对马铃薯淀粉进行氧化,然后再用交联剂环氧氯丙烷或氧氯化磷在氢氧化钠存在条件下进行交联反应,这种变性淀粉对棉和混纺纤维具有较强的黏结力,浆膜柔韧耐磨,浆液冷热稳定。专利CN200710025591[4]先通过氧化淀粉与有机硅偶联剂在较低温度下采取有机硅改性氧化淀粉,再用浆纱助剂形成交联结构,制得有机硅改性淀粉浆料。该项发明降低了成本,增进了有机硅改性淀粉与浆纱助剂之间的交联反应,增强了浆料中各组分之间及与纺织纱线间的结合力,延长了贮藏期,减少了环境污染。专利CN101676308[5]经接枝、交联和氧化等多元反应制备得到的多元变性蜡质淀粉,具有糊液黏度稳定性好、透明度高、抗剪切力强、水溶性高、冷冻稳定性和冻融稳定性好等特点,是良好的胶黏剂,可用于经纱上浆。目前,国内正大力进行浆料性能的提升与新品开发,主要方向就是使用高性能的交联变性淀粉。如专利CN200710016706[6]以环氧氯丙烷为交联剂,通过与淀粉的交联以及一系列反应后,可得到一种完全取代聚乙烯醇的交联变性淀粉,用于经纱上浆,具有分纱快、毛羽少、成本低且效率高等优点。可以看出,用于经纱上浆方面的报道很多,尤以专利为主,且多为交联氧化复合变性淀粉。目前,研究热点是制备工艺及其应用,对应用后退浆方面的研究几乎没有涉及,这将是今后研究中需注意的问题。另外,还要加大产品的开发推广,以拓展其在纺织领域的广泛应用。 2.2用作印花浆料 交联淀粉可作为碱性纺织印花浆料。印花浆料在加入印花色浆之前,一般先在水中溶胀,制成一定浓度的、稠厚的胶体溶液———印花原糊,是具有一定黏度的亲水性分散体系,可使印花色浆具有一定的黏度,防止渗化,从而保证花纹的轮廓光洁度;是印花色浆中染料、助剂或溶剂的分散介质和稀释剂,可使印花色浆中的各个组分均匀地分散在原糊中。交联淀粉作为印花浆料,既可作为色浆的增稠剂,使印花色浆具有一定的黏度,保证花纹轮廓清晰,当印花固色过程完成后便可从织物上除去;也可用作黏着剂,参与染料的固着,使色浆黏着在织物上不易脱落,成为印花的组成部分[7]28。用交联淀粉制成的印花浆料有一定的渗透性,使浆料能渗入织物内部。烘干后在织物表面形成一层有弹性、耐磨的薄膜。交联淀粉还可提供短流的、不成丝串状的浆液,与树胶混合使用时,可得到鲜明且良好的图形颜色接界。在印花浆料的碱性条件下,交联醚化淀粉可阻止黏度的变化。专利CN1563558[8]发明了一种黏度可调的复配变性淀粉,是一种羧甲基淀粉和交联-羧甲基淀粉复配得到的复合变性淀粉,可用于活性染料用的印花糊料。该复配变性淀粉黏度可调范围大,利于上浆和印花,可部分取代海藻酸钠糊料,能明显降低活性染料印花成本,其在水中的溶解性、热稳定性,与其他化学辅料的混溶性、糊料耐磨性等均较优良。交联淀粉还可作为染料的传递剂,起到载体的作用。印花时,染料通过由交联淀粉制成的原糊传递到织物上,烘干后在花纹处形成有色薄膜,汽蒸时染料再通过薄膜扩散到织物内部。此外,在印花过程中,以交联淀粉制成的印花浆料还可用作汽蒸时的吸湿剂和印花色浆的稳定剂,以及印花后抗泳移作用的匀染剂[7]28等。 2.3用作织物整理剂 手感是织物质量的重要指标。在织物的整理过程中,表面处理会很大程度上影响手感。天然淀粉整理会产生刚硬的手感,这是由淀粉薄膜的性质所决定的。经历漂洗的织物常用能促进手感的变性淀粉来整理,而使用交联淀粉得到的薄膜具有柔顺性,有利于改善织物的手感,得到耐久性的整理。另外,疏水性纤维如聚酯纤维,由于有很多疏水基团,用作衣料时吸汗性差,且容易吸附油污,产生静电,用交联淀粉与聚酯共聚物的混合物处理,可提高织物的吸水性、耐洗涤性及染色牢度等。河北科技大学研制的一项科技成果———酸化法生产羧甲基淀粉,通过交联、聚合、氧化等多途径改性,可用作织物的整理剂。 2.4用于污水处理 交联淀粉直接用于纺织或印染废水处理效果不是很好,一般多采用复合交联淀粉,如交联接枝淀粉、交联淀粉黄原酸酯、交联醚化淀粉等。应用复合交联淀粉处理废水,尤其是处理重金属离子,其效果非常理想。如季靓[9]通过交联、醚化、胺化、加成等步骤合成了二硫代氨基甲酸改性淀粉,具有优良的吸附重金属离子的能力。交联醚化淀粉由于含有阳离子基团,因而对废水具有很好的脱色效果。如姜应新[10]应用交联亚甲基二甲胺盐酸盐淀粉醚、交联新型季铵型阳离子淀粉进行染料(活性艳红KE-3B)废水絮凝性能研究,结果表明色度去除率均大于94.8%。专利CN101759808A[11]以淀粉为原料,通过复合酶制成多孔淀粉,再将多孔淀粉进行交联、醚化改性后,接枝不同的多胺分子,可得到多胺改性多孔淀粉。与多孔淀粉相比,产品吸附性能增强两倍以上,选择性高,可用于印染、纺织、化妆品行业等废水中多种染料及重金属离子的吸附处理。目前,有关交联淀粉或复合交联淀粉用于纺织废水的研究报道不多,但由于其可生物降解,属绿色化学品,用于纺织或印染废水处理极具优势,因此具有很大的潜力,是今后的研究热点之一。 2.5其他用途 除了上述应用外,随着研究工作的深入,交联淀粉在纺织工业中的一些其他应用不断被开发出来。如周向东[12]通过水溶性淀粉与磷酸氢钠作用得到淀粉磷酸酯盐反应型阻燃剂。利用封端基水性聚氨酯与阻燃剂及棉纤维在一定条件下发生交联反应,可赋予棉织物耐久的阻燃性能。专利CN1546530[13]发明了一种醚化-交联-预糊化三元复合变性淀粉。该发明产品通过对淀粉同时进行醚化、交联、预糊化变性的方法而制得,使其同时具有醚化、交联、预糊化淀粉的特性,可用于纺织工业的施胶剂。 3展望 我国淀粉资源非常丰富,交联变性淀粉在我国有着非常优越的物质基础和巨大的发展潜力。就纺织工业来讲,现在我国合成浆料的上浆性能远不能满足要求。随着纺织品质量的提高和出口量的增加,对交联淀粉等变性淀粉的质量要求更高。在纺织行业中推广使用低成本、高效率、污染小的新型复合变性淀粉浆料,以满足纺织行业快速发展和纺织品进出口的要求。总体来看,交联淀粉在纺织中的研究主要集中在经纱上浆方面,印花浆料方面的研究不多,用作织物整理剂的更少。主要存在的问题有:国内使用的印花染料总体质量不高、染料稳定性差、固色率低,用于印花的浆料新品研发不够等。交联淀粉绿色无污染,在污水处理方面极具发展潜力。此外,研究开发多功能的交联淀粉可提高织物的多种性能,更具发展前景,但目前这方面的报道几乎为零,应引起研究人员的注意。同时,还要注意产品的开发推广工作。相信随着研发工作的不断深入,有关交联淀粉的研究必将取得更多可喜的成果。 纺织业论文:纺织业废水氧化法处理策略 1纺织工业废水高级氧化法深度处理技术 1.1臭氧氧化 臭氧是一种强有力的氧化剂,它对除分散染料以外的所有染料废水都有脱色能力,能够氧化分解染料分子的发色或助色基团,生成相对分子质量较小的有机酸和醛类,从而达到去除色度的目的[1]。G.Ciardelli等[2]在实验室中试规模处理纺织工业废水的试验中发现,臭氧对废水色度的去除率为95%~99%,虽然处理出水中CODCr去除率最高只有60%,但将出水回用于染色工艺效果令人满意。张健俐等[3]用臭氧和活性炭组合工艺对淄博市某纺织企业的印染废水进行深度处理,当进水CODCr的质量浓度为80~100mg/L时,出水CODCr的质量浓度为6~10mg/L,可以满足该厂冷却水水质标准要求。A.Bes-Pia等[4]将臭氧作为纳滤的预处理工艺处理印染废水的生化出水,试验发现,当臭氧投加量为4g/h,氧化时间为60min时,CODCr去除率达43%,纳滤后电导率下降了65%以上,出水的各项指标均达到回用标准。H.Sel觭uk等[5]考察了臭氧氧化对纺织染整废水急性毒性、色度和溶解性CODCr的去除效果,在臭氧的质量浓度为129~200mg/L时,废水的急性毒性可降低80%~90%,色度去除率可达86%~96%,溶解性CODCr去除率可达33%~39%,总CODCr去除率可达57%~64%,处理后废水的CODCr浓度低于排放标准。In-SoungChang等[6]用臭氧-膜过滤组合工艺处理数码纺织印染废水,以臭氧作为预处理工艺,处理之后的废水经过超滤-反渗透工艺处理后可以达到废水排放和回用水水质标准(韩国双水质供水系统水质指导标准,CODCr的质量浓度小于20mg/L,色度小于20度)。臭氧对于染料废水的脱色效果十分明显,但臭氧并不能完全破坏所有染料的分子结构[7],因而对CODCr的去除效果比较差,较少被单独采用,可在臭氧氧化后进行活性炭吸附或膜过滤。由于臭氧在水中的溶解度较低,所以如何更有效地将臭氧溶于水是该技术研究的热点。另外,臭氧氧化产物毒性的研究和低成本臭氧发生器的开发,也是该技术在推广过程中需要解决的问题。 1.2Fenton氧化 Fenton试剂利用Fe2+作为H2O2的催化剂,生成具有强氧化性和反应活性的•OH,形成的•OH通过电子转移等途径使水中有机物被氧化分解成为小分子,同时Fe2+被氧化成Fe3+,产生混凝沉淀,将大量有机物凝结,从而去除。由于其极强的氧化能力,特别适合处理成分复杂(同时含有亲水性和疏水性染料)的染料废水。史红香等[8]对Fenton试剂氧化处理印染废水进行了研究,结果表明,在最佳条件下印染废水的色度去除率达到99%,CODCr去除率达到91%,出水CODCr的质量浓度达到61mg/L。顾晓扬等[9]研究了Fenton-曝气生物滤池(BAF)组合工艺处理酸性玫瑰红印染废水,结果表明,Fenton试剂预处理可去除色度和部分有机物,且可提高废水的可生化性,再通过后续BAF工艺可去除大部分有机物,最终可使出水色度低于20度,CODCr的质量浓度低于20mg/L,达到GB/T18920—2002《城市污水再生利用城市杂用水水质》标准。WangXiangying等[10]利用混凝-水解酸化-Fenton试剂氧化组合工艺处理牛仔服装洗水废水,CODCr、BOD5、SS和色度的去除率分别为95%、94%、97%和95%,出水可以达到GB4287—92《纺织染整工业污染物排放标准》的要求。王利平等[11]采用Fenton法对某印染废水处理厂二沉池出水进行深度处理,在最佳工艺条件下,对CODCr、TN、NH3-N、TP、色度的去除率分别为84%、27%、46%、75%和83%,出水水质达到了DB32/1072—2007《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值》的要求。FengF等[12]采用Fenton氧化-MBR组合工艺,对综合印染废水处理厂出水进行深度处理,经过Fenton氧化后,废水的TOC和色度平均去除率分别为39.3%和69.5%,氧化后的出水经过MBR处理后可以达到GB/T18920—2002的要求。Fenton氧化技术具有快速高效、可产生絮凝、设备简单、成本低、技术要求不高等优点,在纺织工业废水处理研究中应用较多。Fenton氧化技术存在的问题:H2O2在运输过程中分解,从而导致氧化效率降低;反应产生的沉淀物如处理不当,可能会导致二次污染。由于出水中常含有大量的铁离子,因而铁离子的固定化技术是今后Fenton氧化技术的重要发展方向。 1.3二氧化氯氧化 二氧化氯可以与许多直接染料和活性染料反应,在pH值小于或等于7时,二氧化氯的分解产物对染料的发色基团具有取代作用,并能与染料分子结构中的双键进行加成,破坏染料的发色基团和助色基团,从而达到脱色的目的。基于二氧化氯的这一性质,可将其用于处理印染废水。林大建等[13]利用二氧化氯作为强氧化剂对漂染废水中的有机物进行氧化分解,试验结果表明,对CODCr的去除率大于78%,对色度的去除率大于95%,水的循环利用率可达72%。苏玫舒等[14]研究了混凝-二氧化氯法对有机印染废水的处理效果,结果表明,在最佳工艺条件下,CODCr、BOD5、色度的平均去除率分别达到88.3%、91.8%、94.5%,出水符合GB8978—1988《污水综合排放标准》的要求。郑志军等[15]采用二氧化氯氧化-活性炭组合法处理印染废水,最终使印染废水的脱色率达到92.44%,处理后的废水指标符合GB4287—92的要求。曹向禹[16]采用二氧化氯催化氧化法对沉淀后的印染废水进行处理,在最佳的反应条件(二氧化氯投加量为100mg/L,催化剂投加量为1g/L,溶液pH值为6.5,反应时间为45min)下,氧化后的废水CODCr的质量浓度小于120mg/L,色度小于或等于40倍。二氧化氯对于印染废水中的染色助剂和洗涤剂等难降解物质的去除效果较差,因此,二氧化氯氧化法的发展方向是与混凝、气浮、吸附、过滤和生化法等组合,以满足深度处理和回用标准。 1.4光催化氧化 光催化氧化大多采用光敏半导体TiO2为催化剂,以太阳光为潜在的辐射源,激发半导体催化剂而产生空穴和电子对,空穴与水、电子与溶解氧反应,分别产生•OH和O2-,二者都具有很强的氧化还原作用,可以催化水中有机物的氧化和降解反应。当应用于纺织工业废水处理时,废水中的染料本身就是一种光敏化剂,在染料分子的协助下,催化剂可以被较长波长的光间接激发,扩展了其应用范围[17-18]。N.N.deBrito-Pelegrini等[19]使用TiO2对经过活性污泥法处理后的含有活性染料的印染废水二级出水进行深度处理。在最佳反应条件下,CODCr、BOD5、TOC和色度的去除率分别可达65%、40%、29.3%和92%。金亮基等[20]以钛酸四丁酯为钛源,Al2O3为载体对实际印染废水进行光催化降解研究。结果表明,光催化处理染料废水的最佳工艺条件为:pH值为4,催化剂投加量为6g/L,30W紫外灯光照1h,出水CODCr的质量浓度为46mg/L左右,色度接近0,水质达到印染厂回用标准。冯丽娜等[21]采用TiO2/活性炭负载体系对印染废水的生化处理出水进行深度处理,试验结果表明:在光照时间为30min,催化剂投加量为3g时,出水CODCr的质量浓度为50mg/L,色度为2倍左右,可以达到印染行业回用水标准。高永等[22]利用MBR-光催化氧化组合工艺处理某纺织园区综合废水,废水经MBR工艺处理后,大部分的CODCr、浊度和色度都被去除,出水的透光性大大提高,经光催化氧化后,出水水质可以达到GB18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级A排放标准和CJ/T48—1999《生活杂用水水质标准》的生活杂用水要求。L.S.Roselin等[23]使用ZnO作为光催化剂处理印染废水,试验结果表明,在太阳光照射下,经过2.5h光催化氧化处理,废水中的污染物质可以被完全去除,处理出水能够回用于染色工序。光氧化法深度处理印染废水脱色效果较高,但处理后TiO2难以回收且产生自由基的量子效率较低,设备投资和电耗还有待进一步改善。光催化技术未来的研究重点是廉价高活性催化剂的制备、分离回收及固定化,以及反应器的设计、光能利用率的提高和与超声波、微波等物理技术的联合应用。 1.5光电催化氧化 由于光催化反应中使用的催化剂二氧化钛为粉末状,在使用后很难从反应体系中分离,光催化剂受到光照射后产生的电子-空穴对复合概率较大,光子利用效率较低,光催化活性不高。为了解决以上不足,将TiO2粉末固定在导电的金属上,同时,将固定后的催化剂作为工作电极,采用外加恒电流或恒电位的方法迫使光致电子向对电极方向移动,从而与光致空穴发生分离。这种方法称为光电催化方法。光电催化技术能够减少电子空穴对的复合几率,提高光催化效率[24]。Y.S.Sohn等[25]使用TiO2纳米管对含有甲基橙的废水进行光电催化降解,在反应30min内,即可将溶液中浓度为40μmol/L的甲基橙完全降解。M.G.Neelavannan等[26]以TiO2作为工作电极,对含有染料的纺织废水进行光电催化降解研究,结果表明,经过7h的光电催化氧化,可以去除废水中90%的CODCr和全部的色度。卑圣金等[27]使用以负载改性纳米TiO2的活性炭颗粒为填充电极的三维光电催化反应装置,对活性染料染色废水进行原位光电脱色处理,脱色后的废水可以回用于织物的活性染料染色中。陈智栋等[28]采用等体积浸渍法制备了膨胀石墨负载锐钛矿型纳米TiO2,以NaCl作为支持电解质,对主要成分为活性蓝的印染废水进行光电协同处理后,脱色率达到99.3%,CODCr降低约93.1%。目前对光电催化技术的研究方向是高活性、高稳定光催化剂的制备,光电催化过程机理的深入研究以及新型反应器的开发。 1.6湿式催化氧化 湿式催化氧化是在高温、高压下,利用氧化剂将废水中的有机物氧化成无机物和水,从而达到去除污染物的目的。与常规方法相比,具有适用范围广,处理效率高,极少有二次污染,氧化速率快,可回收能量及有用物质等特点。S.Kim等[29]使用交联粘土作为载体,负载Al-Cu作为催化剂,在80℃常压条件下对含有活性染料的废水进行催化降解,在反应时间为20min时,活性染料可以被完全去除。MaHongzhu等[30]采用固相化学反应法制备了CuO-MoO3-P2O5催化剂,试验结果表明,制备的催化剂对含有亚甲蓝的染料废水具有较高的催化活性,在低温(35℃)常压下反应10min,亚甲蓝的去除率为99.26%,且催化剂在使用3次之后仍保持较高的催化活性。A.Santos等[31]使用商业活性炭作为催化剂,对纺织废水中发现的3种染料(橙黄G、亚甲蓝和亮绿),在160℃,压力16bar条件下,废水在很短的停留时间内就取得了完全脱色的效果。ZhangYang等[32]使用生物模板法制得了具有纳米管结构的多金属氧酸盐(Zn1.5PMo12O40)催化剂,该催化剂处理含有番红花红T的废水,在室温常压下反应40min,可以去除废水中98%的色度和95%的CODCr,反应后番红花红T被完全矿化为无机物(HCO3-、Cl-和NO3-等),TOC去除率为92%。BiXiaoyi等[33]以γ-Al2O3为载体,采用浸渍-沉淀法制备了CuOn-La2O3/γ-Al2O3催化剂,使用微波强化ClO2催化氧化处理含有活性艳黄染料的废水,结果表明,在最佳工艺条件下,废水脱色率可达92.24%。为染料废水的处理提供了一种行之有效的新方法。湿式氧化一般要求在高温高压的条件下进行,设备费用大,系统的一次性投资高,仅适于小流量高浓度的废水处理;且在氧化过程中可能会产生毒性较强的中间产物,在实际推广应用方面存在着一定的局限性。湿式氧化的发展趋势是制备在温和条件下具有较高催化活性的催化剂,解决催化剂的流失和失活问题。 1.7电化学处理 废水电解处理法是应用电解的基本原理,使废水中污染物回收净化的过程,包括直接电化学过程和间接电化学过程2个方面[34]。印染废水中的染料分子的降解主要是通过间接氧化过程。电化学处理法包括电化学氧化还原、电凝聚电气浮法、内电解、电渗析等方法。E.N.Leshem等[35]采用电化学氧化法处理纺织废水,并考察处理后的废水回用于各工艺的效果,结果表明,处理后的废水可以回用于深色染色工序和作为冲洗水,若回用于浅色染色工序,则需对染料浓度和助剂做调整。N.Mohan等[36]使用电化学法处理纺织废水,在电解产生的强电极电势物质的氧化下,废水中的CODCr大幅降低,处理后的废水可以回用于染色工序。S.Raghu等[37]采用电解-离子交换联合工艺处理纺织染料废水,该工艺能够高效地去除和降低废水中的色度、CODCr、铁离子、电导率、碱度和总溶解固体,经过处理后的废水水质可以满足纺织工业回用水标准。王宝宗等[38]采用内电解法对经过生化处理后仍不能达标的印染废水进行深度处理试验,结果表明:废水的色度去除率可达87.5%,CODCr的去除率也可达到50%~80%,处理后的出水完全达到GB8978—1996《污水综合排放标准》一级标准的要求。刘勇健等[39]利用铁炭微电解反应器对印染废水的深度处理进行了试验研究,工艺对CODCr的去除率均达到70%以上,色度去除率为99%,盐度达1000mg/L以下,硬度达220mg/L以下,出水水质达到印染废水的回用水质标准。电化学法能有效地破坏生物难降解有机物的稳定结构,使污染物彻底降解,无二次污染,但电能及电极材料耗量大,氧化过程中会产生有机氯副产物,处置不当会产生环境问题。电化学氧化法今后研究的核心内容为新型电催化阳极、电化学反应器和电化学氧化处理工艺的开发。 2结语 随着国家对环境保护力度的加大和纺织工业废水排放标准的提高,升级现有处理工艺或采用新工艺对废水进行深度处理,使其能够达标排放或进行循环利用,是目前我国纺织工业企业必须面对的问题。随着工艺和技术研究的不断成熟,在继续开发和研究新的低成本的深度处理高级氧化工艺的同时,一方面研究如何进一步提高氧化处理效率,消除不利因素影响,另一方面将高级氧化处理工艺与其它技术相结合,进行工艺改进和优化,使工艺和技术更加成熟,这样既可提高处理效果,又可降低处理成本,是今后纺织工业废水深度处理技术的研究发展方向。 纺织业论文:纺织业火花探测熄灭体系 1管道火花探测熄灭系统的工作原理 导致多数火灾的微小火花,经常在风管、气袋、砂光、刨床、干燥、升料斗、螺旋输送过程中产生,特别是粉尘的输送过程,如麻纺厂栉梳车间除尘系统、棉纺厂的清梳车间的除尘系统、粉尘收集及分离系统。火花探测及熄灭系统正是解决这些问题的最佳方案。应用火花探测和熄灭技术,预防在纺织粉尘操作系统中传输的火花和燃烧的余火可能形成的火灾和爆炸危险,是一种积极的预防技术,其功能需要一个或多个能源才能实现。火花探测熄灭系统即由火花探测头检测近红外能量,探测火花或余火的存在,发出警报,它们把警示信号传给控制台,然后由控制台处理信号并自动给出应对措施。接收到来自一个或多个传感器的警报信号,控制器立即开启连接下游喷水嘴的电磁阀,在检测点的下游喷水,熄灭火花或余火,对于不适合用水来灭火的,采用转换门或者阀门和防火拴来隔离原料流,或通过输出电压发出警报指令给CO2系统,系统的相关部分阀门同时关闭,让CO2进入并起作用。控制台是火花探测熄灭系统的核心。安装在工厂各个区域的火花传感器把所采集的信号都传给一个微处理器,并由它来处理,受到影响的区域的熄火装置将立即被显示出来,没有任何延时。对于一般的单一火花会立即被熄灭,但是如果探测到火花很多或长期的燃烧源,系统将会采取更进一步的措施,如关闭受影响的生产区域或机器,隔离或关闭材料传送等。从而避免火灾和爆炸的发生。 2纺织厂火花的来源 火花的产生主要有静电放电,如除尘管道里纤维材料与管道壁面或纤维材料与其他物体相摩擦时,往往会产生正负不同或电荷大小不同的静电,以及电磁火花,纤维与机械摩擦发热引燃纤维,纤维中含有铁钉、石块等杂质与机械碰撞引起火花,电器设备启动和关闭时,运转中电机电刷、各种电器元件的启闭,都有可能产生电火花。对于车间内在除尘系统外发生的火花,通常不会引起火灾,一般也不会引起较大火灾事故。但是这个火花如果没有被及时发现,并被吸尘管道吸入,在负压条件下,将进入隐燃状态。与这种情况类似的还有纺织厂的通风除尘系统的回风管道。其特点是燃烧并没有停止,处于无焰燃烧状态。当这个处于隐燃状态的阴火到达除尘室,由于气压回升到接近常压,将会恢复明火燃烧,而引起较大事故。在管道里的火花,隐蔽性很强,不易发现,夹杂在粉尘中输送,就相当于在输送连环爆炸,如果将火花探测头安装在除尘的管道上识别火花并立即发出灭除信号给控制器,控制器发出信号打开喷水熄灭系统,就能较完美的消除火灾和尘爆。 3管道火花探测熄灭系统的基本组成 管道火花探测熄灭系统一般由以下五部分组成。(1)火花探测器(火花识别装置)。探测火花或余火的存在。目前使用的火花探测头有三种型式。低温型的火花探测头使用于探测温度小于80℃的环境,探测视角是100°,一般探测使用环境温度在-40℃-+70℃之间。高温型的火花探测头,带光导纤维检索装置,使用探测温度小于350°,光纤探测角度70°,探测使用环境温度-40℃-+70℃之间,光纤使用环境温度在-40℃-+350℃之间。日光型的火花探测头,探测精度可调,探测视角100°,探头使用环境温度-40°-+60℃之间。(2)熄灭火花装置。喷水熄灭装置有一个快速启动的电磁阀和一个或多个喷射喷嘴组成。水是最好的灭火工具。它不仅易获得,而且它可以大量地吸收热量,具有良好的冷却性能,喷嘴喷出的水雾,同时也可以在粉尘间形成阻隔膜,防止粉尘的骤燃。为了得到最佳的灭火效果,水的覆盖面要尽可能大。这可以通过特殊的喷头和充足的水压力来实现的。提高装置的自动化程度,可以保证灭火用水量最小。装置设计时要注意避免由此而造成管道、过滤装置等的堵塞。(3)控制器(控制处理中心装置)。控制器就是火花探测熄灭系统的指挥部,这里需要存储并计算火花流产生的准确时间、火花流产生的准确位置、火花流严重程度的分析数据、灭火需要的时长、系统何时停止运行等,并立即发出警报,指令启动自动控制装置给出相应解决方案。(4)增压水装置:灭火装置的工作压力至少要7Bar。如果压力不足,需要连接一个增压单元。包括增压泵、蓄水罐、马达、压力开关和流量传感器等。(5)声/光报警装置。声光报警器通过声音和各种光来向人们发出示警信号,它的优点是不会引燃纺织厂里易燃易爆性粉尘,可以和国内外任何厂家的火灾报警控制器配套使用。当生产现场发生事故或火灾等紧急情况时,火灾报警控制器送来的控制信号启动声光报警电路,发出声和光报警信号,完成报警目的。系统示意图见图1。控制器、辅助传感器和喷嘴等都应使用经过认证,可以直接在粉尘存在区域使用的产品。 4管道火花探测熄灭的安装位置 火花探测熄灭系统是用来探测纺织物料输运过程中的纺织粉尘在被点燃之前的火花、灰烬和火焰,从而防止这些火源点被传播到下游的过程设备,如各种除尘器、粉尘分离器、粉尘收集器等。因此在纺织厂的粉尘除尘系统、粉尘过滤装置、粉尘收集装置等风力或机械输送系统,原料储存系统,过滤设备,其他危险的积尘环境,摩擦过程可能引起火花的地方,都可以布置安装火花探测熄灭系统。另外,在送回气流的管道上也需要安装火花探测熄灭系统。由于大量的纺织物料被收集在粉尘过滤系统,在某种特定环境下,允许把干净的气体回收到生产间。因为这种办法可以大大地节省热能。但是,火花也可能迅速地被带到生产区域,从而带来破坏性的后果。为保护这样的抽取系统,所有抽取管道和传送到竖井的管道都需要装备火花熄灭系统。安装上现代的火花熄灭系统,就可以迅速探测出火花和炽热灰烬。 5火灾探测熄灭系统在纺织行业的应用前景 目前,火花探测熄灭系统在我国密度纤维板生产领域应用比较广泛,在纺织工业企业中的应用却较少。因此,目前成熟的火花探测熄灭系统是否完全适应于纺织工业企业环境,还需要通过大量实验进行检验。也需要通过试验和实践去探索研究新的火花探测熄灭系统,其主要内容包括:了解不同纺织原材料的着火点,着火性质,开发普适性更好的火花探测器,确定火花报警控制器的报警阈值。了解不同环境中火花运动速度规律,为能及时熄灭火花准备一手资料。比较水喷雾熄灭与化学物质熄灭的性能,选择更合适的灭火剂。以及优化水喷雾时喷头布置;探求在不中断生产的情况下既保证熄灭火花或余火又不会造成纺织材料品质受影响的喷水量大小;研究适合于纺织工业企业环境中的成雾时间和水雾型式;传感器的最佳响应时间;一个控制器的最佳监控点数等等。另外,火花探测熄灭系统的火花探测器属于光敏元件,为了防止漏光造成火花探测熄灭系统的误启动和频繁启动,在管道上安装火花探测熄灭系统后一定要严格进行严密性检测,在常规检修、停产检修时,注意,这里也是检点。减少了火花探测熄灭系统因光线泄漏而造成的误启动和频繁启动,更牢固了该系统在防火防爆工作中的地位。火花探测熄灭系统在纺织工业企业中没有得到推广应用,还有一个原因就是标准和规范的缺失。目前,火花探测熄灭系统各组成部件生产采用的标准还是国外标准,国内没有统一标准,不仅亟需建立生产的国内标准,就是各部件安装的国内规范也没有,同样亟需建立。纺织品因种类不同,其着火点会不同,燃烧性能也不同,在标准、规范中要分别明确规定火花探测熄灭系统各部件的工作环境和性能以及安装要求等。另外,为了把火花探测熄灭系统在国内纺织工业粉尘爆炸防护与隔离中的作用充分发挥出来,其规范应纳入纺织工业企业粉尘防爆规范中,并强制执行。 6结语 本火花探测熄灭系统的最大优点是发现火花立即熄灭,与一般系统相比,其不同在于它能消除火灾根源,并且熄火后生产线可以继续运行,而不需要停止。这种特殊的性能正是该系统区别于一般的洒水系统、浸水系统、爆炸抑制系统等的地方。为彻底消除引发火灾和爆炸的隐患,为保护建筑物和设备往往还要采取一些有效措施,采用多种保护方案组合,所以即使安装了这种火花熄灭系统也不能忽视或拆掉那些防护设备。 纺织业论文:纺织业表面活性剂运用 1.表面活性剂 自20世纪40年代进入工业生产以来,表面活性剂获得了广泛的应用,被誉为“工业味精”。表面活性剂分子具有两亲性,在水溶液中极易富集于表面,从而显著改变溶液性质,且随着分子中亲水和亲油比例的不同、结构的不同,表现出的性质亦有差异。它们具有分散、润湿或抗黏、乳化或破乳、起泡或消泡以及增溶、洗涤、防腐和抗静电等一系列物理化学性能,这些基本性能对纺织、印染加工十分重要。据统计,纺织行业中用到的表面活性剂品种达到3000多种[1],纺织工艺生产过程,从散纤维的精制、纺丝、纺纱、织布、染色、印花和后整理等各工序,都离不开表面活性剂的应用。其作用是提高纺织品的质量,改善纱线的织造性能,缩短加工工期,因此表面活性剂对纺织行业的贡献很大。 2.表面活性剂在纺织工业中的应用 2.1洗净剂 洗净剂也称洗涤剂,在纤维纺织过程中应用广泛,如棉布的退浆和煮练、羊毛的脱脂和洗涤、生丝的脱胶、合成纤维的脱油、织物染色和印花后清除未固色的染料等工序,都使用洗净剂。其在水中具有乳化、润湿、起泡、胶溶和悬浮等性能,从而表现出显著的去污能力,且耐硬水,遇到钙、镁离子不会产生沉淀,在水中不产生游离碱,不会损伤丝、毛织物的强度,不仅能在碱性或中性溶液中使用,还可在酸性溶液中使用,洗涤过程快,用量少,低温也可洗涤[2,3]。由于阳离子表面活性剂会产生静电吸附,导致表面活性剂的疏水基向着水溶液,分散后的污垢容易再沾污到织物表面,这样对于织物净洗极为不利。因而,作为洗涤用的表面活性剂多用非离子、阴离子和两性离子[4]。其中十二烷基苯磺酸钠(LAS)用得较多,但是由于其泡沫多,刺激性大,有一定致畸性,且耐强碱性差,生物降解性能相对较差,而逐步被脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐(AES)、仲烷基磺酸盐(SAS)、α-烯烃磺酸钠(AOS)、α-磺基脂肪酸甲酯钠盐(MES)、脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸盐(AEC),以及新型产品茶皂素、多肽基表面活性剂代替[5]。 2.2匀染剂和分散剂 避免染色不均匀或染斑,是印染工艺的主要任务之一。匀染剂是指染色中能延缓染料上染纤维速度(缓染),并能使染料在纤维上从高浓度的部位转移到低浓度的部位(移染),从而避免出现深浅不均和色斑现象,并且不降低染色坚牢度的一类助剂。表面活性剂可以增加染料的溶解度,增强其纤维上的渗透力和附着力,增强其色泽和提高纺织品的耐洗度。某些阴离子表面活性剂,如烷基磺酸钠、高级脂肪醇硫酸钠盐等,可用作天然纤维、锦纶纤维的亲纤维型匀染剂。高级脂肪醇聚氧乙烯醚等非离子表面活性剂主要用于还原染色,也可用于分散染料、直接染料的染色。苏喜春等人[6]在进行羊毛染色实验中发现,十八烷基胺聚氧乙烯醚硫酸酯钠盐能显著改善弱酸性艳蓝RAW对羊毛的匀染性和润湿性能,浓度越大,匀染性越好。现在匀染效果较好的匀染剂是各种阴离子表面活性剂的复配体系,或阴离子和非离子表面活性剂的复配体系。分散剂是染料加工和染料应用中不可缺少的助剂,分散剂在染色中具有两个主要特殊作用:一是拆开聚集离子的反絮凝作用;二是保持分散粒子稳定的能力。有的分散剂本身就兼有分散性和移染性等多种作用,既可作为染料加工用扩散剂,又可作为印染中的匀染剂。当前使用的分散剂中,以阴离子型表面活性剂为主,主要有萘磺酸盐甲醛缩合物和木质素磺酸盐等;其次是壬基酚聚氧乙烯醚等非离子型表面活性剂,后者常与其他类型表面活性剂复配使用。阳离子型和两性型表面活性剂在应用上有一定的局限性。随着各种新型染色技术的逐步成熟,比如微波染色[7]、泡沫染色、数码印花[8]和超临界流体染色[9]等,对匀染剂和分散剂提出了更高的要求。 2.3柔软剂 织物在印染和整理前,一般需经练漂等前处理,会使织物产生比较粗糙的手感。为使织物具有持久的滑爽柔软手感,就需使用柔软剂,大部分柔软剂属于表面活性剂。阴离子柔软剂应用较早,但由于纤维在水中带有负电荷,所以不易被纤维吸附,因此柔软效果较弱。由于对纤维的吸附性弱,则易于清洗除去,因此有的品种适用于纺织油剂中柔软组分,主要有磺基琥珀酸酯和蓖麻油硫酸化物等。非离子型柔软剂的手感和阴离子近似,不会使染料变色,能与阴离子型或阳离子型柔软剂合用,但对纤维的吸附性不好,耐久性低,并且对于合成纤维几乎没有作用,主要应用于纤维素纤维的后整理和在合成纤维油剂中做柔软和平滑组分。其中以季戊四醇脂肪酸酯和失水山梨糖醇脂肪酸单酯这两类最重要,柔软效果在松软和发涩之间,能大大降低纤维素纤维和合成纤维的摩擦系数。阳离子表面活性剂和各种纤维结合的能力强,能耐高温和经受洗涤,耐久性强,用于整理织物可获得丰满的手感和滑爽感,使合成纤维具有一定的抗静电效果和良好的杀菌和消毒能力,并能赋予纤维很好的柔软效果,是目前最为重要、使用最广泛的柔软剂。阳离子表面活性剂目前绝大多数仍为含氮化合物,常用类型有叔胺盐类和季铵盐类。其中叔胺盐类只在酸性介质中呈阳离子性,而季铵盐类在任何介质内均呈阳离子性,是应用最广的一类[10]。双十八烷基二甲基季铵盐是柔软性能突出的织物柔软剂,用量仅0.1%~0.2%就能获得理想的效果,还有润湿和抗静电作用,但较大、生物降解困难;双氢化牛油基二甲基氯化铵作为柔软剂,虽有优良的柔软效果,但存在抗静电性差、生物降解性差,易在污水处理中被污泥吸收而污染农田。取而代之的新一代绿色产品大多是含有酯基或酰胺基或羟基等亲水性基团的表面活性剂,极易被微生物分解为C18、C16脂肪酸和较小的阳离子代谢物,对环境损害小。 2.4抗静电剂 为消除或防止纺织过程中各工序产生的静电和在织物整理工序时或过程中的静电,必须使用抗静电剂。其作用主要在于使纤维的表面具有吸湿性和离子性,从而降低纤维的绝缘性,提高导电度,并能中和电荷,达到消除或防止静电产生的目的。表面活性剂中,阴离子型抗静电剂的品种是最多的。油脂、脂肪酸和高碳脂肪醇等的硫酸化物,既有抗静电性能,也有柔软、润滑和乳化性能。其中以烷基磺酸,尤其是铵盐、乙醇胺盐等抗静电效力较高。不过,在阴离子型抗静电剂中,以烷基酚聚氧乙烯醚硫酸酯类效果较佳。一般阳离子型表面活性剂不仅是效力较高的抗静电剂,而且具有优良的滑爽柔软性和纤维附着性。其缺点是能使染料变色,耐晒牢度降低,不能和阴离子型表面活性剂合用,腐蚀金属,毒性强,对皮肤有刺激性等,故使用受到限制,很少用于油剂,而主要用于织物的整理。用作抗静电剂的阳离子型表面活性剂主要是季铵化合物和脂肪酸酰胺两大类。甜菜碱型两性表面活性剂除具有良好的抗静电作用外,还有润滑、乳化和分散作用。非离子表面活性剂吸湿性强,能用于纤维的低湿状况。它们一般对于染料染色性能不发生影响,可在较宽范围内调整黏度,其毒性小,对皮肤刺激性小,所以被广泛使用,是合成油剂的重要组分。非离子型抗静电剂主要类型是脂肪醇聚氧乙烯醚和脂肪酸聚乙二醇酯等。 2.5渗透剂和润湿剂 渗透剂和润湿剂是促进纤维或织物表面快速地被水润湿,并向纤维内部渗透的助剂。能使液体渗透或加速深入孔性固体内的表面活性剂称为渗透剂。渗透的前提是必先润湿才能吸附。润湿就是指液体与固体接触后,液体在固体表面铺展的程度。因此,渗透剂和润湿剂不仅用于退浆、煮炼、丝光和漂白等前处理工序,并且广泛应用于印花和后整理工序。对于渗透剂和润湿剂的特性要求是:1)能耐硬水及碱;2)渗透性强,能缩短工时;3)经其处理后的织物毛细管效应改进显著。阳离子表面活性剂不适于作润湿剂,因为它们会吸附在纤维上阻碍润湿。两性型表面活性剂在应用上有一定的局限性。因而,用作渗透剂与润湿剂的表面活性剂主要有阴离子和非离子表面活性剂。此外,在纺织工业中,表面活性剂还可用作精练剂、乳化剂、发泡剂、平滑剂、固色剂和防水剂等被使用。 3.表面活性剂在纺织工业中的发展 3.1高分子表面活性剂 所谓高分子表面活性剂是指相对分子质量在数千以上,且具有表面活性的物质,是一种新型的很有发展前途的表面活性剂,它能形成胶束把染料分子包裹起来,在某种条件下控制染料分子慢慢释放,起到匀染效果,在纺织工业中应用广泛。其中,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)是由N-乙烯基吡咯烷酮经聚合而成的线性高分子聚合物。PVP以其良好的络合能力、生物相容性、低毒性、高分子表面活性、胶体保护能力以及与其他化合物良好的复配能力,被广泛用作纺织助剂[11]。高分子表面活性剂的合成成为近年来表面活性剂合成研究的热点课题之一。但是,在不断开发新型产品以及探索研究其结构与性能之间的关系等方面,尚有许多基础性的工作,有待进一步研究。因此,研究其结构与性能的关系,重视新型高分子表面活性剂的研究与开发,合成高分子量和高表面活性的聚合物具有重要的理论和应用价值。此外,开发低廉、无毒、无污染和一剂多效的高分子表面活性剂将是今后高分子表面活性剂的研究趋势。 3.2元素表面活性剂 含有氟、硅、磷和硼等元素的表面活性剂称为元素表面活性剂。由于氟、硅、磷和硼等元素的引入而赋予表面活性剂更独特、优异的性能。其中含氟表面活性剂与普通表面活性剂相比,无毒或毒性非常小,它们具有高表面活性、高耐热稳定性、高化学稳定性和憎水憎油等优良而独特的性能。在纺织工业中,含氟织物整理剂主要用作织物防水防油整理剂、防污、滑爽及耐洗整理剂和纤维加工剂等[12],经其整理后的纺织品具有多种优异的性能,因而倍受国内外市场的关注和欢迎。美国3M公司配制的Scotchgard(全氟羧酸铬络合物)及全氟烷基丙烯酸酯共聚体具有优异的防水、防油性能,且耐洗涤,织物手感柔软。以氟表面活性剂代替传统织物净洗剂氯乙烯可减少蛋白质纤维对水的吸收,从而避免了以往因过热干燥而导致的纤维强度下降的缺点[13]。含硅表面活性剂是随着有机硅新型材料发展起来的一种新型表面活性剂,不仅具有耐高温、耐气侯老化、无毒、无腐蚀及较高生理惰性等特点,还具有优良的降低表面张力的性能,是仅次于含氟表面活性剂的特殊表面活性剂品种。在纺织行业,含硅表面活性剂赋予纺织品柔软、滑爽手感及抗菌防霉、抗静电、亲水和防水等特殊功能。至少含有一个羟苯基取代的聚二有机硅烷与等量苯酚混合可作纺织纤维的润滑剂[14];含环氧基的硅整理剂可赋予织物良好的手感,抑制泛黄以及提高织物的吸水性;含铵基的表面活性剂还有较强的杀菌能力,对人体呈生理惰性,不刺激皮肤,整理后的织物手感较好。聚硅醚类表面活性剂,在不同温度范围内,既可用作消泡剂,也可用作稳泡剂,具有重要的应用价值;用聚硅氧烷与烷基糖苷配比为0.5∶1.0~10∶1.0的乳液对印染后的涤(或涤/棉、涤/毛)织物进行整理,在保持原来的柔软度基础上,进一步提高了耐洗牢度。以磷酸酯表面活性剂为代表的含磷表面活性剂在化纤工业中已作为高效抗静电剂、润湿剂和乳化剂。其中烷基磷酸酯是很有前途的一种,可在前处理过程中用作精炼剂、渗透剂,其去污力优于牛油醇硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠和烷基酚聚氧乙烯醚。有机硼表面活性剂是一种半极性的化合物,是由具有邻羟基的多元醇、低碳醇的硼酸三酯和某些脂肪酸所合成的。通常为非离子型,碱性介质中重排为阴离子型。含硼表面活性剂高温下极稳定,可以水解,具有优良的表面活性、抗静电性及抗菌性,毒性较低,其用途还在进一步研究当中。 3.3Gemini表面活性剂 此类表面活性剂是通过一个联接基将两个传统表面活性剂分子在其亲水头基或接近亲水头基处连接在一起而形成的一类新型表面活性剂。与传统表面活性剂相比,阳离子Gemini表面活性剂具有显著的缓染作用,可作为一种新型缓染剂应用于纤维染色[15]。众所周知,阴离子表面活性剂用于洗涤剂有一定的毒性和对皮肤有一定的刺激性,且对酶会产生失活作用。而非离子Gemini表面活性剂可作为乳化剂产生O/W乳液,以便在低浓度下即产生更好的洗涤效果,且Gemini表面活性剂与传统表面活性剂的协同作用强于传统表面活性剂间的协同作用。如向阴离子表面活性剂溶液中加入极少量的非离子Gemini表面活性剂,就可使溶液中自由阴离子表面活性剂的浓度降低1个数量级以上,因此可显著消除阴离子表面活性剂的负面效应和改善洗涤效率。而两性Gemini表面活性剂是温和的多功能表面活性剂,在特定的应用中仅需添加少量到表面活性剂混合物中就可显著改善配方性能[16]。目前,由于Gemini表面活性剂的售价较高,因此尚难以大规模用于洗涤剂工业,采用较多的方式是将Gemini表面活性剂与传统表面活性剂复配使用。 4.结语 表面活性剂在纺织工业中应用广泛,其技术作用和经济价值都相当大,是不可缺少的重要助剂。近年来,许多具有特殊化学结构的功能性表面活性剂以及绿色表面活性剂等应运而生,可为纺织生产提供更适宜、更高效的化学助剂,同时,纺织工业的发展也不断拓展了表面活性剂的应用领域。相信随着社会的发展和科学的进步,表面活性剂在纺织工业的应用中将发挥更加重要的作用。 纺织业论文:纺织业厂房支撑构造 一、纺织工业轻型钢结构厂房的特点 钢结构一般分为普通钢结构和轻钢结构,它们之间并无明显的界限。其计算规则都是一样的。所谓轻钢结构,一般是结构荷载较小,结构杆件也较小,构件壁厚较薄的一类结构,一般采用门式钢架、屋架和网架为主要承重结构。正因为轻钢结构上作用的荷载较小,所以,使得结构效应产生的内力一般较小,这就使得结构的强度往往不成问题,而由于构件断面较小,截面惯性距较小,使得结构的刚度也随着减小,结构的整体和局部稳定成为在设计中必须引起重视的主要问题。这就是轻钢结构自己的特点。了解了这个特点,我们就可以采取相应的措施,比如可以采用增加支撑和拉条,以满足杆件的长细比要求,增设加劲肋以满足构件的局部稳定等。 二、门式刚架结构支撑结构的特点 门式刚架轻型房屋,其结构一般由主骨架和支撑系统构成,支撑结构包括:1)墙架;2)檩条等;支撑系统包括:1)刚架柱之间的垂直支承;2)刚架梁之间的水平支撑;3)刚性系杆、拉条;4)隅撑等; 三、檩条的设计 1、檩条作用:承担屋面荷载,并将其传给刚架。檩条还通过螺栓与每榀刚架连接起来,与墙架梁一起与刚架形成空间结构。2、檩条的形式:实腹式檩条、空腹式檩条、格构式檩条。3、截面高度的确定:实腹式檩条的截面高度H,一般取跨度的1/35~l/50;桁架式檩条的截面高度H,一般取跨度的1/12~1/20。4、截面宽度的确定:实腹式檩条的截面宽度B,由截面高度H所选的型钢规格确定,空间桁架式檩条上弦的总宽度B,取截面总高度的1/1.5~1/2.O5、檩条荷载1)恒荷载屋面材料重量、支撑及檩条结构自重2)活荷载屋面均布活荷载、雪荷载、积灰荷载和风荷载,当采用压型钢板轻型屋面时,屋面竖向均布活荷载的标准值(按水平投影面积计算)应取0.50KN/m2。6、檩条的布置、连接与构造檩条在屋架(刚架)上的布置和搁置1)为使屋架上弦杆不产生弯距,檩条宜位于屋架上弦节点处,当采用内天沟时,边檩应尽量靠近天沟。2)实腹式檩条的截面均宜垂直于屋面坡面,对槽钢和z型钢檩条,宜将上翼缘肢尖(或卷边)朝向屋脊方向,以减小屋面荷载偏心而引起的扭距。3)桁架式檩条的上弦杆宜垂直于屋架上弦杆,而腹杆和下弦杆宜垂直于地面。4)脊檩方案:一般应采用双檩方案,屋脊檩条可采用槽钢、角钢或圆钢市目连。檩条与屋面的连接檩条与屋面应可靠连接,以保证屋面能起阻止檩条侧向失稳和扭转的作用,这对一般不需要验算整体稳定性的实腹式檩条尤为重要。檩条与压型钢板屋面的连接,宜采用带橡胶垫圈的自攻螺钉。檩条与刚架的连接檩条端部与刚架的连接应能阻止檩条端部截面的扭转,以增强其整体稳定性。1)实腹式檩条与刚架的连接处可设置角钢檩托,以防止檩条在支座处的扭转变形和倾覆。檩条端部与檩托的连接螺栓应不少于2个,并沿檩条高度方向设置。螺栓直径根据檩条的截面大小,取M12~M16。2)桁架式檩条一般用螺栓直接与屋架上弦连接檩条的拉条和撑竿1)拉条的设置:檩条的拉条设置与是否主要和檩条的侧向刚度有关,对于侧向刚度较大的轻型H型钢钢和空间桁架式檩条一般可不设拉条。对于侧向刚度较差的实腹时和平面桁架式檩条,为了减小檩条在安装和使用阶段的侧向变形和扭转,保证其整体稳定性,一般需在檩条间设置拉条,作为侧向支撑点。当檩条跨度≤4m时,可按计算要求确定是否需要设置拉条;当屋面坡度i 1/10,檩条跨度 4时,宜在檩条的跨中位置设置一道拉条;当跨度 6m时,宜在檩条跨度三分点处各设一道拉条或撑竿,在檐口处还应设置斜拉条和撑竿。拉条的直径为8一12mm,根据荷载和檩距大小取用。2)撑竿的设置檩条撑竿的作用主要是限制檐檩和天窗缺口处边檩向上或向下两个方向的侧向弯曲。撑竿的长细比按压杆要求入≤220,可采用钢管、方管或角钢做成。目前也有采用钢管内设拉条的做法,它的构造简单。撑竿处应同时设置斜拉条。3)拉条和撑竿的连接斜拉条与檩条腹板的连接处一般应予弯折,弯折的直段长度不宜过大,以免受力后发生局部弯曲。斜拉条弯折点距腹板边距宜为10~15mm,如条件许可,斜拉条可不弯折,而采用斜垫板或角钢连接。 四、屋面支撑与柱间支撑的确定: 1)支撑的作用主要是保证结构体系成为空间体系,有足够的空间刚度,2)支撑所受力主要是风载和地震作用,温度作用;3)计算支撑内力时一般假定节点为铰接,并忽略偏心的影响,并且一般的支撑都是按拉杆考虑,所以,一般适宜双向布置。1.屋面支撑屋面支撑受力较小,杆件截面通常可按容许长细比来选择。交叉斜杆和柔性细杆按拉杆设计,可采用单角钢;非交叉斜杆、弦杆、竖杆以及刚性系杆按压杆设计,可采用双角钢组成十字形或T形截面。当屋架跨度较大、房屋较高且基本风压也较大时,杆件截面应按桁架体系计算出的内力确定。计算支撑杆件内力时,可假定在水平荷载作用下,交叉斜杆中的压杆退出工作,仅由拉杆受力。2.柱间支撑对厂房来说:分为上层支撑和下层支撑上层支撑计算时,为避免由于支撑刚度过大而引起较大的温度应力,支撑腹杆按柔性拉杆计算。交叉体系的下层支撑当吊车较小时一般用圆钢,较大时通常采用角钢或槽钢。交叉斜杆常按拉杆设计,但为了提高厂房的纵向刚度,当吊车较大时,应按压杆设计。 五、隅撑的作用与设置 隅撑的作用主要是阻止梁的下翼缘及柱的内侧翼缘失稳。并在设计计算中作为减少梁柱的平面外计算长度的最不利侧向支撑间的最大间距。隅撑之所以要设,是因为刚架斜梁的受力的变化。在恒荷载和活荷载等荷载组合作用下,一般的梁受力是上翼缘受压,下翼缘受拉,这样檩条与钢梁的有效连接为梁上翼缘的稳定提供了可靠的支撑。所以一般情况下梁的平面外计算长度取两倍的檩条间距。上翼缘的稳定可以保证。但是在受到风吸力荷载作用时时,下翼缘受压,上翼缘受拉,这样下翼缘的稳定性没有可靠的平面外支撑,因此在梁的下翼缘上加设隅撑给钢梁的下翼缘提供支撑。隅撑一边与梁的下翼缘连接,一边与檩条连接。隅撑的做法可以详见门式刚架的规范。研究表明,门式刚架的破坏和倒塌在很多情况下是由受压最大的翼缘屈曲引起的,而斜梁下翼缘与刚架柱的相交处压应力最大,是结构的关键部位。本规程规定,“在檐口位置,刚架斜梁与柱内翼缘交接点附近的檩条和墙梁处应各设置一道隅撑”,就是为了确保该处的稳定性。此外,还规定在斜梁下翼缘受压区均应设置隅撑,其间距不得大于相应受压翼缘宽度的16(235/f3,)1/2倍。该规定便于执行,也便于施工质量检查。若翼缘宽度较窄,理所当然地应使隅撑间距减小。规程还特别规定,当斜梁下翼缘不设隅撑时,应采取保证刚架稳定的可靠措施,如设置刚性撑杆或加大截面等。这就较好地保证了结构的安全。至于柱的隅撑,应根据具体情况设置。当柱高较大时,要求分段进行平面外稳定性验算,一道隅撑通常是不够的,此时一般应设几道隅撑。 纺织业论文:纺织业建筑设计问题分析 一、环境设计问题 工业建筑的环境设计包括厂房内部环境(内环境)设计和厂区环境(外环境)设计。内环境设计包括厂房的采光、通风、保温、空间效果等,由于纺织工业的特殊性,工艺上对温度、湿度有严格要求,有较大的空调需要量,传统的锯齿厂房是自然采光、空间大,但空调需要量大、耗能大。现在一般采用钢结构无窗厂房,做轻钢龙骨矿棉板吊顶,可以节省空调用量,但吊顶高度一般只满足工艺要求,当厂房空间较大时吊顶高度如只满足工艺要求,则车间产生压抑的感觉,这就需要建筑专业和空调专业沟通交流以确定一个较为合理的方案。外环境包括环境治理和建筑环境两大方面。环境治理指对废气、废水、噪声、烟尘等污染环境的因素予以治理的设计。在过去的设计中,对环境治理是较为重视的,尽管有时受投资的限制,个别工厂的环境治理尚不够理想,单从设计角度看还是尽心尽力了。建筑环境包括群体布局、空间组织、形体协调、景观配置、厂区绿化以及色彩处理等多方面的内容。从建筑专业的角度和现代人类工程学的高度来看,上述这些方面应该是外环境设计的极为重要的内容。工厂环境的好坏已不仅仅是美观的事情,也不仅仅是关系劳动者精神、情操和健康的问题,而且还是提高工作效率、改进产品质量和衡量工厂管理水平等深层次的问题。未来工业建筑的发展方向应该是更加人性化。纺织工业是劳动密集型产业,更应注意对工厂外环境的处理。然而,由于长期以来,我国的工业建筑设计院内部的运行机制是以工艺专业为主体,建筑、结构、水、暖、电等专业为从属的多工种配合进行的。在厂区的环境设计而言,往往是以工艺专业为主体,以如何组织好工艺生产流程和交通运输路线为主,而建筑师的任务只是各单体建筑物和构筑物的具体设计。尽管在设计中对建筑布局、结构选型、建筑立面色彩等方面予以统一协调处理,而对整个厂区的空间组织、形体协调、景观配置、建筑立意和厂区绿化等诸多重要方面却无能为力,因此,对营造工业建筑中的人性化环境、文化环境、生态环境等无法付诸实施。 二、纺织厂房漏水结露的问题 新型金属压型板屋面具有造型美观、施工工期短、环保可回收率高、跨度大等多项优势,因此被越来越多的纺织项目采用。纺织车间一般要求温度在20-30oC、湿度在65-85%,我国北方地区冬季气温寒冷,最低气温多在-5oC以下。由于室内外温差大、湿度高,设计和施工稍有疏漏就可能冷凝结露,影响生产。施工时无接头、大长度屋面板施工难度之高,保温层的保温性能之严格都是空前的。两个方面成功与否决定纺织车间的成败。一旦产生漏水、结露几乎无法弥补,近两年已有多个这样的工程事故,损失相当惨重。由于屋面板整坡无接头长度较大,只能现场制作。多数是把设备架到屋檐高度,直接把彩钢板出到屋顶上。但纺织车间多数有几百米长,压板机是固定在一个部位,从压板处把彩钢板运到其他部位,多数施工单位完全用人工搬运,经常遇到划伤、折断等问题,这就为厂房日后的使用埋下了隐患,时间稍长后,经过风吹雨淋这些部位可能就会发生渗漏,这就需要提高施工工艺。如把彩钢板搬到利用C型钢做导轨的特制小车上,小车沿着C型钢走,数个小车把彩钢板托起来,再用人工推着小车运送到指定位置,有效解决了以上的问题。现在针对金属压型板屋顶结露原因分析如下: 1、设计保温层厚度不足热核计算所用的热阻数值是在实验室中检测得到的,能反映不同保温材料的保温性能。在实际应用中要考虑到多方面的因素,如保温材料的特性、储存的状态、施工时可能产生的缝隙等,因此热核计算出的保温材料厚度若直接应用到工程中就可能导致产生结露。 2.安装过程中的细部构造处理不当导致产生冷桥合理的保温结构设计应当使保温层任何部位都不产生冷桥,然而由于所用保温材料的特性,导致在设计和施工中稍有疏忽某些部位就会产生冷桥。室外冷气从冷桥处传入室内,此处屋顶室内表面温度就要低于露点温度,恒温、高湿的环境时就产生了冷凝结露问题。因安装而产生的冷桥一般有以下两种:a)保温材料安装缝隙产生的冷桥大部分金属压型板屋顶保温层都是由许多独立的保温材料拼装成的,拼装缝隙的处理不当就是冷桥。在固定保温材料时所用自攻钉产生冷桥。b)、玻璃丝棉保温层安装固定时的压缩冷桥c)、保温材料的隔气层隔气性能差下面就以某工程保温层(玻璃丝棉)结构设计为例讨论如何解决这些问题:选择合适的金属压型板板型,相邻两块板的连接成180o咬合;确定玻璃丝棉的厚度与错缝结构,必须保证任何部位的含棉量不低于最小含棉量,玻璃棉错缝结构弥补了客观存在安装缝隙的缺陷,保证了任何缝隙处的最小热阻值。加高的支架和支架垫块把金属压型板和檩条之间支撑开,这种结构达到一定厚度时,就能保证檩条处的最小热阻值。保温支架能有效地阻止从固定支架自攻钉传入室内的冷气。W38贴面锁缝工艺能有效地隔断湿气对保温层的影响。总之,通过完善细部构造,再加上科学地选择玻璃丝棉的规格和厚度(包括檩条处的最小厚度),就能有效解决金属压型板屋面纺织建筑结露的难题。 纺织业论文:纺织业生物技术的运用 1.生物技术在新型纺织纤维开发上的应用 将现代生物技术巧妙的运用于纺织纤维的开发方面,不仅能有效的改进现有纺织原料存在的不足,还可根据需要开发出适合纺织生产的新型纺织纤维,为纺织原料的研发开辟新的途径。 1.1天然彩色棉纤维 天然彩色棉纤维是美国科学家利用基因改性技术开发出的一种新型棉花品种,其开发的原理是将彩色基因移植到白棉DNA中进而获得具有天然色彩的彩棉纤维,我国也已经成功的培育出多种彩棉品种,并在新疆、河南等省区有大面积种植。目前已有棕色、绿色两种性能稳定、可纺性强的彩棉纤维投入到纺织生产中,并利用这两种纤维开发出了品种丰富的彩棉系列产品,其中包括彩棉纯纺纱、彩棉与其它纤维混纺纱、彩棉机织物、针织物、服装、高档内衣、床上用品等。。彩棉产品因具有天然色泽,可省去染色、印花等工序,减少了污水的排放和能源的消耗,产品也不会残留偶氮染料等有害物质,因而被普遍认为是理想的生态纺织品,另外彩棉系列产品也是纺织业冲破“绿色壁垒”、提高出口创汇的重要产品之一。基于彩棉纤维与生俱来的生态环保特性,其产品一问世便受到了消费者的普遍青睐。 1.2抗虫棉 棉的生长极易受到虫害尤其是棉铃虫的侵袭。通常的做法是施农药,而农药会对环境及棉本身造成危害。现在已找到了一种有毒基因,将这种基因转入棉体内,培植出的棉具有抵抗棉铃虫的能力。中国农科院等单位将苏芸金杆菌的毒蛋白基因转入棉细胞内,培育出了十多个抗虫棉品种,这种棉能产生一种对抗鳞翅目昆虫的毒素,抗棉铃虫能力达80%以上。此外,转基因抗蚜虫棉,转基因抗虫又抗病棉也相继培育成功,已在我国实验推广。 1.3其它新型棉纤维 利用现代生物技术的基因工程技术可向棉纤维中引入其它成分,形成天然多成分棉,改善棉纤维的性能。如生产在棉纤维中腔内具有可生物降解的聚酯内芯,生产天然的涤棉混合纤维;引入动物纤维蛋白,从而形成含动物纤维的天然多成分棉,对改善棉纤维自身的不足,提高棉纤维的性能有很大贡献;从大肠杆菌中分离出一种对草甘膦有抗性的基因,转入棉体内所获得的转基因棉表现出了足够的抗草甘膦性能。 1.4蜘蛛丝 蜘蛛丝因具有超高强力是开发高强织物的理想原料,但如何获得大量的蜘蛛丝来满足纺织生产的需要成为产品开发过程的难题,利用现代生物技术这一难题便可得到解决。加拿大Nexia公司将从蜘蛛丝蛋白中分离出的有关基因转入奶牛和山羊的乳腺细胞中,而后从其分泌的乳液中获得经过重组的蜘蛛丝蛋白,并从中提取到了与蜘蛛丝性能相似的丝蛋白纤维。另外可利用现代生物技术的微生物发酵技术从蜘蛛丝蛋白中分离出有关基因,人工重组到可以用发酵法大量生产蛋白质的诸如大肠杆菌或酵母菌等这一类微生物体内,在其细胞中产生蜘蛛丝蛋白。由于这类微生物的繁殖速度极快,可廉价的大批量生产,故称为“微生物加工厂”。利用生物技术将蜘蛛的基因引入桑蚕体内,可使桑蚕吐出具有蜘蛛丝性能的丝蛋白。因为人类有丰富的养蚕经验,可以大规模饲养,又因桑蚕生长快,合成蛋白质效率高,可为人类生产许多宝贵的天然丝。 1.5改性羊毛 随着DNA分析技术及DN段分离技术的进步,已有可能从遗传学的角度对绵羊作出全面鉴定,鉴别出优秀绵羊,从而更加科学准确的选择良种绵羊,以便大批繁殖。研究人员将能控制羊毛细度的基因转入绵羊体内,从而获得又细又长又软的羊毛,直径只有3—4微米,为生产高档轻薄型毛织物提供原料,这正符合当今毛纺织品向轻薄型发展的世界潮流。另外人们正在寻找一种合适的彩色基因导入绵羊体内,培育出具有天然色彩的彩色羊。 1.6具有生物特性的纺织纤维 1.6.1抗微生物技术在纺织品中的应用 美国MICROBAN公司已将抗微生物技术应用于纤维中,把抗微生物渗透到聚合物结构的分子间隙中去,抗微生物形成的膜与表面涂层不同,它耐洗,可制成医疗保健和家庭护理用品。 1.6.2甲壳质和壳聚糖在纺织上的应用 甲壳质广泛存在于虾、蟹等水产品和昆虫、蜘蛛等节肢动物的外壳中,也存在于菌类、藻类的细胞壁中,壳聚糖是甲壳质在浓碱溶液中脱去乙酰基的衍生物形式,将其溶于适当的溶剂中可制得甲壳素纤维。这种纤维有生物可降解性和生物活性,从而具有良好的吸附性、粘结性、抗菌性和治伤性能,所以适合制造特殊的医用功能纤维产品。 1.6.3Lyocell纤维 Lyocell纤维是一种不经化学反应生产的纤维素纤维,可生物降解的具有生态环保意义的“绿色纤维”,被誉为21世纪“绿色纤维”,它具有其它纤维所没有的特殊风格和性能,可以开发高附加值的产品。 1.6.4聚乳酸纤维 聚乳酸纤维是利用可再生的玉米、小麦等淀粉原料经发酵转化成乳酸,经聚合达到纺丝级,纺丝而制成,这种纤维在微生物的作用下可生物降解,有利于生态平衡。用聚乳酸纤维制成的面料,触摸时有舒适的肌肤接触感和手感,还具有真丝般的光泽。 2.生物技术在苎麻纤维脱胶上的应用 苎麻纤维属于韧皮纤维,其表面的韧皮组织必须在纺纱前去除,称为脱胶。传统的脱胶方法是用强酸或强碱在高温条件下进行,这种方法虽然脱胶效果理想,但存在成本高、污染严重、耗能高、纤维损伤严重等缺点,因此近年来发展的用生物酶对苎麻进行脱胶备受相关人士的关注。生物酶是一种生物催化剂,是由生物体产生的具有催化作用的一类蛋白质,容易生物降解,对环境无害。用生物酶对苎麻纤维进行脱胶具有麻纤维强力损失小,纤维光洁柔软,成纱性能好,且生产效率高,能耗小等优点,酶法脱胶具有非常好的发展前景。 3.生物技术在织物整理中的应用 随着人类环境保护和安全健康意识的不断提高,纺织品印染加工对环境的污染及纺织服装残留的各种有害物质对人类健康的影响越来越引起世界各国的关注,利用生物酶对织物进行整理是一种符合环保要求的整理方法。 3.1生物酶退浆 织物用生物酶退浆用的是淀粉酶,它对淀粉类浆料具有很强的分解作用,退浆效果较好,与传统碱退浆工艺相比,淀粉酶退浆工艺具有很多的优越性。首先,用淀粉酶对织物进行退浆时,可以在毫不损伤纤维的情况下去除淀粉浆料,不会造成织物强力的损失。其次,淀粉酶反应条件温和,环境pH值接近中性,所需反应温度较低,反应时间短,实践证明,相同温度下,用碱分解淀粉达到退浆的要求,一般需要1-2h,而用淀粉酶退浆只需要30-60min即可。此外,淀粉酶作为一种生物蛋白质对环境友好,无任何毒性,淀粉酶可回收再使用,退浆产生的废水可生物降解,解决了退浆废液对环境的污染问题。 3.2生物酶精练 生物酶精练用于纤维素类纤维,精练酶一般为复合酶,对纤维的各种共生物起分解作用,主要组分为纤维素酶、果胶酶和蛋白酶。基于生物酶的专一性的特点,一种生物酶只对一种或一类特定物质具有分解作用,所以酶精练对织物的损伤小,并且精练后织物表面光洁,手感柔软,有利于提高产品的附加值。 3.3纤维素酶风格整理 用纤维素酶对织物进行整理可得到特殊的效果。(1)减量用纤维素酶对织物进行减量处理,使织物具有丝绸感。该技术已用于高支精细织物生化洗涤加工和人造纤维优化风格加工。(2)柔软用酶加工能使织物具有较好的柔软手感,这种柔软性不同于一般柔软剂加工。一是无柔软剂等化学品的毒害性,对人体安全,加工时也无环境污染,有利于生态;二是穿着过程中,经不断洗涤可长期保持这种柔软特性。(3)去除茸毛棉织物由纤维素酶处理后,随着处理时间的增加,茸毛可以大量去除,从而改善织物光泽,染色后色光更鲜艳。(4)牛仔服的“生物洗”牛仔服在制作过程中有一道石磨的工序,用浮石和成衣放在一起振动磨洗去除部分颜色,达到仿旧的风格。用酶洗工艺可减少石磨时浮石用量,保护机器不受损伤,避免浮石尘屑,减少环境污染。酶洗工艺利用纤维素酶对织物表面上产生可控制的刻蚀,并借助水洗机的揉搓和摩擦作用的协同效果,使染料脱落,茸毛去除,从而得到不均匀的褪色效果。酶洗不会引起织物强力的过度损伤,并具有独特艳丽的表面和柔软的手感。若将不同的纤维素酶加以多种组合,并采用不同的工艺,则可产生数百种的外观效果。 3.4蛋白质纤维的酶处理 对于蛋白质纤维的酶处理主要集中在羊毛和丝绸上。羊毛酶处理主要用于防毡缩、柔软丝光处理和降低染色温度等,是羊毛制品高档化、高附加值有效途径之一。另外酶处理可明显地减少污水中AOX的含量。目前我国桑蚕丝的精练方法主要有皂碱法、酶解结合皂碱法和酶解结合洗涤剂法三种。酶解结合皂碱或洗涤剂法对丝绸织物进行精练后织物上茸毛少、手感柔软,采用该类工艺可节能节汽、减少污染,也是丝绸精练发展的一个方向。 4.展望 生物技术以其特有的优势在纺织工业中的应用越来越广泛,重要性会不断凸显出来。生物技术将会对生态纺织产生巨大的促进作用,利用生物技术一定会使纺织品在新的层次上实施“绿色纤维”、“绿色设计”、“绿色制造”的“绿色纺织”,这种“绿色纺织”可在污水治理、环境保护中起到重要作用。21世纪是生物工程的世纪,随着生物技术的不断发展,其在纺织工业上的应用已呈现了无限广阔的前景,为纺织工业带来了可观的经济效益,并能产生巨大的社会效益。我们完全相信,随着科学技术的不断发展,在未来的日子里生物技术必将给纺织工业带来更大发展空间。 纺织业论文:纺织业精益生产管理模式及意义 一、纺织业概述 我国是一个农业大国,纺织业在整个国家的发展中占据着十分重要的地位,因此纺织业无论是在为人民提供物质生活的保障的微观方面,还是在增加政府财政,解决就业,稳定社会秩序等宏观方面都具有也不可或缺的作用。1.我国纺织业的特点。首先,我国的纺织业所生产的产品过于单一,缺少复合型产品,且纺织产品以中低档产品为主,缺少高端产品,没有形成自己的纺织产品品牌,这样导致了中国的纺织品只是单单的以加工为主。其次,我国的纺织业没有与现代科技相结合,纺织业还是采取了一最简单,最原始的人力资源投入为主,没有做到纺织行业的机械化的生产,即纺织业的科技化程度不高。最后,纺织业的环境污染问题没有得到很好的解决,纺织行业的低碳化程度不高,造成了环境的污染。综上所述,我国的纺织行业还是高投入,低产出的传统的行业。2.我国纺织业的现状。在2010年我国的纺织品出口额已经超过了2000亿美金,其增长幅度超过了70%,由此可见,我国的纺织业出口额翻了一番,我国的纺织业的发展潜力巨大,但是我们也得看到目前我国纺织业所面临的严峻的问题,例如贸易保护主义的针对,倾销与反倾销问题等等。所以,我们在纺织业取得发展的同时,也应该充分的重视纺织业的发展的形势,利用本土优势以及飞速发展的优势进一步的扬长避短,已达到在国内外的市场上取得令人欣喜的发展成果,就目前而言,纺织行业的最大的问题则是发展循环经济,生态经济,以便将传统的纺织行业与科技紧密联系,使之创造更好的经济价值。 二、纺织业的精益生产管理模式 1.精益生产管理模式概述。现代企业与原先的企业有着很大的不同,其中最主要的就是现在企业运用了更加精益的生产管理模式,企业不单单只是一味的生产,而是更加的追求企业的综合效益,譬如企业出现了聚集效应,也就是运用类似的原料的企业聚集在一起。以便来节省生产环节的支出,同时也可以进一步的充分利用原料,实现废气废渣再利用,从而扩大生产利润,实现低碳环保的生产,企业的生产经营才能得到良性循环,企业才能取得良好的经济效益,实现资源的综合利用,发展生态纺织生产。2.我国的精益模式。目前,我国纺织业的精益模式有以下的特征:2.1将产品作为中心的生产组织方式。在纺织行业中,通常将产品作为生产的中心,生产的各个环节都是以产品为中心进行生产,通常一个产品的完成,需要多道程序相互协调进行,也就是说成品的形成不单单是一道工序,而是多道工序综合而成,这就需要来协调生产过程中的工作,精益的模式下,经过严密的计算,充分的利用各方的技术以及专业性的技能,使得一个最终产品的形成是非常合理化的。2.2生产调度是控制生产方式的中心。围绕着以产品为中心的生产方式,就必不可缺少的就是生产调度,在整个纺织生产当中,将生产的任务进行下放,落实到每台生产的机器上面,每个生产部门根据自己的生产计划来进行生产。对于总公司而言,是不可能知道每个生产部门的具体的生产的计划以及时间,这就需要将各个部门的生产进行衔接,所以一旦出现某个工序的滞留将会影响整个生产计划,精益模式下,生产调度就充分的发挥其职能,将各个部门的生产进行统一的计划管理,而不再是各个部门关起门了计划自己的工作,而是统一规划,这样就节省了各个部门生产的衔接时间以及衔接所耗费的资源,进一步实现企业的效益最大化。2.3生产控制有序化。就纺织行业而言,生产的各个环节是节节相扣的,也就是说,前一道工序的成品就是后一道工序的原材料。因此,对于企业而言要弥补计划环节以及控制本身的缺陷,从而达到全公司生产的有效的控制,在精益的生产管理模式下各分厂在总厂的带领下制定生产计划并根据自己的生产能力安摊生产,由此整个生产是一个并联的生产方式,是齐头并进的模式。这种形式由于严格控制的计划控制和整体均衡,使得整体的生产时有序的,而不是杂乱无章的。2.4人本的企业管理,制度化、程序化和标准化。相对于旧模式,精益的模式管理下,企业更加具有制度化、程序化和标准化,是在一套标准的流程下,更方都是有序而行,各方的配合也是更加的紧密,整个企业的生产计划都是按照标准来依次进行,各个环节也是有序的进行。企业的规章制度也是更加的标准化,规范化。各方均衡的有序的发展,企业的认识管理也是具有规范化,不再是过去的家族式的管理,讲人情攀亲戚的局面,而是有着严格的人事制度。2.5管理目标明确。纺织业的工序化流程,以及工序之间的诸多的因素,使得原来计划经济下的大批量的生产方法以及技术基础上所形成的传统的管理规模越来越脱离市场的发展,这一传统的生产规模越来越难以适应市场经济的发展。这是顺应时代的需求,精益化的生产管理模式应势而生,他结合企业自身的发展模式以及世界市场的需求,采用各种科学管理方法揉合后以取代计划,为企业量身定制自己企业的发展目标,有了明确的发展目标企业才能更好的发展。2.6管理手段的计算机化。精益模式将计算机系统引入了纺织行业,这无疑是纺织行业的一大创新。利用计算机的先进的科学技术融入到了传统的纺织行业,是一次科技与手工的伟大的结合,这一结合大大的提升了纺织行业的管理水平,改革了纺织行业的陈旧的管理观念。从原始的多层次的人工管理到标准化、程序化的计算机管理是纺织行业的一大进步。只有把握这种先进管理方式的企业,才能适应多变的市场经济。 三、纺织行业再发展的意义 纺织行业的精益模式的意义在于一方面树立了新的观念,譬如管理内涵更加的深化,效率一效益一效果的兼容观念,以及管理思想市场化的观念。另一方面,形成了新的机制,纺织行业不再是局限于过去的传统的机制,而是顺应时代以及市场的需求,柔和了现代的科技以及管理手段,是纺织业的再发展。在科技信息的时代,我们在追逐信息化经济的同时,也应该将传统的经济产业赋予新时代特性,而不是放任自流,最终淘汰于市场的发展之中,我们应该将时代性与传统行业相结合,创造出新的经济增长点,使得传统的纺织行业再次发挥其经济的职能,重回其经济的巅峰时代。 四、结语 整篇文章,通过了对传统的纺织行业在精益模式下的新发展研究,来表达传统的行业并不是意味着淘汰,利用现代的生产管理的模式,依然能够发挥其在现代市场的经济价值。为国家经济发展做出贡献,纺织行业在精益的生产管理模式下能够更好的发展,发挥其经济价值,巩固其在整个经济中的地位,为国家的经济做出自己的贡献。 作者:韩俊鸣 单位:江苏省纺织研究所股份有限公司 纺织业论文:纺织业电子商务Web挖掘技术分析论文 1、Web数据挖掘技术在纺织业电子商务中的作用 电子商务既包括了低层次的电子贸易等,还包括了利用Internet网络开展的贸易活动,在多个环节中实现。电子商务的发展极大地改变了销售商和顾客之间的关系,在纺织业电子商务采用Web数据挖掘主要包括以下几点作用。电子商务进行Web数据挖掘的数据源主要包括查询数据、Web页面、在线市场数据等。服务器数据主要是指用户在访问电子商务网站中所产生的各种信息,如服务器Web日志文件。查询数据通过搜索引擎产生的查询数据,是一种比较典型的数据。服务器数据是网络信息的中转站,服务器数据一般具有防火墙功能,是网络信息的中转站,采用缓存功能,能够大大减少服务器的网络流量,加快运行速度。任何一个电子商务网站在Web数据挖掘过程开始之前需要进行数据挖掘,包括数据的准备、挖掘操作以及解释过程等。Web数据挖掘应用到纺织业电子商务中,能够帮助企业更好的掌握生产状态,更加快速的提出企业的销售信息,准确把握市场销售的变化,进而提高纺织企业对市场的应对能力,也能提高企业对生产的控制和管理能力,最大程度利用人力资源和物理资源,提高经济效益。客户关系管理是一种以客户为中心的经营策略,指导企业的开发发展和销售,提高企业的竞争能力,采用Web数据挖掘技术能够最大限度的利用客户资源,对客户进行分类,寻找潜在的价值,加强纺织业客户的管理工作。企业的信用状况将会严重影响企业的发展,利用Web数据挖掘技术能够跟踪调查企业的经营情况,为保证体系提供数据资料。客户在选择任何一种销售商并没有太大差别,企业本身想要留住客户,就需要想办法让客户驻留更长的时间,想要根据客户的习惯来设计,就需要了解客户的兴趣和需求,动态调整页面,满足用户的需求,挖掘客户访问信息,进而了解客户的需求。根据序列发现客户浏览行为的信息,明白客户的需求,根据顾客的需求来设计别出心载的界面,增加客户的驻留时间。Web数据挖掘在应用中能够帮助纺织企业更好的挖掘潜在的信息,商家可以根据潜在客户的需求和愿望来进行分类,正确的分类新客户,判断潜在的新客户,强化显示客户的需求,保证企业获得更高的客户收益。纺织业电子商务在应用Web数据挖掘中能够改进Web站点的设计,提高站点的效率。纺织业电子商务Web数据挖掘的使用不在依照专家来进行设计,而是根据客户的意愿来进行设计,利用关联规则来进行推理,发现潜在的规律,为客户的下次访问提供帮助。纺织业电子商务应用Web数据挖掘能够改变营销机制,在一般企业的宣传中可以看到,花费大量的资金来进行宣传,所起到的效果不是很好,若是通过电子产品的的方式就能得到更好的营销效果。 2、纺织业电子商务面向Web挖掘的新型架构 2.1Web数据挖掘的流程 采用数据挖掘技术流程为特征信息的识别制定目标问题的描述关联分析聚类决策树等。纺织业电子商务网络在挖掘数据中首先需要记录调库眼特征,包括购买历史、广告历史等信息。目标制定流程是寻找不同的隐含模式,关联分析主要是发现顾客喜爱的商品组合,聚类则是找到能够提供访问者特征的报告,决策树就是流程图,采用最少的步骤解决问题。先记录访问者的条款特征,当访问者访问网站时能够逐渐积累访问者的数据,交互信息包括广告历史等。在网上进行交易的最大优点在于能够有效的评估访问者的反应,采用数据挖掘技术能够得到更好的效果。电子商务网站想要将顾客购买信息这些信息集中在一起,容易出现浏览中出现遗漏的情况,在流程设计中采用聚类,能够确定网站的数据,向不同的访问者提供相应的报告。 2.2纺织业电子商务面向Web挖掘的新型架构 2.2.1Web挖掘关键技术 Web服务的体系结构主要动作构成包括服务注册中心、服务请求者、服务提供者等,服务提供者就是一种可通过网络地址访问的实体,服务请求者是一个应用程序的服务,服务注册中心是联系服务提供者和请求者。Web服务协议可以分为网络传输层、消息层、模型层等。网络传输层是Web服务协议栈的基础,可以采用任何格式,要求具有安全性、性能以及可靠性。数据表示层主要是提供数据描述手段,标准数据建模语言主要是XML。基于XML的消息层提供一个松散的、分布环境,是在分布式的环境中交换信息的轻量级协议。服务描述层主要是提供认识机制,服务分线层在实现中创建一个独立的开放框架,发现Web服务的功能,Web服务工作流语言是协议栈顶层的标准语言。Web服务的关键技术主要包括SOAP协议、WSDL描述方式等,SOAP协议是分布式环境中交换信息的简单协议,能够与现有通信技术最大程度地兼容,独立于应用程度对象模型、语言和运行平台等,本身不定义任何应用语义,一个SOAP信息是一个XML文档,AOAP规范主要由信封、编码规则、绑定等组成,AOAP信封定义整体的消息表示框架。移动Agent技术应用到电子商务中有非常大的优势,移动Agent技术具有响应性、自主性以及主动性等特征,应用到电子商务系统中能够减少电子商务活动的通信代价,减少网上原始数据的流量。电子商务中的教育要求包括访问流程信息,要求系统对环境的变化做出实时的反应,由中央处理器将移动Agent派遣到系统局部点激活消除隐患。 2.2.2Web挖掘平台设计 产品的功能实现在Web数据挖掘平台的设计中至关重要,要求数据挖掘平台具有动态、可伸缩性,能够根据市场需求的变化而随之变化,还要求具有足够的稳定性和可靠性。在进行架构设计时,需要注意架构的合理性、简洁性和可扩展性。根据数据挖掘、Web服务和相关结束,设计数据挖掘架构,见图1所示,Web服务的组合由Agent负责,待返回结果后,能够有效解决数据的分布性、可扩展性等,负责服务之间的通信,降低网络通信的负担,减少相应时间,实现挖掘算法库的动态管理。在挖掘平台的设计中,各种挖掘算法均采用采用Web服务封装,实现挖掘系统与算法的耦合。各个Agent模块之间相互独立。架构逻辑层主要分为4层,数据存储层为最底层,数据处理层主要包括Web服务的架构和数据挖掘的是吸纳,在Agent环境中将XML文件转换,将查询结果再打包成XML文档,形成模式集合最后提供给客户信息,把访问层和逻辑层设计为数据访问的功能封装。客户端的设计主要包括胖客户端和瘦客户端,大部分的系统功能集中在胖客户端。典型的Agent结构应用到Web服务,其他的Agent搜寻和定位这些系统。移动Agent应用到Web数据挖掘中能够弥补很多的不足。在Web挖掘架构设计中,独立出了搜索引擎,使得搜索引擎更加具有灵活性。传统的数据挖掘引擎主要包括算法调用模块和算法管理模块等,算法分布Agent子模块股则命令的传输,向UDDI请求,删除已有的挖掘算法等功能,UDDI服务器与Agent相互交换信息生成算法的WSDL文档,将信息保存到UDDI服务器上,完成任务。 3、Web挖掘原型系统的实现 在纺织业电子商务中采用Web挖掘技术能够及时发现顾客的爱好,提高网站设计的安全性、便利性,延长用户浏览的时间。Web挖掘系统设计中,一般用户界面包括图形用户界面、Web界面等部分,图形用户界面和Web界面工作在命令界面之上,通过GUI提交数据,转化为DMQL语言的的形态,然后转换、挖掘数据处理,将各组件返回到客户端。在上文的分析中形成电子商务Web挖掘系统原型,能够满足纺织业电子商务平台的实时性要求,也满足了平台分布式数据挖掘的特点。原型系统主要包括用户模块、个性化模块、购物模块以及商品模块等,用户模块是电子商务网站的入口,包括用户注册、用户信息查询等,只有注册并登陆网站的用户才能订购商品。商品模块是基础模块,主要为用户提供商品的分类以及显示等,为用户提供商品的查询功能,与个性化服务模块有一定的联系,供用户浏览选择。购物模块是电子商务核心的模块,主要实现订购流程、销售商品的状态管理流程等。 作者:刘成轩 何运双 纺织业论文:当代低碳纺织业经济论文 一、低碳纺织发展方式 低碳纺织是一种经济发展方式,是纺织行业在新一轮发展中探索的新的发展模式,是在净低碳排放技术创新基础上通过优化纺织产业结构、改革纺织工艺流程、创造低碳新产品和拓展低碳纺织新领域,倡导低碳生活方式和消费观,以及纺织材料和产品的循环使用,实现高效率、高品质、高附加值的纺织产业可持续增长模式。实现低碳纺织即为减少碳排放,实现单位碳排放量的高产出和高附加值,提高碳效率。具体实施措施一是新能源开发,二是能源高效利用,三是节能减排,而目前的最高可行性路线是通过科技创新实现节能减排。加快纺织业的低碳经济发展要依靠科技创新,生产原料尽量采用低碳材料,同时开发利用生物质纤维等材料,利用已开发成功的纺纱、织造及印染新技术项目,开展节能减排的生产加工工艺,从而降低能源和水资源消耗,减少污染物排放,促进纺织业的低碳化发展,提高科技对低碳经济发展方式转变的促进作用。 二、德州市纺织业发展现状及存在问题 (一)德州市纺织企业经济发展现状 纺织业作为德州的传统支柱产业和重要的民生产业,凭借资源优势,近几年发展迅速,成为全国、全省重要的纺织服装基地。但后经济危机时代,随着纺织企业“寒冬”的来临目前处境艰难,多数企业处于维持生产的状态。据调查,国际市场低迷和纺织企业的成本及产业结构不平衡,是寒冬降临的主要原因。而此时低碳经济发展方式的提出于中国纺织业是希望还是绝望?如何抓住低碳化的核心,通过清洁能源和低碳技术、体制和管理创新有效化解能源和资源制约,解决生存与发展、公平与效率之两难,是我们目前加快经济发展方式转变要思考的关键点。 (二)纺织经济发展转型期仍然存在的问题 1.科技创新不足,造成资源能源浪费 德州市纺织业虽然形成了门类较为齐全的工业体系,但在近几年的快速发展中所采取的发展模式仍然以生产加工为主,附加值低,盈利能力差。产品结构以纱线、坯布及针织产品为主,缺少拥有特色鲜明的在国内有影响力的最终服装品牌。服装、针织产品以加工贸易方式为主,本土生产的纺织面料生产水平低、品种少,不能满足服装生产需要,导致出口服装大量使用进口面料。同时,调查中发现产品同质化严重。在近十年的发展中,虽然一些有远见的企业如德棉集团与华乐实业有限公司进行高新技术开发,开拓了“德棉牌”等7个中国品牌和10个山东名牌,但总体依然存在忽视设计力量,忽视产品研发,使得大多数企业缺乏独立知识产权,缺乏核心技术,导致企业更愿意生产大规模的常规品种,某些大型的纺织企业甚至常年制作同一个类型的纱线,逐渐陷于低层次价格战上,不考虑新产品研发与创新,缺乏创新精神。这种发展状态,生产规模越大、毛利低的情况下,一旦发生人民币升值、原材料价格上涨、人工成本增加等问题,导致企业成本上升,就会使企业处境困难。同时,当设备更新、新产品开发及人才引进远远跟不上企业发展时,不但最终导致企业发展慢,抗风险能力也差,调查结果显示,德州市的纺织服装企业2010年收入超10亿元的仅3家,众多企业收入1亿元以下。与山东省大型纺织企业魏桥集团相比,由于科研投入及科技创新能力的限制,即使拥有同数量的纺锭,也无法获取相同的效益,容易造成资源浪费。总而言之,高投入、高消耗、高排放、低效率的状况仍然没有得到根本改善,存在着科技创新、人才和管理水平的提升滞后、企业持续发展能力不足等问题。 2.产业链不完善,产业集群平台形同虚设 德州市纺织的纺纱—织布—印染—服装的整个产业链中,从起点处的化纤生产产能就不足,以纺纱为主,印染业发展更不充分,印染业的生产水平会直接影响高档面料为服装加工的供应,导致纺织服装深加工的关键领域处于劣势,很多高档面料不得不依赖进口,从而缺乏自己的最终服装产品,很难实现市场集聚效应。不仅德州市如此,染整环节也一直是我国整个纺织服装行业的瓶颈。完善产业链的过程中,减少碳排放,环境友好是必然选择。后危机时代,融资难、原料压力、出口疲软、成本增加等问题制约了整个纺织工业的发展,整个国内纺织服装出口达到两年内的增长低点,目前纺织市场的需求逐渐转向科技型产品、功能性产品,调查中却发现,德州市的纺织企业特别是中小企业依旧停留在传统产品,缺乏长远计划,销售量必然受到限制。从2012年纺织企业的生产销售情况来看,德州市的陵县恒丰、富华等企业积极开发了天丝、莫代尔、圣麻等新型纤维产品,产品类型多样,新型纤维的加入,使用棉比例下降到了25%左右,避开了棉价波动对企业效益的影响,且平均利润高于传统产品10%。只有迎合市场需求,进行科技创新,开发新产品,使产品多元化,不断调整发展方式,使企业从对资源依赖型向资源节约型转变,才能走过行业“寒冬”,促进低碳纺织经济的发展。存在的另一问题是企业间联系较少,区域行业协会虽然成立,但基本流于形式,企业间有严重的相互拆台、压价现象,发挥不出产业集群的作用。 3.产品结构不合理,产业用纺织品比例低规模小 随着工业化水平的提高,我国对产业用和家用纺织品的需求增长也日益加快,目前,德州市的服用纺织品、家用纺织品、产业用纺织品占比为60:29:11。产业用纺织品所占比例偏小。而发达国家已将发展产业用纺织品作为优化纺织工业结构、保持和增强产业竞争力的重要途径,其发展水平已成为衡量国家纺织工业核心竞争力和科技水平的重要标志。高性能纤维材料的开发与利用是产业用纺织品发展的核心,且离不开科技创新。 三、依托德州市区域优势,寻找有效途径,加快低碳纺织发展方式转变 (一)利用资源与地域优势,优化产业结构,强调供应链的健全 新能源开发和能源高效利用是实现低碳纺织的有效途径。德州市太阳能产业发展较早,有“太阳城”之称,充分发挥德州市太阳能产业优势,将其应用到纺织服装领域,减少资源消耗,减少生产与物流配送中的浪费,提升碳效率。清洁能源资源的利用是促进低碳纺织经济发展的重要条件。德州境内三纵三横的铁路交通网和高速公路网,使德州成为连接华北、华东两大经济区的重要节点城市。特别是京沪高铁的开通,使德州跨入首都北京1小时经济圈。地域优势有利于从原料到产品销售市场供应链的健全,经济发展时期,建立生态环保的产品供应链至关重要,企业在重视成本控制的同时,更应高度重视供应链的管理与监控;重视品牌建设的同时,更应注重产品的低碳环保附加值。打造绿色纺织生产链是保证经济发展方式从资源消耗型向节约型转变的关键。而随着消费者在对低碳消费概念的认可程度上逐渐提高,环保低碳已成为提高产品附加值的不可或缺的一部分。目前,国家加大基础设施建设,促节能减排,土工布、过滤用纺织品、医用纺织品、高性能复合材料的需求逐渐加大,产业用纺织品真正成为了纺织行业新的经济增长点。“十二五”时期,山东省基于打造“蓝黄”经济区和建设经济文化强省的战略部署,将产业用纺织品作为战略性新兴产业的组成部分,加快培育和发展。目前山东省产业用纺织品产量较大,仅次于浙江,已经涌现出一些典型企业和产品,并形成一定规模。同时,京沪高铁的开通为德州市产业用纺织品的发展带来了很大的契机,高铁最基础的路基、护坡均使用了本地企业宏祥集团、东方股份生产的高强土工布、土工膜、土工格栅等土工合成材料,目前已拥有土工合成材料生产企业156家,品种涉及全国土工合成材料90%以上,成为全国最大的土工用纺织材料基地。为新型产业集群的建设奠定了很好的基础。 (二)进行技术革新,发展循环经济,严格控制新上高耗能项目,打品牌战略 德州市已将纺织服装产业列入未来三年重点发展的十大产业集群,致力打造纺织服装千亿级优势产业集群。要实现这一目标,转变经济发展方式,实现低碳纺织是基础。实现节能减排,提高碳效率必须进行技术革新。针对目前德州市纺织服装企业现状,应在引进先进的管理模式的同时,重点加强技术装备升级,引进新型、高效的工艺设备,利用经济危机时期市场不好的时机,加紧淘汰落后产能,特别是印染和产业用纺织品企业。污染物排放严重是我国纺织印染行业的集体瓶颈,德州市纺织服装经济发展的下一步规划中应严格执行国家产业政策和宏观调控措施,严格控制新上高耗能项目,加快技术革新步伐,加大节能技术改造力度,采取法律、经济和必要的行政措施,下决心关停淘汰落后生产能力。政府在经济发展方式转变的过程中,不要过分顾虑就业压力增大的问题,一定要采取相应的对策,如有步骤地关闭那些污染重、耗能高、缺乏竞争力的企业,并通过以扩大融资和支持兼并重组的方式,让一批有市场的民营企业迅速发展壮大,以增加就业和财政收入;通过引进或者消化吸收目前先进的工艺技术,攻克核心技术难关,开发低碳技术和低碳产品,从而有效地提高劳动生产率,实现由劳动密集型向技术密集型的转化。健全的产业链是保证行业发展并实现经济发展结构转型的有力保障,建立健全的产业链要从以下几个方面走可持续发展之路:一是原料的保障供应,德州市是全国棉花生产基地之一,但保证最终产品的绿色环保应从源头抓起,这方面可以借鉴山东鲁泰集团的做法,创建企业自己的棉花生产基地,采用生物基因改性工程获得性能更加符合产品需求的环保绿色的长绒棉;同时重视新型纤维原料、生物质原料的生产和利用,在新材料新工艺方面不断升级的策略已使得德州部分企业从中获益。二是注重产品的回收利用,发展循环经济,这条路走起来困难重重,但其中蕴含的意义和利润也是可观的。政府的相关激励机制及高科技技术手段是循环经济发展的保证,例如山东省的如意科技集团有限公司所开发的“如意纺”技术,可将纱支的细度提高到500支,这项技术的出现不仅为纺织面料超高支、轻薄化提供了可能,同时拓展了原料适用范围,并使落地毛、落地棉等下脚料也可以得到循环利用,有利于发展循环经济;在生产环节尽量采用环保新型纤维、使用新能源,尽量减少化学试剂的使用都是节能减排、可持续发展的良好途径。三是打品牌战略,目前德州市众多服装企业依然贴牌生产,赚取加工费,而我们每年所生产的坯布大量出口到西欧、北美和日本、韩国,制成成衣后都成了大品牌,销售价格可观。中国是世界服装出口大国、生产大国、消费大国,却不是品牌大国。当我们失去了劳动力和成本优势,品牌才是能够带来更大产品利润的部分,消费者更认可的是品牌而不是制造商。通过科技创新和产业升级,资源节约了,环境清洁了,经济和社会的可持续发展也就可以实现了。 (三)合理的经济规划,健全低碳经济管理机制 发展低碳经济模式要求企业乃至整个行业都需要一个合理的规划,在自身能力所及范围内实现节能环保。发展低碳经济模式,更应考虑国内市场状况,重视产品内销,不能一味地把出口作为纺织品销售的主要市场。当然,当我们拥有了自主知识产权的技术、工艺和产品,拥有了广阔的国内市场,不仅有助于我国经济摆脱对出口高度依赖的轨道,更重要的,这是促使中国经济发展走上良性循环的运行轨道。低碳经济发展过程中,建立每家企业的碳排放档案,摸清其节能减排的家底,才能做到有的放矢。尤其要重视碳排放的评估、监测体系和相应的信息系统的建设。充分发挥德州市太阳能产业优势,将其应用到纺织服装领域,减少资源消耗,减少生产与物流配送中的浪费,提升碳效率。 四、结语 只有抓住德州市纺织服装业的优势、区域经济特色,结合纺织企业目前存在的运营机制缺陷等问题,才能找到低碳经济发展方式转变的有效途径与发展策略。纺织服装企业只有走低碳经济发展之路,在完善产业链的同时,才能从根本上协调好行业发展、资源和环境三者的关系,走出可持续发展之路,最终在国际市场竞争中立于不败之地。 作者:张会青 单位:德州学院纺织服装学院 纺织业论文:纺织业企业出口与行业生产率 一、数据来源及模型建立 (一)数据来源 本文的数据整理于国家统计局1996—2012年《中国统计年鉴》,表1是自变量出口规模Export、企业盈利能力Profit、企业规模Y、全要素生产率TFP。 (二)模型的建立根据前人研究、纺织业的特点以及数据获取难易程度,本文构建模型如下:假设纺织业某出口企业i的生产率为tfpi,出口为exi,企业盈利水平为proi,企业规模为yi,那么该企业i的生产率等式设定其中,TFP为行业生产率,用近似全要素生产率法计算得出;EX为纺织业的出口水平,用当年该行业出口总金额表示;PRO为纺织业的盈利水平,用当年该行业的利润总额表示;Y代表该行业总体规模,用纺织业在当年的工业总产值表示,η为误差项,α、β、γ分别为EX,PRO,Y的待估参数,反映三者分别对行业生产率TFP的影响。 二、实证检验分析 (一)单位根检验 要分析变量之间的协整关系、因果关系及建立VAR模型,首先要对变量进行平稳性检验,只有通过了平稳性检验的变量,在同阶平稳的条件下,才能对变量进行协整分析。因此,本文首先应用ADF单位根检验方法对变量以及他们的差分序列作平稳性检验。检验结果整理之后见表2,其中临界值以10%的为例,二阶差分在1%~10%显著水平下都是稳定的,也说明LNTFP和LNEX之间存在协整关系。 (二)OLS回归结果分析 为了分析出口对行业生产率的影响,对变量LNTFP、LNEX、LNPRO、LNY进行OLS回归分析,其结果如表3所示。从表3可知,变量行业出口水平LNEX、行业盈利水平LNPRO、行业规模LNY在10%的显著水平下都通过了显著性检验。在10%的显著水平下,变量出口水平LNEX、规模LNY都是负显著相关的,而盈利水平LNPRO则是正显著相关的。上述回归结果可以说明以下几点:表2ADF的检验结果资料来源:整理于本文章Eviews的ADF检验结果,其中C,T,K分别表示单位根包括常数项、时间趋势和滞后阶数,加入滞后项是为了使残差项为白噪音表3OLS回归结果资料来源:整理于本文章Eviews的OLS回归结果第一,企业出口对行业生产率的确具有一定的阻碍作用。经济学界中把出口阻碍生产率发展的现象称为“生产率悖论”,也说明出口企业的自我选择效应和学习效应并不十分明显。第二,企业规模与行业生产率也呈负相关关系。其原因可能是因为随着企业规模的不断扩大,协调企业生产中的管理越来越难、越来越复杂,从而对生产率具有一定的阻碍作用。第三,企业利润和生产率呈正相关关系,换言之,企业获得的利润越大,就越有能力进行技术革新,引进更为先进的生产设备,从而生产率也得到提高。但并不能排除反向因果关系,即由于企业生产率的提高带来了企业利润的增加。以上分析是根据总体样本回归分析得到的结果,不过这里所使用的总体样本回归是存在局限的。主要有以下几个方面:第一,由于所使用的数据只是1995—2011年纺织业的相关数据,数据经过处理之后仅有15年左右的数据,这对回归分析来说数据是相对不足。第二,假设的变量之间并不是完全相互独立,例如企业盈利水平与企业规模之间就不是独立的,因为很大程度上企业的盈利水平的大小与企业规模呈正相关的关系,除此之外,企业的出口水平也与企业规模有关,众多研究证明,企业规模只有达到一定的程度,该企业才具有从事出口事宜的能力。第三,本文研究是出口对行业生产率的影响,并没有使用详细的微观数据,而且本文建立的模型中自变量只有企业的出口、盈利水平以及企业规模,其他有可能影响生产率的因素,本文并没有引入,原因是本文研究的主题是出口对行业生产率的影响,其他因素引入太多可能会使问题复杂化,而且根据回归结果可以得知,其他因素的引入与否并不影响我们要得出的结论。四、政策启示通过本文的研究发现,我国纺织业企业出口并不符合异质企业贸易理论,纺织业企业的生产率和出口呈现负相关关系,而不是正相关的关系,说明我国的出口贸易质量并不高,发展模式也存在很多问题,除此之外,纺织业出口方面,我国利用了劳动力资源丰富的优势,是发达国家的加工厂。为了改变这种现状,本文提出以下可能政策启示:第一,出口贸易不一定能够提高企业生产率和竞争力,在我国甚至出现了两者呈负相关关系的情况,这些都说明我国的出口贸易质量还没有那么高,发展模式也存在一些问题,我国企业需要提升出口产品结构,走生产高质量、高附加值产品的路线。第二,增强企业的盈利能力并扩大企业的规模,以达到提高生产率和竞争力的目的。企业盈利能力的提高能促使企业有足够的资金扩大企业规模,重视生产效率的改善,从而提升了企业竞争力,这样一个良性的自我循环形成,不断推动企业的发展。第三,企业出口规模与生产率呈现负相关关系的一个重要原因可能是我国加工贸易比较多,所以我国在发展加工贸易的同时,应该尽快提高一般贸易的比重,转变贸易增长方式,发挥出口贸易对于企业竞争力以及经济可持续增长的积极作用。第四,虽然研发投入和职工教育投入在短期内很难见效,但在长期内还是能够提高企业生产率的,所以国内企业应该更多地重视研发和职工的教育培训。 作者:王敏聪 单位:武汉大学 经济管理学院 纺织业论文:谈纺织业贸易合作趋向 一、两岸纺织业贸易合作发展存在问题分析 随着两岸关系的不断深化,特别是ECFA的实施,为两岸纺织业合作提供了更大的发展空间。ECFA在两岸纺织贸易合作逐渐显现效果时,两岸纺织业的合作既面临着难得的机遇期和有利的条件,也存在不少亟需破解的问题。 (一)ECFA制度存在贸易摩擦制度隐患 ECFA的目的是促进两岸经济贸易和投资合作建议双向、和平、便利的合作保障机制,不论是出发点还是目标都是通过优惠性市场,在大陆与台湾之间形成规模经济,从而减少生成成本、提高竞争力。但是制度的不完善也会引起双方之间的贸易摩擦问题。比如在ECFA中,一方对另一方采取货物贸易早期收获产品“双方保障措施”的最长实施期限不得超过一年。这一要求不仅不如CEPA的规定,同时也低于了WTO中《保障措施协定》最长4年、特殊情况下最长8年的实施期限,那么也就是意味着双方可以根据WTO的规则实施反倾销、反补贴和其他保障性措施,不利于两岸经济关系的发展。 (二)两岸政治关系还未建立完全互信关系 虽然两岸都定位ECFA为“经济议题”,不涉及政治争议,但是在台反对党认为ECFA不是纯粹的经济问题,事实上他们认为涉及了利益分配,也将造成社会冲击。ECFA签订时,两岸关系仍然没有得到根本的改善,重大政治分歧依然存在,使得两岸难以实现政治互信。此外,台湾岛内持反对意见的政治势力十分强大,这些反对势力给两岸经济关系带来了一系列不确定因素,成为影响两岸经济关系发展的重要非经济因素。尽管两岸已经采取了多种措施降低签署EFCA造成的政治影响,但是由于两岸关系的敏感性以及两岸政治的巨大分歧,EFCA绝不可能仅仅被看做是一项经济合作,政治因素必然会在EFCA推进过程中发挥作用,特别在推动经济合作在深度与广度上发展时遭遇的阻力会更大。 (三)两岸间的贸易不平衡,台湾对大陆长期出超 台湾对大陆出口与自大陆进口长期处于贸易顺差状态,与此同时大陆始终都处于逆差逐条,这种不平衡性且随着两岸贸易规模扩大有逐渐拉大的发展趋势。两岸贸易不平衡的情况是由于台湾运往大陆的货物远远大于大陆输送到台湾的货物,原因主要有两点:一是台湾当局的贸易政策不限制出口,但是做进口管制严格,很多大陆产品无法进入台湾市场,而台湾几乎所有产品都可以间接的输送到大陆市场。二是大陆对台湾始终坚持开放政策,从改革开放之后大陆就单方面向台湾开放市场,还针对台湾出台了同等质量产品优先选择的优惠政策。换言之,大陆允许从台湾进口所有需要的商品,在满足基本要求的前提下,放宽对台湾商品质量和价格的限制优先考虑。(四)两岸纺织业自身存在问题,国际竞争力下降大陆的纺织品出口虽然具有很大的优势,但相对于台湾而言仍属于低科技含量的制造业。其次大陆纺织业的自主生产性不强,产业链亟待升级,并且大陆的纺织行业还处于低端生产阶段。大约80%的企业生产中低产品,6%的企业生产低档产品,4%的企业生产品质低、价格低的产品,仅有10%的企业生产高品质的产品。对台湾纺织业而言,台湾的劳动力不足,工资成本高,使得纺织业的成本相对也高,并且由于台湾纺织业发展已久,产业政策历经萌芽期、发展期最后到成熟期,目前属于转型期。相对许多正在起步或者是推展阶段的国家,台湾对当地纺织业的着力明显落后,这给台湾纺织业带来了莫大的竞争压力。 二、后ECFA两岸纺织业贸易合作前景展望 签订ECFA可以实现区域经济贸易的合理规划,为两岸创造更多的经贸合作机会,通过体制改革降低关税水平以打破贸易壁垒,进而将贸易成本控制在一个较低水平,此外还应进一步丰富产品种类,提高贸易便利程度,从而提升两岸间的纺织业合作水平。 (一)降低关税带来的两岸纺织业贸易经济效益将逐渐显现 在2009年之前,两岸对纺织品的进口关税在10%左右,甚至超过15%。而在后ECFA时期,2011年大陆对台湾出口至大陆的纺织品就已经有18项征收零关税,台湾对大陆出口至台湾的纺织品中有4项征收零关税。直至2012年大部分纺织品已经实行了零关税,在2013年1月1日开始所有纺织品都将享受进口免关税的优惠。就原产地证效益而言,在2011年ECFA早收计划实施的头两个月,仅仅广东、福建两省就签发了364份ECFA原产地证,为企业减免关税98万美元。2011年直接经济利益超过150亿美元,占两岸贸易额的10%以上。值得注意的是,台湾中小型企业利用ECFA原产地证书较大型企业更为积极,体现了EC-FA涉及惠及台湾中小型企业的初衷。 (二)分工上不断优化两岸纺织业贸易合作 大陆广阔的市场空间对台湾有强大的吸引力,同时也为台湾企业提供了丰富的原材料、土地、人力资源,并且大陆为台湾企业制定了一系列的优惠扶持政策。如果台湾纺织品企业能够充分利用大陆的政策和优质资源,积极调整经营方式适应大陆产业结构调整发展,将加快推进其产业调整升级。将提高产品附加值,控制生产成本作为企业经营的主要方针,将提高盈利水平和竞争力为经营目标,以更好的利用EFCA带来的良好发展机遇。综上,台湾纺织品企业应当将大陆市场作为未来一段时间内的重点发展方向。与此同时,也要进一步向大陆开放市场,加快贸易自由化的发展实现纺织品市场的全面开放。在未来,两岸纺织业合作发展的领域应主要包括功能性纤维、产业用纺织品、高附加值面料、节能减排与循环再生、产业梯度转移、品牌与营销渠道等。在后ECFA时期,真正形成两岸纺织品市场双向开放、合作竞争的均衡机制,打破传统的“台湾接单—大陆生产—日本进口—欧美销售”营销模式,推动两岸产业结构的升级,使两岸纺织业互惠互利、均衡发展,形成更加密切、优势互补的分工合作关系,共享ECFA框架下的利益。 (三)两岸纺织业贸易有更多的合作空间有待探索 近年来,大陆关注经济结构性调整,而台湾经济只是在2010年触底反弹,之后就陷入了经济增长乏力的困境当中。因此,双方在实现经济可持续发展过程中将面临更多挑战,尤其是双方的发展战略和贸易政策存在不协调的问题需要作出调整避免矛盾深化。台湾对进入大陆内需市场的便利性提出了更高的要求,而大陆更关注两岸经贸的双向交流,希望双方能在实现各自最大利益的前提下开展产业合作,要实现上述目标需要两岸双方共同发挥政治智慧,通过对话沟通实现合作形式的多元化发展。对知识技能共享而言,大陆纺织企业的创新、研发能力不足,纺织产业发展受阻,而台湾地区纺织业的进出口贸易发展时间较长,在国际市场的营销能力和适应能力都优于大陆企业。对大陆来说,受ECFA服务贸易早期收获清单的影响,大陆纺织业分享从台湾引进各种高端的生产性服务,比如说研发设计、电脑与会展服务等。两岸纺织业贸易有着更加广阔的合作空间,相信未来两岸纺织业贸易将快速健康发展。 作者:欧祈福 单位:福建师范大学 纺织业论文:信息化技术在纺织业中的实用性 1生产资源规划与管理系统 企业的生产资源规划管理系统是企业的信息化应用的核心系统,可以说没有先进的企业生产资源规划管理系统就没有优秀的现代化企业,西方发达国家的许多无人工厂、先进的制造企业都离不开这种先进的制控制系统,这种先进的制造控制系统的先进之处就在于其可以对涉及生产的所有资源进行合理调配,而调配的基础则是生产指令单,而生产的指令单则有三条传送途径,一条是由决策层的责任厂长直接下达,一条是由销售根据客户的提货时间与生产速度提前下达,一条则是由来自网络等外部的订单下达生产指令。主控计算机在接收到生产制造指令以后会首先根据需要生产的产品去查询该产品的BOM表(产品配方表)在BOM表上标明了每一制造过程所需的原材料或半成品的数量,主控计算机再根据生产的数量以及客户的来厂提货时间以及生产能力,自动进行生产按排,各辅助生产部门在接收到主控计算机下达的,将某种物料于几时几分运送至某某处的指令以后,只要在使用该物料之前将物料运送至某处即可。这样的生产资源规划管理系统的完美之处在于,任何一种物料都不需要事先堆放于生产环节、物资供应环节等环节,任何一种物料都可以根据需求计划,只要保证在需求之前到达即可,这样就可以极大地节约在途的材料与仓储的费用,对于任何一个工厂而言,节省的资金与提高的效率都是极为惊人的。它是本软件应用的核心系统,在计算机网络支持下,对生产经营过程的各项数据进行运算、分析、处理生成句(按每月上、下句)生产成本。通过组织相关部门、车间人员对句生产成本的分析,找出影响生产成本的各种因素并采取改进措施,使生产成本不断下降,达到“预测”生产成本变化的日的(相对于月少成本核算)本系统的管理流程:(1)企业销售本部及在各个办事处将所签订的销售合同相关信息通过局域网及远程网络传送到总厂服务器。(2)生产部了系统根据销售合同信息自动生成月生产计划,同时制定原料采购计划、生产工艺和质量标准。(3)各生产车间了系统根据生成的生产计划在排产的同时制定材料需求计划,通过局域网传送到服务器。还要向服务器提供生产过程时实数据,如每道工序的班、台、人、时产量、机台运转率及在制品的存量等。(4)供应部门了系统根据各车间的物资计划和仓库库存自动生成物资采购计划,在网上经主管厂长审批后实施。(5)仓库了系统向服务器提供各车间原料物资的领用和成品入库数据。(6)劳资了系统提供计件工资单价、管理人员工资和人员配备等。(7)则务了系统提供固定资产折旧、管理费用等。(8)动力车间了系统提供水、电、汽的消耗量及成本单价、辅助维修费等。通过对上述大量数据用计算机分析、处理可自动生成月或旬生产成本。 2供应链管理系统 (1)以最少的库存资金,保证企业的正常及连续性生产。供应管理了系统帮助采购人员控制并完成从采购计划分采购申请汁采购订单~到货接收气险验入库的全部过程。可有效地监控采购计划的实施、采购成本的变动及供应商交货履约情况,从而帮助采购人员选择最佳的供应商和采购策略,确保采购工作高质量、高效率及低成本地执行,使企业具有最佳的供货状态。(2)本系统与生产、库存、应付账款管理及质量等了系统均有接日。采购需求信息可由生产、库存等其他部门直接下达,也可以从中长期采购计划生成。(3)开展电了商务参与网上采购。该网络实现了物流采购的全过程透明,建立了在采购数量、质量、价格、库存等方面的网络监控系统,供应部门向全厂公开。策事长、总经理及企管部门可以在网上对物资的采购、领出进行审批。 3销售链系统 销售链子系统通过计算机远程终端将各办事处与总厂服务器连成网络,实现整个营销网络从签订合同、安排生产、产品入库、销售、销售回款、总厂库存和异地库存等各种数据全部进入计算机网络,使得各地办事处都能享受到工厂的生产、经营信息,使产品销售能力不断增强。策事长、总经理通过网络监控生产销售整个过程,提高了销售工作的透明度和监控力度。结束语亚麻纺织企业应用信息化技术将亚麻纺织企业变成了一座缩微工厂,工厂中的任何一个部门的任何一项涉及到人员、资金以及重大生产事件的变动都会纳入到企业管理者的视线之内,而且,信息化技术还将为企业打开一道让世界了解企业,让企业走向世界的窗口。 作者:郑秀梅 单位:大庆市肇州县肇融亚麻纺织有限公司
化工生产中纳米材料的应用:纳米材料在化工生产中的应用 摘要:充满生机的二十一世纪,以知识经济为主旋律和推动力正引发一场新的工业革命,节省资源、合理利用能源、净化生存环境是这场工业革命的核心,纳米技术在生产方式和工作方式的变革中正发挥重要作用,它对化工行业产生的影响是无法估量的。这里主要介绍纳米材料在化工领域中的几种应用。 关键词:纳米材料;化工领域;应用 1纳米材料的特殊性质 1.1 力学性质高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低,位错滑移和增殖符合Frank-Reed模型,其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大,增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大,所以纳迷材料中位错滑移和增殖不会发生,这就是纳米晶强化效应。 1.2 磁学性质当代计算机硬盘系统的磁记录密度超过1.55Gb/cm2,在这情况下,感应法读出磁头和普通坡莫合金磁电阻磁头的磁致电阻效应为3%,已不能满足需要,而纳米多层膜系统的巨磁电阻效应高达50%,可以用于信息存储的磁电阻读出磁头,具有相当高的灵敏度和低噪音。 1.3 电学性质由于晶界面上原子体积分数增大,纳米材料的电阻高于同类粗晶材料,甚至发生尺寸诱导金属――绝缘体转变(SIMIT)。利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点,有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。 1.4 热学性质纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值,这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。 2纳米材料在化工行业中的应用 2.1 在催化方面的应用催化剂在许多化学化工领域中起着举足轻重的作用,它可以控制反应时间、提高反应效率和反应速度。大多数传统的催化剂不仅催化效率低,而且其制备是凭经验进行,不仅造成生产原料的巨大浪费,使经济效益难以提高,而且对环境也造成污染。纳米粒子表面活性中心多,为它作催化剂提供了必要条件。纳米粒于作催化剂,可大大提高反应效率,控制反应速度,甚至使原来不能进行的反应也能进行。纳米微粒作催化剂比一般催化剂的反应速度提高10~15倍。 纳米微粒作为催化剂应用较多的是半导体光催化剂,特别是在有机物制备方面。分散在溶液中的每一个半导体颗粒,可近似地看成是一个短路的微型电池,用能量大于半导体能隙的光照射半导体分散系时,半导体纳米粒子吸收光产生电子――空穴对。在电场作用下,电子与空穴分离,分别迁移到粒子表面的不同位置,与溶液中相似的组分进行氧化和还原反应。 2.2 在涂料方面的应用纳米材料由于其表面和结构的特殊性,具有一般材料难以获得的优异性能,显示出强大的生命力。表面涂层技术也是当今世界关注的热点。纳米材料为表面涂层提供了良好的机遇,使得材料的功能化具有极大的可能。借助于传统的涂层技术,添加纳米材料,可获得纳米复合体系涂层,实现功能的飞跃,使得传统涂层功能改性。涂层按其用途可分为结构涂层和功能涂层。结构涂层是指涂层提高基体的某些性质和改性;功能涂层是赋予基体所不具备的性能,从而获得传统涂层没有的功能。在涂料中加入纳米材料,可进一步提高其防护能力,实现防紫外线照射、耐大气侵害和抗降解、变色等,在卫生用品上应用可起到杀菌保洁作用。在标牌上使用纳米材料涂层,可利用其光学特性,达到储存太阳能、节约能源的目的。在建材产品如玻璃、涂料中加入适宜的纳米材料,可以达到减少光的透射和热传递效果,产生隔热、阻燃等效果。日本松下公司已研制出具有良好静电屏蔽的纳米涂料,所应用的纳米微粒有氧化铁、二氧化钛和氧化锌等。这些具有半导体特性的纳米氧化物粒子,在室温下具有比常规的氧化物高的导电特性,因而能起到静电屏蔽作用,而且氧化物纳米微粒的颜色不同,这样还可以通过复合控制静电屏蔽涂料的颜色,克服炭黑静电屏蔽涂料只有单一颜色的单调性。纳米材料的颜色不仅随粒径而变,还具有随角变色效应。在汽车的装饰喷涂业中,将纳米TiO2添加在汽车、轿车的金属闪光面漆中,能使涂层产生丰富而神秘的色彩效果,从而使传统汽车面漆旧貌换新颜。纳米SiO2是一种抗紫外线辐射材料。在涂料中加入纳米SiO2,可使涂料的抗老化性能、光洁度及强度成倍地增加。纳米涂层具有良好的应用前景,将为涂层技术带来一场新的技术革命,也将推动复合材料的研究开发与应用。 2.3 在精细化工方面的应用精细化工是一个巨大的工业领域,产品数量繁多,用途广泛,并且影响到人类生活的方方面面。纳米材料的优越性无疑也会给精细化工带来福音,并显示它的独特畦力。在橡胶、塑料、涂料等精细化工领域,纳米材料都能发挥重要作用。如在橡胶中加入纳米SiO2,可以提高橡胶的抗紫外辐射和红外反射能力。纳米Al2O3,和SiO2,加入到普通橡胶中,可以提高橡胶的耐磨性和介电特性,而且弹性也明显优于用白炭黑作填料的橡胶。塑料中添加一定的纳米材料,可以提高塑料的强度和韧性,而且致密性和防水性也相应提高。 纳米科学是一门将基础科学和应用科学集于一体的新兴科学,主要包括纳米电子学、纳米材料学和纳米生物学等。21世纪将是纳米技术的时代,为此,国家科委、中科院将纳米技术定位为“21世纪最重要、最前沿的科学”。纳米材料的应用涉及到各个领域,在机械、电子、光学、磁学、化学和生物学领域有着广泛的应用前景。纳米科学技术的诞生,将对人类社会产生深远的影响,并有可能从根本上解决人类面临的许多问题,特别是能源、人类健康和环境保护等重大问题。 化工生产中纳米材料的应用:纳米材料在化工生产中的应用论文 纳米材料(又称超细微粒、超细粉未)是处在原子簇和宏观物体交界过渡区域的一种典型系统,其结构既不同于体块材料,也不同于单个的原子。其特殊的结构层次使它具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应等,拥有一系列新颖的物理和化学特性,在众多领域特别是在光、电、磁、催化等方面具有非常重大的应用价值。 纳米材料在结构、光电和化学性质等方面的诱人特征,引起物理学家、材料学家和化学家的浓厚兴趣。80年代初期纳米材料这一概念形成以后,世界各国对这种材料给予极大关注。它所具有的独特的物理和化学性质,使人们意识到它的发展可能给物理、化学、材料、生物、医药等学科的研究带来新的机遇。纳米材料的应用前景十分广阔。近年来,它在化工生产领域也得到了一定的应用,并显示出它的独特魅力。 1.在催化方面的应用 催化剂在许多化学化工领域中起着举足轻重的作用,它可以控制反应时间、提高反应效率和反应速度。大多数传统的催化剂不仅催化效率低,而且其制备是凭经验进行,不仅造成生产原料的巨大浪费,使经济效益难以提高,而且对环境也造成污染。纳米粒子表面活性中心多,为它作催化剂提供了必要条件。纳米粒于作催化剂,可大大提高反应效率,控制反应速度,甚至使原来不能进行的反应也能进行。纳米微粒作催化剂比一般催化剂的反应速度提高10~15倍。 纳米微粒作为催化剂应用较多的是半导体光催化剂,特别是在有机物制备方面。分散在溶液中的每一个半导体颗粒,可近似地看成是一个短路的微型电池,用能量大于半导体能隙的光照射半导体分散系时,半导体纳米粒子吸收光产生电子——空穴对。在电场作用下,电子与空穴分离,分别迁移到粒子表面的不同位置,与溶液中相似的组分进行氧化和还原反应。 光催化反应涉及到许多反应类型,如醇与烃的氧化,无机离子氧化还原,有机物催化脱氢和加氢、氨基酸合成,固氮反应,水净化处理,水煤气变换等,其中有些是多相催化难以实现的。半导体多相光催化剂能有效地降解水中的有机污染物。例如纳米TiO2,既有较高的光催化活性,又能耐酸碱,对光稳定,无毒,便宜易得,是制备负载型光催化剂的最佳选择。已有文章报道,选用硅胶为基质,制得了催化活性较高的TiO/SiO2负载型光催化剂。Ni或Cu一Zn化合物的纳米颗粒,对某些有机化合物的氢化反应是极好的催化剂,可代替昂贵的铂或钮催化剂。纳米铂黑催化剂可使乙烯的氧化反应温度从600℃降至室温。用纳米微粒作催化剂提高反应效率、优化反应路径、提高反应速度方面的研究,是未来催化科学不可忽视的重要研究课题,很可能给催化在工业上的应用带来革命性的变革。 2.在涂料方面的应用 纳米材料由于其表面和结构的特殊性,具有一般材料难以获得的优异性能,显示出强大的生命力。表面涂层技术也是当今世界关注的热点。纳米材料为表面涂层提供了良好的机遇,使得材料的功能化具有极大的可能。借助于传统的涂层技术,添加纳米材料,可获得纳米复合体系涂层,实现功能的飞跃,使得传统涂层功能改性。涂层按其用途可分为结构涂层和功能涂层。结构涂层是指涂层提高基体的某些性质和改性;功能涂层是赋予基体所不具备的性能,从而获得传统涂层没有的功能。结构涂层有超硬、耐磨涂层,抗氧化、耐热、阻燃涂层,耐腐蚀、装饰涂层等;功能涂层有消光、光反射、光选择吸收的光学涂层,导电、绝缘、半导体特性的电学涂层,氧敏、湿敏、气敏的敏感特性涂层等。在涂料中加入纳米材料,可进一步提高其防护能力,实现防紫外线照射、耐大气侵害和抗降解、变色等,在卫生用品上应用可起到杀菌保洁作用。在标牌上使用纳米材料涂层,可利用其光学特性,达到储存太阳能、节约能源的目的。在建材产品如玻璃、涂料中加入适宜的纳米材料,可以达到减少光的透射和热传递效果,产生隔热、阻燃等效果。日本松下公司已研制出具有良好静电屏蔽的纳米涂料,所应用的纳米微粒有氧化铁、二氧化钛和氧化锌等。这些具有半导体特性的纳米氧化物粒子,在室温下具有比常规的氧化物高的导电特性,因而能起到静电屏蔽作用,而且氧化物纳米微粒的颜色不同,这样还可以通过复合控制静电屏蔽涂料的颜色,克服炭黑静电屏蔽涂料只有单一颜色的单调性。纳米材料的颜色不仅随粒径而变,还具有随角变色效应。在汽车的装饰喷涂业中,将纳米TiO2添加在汽车、轿车的金属闪光面漆中,能使涂层产生丰富而神秘的色彩效果,从而使传统汽车面漆旧貌换新颜。纳米SiO2是一种抗紫外线辐射材料。在涂料中加入纳米SiO2,可使涂料的抗老化性能、光洁度及强度成倍地增加。纳米涂层具有良好的应用前景,将为涂层技术带来一场新的技术革命,也将推动复合材料的研究开发与应用。 3.在其它精细化工方面的应用 精细化工是一个巨大的工业领域,产品数量繁多,用途广泛,并且影响到人类生活的方方面面。纳米材料的优越性无疑也会给精细化工带来福音,并显示它的独特畦力。在橡胶、塑料、涂料等精细化工领域,纳米材料都能发挥重要作用。如在橡胶中加入纳米SiO2,可以提高橡胶的抗紫外辐射和红外反射能力。纳米Al2O3,和SiO2,加入到普通橡胶中,可以提高橡胶的耐磨性和介电特性,而且弹性也明显优于用白炭黑作填料的橡胶。塑料中添加一定的纳米材料,可以提高塑料的强度和韧性,而且致密性和防水性也相应提高。国外已将纳米SiO2,作为添加剂加入到密封胶和粘合剂中,使其密封性和粘合性都大为提高。此外,纳米材料在纤维改性、有机玻璃制造方面也都有很好的应用。在有机玻璃中加入经过表面修饰处理的SiO2,可使有机玻璃抗紫外线辐射而达到抗老化的目的;而加入A12O3,不仅不影响玻璃的透明度,而且还会提高玻璃的高温冲击韧性。一定粒度的锐钛矿型TiO2具有优良的紫外线屏蔽性能,而且质地细腻,无毒无臭,添加在化妆品中,可使化妆品的性能得到提高。超细TiO2的应用还可扩展到涂料、塑料、人造纤维等行业。最近又开发了用于食品包装的TiO2及高档汽车面漆用的珠光钛白。纳米TiO2,能够强烈吸收太阳光中的紫外线,产生很强的光化学活性,可以用光催化降解工业废水中的有机污染物,具有除净度高,无二次污染,适用性广泛等优点,在环保水处理中有着很好的应用前景。在环境科学领域,除了利用纳米材料作为催化剂来处理工业生产过程中排放的废料外,还将出现功能独特的纳米膜。这种膜能探测到由化学和生物制剂造成的污染,并能对这些制剂进行过滤,从而消除污染。 4.在医药方面的应用 21世纪的健康科学,将以出入意料的速度向前发展,人们对药物的需求越来越高。控制药物释放、减少副作用、提高药效、发展药物定向治疗,已提到研究日程上来。纳米粒子将使药物在人体内的传输更为方便。用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体,可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织;使用纳米技术的新型诊断仪器,只需检测少量血液就能通过其中的蛋白质和DNA诊断出各种疾病,美国麻省理工学院已制备出以纳米磁性材料作为药物载体的靶定向药物,称之为“定向导弹”。该技术是在磁性纳米微粒包覆蛋白质表面携带药物,注射到人体血管中,通过磁场导航输送到病变部位,然后释放药物。纳米粒子的尺寸小,可以在血管中自由流动,因此可以用来检查和治疗身体各部位的病变。对纳米微粒的临床医疗以及放射性治疗等方面的应用也进行了大量的研究工作。据《人民日报》报道,我国将纳米技术应用于医学领域获得成功。南京希科集团利用纳米银技术研制生产出医用敷料——长效广谱抗菌棉。这种抗菌棉的生产原理是通过纳米技术将银制成尺寸在纳米级的超细小微粒,然后使之附着在棉织物上。银具有预防溃烂和加速伤口愈合的作用,通过纳米技术处理后的银表面急剧增大,表面结构发生变化,杀菌能力提高200倍左右,对临床常见的外科感染细菌都有较好的抑制作用。 微粒和纳粒作为给药系统,其制备材料的基本性质是无毒、稳定、有良好的生物性并且与药物不发生化学反应。纳米系统主要用于毒副作用大、生物半衰期短、易被生物酶降解的药物的给药。 纳米生物学用来研究在纳米尺度上的生物过程,从而根据生物学原理发展分子应用工程。在金属铁的超细颗粒表面覆盖一层厚为5~20nm的聚合物后,可以固定大量蛋白质特别是酶,从而控制生化反应。这在生化技术、酶工程中大有用处。使纳米技术和生物学相结合,研究分子生物器件,利用纳米传感器,可以获取细胞内的生物信息,从而了解机体状态,深化人们对生理及病理的解释。 5.结语 纳米科学是一门将基础科学和应用科学集于一体的新兴科学,主要包括纳米电子学、纳米材料学和纳米生物学等。21世纪将是纳米技术的时代,为此,国家科委、中科院将纳米技术定位为“21世纪最重要、最前沿的科学”。纳米材料的应用涉及到各个领域,在机械、电子、光学、磁学、化学和生物学领域有着广泛的应用前景。纳米科学技术的诞生,将对人类社会产生深远的影响,并有可能从根本上解决人类面临的许多问题,特别是能源、人类健康和环境保护等重大问题。21世纪初的主要任务是依据纳米材料各种新颖的物理和化学特性,设计出各种新型的材料和器件。通过纳米材料科学技术对传统产品的改性,增加其高科技含量以及发展纳米结构的新型产品,目前已出现可喜的苗头,具备了形成21世纪经济新增长点的基础。纳米材料将成为材料科学领域一个大放异彩的明星展现在新材料、能源、信息等各个领域,发挥举足轻重的作用。随着其制备和改性技术的不断发展,纳米材料在精细化工和医药生产等诸多领域会得到日益广泛的应用。 化工生产中纳米材料的应用:纳米材料在化工生产中使用 纳米材料(又称超细微粒、超细粉未)是处在原子簇和宏观物体交界过渡区域的一种典型系统,其结构既不同于体块材料,也不同于单个的原子。其特殊的结构层次使它具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应等,拥有一系列新颖的物理和化学特性,在众多领域特别是在光、电、磁、催化等方面具有非常重大的应用价值。 纳米材料在结构、光电和化学性质等方面的诱人特征,引起物理学家、材料学家和化学家的浓厚兴趣。80年代初期纳米材料这一概念形成以后,世界各国对这种材料给予极大关注。它所具有的独特的物理和化学性质,使人们意识到它的发展可能给物理、化学、材料、生物、医药等学科的研究带来新的机遇。 纳米材料的应用前景十分广阔。近年来,它在化工生产领域也得到了一定的应用,并显示出它的独特魅力。 1.在催化方面的应用 催化剂在许多化学化工领域中起着举足轻重的作用,它可以控制反应时间、提高反应效率和反应速度。大多数传统的催化剂不仅催化效率低,而且其制备是凭经验进行,不仅造成生产原料的巨大浪费,使经济效益难以提高,而且对环境也造成污染。纳米粒子表面活性中心多,为它作催化剂提供了必要条件。纳米粒于作催化剂,可大大提高反应效率,控制反应速度,甚至使原来不能进行的反应也能进行。纳米微粒作催化剂比一般催化剂的反应速度提高10~15倍。 纳米微粒作为催化剂应用较多的是半导体光催化剂,特别是在有机物制备方面。分散在溶液中的每一个半导体颗粒,可近似地看成是一个短路的微型电池,用能量大于半导体能隙的光照射半导体分散系时,半导体纳米粒子吸收光产生电子——空穴对。在电场作用下,电子与空穴分离,分别迁移到粒子表面的不同位置,与溶液中相似的组分进行氧化和还原反应。 光催化反应涉及到许多反应类型,如醇与烃的氧化,无机离子氧化还原,有机物催化脱氢和加氢、氨基酸合成,固氮反应,水净化处理,水煤气变换等,其中有些是多相催化难以实现的。半导体多相光催化剂能有效地降解水中的有机污染物。例如纳米TiO2,既有较高的光催化活性,又能耐酸碱,对光稳定,无毒,便宜易得,是制备负载型光催化剂的最佳选择。已有文章报道,选用硅胶为基质,制得了催化活性较高的TiO/SiO2负载型光催化剂。Ni或Cu一Zn化合物的纳米颗粒,对某些有机化合物的氢化反应是极好的催化剂,可代替昂贵的铂或钮催化剂。纳米铂黑催化剂可使乙烯的氧化反应温度从600℃降至室温。用纳米微粒作催化剂提高反应效率、优化反应路径、提高反应速度方面的研究,是未来催化科学不可忽视的重要研究课题,很可能给催化在工业上的应用带来革命性的变革。 2.在涂料方面的应用 纳米材料由于其表面和结构的特殊性,具有一般材料难以获得的优异性能,显示出强大的生命力。表面涂层技术也是当今世界关注的热点。纳米材料为表面涂层提供了良好的机遇,使得材料的功能化具有极大的可能。借助于传统的涂层技术,添加纳米材料,可获得纳米复合体系涂层,实现功能的飞跃,使得传统涂层功能改性。涂层按其用途可分为结构涂层和功能涂层。结构涂层是指涂层提高基体的某些性质和改性;功能涂层是赋予基体所不具备的性能,从而获得传统涂层没有的功能。结构涂层有超硬、耐磨涂层,抗氧化、耐热、阻燃涂层,耐腐蚀、装饰涂层等;功能涂层有消光、光反射、光选择吸收的光学涂层,导电、绝缘、半导体特性的电学涂层,氧敏、湿敏、气敏的敏感特性涂层等。在涂料中加入纳米材料,可进一步提高其防护能力,实现防紫外线照射、耐大气侵害和抗降解、变色等,在卫生用品上应用可起到杀菌保洁作用。在标牌上使用纳米材料涂层,可利用其光学特性,达到储存太阳能、节约能源的目的。在建材产品如玻璃、涂料中加入适宜的纳米材料,可以达到减少光的透射和热传递效果,产生隔热、阻燃等效果。日本松下公司已研制出具有良好静电屏蔽的纳米涂料,所应用的纳米微粒有氧化铁、二氧化钛和氧化锌等。这些具有半导体特性的纳米氧化物粒子,在室温下具有比常规的氧化物高的导电特性,因而能起到静电屏蔽作用,而且氧化物纳米微粒的颜色不同,这样还可以通过复合控制静电屏蔽涂料的颜色,克服炭黑静电屏蔽涂料只有单一颜色的单调性。纳米材料的颜色不仅随粒径而变,还具有随角变色效应。在汽车的装饰喷涂业中,将纳米TiO2添加在汽车、轿车的金属闪光面漆中,能使涂层产生丰富而神秘的色彩效果,从而使传统汽车面漆旧貌换新颜。纳米SiO2是一种抗紫外线辐射材料。在涂料中加入纳米SiO2,可使涂料的抗老化性能、光洁度及强度成倍地增加。纳米涂层具有良好的应用前景,将为涂层技术带来一场新的技术革命,也将推动复合材料的研究开发与应用。 3.在其它精细化工方面的应用 精细化工是一个巨大的工业领域,产品数量繁多,用途广泛,并且影响到人类生活的方方面面。纳米材料的优越性无疑也会给精细化工带来福音,并显示它的独特畦力。在橡胶、塑料、涂料等精细化工领域,纳米材料都能发挥重要作用。如在橡胶中加入纳米SiO2,可以提高橡胶的抗紫外辐射和红外反射能力。纳米Al2O3,和SiO2,加入到普通橡胶中,可以提高橡胶的耐磨性和介电特性,而且弹性也明显优于用白炭黑作填料的橡胶。塑料中添加一定的纳米材料,可以提高塑料的强度和韧性,而且致密性和防水性也相应提高。国外已将纳米SiO2,作为添加剂加入到密封胶和粘合剂中,使其密封性和粘合性都大为提高。此外,纳米材料在纤维改性、有机玻璃制造方面也都有很好的应用。在有机玻璃中加入经过表面修饰处理的SiO2,可使有机玻璃抗紫外线辐射而达到抗老化的目的;而加入A12O3,不仅不影响玻璃的透明度,而且还会提高玻璃的高温冲击韧性。一定粒度的锐钛矿型TiO2具有优良的紫外线屏蔽性能,而且质地细腻,无毒无臭,添加在化妆品中,可使化妆品的性能得到提高。超细TiO2的应用还可扩展到涂料、塑料、人造纤维等行业。最近又开发了用于食品包装的TiO2及高档汽车面漆用的珠光钛白。纳米TiO2,能够强烈吸收太阳光中的紫外线,产生很强的光化学活性,可以用光催化降解工业废水中的有机污染物,具有除净度高,无二次污染,适用性广泛等优点,在环保水处理中有着很好的应用前景。在环境科学领域,除了利用纳米材料作为催化剂来处理工业生产过程中排放的废料外,还将出现功能独特的纳米膜。这种膜能探测到由化学和生物制剂造成的污染,并能对这些制剂进行过滤,从而消除污染。 4.在医药方面的应用 21世纪的健康科学,将以出入意料的速度向前发展,人们对药物的需求越来越高。控制药物释放、减少副作用、提高药效、发展药物定向治疗,已提到研究日程上来。纳米粒子将使药物在人体内的传输更为方便。用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体,可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织;使用纳米技术的新型诊断仪器,只需检测少量血液就能通过其中的蛋白质和DNA诊断出各种疾病,美国麻省理工学院已制备出以纳米磁性材料作为药物载体的靶定向药物,称之为“定向导弹”。该技术是在磁性纳米微粒包覆蛋白质表面携带药物,注射到人体血管中,通过磁场导航输送到病变部位,然后释放药物。纳米粒子的尺寸小,可以在血管中自由流动,因此可以用来 检查和治疗身体各部位的病变。对纳米微粒的临床医疗以及放射性治疗等方面的应用也进行了大量的研究工作。据《人民日报》报道,我国将纳米技术应用于医学领域获得成功。南京希科集团利用纳米银技术研制生产出医用敷料——长效广谱抗菌棉。这种抗菌棉的生产原理是通过纳米技术将银制成尺寸在纳米级的超细小微粒,然后使之附着在棉织物上。银具有预防溃烂和加速伤口愈合的作用,通过纳米技术处理后的银表面急剧增大,表面结构发生变化,杀菌能力提高200倍左右,对临床常见的外科感染细菌都有较好的抑制作用。新晨 微粒和纳粒作为给药系统,其制备材料的基本性质是无毒、稳定、有良好的生物性并且与药物不发生化学反应。纳米系统主要用于毒副作用大、生物半衰期短、易被生物酶降解的药物的给药。 纳米生物学用来研究在纳米尺度上的生物过程,从而根据生物学原理发展分子应用工程。在金属铁的超细颗粒表面覆盖一层厚为5~20nm的聚合物后,可以固定大量蛋白质特别是酶,从而控制生化反应。这在生化技术、酶工程中大有用处。使纳米技术和生物学相结合,研究分子生物器件,利用纳米传感器,可以获取细胞内的生物信息,从而了解机体状态,深化人们对生理及病理的解释。 5.结语 纳米科学是一门将基础科学和应用科学集于一体的新兴科学,主要包括纳米电子学、纳米材料学和纳米生物学等。21世纪将是纳米技术的时代,为此,国家科委、中科院将纳米技术定位为“21世纪最重要、最前沿的科学”。纳米材料的应用涉及到各个领域,在机械、电子、光学、磁学、化学和生物学领域有着广泛的应用前景。纳米科学技术的诞生,将对人类社会产生深远的影响,并有可能从根本上解决人类面临的许多问题,特别是能源、人类健康和环境保护等重大问题。21世纪初的主要任务是依据纳米材料各种新颖的物理和化学特性,设计出各种新型的材料和器件。通过纳米材料科学技术对传统产品的改性,增加其高科技含量以及发展纳米结构的新型产品,目前已出现可喜的苗头,具备了形成21世纪经济新增长点的基础。纳米材料将成为材料科学领域一个大放异彩的明星展现在新材料、能源、信息等各个领域,发挥举足轻重的作用。随着其制备和改性技术的不断发展,纳米材料在精细化工和医药生产等诸多领域会得到日益广泛的应用。
生物技术及应用论文:职业教育分级制度在生物技术及应用专业的改革实践 摘 要:职业教育分级制度是现代职业教育体系的核心制度设计,涉及职业教育理念、制度、教育实践的创新改革,是对传统的职业教育进行从形式到内涵的全方位重构。本文以生物技术及应用专业职业教育分级制改革试验为例,介绍了“职业仓”构建、分级标准制定、学习制度安排、课相开发与教学设计、质量控制和评价等方面的改革成果。 关键词:职业教育分级制度 教育改革 生物技术及应用 职业教育分级制度改革方案[1] [2]的提出,是从我国的国情出发,在初中后教育分流的基础上,采用5级架构为基础,纵向可以发展的“5+X”职业教育分级结构模型,形成新的职业教育人才培养层次与人才评价机制。建立职业教育等级证书制度,对接学历制度、国家职业资格制度,能更好地适应行业、企业或社会组织对于不同层次人才的需求。生物技术及应用专业是北京市职业教育分级制度改革的首批试验专业,目前已经完成了分级、标准、课程、评价、学习制度等方面的方案设计,并开始在2011级、2012级两个年级中进行教学改革试验。 构建生物技术及应用专业“职业仓” 职业教育是从实际存在的职业需求出发设计教育内容、教育过程、教育方法和组织教育资源开展的人才培养活动,从职业中来到职业中去,源于职业又高于职业[3]。职业仓提供了一个从职业到教育的分析模型。通过对某专业所对应的行业或企业中的众多职业进行分析,按照职业类型、结构、特征的不同进行分类,建立起行业或企业的职业结构模型,并按工作的难易程度合理划分层级,从而形成与专业对应、分类有序、层级明显的行业企业典型职业的集合,即职业仓。职业仓从职业调研分析入手,解决职业教育能不能分级和怎么分级的问题。 生物医药产业是北京市重点发展的新兴产业。目前有北京天坛生物制品股份有限公司等生产企业270多家,生物技术公司800多家。经过调研发现,在这样的高技术企业中从事科学研究与产品开发的人员不足10%,大多数的人员从事科研或研发助理、产品生产和检验等工作,也就是说,这些企业对职业教育培养的不同层次的技能人才有着更大的需求。 为了调查清楚生物医药产业职业岗位特征和人才需求,北京电子科技职业学院联合企业和科研单位专家组成的课题组实地调查了北京天坛生物制品股份有限公司等73家企业,摸清了这类企业职业岗位设置情况。课题组系统研究了国家职业大典中与生物医药相关的职业,并对人才招聘网站中北京地区生物医药行业的1,277个职业岗位进行了统计分析,其中研发类岗位214个、检验类岗位240个、生产类岗位532个,未包含在上述大类内的岗位291个。据此,课题组将生物技术及应用专业所对应的职业群划分为产品生产、产品检验和产品研发类,确定了该专业的人才培养方向(初次就业岗位)主要是从事生物医药行业产品生产、质量检验和研发助理等工作。 在充分进行职业分析的基础上,为便于开展有针对性的职业教育,还需要提炼出典型职业,并将其合理划分出层次,作为建立职业仓结构的依据。下面是在分析北京地区生物医药行业的职业分布和职业能力要求之后,构建的职业仓模型。在这里,每个典型职业都对应了不同的职业教育等级。 教产合作拟定职业教育分级标准 北京市职业教育分级制度改革方案明确将职业教育目标分为社会能力、操作能力、发展能力3个领域、8个次级目标和若干个3级目标[4]。依据这个基本框架,学校和行业企业等联合开发职业教育分级标准,从而建立起横向分类、纵向分级的职业能力目标体系。生物技术及应用专业依托生物药物生产和检验两大岗位群,结合国家职业和行业企业技能标准,解构相应的岗位能力目标,形成职业教育分级标准。 社会能力 道德责任 安全环保 沟通合作 ①具备严谨细致、详尽如实地记录生产和实验数据能力,对产品质量负责的职业道德。②熟悉《药品生产质量管理规范》等规范和法规,具有法律意识。 ①熟悉生物制品生产等产品生产和检验岗位的质量、安全和劳动保护要求,并能对他人的工作行为和产品质量承担有限责任,具有健康安全意识。②能正确处理生物产品生产和检验中出现的三废,确保生产环境及相关环境的安全及卫生,能按照6S要求对工作环境进行整理和规范,并具有环境保护意识。 ①具有沟通交流能力,对自己或他人发现的生物产品生产和检验过程中出现的常见技术问题,能够通过协商后独立解决。②具有与人合作的能力,能够根据合作合同或清单要求,与他人共同制定并完成生物产品生产或检验过程。 ①具有理解和执行药品化验员、高级药物制剂工、生物制品工、基因工程产品工等岗位的企业生产技术规范和标准的能力。②具有认识和使用无菌操作设备、药物制剂设备、仪器分析设备等专属生产工具的能力。③具有完成发酵原料药的生产、生物制剂生产、免疫制剂生产、基因工程药物的生产等生产任务的能力。④具有完成生物药物原辅料、半成品和产品检验的能力。 ①具有使用衡器、量器等基本工具,掌握基本的化学分析方法等通用技术能力。②具有利用计算机、网络通讯等技术手段解决生产和检验问题的信息处理能力。③具有利用数理统计等方法处理实验数据的数字应用能力。④能根据工作岗位和个人发展的需要,确定学习目标和计划,具备自我学习能力。⑤能够借助专业词典,熟悉常用进口设备的仪器使用说明和标准操作规程,具备外语应用能力。 学习能力 信息能力 创新能力 具备及时了解制剂、基因产品、生物制品及药物检验相关领域的新知识的学习能力。 具备能利用网络、图书馆等媒介收集制剂、基因产品、生物制品及药物检验的相关的信息收集、处理和应用能力。 能对市场需求较新的一些生物产品、药物剂型和药品检验方法提出可行的生产程序或方法,具备一定的战略思考、创新和解决问题的能力。 制定面向人人的学习制度 职业教育的功能是帮助人们走向职业,面对的是学习者多样化的教育需求。只有超越学校教育、学龄教育、学历教育的固有模式,建立面向人人的弹性、灵活的学习制度,职业教育才更有意义。分级制度打破了传统学历教育框架,丰富了教育层次,使面向人人的教育理想成为现实。表5是以本专业职业教育4级为例,建立的5种人才培养路径以及多元化的入学通道、学制安排和学习形式。 表5职业教育4级招生对象、入学要求、基本学制和学习形式 完成职业教育分级制度规定的学习任务,经过评价合格获得职业教育等级证书。职业教育等级证书与我国目前职业教育学历证书有对应关系,2级与中职学历、4级与高职学历、5级与本科学历相对应。由于职业教育分级标准和原有的学历标准不同,因此职业教育等级证书与学历证书虽可对应但不等同。 课相开发与教学设计 实施职业教育分级制度对职业学校原有的课程体系提出了挑战。课相就是在职业教育分级制度改革试验中提出的课程新概念。它是以职业教育分级标准提出的能力目标为依据,以实际职业活动或典型工作任务为载体,以学习者为中心,教、学、训、做、评相融合的职业教育教学任务和教学组织模式[3]。由于课相开发的依据是分级标准提出的能力目标,完成一组课相教学就意味着可以达到职业教育分级标准要求,为此,本专业职业教育4级共开发了“原辅料检验”“发酵原料药的生产”“生物药物制剂生产”“基因工程药物生产”“免疫制剂生产”和“制剂单项检验”6个课相。 课相教学设计与传统的生物技术及应用专业的教学设计有很大的不同。首先,教学设计的逻辑起点不同。传统的课程体系设计是按照基础课、专业基础课和专业课的思路,按照难度递进的方式进行设计,而分级制课相的设计是从职业岗位出发,以生物药物的生产和检验流程为逻辑主线而设计。其次,教学内容的设计思路不同。传统课程教学是在学生掌握无机化学、有机化学等相关知识的基础上学习生物药物生产的专业知识,而课相教学是以实际职业活动或典型工作任务为载体,在完成实际生产任务的过程中贯穿讲解必备的基础理论知识,完全打破了传统的学科体系。例如,“原辅料检验”课相以4级分级标准提出的生物药物理化检验相关的能力目标为依据,以枸橼酸等6种生物药物生产过程中的常见的原辅料为载体,按照实际的岗位工作流程进行教学的组织与实施,融入传统教学体系中“无机化学”“分析化学”“生物化学”等6门专业基础课程的必备知识和技能,培养了职业综合能力。再次,教学的组织形式不同。传统课程教学基本上是采用“理论+实践”的教学组织形式,而课相教学是采用“教、学、训、做、评”相融合的教学组织形式。课相教学是由企业专家和专任教师共同组建教学团队,教学载体来源于实际职业活动或典型工作任务,学生在完成实际生产任务的过程中,在教师的指导下完成理论知识的学习、实践技能的训练和考核评价。 建立质量控制和评价体系 为建立完善的分级制质量保证与评价体系,生物技术及应用专业成立了由骨干专业教师和企业专家组成的专业委员会,负责4级课相考核标准的制定。 课相评价分数由单项评价与综合评价(50%)、主体评价与客体评价(50%)组成。 单项评价与综合评价:每一个课相的评价由任课教师(专任教师和企业专家)评价、学生自评、学生互评组成。任课教师根据学生的实操过程、证明材料、出勤考核等给出评价成绩;学生根据任课教师给出的评价表给出自己的分数;学生互评分数是由小组长根据学生在实操过程中的表现给出的分数。 单项评价与综合评价=教师评价(70%)+学生自评(15%)+学生互评(15%) 主体评价与客体评价:每一个课相的评价包含理论评价和产品评价。主体评价即理论评价,由任课教师对学生进行理论知识的考核;客体评价由任课教师和学生共同对学生的产品进行评价。 主体评价与客体评价=理论考核成绩(50%)+产品考核成绩(50%) 生物技术及应用专业职业教育分级制改革已试点两年,北京泰德制药有限公司等多家企业参与了该专业的分级制改革和考核评价。目前,学校已经完成了“原辅料检验”等4个课相的开发与实践,企业非常认可“从职业出发进行教学设计”的分级制改革思路,认为这种教学模式不仅教会了学生必备的理论知识和实验技能,而且教会了学生如何按照企业标准完成工作任务,教会了学生如何遵守药典等行业技术规范和法规,把理论与生产实践紧密结合起来。 (作者单位:北京电子科技职业学院) 生物技术及应用论文:高职生物技术及应用专业发展前景探讨 摘要:高职院校的生物技术相关专业发展对培养社会生物技术相关产业和领域内的专业技术人才发挥中不可替代的作用,其培养目标正是为社会培养和输送具有必要的生物技术专业知识和实践技能、能够从事生物技术领域工作的实用型、应用型的技术和管理人员。 关键词:高职教学 生物技术 教学实践 生物技术目前已由人们观念里传统高深的技术已经向大众开始逐渐普及起来,随着生物技术的发展和普及,其已经逐渐向多个领域进行扩展,比如农、牧、渔、园林、工业、环保、医药、食品等众多行业都与生物技术密不可分。所以,我们社会对于生物技术及其专业人才的需求量也在不断升高。在我国的各大院校,都已经建立和发展了和生物技术相关的专业院、系等,对生物技术发展和专业人才培养起到了很好的助推作用。对于高职院校而言,其生物技术及相关专业的开设仅仅只有十几年的时间,可以称得上是一个比较“年轻”的专业。因为培养的是高级专业技术人才,所以这对培养对象的动手实践能力就相对要求较高,可以说学生的实际动手操作能力决定着自身在未来所从事这个行业领域的生存。高职院校怎样在这种要求环境下,立足自身实际,使培养的学生能够具有更高的专业技能,使他们能够更好地满足社会的发展和需求,高职院校生物技术及应用专业的发展应着重考虑以下几方面的问题。 一、对学科专业定位问题 由生物技术是一个涵盖领域非常宽泛的专业,在发展的早期只有食品与发酵一个专业方向,而随着生物技术的快速发展,专业范围被大大拓宽,包括了生物制药、食品发酵、环境保护、动植物细胞培养、生化工程、农产品深加工等。那么这样一样,覆盖领域如此的科学专业,对高职院校而言,怎样定位学科发展是尤为关键的。高职院校的生物技术及其应用专业的学科定位,既不同于大学本科的教育,也不应同于中职院校的培养目标,它是处在这个专业领域比较中间的位置。所以,既要定位于有研究倾向的发展,又要非常地注重学生动手实践能力培养,后者是高职院校学科定位的重中之重。既要培养对专业的创新研究能力,可以以这个为导向,引导学生在真正实际的操作实践中能够积极思考,不断创新实践环节。这样,才可以说把高职院校的对生物专业技术及应用专业培养目标定准,这也为具体的培养方案和课程设置问题奠定了方向性上的基础。 二、专业建设发展问题 高职生物技术及应用专业建设应该建立有鲜明特点高职教育特色体系,加强工学结合人才培养模式的实施和多元化校企合作模式来进行专业建设发展。一是形成三级梯队教育。这三级分别是指国家级、省级、校级的名师梯队。在实际建设中,要积极依靠校外力量,特别是要省的投入,积极聘请全国比较知名的教师在学校进行指导和讲学,同时也要主动邀请企业的一线技术人员来学校进行参观并请他们提出宝贵意见的方式,来打造全方位的学习机会,为专业建设和发展奠定基础。二是建立课程建设新机制。在这方面,可以以精品课程建设为提高教学质量的切入点和着力点,并建立开放、多元、动态的课程体系,以国家、省级、校级、院(系)级的四级课程建设机制,并通过校企合作深度互融共同开发课程;特别是要综合课程和实训课程建设为重点带动相关课程的资源建设,使专业课程体系更趋开放、多元和动态。三是建立工学人才培养模式。对于这种模式,目前呢,中职院校采用的比较多,比如对于操作性特别强的专业来说,在学生进校的第一年就把基础课和专业课学完,从第二年开始直到学生毕业,通过与企业建立长期合作机制,把学生送企业进行实习,通过在实际岗位中不断锻炼,提高他们的实际动手操作能力,这也是未来高职院校建立多元化校企合作模式的趋势。这种模式一方面解决了企业人员的紧缺,另一方面给学生提供了顶岗实习锻炼的机会,实现校企的“双赢”,可以采取多种形式,例如组成企业实践服务团,让学生在专业相关企业开展社会实践活动,彰显专业特色,鼓励学生深入企业,倡导学以致用,服务社会。 三、人才培养方案制定问题 人才培养方案是具体人才培养实施的指导方针,一些从事人才培养的工作都应以为依据,结合高职院校学科专业定位和专业建设发展来看,主要应包括以下几个方面内容:一是依据岗位来开发课程体系。通过生物技术类企业岗位调研,进行岗位群定位、技能需求分析、设立知识技能模块、重构课程体系、建立基于岗位需求的专业培养方案。针对学生要建立两个平台,一个是人文素质基础模块、另一个是生物基础知识模块,这两个模块可以使得学生看到自身存在短板,针对问题找出在学习和实习中有针对性地提高的地方。二是依据工作过程开发课程体系。根据就业岗位每项任务的工作过程,分析每一个工作步骤所需的知识和技能,把学习性的工作任务进行归纳, 进行基于工作过程系统化的课程开发,确定教学内容,并按照先简后繁、先易后难的顺序进行排列,建立专业课程体系。三是按照职业要求优化课程体系。按照工作过程导向序化成若干个工作项目,作为成功完成每项工作项目支撑点的课程教学,结合需求进行课程内容的优化与整合,将工作和学习融合起来,满足岗位工作所需要的理论和实践;同时,需要以工作过程为主线,进行技术模块的设计,将知识点项目化,设计项目化课程。四是建立一体化教学模式。课程体系的设计和建立要以工作过程为基础,形成在“做中教、在做中学”这样一体化的教学模式,其一切的教学内容与环节都要围绕实践来展开,可以以生产为载体,实行任务驱动导向,从而体现高职教育的实践性、职业性、开放性。以课程学习为主线,以强化学生的职业道德!提升学生的职业能力为目标,成立课程学习兴趣小组,开展丰富多采的第二课堂活动,融学与做为一体。可以模拟企业生产流程再现企业真实环境,一方面根据企业生产不同目标产品,模拟企业流程开设综合性大实验,另一方面从实训环境、实训设备和器材购置上向企业的真实情况靠近,在学校营造和模拟一种实际的职业环境。其实这种方式,就是要在教学中要加强实践课程的力度。五是注重课程网站建设构建学生自主学习平台 引导学生充分利用课程网站进行自主学习,建立交流讨论平台,提供电子课件、常见问题解答、仪器使用方法、学习参考文献等教学资源和网站链接课外拓展等学习资源,帮助同学对所学知识的消化理解,开阔视野,促进学生学习能力的发展,打破了时间和空间的阻隔,使课堂得以延伸。 四、课程设计问题 生物技术及应用专业相关课程操作环节比较多,所以建立理论和实践相结合的考核制度显得尤为重要,它既是实践教学与质量的反馈,又能直接地反馈实践教学中存在的问题;既能真实地反映出学生的实际水平,又能充分调动学生的学习兴趣。其中制度里应包括到课情况,实际态度,实验原理的掌握,基本操作过程,数据处理和结果分析,分析报告几个方面,并根据课程具体设定每部分应占的比例。应向学生说明制度,这样才能利用它真实地评价学生实践的成绩,提高学生参加课程实践环节的自觉性,从而使学生的基本操作和技能得以加强。当然,在课程设计中,在加大操作实践课的同时还需要进行适当的讲解,实践教学的主要环节是操作,但正确操作的前提是理论知识,因此在教学中不能认为教师什么也不讲就能提高学生的动脑动手能力,因为高职的学生的主要特点是知识基础相对差一些,如果教师不进行必要的讲解,让学生在一无所知的情况下去操作反而使他们丧失了兴趣和信心。说明了原理、让学生充分了解原理、机制对于实践大有裨益。其实,在讲解的过程中只需要注意强调注意事项和简单过程,而把为什么要注意及实验应该出现的现象或结果设为疑问,多给学生一些独立思考的时间和空间,充分发挥学生的自主性,启发学生的求知欲望,使学生始终处于有效的积极思维状态。让学生们带着问题去实践,可以提高学生们探究疑问的兴趣,也培养了学生们的独立思维能力。在课程教学环节,要采用形式多样的方式方法,比如可以在一定条件的基础上创造条件多分组,这样可以克服实验仪器设备数量少、价格贵、器材耗损大等困难,同时,还可以增加学生们的实际操作和动手机会、发现问题可以积极解决。克服传统的整班进操作间,一人做、多人看的传统形式。再比如可以把整班分成几个部分,按次序分批进行实验,使课内实践与课外实践相结合,这样虽然一个班级的实践操作环节时间会大大延长,但每个学生都能够得到锻炼和提高的机会。教师在学生课程学习和实践过程中需要进行耐心细致地指导,不断发现并纠正学生在操作过程中错误的操作手法,解答疑难问题,更重要的是起到了督促的作用。 生物技术及应用论文:现代生物技术在农业领域的应用及发展趋势 摘要 从基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程4个方面对现代生物技术在农业领域的应用进行了简要的综述,并提出微生物肥料将成为未来农业领域应用的重要发展趋势。 关键词 现代生物技术;农业领域;应用;发展趋势 随着农业革命、手工业革命、工业革命、商品国际化革命、信息产业化革命的推进,许多科学家们预言21世纪必将产生一次生物技术革命,而这一革命的主战场就是农业。现代生物技术可有效提高农作物产量、改善农作物的营养品质。因此,现代生物技术必然会成为未来农业发展的重要趋势。 1 现代生物技术在农业领域的应用 1.1 基因工程在农业领域的应用 基因工程即利用分子生物学和微生物学技术,设计好不同来源的基因顺序,在体外成功构建杂交DNA分子后导入受体细胞,使受体细胞表现出人们需要的表现型,产生出人们需要的物质。在农业领域应用基因工程技术,获得的农作物优质、高产、抗性强,还可获得畜、禽新品种及具有特殊作用的动、植物。例如,经过7年的努力攻关,2011年胜利突破了大面积示范(即6.67 hm2示范)平均产量为13 500 kg/hm2的超级杂交稻第3期目标,达到了13 899 kg/hm2 [1];运用转基因技术将相应的基因导入油菜中有望培育出转基因抗病油菜新品种[2];运用基因工程技术可将抗除草剂基因导入农作物中,使农作物能够不受除草剂的影响,目前已生产出多种抗除草剂作物品种,应用广泛[3]。 1.2 细胞工程在农业领域的应用 细胞工程是指在体外培养细胞,以改变细胞某些生物学特性为目的将不同作物或动物进行细胞杂交,使植物或动物个体繁殖速度加快,以获得优良品种或新品种及某些具有特殊作用的物质的一门技术[4]。细胞工程技术在植物快速繁殖、植物新品种选育等方面发挥着重要作用。目前植物体细胞杂交应用较多,如可以将马铃薯细胞和番茄细胞进行杂交,可获得上结番茄下结马铃薯的“番茄马铃薯”;将豆科植物与向日葵进行细胞杂交,可培育出具有高营养价值的“向日豆”[5]。 1.3 发酵工程在农业领域的应用 发酵工程即利用微生物具有的特殊作用生产出对人类生产有用的产品,或直接将微生物应用到工业生产过程的一门新的技术。发酵工程主要可应用在农业领域的2个方面,一是生产传统的发酵产品,如果酒、茯砖茶、食醋等;二是生产一些食品添加剂。如茯砖茶的制作过程中就运用到了发酵工程技术,通过调控渥堆时间、使用接种剂、发酵剂等方法可以改进茯砖茶的加工工艺,进而可生产出“金花”饱满、品质优良的茯砖茶。 1.4 酶工程在农业领域的应用 酶工程,简单来说就是利用酶的生物催化功能,借助工程手段将相应的原料转化成有用物质。酶工程可应用在农业领域中的制酒、制酱等方面。例如,随着我国粮食的不断增产,一些地区出现了粗粮过剩的问题,需要解决粗粮的淀粉利用。解决办法之一是生产葡萄糖,但由于葡萄糖甜度不大,难以在市场上应用。最有效的办法还是运用酶工程技术的手段,将葡萄糖转变为甜度大的果糖,果糖不仅比葡萄糖甜度大,其比蔗糖的甜度还高50%以上。 2 微生物肥料在农业领域的应用 2.1 微生物肥料的特点 微生物肥料是含有活的微生物的特殊的肥料,在农业生产中应用该种肥料可获得特定的肥料效应[6]。生物肥料的定义分为2个方面,从狭义上讲,生物肥料就是指微生物肥料,是由具有特殊作用的大量有益微生物发酵产生的,活性高。施入该种肥料能够产生活性物质,能够增加作物的固氮作用,改善土壤的理化性质,使作物的生长环境变得更好,使作物生长更优、产量更高。从广义上讲,生物肥料泛指各种具有特定肥效的生物制剂,包括特定的活的生物体、生物体的代谢物或基质的转化物等,此种生物体不限定,既可以是微生物,也可以是动、植物组织和细胞[7-8]。 2.2 生物肥料的应用优势 微生物肥料具有其他化肥和农药没有的优势,可有效改善土壤的理化性质,提高土壤肥力。目前微生物肥料已应用在绿色有机食品生产、农业生态环境保护以及高产、优质、高效农业的持续发展中,并发挥着极其重要的作用[9-10]。微生物肥料本身无毒害作用,对环境几乎无污染;同时,施用量一般不大,在其生产过程中所消耗的能量也很少,因而可节约农民的施肥成本。此外,微生物肥料还可改善土壤的理化性质,减少土壤营养流失和富营养化的产生,实现土壤的可持续化利用。 2.3 微生物肥料的应用前景 目前,微生物肥料在农业领域方面的应用已越来越广泛,也得到了农民以及社会的逐步认可。国内外都在积极发展绿色农业和绿色食品,微生物肥料作为一种保护生态环境、维护人类健康的理想肥料在农业生产中的应用必将越来越广泛、越来越重要。但是如何合理的使其替代化肥并更稳定地发挥其生态作用是未来研究的方向。 生物技术及应用论文:高职生物技术及应用专业实践教学体系探索 摘 要:高职生物技术及应用专业由于办学时间短、相应产业处于快速发展期等原因,导致生物技术及应用专业实践教学体系建设方面明显滞后。分析了生物技术及应用专业实践体系的构建原则,提出了实践内容、支撑保障和评价体系建构方法。 关键词:高等职业教育;生物技术及应用专业;实践教学体系 在我国,高职生物技术类专业开设不足10年,实践教学体系建设滞后于学科发展,严重影响了生物技术类专业的实践教学质量,尽快制定较为完善的实践教学体系已是当务之急。 1 生物技术及应用专业实践教学体系构建的原则 1.1 与国家职业标准对接 生物技术及应用专业应以生物发酵、食品检验、酶制剂制造、食品类生产操作、生物制品等工种的职业功能、工作内容、技能要求、专业知识要求来确定实践教学目标、内容及考核评价指标、配置实践教学仪器设备,以提高实践教学的针对性和实用性。 1.2 三维目标并举原则 实践教学体系与理论教学体系是相辅相成,不可分割的,共同促成专业培养目标。教学中要充分利用实践教学这一素质教育的平台和载体,在进行校内实践、校外实践和毕业设计三维目标体系和内容体系设计时,不仅要重视学生职业技能和职业知识的培养,而且要充分考虑学生敬业精神、诚信意识、纪律观念、职业道德意识、团结协作和竞争能力等综合素质的培养。 1.3 整体优化原则 依据生物技术及应用专业培养目标对技能和素质的整体要求,系统架构实践教学体系以避免实践项目的重复设置和技能点训练的遗漏,达到提高实践教学效率和质量的双重目的。 1.4 层阶递进原则 生物技术应用专业的应用能力培养不是一蹴而就的,需要循序渐进,合理搭建单项实践、综合实践、课程设计、企业实习、毕业设计(论文)由简单到复杂的递进训练层级、递进实践教学内容体系。 1.5 技术应用与创新能力培养相结合的原则 国务院《关于深化教育改革全面推进素质教育的决定》明确指出“高等教育要重视培养大学生的创新能力、实践能力和创业能力”。实践教学是创新能力培养最直接最有效的载体之一。实践教学体系构建要尽量设置一些综合性、设计性及具有探索性的实践项目,让学生参加一些高新技术项目的训练,提升学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。 2 建构“五岗六层”生物技术及应用专业实践教学内容体系 我校通过对生物技术及应用专业实践教学体系的深入研究,开发了以生物发酵、酶制剂制造、食品检验、食品类生产操作、生物制品营销岗位为依托,以单项实践、综合实践、课程设计、社会实践、企业实习、毕业设计(论文)为支撑的“五岗六层”生物技术及应用专业实践教学内容体系框架(见表1),在进行岗位实践教学能力结构分析的基础上,制定出了各实践项目的目标、内容及考核方式,编制了与之配套的微生物应用技术实践、企业实习等15门实践课程标准和实践教学指导教材。 表1 “五岗六层”生物技术及应用专业实践教学内容体系 3 架构“五位一体”的生物技术及应用专业实践教学支撑保障体系 实践教学设备、仿真环境与校内生产实训基地、校外基地、实践教学资源库、双师型教学团队“五位一体”的支撑保障体系是生物技术及应用专业实践教学体系得以实施的基础。其中实践教学设备以及仿真环境与校内生产实训基地是生物技术及应用专业实践教学得以实现的载体。近年来,我校生物技术及应用专业建成了基因工程、酶工程、细胞工程等18个实验实训室,购置600多万元实践教学仪器设备。建成了柠檬酸生产车间、啤酒酿造车间、果蔬汁生产车间、焙烤车间、今麦郎实训室等校内生产实训车间,基本满足了发酵产品及生物制品的模拟式教学和体验式教学的需要。深度合作的校外实习基地是保证顶岗实习顺利进行的关键。我校生物技术及应用专业与青岛啤酒(徐州)彭城有限公司、徐州恒顺万通食品酿造有限公司等8家生物技术、食品类企业建立了深度合作关系。实践教学资源库方面,我们不仅开发了实践教学课程标准、实践教学教材,还开发了一些动画素材及多媒体课件。在师资队伍建设方面,从行业企业聘请专家和工程技术人员构建专兼结合的实践教学双师团队,不仅能大幅度提高实践教学质量,而且为校内专业教师双师素质的塑造提供了一个直接高效的培养机会。 4 谋构“三维二级”的生物技术及应用专业实践教学质量评价体系 科学合理地评价实践教学质量是保证和促进生物技术及应用专业实践教学顺利进行的基础。课题组在深入研究基础上,针对校内实践、校外实践、毕业设计(论文)三种实践类型(三维)制定了生物技术及应用专业校内实践教学质量评价指标、生物技术及应用专业毕业设计(论文)教学质量评价指标、生物技术及应用专业校外实践教学教师及组织管理质量评价指标3个针对性的评价指标体系。评价指标均设立了二级,一级指标包括教学指导效果、学生学习效果、组织管理效果3个方面,每个一级指标又各设立了4~5个二级指标。该指标体系在2008~2010级生物技术及应用专业实践教学中得以应用,取得了良好的效果,极大地促进了实践教学质量的提高。 生物技术及应用论文:探讨农业种植中生物技术的推广及应用 摘要:文章主要从以下三个方面,对农业种植中生物技术的推广及应用进行了简单探讨。 关键词:农业种植;生物技术;推广应用 随着科学技术的发展,生物技术也得到了不断地进步,生物技术在农业种植中的应用和推广,实现了我国农业的可持续发展。 1 农业种植中生物技术的推广及应用-转基因技术 转基因技术,简单来讲,就是在生物体外对DNA分子进行人工剪切、拼接,对基因进行改造和重新组合,再导入生物体内使导入的基因得以表达。其中,其核心技术就是提取目的基因——将需要的基因从供体生物的细胞内提取出来,从而达到最终目的。其中还有一个关键的环节就是对多细胞生物的检测,将每个受体细胞单独培养并诱导发育成完整个体,检测这些个体是否摄入目的基因,摄入的基因是否表达(是否表现出相应的性状)。淘汰无变化的个体,保留有相应变化的个体进一步培养、研究。 在当前的农业生产中,转基因技术是目前应用最为广泛的一种生物技术。转基因技术的应用,对农业种植的育种有着极为重要的作用和意义,其可以将某一种作物的优良基因转移到另一种完全不具亲缘关系的作物品种当中,使得作物产量和质量得到提高。 目前被较广泛提取使用的植物目的基因主要有:苏云金杆菌抗虫基因、种子贮藏蛋白基因、植物抗病基因等。例:用棉铃饲喂棉铃虫,如虫吃后不出现中毒症状,说明未摄入目的基因或摄入目的基因未表达,如虫吃后中毒死亡,则说明摄入了抗虫基因并得到表达。 因此,通过转基因技术的应用,使得农作物的品种得到改良,目前,随着科学技术和生物技术的发展,其应用也不断呈现广泛应用的趋势。首先,目前,转基因植物的种植规模在不断地扩大,根据相关数据分析,目前采用转基因技术种植面积已经达到了全球耕地面积的16%。 此外,还有杂交育种技术的应用。简单来讲,就是在生物的体细胞中,控制同一性状的遗传因子成对存在,不相融合,在形成配子时成对的遗传因子发生分离,分离后的遗传因子分别进入不同的配子中,随配子遗传给后代。其也是一种极为常见的生物种植技术,杂交育种技术与转基因技术相比,其操作方式更为简单,而且这种技术的推广时间也比较早,目前,对于杂交技术的应用已经有了丰富的经验,这些技术的应用都使得农业种植的难度降低。 2 农业种植中生物技术的推广及应用-组织培养技术 在农业种植中,对于组织培养技术的应用,其主要是建立细胞的全能性的基础之上的,通过人工的诱导,保证植物组织在无菌状态下进行良好的发育,最终发育成为完整植株的一种生物技术。组织培养技术的利用,不仅可以增加植物繁殖的速度,而且更为重要的是能够在有限的时间内,培育出更多优良的植物品种。此外,利用组织培养技术,可以有效地防止病毒对作物幼苗的侵害,保证种苗无病毒,促进良种经济作物的快速推广。在应用组织培养技术要注意以下几点:首先,要保证在植物组织培养中温度、光照、湿度等各种环境条件,培养基组成、pH值、渗透压等各种化学环境条件,使得能够有效地促进组织培养育苗的生长和发育。另外,在进行初代培养外植体的时候,对于褐变做好处理。褐变,主要就是指外植体在接种后,其表面开始褐变,有时甚至会使整个培养基褐变的现象。它的出现是由于植物组织中的多酚氧化酶被激活,而使细胞的代谢发生变化所致。在褐变过程中,会产生醌类物质,它们多呈棕褐色,当扩散到培养基后,就会抑制其他酶的活性,从而影响所接种外植体的培养。所以一定要加强对这个环节的处理。第三,关于植物组织的初代培养。初代培养旨在获得无菌材料和无性繁殖系。即接种某种外植体后,最初的几代培养。在初代培养时,用诱导或分化培养基,即培养基中含有较多的细胞分裂素和少量的生长素。初代培养建立的无性繁殖系包括:茎梢、芽丛、胚状体和原球茎等。 3 农业种植中生物技术的推广及应用-采用生物技术制作生物农药 生物农药,简单来讲,就是利用生物新陈代谢的产物,将其作为制作农药制品的有效成分,改变传统形式通过化学手段制作农药的方法,即可以起到良好的保护环境的作用,另外,还可以达到良好的使用效果,更加重要的是提高了植株的耐药性,所以,利用生物技术制作农药具有深远的影响。 在基因工程药品的生产中,许多药品的生产是从生物组织中提取的。受材料来源限制产量有限,其价格往往十分昂贵。微生物生长迅速,容易控制,适于大规模工业化生产。因此,我们可以将生物合成相应药物成分的基因导入微生物细胞内,让它们产生相应的药物,不但能解决产量问题,还能大大降低生产成本。例如:转黄瓜抗青枯病基因的甜椒、转鱼抗寒基因的番茄、转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯、不会引起过敏的转基因大豆等等。 因此,生物农药技术,避免了对环境造成的污染,利于农业的可持续发展。 4 总结 总而言之,生物技术已经在农业中得到了广泛的推广和应用,有效地改善我国目前的农业现状,提高了农作物抵抗能力,提高农业产量,积极推进我国农业的发展,实现了农业的可持续发展。 生物技术及应用论文:农业生物技术在我市生产及应用初探 一、佳木斯市农业生物资源现状 佳木斯市农业生物资源十分丰富,主要有农作物秸秆、泥炭、人畜粪便、粮食及经济作物产品加工副产品等等,这些生物资源有很大的开发价值。 1、作物秸秆。 佳木斯市农作物秸秆年产出量为500万吨左右,其中三分之一用于直接还田,三分之一用作烧柴和喂畜,三分之一被浪费。有很大的开发潜力。 2、泥炭 佳木斯市泥炭资源十分丰富,总储量为250万吨。主要分布在同江、抚远、桦南、桦川四个市县。目前只有桦川县申家店泥炭矿处于开发阶段。 3、粮食及经济作物产品加工副产品 粮食加工副产品每年有30万吨左右,经济作物加工后副产品主要有甜菜加工产生的废醪为2万吨左右,全市56万亩白瓜生产的瓜瓢为120万吨左右,被全部浪费,急待开发。 二、我市有潜力的农业生物技术开发项目 (一) 泥炭开发 我市泥炭资源十分丰富。而泥炭是生产腐殖酸类肥料的良好原料,也是生产医药、化工产品的重要原料。搞好泥炭资源开发和利用对我市经济发展有很大带动作用,利用泥炭资源可以进行以下开发。 1、建立腐殖酸类肥料厂,生产腐殖酸类肥料。在泥炭产地建立腐殖酸类肥料厂,引进先进技术和设备生产高质量腐殖酸类肥料。 2、利用泥炭生产水稻育苗壮秧剂、花土、草坪土等。 3、利用泥炭生产医药和化工产品。 (二) 秸杆开发 我市秸杆资源十分丰富,每年产出量在500万吨左右。而实际利用率不到30%,大部分秸杆被浪费。利用秸杆可以进行以下开发。 1、建沼气池生产沼气,解决农村能源问题。可以以每个农户为单位建小型沼气池,也可以以每个自然屯为单位建立大型沼气池,供全村使用。 2、建立以秸杆为原料的大型酒精生产厂。 秸杆快速腐烂发酵剂的研发生产。秸杆腐烂还田可以培肥地力。由于我市气温低,秸杆腐烂速度慢。秸杆直接还田影响农业生产。因此,需要一种能使秸杆快速发酵的制剂,使秸杆当年秋季快速腐烂,培肥地力。 (三) 生物肥料开发 生物肥料在绿色食品生产中占重要地位,生物肥料增产效果也十分明显,生产生物肥料有广阔的发展前景。 a)大豆根瘤菌肥。大豆根瘤菌肥可以增加大豆根瘤数,提高大豆固氮能力,能使大豆增产10%左右。我市80年代曾在宝清县建了一个大豆根瘤菌肥厂,取得了一定经济效益。但后来由于技术等方面的原因,工厂倒闭。随着现代技术的快速发展,大豆根瘤菌肥生产技术日渐成熟,引进先进技术生产大豆根瘤菌肥有十分广阔的前景。 b)土壤磷素活化剂。土壤磷素活化剂主要是释放土壤中被固定的磷,被作物直接利用。我市农民年年施用磷肥,磷在土壤中大量积累,土壤中磷含量逐年升高。引进先进技术建土壤磷素活化剂厂,生产土壤磷素活化剂,可减少我市磷肥用量,既增产增收又减少了化肥造成的污染。 c)生物钾肥。生物钾肥的作用主要是释放土壤中被固定的钾。我市土壤中钾含量很高,但速效钾含量很低。生物钾肥可以把土壤中被固定的钾变成速效钾直接被作物吸收利用。我省有几个生物钾生产企业,效益十分可观。 (四) 生物农药开发 生物性农药是我市植保技术体系中的重要品种,近几年应用面积呈现加大趋势,对于发展绿色农业具有重要作用。 1、农抗120类:该类农药是一种碱性核苷酸类抗生素,可直接阻碍真菌性病原菌蛋白质合成,导致病原菌死亡,并对作物有显著的刺激生长作用,属低毒杀菌剂,抗菌谱广。 2、加收米:加收米是小金色放线菌的代谢产物,有内吸和在植物体内运转的作用,对水稻稻瘟病有良好的防治效果。 (五) 稻壳苗床营养土 育苗取土难,破坏耕地,成为我市水稻生产一大难题。2006年经过试验,粉碎稻壳可代替三分之二营养土育苗,育苗效果比纯土育苗效果好。 (六) 稻壳制炭 我市每年稻壳产出量很大,但大部分被废弃。利用稻壳可以制成炭,代替木炭。即节约了木材,又废物利用。 (七) “淀粉基环保型木材加工用粘合剂”开发 采用天然高分子原料淀粉经与聚合物改性制备的一种新的环保型木材粘合剂。成本低、价格高。市场需求量很大。 三、我市即将开发的农业生物技术开发项目 大豆根瘤菌剂 大豆根瘤菌是大豆根瘤内一种能固定空气中氮素的细菌,大豆一生中需氮量的2/3是由大豆根瘤菌固定空气中的氮素而来的,其余1/3是从土壤中吸收的,大豆产量的高低与大豆根瘤菌数量有很大关系。大豆根瘤菌的作用是利用与大豆共生的根瘤来固定空气中的氮素,以满足大豆对氮素的需要。 1.大豆根瘤菌的种类 大豆根瘤菌是共生固氮菌中最主要的一种,目前,我国各地研究分离、筛选出了许多优良的大豆根瘤菌菌种。例如快生型的2057、2053、2058根瘤菌,慢生型的2010、2063、C33、61A76等。经过试验,2057、C33、61A76等菌种在我市增产效果比较理想。 2、大豆根瘤菌菌种的来源 目前,有很多研究、分离大豆根瘤菌菌种的研究机构,比较权威的机构有中国科学院微生物研究所,黑龙江省农科院土壤肥料研究所等。这些部门可以为我们提供所需要的菌种。 3、大豆根瘤菌的载体 大豆根瘤菌是一种非常微小的细菌,必须依附于某种载体上才能应用于农业生产,泥炭是大豆根瘤菌最好的载体,并且具有培肥地力的作用。泥炭资源在我市十分丰富,在我市总储量为250万吨左右,有充分的泥炭资源保证大豆根瘤菌肥的生产。 4、大豆根瘤菌肥在我市推广应用情况 我市从87年开始推广应用大豆根瘤菌肥,当时在宝清县建了一个大豆根瘤菌肥厂,年生产能力为2000吨,我市主要应用该厂的产品。87年推广应用面积为3万亩,88年推广应用面积为8万亩,89年推广应用面积为10万亩。90年由于灭菌、接菌等技术不过关,宝清县大豆根瘤菌肥厂倒闭。当时,市场上又无其他大豆根瘤菌肥产品,所以大豆根瘤菌应用技术推广工作在我市告一段落。近几年来,南方一些大豆根瘤菌肥产品进入我市,但由于菌种不适应我市土壤和气候条件,增产效果不明显,在我市应用面积很小。 5、大豆根瘤菌肥的增产效果和经济效益 经过在我市多年的试验结果,大豆应用大豆根瘤菌肥较对照平均亩增产大豆12.5~16.5公斤,增产率为9.2~14.5%。每亩平均增收31.9元,扣除每亩大豆根瘤菌肥成本6元,每亩纯增收25.9元,增产效果明显,经济效益显著。 6、大豆根瘤菌肥的推广前景 我市大豆面积每年都在700万亩以上,每亩大豆需大豆根瘤菌肥2公斤,我市700万亩每年需大豆根瘤菌肥1.4万吨,推广前景十分广阔。 7、现有大豆根瘤菌肥厂情况 目前,国内只有辽宁、河北、山东省有几家大豆根瘤菌肥生产厂家,其产品并不适合我市土壤、气候特点,在我市很难推广。目前,省内还没有大豆根瘤菌肥产品生产厂家。在我市建厂可以辐射全省。 8、大豆根瘤菌肥产品生产的技术关键问题 大豆根瘤菌肥产品生产的关键性技术问题主要是引进菌种的纯度、载体的灭菌、产品的含菌数量。菌种的纯度必须达到100%;载体的灭菌必须彻底;产品的含菌数量必须达到2亿个/克以上。当时,宝清县大豆根瘤菌肥厂倒闭的主要原因是载体的灭菌不彻底,产品的含菌数量没有达到2亿个/克以上标准。目前的生产技术完全可以解决这些问题。 9、大豆根瘤菌肥产品生产投资 大豆根瘤菌肥产品的生产主要是进行菌种的培养,载体的灭菌,接菌等几个关键环节。所有过程必须在无菌条件下进行,建立一个年产1万吨的大豆根瘤菌肥厂需投资1千万元左右。 10、大豆根瘤菌肥产品生产效益 大豆根瘤菌肥产品每吨生产成本为1200元左右,而目前市场价格在2500元左右,每吨利润在1300元左右,一个年产1万吨的大豆根瘤菌肥厂每年利润可达1.3千万元,当年就可收回投资。 生物技术及应用论文:透明质酸的生物技术生产及应用 糖胶聚糖(GAGs)是线性多糖,由重复的二糖单位(一个氨基糖和一个糖醛酸残基组成)构成。其中,透明质酸(HA)与其他GAGs不同,组成中无硫酸基。HA具有广泛的科学价值,应用于不同的生物医学领域。HA在生理条件下有多种不同的形式,有酸的形式或盐的形式如透明质酸钠,故将其命名为hyaluronan,本文将其简称为HA。 此生物高聚物广泛分布于自然界,已证实其于脊椎动物的软组织(如关节、滑液、皮肤、眼玻璃体、脐带、鸡冠),海藻,软体动物,培育的真核生物细胞系及一些原核生物中存在。HA是脊椎动物细胞外基质的主要组成成分,是人眼玻璃体(0.1 mg/mL)和关节滑液(3~4 rag/mL)的首要成分。人体内含HA最多的组织是皮肤,约为7~8 g,约占成人体内HA总量的50%。胎儿在发育的特定阶段,被厚的HA层包裹,脐带中含有丰富的HA(4 rag/mL)。鸡冠作为特殊的皮肤段,其中HA的含量最高可达7.5 mmL,这使其成为工业提取HA的首选资源。 脊椎动物体内的HA具有多种不同的功能:皮肤中,保持水分;软骨中,联于蛋白聚糖,调节水和离子浓度,维系软骨组织的物理特性和细胞一底物间的相互作用。HA的生物效能与HA受体的结合有关,可诱导细胞增殖速率、细胞移动及血管形成的改变。在炎症、纤维化以及癌症等疾病过程中,发现过量的HA。有直接的证据证明,HA参与癌症的转移。 本文分析评价HA及其衍生物的生产工艺、理化特性和己确定或潜在的应用。1 HA的生产 HA的工业生产,主要有两种方法:从动物组织提取(如牛眼和鸡冠):微生物大规模发酵。上述两种方法将在下面讨论。此外,最近的文献中报道了由新型的基因改造的微生物生产HA以及化学一酶法合成方法生产HA。 1.1传统的提取工艺 传统的HA生产是用溶剂从动物组织提取物中提取,然后由氯化十六烷基吡啶(CPC)沉淀得到。 最早1968年由Swann报道,生产工艺如下:(1)机械切片,获得小块的鸡冠; (2)乙醇洗涤(鸡冠1 kg中加入4L乙醇),重复多次,直至乙醇液不显浑浊; (3)用水/氯仿的混台液提取(鸡冠2.5kg中加入10 L水及0.5 L氯仿),搅拌至鸡冠溶胀: (4)过滤,滤液中加入氯化钠,氯仿提取; (5)离心,蛋白酶(链霉蛋白酶)酶解。 替代的方法:动物组织粗提取物经由表氯醇,三乙醇胺(ECTEOLA)色谱法提纯后,CPC分级分离。另外,在CPC(1%)沉淀前后,有报道用乙醇(1:3水//,醇)多次乙醇沉淀。在这些方法中,HA沉淀后,用灭菌滤器过滤,最终配制成医疗器械和医药产品。HA纯化的收率超过90%(按糖醛酸计)。 然而,由于收集鸡冠,以及生产过程中提取纯化耗时耗力,导致HA价格昂贵。事实上,由于动物组织的HA复合于蛋白聚糖,且往往与HA降解酶共存,导致分离高纯度、高相对分子质量的HA较困难。而且,由动物组织提取的HA在医药上的应用面临跨物种病毒和其他外来剂污染的风险。因此,从上世纪80年代开始,微生物发酵法生产HA正逐步取代从动物组织中提取HA。 1.2 HA的生物技术生产 已知的可合成HA的细菌是A和C群链球菌(Streptococci),革兰阳性菌如马链球菌(Steptococcusequi,一种马病原体),类马链球菌(Streptococcusequisimilis,可以在不同种动物间传染),化脓性链球菌(Streptococcus pyogenes,人类病原体),乳房链球菌(Streptococcus uber~,牛病原体)。这些B增;血性细菌在琼脂培养时,在细菌群周围出现黏稠半透明层,这可归因于HA的合成。 DeAngelis等人1998年报道出血性巴斯德菌(Pasteurellamultocida,一种革兰阴性病原菌)可以在其荚膜中制造HA。无论是链球菌还是巴斯德菌,HA荚膜均是一种毒性因子,可保护细菌,使免疫系统无法识别。此荚膜也可以保护细菌抵抗白细胞释放的活性氧化物。最后,HA英膜利用CD44介导的组织应答,帮助细菌通过上皮层。因此,HA荚膜在微生物致病性上,起到很大的作用。 兽疫链球菌(Streptococcus zooepidemicus)和出血性巴斯德菌通过特殊的与膜结合的糖基转移酶(HA合酶)作用于活性底物(核苷酸糖类)生成HA。近期,有研究者用出血性巴斯德菌HA合酶通过酶化学(chemoenzymatic)法合成HA,其中也涉及了获得确定的HA的可能性。目前工业生产工艺是基于诱变的链球菌发酵。 在细菌发酵生产HA的过程中,约5%~10%的碳被代谢。在兽疫链球菌发酵的生产中,通过~3CNMR研究表明,组成HA的D一葡糖醛酸和N一乙酰氨基葡糖分别由6,磷酸葡糖和6一磷酸果糖衍生而来。 合成1 mol HA--糖,需消耗5 mol核苷三磷酸(3ATP和2UTP),2 tool葡萄糖和1mol乙酰辅酶A;同时产生2mol还原当量物(NADH)。由于在HA的生产过程中要消耗ATP生成NADH,所以ATP的水平以及细胞内的NADH在生物合成中起到关键作用。除了合成HA,也可生成组成细菌细胞壁的3种主要成分:肽聚糖、磷壁酸和细胞壁多糖抗原,这三种物质占细胞干重的20%。 1.2.1参与HA合成的酶HA合酶是合成HA的关键酶。自从1993年发现A群链球菌HA合酶的第一个基因编码,在其他菌类及真核细胞中,许多其他类似的HA合酶基因被确定。 1.2.2链球菌发酵链球菌是不形成孢子和非游动的细菌,光学显微镜下,呈现小球形或卵球形,外部环绕大范围的荚膜。通常情况下,HA荚膜是细胞体直径的1~3倍。从20世纪80年代初通过c群链球菌,特别是马链球菌马亚种和兽疫亚种发酵开始,HA已实现商业化生产。基于HA溶液的高黏度,发酵超过5~7 g/L的产物不实际。通常,多糖按消耗碳源计的收率约为0.05~0.1 g/g,多糖的Mr平均为(1-2)×10。报道的最大Mr是5.9×10。重要的发酵工艺。 1.3 HA的分离与提纯 HA在生物医学上的广泛应用,归结于下述特性:(1)高吸湿性;(2)黏弹性;(3)良好的生物相容性(4)非免疫原性; (5)降解产物安全。 1.HA保水性与其亲水的化学性质有关。由于分子链中羧基的存在,生理pH下(HApKa=2.9),HA是高分子电解质;有水存在下,HA分子可溶胀1000倍形成水舍物。 2.HA的黏弹性是指HA水溶液的流变学行为,表现为凝胶的弹性及流体的黏性。HA溶液表现假塑性,在高切变速率下,溶液的黏度降低。HA医学应用基于切变表现稀薄行为,流变性与Mr、浓度以及环境条件如DH有关。 3.作为人体许多组织的组成物质,HA具有高的生物相容性,这是在生物医学领域应用必须具有的属性。 4.HA分子在所有物种和所有组织中具有相同的结构,因此免疫系统从不对其“警戒”。 5.HA在体内降解主要通过透明质酸酶催化水解,降解产物安全。皮肤中HA的半衰期约为24 h,服内HA的半衰期约为24,36 h,软骨中为1-3周,玻璃体中为70dt。 由于以上的突出优点,HA的开发及其商业化程度日趋加强。HA主要用于骨关节炎的治疗、化妆品、眼科学、美容医学、外科和创伤愈合、局部给药和组织工程学中。 2.2市售制剂中的HA:线性、衍生物及交联物。 应用于已述领域时,HA为原始的线性结构。然而,为了其他的目的,需要对HA进行化学修饰。通常对HA做衍生化(线性链的修饰)或交联处理(在HA链之间形成共价键,从而形成HA的三维网状结构)。 修饰HA是为了降低体内HA的高转化率。例如。如果皮下注射线性HA,降解迅速而不能有效的发挥其功能。相反,修饰后的HA,不易受化学和酶解的影响,因此在体内作用时间较久,效果更好。修饰HA,尤其是交联处理,也可以改善HA某些特定的力学特性。 HA的化学修饰一般涉及其分子结构中的羟基或羧基。 HA的衍生化策略包括酯化及硫酸化。硫酸化发生在HA链的羟基位置,得到的产物具有类肝素的活性(与硫酸化的程度有关)。酯化过程涉及分子链上的羧基,羧基转化为酯后,导致产物疏水性增加。因此,随着HA修饰程度的增加其水溶性降低,从而使其在体内环境下更稳定。在所有HA衍生物中,HA的苄酯衍生物具有更好的市场。 过去的10年中,多种方法可制得交联HA,许多交联HA产品上市。交联的方法包括:双一碳二亚胺交联,碳二亚胺[R1-N》N―R,如EDC:l一乙基(3,3一二甲氨基丙基础二亚胺)]和辅助活化剂(co-activators,如,N一羟基硫代琥珀酰亚胺,sulfo-NHS,或1,羟基苯并三唑HOBt)介导的多价酰肼交联,二硫化物交联,由碳二亚胺和一种辅助活化剂介导的自交联,甲基吡啶碘(CMPI)介导的自交联,光致交联,上述的交联过程均涉及HA链中的羧基。其他的交联方式涉及HA链中的羟基,包括二乙烯基砜交联和双环氧化物(di-epoxide)交联。 2.3线性HA的应用 线性HA主要用于化妆品、眼科以及促进伤口愈合。化妆品中,由于HA的亲水性,其作为保水性物质,目前主要的化妆品品牌中均含有HA。 HA在药物局部给药系统应用中受到关注。如,Solaraze,处方为含有双氯芬酸(3%)的HA凝胶(25%),临床用于治疗局部光线性角化病。与对照或其他给药系统比较,HA可明显提高双氯芬酸对角质层的渗透性,并能提高表皮中药物的滞留及定位。 HA有助于皮肤炎症及伤口的愈合。如Jaloplast Cream(Fidia,Italy)就是一种以HA为主要成分(0.2%w/w)的产品,涂抹于伤口(擦伤、皮肤移植、外科手术、一和二度烧伤、血管变形和溃疡、褥疮)表面,促使伤口更快结痂愈合。 整形外科生物再生(bio―revitalization),是指HA皮下给药,抵抗皮肤衰老。面部HA皮下给药后,可以修正面部线条,平复皱纹。面部小剂量注射HA,可以帮助皮肤恢复和保持弹性,显得健康。经常用于眉线、鱼尾纹及嘴角纹。注射HA后,可以使皮肤更光滑、细密、有光泽。 眼科手术中,HA溶液用于保护眼组织,可以在眼科手术时提供足够的空间。这主要利用了HA的黏弹性。高黏的HA溶液固定后(静态),可以维持眼科手术空间。高剪切率下HA黏度较低,可使其更易注射。HA的高弹性可以保护眼组织不受外科器械及植入物的伤害。 常用产品为Healon,来自美国雅培医疗光学公司。该产品是一种含透明质酸钠(1%,w/w,pH 7.0-7.5)的黏弹性生理溶液,辅助用于白内障摘除、人工晶状体植入、角膜移植、青光眼滤过术及视网膜附件手术。 Viseaot(黏弹性的眼内注射液,Cilco,USA),主要含透明质酸钠(30 mg/mL),硫酸软骨素钠(40 mg/mL)及缓冲体系。主要用于自内障摘除及人工晶状体植入。 眼科中,线性HA在许多洗眼液处方中作为活性成分。如,意大利Sift公司生产的Hyalistil,含有0.2%透明质酸钠,可以稳定泪膜,保湿和润滑角膜。可以有效提高佩戴隐形眼镜的舒适性。HA的吸湿性和黏弹性是其作用的基础。美国雅培医疗光学公司产的Blink Contacts是一种含0.15%(w/w)HA的滴眼液,可以增加隐形眼镜的舒适性。 泌尿外科应用,膀胱内缓慢输入线性HA溶液被用来治疗间质性膀胱炎、复发性尿路感染和出血性膀胱炎。HA是膀胱上皮的保护屏障,炎症导致GAG层损坏,可能增加细菌黏附及感染的可能性。目前临床关于HA治疗上述病症的资料较少。 2.4交联HA的应用 交联HA主要用于美容医学,骨关节炎(OA)治疗以及组织工程。 最近十年,交联HA在美容医学上的应用逐渐兴起。HA作为皮下填充物,在非手术软组织填充中反响较好。皮下注射HA可平滑皱纹,增加软组织体积(如唇部、乳房)。根据美国美容整形外科学会统计,2008年使用的皮肤填充产品中,85%含有HA。因为巨大的临床商业价值,几乎每家美容器械公司均生产含HA的皮下填充产品。 交联及线性HA可用来治疗OA。HA是关节滑液的组成成分,关节炎症时,关节滑液中HA的浓度降低。关节内注射HA溶液,对炎症有治疗作用。有研究表明,HA可以抑制软骨变性,保护关节软组织表面,使滑液的流变学特性正常并能降低痛感。1997年,FDA批准Synvisc上市,其主要成分为Hylan GF-20,一种交联的HA衍生物。Hyalgan(Fidia),Orthovisc(Anika)以及synovial(IBSA)是市场上广泛应用的以线性HA为基础的治疗OA的产品。 为防止术后粘连,建议使用交联HA。例如,意大利Fidia公司的ACP(AutoCrosslinked Polymer,白交联聚合物,HA分子链上的羟基和羧基可以形成分子内或分子间的酯键),在动物模型及I临床试验中,可有效的减少腹腔手术后的粘连。美国Genzyme Biosurgery公司生产的Seprafilm为一种粘连屏障(隔膜),由HA和羧甲基纤维素(CMC)制得。据推测,该产品中的HA可能部分衍生化,部分交联。临床表明,该产品可有效降低腹腔手术后粘连的发生频率及粘连程度。 2.5 HA衍生物的应用 HA的酯在此类高分子中利用最多,尤其是在组织工程中。HYAFF(Fidia Advanced Biopolymers,Italy)为HA苄酯。HYAFF,11(完全酯化的HA衍生物)医学上应用广泛,如组织修复、药物控释、神经再生、创伤敷裹。它可以作为皮肤和软骨再生的支架。医学上应用的几种形式:薄膜、喷雾、海绵、管及微球。LaserskintlHyalograff cAutograft,Hyaffj基础的商品。Laserskin是直径40-500m的HYAFF。11的微球,成功用于治疗烧伤及皮肤病灶。Hyalograft C Autograft为3D的HYAFF一1 l,已成功用于治疗软骨缺失。3结语 由于科学上的关注及其在化妆品和生物医学领域应用的多样性,HA成为重要的生物高分子。因此,其在许多跨学科领域的研究不断深入。一方面在于改进生物技术生产工艺,另一方面在于发展新型的HA制剂/基于HA的新原料。市场需求促进了研究的进行。从代谢工程方面进行开放的科学讨论,讨论也涉及新的生物转化工艺,目标是为了生产出特定M的生物高分子。许多文献报道也指出,Mr与HA的不同生物功能密切相关。对于HA理化和生物现象的全面认识,我们还相差甚远;还需进行更深入的研究来完全发现HA的价值。 生物技术及应用论文:废水厌氧生物技术应用现状及发展前景 摘 要针对高浓度污泥和利用气泡的聚并和破裂产生的“聚式”流态化原理良好的传质效果,使IC反应器在厌氧处理技术方面比普通反应器,如UASB(Up-flow Anaerobic Sludge Bed)更具有优势。IC(Inner-Circulation)厌氧处理技术应用现状及发展前景。 关键词厌氧处理废水;UASB;IC反应器;IC技术热点;IC应用现状;IC发展前景 以高效、低成本为特征的现代废水处理技术首先当推先进的厌氧生物处理技术,厌氧生物反应器是其中发展最为迅速的一个领域。 1971年荷兰瓦格宁根(Wageningen)农业大学拉丁格(Lettinga)教授通过物理结构设计,利用重力场对不同密度物质作用的差异,发明了三相分离器。使活性污泥停留时间与废水停留时间分离,形成了上流式厌氧污泥床(UASB)反应器的雏型。1974年荷兰CSM公司在其6m3反应器处理甜菜制糖废水时,发现了活性污泥自身固定化机制形成的生物聚体结构,即颗粒污泥(granular sludge)。颗粒污泥的出现,不仅促进了以UASB为代表的第二代厌氧反应器的应用和发展,而且还为第三代厌氧反应器的诞生奠定了基础。 原典型的UASB反应器工作原理概念和工作状态模型存在三方面问题:A、高度问题,污泥床高度对反应区的水流影响较大,如太厚会加大沟流和短流;B、增加截面积的放大方式,在大规模反应器中难以实现均匀布水;C、三相分离器的稳定操作较为困难。 20世纪80年代中后期到90年代,针对上述缺陷,国际上以厌氧膨胀颗粒污泥床(EGSB)、内循环反应器(IC)、升流式厌氧污泥床过滤器(UBF)、厌氧折流板反应器(ABR)为代表的第三代厌氧反应器相继出现。从物理角度来看,第三代厌氧反应器是以颗粒污泥为生化反应的基础,主要考察固体物质在重力场作用下,在流体中形成更为合理的微物理环境,达到固液充分接触,更快传质的这一核心目的。利用固体的流态化技术是其核心技术之一,侧重是解决典型UASB上述的A、C问题。 90年代中后期荷兰Pagues公司的开发了一种内循环(internal circulation)IC反应器,采用了特殊物理结构设计,以ANAMMOX工艺为特征的流化床。反应器的设计,生化反应规律,以Kolliken为主的菌群的微生态环境,现有和可能形成的物理特征,在连续工艺过程中菌群的流体中特点,设计出合理的物理结构。因此更加具有优势。IC反应器应用于啤酒、发酵、造纸、食品、饮料及化工等行业。取得了不错的效果。使第三代厌氧反应器的应用在我国得到开展,与此相应的研究工作也相继展开。 1IC反应器工作原理 IC反应器基本构造如图1所示,它相似由2层UASB反应器串联而成,具有很大的高径比,一般可达4~8,反应器的高度可达16~25m。 1.1进水 水泵将废水泵入反应器底部的布水系统,颗粒污泥和气液分离器回流的泥水混合物有效地在此充分区混合。 1.2膨胀污泥床 混合区形成的泥水混合物进入该区,在高浓度污泥作用下,大部分有机物转化为沼气。混合液上升流和沼气的剧烈扰动使该反应区内污泥呈膨胀和流化状态,加强了泥水表面接触,污泥由此而保持着高的活性。随着沼气产量的增多,一部分泥水气混合物由底部位分离器收集被沼气提升至顶部的气液分离器。 1.3气液分离器 被提升的混合物中的沼气在此与泥水分离并导出处理系统,泥水混合物则沿着回流管返回到最下端的混合区,与反应器底部的污泥和进水充分混合,实现了混合液的内部循环。 1.4后处理部分 经第处理后的废水,除一部分被沼气提升外,其余的都通过三相分离器进入。该区污泥浓度较低,且废水中大部分有机物已被降解,因此沼气产生量较少。沼气通过沼气管导入气液分离区,扰动很小,这为污泥的停留提供了有利条件。 1.5出水 泥水气混合物由高部位分离器收集被最终分离,上清液经出水堰溢流排出,沉淀的颗粒污泥仍留在后处理部分的污泥床内,在上部产生的沼气沿第二条上升管也进入气液分离器,小部分泥水混合物则沿着回流管返回到最下端的混合区,与反应器底部的污泥和进水充分混合。沼气可用于发电。 从IC反应器工作原理中可见,反应器通过2层三相分离器来实现SRT HRT,获得高污泥浓度;通过大量沼气和内循环的剧烈扰动,使泥水充分接触,获得良好的传质效果。 2IC反应器的运行特性 J.H.F.Pereboom和T.L.F.M.Vereijken详细进行了IC反应器与UASB反应器生产性装置各项运行参数的测定和比较,如表1所示。下面从几方面进行分析。 2.1IC反应器的处理效能 前已述及,与UASB反应器相比,在获得相同处理效率的条件下,IC反应器具有更高的进水容积负荷率和污泥负荷率,IC反应器的平均升流速度可达处理同类废水UASB反应器的20倍左右。在处理低浓度废水时,HRT可缩短至2.0~2.5h,使反应器的容积更加小型化。由表1可知,在处理同类废水时,IC反应器的高度为UASB反应器的3~4倍,进水容积负荷率为UASB反应器的4倍左右,污泥负荷率为UASB反应器的3~9倍。由此可见,IC反应器是一种非常高效能的厌氧反应器。 2.2污泥物理性质 IC反应器颗粒的平均直径在0.66~0.87mm,略大于UASB反应器颗粒的平均直径0.51~0.83mm;IC反应器最大颗粒直径为3.14~3.57mm,UASB反应器颗粒的最大直径3.38~3.43mm;IC反应器颗粒密度为1.041~1.057g/cm3,与UASB反应器颗粒的密度1.039~1.065g/cm3较为接近。但是IC反应器颗粒相对剪切强度比UASB颗粒的强度差,如以UASB颗粒的相对强度为100%,则IC颗粒为32%~53%,这是由于IC反应器的污泥负荷率大大高于UASB反应器的污泥负荷率之故。IC颗粒污泥的灰分占0.13~0.15,低于UASB颗粒污泥的灰分0.2~0.26,这说明IC颗粒污泥中有机成分含量更高,污泥的活性更高。 2.3颗粒大小的分布 Pareboom和Vereijken比较了IC反应器与UASB反应器污泥样品颗粒大小尺寸的分布,UASB和IC反应器处理啤酒废水和土豆加工废水的颗粒大小分布情况。比较的结果表明,IC反应器颗粒尺寸较粗和分布较宽,这是由于IC反应器升流速度较大,使细小颗粒更易于被冲刷从而反应器内小颗粒比例减小,而留在反应器内的颗粒获得更充分的营养,在长期滞留情况下颗粒长得更大,因此IC反应器内颗粒大小的分布范围比UASB反应器更宽,且IC反应器的平均粒径Da和Sauter平均直径D32均大于UASB反应器。 2.4颗粒沉降速度 UASB和IC反应器内颗粒的沉降速度一般都高于液体升流速度。IC颗粒(粒径 2.5污泥的活性 IC反应器污泥的活性远高于UASB反应器的污泥活性。这是由于IC反应器的污泥颗粒完全趋于流化状态,传质的限制因素小,UASB反应器污泥床局部地方的污泥浓度很高,甚至存在死区,传质受到一定限制。因此,IC反应器的平均污泥去除负荷率远高于UASB反应器的污泥去除负荷率。 本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文 2.6反应器不同高度污泥浓度的变化 Pereboom和Vereijken分别测定了处理啤酒废水和土豆废水的IC反应器不同高度处污泥浓度及颗粒大小分布变化的情况。得出了不同高度的颗粒尺寸的分布,颗粒尺寸大小、生物量浓度和灰分沿IC反应器高度的变化,IC反应器的第一段污泥床混合良好,污泥床以上和出水中固体的灰分大大高于第一段污泥床。由此可得出结论,IC反应器具有很高的紊流和上升流速,有助于无机物的有效去除。 3IC工艺技术优点 3.1容积负荷高 由于IC反应器存在着内循环,第一反应室有很高的升流速度,传质效果很好,污泥活性很高,因而其有机容积负荷率比普通UASB反应器高许多,一般高出3倍以上。处理高浓度有机废水,如土豆加工废水,当COD为10000-15000mg/L时,进水容积负荷率可达30-40kgCOD/(m3d)。处理低浓度有机废水,如啤酒废水,当COD为2000-3000mg/L时,进水容积负荷率可达20-50kgCOD/(m3d),HRT仅2-3h,COD去除率可达80%左右。 3.2节省投资和占地面积 由于IC反应器容积负荷率高出普通UASB反应器3倍左右,IC反应器的有效体积仅为UASB反应器的1/4-1/3,所以可显著降低反应器的基建投资。由于IC反应器不仅体积小,而且有很大的高径比(一般为4-8),所以占地面积特别省,非常适用于占地面积紧张的厂矿企业。小型的IC反应器可以工厂预制,大型的可在现场制作,施工工期短,安装简便,且IC反应器的土方量很小,可节省施工费用。 3.3抗冲击负荷能力强 由于IC反应器实现了内循环,处理低浓度水(如啤酒废水)时,循环流量可达进水流量的2~3倍;处理高浓度水(如土豆加工废水)时,循环流量可达进水流量的10~20倍。因为循环流量与进水在第一反应室充分混合,使原废水中的有害物质得到充分稀释,降低了有害程度,从而提高了反应器的耐冲击负荷的能力。 3.4抗低温能力强 温度对厌氧消化的影响主要是对消化速率的影响。IC反应器由于含有大量的微生物,温度对厌氧消化的影响变得不再显著和严重。通常IC反应器厌氧消化可在常温条件(20-25℃)下进行,这样减少了消化保温的困难,节省了能量。 3.5具有缓冲pH的能力 内循环流量相当于第1厌氧区的出水回流,防止局部酸化发生,并可利用COD转化的碱度,对pH起缓冲作用,使反应器内pH保持最佳状态。 3.6内部自动循环,不必外加动力 普通厌氧反应器的回流是通过外部加压实现的,而IC反应器以自身产生的沼气作为提升的动力来实现混合液内循环,不必设泵强制循环,节省了动力消耗。 3.7出水稳定性好 IC反应器的第一、二反应室,相当于上下两个UASB反应器,它们串联运行,可以补偿厌氧过程中Ks高产生的不利影响。VanLier在1994年证明,反应器分级会降低出水VFA浓度,延长生物停留时间,使反应进行稳定。第一反应室有很高的有机容积负荷率,相当于起“粗”处理作用,第二反应室则具有较低的有机容积负荷率,相当于起“精”处理作用。整个IC反应器实际上是两级厌氧处理。一般情况下,两级厌氧处理比单级厌氧处理的稳定性好,出水也较稳定。 3.8启动周期短 IC反应器内污泥活性高,生物增殖快,为反应器快速启动提供有利条件。IC反应器启动周期一般为1-2个月,而普通UASB启动周期长达4-6个月。 4IC处理技术应用现状及发展前景 IC处理技术从问世以来已成功应用于土豆加工、菊苣加工、啤酒、柠檬酸和造纸等废水处理中。1985年荷兰首次应用IC反应器处理土豆加工废水,容积负荷(以COD计)高达35-50kg/(m3d),停留时间4-6h;而处理同类废水的UASB反应器容积负荷仅有10-15kg/(m3d),停留时间长达十几到几十个小时。 在啤酒废水处理工艺中,IC技术应用得较多,目前我国已有多家啤酒厂引进了此工艺。从运行结果看,IC工艺容积负荷(以COD计)可达15-30kg/(m3d),停留时间2-4.2h,COD去除率ηCOD 75%;而UASB反应器容积负荷仅有4-7kg/(m3d),停留时间近10h。 对于处理高浓度和高盐度的有机废水,IC反应器也有成功的经验。位于荷兰Roosendaal的一家菊苣加工厂的废水,COD约7900mg/L,SO42-为250mg/L,Cl-为4200mg/L。采用22m高、1100m3容积的IC反应器,容积负荷(以COD计)达31kg/(m3d),ηCOD 80%,平均停留时间仅6.1h。 我国无锡罗氏中亚柠檬有限公司的IC厌氧处理系统自1998年12月运行以来一直都很稳定,进水COD一般在8000mg/L以上,pH5.0左右,容积负荷(以COD计)可达30kg/(m3d),出水COD基本在2000mg/L以下,且每千克COD产沼气0.42m3。1996年IC反应器首次应用于纸浆造纸行业,并迅速获得客户欢迎,至今全世界造纸行业已建造IC反应器23个。反应器产生的生物气纯度高,CH4为70%-80%,CO2为20%-30%,其它有机物为1%-5%,可作为燃料加以利用。 表1列出了IC反应器和UASB反应器处理啤酒废水的对照结果,从表中数据可以看出,IC反应器在很大程度上解决了UASB的不足,大大提高了反应器单位容积的处理容量。 5结语 随着生产的发展,经济高效、节能省地的厌氧反应器越来越受到水处理工作者的青睐。IC反应器的一系列技术优点及其工程成功实践,是现代厌氧反应器的一个突破,值得进一步研究开发。而且由于反应器容积小,生产、运输、安装和维修都十分方便,产业化前景也很乐观。 生物技术及应用论文:高职生物技术及应用专业校外实践教学改革探讨 摘要:高职生物技术的校外实践教学在培养高等技术复合型、应用型人才中具有十分重要的作用,从更新实践教学观念,重视校外实践教学入手,针对企业对人才的需求特点,提出校外实践教学改革思路:同时,提出校外实践教学改革中学校、企业及政府部门均有不可忽略的作用。 关键词:高职;生物技术及应用;校外实践;教学改革 生物技术及应用专业在医药、食品、卫生、化工及农、林、牧、鱼、环保等众多行业中都具有广泛的应用,社会对优秀的生物技术专业人员的需求量也逐步增加。高职院校生物技术及应用专业的培养目标正是为社会培养和输送具有必要的生物技术及应用专业知识和实践技能、能够从事生物技术及相关领域工作的复合型、应用型的技术和管理人员,为适应市场经济建设和科技发展的需要。为使高职院校生物技术及应用专业的学生能适应企业对人才的要求,拓宽就业渠道,必须加强学生的实践教学。实践教学在该专业学生技能的培养过程中起着决定性的作用,具有中心地位的主导作用。因此,在进行校内实践教学的同时,必须加强校外实践教学并提出改革体系。 一、正视高职生物实践教学的现状,重视校外生物实践教学 生物技术及应用专业是一门实践性很强的专业学科,但目前在实践教学上存在着许多不符合生产实际的教学情况,应用就更谈不上, 首先,大多数高职院校在实践教学过程中,把理论能力培养放在第一位,应用能力培养放在了第二位;把传授理论知识、验证已有的理论知识作为教学重点,应用技术和综合应用操作技能的训练当作教学陪衬;在教学方法上。主要是进行模仿和验证性实践,且教学方法和手段极其落后,完全没有体现求知、创新和应用,对培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力及实践操作能力效果甚微,这就使得培养出来的学生不能满足现代市场经济社会对高素质人才的需求。 其次,高职院校生物实践教学闭门造车,与企业实际生产脱沟。企业技术创新、产品更新及对岗位技能的需求发展迅速,大大超过学校普通实验、实践教学的设备更新和完善的能力及速度。许多学生走出校门显得茫然不知所措,进人工厂大门不知机器名称,面对实践仪器无从下手。即便企业录用,也要培训较长一段时间,给企业增加额外负担。同时,通过对企业的调查总结企业对生物技术专业人才提出的要求是:第一,必须有一定的文化基础素质;第二,要有扎实的专业技能。扎实的专业技能就是要有较高的技术应用能力和较宽的就业岗位的适应能力。其中有较高的技术应用能力是核心,也是实践教学的基本任务,它集中体现在对专业技术的掌握和应用上。可见,高职院校生物技术专业校外实践教学不容忽视,极其重要。在此,结合我校的实际情况,从更新实践教学的观念人手,广开思路,认真吸取其他高职专业办学的成功经验,建立高职生物技术及应用专业的校外实践教学改革体系。 二、针对企业对人才的需求特点,提出校外实践教学改革思路 (一)以市场为导向,认真做好专业定位和课程设置 高等职业教育只有面向市场、进入市场,与产业发展、行业需求紧密结合才有生机活力。高职院校生物技术及应用专业在专业定位上坚持专业建设紧贴行业需求,突出以技术、能力培养为主、理论知识必须、够用的特点,为企业提供具有较高实践操作技能的“灰领”人才。同时,教学内容贴近企业,以企业为依托,重组课程体系,更新教学内容,修订教学计划,使教学内容与企业需求尽可能“零距离”贴近。课程安排与企业要求相适应,按照企业岗位在知识、技术、能力方面的要求,加强企业需要的针对性教学。坚持教学现场和生产现场同步,实验设施与生产设备同步。与企业共建实验室、共商课程设置。有必要的话还可聘请企业的工程技术人员参与教学计划、教学大纲的修订和教材的编写,参与部分课程的教学。这样教学内容更加贴近企业,使学生更能适应企业需要,缩短从学校人到企业人角色转变的过程,为培养高素质的实用型、复合型人才打下坚实的理论基础。 (二)以企业为依托,积极建立校外实习、实训基地 实践能力的培养必须有一个好的实践环境,学生除在实验室进行验证性实验外,更重要的是要给学生创造一个适合本专业动手操作的实习、实训场所,提供真实的职业环境。只有这样才能培养出一大批业务熟练、技术过硬的专业人才。因此,本课题组提出建立生物技术及应用专业校外实习、实训基地的改革思路。 首先,根据我校的实际情况,充分利用学院自身的优势,依托学校企业的先进设备和技术优势,校企联合共办校外实践基地。南昌理工学院为全日制普通高等专业学院,隶属于南昌航天科技集团。集团拥有企业30多家,其中与生物技术专业相关的企业有多个,通过校企商议。选择江西航天日用化工发展有限责任公司和江西航天泰力士药业有限公司为学院生物技术专业学生校外实习、实训基地。 其次,通过各种方式,在社会上选定一些相关的公司、企业建立相对稳定的校外实习、实训基地。鉴于目前公司、企业的市场性经营性质。应改变校外实践教学的方式和内容。采取“内低、外高”,“内技能、外技术”的实践教学模式。即本专业学生的基本操作技能,初步专业技能由校内实训基地解决,在此基础上,再到公司、企业参加技术性比较强的专业实践。比如技术革新、产品设计、方案论证、管理训练、高技术操作等。这样一般就不会影响公司正常的生产秩序,甚至可为公司、企业解决工程技术中的实际问题及创造相应的价值。这样的校外实习就会受到欢迎,并可使校外的实践教学取得事半功倍的效果。具体措施如下:第一,可由学校出面与企业进行联系,并签定有关实践教学的合同;第二,学生自主联系或课余兼职,并将校外实习的体会及时反馈学校;第三,吸纳企业,与企业合资办学,成立股份制学校,使企业自然地成为校外实训基地。 最后,开展校外实习、实训必须统筹规划,制定相应的校外实践教学管理制度。本课题组认为应该加强这些方面的管理。即制订详细的实训教学计划和实训指导书;建立注重过程和业绩的考核制度:建立互惠互利、优势互补的校企合作运作机制。这样,才能使校外实习、实训长期稳固地进行下去。 (三)以就业为目标,大力推进“订单式”教育模式 高等职业教育要坚持以服务为宗旨,以就业为导向。面向社会和市场办学,深化人才培养模式的改革,实施“订单式”人才培养的办学模式。“订单式”人才培养是校企合作的有效载体,是产学研结合的重要方式。作为校企合作培养人才的具体实施形式,“订单式”教育有利于高职教育体制和人才培养模式的改革,有利于弥补书本知识不贴近生产实际的不足,使学校的教学内容与社会的需求同步。同时,还可提高人才培养的质量,使培养的人才更符合企业生产实际,从根本上解决“对口”就业难的 问题, 本课题组结合我校的实际,经过市场调研及与企业咨询,了解企业对高职生物人才的需求,同时充分考虑高职生物技术专业的特点,在实施“订单式”人才培养模式上进行了积极的探索,提出以下教学改革思路。①全程模式,企业与学校共同确定招生计划并参与学生录取工作,学生入校后就将学生的档案与企业交流,企业为学生提供校外实训场所,对品学兼优的学生企业可优先录用。②2+1模式,学生在校学习两年后,在企业实习一年,在实习期间应充分发挥专业优势。为企业服务,企业对表现优秀的学生可优先录用或提前录用。③2.5+0.5模式,学生通过最后一学期在实训基地顶岗实训参加生产实践,实训基地对学生实行员工式的管理,学生在真实的职业环境中得到全方位的职业能力训练,实践技能水平得到显著提高。 校外实践就是让学生提前进入企业,让学生较早接触企业环境,在企业一边实习、实训,一边进行专业课学习,缩短教学与企业的差距,大大增强学生学习的主动性、针对性,激发学习热情,掌握了知识,增长了才干,学到了本事,成为就业有优势、创业有能力、继续深造有基础、持续发展有空间的有用人才。受到企业的欢迎。 (四)以网络为工具,构建校外实践交流的平台 学生在校外实践的过程中。有成功的惊喜,也不免会遇到这样或那样的问题,随时希望有老师、同学或朋友与其分享或为其排疑解惑。作为校外实践教学的一个补充,以网络为工具。构建校外实践交流的平台。同学们可以在此畅所欲言,交流实践成功的经验;也可以倾诉实践失败的教训;还可以提出各种专业问题。学校设立校外实践指导小组,定期安排教师为学生解答问题,进行专业实践指导。通过交流,学生将在校外实习的情况及时反馈给学校,学校能及时掌握学生在校外实践的效果。对学生实践技能及其他各方面能力的提高都具有重要的指导作用。同时,企业与学校之间也可通过网络进行多方面交流,指出学生在企业实践的优缺点。学校则及时解决出现的问题。这样。可使学校与企业长期合作。使校外实践、实训基地长期稳固地发展下去。 三、高职生物技术及应用专业校外实践教学改革中引发的思考 (一)校外实践教学改革实施中学校应发挥主体作用 校外实践教学组织形式应由单一化向丰富多彩的形式发展。过于依赖相对固定的校外实训基地。期望企业直接、全面参与学校人才培养过程是不现实的,开展校外实践教学还必须充分挖掘动态的社会资源,如开展市场调研、组织实战训练和课余兼职等。这就要求学院在专业课程设置上面向市场、进入市场。与产业发展、行业需求紧密结合,使学校一开始就与产业部门保持天然、密切的联系,依托行业。办出专业特色,形成优势。同时,对学生的实习、实训给予极大的支持。并制定一系列的政策、制度进行规范管理。如制定与企业互惠互利的合约、学生实习、实训的指导书、过程管理、绩效考核等。 (二)校外实践教学改革中企业应发挥的主导作用 校外实践教学离不开企业。学生的实习、实训必须依托企业,只有走进企业,接触企业,才能使理论与实践有机结合,才能提高专业技能,增强就业能力和社会竞争力。然而。由于市场经济的影响,很多企业对上门来洽谈合作的学校不是拒绝就是找各处理由推托;有的勉强答应了,但对前来实习的学生没有管理,没有培训,任其自生自灭;这样的校外实践形同虚设。如何使企业与学校共同携手并肩来实现高职专业学生的实践教学应是双方的责任。 (三)政府部门在校外实践教学中起着不可忽略的作用 我国目前正在加速工业化进程。社会对生产、管理、服务一线人才的需求庞大,企业和学校、政府共同成为办好高职教育的三大主体,政府引导,企业参与,实现学校和企业的密切联系和合作。是高职教育改革和发展的必然趋势。充分利用社会资源,国家通过法律规定或政策引导等方式促使学校与企业共担职业教育和技术培训义务,共享利益。形成有分有合、责权利相结合的良性循环机制。高职教育必须利用社会资源,而且也只有将校内外办学资源有机整合起来,才能实现人才培养的高质和高效。可见。国家政府部门在校外实践教学中起着不可忽略的作用。 四、结语 随着生物技术及其产业化的快速发展,企业对高职生物技术及应用专业人才的培养也有了更高更新的要求。为了加强学生的操作技能,提高学生综合素质和创新能力,高职院校生物技术及应用专业的实验教学必须与实际相结合,特别是校外实践教学方面应进行改革,形成一定的校外实践教学改革思路,这样才能实现高职生物教育的培养目标,真正为社会输送高素质的应用型、复合型生物技术人才。 生物技术及应用论文:海洋生物技术原理及应用课程教学探索与改革 摘 要: 作者从目前高校《海洋生物技术原理及应用》课程的特点出发,结合几年来的教学经验,对教材的选择、教学内容的调整、任课老师的搭配、考试考评体系改革等方面的改革措施进行探究,以达到提高教学质量、提升学生的综合素质和创新能力的目的。 关键词: 海洋生物技术原理及应用 教学改革 提高教学质量 现代生物技术是21世纪令人瞩目的高新技术之一,分子生物学、遗传学以及生物化学等学科的飞速发展,使现代生物技术发展日新月异[1]。浩瀚的海洋是地球上生命的摇篮,它覆盖着71%的地球表面积,海水总体积占地球总水量的97%,蕴藏着巨大的生物资源。在全球面临能源危机和环境污染的情况下,利用海洋生物资源,缓解上述危机,成为科学家认为最可行的方法之一。因此,将生物技术应用于海洋生物研究和开发形成的海洋生物技术是生物技术中发展最快、研究最热、最有潜力的研究方向之一。在此形势下,海洋生物技术相关课程应运而生,在很多涉海研究的科研院所开设。由于海洋生物技术涵盖内容较多,范围较宽,本课程的教学难度较大。但是有关海洋生物技术课程的教改信息及探讨较少。面对蓬勃发展的海洋生物技术,为使海洋生物技术教学适合时展的需要,提高教学质量,我们结合对本门课程教学的实践和体会,初步探讨了海洋生物技术教学的改革。 1.合理编排内容,优化知识体系 教材是学生接触、预习和复习一门课程的工具,是保障良好教学质量的前提和基础。一本好的教材,可在很大程度上提高教学的效率,激发学生学习的兴趣和热情。但是,目前有关海洋生物技术的教材较少。目前,相关书籍有5本,《海洋生物技术》,曾呈奎主编,山东科学技术出版社,1998年出版;《海洋生物技术新进展》,范晓主编,海洋出版社,1999年出版;《海洋生物技术原理和应用》(第二版),张士璀主编,海洋出版社,1999年出版;《海洋生物技术研究进展》,王长海主编,化学工业出版社,2005年出版;《海洋生物高技术新进展――863计划海洋生物技术主题成果汇编》,丁健主编,海洋出版社,2006年出版。前三本书编著时间在10年以前,海洋生物技术发展飞快,因此不适合做教材。后两本主要是对文献或专利的汇总,不能作为本科生教材。在这种情况下,教师在阅读以上相关教材基础上,末不断大量查阅相关期刊论文,掌握学科发展最新的前沿和动态,及时更新讲课内容,并进一步积极准备编写海洋生物技术教材。 2.优化师资力量,实现优势互补 海洋生物技术相关课程涵盖内容较广。从生物类别上可分为海洋微生物生物技术,海洋动物(特别是海洋经济类动物)生物技术,海洋植物(特别是海洋大型藻类)生物技术;从技术手段上包含了所有传统的生物技术和快速现代生物技术如细胞工程技术。虽然在海洋生物技术领域内,各个科研院校都不乏科研和教育能手,但是毕竟各位老师术业有专攻,各位老师的学习及科研背景不同。虽然都从事海洋生物技术领域的科研工作,但是海洋生物技术涵盖内容较多,各位教师只能从事其中较小的一部分。在这种情况下,要了解各位教师的研究领域,将研究不同海洋生物技术领域中教师资源整合,集中各位教师的研究优势教学究。海洋生物技术包括海洋微生物技术、海洋动物技术、海洋植物技术三大方面的内容,分别由主要研究对应领域的三位教师任教。由于教师本身一直从事相关的研究,所熟悉的实例、应用等内容会相当丰富,在讲课中能理论结合实际,不会空洞无物,因此能极大地提高学生的学习兴趣,从而提高教学质量。 3.协作改进教学,提高教学质量 在根据内容安排教师的同时,也要注意到教师的年龄和教学特点。学无常法,教无定法。有学者认为教学和用兵有异曲同工之妙,兵法中有“兵无常势”之说,教法中有“教无定法”之论。不同年龄的教师对于教育的理解、对于教学经验的积累各不相同,可以互相取长补短。擅长不同教法的教师组合对于学生来讲如同从多角度、不同侧面去学习和理解一门课程,可以达到事半功倍的效果。可见,安排不同年龄层次,擅长不同教学方法的教师组合如同不同兵种、不同将帅、不同智囊的最佳组合,取长补短,相互协助,几乎攻无不克、战无不胜。 除了不同教师上不同部分的课程外,有一些教学内容如种质资源的保藏、生物多样性检测、海洋环境保护生物技术等章节存在三位教师讲课内容交叉的情况。这些章节可以由其中一位教师把基础的概念讲好后,三位教师同时参与,在同一个课堂上三位教师和同学们就其中的章节的内容进行互动学习,学生可以按照兴趣等方式自行分组,从海洋动物、海洋植物、海洋微生物三方面对种质保藏、生物多样性检测、海洋环境保护生物技术等提出自己的观点和设想,比较其中的差异及优缺点。各位教师对同学们所提出的方法和设想给予评价和总结,在轻松愉快的氛围中完成了课程内容的学习,这样会强化学生的批判性思维能力,提高教学质量[2]。另外,根据同学们总结和回答的问题的情况可以很明显地给出他们的平时成绩。 4.现代教学手段,提高教学效果 传统的教学手段,一支粉笔,一张嘴,三尺讲台,灰头土脸,形式单调,教学效果较差[3]。加之海洋生物技术是一个理论性和实践性都很强的学科,晦涩难懂。仅采用传统的教学手段,容易引起学生对课程的懈怠,降低学习兴趣,教学效果可想而知。现代媒体手段比传统教学方式更加直观、生动、形象。在一定程度上弥补了传统教学形式单调、枯燥等缺点。如多媒体教学,综合应用文字、动画、图片、影音、视频等教学手段,使一些抽象难懂的知识直观而形象,便于学生理解。 但是,现代媒体教学手段也存在诸如上课信息量多,学生忙于记笔记而没时间思考,或者选择了脱离实际的目的多媒体,可能会降低讲学效率。所以,在多媒体等教学手段的使用中要注意这些缺点的弥补。板书是学校教学过程中传授知识的重要手段之一,在使用多媒体教学的课堂教学中仍然必不可少。板书起到提纲挈领的目的,如同行车的导航仪,在它的引导下,学生能够轻松地掌握课堂教授的重点。因此老师应恰当使用媒体手段和板书,使媒体手段与传统教学方式优势互补,提高教学质量。 5.调整考核方式,全面真实考查 目前,虽然很多高校都在进行考试改革,但还是以传统的笔试考试方式为主[3]。很多传统的笔试考试方式难以取得满意的效果,并会导致学生只会死记硬背,考试前突击,考试后全忘的现象。改变现有教学课程的考试方式势在必行。只有采用细化和科学的考试和考评方法,才能在检验学生基本理论掌握程度的基础上,对学生的动手能力及综合思考能力都进行考查。根据课程和教学方式的特点,为了检测课程开设的目点是否达到,三位教师可采取多种方式分开考试,最终计入总评。这样能对学生对知识的真正掌握情况有真实的了解。避免一次考试情况下考试前突击,考试后全忘的现象的发生。 总之,我们应在正确认识海洋生物技术原理及应用课程特点的基础上,从多方面进行分析和教改,提高教学质量。虽然任何课程的教学改革都不是一蹴而就的,但是时不我待,为了培养高素质高水平的学生,我们一定要积极坚定不移地进行教学改革,提高教学水平。 生物技术及应用论文:高职高专生物技术及应用专业教学改革初探 随着经济建设的发展,生物技术领域不断扩大,对技术人员的素质提出了更高的要求。如何满足市场要求,在激烈的竞争中提高高职高专学生的竞争力,这是我们教育工作者面临的一个亟需解决的问题。 高职高专教育以面向生产、建设、管理和服务第一线需要的高级技术应用型人才为培养目标。所以,在教学过程中,教师要强化学生综合能力的培养,增强学生的专业适应性和社会适应性,通过实践性教学环节,培养学生理论联系实际的能力和实际操作的能力。 一、改革的思路 近年来,我校生物技术及应用专业始终以技术应用能力和基本素质培养为主线,有针对性地进行了教育教学改革,从而构建了生物技术及应用专业人才的知识、能力和素质结构体系。 1.把转变教育思想观念贯彻于教学改革的全过程。多年来,在教改、教学计划的修订过程中,我校以转变教育思想观念为先导,广泛开展了教育思想的大讨论,逐步明确了高职高专教育的基本特征,树立了具有高职高专特色的人才观、质量观和教学观;坚持为地方与行业经济发展服务的方向,以提高人才培养质量为目的,以技术应用型人才培养模式的改革与创新为主题,进一步明确了专业教学改革的指导思想。 2.专业培养目标的准确定位。高职教育与传统学科型教育是两种不同类型的教育,在专业设置、培养目标和人才培养规格等方面都有各自的特点。学科型高等教育以学科建设和发展作为专业改革和建设的出发点,培养目标突出学科本位的特征;而高职教育则以社会需求为导向来设置专业,围绕地方或行业经济发展的需求开展专业教学改革,培养目标突出职业教育的特征,注重对专业的社会背景和行业背景的分析。高职教育的教学改革必须适应时展的要求,直接为地方或行业经济建设服务,紧密依托行业或企业,满足社会对技术应用型人才的需求,这是专业教学改革的出发点。为此,我校组织力量,深入行业与企业一线,广泛开展调查研究,对人才需求进行比较深入的预测分析,与用人单位共同寻求人才培养规格的准确定位。 3.积极探索多样化的人才培养模式。人才培养模式的改革与创新是高职专业教学改革的目标与核心问题。我校生物技术及应用专业在总结教学改革经验的基础上,发挥优势,提出了具有创新精神和高职特色的专业教学改革基本思路:以主动适应社会需求为目标,以培养技术应用能力和综合素质为主线,设计学生的知识、能力、素质结构;以职业技术领域和岗位群的实际需要为出发点,制定专业人才培养规格和培养方案,突出实践教学环节,重新构建理论教学体系、实践教学体系与素质教学体系。我校在原有课程改革的基础上整合重组课程结构,建立新的教学体系,增加了学生就业的适应性,建立了一个公共知识平台。 二、改革的方法 生物技术及应用专业教学改革的核心是课程体系和教学内容的改革,这也是专业教学改革的难点和重点。课程体系和教学内容改革的力度,表明专业教学改革的深度,体现高职特色的教学质量。为了更好地体现高职教育的特点,在课程体系和教学内容的改革方面,我校重点做了以下几方面工作: 1.以培养技术应用能力为主线,设计学生的知识、能力、素质结构和培养方案。高职高专教育的基本特征是以培养技术应用能力为主旨构建新的课程体系。在构建新的课程体系时,一要突出实践能力的培养,强调动手能力、实践技能;二要强调在教学过程中培养职业岗位所需的各种能力。为此,我校从实际出发,不断探索知识、能力、素质三者之间的关系。在专业课程体系构建过程中,突出以技术应用能力培养为主线的方针,着重建设以关键能力、创造性思维和创业能力为主的实践教学体系,突出特点,抓住重点,提高教学质量,使学生成为合格的高级技术应用性型人才。 2.正确把握基础理论以“必需、够用”为度。在基础课程设置中,我校注意高等教育的基本规格,去掉没有应用价值的部分,保留必需的基础知识,加强外语和计算机的教学;大力调整专业课程结构,注意拓宽专业知识领域;重组专业教改方案,整合课程结构,突出主干课程的建设和关键能力的培养;处理好教学内容针对性和适应性的关系,使专业教学改革更加突出高职高专教育的特色。 3.紧密依托行业或企业,建立产学研结合的有效运行机制。高等技术应用型人才的培养必须坚持走产学研结合的道路。除了重视校内实验室、实训基地的建设外,我校多年来与多个相关行业或企业签订了产学研合作的协议,企业不仅为学生提供稳定的校外实训基地,而且参与专业培养目标、人才培养方案的制订,支持学校校内实训基地的建设,承担专业课和实践教学任务,全方位参与人才培养。教师到企业锻炼并与企业合作开发科研项目,为学校“双师型”教师的培养和教师科研能力的提高创造了条件,也为提高学生的实际工作能力、解决就业途径提供了条件。 4.加大投入,加强教学基本建设。加大经费投入,加强教学基本建设,是保证专业教学改革顺利进行、努力提高教学质量的前提条件。对此,我校和系部各级领导都有清醒的认识。近年来,我校多方筹措资金,加大对专业教改的资金投入力度,花大力气加强教学基本建设,建设了药物制剂实验室、显微镜实验室、天平实验室、啤酒生产实训室、发酵设备、发酵技术实训室、淀粉加工实训室、微生物分离检验实训室、药物成分分析实训室、生物物质分离实训室、基因工程实训室、现代仪器分析与使用实训室、植物组织培养实训室等一批科技含量较高、具有现代化手段的专业实验室、实训中心和校外实训基地,培养了一批“双师型”骨干教师和专业教学改革带头人,并编写了一批适合高职高专教育特点的专业教材。 5.强化实践教学,推行职业资格证书制度。我校生物技术及应用专业自2004年以来率先实行了学生持“双证”毕业,并把岗位技能培训和职业技能鉴定纳入教学计划规范管理。按照国家职业能力标准和职业资格制度的要求改革人才培养模式,使高职教育、劳动就业、职业资格培训紧密结合,培养了一批适销对路的高级技术应用型人才。根据培养目标和职业技能鉴定考核的要求,我校围绕“一专多能、一生多证”,建立了以基本技能、专业技能、综合技能实训三大模块为主线的相对独立的实践教学体系。每个模块包括若干实训课程,并配有实训大纲,每门实训课程由若干独立的基本训练单元组成。系列实训课程主要包括:化学综合实训、微生物基本操作技术、基因工程技术、发酵技术、毕业设计等。实践教学做到三年不断线,一年级主要进行基本技能训练,使学生掌握本专业的基本操作技能;二年级主要进行专业技能训练,使学生熟练掌握本专业要求的各项专业技能;三年级主要进行综合技能实训,让学生参加劳动部门组织的职业技能鉴定考核,获得相应的职业资格证书,并通过产学结合,让学生参与生产及就业环节,具有第一岗位职业技能和职业素质,加快从学生到职业人的过渡,毕业后就能顶岗工作,缩短了磨合期。 三、教学改革的成效 经过近几年的教学改革实践,我校的专业教学在以下几个方面收到了明显的效果。 1.提高了学生理论联系实际的能力。通过将课堂教学和推行职业资格证书相结合,学生在上学期间就能接触到工作环境,并结合理论知识考虑解决实际操作中的一些问题,提高了理论知识的应用性,也增强了学习动力和趣味性。 2.提高了学生的实践操作能力。原来我校以课堂教学为主,实践教学环节为辅,改革以后,我校建立了一系列的专业实验室,学生可以充分利用课余时间进入实验室了解实际设备的构造、原理和运行情况及常见故障,实际操作能力因此得到较大的提高。 3.缩小了毕业生与企业在岗技术人员的差距。毕业生到企业后不能马上投入工作,还要经过一段时间的磨炼和培养,已经成为普遍现象。产生这一现象的原因,主要在于教学内容与企业实际需要有较大距离,仍然停留在单纯的理论教学上。进行改进后,在校期间学生就接触到了生产实际问题,有效缩短了由学生转化为企业技术人员的时间,近几届毕业生大多能较快进入状态,受到了用人单位的普遍欢迎。 4.增强了毕业生的社会适应性。教学改革拓宽了学生的知识面,大大增强了学生的动手能力,学生持双证毕业,适应了社会对人才的需求,就业口径更宽。 生物技术及应用论文:生物技术在乳制品加工中应用的建议及对策 摘 要: 生物技术的快速发展,带给乳制品生产更大的空间,但随着社会对乳制品加工企业越来越关注,如何科学合理使用生物技术,确保乳制品加工企业稳定、健康发展,已成为当前社会关注的焦点。我们务必合理使用生物技术,切实提高企业产品的质量,进一步优化乳制品加工企业的生产环境,增强乳制品加工企业的市场竞争力。 关键词: 生物技术 乳制品加工 应用 对策 随着市场化进程日益深化,对生物技术要求越来越高,各类丑闻的不断出现,聚集了全社会的眼球,对食品加工及其风险的关注成为社会焦点,如何使用正确的生物技术,切实提升乳制品企业竞争力,已成重要课题。特别国内企业如何面对全球市场,对乳制品加工企业提出了新的、更高的要求。 1.生物技术 简单而言,即从分利用生物体系,采用先进的生物学和工程学使用技术,改变生物自身特性而进行的物质转化,用来生产人类所需的各类产品。可分为3个发展阶段,即传统生物技术阶段,具体指如酿酒、酿醋、酿造酱油等,近代生物技术阶段,具体指发酵技术、生物标本等,现代生物技术阶段具体指新型发酵工程、酶工程、现代生物反应工程、细胞工程或组织培养技术、基因工程、蛋白质工程和生化工程等。现代生物技术可广泛应用于乳业的各个方面,积极推动乳品工业的革新与发展。 2.生物技术应用于乳制品加工的作用 2.1提高乳制品的质量 。乳制品加工企业通过入生物技术的应用,可以进一步提高乳制品质量,提升乳制品产量。前提是必须在法律法规范围内,合理利用,以期生产出质量更优的乳制品。 2.2增强乳的免疫功能。生物技术的使用,可以进一步改进产奶质量,增强乳制品所具备的免疫功能。前提是必须在进行SWOT具体分析的基础上,面对不同的细化市场,可以从细化市场中寻找一个重点突破口。在实际工作中,要有针对性的对某一个细分市场改进乳制品质量,进一步增强某方面产品的竞争力。从而实现趋利避害,有的放矢,完成企业承担的社会使命。 2.3增强企业的核心竞争力。生物技术在乳制品加工中的应用,促使乳制品企业在与国际市场接轨的同时,能够以增强自身的竞争力为出发点,将生物技术引入乳制品加工业,改进产品生产中的不足,进一步提高产品质量,增强核心竞争力。 3.生物技术在乳制品加工中应用具体体现 3.1乳蛋白生物活性肽的开发 如何开发乳蛋白生物活性肽, 生产质量更高的乳制品原料,是每一个乳制品企业面临的共同课题。当前,乳蛋白是乳制品生产的最重要原料,蛋白酶是生产乳制品的重要手段之一。由于它们当中存在多种具有生物活性的功能的肽,因而引起人们高度关注。从乳制品加工过程中而言, 不同的生物活性肽是通过选择性水解乳蛋白来获得的,易消化、易吸收、抗过敏性、治疗低血压和降低胆固醇等活性肽类食品由于其他产品的特有功能。其产品主要包括口服液态食品和低过敏性食品、健康和运动食品、发酵和微生物培养用的肽类,以及化妆品。每年消费者对活性肽的需求量一吨是对的乳制品加工企业最大的市场诱惑,为了更好地占有乳制品市场份额,各企业加大研发力度,,促进有益微生物的成长发育,以期生产出苦味更低、风味更好的乳制品,更好地占有市场。 3.2增强乳制品的免疫功能 。由于人乳中的乳清蛋白存在一定量的乳铁蛋白、溶菌酶和免疫球蛋白等,这些物质的存在使人乳具有抗微生物的效应,在婴儿配方乳粉中,强化这些免疫因子能增加其免疫功能。通过引入生物技术,开发牛乳制品中对人体有保护作用的免疫球蛋白。随着免疫学的每一个新发现,都会为免疫乳的开发制造一个新的发展空间,通过引入生物技术,开发对人体健康有全方位作用的免疫乳。 3.3 乳制品加工中,引入ATP生物荧光技术 。在乳制品加工过程中,通过采用ATP生物荧光技术检测乳制品中的细菌总数及特异性病原菌具有简便、快速、灵敏的特点,在原料奶的验收、乳制品货架期预测及抗生素和细菌、噬菌体残留的检出等方面具有广阔的应用功能,可以减少乳制品加工过程中的某些不便,降低乳制品加工企业的人力资源管理成本,优化企业生产环境,科学地对乳制品进行质量管理,提高乳制品质量。 3.4 引入固定化技术 。在乳制品加工过程中,采用固定化技术,即是通过物理或化学方法限制或定位在某一特定空间范围,保留其固有的催化活性和存活力,可以提高原料的储存质量,降低企业的管理成本。 3.5 利用乳脂肪修饰。通过引入生物技术,采用脂酶的转脂作用或水解方式,将乳制品中的甘油三酯进行修饰,使乳脂肪的性质,尤其是融化性、乳化性得到改善,并保持原有的良好风味和纯度,有利于乳脂肪在产品中的稳定性,从而保证乳及乳制品的质量及货架期,为消费者提供了更优的产品,同时也为消费者及销售者对乳制品的储存提供了方便。 2.6对酪蛋白改性。 牛乳中酪蛋白与乳清蛋白之比为78:15,而人乳中两者之比为40:60,在母乳化奶粉生产中需添加价格昂贵的乳清粉以降低牛乳中酪蛋白的相对含量,如将牛乳中酪蛋白改性,即可经济实惠地达到这一目的。酶法改性的酪蛋白已应用于糖果和蜜饯的生产,含有5%~40%多肽链的酪蛋白可生产一种能替代鸡蛋蛋白用做蛋白糖霜的产品,胰蛋白酶改性的酪蛋白还可用于母乳化奶粉的生产。 2.7减少乳制品中的苯丙氨酸 。乳制品加工企业在发展的过程中,既要提供满足公众需求的乳制消费品,同时也要保证乳制品加工企业生产出来的产品在符合国际指标的情况下,不影响消费者的身心健康。可利用酪蛋白经胰酶或微生物产生特殊蛋白酶来进行部分水解,再经活性炭、离子交换处理除去乳制品中大部分苯丙氨酸,从而为消费提供了预防病症的功能,提供质量更优的产品,提高了企业的竞争力。 综上所述,乳制品加工企业在生产过程中,通过引入开发乳蛋白生物活性肽、增强乳制品免疫功能、ATP生物荧光技术、固定性技术、利用乳脂肪修饰、对酪蛋白改性、减少乳制品中的苯丙氨酸等生物技术的应用,可以提高企业产品的质量,进一步优化乳制品加工企业的生产环境,从而增强乳制品加工企业的市场竞争力。 生物技术及应用论文:环境生物技术在污染治理中的应用及发展趋势 摘要: 介绍了环境生物技术的特点,及其在环境治理中的应用现状,并对环境生物技术发展趋势进行了讨论。 关键词:环境生物技术,微生物,生物净化,生物修复,生物降解,反应器 环境生物技术(environmental biotechnology)是利用生物的生理活动,高效净化污染环境以及将污染物转化为资源的人工技术系统。作为一门新型的边缘学科,主要涉及生物技术、工程学、环境学和生态学等学科,不仅包含了生物技术所有的特点,还融合了环境污染防治以及其他工程技术, 其核心是微生物学过程[1]。它是近20年来产生的一门多学科相互渗透的新兴边缘学科,环境生物技术可以按技术难易划分为三类[2] 第一类是指以分子生物学技术为主体,以基因工程为主导的污染控制与监测技术,包括构建降解杀虫剂、除草剂、多环芳烃类化合物等污染物的高效基因工程菌,创造抗污染型转基因植物等。第二类是以目前大量应用的经过改革与创新的生物处理技术,如生物流化床法、上流式厌氧甲烷发酵法和变形活性污泥法等等。 第三类包括:生物稳定塘、人工湿地和污染控制资源化生态工程等自然净化系统。 本文仅讨论后两种环境生物技术。 1.环境生物技术的特点 作为高新技术之一的生物技术用于污染治理已有悠久的历史。但是,由现代生物技术和环境工程技术相结合的环境生物技术,是20世纪 80年代才诞生于欧美地区[3]。 环境生物技术是21世纪国际生物技术的一大热点领域,它将在环境治理上发挥着重要的作用。环境生物技术产生、发展及演变与一系列的环境污染问题有着密切的联系。 近年来,随着细胞融合技术、基因工程技术、分子生物技术等的发展,环境生物技术得到了进一步的发展。生物与环境之间既有对立的一面,又有统一的一面,生物体靠体内调节和变异来适应环境变化,同时通过自身来影响和改变环境。 环境生物技术拥有许多其他方法不可比拟的优势,如微生物对各类污染物均有较强、较快的适应性,并可将其作为代谢底物降解和转化,具有效果好、运行费用低、无二次污染等优势。用生物方法处理污染物的最终产物大都是无毒无害、稳定的物质,如二氧化碳、水、氮气和甲烷等,通常可一步到位,避免了污染物的多次转移,因此它又是一种消除污染安全而彻底的手段。另外,生物处理技术的产物或副产品,大多可以较快生物降解的,并可作为资源加以利用,有助于把人类活动产生的环境污染减到最小程度。生物技术还易于进行大规模操作,一些生物曝气池、生物滤池的容积之大,也是其他工艺望尘莫及的。 生物方法还可以就地利用天然水塘或土壤层作为污染物处理场所,这可大大降低处理费用。因此生物技术在环境领域的应用将是势不可挡的。 环境生物技术具有深远的发展前景,特别是对于寻求用低成本解决环境问题的发展中国家具有极大潜力。 目前,环境生物技术在废水处理、废气处理、环境监测、污染检测和补救、毒性鉴别等诸多领域的应用研究已经开始进行[4] ,有些也已取得了初步成果,但是环境生物技术的潜在优势还远没有引起人们的重视。 2 环境生物技术的应用 生物技术在环境方面的应用主要有:用植物和微生物清除环境污染物、毒物;用生物传感器监测污染;用微生物杀虫剂代替化学杀虫剂等。运用环境生物技术进行水污染治理,是目前采用的主要技术措施,它具有以下优点: ①生物既具有很强的吸附力,又具有良好的沉降性,处理效果好; ②生物具有很强的降解能力,处理效率高; ③可处理水量大,方法成熟; ④成本低,无二次污染。 生物法在处理污水时所起的重要作用已受到关注,它在环保领域中的应用还有待于进一步研究和拓展,以下几点是环境生物技术在环境污染治理方面的具体应用。 2.1生物修复 有毒化学品尤其是石油、有机氯化物、化学聚合物等造成的污染已成为世界性问题,在各种清除污染物的技术中,生物修复是最有前途的技术之一。 生物修复即生物除污,是指生物特别是微生物催化降解有机污染物,从而修复被污染的环境、消除环境中的污染物或修复由于对生态系统管理不善造成的损害的一个受控或自发进行的过程。不同类型的生物都有不同的生物除污作用。例如:利用植物吸收污染物(植物除污) 是一个正在兴起的研究领域。 植物修复技术是以植物忍耐和超量积累某种和某些化学元素的理论为基础,利用植物及其共存微生物体系清除环境中的污染物的一门环境污染治理技术[5] 。 2.2 生物监测 传统的环境监测以化学分析用成熟的仪器为主,当代生物技术发展了生物监测为主的新手段,如通过测定微生物的酶和细胞基因等监测环境的变化。 目前研究较多的有生物发光菌、卤素呼吸菌、苯乙烯降解菌等,主要监测水体中的有害物质和海水中藻类的爆发。 2.3 微生物降解技术 微生物对污染物质的代谢、转化及降解作用,是当今环境污染控制研究中最活跃的领域之一。 许多微生物和原生动物可以净化废水,传统的生物处理技术大多是对自然生长的微生物群体加以驯化、繁殖利用,对污染物的降解水平较低。 20世纪70年代以来,针对一些特定的有毒废水或成分单一的高浓度有机废水,已选育出具有较高降解活性的菌种,并进行纯培养后用于废水处理,已初步显示出一定的优越性,成为近年来利用生物处理废水的一种常用方法。微生物在废水处理中的特殊作用将不断得到挖潜,而且用微生物来处理环境污染物是一种安全、经济的方法。 2.4 生物发酵技术 生物发酵工程涉及最早的领域是废水生物处理。目前关注的生物发酵技术主要有: ①水解- 好氧生物处理法( H/ O 法) ,其特点是将厌氧过程控制在水解和酸化阶段。用H/ O 法处理表面活性剂废水、焦化废水和印染废水等难降解工业废水,其效果十分显著,COD 去除率较常规法提高20 %~30 %;处理城市污水时,其出水COD 浓度 2.5 生物强化处理技术 为了提高废水处理的效果,而向废水中投加从自然界中筛选的优势菌种或通过基因组合技术产生的高效菌种,以去除某一种或某一类有害物质的方法. 主要强化方法有: ①高浓度活性污泥法,以高污泥浓度和长泥龄来促进对难分解物质的处理,加快反应速度。 日本用该法处理难分解的聚乙烯醇和粪便污水取得显著效果[6] 。 ②生物- 铁法,是在普通活性污泥中加入无机盐如铁、钙、镁等,多用铁盐(氢氧化铁或氧化铁粉) ,形成生物铁絮凝体活性污泥,具有高浓度活性污泥法的特点,主要用来提高去除污水磷的效果。 ③生物- 活性炭法,综合利用微生物氧化能力和活性炭良好的吸附能力,使二者产生协同增效作用。在该系统中,每克活性炭去除1~3gCOD ,分解废水毒性能力增强,同时还显著提高了脱氮水平 。 2.6 生物反应器技术 生物反应器技术,是现代生物技术发展的一个主要方向。该法主要应用于制药、食品、精细化工等行业。其特点是:容量大,连续运行,自动化控制,操作简便。 美、英、德、日本等现大量生产现代化的新型生物膜反应器,其共同特点是反应器内装有比表面大的载体,有利于微生物附着生长形成生物膜;供气或供给的其他反应条件优越,污染物具有充分的时间与微生物接触,有利于增强微生物的分解代谢能力。我国的北京、上海等地也在积极开发研制。目前,2000m3的反应容器已经问世。 虽然其处理能力较低,造价较高,但其管理方便,运行费用低,所以欧美地区约有70 %的污水处理厂采用该技术⑸ 。 2.7 微生物絮凝剂的应用 微生物絮凝剂是利用生物技术,通过微生物发酵,抽提精制而得到的一种具有生物分解性和安全性的新型、高效、无毒的廉价的水处理剂,这些都是目前使用的无机或有机合成高分子絮凝剂等所不具备的。 通过细菌、真菌等微生物生产出的生物絮凝剂由于具有降解性能好,使用成本低,不会导致二次污染等优点已广泛应用于工业废水处理中。目前,已筛选出19 种具有絮凝能力的微生物,其中,霉菌8种,细菌5种,放线菌5种,酵母菌1种[3]。 随着生物技术的发展,生物絮凝剂的开发与应用具有良好的发展前景。 2.8 生物净化技术 生物净化处理包括稳定塘和土地处理系统。 稳定塘是污水处理技术中最简单的一种,其特点是结构简单,工作可靠,不需要什么特殊技术就可连续处理污水。 一般停留时间较长,需占用较大的土地面积。 可用于污水的一级、二级处理。 土地处理系统是利用土壤及其微生物、植物根系的净化能力处理污水,同时利用污水中的营养元素和水分促进农作物、牧草或树木生长,具有一定的生态效益和经济效益。 其特点是投资少,能耗低,易管理和净化效果好。 若这两个系统有机结合,可实现污水的二级、三级处理。 由于稳定塘系统比正规污水处理厂更能有效的去除有机化合物及N、P 等,由厌氧塘、兼性塘、好氧塘串连而成的稳定塘系统已成为二级处理的有效替代方法[7]。 2.9固定化微生物技术 它是生物工程领域中的一项新技术。 进入20 世纪80 年代以后,国内外开始应用这种具有独特优点的新技术来处理工业废水和分解难生物降解的有机物质,并取得了令人瞩目的成果。 随着现代生物工程技术的不断发展,一些具有特异性的优势菌种不断得到改造或创造,将这些高效专性菌脱色菌、脱氮、脱磷菌等进行固定化后,菌体密度提高,大大提高了处理效率,尤其是对难降解有毒物质的治理有明显的优势。 3 环境生物技术的发展趋势 环境生物技术是我国的一个重要发展领域,也是解决环境问题的根本措施。应结合我国国情进行急需的环境生物技术研究, 从国内外的研究与应用现状可知,目前环境生物技术最有应用前景的领域是高效的废物生物处理技术、污染事故的现场补救、污染场地的现场修复技术以及可降解材料的生物合成技术。 3.1 生物反应器的研究与发展 厌氧与好氧工艺相结合,生物膜与活性污泥相结合的反应器将成为废水处理反应器的主要发展方向。 其技术发展的总趋势是在活性污泥中加入载体,发展既有固定载体又有流动载体,既有好氧又有厌氧固定膜的反应器,最大限度的增加反应体系中的生物量和生物类群,最高水平地发挥微生物降解污染物的生物活性,同时兼顾便于管理和降低运行费用。 高质量传感器,信息传输与数据处理等构成的自动化控制系统,将在多种反应器中发挥作用,提高生物处理的效率,节约大量的人力,简化操作程序。 3.2 利用生物技术实施资源化战略 采用生物技术方法建立无害化生产工艺过程,实现废水循环利用,同时将部分无毒有机污染物转化为副产品,开发利用废物生产甲烷,氢气和燃料乙醇的多层次生物技术,增加由生物发酵处理有机废物的资源化工程的种类和产品,充分实现废物资源化。 3.3 建立各种生物监测手段 在环境中低浓度污染和沉积物中的污染物的研究方面,除继续应用指示种、耐污种、敏感种以外,还应利用各种形态、生理、生化、遗传的异常改变和群落多样性指数,建立各种生物监测手段,其中生物传感器技术具有广阔的应用前景。 3.4 利用微生物进行生态环境修复 一些生态工程,如污水稳定处理、土地处理、固体废弃物处理技术和方法在环境污染处理方面起到很重要的作用。 近年来人们更加重视土地、湿地、湖泊、河流的生态修复与重建工作,并发展用于环境修复的多种微生物制剂。 这方面的研究方向主要是对环境污染具有抗性的生物种类的筛选和培养。 另外,一些新的应用领域也引起了注意[8],如超级工程菌的构建,从环境中分离筛选出的菌种,其降解污染物的酶活性水平有限,需要对这些菌株进行遗传学改造。因此使近期的研究热点从一般的筛选工作转入到降解代谢途径、降解酶系组成以及其遗传控制机制上来。在此基础上就可能实现用质粒 转移、分子育种和基因重组技术构建有特殊功能的超级工程菌。人工构建的能够生物降解污染物的基因工程菌,具有生长繁殖迅速,絮凝性能好和对难生物降解污染物的较高降解活性。 4 结束语 随着微生物降解污染物巨大潜能的挖掘和动力学特性的解明,环境生物技术必将在污染防治和环境生态建设中发挥更大的作用。我国是一个污染严重的国家,要建立一个有利于现代生物技术在环保中应用的良好环境,规划、法规和资金投入是必不可少的,鼓励和资助环境生物技术的研究和创新,政府、工业部门与学术团体应相互配合。 其中解决环境生物技术的安全问题已经成为推动技术发展的关键因素,应充分利用我国的资源优势,借鉴国外的先进技术和先进经验,根据我国的国情有重点地加强环境生物技术的研究与开发。 生物技术及应用论文:高职生物技术及应用专业顶岗实习现状\存在问题\影响因素及其对策分析 摘要: 本文以南通职业大学生物技术及应用专业为例,分析了高职生物技术及应用专业顶岗实习现状、存在问题及其影响因素,并从政府、学校、企业、学生四个层面初步提出了提高高职生物技术及应用专业顶岗实习质量的对策。 关键词: 高职 生物技术及应用 顶岗实习 0引言 顶岗实习是高职院校有效推进工学结合、校企合作人才培养模式的关键环节。高职院校人才培养质量的重要标志是学生能够顺利完成顶岗实习,最终走向工作岗位实现就业。 1高职生物技术及应用专业顶岗实习现状 目前国内还没有专门针对高职生物技术及应用专业顶岗实习的运行机制,已有的工科或文科类顶岗实习模式也很难适应该专业“工文兼容”的顶岗实习特色。 2高职生物技术及应用专业顶岗实习存在问题 2.1 实习单位难找在我国,生物技术产业是近几年发展起来的一个新兴行业,虽然企业数量众多,但经营项目和科技含量差距较大,与高新科技的生物技术产业相比较,一些以经营土特产或保健品为业务的公司亦冠名为生物技术公司,因此,真正符合高职生物技术及应用专业职业岗位群的顶岗实习单位数量相当有限。 2.2 实习岗位单一目前,我国生物技术产业需要大批既熟悉生物科技知识,又熟悉产业化诸多环节的复合型“双料人才”。因此,高职生物技术及应用专业的顶岗实习应是面向生物技术产业的职业岗位群,而不是某一单独岗位。然而,企业为了保证正常运转和追求利润最大化,不可能让大批量的学生在企业内部的各个岗位进行交叉顶岗实习,很多情况是安排实习学生长期做一个岗位,很少有轮岗的机会,企业更多关注的是能否给企业带来效益,至少不能产生亏损。 2.3 课程体系对学生参加顶岗实习的针对性不强据调查,目前很多高职院校的生物技术及应用专业更多地沿袭了学历教育的课程体系,没有以行业需要为主线构建与学生顶岗实习相对应的模块化课程体系,学非所用的情况比较明显。学生所学知识和技能在顶岗实习过程中根本不能适应日新月异生物技术产业发展的需要。 3高职生物技术及应用专业顶岗实习影响因素 3.1政府政策层面近年来,国家虽然出台了《关于大力发展职业教育的决定》、《关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》等相关政策性文件,但是多数地方政府并未在法律允许范围内制订具体实施条例,对顶岗实习过程中学生、企业双方的权利和义务缺少必要的监督和利益保护。 3.2 学校层面就学校层面而言,与理论课的学习和校内职业培训相比,高职生物技术及应用专业顶岗实习问题产生的主要原因是学校对学生顶岗实习资金和专业教师的投入严重不足。以南通职业大学生物技术及应用专业为例,学生顶岗实习与毕业论文环节同步进行。期间,毕业论文指导教师除指导学生的毕业论文外,还要负责学生顶岗实习的日常指导及管理工作,工作量大、责任重,然而,每位老师指导每个学生顶岗实习与毕业论文(设计)的劳动报酬是每生补偿6~10个课时,报酬远远低于在校内讲授专业课和校内进行职业培训,顶岗实习资金的投入不足严重挫伤了指导教师的积极性。 3.3 企业层面生物技术产业是我国近几年发展起来的一个新兴行业,大多数企业规模发展不大,效益不高,与学校间存在着局部意识与全局意识,眼前利益与长远利益的矛盾,许多企业与学校都缺乏成熟的合作教育理念。 3.4 学生层面学生在校学习期间,虽然掌握了一定的生物技术专业理论知识,但是对于生物技术的相关操作技能及其在生产中的应用还仅仅停留在书本上,因此在顶岗实习时对于自己可以从事和能够胜任的工作十分迷茫,缺乏自信,部分学生实习过程中出现些许波折,就频繁要求换岗调岗,拒绝正常的工作任务甚至要求中断实习,给用人单位造成不良印象,严重地影响了学校与企业的合作关系。 4高职生物技术及应用专业顶岗实习对策 4.1 立法鼓励企业接纳实习生针对企业对顶岗实习不欢迎的现状,地方政府应尽快立法,把接纳学生实习作为企业的一种社会责任和义务;同时制定鼓励政策,通过经费资助、减免税收和奖励,建立有利于学生实习的统筹与管理机制。以南通职业大学为例,从2008年起,南通职业大学化学与生物工程学院与海门临江开发区管委会就“政府参与”模式下的顶岗实习过程进行了积极的探索和实践,通过政府为学校和企业搭建的沟通平台,确保了学生顶岗实习的质量。 4.2 改革学校顶岗实习运行机制首先,建立“校企双赢”运行模式,学校应该让接收学生顶岗实习的企业在合作中获利。其次,加强课程体系改革,专业课程体系一定要根据生物技术产业的特点,配合企业的实际需要,培养实用型应用人才。此外,学校还应增加顶岗实习资金的投入,提高指导教师的劳动报酬,加强“双师型”师资队伍建设,完善顶岗实习评价制度。 4.3 生物技术企业要树立长远发展战略现代生物技术企业要树立长远的发展战略,要认识到企业对学生顶岗实习的投资也是生产性投资,要把职业教育的育人功能融入到企业的价值链中,在创造经济效益的同时,主动承担为社会培养高技能应用型人才的责任,积极主动地给学生提供实习机会,不要把学生当作廉价劳动力,要尊重学生的劳动,对实习生实行人性化管理,确保顶岗实习的质量。 4.4 学生要认真对待顶岗实习实践机会学生只有在顶岗实习实践时把自己当作实习单位的员工,认真对待顶岗实习实践的机会,全身心地进入工作状态,才能真正的把所学专业理论知识应用于实际的工作中。
石油化工工业论文:智能工业及石油化工技术变革论述 摘要:本文针对智能工业与石油化工技术的变革进行了具体的研究,首先阐述了石油与化工的现状,提出了智能工业为目标的变革措施,从空间维度和分布式应用两方面对技术框架进步进行了论述,最后提出了在工艺过程中无线化和无人化的实际应用。 关键词:智能工业;石油化工;技术变革 石油化工工业的转型是当前的一个重要趋势,主要因为石油石化工业受到新能源革命和页岩气技术以及化学反应工程新变化的影响。有关碳链变化的工业是石油化工工业的本质,石油化工就是对新物质和新应用进行创造和发展,石油化工技术的变革真正开启了新能源材料、新结构和功能材料的时代。 1石油与石化工的现状 将原油和天然气从陆地或海洋的油井中进行提取,然后利用各种方法将其运输到炼油厂。之后炼油厂通过各种物理和化学变化对原油和天然气进行处理。蒸馏是整个工业处理过程的核心[1]。CDU和VDU是蒸馏的两个进程,其中将有价值的馏分和汽油从原油原料中提取出来是CDU的主要目的。炼油厂裂解的原料就是石化行业应用的材料:天然气的组成部分就是提取出的石脑油和丁烷。更轻和更宝贵的部分是通过对重油分子进行裂解得到的。蒸汽裂解和催化裂解是两种分解的过程。当前全球提出的100%新能源计划是最大的挑战,石油化工工业传统的框架将会被全电动和太阳能汽车所改变,因此石化可能会被新能源全面代替,新能源将会成为能源新的提供者者,而将在非传统能源方面集中石油化工的主要产品,如经过创新的有机高分子材料。 2技术框架的进步 2.1空间维度的进步 目前从空间上来说。石油化工行业要从人类居住的核心区迁移到非适合人口生活的边缘区域,这是石油化工行业发展的一个重要趋势[2]。同时海上或陆地上的油井要从传统获取原油过度到对原油产品进行制造的方向。石油化工技术进步最直观的反应就是微型化的石化工业生产的过程,这个生产过程也是与地球表面的分布具有联系。反应过程空间尺寸的缩小受到纳米技术对催化反应贡献的影响,这也从侧面说明石化企业要从技术上对自己的工业空间进行重新设计。新石油石化工业空间的形态就是垂直工厂,当前的油井都是将陆地或者海洋内部的原油向陆地表面和海平面上进行提升,但是在未来要在陆地内部和海洋底部直接实验整合石油反应过程的目标,因此石油工厂发展的基本方向在地球表面上是不应该出现的。根据当前的开采技术相应的油气资源乐意在页岩层上进行获取,但是未来相应物质成份的转化可以直接在地下进行。其本质就是将转化与获取的过程融合在一起。 2.2分布式的应用 石油石化工业趋管线化是改变当前油气管线在地球表面遍布的一种必然趋势。所谓的管线就是支撑流体力学服务的系统,如果转化物质的过程在产油区本地进行,则会大大降低对管线的依赖程度[3]。从保护环境的方面来说,输油管线也是一种重要的潜在污染源,所以管线化的实现也是在一定程度上进行环境的保护。 3工艺过程的无线化和无人化 工业自动化技术发展基础结构的主要代表形式就是工业无线化,无人工厂和机器人服务真正意义上的实现都是由无线化来完成的。本文主要是对无线网络如何覆盖全工艺的过程以及普及无线应用如何用创新的商业模式进行促进这两方面进行重点研究。无线网线技术的演进速度对无线网络服务外包有着决定性的影响,这并不是用简单的投资回报问题就可以说明的[4]。传统工业企业自身无法实现运营无线工业网的主要原因是传统工业企业的本质是在有线通讯的基础上进行建立的,其在管理理念和应用创新方面没有积累有关无线化工艺过程的知识,对于处理无线化所产生的数据的能力也不具备。在传统的概念中就存在无人工厂,但是随着智能工业框架的发展对于当前各种技术挑战带来的需求无人工厂的本身已经无法使其得到满足,主要是因为在传统的概念中无人工厂主要是工业过程完成以后预置管理流和过程控制流的总称。但是在智能工业的框架中,需要对面向定制和迅速响应服务的系统进行建立,传统的无人工厂模式对于这种实时的影响过程难以使其实现。在无人工厂模式为未来的发展过程中,其管理平台的策略主要是利用模块化的功能来实现的,其不同工艺过程的安排和实施的共线或则制造平台化主要多是利用人工智能来实现的。 4结语 综上所述,随着我国经济和技术的发展,对新能源的利用越来越重视,而石油化工传统的框架将会受到新能源利用的巨大冲击,因此石油化工的技术框架也要进行变革和进步,如对纳米技术进行利用、对垂直工厂进行建造以及分布式的应用等,另外随着我国技术的不断进步石油化工的工业过程也会逐渐实现无线化和无人化,而且当前的石油石化工业对环境也会造成巨大的压力,这些都加快了石油石化工技术框架的转型,因此石油石化工技术的发展在一定程度上也是由环境决定的。 作者:赵云 单位:中国石油抚顺石化公司北天集团生产部 石油化工工业论文:石油化工企业工业用火安全技术措施初探 摘要 : 在石油石化企业中,设备及流程管网的安装维修、技改更换,都需要进行工业用火作业施工。笔者结合工作实践,阐述了切断与隔离、拆卸与遮盖、置换与清洗、清理与清除、监测监控等 工业动火“五项安全技术措施”。 关键词:工业用火安全生产技术措施 石油石化企业工业用火(又称工业动火)是指使用气焊、电焊、铝焊、塑料焊、喷灯、电钻、砂轮等工具,在易燃易爆危险区域内作业和维修油气容器、管线、设备及盛装过易燃易爆物品的容器设备,能直接和间接产生明火及火花的施工。在石油石化企业中,设备及流程管网的安装维修、技改更换,都需要进行工业动火施工,而且经常是一边生产,一边用火,稍有不慎很容易发生火灾爆炸事故。因此,保证动火安全就成了石油化工企业的首要监控目标。 根据工作实践,笔者就陆上石油化工企业而论,认为确保安全用火作业施工,在制定动火方案时,应从以下五个方面采取安全技术措施。 1 切断与隔离 在对设备实施动火检修之前,必须使其与运行系统可靠隔离。在法兰上装设盲板或隔离是使检修设备和运行系统隔离的最保险的方法,应注意以下安全事项: 1.1 首先必须将需要用火的部位与整体断开。如将动火的设备、管道及其附件和相关联的运行系统整体断开,关闭闸门,拆掉相联的管线,并加好盲板或堵头。[1]应特别注意,不能用简单的关闭阀门代替隔绝。盲板除必须保持不渗不漏外,还应保证能承受管路的工作压力,避免受压破裂。盲板的强度应按平封头的强度标准计算。有条件的工艺设备在盲板前应加放空管或压力表,并派专人监管和挂牌警示。 1.2 如果用火部位与相临危险装置很近,应在动火作业区四面加筑防火墙或防屏障。[2]这样做的目的,一方面,隔绝了易燃易爆的物料和介质气体进入用火作业施工点;一方面在用电焊作业时防止电流进入主体危险装置。 1.3在管道与容器连接的部位进行用火作业时,通常采用绝缘螺栓将管道法兰与容器法兰之间加绝缘盲板临时固定,以隔离管道与容器法兰之间的电焊杂散电流的通道。 1.4在采用电焊用火作业中,实行防护接地措施是非常必要的。防护接地是为防止被用火的设备、设施及管道、容器因电焊机杂散电流引起火灾而设置的专用接地线,其接地电阻应小于10Ω。施工现场电气线路布局与要求应符合GBJ50257的要求。通过接地线将杂散电流引入大地。 2 拆卸与遮盖 2.1在易燃易爆危险区域内,应严格限制用火。但在确需用火作业的情况下,凡能拆下来的设备、设施、管线及其附件应从主体上拆下来,拆卸(安装)时应采用防爆工具作业。与主体危险装置隔离后,移到非用火区域安全地方预制用火,用火后及时熄火清理场地,再将预制好的设备、设施、管线及其附件安装回原处。[3] 2.2 对于用火作业点(处)相邻的非密闭的设备槽、取样口、罐口、放空排放口等处,凡是用火作业施工中所产生的电火花能溅及的地方,包括容易被人忽视的排污沟、地下井口、集油池等,都要进行密闭封堵遮盖。同时还要注意来自周边处于上风向30米产生易燃易爆的气体生产场所的影响。 3 置换与清洗 为保证检修动火和罐区作业的安全,检修动火前要对设备内的易燃易爆、有毒气体进行置换、吹扫;对积附在器壁上的易燃易爆、有毒介质的残渣、油垢或沉积物要进行认真的清理,必须时要人工刮铲、热水煮洗等,对酸碱等腐蚀性液体及经过酸洗、碱洗过的设备应进行中和处理。 3.1 对于盛装过易燃易爆介质的管线、容器、储罐等,在用火作业前必须进行严格的隋性介质置换,将原有的易燃易爆介质排出,消除管线、容器、储罐内形成爆炸性混合物的条件,置换出的易燃、有毒气体应排至安全场所。 3.2 在拆离的设备、管道及其附件内积有易燃易爆物料、污垢或残渣时,应严格按规定和要求进行蒸汽蒸煮、吹扫等方法清除,同时还应对现场积有的易燃易爆物料、污垢或残渣及时清除并强制通风降低可燃气体的浓度,待可燃气体浓度检测合格后方可用火作业。 3.3清洗置换后在进入容器设备前30min必须采样分析,严格控制可燃气体、有毒有害气体浓度及氧含量在安全指标范围内,分析合格后才允许进入容器设备内作业。如在容器设备内作业时间长,至少每个2 h分析一次或中断作业超过1小时分析一次,如发现超标,应立即停止作业,并迅速撤出人员。 3.4动火前应对动火现场周围环境或动火设备内的易燃气体进行分析。动火分析不宜过草,一般应在动火前半小时内进行。如果动火作业间断半小时以上,应重新分析。动火分析合格的标准是:爆炸下限≥10%的可燃气体(蒸气),其可燃物含量≤1%为合格;爆炸下限<10%且≥4%的可燃气体(蒸气),其可燃物含量≤0.5%为合格;爆炸下限>1%且<4%的可燃气体(蒸气),其可燃物含量≤0.2%为合格;爆炸下限≤1%的可燃气体(蒸气),其可燃物含量应控制在爆炸下限的20%以下;富氧设备的管道、容器及附近的氧含量≤22%为合格;其它设备、管道、容器内部动火作业氧含量19~22%为合格。 4. 申请程序与审批 4.1 石油工业用火实行工业用火申请报告书制度是安全用火的重要保障。按照《石油工业动火安全规程》SYT 5858―2004的要求,用火单位(生产管理单位)与施工单位首先就用火部位、施工作业内容共同进行危害识别、现场技术交底。[4]根据交底,施工单位的技术、安全人员编制用火作业技术(安全)措施组织方案(此方案也可分为技术、安全两个不同的方案)。方案应详细说明动火作业范围、确定危害和风险、作业(或交叉)施工技术安全防范措施及应急预案。编制的方案应先报请施工单位有关部门负责人审核后,再呈报生产管理单位审批。 4.2石油工业用火申请报告书(许可证)的填写必须按照统一的格式要求规范填写,其内容应根据编制方案中用火部位,用火级别、安全措施、用火人、监护人及用火负责人等相关要求后,逐级申请与审批。 4.3 用火作业申请报告书(许可证)只在签发的一个场所、一个作业班次有效。 5监督与管理 5.1 实施用火作业前,监督人员严格按照申请报告书(许可证)填写的内容逐项确认(在确认中增加补充措施),各项措施满足安全用火条件,用火人、监督人全部到位后方可用火作业。 5.2 动火作业申请报告书(许可证)只限一处用火(用火地点),实行一处、一证(动火作业申请报告书)、一人(用火监护人),禁止用一张动火作业申请报告书(许可证)多处用火。 5.3 工业动火申请报告书(许可证)有效时间为一个作业周期。如果中国石化《用火作业安全管理规定》要求,油田、销售企业的有效时间不超过5天,炼化企业一级、特级有效时间不超过8小时,二级有效时间不超过3天,三有效时间不超过5天。如在用火作业规定的有效时间(或交接班)不能完成,作业前应重新按程序填写申办动火作业申请报告书(许可证),或在交接班时重新确认,进行技术交底,并由接班相应人员签字后方可持续有效。 5.4在油气集中的场所进行多处用火时,相连通的各个用火部位不应同时进行。上一处用火部位的施工作业完成后,方可进行下一个部位的施工作业。 5.5生产单位和施工单位应指定用火作业监督人和监护人,负责用火现场的协调和管理,并检查和确认用火措施的落实,用火作业人员应遵守生产单位的用火作业安全制度。执行“申请报告书(许可证)没有批准不动火,防火监护人不在现场不用火,防火措施不落实不用火”的原则。 5.6 施工过程中,要定时对危险部位有关数据进行检测,并填写记录。对前后检测数据进行对比监控,出现异常波动时,应立即停止用火作业,并及时找出原因,在问题排除后,再进行检测,在检测数据达到安全要求时,再开始用火作业。实践证明,用火现场监护人高度的责任心和配合先进检测设备的应用,是保证工业用火施工安全的有效措施。 6结论 在用火项目确定以后,在制定和采取必要的安全技术措施之后,并不能完全保证用火施工万无一失。特别是(特)大型用火施工,涉及生产、设计、工程、安全、消防等多个部门,技术复杂,组织难度大,危险程度高。因此,各职能部门必须提前组织召开用火施工协调会议,对用火施工的措施、方案进行研究,综合制定出用火施工的安全措施和事故应急预案。在用火施工时,做到组织、措施、教育、监控、预案“五落实”,实现全员、全方位、全过程的控制,才能确保用火施工优质、安全、高效的完成。 石油化工工业论文:石油化工工业自动化仪表及系统 [摘 要]石油化工工业在国民经济的发展中有重要作用,是我国的支柱产业部门之一。现代自动化仪表的智能化技术及系统改善了仪表本身的性能,影响了控制网络的体系结构,其适应性越来越强,功能也越来越丰富.本文主要阐述了石油化工工业自动化仪表及系统。 [关键词]石油化工业自动化仪表及系统 1 石油化工工业 石油化工工业是由化学工业发展而来,石油化工指以石油和天然气为原料,生产石油产品和石油化工产品的加工工业。石油产品主要包括各种燃料油和润滑油以及液化石油气、石油焦碳、石蜡、沥青等。生产这些产品的加工过程常被称为石油炼制。石油化工产品以炼油过程提供的原料油进一步化学加工获得。生产石油化工产品的第一步是对原料油和气(如丙烷、汽油、柴油等)进行裂解,生成以乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯为代表的基本化工原料。第二步是以基本化工原料生产多种有机化工原料(约200种)及合成材料(塑料、合成纤维、合成橡胶)。这两步产品的生产属于石油化工的范围。有机化工原料继续加工可制得更多品种的化工产品,习惯上不属于石油化工的范围。 2 石油化工自动化 石油化工自动化也分炼化自动化、油气田自动化、海上平台自动化及输油、气管线自动化等分支。从20 世纪60 年代起,我国在引进、消化、吸收基础上,已经形成了石化工业和创新体系。2006年9 月投产的茂名年产100 万吨乙烯工程,新建裂解装置国产化率达到了 87.8%。目前我国在裂解技术、有机原料生产技术和聚合技术三大领域均有了一批自己的专利技术。炼油厂的燃料产品中,压缩天然气(CNG)和液化石油气(LPG)等气体燃料将成为21 世纪汽车的主导能源,加上天然气原料增加因素,对于炼化工业的工艺会有一定影响。由于节能、环保、有效利用资源的要求,石化技术正出现新的突破,即出现第二代石化技术。 3 自动化仪表及系统 3.1 自动化仪表 自动化仪表主要有压力仪表、温度仪表、物位仪表和流量仪表四种。 ①压力仪表压力范围为负压到 300MPa(高压聚乙烯反应器)压力传感器、变送器和特种压力仪表采用多种原理,而且可用于脉动介质、高温介质、腐蚀介质、粘稠状、粉状、易结晶介质的压力测量,精度可达 0.1 级。 ②温度仪表石化现场设备介质温度一般都需要指示控制,温度范围为-200℃到 +1800℃.大多数采用接触式测量.在现场指示的水银玻璃温度计多被双金属温度计取代,最常用的是热电阻、热电偶。 ③物位仪表在石化行业一般以液位测量为主,由于测量过程与被测物料特性关系密切,物料仪表没有通用产品,按测量方式分为直读式、浮力式、辐射式、电接触式、电容式、静压式、超声波式、重垂式、激光式、音叉式、磁致伸缩式、矩阵涡流式等。 ④流量仪表如今所说的流量,不是一般的流速,是单位时间内流经有效截面的流体的体积和质量,另外还需要求知管道中一段时间内流过的累积流体的体积和质量(流量积算仪)。 3.2 其他仪表 3.2.1 分析仪和在线过程分析仪 从工艺上看,生产过程中对温度、压力、流量、液位等工艺参数的保证,只是间接保证最终产品或中间产品的质量合格,所以对过程中物料成分的直接分析和对最终产品的成分分析是非常重要的。又从环境保护的角度看,排放的物质也是要分析和在线监测的。多变量控制已在炼油,石化行业开始进入生产阶段,它以DCS为基础,可以是独立的,也可以是一个软件包,它与多变量动态过程模型辨识技术,软测量技术有关,多采用测控与PID串级控制相结合方式等。 目前在炼油厂中,对于分析仪器和在线过程分析仪的需求很旺盛,分析仪器的高科技含量,特别是对多学科配合要求高等,使得近年来分析仪器的科研和应用投入力量大,主要有液相色谱、气相色谱、质谱、紫外及红外光谱、核磁、电镜、原子吸收及等离子发射光谱、电化学等分析仪器。 3.2.2 执行器 由执行机构和调节机构联动构成。石化行业经常使用的是气动执行器,少数液动执行器,其中气动薄膜调节阀又是最常用的,另有少数气动活塞、气动长行程执行机构。调节机构(阀)由阀体、阀芯、阀座、上阀盖等构成,其中阀芯有平板、柱塞、开口3种类型。按阀体结构分调节阀的产品有直通单座、直通双座、三通型、隔膜型、软管阀、阀体分离阀、凸轮挠曲阀、超高压阀、球阀、笼形阀等。 3.3 控制和安全系统 ①常规控制石化工业自动化的连续控制、批量控制、顺序控制的基本控制策略没变。其中主要为连续控制,或称反馈控制、回路控制,仍然以 PID 调节为基础,功能块之间连接可以是多重串接、选择性连接、并联连接,自动补偿、自动跟踪、无扰切换,多配方自动改变参数或功能块连接方式。它能在保持系统稳定的基础上满足复杂参数的计算、综合指标的显示和监控,从而帮助操作人员实现回路操作、单元操作应付多种燃料变化、原料变化,实现生产指标、节能指标,保证环保运行,完成大型装置的开、停车、一般故障处理及一般连锁保护。但石化行业目前的主流控制策略仍是适应多回路控制站的功能块复杂组态能力的控制策略。 ②智能控制和优化在现代控制论的推动下,各种智能化算法应运而生,其中除智能 PID 控制器外,多变量预测控制已在炼油、石化行业开始进入生产实践阶段。 ③人机界面目前石化企业正在由一个装置一个控制室逐步过渡成数个装置一个控制室,而且最终是以 CRT 或 LCD 屏幕显示为主,辅以少数显示仪表和指示灯,以鼠标、键盘操作为主,辅以触摸屏及少数旋钮和按钮,工业电视摄像头摄取的画面也由专用屏幕逐步纳入 DCS 操作站的屏幕。 ④安全仪表系统石化装置由于大型化、连续化及工艺过程复杂、易燃、易爆、对环境保护要求高等原因,安全性要求日益提高,由 DCS 等设备完成安全连锁保护的方法,在某些企业已经不能满足要求,所以紧急停车系统(ESD)等为 DCS 之外的单独设备。此外还有火灾和可燃气体监测系统(FGS)、转动设备管理系统(MMS);特别是压缩机组综合控制系统(ITCC,因其防喘振而特殊)等。现在自动化仪表行业兴起的基于 IEC61508 和 IEC61511 的安全仪表系统(SIS),正是为了进一步满足石化企业的需求而开发的。它是在安全总概念下,不同于3C强制安全认证、Security保安等的Function Safety 功能安全。SIS 是专门的工程解决方案,它连续在线运行,当侦测任何不安全过程事件时,能够立即采取行动,以减轻可能造成的损失。功能安全还应结合风险度、安全指标、安全完整性等级(SIL)等,正确选用 SIS(或直接称 ESD)系统。 结语 近几年来,我国在自动化仪表的发展取得了巨大进步.现代自动化仪表的智能化技术及系统改善了仪表本身的性能,影响了控制网络的体系结构,其适应性越来越强,功能也越来越丰富。 石油化工工业论文:石油化工工业废水处理工艺研究 摘要:石油化工产业是促进我国国民经济发展的重要行业,需对其工业废水的特点进行分析,并研究其废水处理工艺。 关键词:石油化工工业;废水;特点;处理工艺 前言 石油是人类得以进步和发展的动力,是人类目前普遍使用的一种资源,与石油有关的化工产品涉及人类日常生活的方方面面。但是,在化工厂的石油加工过程中,会产生大量的废水,而且,在油田的开采的时候,原油中所含的水量也是废水产生的一个主要途径。据有关统计,我国目前的油田的综合含水率达到80%左右,有些油田甚至超过了80%。现在人类生存的环境越来越差,受各种污染的影响越来越严重,特别是水污染问题越来越突出,成为人类额待解决的生存问题。 一、石油化工工业废水的特点 1、废水中污染物组分复杂 石油炼制、石油化工、石油化纤、化肥及合成橡胶生产过程中产生的废水,除含有油、硫、酚、知脐),COD,氨氮、SS酸、碱、盐等外,还含有各种有机物及有机化学产品,如醉、醚、酮、醛、烃类、有机酸、油剂、高分子聚合物(聚酷、纤维、塑料、橡胶)和无机物等。当生产不正常或开停工及检修刻间,排放的废水中的污染物含量变化范围更大,往往造成冲击性负荷。 2、废水处理难度大 石油化工废水中的主要污染物,一般可概括为烃类、烃类化合物及可溶性有机和无机组分。其中可溶性无机组分主要是硫化氢、氨化合物及微量重金属;可溶解的有机组分,大多数能被生物降解,也有少部分难以被生物降解或不能被生物降解,如原油、汽油、丙烯等。 随着油田开采期的延长,尤其是油田开发的中后期,原油含水虽越来越高,但无水开采期则越来越短,目前我国大部分油田原油综合含水率己达80%,有的甚至达到90%,每年采油废水的产生量约为4.1亿t,成为主要的含油污水源。含油污水中的石油类主要由浮油、分散油、乳化油、胶体济解物质和悬浮固体等组成。含油废水中的浮油是以一个连续相的形式浮于水而,这类污染物一般可通过机械或物理的方法去除。油品在水中的溶解度非常低,通常只有毫克每升。去除水中的溶解油需要根据其化学性质决定其处理方法。 二、石油化工工业废水处理工艺分析 1、物理处理方法 (1)隔油 在进行生物处理之前,我们一般会先对石油化工废水进行隔油处理,这是因为好氧生物在活性污泥颗粒或生物膜的阻隔下会影响其活性,因为石油废水中存在大量的油污,这些油污会降低生物处理方法的效果。利用隔油法处理废水的时候,一把是在隔油池进行,在隔油池中,还可以对废水中较大的颗粒物进行初步沉淀,是隔油池兼具除沉池的功能,达到一池多用的效果。 (2)吸附 由于固体物质具有表面多空的特殊构造,而这些密布的空洞能够吸附废水中所含的污染物,从而达到去除杂质、净化水质的目的。在日常生活中我们就已经用到用活性炭除污,而活性炭也是处理石油化工废水常用的吸附剂,在实际操作中,常常结合絮凝、臭氧氧化等技术配合使用。活性炭等一些吸附物质可以去除废水中的臭味和色度,但是我们之前就已经说到,这种方法的成本相对较高,而且容易出现污染转移,造成二度污染。 (3)高压电场法 此种方式是在电场力的作用之下对油粒产生排斥或吸引作用,让微细油粒能在运动的过程中相互碰撞结合,让微细油粒可以聚结成大的油粒而浮在水面,从而使油水分层的目的能够达到。 (4)膜分离 此种技术的方式包括:纳滤、反渗透、超滤、微滤等方式,但不管哪一种有方式,都可以把废水中的色度和臭味去除,同时把微生物、多种离子和有机物去除,使出水的水质能够可靠稳定。 2、化学处理方法 (1)絮凝 石化废水处理过程的重要的絮凝,即通过对水加药絮凝剂胶体粒子在水损害的稳态,胶粒相互碰撞和聚集,形成絮状物质的分离。絮凝可以用来处理炼油废水浊度、颜色、有机污染物、浮游生物和藻类污染物成分等。在特定的操作,通常和空气浮动或絮凝沉淀技术结合,作为生化处理的预处理。目前,微生物絮凝剂,利用生物技术的污水处理,与其他絮凝剂相比具有许多优点,如,易于生物降解,适用范围、热稳定、效率高、无二次污染,因此广泛的应用前景。 (2)光催化氧化 光催化氧化过程,能有效地将光辐射和O2、过氧化氢和抗氧化剂组合,以实现污水的目的,所以称为光催化氧化。一些以太阳光为光源,二氧化钛,二氧化钛/Pt,氧化锌作为催化剂,用这种方法处理含有21种有机污染物的水,得到最终的产品是二氧化碳,不产生二次污染。有些人拿铁+和过氧化氢作为氧化剂,铁离子和紫外线光之间的协同效应,使过氧化氢分解产生羟基速度大大加快,因此氧化效率提高,该方法在许多国家仍处于研究阶段。 (3)臭氧氧化法 臭氧氧化法有其独特的优点:这种方法氧化时不产生污泥和二次污染。然而,它的运作和投资成本高,以及处理废水流量不宜太大。臭氧氧化,一些废水有机物完全氧化为水和二氧化碳,和大多数成氧化中间产物。臭氧氧化和生物活性炭吸附耦合技术用于深度处理,在氧化有机物质分解为氧气和臭氧快速活性炭床在富氧条件下,得到再生,提高使用周期;同时活性炭表面需氧微生物活性增强,降解的有机吸附能力。能有效去除有机物,有机发色团的结构,改变加强能力的脱色活性炭。强大的LiSong与臭氧-活性炭工艺深度处理炼油废水,COD、氨氮、挥发酚、石油平均去除率为82.6%、93.4%、99.5%、94.3%,主要的指标,地表水Ⅳ类水质标准。 (4)湿式氧化法 湿式氧化法分为催化湿式氧化(CWO)和湿式空气氧化(WAO)。WAO是利用空气中的分子氧在高温高压条件下进行液相氧化的工艺过程,该技术是有效控制环境污染物的良好途径,特别适宜于有毒有害污染物或高浓度难降解有机污染物的处理。CWO是将有机物在高温、高压及催化剂存在条件下,氧化分解为CO2、H2O和N2等无毒无害物质的过程,它反应时间更短、转化效率更高,但pH、催化剂活性对反应影响较大。 3、生化法 (1)高效好氧生物反应器 高效好氧生物反应器(HCR)融合了高速射流曝气、物相强化传递和紊流剪切等技术,具有深井曝气和污泥流化床的特点,是第三代生物反应器。已有学者利用其进行处理石油化工废水的中试研究,结果表明,HCR启动速度快,氧的利用率高,抗冲击负荷能力强,去除效果稳定可靠,BOD去除率可达75%-85%。 (2)膜生物反应器 膜生物反应器(MBR)是膜分离技术与生物处理技术接合而发展的一种新型的污水处理装置,广泛用于中水回用和工业废水处理。樊耀波等以MBR装置处理石油化工废水,试验表明,BOD、SS和浊度去除率达到98%,COD去除率达91%,石油类、氨氮和磷等的处理效果也优于常规二级污水处理,且稳定性好,泥负荷较大,剩余污泥量少。 (3)生物接触氧化 生物接触氧化是在生物滤池的基础上发展起来的一种生物膜法,它兼有生物滤池和活性污泥法的特点,负荷变化适应性强,不会发生污泥膨胀现象,污泥产量少,占地面积小,处理方式灵活,便于操作管理;但负荷不易过高,要有防堵塞的冲洗措施,大量产生后生动物(如轮虫类),容易造成生物膜瞬时大块脱落,影响出水水质。 结束语 石油化工工业废水处理工艺是非常复杂的,在处理的过程中,要运用科学的技术和方法,这样才能起到保护我们的身边环境免受到污染和破坏的效果,从而保证人们的身心健康。 石油化工工业论文:浅谈石油化工业的现状及发展趋势 摘要:本文介绍了国际和国内石油化行业的运行情况,分析了我国石油化工业发展过程存在问题,并预测了我国石油化工业的发展趋势。 关键词:石油化工业;运行情况;问题;趋势 一、国际石油化工产业运行情况 2009年.在全球性经济衰退的环境下。西欧、北美及日本等发达国家的化工产业在2008年的基础上进一步衰退。不计医药化学品在内。2009年欧洲的化学品产量同比下降约12%.美国下降9.4%。预计2010年欧洲和美国化工品产量将分别增长5%和3%.但仍难达到经济衰退前的水平。要完全从衰退中走出来还需要更长的时间。 二、我国石油化工产业运行情况 “十二五”期间。我国经济发展正处在工业化中期向工业化后期转变的过渡时期。随着我国工业化的阶段性变化,主要是传统产业比重下降,而高端和新型产业将得到较快发展。在这个转型时期,石油化工业全行业结构调整需进一步加快.以适应国内相关工业产业升级对化工产品提出的更高需求。 2010年我国石油和化学工业经济运行取得了显著成效,实现了“十一五”丰硕而圆满的结局。与2009年同期相比,2010年石油化工业的全年总产值达到8.88万亿元,同比增长34.1%;实现利润6900亿元,同比增长36%;累计对外投资总额为11525亿元,同比增长13.8%;累计实现进出口额4588亿美元,同比增长40.3%,其中进口额为3245亿美元,同比增长42.3%,出口额1343亿美元,同比增长35.7%。总体来看,我国石油化工业在2010年保持了高速的增长态势。 三、石油化工业发展存在的主要问题 (一)产能结构性过剩矛盾更加突出 “十一五”期间,石油化工业大多数产品产能大幅增长,产品供给由“整体短缺”转变为:结构性过剩“。 传统大宗石化产品的总产能明显超过国内市场需求,装置开工负荷较低,资源浪费严重。2010年,我国甲醇平均开工率不足45%,尿素平均开工率不足75%,烧碱平均开工率约为72%,聚氯乙烯平均开工率仅为54%。 高端石油化工产品严重短缺,进口依赖程度很高,部分高科技产品尚处于空白。2010年,我国进口合成树脂3069万吨,进口合成纤维单体1439万吨,均创历史新高;化工产品贸易逆差达433.82亿美元,其中合成树脂占89.9%。 (二)资源短缺仍是制约石化行业发展的主要因素 我国原油资源短缺.人均占有储量只有世界平均水平的11%.并且产量难以在短期内大幅提升。随着国内经济的快速发展。我国原油缺口逐年扩大,2009年我国石油缺口高达2.1亿t,预计2015年将进一步达到2.62亿t,原油进口依存度达到55%,同时还将面临着国际原油价格巨幅波动的影响。原油资源的短缺。不仅对我国石化产业的发展产生重大制约,而且是关乎国家能源安全以及社会稳定的重大问题。 (三)节能减排任务更加艰巨 石油和化学工业是能源消耗和污染物排放大户,能耗和污染物排放均居工业部门前列。2009年全国石油和化学工业综合能源消费量为3.84亿吨标准煤,占工业能源总消费量的17.4%,位居所有工业部门的第二位。2009年全国化学原料及化学品制造业的化学需氧量排放量为60.21万吨、氨氮13.16万吨、二氧化硫130.15万吨、氮氧化物41.98万吨、烟尘78.81万吨。 我国政府向国际社会做出承诺,到2020年,单位GDP二氧化碳排放降低40%~45%。国家“十二五”规划纲要也对节能减排提出了更加严格的约束性指标,石油和化工行业节能减排工作任重道远。 四、石油化工业发展趋势预测 (一)《十二五规划》中的行业相关政策 2010年10月18日,中国共产党第十七届中央委员会第五次全体会议集体通过了《关于制定国民经济和社会发展第十二个五年规划的建议》。《建议》的第四部分为“发展现代产业体系,提高产业核心竞争力”。其中对加强现代能源产业和综合运输体系建设提出要求:“推动能源生产和利用方式变革,构建安全、稳定、经济、清洁的现代能源产业体系,……完善油气管网,扩大油气战略储备……”。 2011年3月,全国两会上具体公布《我国国民经济和社会发展十二五规划纲要》,《纲要》在第九章、第十一章对如何促进石油化工业发展提出了更具体的措施。 (二)相关子行业的发展预测 预计“十二五” 期间我国原油进口量仍保持增长,原油资源不足仍然是制约国内炼油行业发展的主要原因,从获得资源的条件和布局优化的需要角度分析,临港和石油化工产业薄弱地区会有更多发展机会。炼油能力的增加将以原有企业的改造为主,尤其是与乙烯的发展结合建设世界级炼化一体化的基地,新建炼油装置将受到严格控制。将来会更侧重特色油品的生产,具有特色的各类催化裂解技术的广泛应用将使部分地炼企业生产出更多的化工原料,新建以重油加工生产油品的装置将受到限制。预计到“十二五” 末期我国原油加工能力将达到4.8亿~5亿吨。 (三)下游产业快速发展 “十二五” 期间,我国有机原料的规模将加大,新技术应用增加;目前缺口较大的苯乙烯单体、ABS树脂、PTA和乙二醇等装置能力均有增加;特种合成橡胶的发展有较大突破;塑料改性和塑料合金将上一个新台阶。目前供求矛盾较为突出的品种主要有合纤单体(精对苯二甲酸、乙二醇、己内酰胺和丙烯腈)等,上述大部分产品每年仍有较大数量进口,国内市场满足率在50%~ 70% 。值得注意的是,石油化工产业目前处在快速发展阶段,原料优化、工艺技术进步趋势加快,很多有机原料产品都处于优胜劣汰的竞争状态中。有缺口的产品发展将面临更多的机会,供求平衡的产品仍需通过结构调整和技术进步保持竞争优势。 石油化工工业论文:石油化工工业废水处理工艺研究 【摘要】介绍化学法、物理法和生物法在石油化工高浓度有机污水处理中的应用状况和最新进展,评述各种处理方法的适用条件和处理效果。在加快发展石油化工工业的过程中,必须高度重视污染防治工作,这对石油化工工业可持续发展具有十分重要的意义。 【关键词】石油化工工业废水处理工艺 中图分类号:P618.13 文献标识码:A 文章编号: 石油化工是以石油为原料,以裂解、精炼、分馏、重整和合成等工艺为主的一系列有机物加工过程,生产中产生的废水成分复杂、水质水量波动大、污染物浓度高且难降解,污染物多为生物难降解有毒有害的有机物,对环境污染严重。随着水资源的日益紧张和人们环境保护意识的加强,石油化工废水的处理技术逐渐成为研究的热点,新的处理技术和工艺不断涌现,主要分为物化法、化学法和生化法。 一、物化法 1、隔油 石油化工废水中含有较多的浮油,会吸附在活性污泥颗粒或生物膜的表面,使好氧生物难以获得氧气而影响活性,对生物处理带来不利影响。一般采用隔油池去除,隔油池同时兼作初沉池,去除粗颗粒等可沉淀物质,减轻后续处理絮凝剂的用量。耿士锁经过研究对比,认为斜板隔油池比普通平流隔油池去除效果好。吕炳南等对大连新港含油废水处理工艺进行改造,将平流隔油贮水池的前部1/4改建为预曝气斜管隔油池,拆除原斜板隔油池,经改造后的隔油池处理,废水含油量从200-350mg/L降至10-15mg/L。 2、气浮 气浮是利用高度分散的微小气泡作为载体粘附废水中的悬浮物,使其随气泡浮升到水面而加以分离,分离的对象为石化油以及疏水性细微固体悬浮物。在石油化工废水处理中,气浮常放隔油、絮凝之后,有广泛的应用。 陈卫玮将涡凹气浮(CAF)系统置于隔油池后处理石化含油废水,进水含油约200mg/L,出水含油低于10mg/L,去除率达95%;若原水未经隔油处理,COD和油的去除率显得不稳定。新疆克拉玛依石油化工厂用CAF处理石化废水,系统运行良好,能有效去除悬浮物、乳化油和COD等污染物,尤其能有效去除硫化物,解决了传统工艺的难题。 3、吸附 吸附是利用固体物质的多孔性,使废水中的污染物附着在其表面而去除的方法。常用吸附剂为活性炭,可有效去除废水色度、臭味和COD等,但处理成本较高,且容易造成二次污染。在石油化工废水处理中,吸附常与臭氧氧化或絮凝联用。 4、膜分离 膜分离是利用功能膜作为分离介质,实现液体或气体高度分离纯化的现代高新技术,主要包括反渗透、纳滤、超滤和微滤,能有效脱除废水的色度、臭味,去除多种离子、有机物和微生物,膜分离过程和现存的分离过程相比,在液体纯化、浓缩、分离领域有其独特的优势,膜分离过程大多无相变,在常温下操作,设备和流程简单,出水水质稳定可靠,且占地面积小,运行操作完全自动化,被称为“21世纪的水处理技术”,但是需要投资大,污水处理量小。 二、化学法 1、絮凝 石化污水处理的重要过程之一是絮凝,即通过向水中投加絮凝剂破坏水中胶体颗粒的稳态,胶粒之间的相互碰撞和聚集,形成易于从水中分离的絮状物质。通过该过程,炼油废水中的浊度、色度、有机污染物、浮游生物和藻类等可被去除。絮凝通常与气浮或者沉淀等工艺联用,作为生化处理的预处理。微生物絮凝剂是一种利用生物技术获得的新型水处理剂,同其它絮凝剂相比,具有许多优点,包括易生物降解、适用范围广、热稳定性强、高效和无二次污染等,因此应用前景广阔。 2、氧化法 (1)臭氧氧化法 臭氧氧化时不产生污泥和二次污染,但其运行及投资费用高,且处理的废水流量不宜过大。经臭氧氧化后,废水中的小部分有机物被彻底氧化为水和二氧化碳,而大部分转化为氧化中间产物。一般将臭氧氧化和生物活性炭吸附联用技术用于深度处理,在氧化有机物的同时臭氧迅速分解为氧,使活性炭床处于富氧状态,得到再生,提高其使用周期;同时活性炭表面好氧微生物的活性增强,降解吸附有机物的能力提高。能有效去除有机物,改变有机物生色基团的结构,强化活性炭的脱色能力。 (2)光催化氧化法 该法有效地将光辐射与O2、H2O2等氧化剂结合起来处理污水,因此称为光催化氧化。有人以太阳光为光源,以TiO2、TiO2/Pt、ZnO等为催化剂,用此法处理含有21种有机污染物的水,得到的最终产物都是CO2,不产生二次污染。 (3)湿式氧化法 湿式氧化法分为催化湿式氧化(CWO)和湿式空气氧化(WAO)。WAO是利用空气中的分子氧在高温高压条件下进行液相氧化的工艺过程,该技术是有效控制环境污染物的良好途径,特别适宜于有毒有害污染物或高浓度难降解有机污染物的处理。CWO是将有机物在高温、高压及催化剂存在条件下,氧化分解为CO2、H2O和N2等无毒无害物质的过程,它反应时间更短、转化效率更高,但pH、催化剂活性对反应影响较大。 三、生化法 1、厌氧处理 (1)升流式厌氧污泥床 升流式厌氧污泥床(UASB)反应器内污泥浓度高、有机负荷高、水力停留时间短、运行费用低和操作简便,但反应器启动过程耗时长,对颗粒污泥的培养条件要求严格,常用于高浓度有机废水的处理。凌文华等将其用于己内酰胺生产废水的预处理,COD去除效果好,但出水可生化性并不理想。且在处理过程中,要严格控制反应条件,进水负荷波动控制在15%以内,进水SO4-2应低于1000mg/L,进水pH在5.5-6.5,反应温度在30-38℃。为消除S2-对厌氧污泥产生不利影响,可在进水中加入适量的FeCl3。 (2)厌氧附着膜膨胀床 厌氧附着膜膨胀床(AAFEB)反应器是种新型高效的厌氧消化工艺,其床层在一定的膨胀率(10%-20%)下运行,使反应器内的传质条件得到改善;且载体粒径小,能为微生物的附着生长提供巨大的表面积,使反应器内保持较高的微生物浓度。 (3)厌氧固定膜反应器 厌氧固定膜反应器中装有固定填料,能截留和附着大量的厌氧微生物,在其作用下,进水中的有机物转化为甲烷和二氧化碳等得以去除,具有微生物停留时间长、抗冲击负荷能力强和运行管理方便等优点。 2、好氧处理 (1)序批式间歇活性污泥法 序批式间歇活性污泥法(SBR)工艺流程简单、污染物去除效果好、占地面积小、运行操作灵活及便于自控运行,但不适合处理大量废水,对控制管理要求较高。 (2)高效好氧生物反应器 高效好氧生物反应器(HCR)融合了高速射流曝气、物相强化传递和紊流剪切等技术,具有深井曝气和污泥流化床的特点,是第三代生物反应器。已有学者利用其进行处理石油化工废水的中试研究,结果表明,HCR启动速度快,氧的利用率高,抗冲击负荷能力强,去除效果稳定可靠,BOD去除率可达75%-85%。 (3)生物接触氧化 生物接触氧化是在生物滤池的基础上发展起来的一种生物膜法,它兼有生物滤池和活性污泥法的特点,负荷变化适应性强,不会发生污泥膨胀现象,污泥产量少,占地面积小,处理方式灵活,便于操作管理;但负荷不易过高,要有防堵塞的冲洗措施,大量产生后生动物(如轮虫类),容易造成生物膜瞬时大块脱落,影响出水水质。 (4)膜生物反应器 膜生物反应器(MBR)是膜分离技术与生物处理技术接合而发展的一种新型的污水处理装置,广泛用于中水回用和工业废水处理。樊耀波等以MBR装置处理石油化工废水,试验表明,BOD、SS和浊度去除率达到98%,COD去除率达91%,石油类、氨氮和磷等的处理效果也优于常规二级污水处理,且稳定性好,泥负荷较大,剩余污泥量少。 (5)悬浮填料生物反应器 悬浮填料生物反应器是一种新型生物膜反应器,其核心部分是能在反应器中保持悬浮状态特殊填料,反应器操作简便,有良好的通气性、过水性,存在碰撞和切割气泡等作用,可以强化微生物、污染质和溶解氧的传质,提高氧的利用效率,且对曝气、布水没有特殊要求。 结束语 石油化工工业废水处理工艺是非常复杂的,在处理的过程中,要运用科学的技术和方法,这样才能起到保护我们的身边环境免受到污染和破坏的效果,从而保证人们的身心健康。 石油化工工业论文:浅析石油化工业发展及其新技术 摘 要:石油化工是化学工业中的基干工业,在国民经济中占有极重要的地位。当代石油化工技术的发展趋势是:用高新技术提升传统工艺,开发更高效的新型催化剂,发展清洁生产工艺,使石化技术提高到一个新水平,为石油化工业的可持续发展提供有力支撑。本文通过描述现代石化新技术。 关键词:石油化工发展状况、石油化工新技术 一、国内外石油化工业发展状况 由于新工艺的开发、新材料的应用及其高额的利润驱使石油化工行业得到飞速的发展,美国、西欧和日本等工业发达国家构成了世界石化工业的主体。这些国家主要石化产品的生产能力已基本满足了世界市场的需要,石化工业也从高速发展时期转向平缓增长期和波动期。 我国在融入经济全球化的过程中,石油化学工业是最活跃的工业体系之一。经历了40 多年尤其是改革开放以来的迅速发展,石化业在国民经济中的重要支柱地位日益凸现;已经形成了门类比较齐全、具有相当规模、品种大体配套并基本可以满足国民经济、相关工业发展和市场需要的工业体系。随着市场经济的发展,石油化工对农业、汽车工业、建筑业、机械电子行业的影响越来越大。 二、石油化工新技术 1、新型催化剂技术 催化技术的发展可归纳为4类,即渐进式、台阶式、跨越式和新生式。由于新催化材料是新催化剂和新工艺的源泉,因此新催化材料是当今催化科学的前沿,已开展的研究:加氢催化剂、异构化催化剂、聚烯烃催化剂等新品种不断推出。IFP开发的乙苯异构化生产对二甲苯新催化剂,可使对二甲苯产率由一般的88%提高到93%,称为Oparis的新催化剂可转化高达40%的乙苯,并使C8芳烃损失减少到小于2%。 2、轻质烷烃活化技术 21世纪石油化工原料将可能转向以更廉价的天然气类烷烃为主,因而,原料路线由烯烃向烷烃的转移将是新世纪石油化工技术研究开发的重点之一。21世纪可能工业化的烷烃活化技术包括乙烷制醋酸,异丁烷制甲基丙烯酸酯,乙烷催化脱氢制乙烯,以及丙烷制丙烯酸等。 乙烷生产乙烯的醋酸;乙烷直接生产氯乙烯;由丙烷直接生产丙烯腈和由正丁烷直接生产1,4-丁二醇等烷烃活化技术已接近工业化。 3、芳烃抽提技术 加氢裂解和催化重整油中的芳烃的分离是用液抽提和蒸馏进行的。抽提所用SO2、二甘醇、二甲基亚砜和n-甲基吡咯烷酮、n-甲酰基吗啉和环丁砜等都是抽提所使用的溶剂。其中ripp研究出了液抽提再结合环丁砜抽提蒸馏工艺,能够很好地适用于各类原材料。它不仅消耗能量少,而且能够分离的馏分范围广、收率较高。 4、生物技术 生物技术在石油化工行业的应用表现在新有机原料的提供、“三废”的治理及多种精细化学品的生产,主要包括生物催化剂、生物塑料、生物农药、生物化肥、生物石油技术、生物环保和传统生物化工产品等方面。生物化工与传统化工相比,具有反应条件温和、能源节省、选择性好、转化率高、设备费低和环境友好等诸多优点。另外,利用细胞技术和基因工程技术将“可再生能源”纤维素酶解、发酵、脱水制取乙烯的研究一直是科技界热切关注的课题,一旦取得突破,将彻底改变传统的石油化工工艺,引起石化产业一场新的革命。生物技术蕴藏着巨大的生命力,在石油化学工业中的应用更加广泛,也将极大地推动石油化学工业的快速发展。 5、纳米技术 由于纳米粒子表面积大、表面活性中心多,所以在催化剂中加入纳米粒子可以大大提高反应效果、控制反应速度,甚至原来不能进行的反应也能进行。在石油化工工业采用纳米催化材料,可提高反应器的效率,改善产品结构,提高产品附加值、产率和质量。目前已经将铂、银、氧化铝和氧化铁等纳米粉材直接用于高分子聚合物氧化、还原和合成反应的催化剂。如:将普通的铁、钴、镍、钯、铂等金属催化剂制成纳米微粒,可大大改善催化效果;粒径为30 nm的镍催化剂可把加氢和脱氢反应速度提高15 倍;纳米铂黑催化剂可使乙烯的反应温度从600℃降至常温。用纳米催化剂提高催化反应的速度、活性及选择性,这些研究将推动石油化学工业的快速发展。 6、清洁生产技术 对环境友好的清洁生产工艺是21世纪石化技术发展的必然趋势,它包括不用有毒有害原材料,废气、废水、废渣生成少,最终实现“零排放”的环保技术,以及排放废弃物料的有效回收利用,更可以涵括生产产品废弃后(如废弃塑料)的回收利用。 可实现工业应用的环保技术主要是不用光气、硫酸、磷酸、氢氰酸、盐酸、三氯化铝等有毒有害原材料生产石化产品的新技术。用离子交换树脂催化剂替代盐酸生产双酚—A,或用离子交换树脂催化剂替代硫酸生产仲丁醇;用氟化氧化硅/氧化铝催化剂替代氢氰酸生产直链烷基苯;改变原料路线,用异丁烯替代丙酮和氢氟酸为原料,生产甲基丙烯酸甲酯;生产可降解(包括生物降解、光降解)塑料等。 7、高效设备技术 研制开发高效设备是提升石化技术的重要内容。如:可大幅度节能的内部换热型蒸馏塔,连续进行100h以上苯-甲苯体系蒸馏分馏,得到高纯度苯和甲苯,同时节能30%以上。 三、总结 石油化工技术不仅发展为一个国家经济繁荣程度的标志,更关系到千家万户的日常生活。随着国家石油化工业的发展,必须努力增强科技原创力,吸收当代真正最先进的高新科学技术;应用绿色化工技术和可持续发展战略,进一步推动石油化学工业迈上新的台阶。 石油化工工业论文:浅析石油化工业的危险性及其安全措施 摘 要:本文分析了石油化工业的危险性和生产中可能发生的事故及其后果,并提出安全措施。 关键词:石油化工业;危险性;事故;措施 石油化学工业在国民经济建设中占有十分重要的地位,石化产品几乎渗透到国民经济和社会生活的每一个领域。石油化工生产的特点是易燃易爆、有毒、腐蚀性物质多,易形成爆炸性混合物,高温高压设备多,建筑物的孔洞和沟道较多,生产高度密封化、自动化、连续化,工艺复杂,操作要求极其严格,发生事故容易形成连锁性反应等。这些特点决定了石油化工生产所固有的爆炸危险性。 1石油化工业的危险性分析 1.1从原材料和产品的性质看 石油化工生产中涉及物料危险性大,发生火灾、爆炸,群死群伤事故几率高。石油化工生产过程中所使用的原材料、辅助材料半成品和成品绝大多数属易燃、可燃物质,一旦泄漏,易形成爆炸性混合物发生燃烧、爆炸;许多物料是高毒和剧毒物质,极易导致人员伤亡。 1.2从工艺条件看 石油化工生产工艺技术复杂,运行条件苛刻,易出现突发灾难性事故。生产过程需要经历很多物理、化学过程和传质、传热单元操作,一些过程控制条件异常苛刻,如高温、高压,低温、真空等。 1.3从生产方式上讲 石油化工生产装置大型化,生产规模大,连续性强,个别事故影响全局。装置呈大型化和单系列,自动化程度高,只要某一部位、某一环节发生故障或操作失误,就会牵一发而动全身。生产装置的大型化使得单套装置的处理能力不断扩大,如常减压装置能力已达1000万t/a,催化裂化装置能力达到800万t/a,乙烯装置能力达到100万t/a以上。 1.4从设备装置看 石油化工生产的设备大型化、立体化、集团化;管道纵横贯通,装置技术密集,资金密集,一旦发生事故,扑救难度大,损失严重。据有关资料对近年来世界石化行业重大事故进行分析,发现单套装置的事故直接经济损失惊人。 1.5从动力能源上看 石油化工生产具有火源、电源、热源交织使用的特点。这些动力能源如果因设备缺陷、设置不当、管理不当等原因,便可直接成为火灾爆炸事故的引发源。石油化工生产安全管理是企业经营的重要组成部分,它关系到企业经营状况的好坏和企业的整体形象,是企业振兴与发展的一项重要工作。 2 石油化工业的事故特点分析 2.1事故规模化 制取石油化工产品,生产工序多,过程复杂,随着社会对产品品种和数量需求日益增大,迫使石油化工企业向着大型的现代化联合体方向发展,以提高加工深度,综合利用资源,进一步扩大经济效益。其生产具有高度的连续性,不分昼夜,不分节假日,长周期的连续倒班作业。在一个联合企业内部,厂际之间,车间之间,工序之间,管道互通,原料产品互相利用,是一个组织严密,相互依存,高度统一不可分割的有机整体。任何一个厂或一个车间,乃至一道工序发生事故,都会影响到全局。石化生产装置呈大型化和单系列,自动化程度高,只要有某一部位、某一环节发生故障或操作失误,就会牵一发而动全身。石化生产装置正朝大型化发展,单套装置的加工处理能力不断扩大,如常减压装置能力已达1000万t/a,催化裂化装置能力最大为800万t/a,乙烯装置能力将达90万t/a。装置的大型化 将带来系统内危险物料贮存量的上升,增加风险。同时,石化生产过程的连续性强,在一些大型一体化装置区,装置之间相互关联,物料互供关系密切,一个装置的 产品往往是另一装置的原材料,局部的问题往往会影响到全局。 2.2事故严重化 石化装置由于技术复杂、设备制造、安装成本高,装置资本密集,发生事故时损失巨大。由于石化装置资金密集,事故造成的财产损失巨大。据有关资料对1969~2008年世界石化行业重大事故进行统计分析,发现单套装置的事故直接经济损失惊人。如1989年10月美国菲利浦斯石油公司得克萨斯工厂发生爆炸,财产损失高达8.12亿美元;1998年英国西方石油公司北海采油平台事故直接经济损失达3亿美元;2001年巴西海上半潜式采油平台事故损失5亿多美元。 3 石油化工业安全措施 3.1建立健全安全制度体系 企业安全管理是一项综合性管理工作,建立和保持适用的安全管理体系是做好安全工作的关键所在。安全生产直接关系着每一位员工的身心健康、生命财产安全,关系着企业存亡和发展,一个企业如果没有安全保障,就根本不可能在激烈的市场竞争中取胜,企业要走向市场争取理想的经济效益,生产经营就必须以安全为前提。树立安全就是效益的经营理念,在市场经济体制下,企业建立健全安全自我约束、自我检查、自我纠正、自我改进的管理体系,实现科学、规范管理,做到“防微杜渐”,有效预防和遏制事故的发生。 3.2安全工作管理人员的培养 施工企业各项目基层员工的安全文化和技术素质是施工企业建设安全文化的基石,在某种意义上决定着施工企业安全管理的效果,也决定着施工企业的命运。只有提高全体员工的安全文化素质,才能全面提高施工企业的整体素质和安全管理水平。 3.3用电安全技术措施 (1)为了防止线路发生短路和过载,在安装电气线路时应重视导线的类型、截面和绝缘强度的选择,做到防患于未然。在干燥无尘的场所,可选用一般绝缘导线;潮湿的场所,应采用有保护的绝缘导线,如铅皮线、塑料线以及在钢管内或塑料管内敷设的一般绝缘导线;有腐蚀性气体的场所,可采用铅皮线、管子线(钢管涂耐酸漆)、硬塑料管线;高温场所,应采用石棉、瓷珠、瓷管、云母等作为绝缘的耐火电线电缆;可燃粉尘、可燃纤维较多的场所,应采用有保护的绝缘线。 (2)对具有防爆性能的电气工具及通信器材,使用前必须认真检查铭牌上的防爆类别、级别、温度组别,当达不到使用环境可能释放物质的级别、温度组别,或类别不对时,应视为非防爆电气设备。 (3)当生产装置发生事故,工艺异常或生产中必须进行采样、脱水、排放等操作,临时用电容易引起爆炸火灾事故时,用电人员必须绝对听从生产岗位人员的指挥,立即停止用电,在非防爆区进行停送电操作。 石油化工工业论文:石油化工业自动化仪表的运用探究 【摘要】社会在进步,科学技术在不断发展壮大,为各行各业带来了巨大的便利。石油化工业也不例外,近年来自动化仪表在其石油化工业的应用得到了这个行业的普遍信赖。本文对石油化工业常用的几种自动化仪表进行较为详细的介绍并对其自动化仪表的控制方式与策略进行了探究,希望能对本行业的同行起到借鉴参考的作用。 【关键词】石油化工业;自动化仪表;控制方式 随着科学技术的不断发展,我国工业对科学技术的运用越来越广泛,由此使得我国工业产业向着多元化的道路前进。为了确保石油化工业在其生产过程中更为方便快捷准确,近些年来,自动化仪表在石油化工业逐步的兴起。自动化仪表的运用带给石油化工这个行业无疑是生产过程变得更加精密准确,生产出来的产品质量更为合格,大大降低了以往人工操作过程中所产生的各种误差,同时也极大地降低了生产过程的难度。在以后这个行业的发展中,对所生产的产品将会要求越来越严格,因此自动化仪表在石油化工行业的应用将会越来越广泛。对此笔者将对其自动化仪表的构成以及发展趋势、常用仪表、仪表的控制方式进行较为详尽的介绍,希望能对广大同行起到借鉴参考的作用。 1.自动化仪表的分类、组成以及发展趋势 自动化仪表是由一定数量的不同的具有自动化功能的元件所组合起来自动化功能较为完善能够满足人们需要的一种工具器材。自动化仪表一般不单单具有一种功能而是多种功能集一体的仪表器材。一个自动化仪表已经是由多个元件组成的一个完整的系统,而又是多个自动化仪表组合构成的系统中的一个子系统。自动化仪表是一种把输入信号自动的转化成为人类能对其进行识别读取的输出信号的信息化的仪表。 1.1自动化仪表的类别 为了满足石油化工行业不同生产过程的需要,自动化仪表的种类较为繁多,种类多种多样。根据不同的角度,自动化仪表可以分为如下几大类别:根据自动化仪表所需的动力分为气动、液动、电动等三种;根据自动化仪表的组装的方式分为单元组合式、基地式等两种;根据自动化仪表是否与计算器连接由可以分为智能化、非智能化仪表等两种。 1.2 自动化仪表的组成 自动化仪表根据仪表的功能的不同由可以分为记录、指示、模拟、数字显示等四种仪表。记录式的仪表主要是由单点与多点两大类所组成。调解式的仪表主要由单元组合式与基地式两种仪表所组成。由于仪表种类繁多,各种仪表的组成情况大致相同,这里不再一一列举。 1.3 自动化仪表的发展动向 随着科学技术的不断发展,自动化仪表在石油化工业也将不断完善与改进,其中主要的发展动向为;第一,对目标的控制将由以往的靠工艺参数发展为现在的以最优质量为目标的控制;第二,自动化仪表的控制所需要的方法由原来的反馈控制转变为现在的开环控制,由以前的手动控制转变为现在的计算机控制。自动化仪表未来的发展动向必将朝着智能化、人性化、系统化等方向发展。 2.常用自动化仪表的介绍 2.1 温度显示控制仪表 石油化工行业的现场所布置的一些设备或者管道常常需要对其温度进行检测与控制,因此温度显示控制仪表是必不可少的一种自动化控制仪表。普遍的测温仪表主要是靠与其设备或者管道的接触来进行温度的测试的。最常用也是最为常见的现场测温仪表主要为热电偶与热电阻测温仪表。 2.2 压力测试仪表 本行业对现场所布置的设备或者管道内的压力进行测试是必不可少的一环。因为设备或者管道内的压力涉及到安全方面的问题,不容忽视,因此压力测试仪表往往在石油化工行业应用非常的广泛。本行业的压力大部分为高压大概为33MPa左右,因此压力测试仪表的传感器,传输材料,显示表盘均需要特殊材料来进行制作。在压力测试方面最为常用的为液柱式压力测试仪表,弹簧式压力测试仪表两大类。 2.3 流量测试仪表 现场设备或者管道内液体的流量的检测与控制同样是重要的不容忽视的一个环节。因此流量测试仪表在其中所起到的作用是不容忽视的。流量测试仪表的种类与其他测试仪表相比较而言,种类更为丰富多样,可满足不同需要的选择。控制系统的稳定与运行优良的性质主要参照流量这个参数来对其进行必要的考核。流量这个参数在测试的时候与流体的种类以及管道的介质有着本质的联系。因此在进行流量的测试时要选择适合流体介质与管道材质的流量测试仪表。 2.4 执行器 执行器主要是由执行与调节两大机构所组成的。在石油化工行业较为常见的是气动式的执行器,在少数情况下也能见到液动执行器的使用但是这种执行器应用的非常少。最为常用的调节阀为薄膜式的气动调节阀,较为少见的还有气动活塞式的调节阀。其中调节阀的关键技术主要是设计计算,测试的校验等。 3.自动化仪表的控制方法介绍 3.1 系统的普遍的控制方法 石油化工行业自动化仪表系统的控制主要是连续、顺序、批量等三种控制方式。这三种控制方式一直沿用至今,基本没有太大的变化。 3.2 系统的先进控制方法以及系统优化方法 随着控制理论的不断向前发展,传统的控制方法显得已经不能适应行业的发展,因此出现了较为先进的控制方式。比如具有智能化功能的多变量控制器已经投入石油化工行业的生产阶段。这个控制器是一个独立的系统是以DCS为基础进行控制的。随着时间的向前推移,多变量智能化控制器会在石油化工行业应用的越来越普遍。 3.3 安全仪表系统的控制 石油化工行业现场所布置的设备以及管道所组成的系统是非常庞大的,其中系统具有大型化、工艺生产过程较为复杂、在生产过程中对周围的生产环境具有较高质量的要求。因此,面对这样一个庞大的生产系统,安全方面的问题是务必要引起足够的关注的。所以安全仪表系统逐渐在石油化工行业得到了广泛的应用。以往基于DCS的安全控制系统已不能满足行业的需要,因此在DCS的装置之外又增加了ESD等单独控制的设备。 4.结语 石油化工行业要想得到迅速的发展,自动化仪表在系统中的运用是必不可少的。虽然近几年自动化仪表在其石油化工行业的应用得到了发展与改进,为本行业的发展做出了突出贡献。但是仍然需要我们继续不断探索,勇于借鉴国外先进的经验来使我国的石油化工行业得到更为巨大的发展。 石油化工工业论文:数据采集系统在石油化工业的应用 摘要:随着科学的进步,现代的通讯和自动化技术也在迅速的发展。先进的CAN,总线数据采集远程抄表系统在石油化工行业也得到了广泛的应用。本文具体的论述了CAN,总线数据采集远程抄表系统设计的组成原理和应用。 关键词:CAN;数据采集;构成; 1 前言 随着计算机技术、现代通信技术和自动控制技术的迅速发展,智能化企业在许多国家应运而生。自动抄表系统是发展中各个行业自动化控制系统的重要组成部分,是解放生产力的必然途径。因而日益受到关注。 2 远程自动抄表系统的优点 与传统抄表方式相比,智能抄表系统具有方便快捷、节省人力物力、提高工作效率、精确度高等优点。 3 远程自动抄表系统构成 自动抄表系统主要由监视控制仪表(本系统需要采集数据的仪表)、数据采集器、集中器、数据传输通道和后台管理服务器等组成;其中监视控制仪表主要是在传统机械式仪表基础上将转盘适当改造,以便能将其转动圈数被数据采集器采集转化为脉冲数,以达到数据采样的目的;采集器主要完成将电表用电量转换成电脉冲信号以完成数据的采集,同时还具备将采集的数据保存、通过CAN,总线传输给集中器转发给后台管理系统。数据集中器则是通过CAN,总线收集各监视控制仪表上的传输数据,并通过无线GSM网络传送给后台管理服务器系统。 4 数据采集器硬件组成 数据采集器主要包括数据采集回路、数据保存回路以及数据传输CAN,总线节点回路,同时根据其他功能扩展。 采集器采用单片机89C51,其内部有4KB的ROM,128字节的RAM以及32个I/O口。P1口与串行器件24C02和显示、继电器电路连接。其中的显示模块采用串行方式进行通信,分别采用P1.0、P1.1、P1.2模拟时钟信号线和数据信号线。P0口主要用来与CAN总线控制器sJAl000相连,用作数据线。监控电路采用Dsl232芯片,它是看门狗定时器,功能是上电和掉电时给89C51、CAN控制器sJA1000产生复位信号;看门狗对系统进行监控,防止死机不能恢复。因此系统中必须建立不间断供电(电池供电),以便提供实时钟。 5 数据采集系统原理 5.1数据采集回路采用开关型霍尔传感器A44L对加装过小磁铁的监视控制仪表转盘进行将所转的圈数转化为数字信号,传感器A44L集成霍尔开关是由稳压器A、霍尔电势发生器(即硅霍尔片)B、差分放大器C、施密特触发器D和OC门输出E五个基本部分组成。 5.2 CAN总线采用一种串行数据通信协议,它是一种多主总线,数据长度为8个字节,不会占用总线时间过长,从而保证了通信的实时性。CAN协议采用CRC检验并可提供相应的错误处理功能,保证了数据通信的可靠性。C AN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码,而代之以对通信数据块进行编码。采用这种方法可使网络内的节点个数在理论上不受限制,因此非常适合远程抄表控制系统。主要由控制器89C51、CAN通信控制器SJAl000、CAN,总线驱动收发器82C250组成,单片机89C51对C A控制器接收到的数据进行读取和数据发送等程序处理,为了增强CAN总线节点的抗干扰能力,SJAl000的TX0和RX0并不直接与82C250的TxD和RXD相连,而是通过高速光耦6N137后与82C250相连,很好地实现了总线上各节点间的电器隔离。82C250的CANH和CANL引脚各自通过一个5欧姆的电阻与CAN,总线相连,起到一定的限流作用,保护82C250免受过流冲击。CANH、CANL与地之间并联了两个30pF的电容,可以滤除总线上的高频干扰并起到一定的防电磁辐射的能力。另外,两根CAN,总线输入端与地之间分别按防雷击管,起到一定的保护作用。 6 数据采集器软件设计 6.1主程序流程 数据采集器在整个系统中有喂狗、计表、时钟校时、CAN,总线数据发送和接收、数据存储与读取以及显示等功能,其中喂狗、计表和数据存储及CAN,总线数据接收分别采用定时终端、计数中断和外部中断实现,CAN,总线数据发送采用查询方式和其他程序功能在主程序中实现。 6.2数据采集程序说明 数据采集是将监视仪表转盘每转一圈转化为一个周期脉冲,单片机将此脉冲累加,从而测得数需要采集的数据。 6.3 CAN,总线数据收发程序说明 6.3.1数据采集器数据传输内容较为简单,发送出去的数据主要包括监视仪表示数(占5个字节),接收到的数据多为命令(1 4个字节),而C AN总线每次数据可传输8个字节,因此每数据传输采用1帧即可完成。本设计采用PeliCAN工作模式(29位表示码),利用查询方式发送数据,利用外部中断0接收数据。 6.3.2数据的发送由CAN控制器根据CAN协议规范自动完成。首先CPU必须将要发送的数据报文传送到CAN控制器发送缓冲器中,并置位命令寄存器中的发送请求标志,程序流程如图5所示。 6.3.3数据接收采用外部中断0接收,CAN控制器接收到一帧数据后,产生中断触发信号,CPU立即响应,将收到的报文接收到字节的接收缓冲器,并置位命令寄存器的释放缓冲区标志RRB。单片机根据接收数据进行命令解析,并做出相应执行。 6.3.4数据集中器设计方案 数据收集器主要起到转发后台管理服务器和各节点间的数据传输功能,CAN,总线控制器模块主要用来向各节点发送或接收相关数据,各节点地址通过程序设置均已被包括在对应报文29位表示码中,数据集中器可以通过广播或点对点向各用户节点发送命令数据。由于用户节点比较多,数据集中上传比较多,因此需要较多的数据接收缓冲区保存,然后通过GsM转发给后台管理服务器完成远程数据交流,因此采用有512字节内存的单片机sTC89C51对C AN控制器和GSM模块进行控制。单片机控制GSM模块在Text模式下接收手机短信,短信的收发是通过向串口以文本模式发送AT指令来实现的,其编码转换格式简单,并有较高的转换速率。 7 数据采集系统的主要维护工作 7.1模件卫生清洁 7.2模件断电退出:因为所有信号的接线直接连接至模件,未采用继电器等隔离,因此有必要拔出。 7.3检查电源使用情况 7.4软件备份,以备不时之需。 8保证数据采集系统稳定运行的措施 8.1完善各项组织和技术措施,为保证数据采集系统稳定运行的措施打基础。 8.2加强运行管理的完善,保证在新思路、新形式下安全生产。 8.3加强业务培训,以适应当前高科技技术的发展。 8.4加强思想教育,认识到安全、经济、准确的重要性。 8.5加强数据采集系统的巡视检查和维护,发现问题及时处理。 9 本行业自动化控制展望 9.1自动化控制系统的普遍应用是行业发展的主流; 9.2现场总线技术是集散控制系统发展方向; 9.3各项管理实现自动控制,实现网络现代化; 结束语 本文主要以监视控制仪表为例介绍了远程抄表数字采集系统数据采集和转发的设计方案。此设计方案在石油化工也的广泛应用也为石油化工业的发展做出了贡献。相信随着信息技术、网络技术、计算机技术、通信技术、显示技术、半导体集成技术、控制技术、表面安装技术及其他高新科学技术的发展,石油化工行业的自动控制系统也将得到长足快速的发展。
浅谈工业废水处理新技术:工业废水处理环境监测论文 一、工业废水环境质量监测问题 1、污染问题 工厂是一个生产作业的集中区域,其涉及到多种工业化产品,因而最终产生废弃物类别也是多重多样的。从环境监测结果分析,工厂废水可导致大面积水域污染,水质恶化、污染物超标、水生植物无法生长等,这些都是工厂周边区域普遍存在的问题。水资源是人类社会活动不可缺少的元素,水资源污染将对社会环境、人居生活、产业发展等造成诸多不利影响。 2、标准问题 为了整顿工业经济发展秩序,国家对各类生产区域实施项目规划,要求工厂建立科学的环境监测体系,帮助企业解决现实生产中遇到的污染问题。实际监测发现,废水环境监测缺少明确的标准参数,对工厂监测内容达不到预定标准,影响了环境治理决策的有效性。目前部分国家重点源监测项目与行业标准污染物项目不一致,如制糖、造纸、城镇污水处理厂等。 制糖行业监测项目监测分类监测项目重点污染源pH值、色度、COD、BOD5、氨氮、石油类、流量行业标准污染物基本控制项目pH值、COD、BOD5、氨氮、SS、总氮、总磷、单位产品(糖)基准排水量 3、治理问题 监测是为了更好地治理环境,对环境监测中发现的质量问题,工厂并没有及时采取措施处理,导致废水污染面积逐渐扩大化,对新水域产生了更多的危害性。总结原因,多数工厂从运营成本角度考虑,对环境治理未投入足够的出污费用,废水问题无法从根本上得到解决。另一方面,环境监测机构职能不健全,现阶段难以达到预定的监测指标,这些都阻碍了废水监测与治理工作。 二、基于监测结果的废水处理方法 水资源是人类长期生存与发展的根本,注重水资源保护是科学发展观要求。考虑到工业经济的重要性,以及工业化发展带来的环境污染问题,必须强化工厂废水治理力度,为工厂建立更加全面的废水治理方案。当钱,废水治理技术包括:物理法、化学法、生物法等,可根据工厂内设备建立针对性的监测处理方案。 1、物理法 废水处理方法的选择取决于废水中污染物的性质、组成、状态及对水质的要求。一般废水的处理方法大致可分为物理法、化学法及生物法三大类,利用物理作用处理、分离和回收废水中的污染物,这是物理法应用的基本原理,对工业废水过滤起到了基本净化作用。工厂可设计相对规模的生态绿化池,按照工厂生产规模定期回收废水,通过净化池处理后完成净化作用。 2、化学法 利用化学反应或物理化学作用回收可溶性废物或胶体物质,利用化学反应原理执行有效的净化处理方案,这样可以避免废水处理中出现的异常问题。例如,中和法用于中和酸性或碱性废水;萃取法利用可溶性废物在两相中溶解度不同的“分配”,回收酚类、重金属等;氧化还原法用来除去废水中还原性或氧化性污染物,杀灭天然水体中的病原菌等。 3、生物法 利用微生物的生化作用处理废水中的有机物,要求在废水池中设置生物过滤系统,及时清除水中有害物质,避免废水排放后对周围水域产生污染作用。例如,生物过滤法和活性污泥法用来处理生活污水或有机生产废水,使有机物转化降解成无机盐而得到净化。生物法处理要注意考察工厂类型,不同工厂所用方法存在差异性,选择合适方式进行处理以保证净化效果。 三、结论 我国工业经济集约化转型期,必须重视环境污染问题治理与控制,水资源是环境污染急需解决的问题。针对废水环境监测存在的污染问题,必须进一步强化环境质量监测处理力度,为工厂现代化生产创造有利条件。环境监测部门要发挥环保功能,对工厂废水出污存在的问题提出解决方案,指导工厂利用物理法、化学法、生物法等,进一步优化工厂废水治理水平。 作者:周子龙单位:上海申丰地质新技术应用研究院有限公司 浅谈工业废水处理新技术:工业废水处理新技术的经济和环保效益 随着我国工业化和城市化的快速推进,工业废水种类和数量迅猛增加,废水排放量占全国总量40%以上,目前大量的工业废水未能达标排放,既影响重复利用,也一定程度污染环境。“十二五”期间,国家在水环境保护方面工作力度进一步加大,强化水中污染物的减排和治理,将氨氮首次纳入约束性指标;并要求继续提高污水处理率和设备负荷率。未来的几年内,工业废水处理将进入攻坚阶段。为了实现节能减排的要求,处理工艺的进步是最重要的途径。为了响应国家节能减排和循环经济的要求,我公司北京博汇特环保科技有限公司与德国EBV公司合作提出了一种新型的节能降耗的工业废水处理技术—BioDopp工艺。该工艺体现了“高效化、集成化、智能化及减量化”的特点。 1BioDopp工艺简介及其技术优势 1.1工艺简介BioDopp工艺是结合了氧化沟的全液内回流及一体化结构理念,利用A2/O的不同功能分区形式,借助CASS工艺前置选择区模式,辅以高效的曝气技术,通过创新的空气提推技术作为源动力,将水解酸化、生物选择区、除碳、脱氮、沉淀甚至除磷等多个功能单元结合在一起的生物处理工艺。该工艺有效节省了占地面积,缩短了工艺流程,减少了土建及管道投资,并且也大大缩短了巡检路线,便于建成后运营管理。BioDopp一体化结构见图1。BioDopp工艺的微生物驯化技术是其关键技术,工艺中其它技术设计及运行的宗旨是为微生物的驯化创造贴近自然界的生存条件。BioDopp工艺的污泥驯化,主要遵循一项原则和两个基本点:原则:空气提推技术确保池内高回流比,完成对进水瞬间稀释,确保整个流程内浓度梯度负荷最小化,创造贴近自然态的生长环境。基本点1:控制污泥比增长速率及其世代时间,使其污浓尽量高,生长尽量慢。基本点2:借助微氧理论,控制好氧池内溶氧不超过0.5mg/L,溶氧浓度的控制是溶氧仪连接变频风机PLC自控单元来自控控制。 1.2技术优势BioDopp工艺采用了低溶氧高污泥浓度的微生物技术、短程同步硝化反硝化的脱氮技术、大表面积曝气微混合技术、大水力循环的一体化结构。基于这些特点,该工艺较传统生物处理工艺有如下创新点:(1)节能降耗措施的创新BioDopp工艺,在低溶氧(0.1~0.3mg/L)较高污泥浓度(8~122g/L)的运行工况下,通过气提方式代替传统的泵内外回流方式实现了工艺所需的高比倍循环稀释要求,达到了节能降耗;在满足工艺自身曝气需要的前提下,通过曝气方式的创新实现了污水厂的节能降耗。(2)运行维护方面的创新通常污水生化处理都面临水下设备多、维护维修难,曝气设备堵塞、更换难等比较棘手的问题,BioDopp工艺均实现了突破,给予了很好的解决。BioDopp工艺采用的曝气软管,在设计上既有自动“清洗”的功能,又能保证在不停车、不影响生产的条件下,可更换或者维修。同时BioDopp池内几乎无机械设备,可做到方便提升更换。(3)混合液循环方式的创新BioDopp工艺直接用空气提推将混合液从末端循环到进水段,强化了泥水的有效混合过程,并实现对进水的高倍比稀释,减少了回流设备同时也节约了维修费用,进一步提高了系统运行的安全和方便性。同时高倍比回流使得反应池内进出污染物浓度差很小,相当于完全混合反应器,保证了反应器内微生物处于相对稳定的生存环境中,使其充分发挥去除污染物的效能。(4)高效的曝气系统BioDopp曝气软管高密度均布方式与打孔技术使鼓出气泡更为均匀,其直径更小,缓慢曲线上升的流速保证其有足够时间与水体接触传质,有效增大了氧转移效率;除此之外,曝气管采取可提升方式,使曝气管的检修与维护更加简单,易操作。(5)高速澄清器BioDopp高速澄清器是是一种泥水分离装置,通过底部污泥高速回流使污泥不在底部沉积,借助组合填料,设计独特的澄清漏斗和专属填料布置方式,完成高效快速澄清。其特殊的设计结构,配以空气提推技术,即降低了回流能耗,还节省了污泥回流泵房。(6)高污泥浓度使系统具有优越的抗冲击负荷能力在低溶氧、高活性污泥浓度条件下使曝气池有机负荷(F/M)较低,系统具有更加优越的抗冲击负荷的能力。同时由于食物不太充足,微生物增长较慢或基本不增长,甚至可能减少,更进一步消除了剩余污泥中大部分原组织物质,那些易产生异臭味气体的成分也被消除了,如此被“固化”的污泥味道闻起来像新鲜的泥土。 2工程实例 2.1大唐国际多伦煤气化废水处理工程大唐国际发电股份有限公司多伦年产46万吨煤基烯烃项目为世界上最大的煤化工工程化项目。其污水处理站主要处理全厂生活污水,化工区煤气化装置、甲醇装置、丙烯装置和聚丙烯装置的生产污水,装置冲洗排水和污染区内的初期雨水。经处理后澄清水作化工区循环水系统补水,总体实现零排放。(1)设计规模:7200m3/d(2)主要工艺流程:来水——破氰除氟系统——BioDopp生化反应池——多介质过滤和活性炭吸附——循环水回用(3)进出水水质为:(4)项目运行评价大唐国际多伦煤化工项目作为国内最大的煤化工项目之一,全厂为了达到“零排放”的目的,采用以BioDopp生化系统为主体工艺处理厂内各类污水,辅以多介质过滤和活性炭吸附深度处理,使排放污水达到循环冷却水系统补充水标准,作为循环水补充水进行回用,不仅降低了企业的排放总量,还达到了节约用水、节能降耗的效果。所有有机污水在厂内污水处理站集中处理达标后作为循环水补充水,不仅降低了企业的排放总量,还达到了节约用水的效果。BioDopp生化系统总运行成本1.82元/吨,其中直接运行成本是0.91元/吨,直接成本包括电费、药费、人工及维修(电费0.58元/吨,药剂0.15元/吨,人工0.10元/吨,维修0.08元/吨)。BioDopp生物池的建设,有效节约了占地,可将运行成本降低40%,最大限度的提高了运行稳定性。 2.2中石油吉化丙烯腈污水处理站改造工程该项目属扩容提标改造项目,废水中由于含有丙烯腈、氢氰酸、丙酮氰醇及甲甲脂等剧毒高难降解化学物质,曾用传统工艺改造过三次,都出现出水CODCr较高,出水氨氮较进水高的现象,这是含氰废水的特点。采用BioDopp工艺进行技改后,同样占地面积处理水量翻倍,管理维护非常简便。实现了剧毒废水无害化治理,解决了含氰废水脱氮的难题,在国内乃至世界范围内填补了空白。(1)设计规模:4800m3/d(2)改造工艺:将已建的1#、2#、3#SBR污水处理池进行改造,将1#、2#SBR池改造为BioDoppA池,将3#SBR池改造为BioDoppB池。(3)进出水水质为:以下,而BioDopp池出水基本稳定在50mg/L~200mg/L,由于出水指标偏低,目前吉化海特部分高浓废水通过丙烯腈出水稀释后达标排放至吉化污水处理厂。氨氮的硝化为含氰废水的处理难点,因为废水中含有大量的剧毒物质—氰化物,氰化物对硝化菌的生长存在巨大的抑制作用,而对于BioDopp工艺来讲,大比例循环稀释系统使得池内负荷相对均匀,可将梯度负荷降到最低,再加上其独特的驯化方式,使硝化菌能够在此相对稳衡的环境下生长,大量的菌株聚合在一起,形成协同效应,所以能适应一定浓度的CN-环境。吉化要求出水氨氮需控制在45mg/L以下,BioDopp池出水可将氨氮稳定在20mg/L以下。CN-进水基本在5mg/L以下,出水要求控制在0.5mg/L以下,而BioDopp工艺出水CN-可降解到0.01mg/L以下,使有毒废水无害化。该项目不仅对含氰废水处理效果好,而且成本较低,能耗及药耗均较其他工艺低。其总成本为1.94元/吨,其中直接运行成本是0.99元/吨,直接成本包括电费、药费、人工及维修(电费0.23元/吨,药剂0.25元/吨,人工0.21元/吨,维修0.30元/吨)。《BioDopp工艺处理含氰废水的应用及研究》已在国内最权威的工程类国家核心期刊发表。BioDopp工艺为含氰废水采用生化法治理打开了局面。(4)项目运行评价项目自建成以来,运行良好,由于池内控制点只有DO和pH值两个控制点,且DO信号为PLC变频自控调节,故管理非常简便。曝气系统因为具备自清洗的特点,所以不会堵塞,建成五年多以来,曝气均匀,氧利用率高,动力效率一直较为恒定处于高位。吉林石化公司要求出水COD需满足300mg/L煤化工行业污水治理呈现两高两难态势,即污水排放量大,处理难度大,污染浓度高,运行成本高。河南省煤气(集团)有限责任公司义马气化厂响应国家节能减排号召,结合厂内现有以SBR生化处理为主工艺的污水处理站运行成本相对较高,处理效果不够稳定,二期改造占地有限等局面,最终将一座SBR改造为BioDopp生化工艺。该工艺较传统工艺节省一半占地,节约一半能耗,管理维护更加简单。(1)设计规模:840m3/d(2)改造工艺:将已建的SBRA池改造为BioDopp池。(3)进出水水质见表3。(4)项目运行评价项目自建成以来,运行良好,即便是在原水水质波动很大的情况下,出水水质都基本稳定,可见BioDopp工艺的抗冲击、可恢复性很强。而且各出水指标明显优于原SBR工艺,运行管理方便,节省了大量的药剂消耗和人工费用。该项目直接运行费用为3.03元/吨,远低于原厂SBR的8.25元/吨。而且每处理一吨鲁奇加压气化废水能够减少COD排放约5kg、氨氮约0.2kg、总氮约0.2kg、酚类物质约1.0kg,其他需控制污染物1.5kg,并能够得到同等体积的可回用水。BioDopp工艺在真正实现了节能减排的同时还为煤气化行业污水处理提供了一条成熟可靠、投资少、运行费用低、适用性强的技术。BioDopp技术依据自身结构特点和微生物技术,建立了短流程脱氮体系、实现了高效彻底的生化降解效果,大大节约了运行成本,在河南煤化工引起了轰动,目前已依托河南煤化工在河南省科技厅获得科技成果,在鲁奇炉和BGL炉废水领域已被认定为河南省重点推介技术。 3经济效益和环保效益评价这里以河南煤化工义马气化厂污水处理站改造工程为例,对BioDopp工艺的技术经济指标和该工艺的社会环保效益进行分析。 3.1经济效益评价 3.1.1技术经济分析在义马气化厂改造工程中,BioDopp工艺吨水电耗约为1.6~2.0kW•h/t,相对于传统工艺约吨水电耗2.4~4.2kWh/t,可实现能耗节省约33.3%~52.4%。BioDopp技术的立足点就是节能、高效,该技术依靠先进的曝气方式和工艺流程大大降低了对电能消耗,比如软管曝气、空气提推的设计。通过物料衡算可知BioDopp工艺节能主要体现在系统脱氮形式上,大部分通过短程硝化的形式得到去除。这就比其他活性污泥工艺有一定的节能优势。其他活性污泥全程脱氮的硝化过程反应式为:NH4++3/2O2NO2-+2H++H2ONO2-+1/2O2NO3-而短程硝化将硝化控制在亚硝化阶段,则节省25%O2。且BioDopp工艺一直维持在低氧条件下,最高溶氧不超过0.45mg/L,与传统工艺曝气区大于2.0mg/L相比,本工艺节能成果显著。与常规活性污泥法相比,节省O2的量为:1-0.45/2×(1-57.77%×25%)=80.75%鼓风曝气系统电耗一般占全厂电耗的40~50%(计算取45%),曝气池是二级生物处理厂耗能最大的构筑物。则至少能节省费用:45%×80.75%=36.34%。与义马气化厂SBR生化系统(吨水耗电6.2kW•h)相比,BioDopp工艺每年可节省费用至少为:35×24×(6.2-2.0)×0.6×365=772.63万元/年另外,短程脱氮过程中反硝化直接由亚硝酸盐开始,则节省62.5%碳源,同时提高了反硝化速率。BioDopp工艺与常规活性污泥法相比,节省脱氮碳源为57.77%×62.5%=36.11%,反硝化速率提高47.36%,反应器容积也相应缩小,节省了占地面积和土建费用。由于BioDopp工艺实现了短程同步脱氮,硝化过程中消耗碱度和反硝化过程产生碱度的大部分过程均在曝气区中发生,两者中和能够有效地保持反应器中pH值稳定,同时可以降低硝酸盐氮浓度以减少速澄区污泥漂浮及回流污泥对厌氧释磷的影响。 3.1.2经济效益分析(1)BioDopp工艺与厂内SBR工艺直接运行费用比较见表4。(2)BioDopp工艺在义马气化厂污水改造过程中的经济指标:①节省占地30~50%,节省一定土建投资及征地费用;②节省供氧量40%,节省碳源25%以上,能耗及药耗总和节省超过50%;③系统剩余污泥量减少40%以上,且运行时无臭味。(3)BioDopp工艺与其他常见气化废水处理生化工艺相比较,其经济性能有较大优势,具体表现如图2。 3.2社会和环保效益评价 本改造工程运行结果展示出良好的社会与环保效益,改造工程工艺应义马气化厂“节能减排”的目的而设计,其处理结果完全达到义马气化厂的要求。义马气化厂属于“九五”国家重点项目,并多次扩建,是国内煤气化行业的标杆企业,其节能减排目标的提前顺利完成不仅显示了其作为一个大型国有企业的社会职责,而且在集团内部树立了标杆作用,同时为行业企业做出了良好榜样作用。应用BioDopp工艺流程每处理一吨Lurgi碎煤加压气化污水能够减少COD排放约5kg、氨氮约0.2kg、总氮约0.2kg、酚类物质约1.0kg,其他需控制污染物1.5kg,并能够得到同等体积的可回用水;同时使用BioDopp工艺流程来处理Lurgi碎煤加压气化污水,比同等工艺吨水处理能耗低2~4kW•h,间接减少二氧化碳排放当量为1.2~2.5kg/t,如果同时计算药耗与其他费用,可间接减少二氧化碳排放当量为2~4kg/t,真正地实现了节能减排的要求。综上,BioDopp工艺流程简单,占地小,运行成本低,而且出水水质有保证,甚至可以达到回用水标准。这不仅降低了工业大户的用水成本,而且避免了周边水体受污染,使居民能够安心用水。既响应了国家节能减排和循环经济的政策方针,又达到了经济效益和社会效益的和谐统一。 4结论 多个工业废水处理工程实例的成功运行证明了BioDopp工艺本身的价值和优越性,在当前处理出水要求高、节能减排任务重的条件下,BioDopp工艺是一种极具推广价值的创新工艺,具体表现为:(1)BioDopp工艺实现了短程同步脱氮,同时保证去除有机污染物和脱氮效果,出水指标相比其它传统工艺大幅度降低,这归因于一体化生物池内独一无二的生物和生化反应的控制参数。(2)BioDopp工艺节省一半占地、能为客户节约大量的宝贵的土地资源;其处理流程短,管理相当简单;(3)BioDopp工艺节省能耗、抗冲击能力强、系统恢复快;(4)BioDopp工艺仅有一个核心溶解氧控制点,并且是变频PLC联动控制,自动化程度高,维护管理简单。(5)BioDopp工艺可实现不停车更换曝气管,使用寿命至少是其它曝气系统的2到5倍。操作维护量少,维护维修非常方便。(6)BioDopp工艺所需人工较少,可节约一定的人力成本。(7)BioDopp工艺污泥龄长,剩余污泥排放量少,大幅降低污水劳动强度。 浅谈工业废水处理新技术:烟草工业废水处理工艺研究 摘要: 分析了烟草工业废水的来源及特点,归纳了目前常见的烟草工业废水处理工艺,分别介绍了多级联合处理法和深度处理法的内容、特点及应用,提出烟草废水处理工艺的改进方向,为烟草行业的节能减排工作提供一定的理论支持。 关键词:烟草工业;废水污染;处理工艺;耦合 烟草废水主要是造纸法生产烟草薄片过程中的排放物,其作为烟草行业主要污染源具有排放量大、浓度和色度高、成分种类多且波动性大的特点,不仅会对破坏水质环境,还会影响人体健康。因此,研究并选取合适有效的废水处理工艺方法,使排放废水达到国家标准(GB8978-2002)要求,成为烟草行业亟待解决的问题。考虑到造纸法生产烟草的过程与纸浆生产过程类似,因此烟草废水处理一般参考纸厂废水的工艺,主要有物理、化学、生物相互搭配的多级联合处理,此外还有包括光催化氧化、Fenton氧化和电化学氧化等在内的深度氧化技术。针对以上处理工艺,目前国内外已经开展了大量实验研究及生产实践,并取得了一定成果。本文在分析烟草薄片废水来源及特点的基础之上,归纳出多级联合处理和两大类处理工艺,分别介绍了各自具体处理方法及优缺点,并围绕环境友好且资源节约这一目标,提出烟草废水处理工艺的改进方向。 1烟草工业废水来源及特点 由于造纸法生产烟草薄片具有利用率高、焦油量少、物理性能好等优点,因而成为目前广泛研究的生产技术。造纸法在清洗浸泡、萃取浓缩和打浆抄造环节会产生大量的高浓度工业废水,一般每生产1t烟草薄片会产生50m3~70m3高浓废水。废水污染物种类多、含量高且成分波动较大。此外,烟草薄片废水不仅包含烟叶、纤维素等悬浮物,具有制浆废水多悬浮物、富营养污染等共性,而且富含烟碱(尼古丁)、高分子有机酸、酯类等溶解性有机化合物,兼具色度高、微生物毒性高等特点。因此烟草废水环境危害大,急需发展先进废水处理工艺技术。 2烟草工业废水的处理工艺 2.1多级联合处理法 常见的多级联合处理法涉及物理、化学和生物法之间的联合。物理法包括沉降法和溶解空气浮选法,主要针对悬浮物,工序简单,但不能去掉有机物,如芬兰部分造纸厂发现使用沉降法能够净化掉初级澄清池中超过80%残渣等悬浮物。化学法一般指化学混凝脱色法,是采用无机盐或高分子絮凝剂促进废水中的胶体凝结沉淀,特点是成本低,效率高,稳定性好,但需要根据水质选择适应性强的絮凝剂。生物法主要包括好氧和厌氧接触处理,通过微生物将大分子有机物分解,特点是成本适中,自动化程度高,但对特征污染物如尼古丁等转化效果不佳,抗水质波动性差等。实际应用中一般结合物理、生物和化学三种方法进行废水处理,常见的物化法有“过滤+混凝”、“格栅+混凝+气浮”等。生物法一般也结合化学法同时使用,如李友明等采用“混凝+厌氧+好氧+AOPs”耦合工艺处理废水,得到厌氧阶段废水化学需氧量(chemicaloxygendemand,COD)去除率达到80%以上,好氧阶段COD去除率介于48%~70%之间。我国废水处理方式普遍采用三级流程,首先通过沉降法或溶解空气浮选法筛掉悬浮物;然后采用厌氧或好氧生化处理;最后进行化学混凝处理。 2.2AOPs法 多级联合处理法存在工序衔接要求高、运行费用较高、出水色度较高、微生物转化效率易受水质波动影响等问题,因此一般还需要AOPs法进行补充。AOPs是在声、光、电、催化剂等因素作用下,将有机污染物氧化或完全矿化为小分子化合物如CO2和H2等,该方法因降解效率高,对环境友好,普适性强等特点已受到国内外广泛研究。常用AOPs法。目前应用最为普遍的深度处理法为隶属化学氧化类的Fen-ton法。如Catalkaya等通过测定可吸附有机卤代物、有机碳总量和色度等指标的去除率,比较了Fenton、光催化Fenton、H2O2/UV、O3/H2O2和O3等深度氧化方法对纸浆废水的处理效果,得知Fen-ton法表现出最佳处理效果。 3结语 国内外关于烟草废水处理工艺的研究目前较少,主要是参考造纸工业废水的处理工艺,考虑到烟草废水中存在较多特征有机污染物如焦油、尼古丁等,且成分波动较大,因此不存在一种公认最佳的处理工艺,只能在兼顾环境友好和资源节约的目标下,根据具体水质、环境及企业自身情况进行合理选择,以达到国家标准的排放要求。 作者:曹盼 单位:九江县环境保护局
生物技术进展论文:分析现代生物技术的运用及进展趋势 随着农业革命、手工业革命、工业革命、商品国际化革命、信息产业化革命的推进,许多科学家们预言21世纪必将产生一次生物技术革命,而这一革命的主战场就是农业。现代生物技术可有效提高农作物产量、改善农作物的营养品质。因此,现代生物技术必然会成为未来农业发展的重要趋势。 1现代生物技术在农业领域的应用 1.1基因工程在农业领域的应用 基因工程即利用分子生物学和微生物学技术,设计好不同来源的基因顺序,在体外成功构建杂交DNA分子后导入受体细胞,使受体细胞表现出人们需要的表现型,产生出人们需要的物质。在农业领域应用基因工程技术,获得的农作物优质、高产、抗性强,还可获得畜、禽新品种及具有特殊作用的动、植物。例如,经过7年的努力攻关,2011年胜利突破了大面积示范(即6.67hm2示范)平均产量为13500kg/hm2的超级杂交稻第3期目标,达到了13899kg/hm2[1];运用转基因技术将相应的基因导入油菜中有望培育出转基因抗病油菜新品种[2];运用基因工程技术可将抗除草剂基因导入农作物中,使农作物能够不受除草剂的影响,目前已生产出多种抗除草剂作物品种,应用广泛[3]。 1.2细胞工程在农业领域的应用 细胞工程是指在体外培养细胞,以改变细胞某些生物学特性为目的将不同作物或动物进行细胞杂交,使植物或动物个体繁殖速度加快,以获得优良品种或新品种及某些具有特殊作用的物质的一门技术[4]。细胞工程技术在植物快速繁殖、植物新品种选育等方面发挥着重要作用。目前植物体细胞杂交应用较多,如可以将马铃薯细胞和番茄细胞进行杂交,可获得上结番茄下结马铃薯的“番茄马铃薯”;将豆科植物与向日葵进行细胞杂交,可培育出具有高营养价值的“向日豆”[5]。 1.3发酵工程在农业领域的应用 发酵工程即利用微生物具有的特殊作用生产出对人类生产有用的产品,或直接将微生物应用到工业生产过程的一门新的技术。发酵工程主要可应用在农业领域的2个方面,一是生产传统的发酵产品,如果酒、茯砖茶、食醋等;二是生产一些食品添加剂。如茯砖茶的制作过程中就运用到了发酵工程技术,通过调控渥堆时间、使用接种剂、发酵剂等方法可以改进茯砖茶的加工工艺,进而可生产出“金花”饱满、品质优良的茯砖茶。 1.4酶工程在农业领域的应用 酶工程,简单来说就是利用酶的生物催化功能,借助工程手段将相应的原料转化成有用物质。酶工程可应用在农业领域中的制酒、制酱等方面。例如,随着我国粮食的不断增产,一些地区出现了粗粮过剩的问题,需要解决粗粮的淀粉利用。解决办法之一是生产葡萄糖,但由于葡萄糖甜度不大,难以在市场上应用。最有效的办法还是运用酶工程技术的手段,将葡萄糖转变为甜度大的果糖,果糖不仅比葡萄糖甜度大,其比蔗糖的甜度还高50%以上。 2微生物肥料在农业领域的应用 2.1微生物肥料的特点 微生物肥料是含有活的微生物的特殊的肥料,在农业生产中应用该种肥料可获得特定的肥料效应[6]。生物肥料的定义分为2个方面,从狭义上讲,生物肥料就是指微生物肥料,是由具有特殊作用的大量有益微生物发酵产生的,活性高。施入该种肥料能够产生活性物质,能够增加作物的固氮作用,改善土壤的理化性质,使作物的生长环境变得更好,使作物生长更优、产量更高。从广义上讲,生物肥料泛指各种具有特定肥效的生物制剂,包括特定的活的生物体、生物体的代谢物或基质的转化物等,此种生物体不限定,既可以是微生物,也可以是动、植物组织和细胞[7-8]。 2.2生物肥料的应用优势 微生物肥料具有其他化肥和农药没有的优势,可有效改善土壤的理化性质,提高土壤肥力。目前微生物肥料已应用在绿色有机食品生产、农业生态环境保护以及高产、优质、高效农业的持续发展中,并发挥着极其重要的作用[9-10]。微生物肥料本身无毒害作用,对环境几乎无污染;同时,施用量一般不大,在其生产过程中所消耗的能量也很少,因而可节约农民的施肥成本。此外,微生物肥料还可改善土壤的理化性质,减少土壤营养流失和富营养化的产生,实现土壤的可持续化利用。 2.3微生物肥料的应用前景 目前,微生物肥料在农业领域方面的应用已越来越广泛,也得到了农民以及社会的逐步认可。国内外都在积极发展绿色农业和绿色食品,微生物肥料作为一种保护生态环境、维护人类健康的理想肥料在农业生产中的应用必将越来越广泛、越来越重要。但是如何合理的使其替代化肥并更稳定地发挥其生态作用是未来研究的方向。 生物技术进展论文:现代生物技术的运用及进展趋势 随着农业革命、手工业革命、工业革命、商品国际化革命、信息产业化革命的推进,许多科学家们预言21世纪必将产生一次生物技术革命,而这一革命的主战场就是农业。现代生物技术可有效提高农作物产量、改善农作物的营养品质。因此,现代生物技术必然会成为未来农业发展的重要趋势。 1现代生物技术在农业领域的应用 1.1基因工程在农业领域的应用 基因工程即利用分子生物学和微生物学技术,设计好不同来源的基因顺序,在体外成功构建杂交DNA分子后导入受体细胞,使受体细胞表现出人们需要的表现型,产生出人们需要的物质。在农业领域应用基因工程技术,获得的农作物优质、高产、抗性强,还可获得畜、禽新品种及具有特殊作用的动、植物。例如,经过7年的努力攻关,2011年胜利突破了大面积示范(即6.67hm2示范)平均产量为13500kg/hm2的超级杂交稻第3期目标,达到了13899kg/hm2[1];运用转基因技术将相应的基因导入油菜中有望培育出转基因抗病油菜新品种[2];运用基因工程技术可将抗除草剂基因导入农作物中,使农作物能够不受除草剂的影响,目前已生产出多种抗除草剂作物品种,应用广泛[3]。 1.2细胞工程在农业领域的应用 细胞工程是指在体外培养细胞,以改变细胞某些生物学特性为目的将不同作物或动物进行细胞杂交,使植物或动物个体繁殖速度加快,以获得优良品种或新品种及某些具有特殊作用的物质的一门技术[4]。细胞工程技术在植物快速繁殖、植物新品种选育等方面发挥着重要作用。目前植物体细胞杂交应用较多,如可以将马铃薯细胞和番茄细胞进行杂交,可获得上结番茄下结马铃薯的“番茄马铃薯”;将豆科植物与向日葵进行细胞杂交,可培育出具有高营养价值的“向日豆”[5]。 1.3发酵工程在农业领域的应用 发酵工程即利用微生物具有的特殊作用生产出对人类生产有用的产品,或直接将微生物应用到工业生产过程的一门新的技术。发酵工程主要可应用在农业领域的2个方面,一是生产传统的发酵产品,如果酒、茯砖茶、食醋等;二是生产一些食品添加剂。如茯砖茶的制作过程中就运用到了发酵工程技术,通过调控渥堆时间、使用接种剂、发酵剂等方法可以改进茯砖茶的加工工艺,进而可生产出“金花”饱满、品质优良的茯砖茶。 1.4酶工程在农业领域的应用 酶工程,简单来说就是利用酶的生物催化功能,借助工程手段将相应的原料转化成有用物质。酶工程可应用在农业领域中的制酒、制酱等方面。例如,随着我国粮食的不断增产,一些地区出现了粗粮过剩的问题,需要解决粗粮的淀粉利用。解决办法之一是生产葡萄糖,但由于葡萄糖甜度不大,难以在市场上应用。最有效的办法还是运用酶工程技术的手段,将葡萄糖转变为甜度大的果糖,果糖不仅比葡萄糖甜度大,其比蔗糖的甜度还高50%以上。 2微生物肥料在农业领域的应用 2.1微生物肥料的特点 微生物肥料是含有活的微生物的特殊的肥料,在农业生产中应用该种肥料可获得特定的肥料效应[6]。生物肥料的定义分为2个方面,从狭义上讲,生物肥料就是指微生物肥料,是由具有特殊作用的大量有益微生物发酵产生的,活性高。施入该种肥料能够产生活性物质,能够增加作物的固氮作用,改善土壤的理化性质,使作物的生长环境变得更好,使作物生长更优、产量更高。从广义上讲,生物肥料泛指各种具有特定肥效的生物制剂,包括特定的活的生物体、生物体的代谢物或基质的转化物等,此种生物体不限定,既可以是微生物,也可以是动、植物组织和细胞[7-8]。 2.2生物肥料的应用优势 微生物肥料具有其他化肥和农药没有的优势,可有效改善土壤的理化性质,提高土壤肥力。目前微生物肥料已应用在绿色有机食品生产、农业生态环境保护以及高产、优质、高效农业的持续发展中,并发挥着极其重要的作用[9-10]。微生物肥料本身无毒害作用,对环境几乎无污染;同时,施用量一般不大,在其生产过程中所消耗的能量也很少,因而可节约农民的施肥成本。此外,微生物肥料还可改善土壤的理化性质,减少土壤营养流失和富营养化的产生,实现土壤的可持续化利用。 2.3微生物肥料的应用前景 目前,微生物肥料在农业领域方面的应用已越来越广泛,也得到了农民以及社会的逐步认可。国内外都在积极发展绿色农业和绿色食品,微生物肥料作为一种保护生态环境、维护人类健康的理想肥料在农业生产中的应用必将越来越广泛、越来越重要。但是如何合理的使其替代化肥并更稳定地发挥其生态作用是未来研究的方向[11-12]。 生物技术进展论文:小议植物生物技术的新进展及前景 在20世纪90年代,我国分子生物学家和育种学家合作,获得了具有自主知识产权的转基因抗虫棉花植株和相关专利,育成的众多品种已在全国各个棉区普遍种植。农业部在上世纪90年代,分别对转基因抗虫棉、转基因抗病番茄、甜椒等授予了安全证书,但后两者由于无明显商业价值,并未应用于生产。按照我国农业转基因生物安全管理条例,经过5个阶段严格的安全评价后,农业部于2009年11月向转cry1Ab/cry1Ac基因抗虫水稻华恢1号、转cry1Ab/cry1Ac基因抗虫水稻Bt汕优63在湖北省的生产应用,以及转植酸酶基因玉米BVLA430101在山东省生产应用发放了安全证书,但这些品种仍须通过品种审定方可进入种子销售市场。 作为植物生物技术发展较早的国家,美国自上世纪90年代以来,不断有新产品(品种)的研发,并经由美国农业部动植物检疫部门、环保局、食品药品管理局等生物技术产品监管机构根据产品对人类或动物食用、对环境安全影响的全面评价而确定能否进入市场。表2列出了1990—2012年美国已批准种植的转基因作物及所改造的性状。表中列出的10种植物中,马铃薯和番茄生物技术产品的研发主要在20世纪90年代,但由于应用价值不高,并未得到广泛应用;苜蓿、水稻等为较近期开发的产品。改造的性状已从早期单纯集中于耐除草剂(大豆、油菜)、抗虫(玉米、棉花)发展到通过基因改造与常规杂交等手段结合,同时改造多个性状,包括改良营养性状(如提高大豆、油菜种子油成分中不饱和脂肪酸含量,以改进油营养成分),提高对非生物胁迫抗性(如抗旱玉米的培育)等。而复合2种或3种性状的生物技术作物的种植面积有明显的增长,已有不少商用品种是既耐除草剂又抗虫的,近年来复合性状的范围更有所扩大,如,应用大豆遗传图谱定位和转基因技术结合,美国孟山都生物技术公司(简称孟山都)2009年推出了既耐除草剂又可增产7%~11%的大豆新品种RReady2Yield。 植物生物技术的新进展及前景 据联合国粮农组织估计,为保证全球人口增长的需求,在2005—2050年期间,全球食品生产的增加要达到70%。在增加农业产品的同时,还须面对减少资源耗用、满足消费者对健康食品需求等问题,这些都对植物育种提出了新的要求。作为当代育种重要手段之一的生物技术育种,近年来也把育种目标更多地转向高产、抗逆(非生物胁迫)、高品质等,即所谓第2代转基因育种。能合成类胡萝卜素的金稻米和抗旱玉米MON87460是其中2个成功的例子。 维生素A缺乏可引起夜盲、干眼病、角膜软化,甚至与儿童腹泻等有关,估计全球有过亿儿童处于维生素A缺乏状态。2000年,瑞士和德国的科学家领导的团队在《Science》上发表了他们通过农杆菌介导转化法,把来自植物黄水仙和细菌的β-胡萝卜素合成途径相关酶基因———八氢番茄红素合成酶基因(PSY)、番茄红素脱氢酶基因(CRT1)、番茄红素环化酶基因(带转运肽),用3个质粒共转化水稻未成熟胚,潮霉素筛选,获得了种子胚乳为黄色、干种子中胡萝卜素质量分数为1?6μg/g的转基因水稻株系,开创了这一通过转基因赋予稻米新营养成分的新领域,因其黄色的胚乳而被命名为金稻米。然而,由于产生的胡萝卜素含量太低,缺乏实用上的意义。随后的数年,这2位科学家与先正达公司合作,从导入的基因、启动子来源、筛选标记以及载体的选择等方面,作了一系列的改变[2],如用以糖为筛选基础的标记代替了抗生素抗性的筛选系统,选用胚乳特异表达启动子、不同水稻品种用于转化等;而关键的突破来自PSY来源的改变,先正达公司的科学家经大量的比较、分析,发现导入来自玉米的PSY,可明显把转基因水稻干种子胚乳中胡萝卜素质量分数提高到最高可达36?7μg/g的水平,其中维生素A的前体β-胡萝卜素占80%以上,获得了GR1/GR2等株系。β-胡萝卜素被人吸收后,可经历酶解过程而转化为维生素A,按照美国国家科学院医学研究所推荐的儿童每天所需维生素A的摄入量,如以金稻米中胡萝卜素质量分数的保守估计为24μg/g计算,只需食用72g大米即可提供儿童每天维生素A需求的50%。成人的自愿食用试验结果表明,食用量为65~98g即可明显提高血液中维生素A的含量,可见大米中的β-胡萝卜素能有效地转化为维生素A。 金稻米的开发是学术机构(公共部门)和生物技术企业(私人部门)合作完成的,为保证其使用达到减少世界上贫困人口、特别是儿童中的维生素A缺乏症的研发目标,享有发明权和专利权的科学家和公司已达成协议,无偿授予发展中国家对相关品种的使用权。2005—2010年,通过一系列育种项目,这一性状已转育到世界各地多个地方品种中,近期已在国际水稻研究所和菲律宾水稻研究所完成田间试验,后者拟在2013年向菲律宾政府监管当局申报,争取2014年开始交给农民种植。 全球气候的异常变化、水资源的短缺使耐旱成为了一个重要的育种目标。孟山都的科学家发现把来自细菌的冷击蛋白CSP转入植物,能赋予受体对非生物胁迫的抵抗能力,如寒冷(拟南芥),冷、热和缺水(水稻),干旱(玉米)等。初步研究显示,CSP为一类RNA伴侣蛋白,存在于细菌和植物中,可能通过在转录和翻译中起作用而调节生物对胁迫的反应。鉴于美国中西部玉米种植区常有旱情,他们的进一步研究集中于玉米的抗旱性,在对多个基因和转化事件的表型和表达分析比较后,选定了产量、叶片生长、光合效率均表现良好的CspB?Zm事件1株系,并与生产品种配成3个杂交组合,进行控制给水条件下的田间试验,与非转基因对照比较,主要表现在籽粒数和带籽粒的穗数增加,平均可增产0?5t/hm2(10?5%);随后在美国中西部干旱地区田间种植,增产达0?75t/hm2(15%)。该品系内转入的目标基因CspB来自枯草芽孢杆菌,命名为MON87460,2010年12月美国食品药品监管局已承认该产品的食用安全评价,2011年12月美国农业部解除对其监管,成为全球第1个可供生产应用的抗旱转基因作物品种。其与常规品种杂交获得的杂交种Drought?GardHybrid已作为孟山都公司的重要新产品在美国推出,以图提高干旱地区的玉米产量稳定性,有利于农民及环境。 此外,通过不同途径的改变,以提高产量、抗逆性、品质等为目标的研究也有不少报道,如Kebeish等[6]用细菌的乙醇酸分解途径作为叶绿体光呼吸的旁路,把相关基因引入到拟南芥,以增加光合作用和生物量,发现转基因植株生物量增加、光呼吸作用减少、光合作用有所改进;Mao等、Baum等[8]利用近年迅速发展的RNA干涉(RNAi)技术,开发全新的抗虫作物品种培育途径。其中,中国科学院上海植物生理生态研究所植物分子遗传国家重点实验室陈晓亚院士领导的课题组发现,棉花的一种代谢物———棉酚可抑制棉铃虫幼虫的生长,他们从虫中肠分离了棉酚诱导表达的基因———细胞色素P450基因(CYP6AE14),研究了其在幼虫对棉酚耐受性中的关键作用;进一步根据CYP6AE14编码序列构建RNA干涉载体,转化植物(拟南芥、烟草),用这些表达特异双链RNA的叶子喂饲棉铃虫幼虫,其中肠CYP6AE14转录水平下降,生长缓慢,在饲料中加入棉酚后生长抑制大大增加;试验结果表明,植物介导CYP6AE14基因的RNA干涉可有效增大棉酚对棉铃虫的毒性。这一研究结果提出了通过植物表达双链RNA,喂饲昆虫可成为启动昆虫RNA干涉的新策略,未来可应用于昆虫研究和田间害虫的控制中。 第3代的生物技术育种常指用植物生产各种重组蛋白,包括药用蛋白、工业用蛋白,也有报道称之为“植物分子农业(Plantmolecularfarming,PMF)”,它包括了从植物种植(或细胞培养)、收获、运输、储藏到蛋白质抽提、纯化的下游过程。早在20世纪90年代初,当植物转基因技术日渐成熟时,由于转基因植物具有成本低、容易规模化、可避免人源和动物源病原物污染等优点,被认为可以作为生物药物生产的一个重要系统;早期的设想多是拟在植物果实中表达疫苗,通过食用即可赋予使用者对该种传染病的预防能力。1992年,首个植物生产重组蛋白的报道———美国德克萨斯州的科学家在植物成功表达乙型肝炎表面抗原的文章发表于美国科学院院刊(PNAS),随后,类似研究也申请获得美国专利。然而,由于蛋白表达量低、稳定性差、食用难以控制疫苗剂量等问题,这类疫苗从未达到商业生产、投放市场的水平。十多年后,美国陶氏农业科学公司于2006年初宣布,其应用烟草细胞悬浮培养系统生产的禽类新城疫病毒疫苗已得到美国农业部批准,为全球第1个获批使用的植物生产疫苗。表3总结了目前处于临床试验,或批准使用的植物生产药物,包括疫苗、抗体、治疗用蛋白和保健用蛋白。应用不同的植物生产体系,如瞬时表达系统等生产的、针对乙型肝炎、狂犬病、H5N1流感的疫苗已进入不同阶段的临床试验。由于植物病毒介导的瞬时表达系统可迅速、高量在植物中生产重组蛋白,在抗体生产中有较佳的应用前景,第1个获欧盟作为医学建议并被美国食品药品管理局(FDA)批准新药应用观察的植物生产抗体是美国植物生物技术公司的产品CaroRxTM,该产品用烟草生产,功效为保护牙齿免受细菌的侵害。抗体外的一些治疗用蛋白质,如Biolex治疗公司研制的用于治疗乙型和丙型肝炎的α-干扰素(商品名Locferon)已完成临床Ⅱ期试验,而Pro?talix生物治疗公司研制,用转基因胡萝卜细胞培养生产,用于高歇氏病治疗的人葡糖脑苷脂酶(prGCD)于2009年进入III期临床试验,取得良好结果。此外,把编码重组蛋白基因转化谷类作物,在其种子胚乳表达,作为保健型产品,也已有数个成功的例子,如美国Ventria公司用水稻生产的人乳铁蛋白、人溶菌酶等,已被批准作为精细化学产品投放市场。 用生物技术手段,在植物生产药物的发展中,所用的植物体系主要包括转基因植物细胞悬浮培养为基础的生物反应器;用农杆菌渗透或病毒感染植物组织而导入重组蛋白基因并在其内瞬时表达的体系;以及通过常规遗传转化获得稳定的、在特定部位(如籽粒的胚乳)高效表达目标基因的转基因株系等。这些体系各有其优缺点,如细胞培养体系的生产全过程均在室内可控条件下进行,生产系统和产品质量可达到医药工业的标准,且易于通过安全监管,但其生产成本高、可用细胞类型少、蛋白表达水平有待提高等问题仍有待解决;瞬时表达最大的优点是可在短时间内生产大量的急需产品,如疫苗等,但其运输、储存难度大;常规遗传转化获得的转基因籽粒易于运输、储存以及生产规模化,但也存在产品开发耗时长、田间生产受环境影响大以及对环境安全监管要求高等问题。 过去20年的历史已经证明了植物为基础的体系确实可以生产各种类型的人体蛋白,近年来处于领头地位的新药物开发已到达临床研究的后期阶段,即将进入市场。作为一个低成本、高产的生物药物生产系统,各国政府、各种基金会、企业公司纷纷投放资金支持相关研究,以取得领先地位。如欧盟的PharmaPlanta联盟,日本经济产业省Meti项目,美国的BlueAngel项目,巴西的PMP计划等。 植物生物技术发展的成果是生物科学研究、技术开发、商业性生产三者结合的结果。30年来,它已从实验室走到了大田,证明了在增加粮食和饲料生产中发挥的作用。随着生命科学的发展,大量新技术的出现,这一新的育种技术及其应用范围也在不断的改进中:在基因来源方面,更多的来源于植物自身的基因正在取代第1代转基因作物中的细菌来源或人工合成基因;在目标方面,更多转向产量乃至总生物量的增加,如在高二氧化碳强度的世界中,通过修饰Rubisco大单位,改变其热稳定活性,增加叶片中淀粉的合成,进而增加植物的生物量;在影响新产品的关键技术———外源基因导入方法方面,新一代的技术———TALEN,即转录激活因子样效应物核酸酶(Transcriptionactivator?likeeffectornucleases)已被证明可以在植物中定点引起高频率的基因敲除、插入和取代,可成为一个把外源DNA定点插入受体植物基因组的重要平台,该技术的实际应用,将能克服多年来各种方法引入的外源基因均为随机插入而致的不良效应,按设计获得所需的转基因产品;在应用的范围方面,生物技术的应用使植物已不仅为人类提供食品和饲料,还将提供药品、工业用品(如生物活性化合物)和能源产品,如增加可能的能源植物的生物量等,有助于减少人类对石化燃料的依赖。随着植物生物技术自身的发展和完善、日渐成熟的监管体系以及人们对这一新生事物认识的增加,其应用将逐步为公众所接受,以在新型的可持续发展农业中发挥更大的作用。 本文作者:梅曼彤 单位:广州华南农业大学生命科学学院 生物技术进展论文:医药生物技术研究与产业化进展 摘要:二十一世纪随着科学技术的进步,各国的综合实力与国际竞争力不断增强,先进的技术也使得医药生物产业实现了突破性的进展,成为了增强本国经济综合实力的重要方式之一,医药生物技术的产业化发展越来越呈现出势不可挡的姿态。本文简略分析了全球和我国医药生物技术所取得的进步,阐述了我国目前医药生物技术产业存在的问题,并在此基础上,探讨了相应的解决措施。 关键词:医药生物技术;产业化;措施 近年来,医药生物产业的飞速发展,为各行各业带来了较为广阔的发展空间,将生物技术应用于医药产业,不仅使得医药生物产业发展迅速,也使得其成为相对活跃的产业之一。虽然医药生物产业目前发展的态势良好,但仍然存在着大大小小的问题,需要我们去探索和解决,才能使得医药生物技术产业跨向一个更高的台阶。 1医药生物技术发展的总趋势 从全球医药生物技术发展的状况来看,生物技术在医药行业的运用,正在引发着医药产业的重大变革。在2000年,全球生物技术产业的销售额高达500多亿美元,而医药生物技术产业的销售额就占去了60%,实际上自90年代以后,全球生物技术药品的销售额以年均30%的速度增长着。 2我国医药生物技术产业的发展状况 我国的医药生物技术产业的发展,相较国外的发展情况而言起步相对较晚,但是随着国家在医药生物技术产业的支持力度的加大,使得医药生物技术产业有了较快的发展,缩短了与西方先进国家的差距,在全球医药生物技术产业中占有了一席之地。 3我国医药生物技术与产业发展所面临的问题 随着我国社会的不断向前发展,医药生物技术及其产业取得了很大的进步,但是其发展过程中,不断的涌现出了许多问题,如在医药生物技术领域的资金投入不足;生物医药产品的自主创新不足,产品的研发能力有限等问题,这些问题在很大程度上阻碍了我国医药生物技术及其产业的更好发展。 3.1自主研发产品能力有限,创新性不足 在我国现有的生物技术药物中,只有少数部分是自主研发,拥有产品的自主产权,而绝大部分则是依靠国外的医药生物技术进行产品的仿制,真正的自主创新其实很少,以至于出现药品研制上的重复,药品生产的过量等多种问题,再加上国内缺乏对医药生物技术知识产权保护的意识,使得部分的医药生物技术及产业的发展停滞不前,导致药品生产企业之间的竞争压力增大,企业的利润不断减少,严重的出现亏损现象,最终血本无归。有的药品生产商为了避免出现这种情况,选择企业着重于仿制药品的生产,因为仿制药品可以减少自主研发的资金投入,相对来说费用较少,而且盈利较快,风险也就相对较低,这种思想的循环使得我国的医药生物技术难以实现突破性的创新。 3.2医药生物技术的研究成果难以转化为医药产品 这些年经过医药生物技术研究方面专业人才的努力,我国的医药生物技术在研究方面较以前取得了很大的进展,但现实是很难将这种研究上的成果转化为医药产品。 3.3在医药生物技术及产业的投资不足 从我国在医药技术研究中的投入资金来看,是远少于国外在医药领域的资金投入的,这也是为什么我国的医药生物技术的研究难有创新性的发展。医药生物技术产业本就是高风险、高投资、高回报的产业,医药生物产业得不到充足的资金支持,势必会阻碍其研发过程的进展,从而影响我国医药生物技术产业的健康发展。 3.4我国医药企业规模相对较小,竞争力较弱 随着近些年我国医药生物技术产业的不断发展,涌现出了较多的生物制药企业,但是这些企业普遍的特点就是规模较小,经济实力较弱,自主研发新产品的能力较低,因此在医药行业的国际竞争中的竞争能力较差,抗风险能力弱,这显然对我国的医药生物技术产业的发展十分不利。 4解决我国医药生物技术及其产业发展问题的措施 随着经济、政治、文化、科技全球化趋势的不断增强,每个国家、各个行业都面临着机遇与挑战,对医药生物技术产业来说也不例外。在竞争如此激烈的大环境中,要加快我国医药生物技术的自主研究与产业发展,可以采取以下措施: 4.1端正态度,客观认识到我国医药生物技术的发展与世界先进国家的水平。 在摆正态度的同时,总结我国医药生物技术发展过程中的经验教训,同时加强与先进国家的交流,积极吸取、引进国外的先进医药生物技术,自主研发创新医药产品,形成我们自己的国际竞争优势。 4.2加大在医药生物技术产业的资金投入。 从医药生物技术产业的性质可以看出,想要实现我国医药生物技术及产业的发展,就需要我们集中人力、物力、财力,加大在医药生物技术产业的投入,有重点、有针对性的扶持医药生物技术项目,提高我们的医药生物技术水平。同时,还应该注重培养医药生物技术方面的专业人才,提高医药生物技术人才的专业素养,为我国医药生物技术的研究与发展注入新生力量。 4.3注重医药生物技术研究成果向产品的转化,实现上下游技术的完美衔接。 在加强医药生物技术的研究的同时,注重研究成果的转化,建立好高校的医药生物技术研究和药品生产企业的沟通、合作桥梁,实现双方的完美衔接。 5结语 综上所述,我国的医药生物技术的研究与产业发展取得了很大的进步,虽然在这一过程中仍有些许问题有待解决,但是我国医药生物技术产业的发展仍然势不可挡,相信在其未来的发展过程中,必将实现创新性飞跃。 作者:刘航 单位:沈阳师范大学 生物技术进展论文:现代生物技术应用进展分析 摘要:随着社会不断进步,科技日益发展,现代生物技术应运而生,被广泛应用到食品工业中,发挥着至关重要的作用,为其注入了新的活力,不断促进新时期食品工业向前发展。在现代生物技术作用下,提高了食品资源利用率,改良了食品的品质,食品包装实现了产业化,有效解决了食品工业生产中产生的环保与健康问题,不断促进食品工业走上健康持续发展的道路。 关键词:食品工业;现代生物技术;应用进展;分析 生物技术是一种对生命有机体进行加工改造、利用的重要技术,也是新时期国际上食品领域的最具前沿的关键性技术。随着经济日益发展,人们的生活水平日渐提高,对食品提出了更高的要求。而现代生物技术的应用有效解决了食品工业发展中存在的各种问题,满足了人们对食品的客观要求,不断推动食品这个极具发展潜力的新兴产业向前发展,能够更好地应对来自各方面的挑战,不断发展壮大,促进我国社会经济的持续发展。 1基因工程、细胞工程在食品加工业中的应用 在现代生物技术中,基因工程技术是其不可或缺的组成元素,是分子遗传学、工程技术作用下的产物,可以有效改良微生物、动物的基因,为食品工业提供多样化的动植物原材料,价格低廉的酶制剂,增加食品功能,不断促进新功能食品的开发。以改善食品原材料品质、加工性能为例,在食品加工过程中,动、植物都是重要的基本原料。在生产植物食品原材料方面,基因工程能够改良品种,促进新品种的开发,促使原材料增产,比如,耐除草剂植物。基因工程在一定程度上丰富了食品原料的种类,优化了食品资源的品质特性,大大增加了食用以及营养价值。比如,充分利用反义RNA技术,把不同类型的基因结构顺利转移到番茄植株上面,延缓了番茄的后熟、老化,具有更长的架货期,极大地提高了经济效益。此外,基因工程的应用促使谷类蛋白质中的氨基酸比例发生变化,提高了谷类物质的营养价值。就细胞工程而言,以细胞为基点,按照相关规定,有计划地改造生物的生产性能、遗传特性,来获取所需的新生物体、细胞成品的一种技术。在食品工业中,细胞工程的应用和细胞培养、细胞融合技术紧密相连。在植物细胞作用下,生产出各种功能性食品、食品添加剂,比如,天然香料。就我国而言,充分利用胡萝卜细胞,生产出大量的胡萝卜素,其繁殖速度相当快,周期也非常短,为实现工业化生产奠定坚实的基础,具有非常广阔的应用前景。 2酵工程在食品工业中的应用 2.1食品保鲜: 从某种角度来说,酵属于生物催化剂,具有多样化的特点,比如,较高的催化剂率,被广泛应用到食品工业中。在食品保鲜方面,生物酶发挥着不可替代的作用,要根据不同物质中酶的种类,选用适宜的生物酶,有效抑制食品中不利于保质的酶或者减慢其发展速度,实现食品保鲜。比如,在瓶装饮料中加入适量的葡萄糖氧化酶,能够有效吸取瓶隙存在的氧气,适当延长食品的保鲜期,避免食品坏掉,增加生产运营成本。对于溶菌酶来说,能够有效溶解革兰氏阳性菌,主要用于这些食品的保鲜,比如,干酪、水产品;而对于细胞壁溶解酶来说,能够在一定程度上避免一些微生物的大量繁殖,取代了有毒化学防腐剂的地位,食品具有非常好的保鲜贮藏效果。 2.2食品加工: 在酶工程作用下,传统食品工业发生了质的转变,比如,玉米在酶作用下实现液化、糖化等,能够生产大量的果葡萄浆,取代了蔗糖的地位,作为饮料、食品重要的甜味剂。就日本而言,推出了谷氨酞胺转胺酶,具有催化蛋白质分子的特点,转移分子内部的酞基,能够改变低档次面粉中的蛋白质,具有较好的口感,面食具有较好的弹性、持水能力。对于玉米面来说,它的口感比较粗糙,运营效益并不理想,在酶工程作用下,改良后的玉米面深受社会大众喜爱,具有很好的销量。 3发酵工程在食品工业中的应用 在食品领域中,发酵工程技术是应用最早的生物技术,在该技术作用下,能够有效改造传统发酵食品,不断加快现酵产品的研发,涉及到不同食品工业领域,比如,食品加工催化剂、饮料稳定剂。以“开发功能性食品”为例,在相关研究中,发现很多真菌中都含有多糖成分,比如,冬虫夏草、猴头菇,可以提升人体的免疫力,更好地抵抗各类疾病。更为重要的是,有些的真菌还具有较好的抗肿瘤能力、抗衰老作用。而这为发展功能性食品提供了关键性的原料。就传统生产方法来说,主要是依靠人工,采摘或者种植,但其规模大都比较小,产量较少极易受到各种客观条件的影响,无法满足社会市场的客观需求。在发酵条件下,可以实现真菌多糖的工业化连续生产,在增加产量的同时,还提高了真菌的质量,为更好地研制功能性食品做好了铺垫。 4结语 总而言之,在食品工业发展中,现代生物技术的应用发挥着不可替代的作用,其应用范围不断扩大。但在应用过程中,需要注重自主创新,加强国际科技合作,优化利用国外先进技术,寻求新的发展出路。而生物技术企业也需要意识到现代生物技术的重要性,不断增加产品的科技含量,扩大自身规模。以此,在促使现代生物技术优化利用的基础上,不断促进新时期食品加工业走上长远发展道路。 作者:陈家禄 单位:海南师范大学 生物技术进展论文:现代生物技术的运用及进展趋势 本文作者:王训博、熊路、黄海兵、王定兴、李昊旻、许永立 单位:湖南城市学院化学与环境工程学院、湖南农业大学生物科学与技术学院、湖南城市学院城市管理学院 随着农业革命、手工业革命、工业革命、商品国际化革命、信息产业化革命的推进,许多科学家们预言21世纪必将产生一次生物技术革命,而这一革命的主战场就是农业。现代生物技术可有效提高农作物产量、改善农作物的营养品质。因此,现代生物技术必然会成为未来农业发展的重要趋势。 1现代生物技术在农业领域的应用 1.1基因工程在农业领域的应用 基因工程即利用分子生物学和微生物学技术,设计好不同来源的基因顺序,在体外成功构建杂交DNA分子后导入受体细胞,使受体细胞表现出人们需要的表现型,产生出人们需要的物质。在农业领域应用基因工程技术,获得的农作物优质、高产、抗性强,还可获得畜、禽新品种及具有特殊作用的动、植物。例如,经过7年的努力攻关,2011年胜利突破了大面积示范(即6.67hm2示范)平均产量为13500kg/hm2的超级杂交稻第3期目标,达到了13899kg/hm2[1];运用转基因技术将相应的基因导入油菜中有望培育出转基因抗病油菜新品种[2];运用基因工程技术可将抗除草剂基因导入农作物中,使农作物能够不受除草剂的影响,目前已生产出多种抗除草剂作物品种,应用广泛[3]。 1.2细胞工程在农业领域的应用 细胞工程是指在体外培养细胞,以改变细胞某些生物学特性为目的将不同作物或动物进行细胞杂交,使植物或动物个体繁殖速度加快,以获得优良品种或新品种及某些具有特殊作用的物质的一门技术[4]。细胞工程技术在植物快速繁殖、植物新品种选育等方面发挥着重要作用。目前植物体细胞杂交应用较多,如可以将马铃薯细胞和番茄细胞进行杂交,可获得上结番茄下结马铃薯的“番茄马铃薯”;将豆科植物与向日葵进行细胞杂交,可培育出具有高营养价值的“向日豆”[5]。 1.3发酵工程在农业领域的应用 发酵工程即利用微生物具有的特殊作用生产出对人类生产有用的产品,或直接将微生物应用到工业生产过程的一门新的技术。发酵工程主要可应用在农业领域的2个方面,一是生产传统的发酵产品,如果酒、茯砖茶、食醋等;二是生产一些食品添加剂。如茯砖茶的制作过程中就运用到了发酵工程技术,通过调控渥堆时间、使用接种剂、发酵剂等方法可以改进茯砖茶的加工工艺,进而可生产出“金花”饱满、品质优良的茯砖茶。 1.4酶工程在农业领域的应用 酶工程,简单来说就是利用酶的生物催化功能,借助工程手段将相应的原料转化成有用物质。酶工程可应用在农业领域中的制酒、制酱等方面。例如,随着我国粮食的不断增产,一些地区出现了粗粮过剩的问题,需要解决粗粮的淀粉利用。解决办法之一是生产葡萄糖,但由于葡萄糖甜度不大,难以在市场上应用。最有效的办法还是运用酶工程技术的手段,将葡萄糖转变为甜度大的果糖,果糖不仅比葡萄糖甜度大,其比蔗糖的甜度还高50%以上。 2微生物肥料在农业领域的应用 2.1微生物肥料的特点 微生物肥料是含有活的微生物的特殊的肥料,在农业生产中应用该种肥料可获得特定的肥料效应[6]。生物肥料的定义分为2个方面,从狭义上讲,生物肥料就是指微生物肥料,是由具有特殊作用的大量有益微生物发酵产生的,活性高。施入该种肥料能够产生活性物质,能够增加作物的固氮作用,改善土壤的理化性质,使作物的生长环境变得更好,使作物生长更优、产量更高。从广义上讲,生物肥料泛指各种具有特定肥效的生物制剂,包括特定的活的生物体、生物体的代谢物或基质的转化物等,此种生物体不限定,既可以是微生物,也可以是动、植物组织和细胞[7-8]。 2.2生物肥料的应用优势 微生物肥料具有其他化肥和农药没有的优势,可有效改善土壤的理化性质,提高土壤肥力。目前微生物肥料已应用在绿色有机食品生产、农业生态环境保护以及高产、优质、高效农业的持续发展中,并发挥着极其重要的作用[9-10]。微生物肥料本身无毒害作用,对环境几乎无污染;同时,施用量一般不大,在其生产过程中所消耗的能量也很少,因而可节约农民的施肥成本。此外,微生物肥料还可改善土壤的理化性质,减少土壤营养流失和富营养化的产生,实现土壤的可持续化利用。 2.3微生物肥料的应用前景 目前,微生物肥料在农业领域方面的应用已越来越广泛,也得到了农民以及社会的逐步认可。国内外都在积极发展绿色农业和绿色食品,微生物肥料作为一种保护生态环境、维护人类健康的理想肥料在农业生产中的应用必将越来越广泛、越来越重要。但是如何合理的使其替代化肥并更稳定地发挥其生态作用是未来研究的方向[11-12]。 生物技术进展论文:生物技术生产甲硫氨酸研究进展 1甲硫氨酸生产国内外发展近况 甲硫氨酸是继谷氨酸之后产量第二大的氨基酸,2011年,针对动物饲料的甲硫氨酸市场年销售额约28.5亿美元,销量85万吨,年增长率5%。据不完全统计,2014年全球甲硫氨酸需求量约100万吨,呈逐年增长趋势。目前甲硫氨酸三大主要生产商为赢创(原德固赛)公司,安迪苏(原普朗克)公司和日本曹达(原孟山都)公司[6]。2006年,中国蓝星有限公司收购安迪苏子公司,并于2010年在江苏南京开始建厂,将最初年产能7万吨的计划翻倍至14万吨。该厂的建成投产将结束中国重要动物饲料添加剂完全依赖进口的局势。赢创公司2011年12月决议,在新加坡建立产能15万吨的甲硫氨酸加工厂,将在2014年第三季度投入生产。韩国杰希公司和法国阿科玛公司于2012年宣布将在东南亚建立产能8万吨的甲硫氨酸加工厂,该厂将采用全新的发酵-化学法联合生产线。德国巴斯夫公司虽然于2007年申请了发酵生产甲硫氨酸的专利,但至今仍不适用于商业生产。法国迈陀保利克公司和罗盖特公司合作致力于L-甲硫氨酸发酵产品的研发[6]。 2生物技术生产甲硫氨酸研究进展 2.1微生物发酵路线的相关研究 2.1.1甲硫氨酸生物合成途径的研究 为构建甲硫氨酸生产菌,首先需要了解甲硫氨酸的生物合成途径,其中最基本的氨基酸生产菌——大肠杆菌(Escherichiacoli)和谷氨酸棒杆菌(Corynebacteriumglutamicum)成为研究者关注的焦点。如图1,细菌中甲硫氨酸合成途径以天冬氨酸为起点,经天冬氨酸激酶(aspartokinase,AK)和高丝氨酸脱氢酶(homoserinedehydrogenase,HSD)两个限速酶催化,生成高丝氨酸,进而分别合成苏氨酸和甲硫氨酸。甲硫氨酸合成存在两个途径:巯基转移途径以胱硫醚为中间体,以半胱氨酸为硫源,而直接巯基化途径则可利用无机硫源。大肠杆菌只通过巯基转移途径合成甲硫氨酸,谷氨酸帮杆菌可同时利用两个途径。2002年Hwang等[14]在谷氨酸棒杆菌中发现了甲硫氨酸生物合成的直接巯基化途径,并对metY或metB进行突变,比较突变株生长参数。两种酶在序列上存在相似性,但微生物优先选择巯基转移途径。因此它们在进化上可能来自同一种酶,而MetY是长期进化过程中突变和自然选择的结果,存在受甲硫氨酸反馈抑制、与底物亲和性低的缺陷。2007年,该课题组[15]对MetB和MetY进行纯化,比较了二者的生化参数。发现MetB和MetY对O-乙酰高丝氨酸催化作用的Km值分别为3.9和6.4mmol/L,与之前的推测吻合。同时,MetY对硫化物离子的Km也过高,证明其与硫化物离子的结合也很微弱,温度和pH耐受性也较MetB差。至此,MetY存在的生理意义和利用价值尚不明晰。2006年,Krmer等[16]在对大肠杆菌和谷氨酸棒杆菌甲硫氨酸代谢途径进行计算机模拟分析时发现,以甲硫醇为硫源时,NADPH的消耗减少,可使甲硫氨酸理论产量得到提高。以甲硫醇或其二聚体二甲基二硫为硫源的原理是将其-S-CH3基团完整地插入甲硫氨酸的R基而直接生成甲硫氨酸。这一理论在2010年被Bolten等[17]证实,并通过基因敲除和14C同位素示踪实验证明,催化这一反应的酶正是MetY。至此,MetY这一独特功能为该领域的研究提供了全新的线索。 2.1.2甲硫氨酸生产菌选育的相关研究 除发酵常用的谷氨酸棒杆菌和大肠杆菌之外,枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)、百合棒杆菌(Corynebacteriumlilium)也常用作改造的出发菌株。2012年,Dike等[3]从不同土样中筛选出三株蜡样芽孢杆菌(Bacilluscereus)RS-16,DS-13,和AS-9,其中最优菌株RS-16经96h发酵产甲硫氨酸1.84mg/mL。但野生型菌株氨基酸的生物合成受到严格的代谢调控,一般不能满足大量生产氨基酸的需要。因此,需要人为打破微生物对甲硫氨酸生物合成的代谢调节。筛选抗结构类似物菌株和营养缺陷型菌株是最常用的育种方法。2003年,Kumar等[18]采用紫外和亚硝基胍诱变技术处理百合属棒杆菌,筛选获得M-128菌株,其甲硫氨酸产量为2.3g/L;2009年,闵伟红等[19-20]通过抗结构类似物的筛选获得北京棒杆菌(Corynebacteriumpekinense)突变株E31,其甲硫氨酸产量达1.479g/L。2011年,该课题组以E31为出发菌株,采用复合诱变和青霉素浓缩法筛选获得12株赖氨酸和苏氨酸双重营养缺陷型突变株,其中突变株GE37的甲硫氨酸产量达3.55g/L。这些传统的改造方法机理难以阐明,工作量大,但突变全面、有效。随着基因技术的发展,2007年,Park等[1]解除了苏氨酸对HSD的反馈抑制,同时敲除了thrB基因,阻止苏氨酸合成。分批发酵过程中甲硫氨酸产量达2.9g/L。2011年,Chen等[21]利用分子动力学模拟与统计耦合分析相结合鉴别出30个关键氨基酸残基,并证明这些残基的突变可在不同程度上解除大肠杆菌AKⅢ的反馈抑制。至此,对于两大限速酶的研究逐渐趋于半理性,能在代谢和进化水平上做出合理的解释,改造目标更明确。在菌种选育过程中,一些新发现也给研究人员以启示。2005年,Mampel等[22]对谷氨酸棒杆菌进行转座子诱变,得到7000个具有乙硫氨酸抗性的突变株,转座子插入位点为ORFNCgl2640,NCl2640失活会导致甲硫氨酸产量增加,证明该位点与L-甲硫氨酸合成途径中某种抑制的解除密切相关。其结构和具体功能有待科研工作者深入研究。2010年,Bolten等[17]发现了MetY的独特功能后,试图对MetY进行过表达以增加甲硫氨酸产量,结果MetY酶活力提高近30倍,但发酵液中并无甲硫氨酸,胞内甲硫氨酸产量也只提高2倍。胞内组分分析发现其底物O-乙酰高丝氨酸已完全耗尽。这说明半理性的单基因修饰难以保证整个代谢网络的平衡,以途径中各代谢物和酶的功能性质及代谢流分布信息为基础,更加理性化的多基因修饰成为下一阶段的研究目标。2002年BiranD发现大肠杆菌[23]中MetA极易被四种依赖ATP催化的蛋白酶水解,且该基因受热转录休克调控。2013年,Dike等[24]对根癌土壤杆菌中MetA进行表征时发现了相同的不稳定性和极端不耐热特性。这极有可能也是赖氨酸和苏氨酸易发酵生产,在同一途径下游的甲硫氨酸却一直难以实现发酵生产的重要原因。 2.1.3甲硫氨酸向胞外输出的研究 发酵法生产甲硫氨酸在合成水平上不易达到增产目标,即便细胞质内甲硫氨酸产量得到提高,释放至培养液中的量却极少。总结有以下两方面原因:①微生物自身调控严格,为趋利避害,甲硫氨酸在自然条件下不会过量积累,即使经改造的菌株,甲硫氨酸的产量与微生物细胞适应性之间的平衡也难把握。②即使细胞质内甲硫氨酸过量积累,但其输出体系不完善,产物被微生物自身再利用或直接伤害细胞。2005年,Trtschel等[25]在已经提高了胞内甲硫氨酸浓度的条件下,利用DNA微阵列技术识别出过量表达的膜蛋白基因brnF(编码BrnFE中较大的亚基),之前研究表明其与异亮氨酸输出体系有关。当BrnFE的合成被氯霉素关闭时,仍能观察到大量甲硫氨酸输出,只有极大提高氯霉素水平,其输出才会减弱。这说明甲硫氨酸输出体系不止一个,还存在不易被识别、但输出能力高的其它体系。发掘并扩增输出通道既可增加发酵液中甲硫氨酸产量,又能避免代谢物积累对微生物的损伤。 2.1.4发酵条件的相关研究 对于甲硫氨酸发酵,最特殊的培养基成分即硫和甲基。以谷氨酸棒杆菌为例,2006年,Krmer等[16]用计算机模拟了不同硫源在甲硫氨酸合成途径中的应用。以硫酸盐为硫源通过直接巯基化途径生成1mol甲硫氨酸消耗8molNADPH,巯基转移途径消耗9molNADPH,而以硫代硫酸盐为硫源,整个代谢过程只需要5.5molNADPH,以硫化物为硫源,NADPH消耗量仅为硫酸盐的一半。但PPP途径和TCA循环所能提供的NADPH是固定的,因此不同硫源的利用效率有待在实践中考证。硫与甲基来源的结合可以考虑比较硫代硫酸盐与甲酸盐、硫化物与甲酸盐及甲硫醇的利用情况。除了这两种关键组分,2014年,Anakwenze等[26]从发酵的油豆种子中分离出甲硫氨酸产量为1.89mg/ml的赤云金芽孢杆菌(Bacillusthuringiensis)EC1,对发酵总体积、接种量、碳源及氮源浓度、促生长物质均进行探索优化,最终赤云金芽孢杆菌EC1甲硫氨酸的产量可以达到3.18mg/mL。对于发酵工艺的探索一直是实际生产中的关键。Sharma等[27]研究了百合棒杆菌产甲硫氨酸中稀释速率与溶解氧对甲硫氨酸产量的影响。最终确定当稀释速率为0.16、溶氧为42%时,甲硫氨酸生产速率最大值为160mg/(L•h)。2012年,贾翠英等[28]研究了不同破壁方法对细菌甲硫氨酸产量的影响。结果表明,经碱破壁、溶菌酶破壁,超声波破壁、碱与超声波复合破壁、溶菌酶与超声波复合破壁后,甲硫氨酸产量分别提高10.9%、12%、18.3%、19.6%、22.2%。这种工艺可以将胞内甲硫氨酸释放出来,增加收率,复合破壁比单一破壁效果更显著。 2.2酶法生产路线的相关研究 2.2.1外消旋混合物拆分生产甲硫氨酸 酶法拆分又分为两种思路,传统的拆分是消除外消旋混合物中的D-甲硫氨酸,另一种路线将D型转化为L型,纯化的同时也增加了产量无疑是更理想的选择。2007年,Findrik等[29]利用原玻璃蝇节杆菌(Arthrobacterprotophormiae)中D-氨基酸氧化酶、过氧化氢酶、红球菌(Rhodococcus)中L-苯丙氨酸脱氢酶、博伊丁假丝酵母(Candidaboidinii)中甲酸脱氢酶串联实现D-甲硫氨酸向L-甲硫氨酸的完全转化。更具意义的是,D-氨基酸氧化酶和L-苯丙氨酸脱氢酶可以作用于不同的底物,因此,该体系也适用于其它D型氨基酸及某种氨基酸外消旋体向L型的转化合成。 2.2.2化合物酶解生产甲硫氨酸 2014年,Jin等[30]对大肠杆菌中经密码子优化的腈水解酶基因进行重新合成和表达,从而有效利用2-氨基-4-甲硫基丁腈水解生产甲硫氨酸。并在催化剂充足的情况下,以固定的底物/催化剂比值探索底物最佳浓度。该课题组也对在填充床反应器中利用固定化静息细胞生产甲硫氨酸进行了研究,结果显示固定化腈水解酶100h后活性仍大于80%,甲硫氨酸总回收率达97%。该项研究表明,重组腈水解酶应用于甲硫氨酸生产具有巨大潜力,酶在微生物体内的过表达与酶的固定化技术相结合可能实现产量突破。 2.3发酵与体外酶催化路线相结合 发酵法即以培养基组分为原料,利用微生物自身体内代谢反应,将低成本原料转化为高价值产品,是最经济环保的氨基酸生产方式。发酵法之所以至今无法应用于甲硫氨酸生产,关键在于其合成途径的每一步均受到严格地反馈抑制,经本课题组改造后的菌株GE37的甲硫氨酸发酵产量也仅为3.55g/L[20]。因此发酵法生产甲硫氨酸仍处于科研阶段。体外酶催化反应目前并没有一套完整的独立生产体系,而是作为化学生产方法的辅助手段,2000年之前即用于DL-同型半胱氨酸向L-甲硫氨酸的合成及DL-甲硫氨酸的分离[31]。近年的研究也多属于化学合成法的下游,目的是获得高纯度的L-甲硫氨酸。酶催化与发酵法相比,反应过程较短,反应体系及条件易灵活操控。因此,发酵与体外酶催化路线相结合可以回避微生物的部分反馈抑制,缩短发酵过程以得到产量较大的中间体,进而以此为底物合成L-甲硫氨酸。韩国杰希公司采用的发酵/化学法联合生产工艺即为两种路线结合的实例,并于2012年宣布在东南亚建立产能80000吨的甲硫氨酸加工厂。该路线以葡萄糖为基质,利用微生物发酵法生产琥珀酰高丝氨酸,随后用酶将这一中间产物转化成甲硫氨酸和琥珀酸。如图3所示,经计算,这种全新的发酵/化学法联合工艺生产的L-甲硫氨酸成本略高于化学合成法[6]。 3面临的问题及展望 3.1发酵法生产面临的问题和建议 甲硫氨酸与其他氨基酸相比至今难以实现发酵法生产,综合上文所述,总结了以下三个方面原因和建议: 3.1.1硫源的利用效率 甲硫氨酸与其他氨基酸最大的不同即对硫源的需求,而发酵法应用最普遍的硫源为硫酸盐,需消耗大量NADPH,但生物体能提供的NADPH有限;硫化物对NADPH需求量虽少,但因多有毒且稳定性差,不适用于培养基;硫代硫酸盐兼具氧化性与还原性,应该对其进行进一步选择和研究。甲硫醇作为硫和甲基的综合供体,可以缩短代谢途径并为最后一步提供更多甲基。因此,应该对硫代硫酸盐与甲硫醇或二甲基二硫的复合使用进行新的尝试。提高NADPH的供应量也是菌株改造的策略之一。 3.1.2代谢途径调控的改造硫和甲基的参与已经使代谢途径增长,而合成途径中涉及到诸多反馈抑制性酶,进一步削弱了代谢流。如何确定关键酶、发现酶的活性中心及抑制剂结合位点,并进一步识别关键残基成为一个艰巨的课题。通过半理性设计,本课题组已找出北京棒杆菌(Corynebacteriumpekinense)天冬氨酸激酶与抑制剂结合位点有直接或间接作用的所有关键氨基酸残基,并通过突变解除反馈抑制得到高活力菌株。2013年,李慧颖[32]得到突变体R169H,酶活较突变前提高2.3倍;同年,郭永玲[33]得到突变体T361N、A362I,酶活分别提高47.99倍、34.60倍;2014年,任军等[34]得到突变体G277K,酶活提高9.48倍;同年,朱运明等[35]得到突变体G377F,酶活提高9.3倍。此外,类似的单基因修饰研究缺少全面性和持续性,还应对改造前后的代谢流变化进行对比分析,尝试针对改造后的缺陷进行多基因修饰,继续对甲硫氨酸产量是否提高进行试验。较成功的理性设计在甲硫氨酸同族氨基酸——赖氨酸生产中有成功的先例。2013年,SKind等人[36]根据TCA循环和赖氨酸合成途径相关知识,通过敲除sucCD在琥珀酰辅酶A合成酶水平上有目的性地阻断TCA循环,使其与赖氨酸合成途径相结合,增加目的产物合成途径代谢流,产量提高60%。由于理性设计需要大量全面准确的生物学信息,直接针对代谢流的整合在甲硫氨酸研究领域还需要尝试和突破。 3.1.3关键酶在代谢过程中的稳定性 在大肠杆菌和根癌土壤杆菌中均证实了高丝氨酸酰基转移酶(homoserinetranssuccinylase,HTS)的不稳定性,这可能也是赖氨酸和苏氨酸易发酵生产,而同一途径下游的甲硫氨酸却一直难以实现发酵生产的重要原因。其极端不耐热和易被蛋白酶分解这两大特性,是发酵法面临的难题。对Biran等人发现的四种可能分解HTS的蛋白酶进行修饰,或与嗜热菌关键基因整合都是菌株改造可以尝试的方向。此外,甲硫氨酸向胞外输出的研究尚不成熟,可在菌株改造后,对胞内组分进行量化分析,以探索胞内甲硫氨酸产量最大时的条件,以及能分泌到胞外营养缺陷型菌种选育。 3.2酶法生产面临的问题和建议 酶法合成一般不作为单独的生产路线,传统的酶法是与石化生产路线相结合,以石化生产废弃物为原料,进行化学合成后,对外消旋混合物进行拆分以得到高纯度的L-甲硫氨酸,其中Findrik等人[29]将D型转化为L型的试验是更具意义的研究。韩国杰希公司首次采用发酵法与体外酶催化的联合生产工艺,先利用微生物发酵生产琥珀酰高丝氨酸,随后用酶法在微生物体外将这一中间产物转化成甲硫氨酸和琥珀酸。降低生产成本的同时减少污染。2010年,Bolten等人[17]对谷氨酸棒杆菌MetY进行过表达使酶活力大幅提高,但由于胞内底物耗尽,甲硫氨酸产量未仍不理想。参考杰希公司,可尝试由发酵法获得大量O-乙酰高丝氨酸,并利用过表达的酶在体外催化甲硫醇与O-乙酰高丝氨酸生成甲硫氨酸。目前,对酪氨酸、半胱氨酸和脯氨酸的生产,从蛋白中分离仍是最经济的方法。由于植物可以合成甲硫氨酸,因此通过酶解方法利用稻草等农作物的废弃物生产甲硫氨酸是最经济的模式。2015年,Sanders等[6]对这种方法的成本进行了核算,证明了其具有一定可行性。但该法不适用于获得高纯度的L-甲硫氨酸,因为产物组成复杂,分离纯化难度大。甲硫氨酸的生物技术生产与理论值之间的差距证明,此项研究具有广阔的进步空间,对微生物发酵、酶法分解等多方面的探索仍有待深入研究。随着现代生物技术的发展,利用生物技术生产甲硫氨酸仍将是科研工作者面临的重要课题。 作者:王隆洋 闵伟红 单位:吉林农业大学食品与工程学院 小麦和玉米深加工国家工程实验室 生物技术进展论文:生物技术进展探究 1种质资源的遗传多样性及鉴别 铁皮石斛苗期与石斛属有些品种在形态特征上有相似性,特别是涉及到种内遗传差异时,利用传统的鉴别方法往往不易区分。RAPD[12]、AFLP[13-14]、SSR[15]、ISSR[16-17]等分子标记技术目前被广泛用于铁皮石斛不同野生居群、不同栽培群体的遗传多样性及亲缘关系的研究。采用RAPD技术进行基因组DNA多态性分析,能从石斛属内26个种当中方便快捷地鉴别出铁皮石斛[12]。Ding等[18]利用SRAP标记分析铁皮石斛9个居群共84份材料的遗传多样性,并进行聚类分析,结果表明原位保存是保证铁皮石斛遗传多样性的首选方法;采用RAPD和ISSR分析9个铁皮石斛自然居群,表明居群间的遗传差异明显,具有丰富的遗传多样性,并且ISSR的多样性检测优于RAPD[19]。谢明璐等[15]利用开发的SSR标记成功对铁皮石斛种质纯度进行鉴定。金波等[20]将扩增获得的铁皮石斛特异RAPD分子标记片段,经克隆、测序,重新设计一对特异性引物转化成稳定的SCAR标记,能特异性地在铁皮石斛中扩增出300bp的片段,实现铁皮石斛的快速有效鉴定。Hou等[21]利用15个新的三核苷酸微卫星标记能够简便快捷地对铁皮石斛进行遗传多样性鉴定和分析。建立DNA指纹图谱,有利于鉴定和筛选铁皮石斛优良品种。虞泓等[22]用AFLP技术对石斛属内4个品种和1个外类群种进行基因组DNA多态性分析,构建了药用石斛的DNA分子指纹图谱。为更准确地进行铁皮石斛种质鉴定、遗传图谱构建、基因定位和遗传多样性的分析,赵瑞强等[23]采用正交设计和单因素相结合的方法构建和优化铁皮石斛SCoT-PCR反应体系,在32份铁皮石斛材料的遗传多样性验证中表现出良好的稳定性和重复性。基因芯片从遗传的角度鉴别铁皮石斛品种真伪,进一步推动了铁皮石斛的遗传分析和鉴别。Sze等[24]利用5SrDNA的基因间隔区的不同,建立了高通量鉴定商业石斛(枫斗石斛)的基因芯片,可以对铁皮石斛与其他种类的石斛进行有效区分。基因芯片与中药化学成分指纹图谱等的鉴定相结合,能确定铁皮石斛药用价值的优劣,发挥最佳作用[25]。 2组织培养 铁皮石斛种子自然状态下萌发率极低,利用组织培养进行铁皮石斛人工快繁是解决铁皮石斛野生资源短缺的有效途径,已有大量石斛组织培养条件的研究报道,目前铁皮石斛试管苗已进入商品化生产。2.1外植体铁皮石斛组织培养外植体来源广泛,一般采用野生铁皮石斛种子[26-29]、根尖[30-31]、茎段[32-34]、腋芽[35]等作为外植体。应用最早和最广泛的外植体是无菌种子,在离体培养条件下,种子萌发后形成原球茎,原球茎可以直接发育形成幼苗,也可以诱导原球茎产生大量愈伤组织,由愈伤组织再分化发育成幼苗[36-37]。唐桂香等[26]以成熟的铁皮石斛种子为材料,以1/2MS为基本培养基并添加20%马铃薯液,种胚萌发率达到79.35%,并能成功诱导出原球茎。杜刚等[27]以铁皮石斛种子为外植体,通过组织培养获得大量种苗。秦廷豪等[31]用铁皮石斛茎段、带顶芽的茎段和根蔸3类外植体在MS培养基上进行诱导培养,发现仅根蔸能诱导出原球茎。王丽萍等[32]和李泽生等[34]分别以MS和1/2MS为基本培养基,选用铁皮石斛幼嫩茎段为外植体能够高效诱导出原球茎。张红梅等[33]以铁皮石斛茎段为外植体材料,经历芽诱导、丛生芽增殖和生根培养3个阶段,获得大量的试管苗,芽诱导率达到86.7%。2.2基本培养基选择合适的培养基是组织培养最关键的一步,针对培养目的、培养途径、培养阶段的不同,所使用的培养基也不同。铁皮石斛组织培养采用的基本培养基包括MS,1/2MS,N6以及相应的改良培养基等[37]。最适培养基的选择主要根据不同外植体来源和不同生长阶段决定。以铁皮石斛种胚作为培养材料,研究发现未经改良的N6培养基对胚的萌发和生长最好,以茎尖作为培养材料,N6培养基诱导愈伤组织能力明显不如MS[38-39]。以铁皮石斛茎段为材料诱导丛生芽,1/2MS诱导的效果最好,生成的苗粗壮[40]。鲍腾飞等[41]的研究表明1/2MS最有利于铁皮石斛类原球茎的生长增殖。王春等[42]以1/2MS+1.0mg·L-1BA+0.5mg·L-1NAA培养基诱导铁皮石斛原球茎,诱导率达到58%。铁皮石斛不同生长阶段的最适培养基也有较大差异。1/2MS、MS和Kc等培养基都适合原球茎的增殖,而B5和1/2MS较适宜铁皮石斛的壮苗培养[43]。2.3培养条件除基本培养基之外,包括外源激素、附加物、蔗糖、pH值、温度和光照等培养条件对不同阶段铁皮石斛生长分化均有影响。铁皮石斛组织培养中常使用的外源激素主要是生长素类(如IAA、IBA、NAA)和细胞分裂素类(如BA、ZT和KT)[44]。苏钛等[45]的研究表明,BA相对于其他激素对铁皮石斛原球茎诱导效果最好,以2.0mg·L-1BA诱导率最高。洪森荣等[46]探讨6-BA和2,4-D对铁皮石斛原球茎增殖和分化的影响时发现,添加1mg·L-16-BA和0.1mg·L-12,4-D对原球茎增殖效果较好。唐桂香等[26]的研究表明,0.5mg·L-1NAA对铁皮石斛的生根效果最好。李璐等[47]比较了6-BA和TDZ对铁皮石斛花芽诱导的影响,结果表明,0.2mg·L-1TDZ最适宜诱导其开花。宋顺等[48]以MS为基本培养基,发现添加0.5mg·L-16-BA和1.5mg·L-1NAA最适合铁皮石斛原球茎诱导,其诱导率为95%;而添加1mg·L-16-BA和1mg·L-1NAA最适合原球茎增殖;添加5mg·L-16-BA+1mg·L-1NAA最适合原球茎分化,其分化率达80%;而在根诱导的培养基中添加1.5mg·L-1IBA+100g·L-1香蕉泥,其生根率能达到100%。一些有机添加物对铁皮石斛种子萌发、芽增殖、组培苗壮苗具有一定的促进作用,已报道的有马铃薯泥[49-50]、香蕉泥[49]、苹果汁[51]等,使用浓度一般在10%~20%。培养基的pH值、温度、光照强度和时间均对铁皮石斛生长有明显的影响。陈青青等[52]研究表明,pH对铁皮石斛的苗鲜重和生根率影响显著,以pH值5.4为宜,其原因可能是pH影响细胞的透性、代谢和培养物的生长与分化,在25℃、光照强度为1500lx时,最适宜铁皮石斛生长。鲍顺淑等[53]的研究表明,在人工光型密闭式植物工厂的可控环境条件下,在光照强度和CO2浓度一定时,光照时间控制在12h/d,铁皮石斛组培苗的净光合速率和叶绿素含量较高,干重和腋芽数增加较多,表现出良好的生长与繁殖能力。 3诱变育种 铁皮石斛生长相对缓慢,一般2~3年才能采收,对现有品种进行遗传改良,培育生长迅速、药用有效成分含量高的新品种是提高产量及质量的有效途径。诱变育种突变频率高,诱发变异较易稳定,可有效改良作物性状,缩短育种年限[54]。物理及化学诱变是常采用的方法,辐射诱变结合组织培养,能加速变异性状的稳定和新品种的育成。詹忠根等[55]利用137Csγ射线辐照铁皮石斛种胚原球茎,针对形态变异的试管苗,采用流式细胞分析DNA的倍性变化,结果发现大部分外部形态发生改变的植株其细胞内DNA的倍性发生了改变。洪萨丽等[56]利用60Co-γ辐照霍山石斛原球茎,研究诱变对石斛生长和生物碱积累的影响,结果表明适当剂量的60Co-γ辐照处理可促进POD、SOD、CAT和PAL酶活性,抑制PPO酶活性,从而能促进石斛原球茎生长,提高悬浮培养原球茎生物碱含量。张青华等[57]采用0.09%秋水仙碱处理24h诱导铁皮石斛丛生芽变异率达到48%,对叶、气孔、染色体的检测,证明变异芽为四倍体或嵌合体。2.5g·L-1植酸能促进石斛多糖的合成,还能促进石斛对碳、氮、磷的吸收[58]。太空诱变育种在中药材品种培育和改良中应用广泛,目前已有数十个审(认)定的中药材品种是通过太空诱变获得的。经航天诱变的仙斛1号铁皮石斛已经通过浙江省非主要农作物品种审定委员会认定。太空诱变技术在有效创造特异突变基因资源和培育作物新品种方面已经显示出重要的作用,成为空间生命科学研究的重要组成部分[59]。利用太空诱变培育突破性优良品种方面具有的独特优势,使今后获得更多优良铁皮石斛新品种成为可能。 4基因工程 4.1基因克隆铁皮石斛的药用有效成分为生物碱、石斛多糖等植物次生代谢产物,这些次生代谢产物需要经过复杂的代谢途径最终合成,并受代谢的关键酶与限速酶调控,如转移酶、合成酶、环化酶等。对关键酶基因进行克隆和分析,是研究铁皮石斛药用有效成分代谢途径及相关分子机制的重点,也是培养优质铁皮石斛新品种的基础。樊洪泓[60]克隆了石斛生物碱合成途径中的关键基因法呢基焦磷酸合酶基因(FPS)的片段,并进行序列分析。为研究铁皮石斛多糖合成与蔗糖合成酶活性关系及表达调控,孟衡玲等[61]成功克隆了铁皮石斛蔗糖合成酶基因(DOSS1)并对其表达分析。曾淑华等[62]对克隆的铁皮石斛磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因(pepc)进行表达分析发现,pepc基因在F型铁皮石斛中的表达量为H型的5.55倍。植物凝集素如甘露糖结合凝集素与植物抗病虫害密切相关。铁皮石斛在自然条件下很少发生病虫害,为探究其病虫害抗性与兰科植物凝集素之间的内在关系,Chen等[63]提取铁皮石斛叶片的RNA,根据兰科植物凝集素保守序列区设计引物,通过RACE技术克隆得到全长768bp的铁皮石斛甘露糖结合凝集素基因(DOA),包含1个498bp的开放阅读框,其编码的165个氨基酸为凝集素前体。半定量RT-PCR分析表明,DOA基因是一个组成型表达基因,在根、茎、叶中均有表达,在茎中表达量最高,可能与铁皮石斛茎的病虫害抗性密切相关。铁皮石斛自然状态下种子萌发需要真菌共生,生长阶段也常伴有共生真菌。钙依赖蛋白激酶(calcium-dependentproteinkinases,CDPKs)以及促分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activatedproteinkinase,MAPK)及其级联途径在从枝菌根、根瘤菌-宿主植物共生体系中起重要调控作用。张岗等[64-65]从小菇真菌(Mycenasp.)侵染的铁皮石斛根中分别克隆了一个受菌根真菌诱导的铁皮石斛钙依赖蛋白激酶基因(DoCPK1)和促分裂原活化蛋白激酶基因(DoMPK1),在小菇真菌侵染30d的石斛根中,DoCPK1和DoMPK1基因表达均显著上调,分别达到对照根中的5.16倍和7.91倍,表明DoCPK1和DoMPK1基因参与小菇真菌和铁皮石斛菌根早期互作,可能在该共生体系中起作用。4.2遗传转化目前,铁皮石斛的遗传转化最常用的方法是农杆菌介导法和基因枪法。根癌农杆菌(Agrobacteriumtumefaciens)介导遗传转化关键时期为共培养阶段。Yu等[66]构建了含β-葡萄糖苷酸酶基因(GUS)的表达载体,以潮霉素磷酸转移酶基因(Hpt)筛选标记,将类原球茎与农杆菌在无抗生素的培养基上共培养3d,光照16h·d-1,再转移至添加50mg·L-1羧苄青霉素的培养基上继续培养3~4周,之后在含200mg·L-1卡拉霉素的培养基上选择培养6~8周得到转基因植株。GUS组织化学检测和Southern杂交证明GUS基因成功表达。基因枪法在石斛转基因中应用更多。Kuchnle等[67]采用微粒轰击法将Nos-NPTII基因和番木瓜病毒(PRV)外壳蛋白基因(CP)一起导入杂种石斛的原球茎。经过卡那霉素选择培养,PCR分析表明,13株抗性植株带有NosNPT基因,其中有1株带有PRVCP基因。Chia等[68]成功将荧光素酶基因(Luc)通过基因枪法导入石斛类原球茎并获得再生植株。Yu等[66]进一步发展了一个高频再生、高效而稳定表达的转化体系。以潮霉素磷酸转移酶基因HPT为筛选标记,50mg·L-1浓度下就能完全抑制非转化的杂种石斛原球茎生长。杨雪飞等[71]利用基因枪法将来源于大麦(HordeumvulgareL.)的抗旱耐盐基因lea3导入铁皮石斛的类原球茎中,经PPT筛选和生根壮苗培养获得转化植株。对转化植株进行除草剂PPT叶片涂抹检测和lea3基因的PCR检测,结果表明lea3基因已整合到6个株系7株铁皮石斛转化植株基因组中,转化频率为1.05%。与对照相比,获得的转lea3基因植株的耐盐胁迫能力明显增强。铁皮石斛转基因植株的遗传特性可以稳定表达,这为利用转基因技术进行铁皮石斛优良新品种培育奠定了基础。 5展望 铁皮石斛药用价值极高,但由于较长时期缺乏保护和发展,加上生态环境破坏,近年来野生资源数量急剧下降。铁皮石斛行业标准已于2012年制定,但是,宣传和贯彻落实力度不够,铁皮石斛产业和市场仍然比较混乱。不少研究者对铁皮石斛的遗传多样性进行分析,克隆铁皮石斛代谢途径中的一些关键基因,对其遗传转化技术作了探索,但分子生物学等基础研究整体相对滞后。今后应从以下几方面开展工作:首先,应该积极推进行业标准的贯彻落实。其次,加强种质资源保护和鉴定,建立种质资源的分子遗传图谱和可追溯的原始档案,为高产优质新品种选育提供理论依据。创新和优化组织培养技术,缩短培养周期,降低生产成本,建立标准化培养和生产技术体系,为其规模化生产奠定基础,从而解决资源短缺问题。此外,加强铁皮石斛的基础研究工作,发掘特异和优良基因资源,利用基因工程技术为育种提供新的途径,为铁皮石斛产业发展探求新的道路。 作者:张志勇 齐泽民 黄作喜 单位:内江师范学院生命科学学院 四川省高校特色农业资源研究与利用重点实验室 生物技术进展论文:生物技术在粮油食品工业的研究进展 【摘要】生物技术是科技时代迅速发展的产物,广泛的应用到人类生活的各个方面,对解决人类生活面临的食物、资源、健康等重大问题起着重要的作用。本文对现代生物技术在粮食生产、粮食储藏、粮油食品加工、粮油食品检测、粮油副产物利用和饲料工业等各方面的应用研究进展进行论述。 【关键词】生物技术 粮油食品工业 生物技术又可称之为生物工程,主要包括分子生物学、微生物学、细胞生物学、生理学、免疫学、系统生物学等多种学科,并和计算机、化学等学科内容相互渗透成为一个比较综合的学科,主要包括基因工程、细胞工程、酶工程等技术,其中基因工程是其主要的核心技术,该种技术主要应用在农业、植物、医学、食品、动物等领域。应用现代生物技术可以按照人们的意愿创造出人们想要的物种,或者是具有全新的功能,或者是改造原有的功能使其更好的满足人们的需求。 一、生物技术在粮食生产中的应用 生物技术在粮食生产中的应用主要有以下几个方面:可以利用转基因技术获得产量更高,并有一定的抵御虫害的作物品种,获得营养价值更高的作物品种,此外,还可以利用细胞工程技术对植物进行无性繁殖,从而获得高产量的作物,利用生物技术可以制造出无毒生物农药从生产出更多的绿色产品。生物技术培育出的作物主要有三代,第一代是通过培育转基因作物可以提高农作物抗虫害的能力,目前种植面积比较多的是抗除草剂的农作物。第二代是通过转基因来提高农作物的营养价值为主要特征。第三代是通过转基因作物提高食品的免疫功能,即可以利用转基因的作物来生产一些具有新功能的食品以及药物。 二、生物技术在粮油加工中的应用 我国的粮油加工产品主要以初级产品为主,而在食品的精深加工方面比较落后,资源的深层次利用率比较低,而利用生物技术可以将产品原料加工成产品并实现产业化,通过对农产品的二次开发以此形成新的产品。利用生物技术可以快速的提高粮油加工的能力并提升水平,使我国的粮油加工生产能力能够得到跨越式的发展。 三、生物技术在食品加工中的应用 生物技术已经渗透到了食品加工的各个方面,利用基因工程可以有效的改良发酵工业中的微生物菌种,对食品加工原料进行改造,提高氨基酸在食品加工中的含量,此外,利用基因工程还可以改进其生产工艺,进一步提高食品的营养价值。利用蛋白质工程可以创造出人类需求的不同功能的蛋白质新产品,可以更改酶的特性。在食品工程中酶技术的应用比较成熟,在粮油食品加工中应用比较广泛的是酶制剂的应用,主要有酿造酶、蛋白酶、果品酶等。这些酶主要应用在果蔬加工,乳制品加工等方面。 四、生物技术与食品安全 生物技术在食品安全中的应用主要是转基因食品安全问题。任何物种在进化过程中都会经历自然选择或者是人工选择,他们能够幸存的物种都是这两种选择的结果,不过是自然选择还是人工选择其实质都是遗传变异选择,在物种进化中遗传是基础,变异一定会存在。任何物种都是在遗传的基础上经过进化发展而来的,对遗传变异进行人工选择就是常规育种,而转基因育种在本质上和常规育种并没有本质的区别,转基因的食品安全问题和其它新出现的技术一样,只是在人类科学进步进程中新出现的科学问题而已,应该对以抱有正确的态度,深入的对其进行研究和探讨。转基因技术作为发展最快的新技术,正对人们生活的各个方面产生巨大的影响。 五、生物技术与食品安全检测 食品安全越来越受到人们的关注,日常食品安全已成为人们生活的焦点,为了让人们吃到更为安全的食品,对食品安全检测技术的研究已经提上日程,而生物技术在食品安全检测中的应用,发挥了较大的推动作用,并取得了不错的效果。在当前的食品安全检测中比较广泛应用的生物技术有生物芯片、免疫技术等生物技术,通过这些生物技术的应用使得食品安全的检测更加方便快捷而且灵敏度也比较高,人们对食品安全也更加放心。 六、粮油深加工生物技术的进展 在粮油深加工方面,美国主要利用酶以及发酵工程来进行粮油资源的开发,同时还利用基因工程等生物技术来改良农作物的性能,改善农作物所含的营养价值。生物技术在粮油加工中的应用主要有以下几个方面,首先是利用生物技术进一步提高农作物的产量,并为农作物的生产寻找更好地的农业技术。通过新的生物技术的应用进一步改良农作物的品种,另外,还有利用农作物、农业废弃物和加工副产物生产工业制品,包括生物能源、生物材料等。 七、结语 生物技术在食品粮油领域,在食品生产、粮油食品加工以及副产品利用等方面都有重要的应用,随着基因组技术在农作物的成功实施以及深入开展,新一轮的农业技术革命将会展开。为此,要认识在粮油食品安全领域生物技术应用的重要性,并不断在粮油食品加工中引入生物技术,以更好的促进粮油食品加工行业的发展。 生物技术进展论文:环境保护工程中生物技术与重要进展 【摘要】随着环境保护工程的广泛展开,生物技术的应用已经拓展到各个方面,从单个环境目标治理,发展为全系统的广泛应用。本文主要阐述环境保护工程中生物技术的应用及重要进展进行论述。 【关键词】环境保护工程;生物技术;进展 1 环境保护与生物技术关系概述 环境保护的涉及面很广,包括空气质量、水资源保护、土地保护、森林保护等内容。由于人类对自然资源的过度开发和不合理利用,环境问题已经日益激化,生物技术作为一项有效的科技手段,对解决环境问题有着积极地作用。在当今资源保护过程中,生物技术已经占有主要的地位,生物净化技术的应用得到广泛认可。 生物技术方向潜力巨大,有很多领域都有新发现,继续挖掘生物技术的潜能,是未来环境治理的主流方法。生物技术的发展给环境保护带来了福音,但是生物技术的应用必须是严谨的,并遵守既定的原则,否则可能会再次对环境造成污染。随着人们生活节奏的不断加快,人们对于快捷方便的生活方式越来越依赖,但是经济发展不能以牺牲环境为代价,人类应该以高效率、低耗能、投入少的方式发展经济。生物技术能够成为经济发展的基本保障,深入研究生物技术,符合我国环境发展的国情。 2 环境生物技术的特点及现状 无数种生物构成了地球的生态系统,依靠这些生物完成了生态系统内的物质循环过程。环境生物技术产生就是利用了物质循环的原理,随着科技的发展生物技术被证明是环境保护的理想手段,这一技术的独特功能在解决环境问题过程中显示出无可比拟的优越性,这充分体现出它是一个纯生态的过程,符合我国可持续发展的战略思想。生物技术对处理环境污染具有很好地作用,同时具有速度快、成本低、效率高、消耗低等优点。因为生物技术来源于自然界中的生物,所以具有无二次污染、反应条件温等显著特点。环境生物技术明显的优势以及其广阔的市场前景,受到了世界各国的高度重视。 目前环境保护对生物技术的应用主要是微生物及其衍生物,少部分生物技术利用植物控制环境污染。目前生物技术是环境保护中应用最广泛、最为重要的技术,其在很多领域发挥作用。 3 环境生物技术的应用进展 3.1 在治理大气污染和改善空气质量中的应用 雾霾是2014年出现频率非常高的词,整个冬天它都纠缠着我国大部分城市,这样大规的雾霾天气说明我们的空气质量正在急速下滑,大气污染问题已经不容忽视,它已经严重影响人们的生活和身体健康。我国对治理大气污染、空气污染非常重视,生物技术已经应用在大气污染治理上。目前主要采用的方法有生物的吸附、生物的洗涤和生物的过滤等方法[2。生物技术虽然仍需要更大程度的提升,但与传统的废气治理方法相比,生物技术转化废气效果更加明显,而且节省时间,大大提高了工作效率。生物技术对能源的净化和转化更加安全可靠,经过处理的气体不会造成二次污染,甚至可以达到二次利用的效果。 3.2 在改善水体质量,治理水源污染中的作用 生物技术应用最为广泛的领域就是在改善水体质量方面,生物处理是目前水处理技术的重要手段,世界范围内大多都采用这一方法进行污水的处理。我国在污水处理上也会遵循这一趋势,不断研究发展并提升生物处理污水的能力。目前常见的水污染治理的生物技术有活性污泥法、生物膜处理法、稳定塘法、土地处理系统法和人工湿地处理系统法等[1]。生物技术应用突出表现在微生物水处理剂、废水处理、以及生物修复等方面。 3.3 在治理土地污染中的作用 我国针对土壤严重污染的问题,出台了较多政策进行治理。目前我国通常采用物理治理的方法解决土地污染,通过大面积的植树造林,保持水土,启动土壤森林净化循环的作用,避免发生大范围的水土污染和流失。其他物理化学方法以洗脱、吸附)为主 ,不仅投资成本高,而且极易造成二次污染[1]。我国作为农业大国,农业生产对土地的依附性很大,如果不注意土地污染问题的治理,后果不堪设想。但传统方法修复周期过长,治理速度远远不及污染速度,因此必须运用生物技术对土壤污染进行治理,同时保护土壤的有机成分,挽救每况愈下的土地。 3.4 生物技术的其他应用方向 生物转化过程是以酶为反应介质进行的,因为酶是一种活性蛋白,极易受到酸、碱及高温的破坏,所以生物反应的过程必须在常温、常压的环境下进行。生物反应的条件相对比较好达到,因而其投资少、耗能低、速度快好、效果好、操作简便、设备简单。 生物转化代替化学处理可以大大降低反应过程的污染水平,更有利于实现生态化生产或无废生产,从而实现清洁生产的目的。此外,生物反应的产品及副产品大多都是可以加快生物降解,有的甚至是下一次反应的催化剂,且反应产物大多可以作为其他生物的营养源加以利用。 4 结束语 随着经济的不断发展,我国环境问题日益凸显,环境问题亟待解决,现有的生物技术已经不能满足社会发展的需要,因此需要不断挖掘生物技术的潜力,环境治理和技术革新的探索之路还要继续走下去。未来生物技术的研究必须要考虑到经济发展的因素,实现经济发展与环境保护相统一,促进社会进步与环境保护的协调发展。 生物技术进展论文:有机废水处理中的环境生物技术及其进展 【摘 要】对于大多数的国家来说,有机质为主的水污染是水环境保护过程中的首要问题,有机质水污染形成的原因包括城市生活污水与工业、农业等有机废水的排放。生物环境技术成为了当前处理有机废水最主要的方法,主要是由于其效率高、能耗地、处理速度快、适用性好及安全性好等特点。本文主要介绍了生物环境技术中的好氧与厌氧处理工艺、人工池塘和湿地的方法与应用。 【关键词】有机废水;生物环境技术;综述 在世界五大环境问题中水资源方面的问题显得非常的突出与紧要。我国虽然是世界上的资源大国,有着非常丰富的地表水资源,但是我国由于人口众多的原因,人均淡水资源量达不到世界平均水平的四分之一。随着经济的发展和人口的增长,我国所面临的水质污染与水生态污染的问题越来越突出,这方面的问题制约着我国的经济建设和社会发展,威胁这人们的饮水安全与可持续发展。而在全球范围的水质与水生态污染中有机污染的影响最为严重,主要的有机废水来源包括城市生活污水及工业、农业、养殖业的废水排放。 1 生化处理技术 生化处理就是通过微生物来对有机废水中的有机污染物进行消化和分解,从这个过程中得到碳和能源。根据生化反应的不同可以将生化处理技术分为好氧与厌氧两种。好氧降解中,有机物质被完全分解为水和二氧化碳,降解比较彻底,效率也高,是生化处理技术的主要方法。厌氧降解中是改变有机物质的化学结构,反应需要的时间较长,但能够降低有机废水中有机物质的浓度,也能够降解一些难降解的有机物质,因此也有着重要的地位[1]。 1.1 好氧降解 1.1.1 活性污泥降解方法 这种方法属于好氧降解技术中最传统的,其中的活性污泥实际上是微生物生长于繁殖之后形成的絮凝体,这种物质有着非常强的吸附于分解有机物质的能力,而且自身的凝聚性较好。具体的方法就是在有机废水中曝气供氧来使微生物形成活性污泥,从而降解有机物质。 1.1.2 生物膜法 这种方法主要是在有机废水中添加微生物附着的介质来进行有机物质分解,微生物在介质表面不断地生长和繁殖就会形成膜,这些膜对污水进行净化。随着生物膜不断地分解有机物质,微生物会不断的生长,因此生物膜也会越来越厚,在着过过程中在生物膜的内部就会形成一种微生物生长的兼氧与厌氧的环境,因此生物膜法中其实也有着一部分厌氧降解的作用[2]。随着生物膜厚度的增加,达到一定程度之后会自动脱落成为污泥,介质的表面会重新生长微生物从而形成新的生物膜来净化污水。 1.2 厌氧降解技术 在酿酒、制酱等领域中,厌氧技术有着非常悠久的历史,但是直到1881年才得以在水环境保护中得到应用。随着技术不断的完善和使用范围的不断扩大,人们渐渐认识到了厌氧降解技术产能高、能耗小的优点,研发出了厌氧滤池、厌氧流化床、厌氧生物转盘等厌氧反应器。这些厌氧反应器都有着共同的特点:有机负荷比较大、反应时间有所缩短。近几年来,厌氧技术逐渐应用到了工业、农业、养殖业等高中低不同浓度的有机废水和城市生活污水的处理中。但是厌氧降解技术产出的水质不能够达到排放标准,“后处理”成为了技术最重要的缺陷。 2 生物自然净化技术 2.1 生物塘 在水中培植大量的生长快速的水生植物就形成了生物塘,这种方法主要是通过水生植物的吸收和收获来讲有机污水中的有机物质带走,从而达到净化水体的作用[3]。在生物塘中增加曝氧系统就会形成氧化塘,能够在生物塘中兼具好氧降解的功能。传统的生物塘存在面积大、处理时间长、出水不合格等缺陷,在不断地改进过程中总结出了解决这些缺陷的几点措施:高效水生植物的培育、实现生物塘综合处理等。 2.2 人工湿地 人工湿地发展的基础是污染灌溉,这种方法投资与能耗都非常低,而且还能够为农作物提供肥力。将污水经过一级和二级处理之后就用于灌溉系统。沼泽、泥潭与水域边缘地带等都属于湿地,水体、这种条件之下发育的土壤、适应这种环境的动植物就组成了整个的湿地环境。人工湿地就是指通过人工建造于湿地功能相似的系统,由于保护水资源与改善水生态环境。人工湿地包括表面流型、潜流型、垂直流型三种,其中垂直流型应用最为广泛。 3 环境生物技术的展望 生物环境技术不断发展的动力与目的都是提高污水处理效率、降低技术应用成本。难降解有机物质、高浓度有机废水和去氮除磷问题是当前有机污水治理的主要难点和方向,是环境生物技术的发展方向。 3.1 实现的工艺优化组合 不同的工艺通过优化组合就能够实现优势互补,是生物降解技术的一个重要的发展趋势。例如好氧降解与厌氧降解实现组合能够克服好氧负荷率小于去氮除磷效果差的缺点,克服厌氧处理时间较长与出水水质不高的缺点。 3.2 与其他技术相结合 环境生物技术的发展需要其他科学技术的配合,要将环境生物技术与其他的技术结合起来才能够提高处理的效果。高效生物技术与光、电的结合能够由于有毒有害难降解有机废水的处理,例如如光催化氧化-生物处理新技术、电化学高级氧化-高效生物处理技术等。环境生物技术不断地与计算机、电子信息等技术的结合,逐渐实现了环境生物技术的自动化与模块化。 3.3 难降解有机物质的处理 在微生物群体中占优势的与降解力较高的菌种都属于优势菌。可以通过自然筛选驯化、混合培养、细胞工程、基因工程等方式来培养优势菌种。这些优势高效菌种能够用来对难降解的有机物质进行处理,是现代环境生物技术的发展热点之一。 3.4 生物传感器 生物传感器能够实现自动连续监测,能够判断污染的发展趋势、探索污染物的转化与降解规律、检测污染物突变的原因、分析污染的来源等。生物传感器的研制对生物环境污染的监测有着积极地作用,使其更加的方便、快捷、灵敏、全面,而且还具有廉价、简单、快速等优点。 4 总结 水领域中应用的技术种类有很多种,每种技术都有各自的优点和适用的范围。环境生物技术主要是利用生物本身或者去其产物来对水污染进行治理,微生物和植物是生物主体,微生物主要是发挥降解功能来净化有机污水中的有机物质,而植物主要是通过吸收功能来实现治理有机污水。这种技术效率较高、投入较大、安全性好、适用范围广,应该在有机废水的处理过程中积极推广。 生物技术进展论文:环境保护工程中生物技术与重要进展 【摘 要】全球范围内的环境问题十分严峻,因此人们对环境保护的重视程度也逐渐提高。党的十八大对生态文明建设做了进一步部署,环境保护是我国建设和谐社会的重要内容。环境保护离不开科学技术的支持,而生物技术在其中起到举足轻重的作用。 【关键词】环境保护工程;生物技术;进展 随着环境保护工程的广泛展开,生物技术的应用已经拓展到各个方面,从单个环境目标治理,发展为全系统的广泛应用。本文主要阐述环境保护工程中生物技术的应用及重要进展进行论述。 1 环境保护与生物技术关系概述 环境保护的涉及面很广,包括空气质量、水资源保护、土地保护、森林保护等内容。由于人类对自然资源的过度开发和不合理利用,环境问题已经日益激化,生物技术作为一项有效的科技手段,对解决环境问题有着积极地作用。在当今资源保护过程中,生物技术已经占有主要的地位,生物净化技术的应用得到广泛认可。 我们享受着经济发展给生活所带来的舒适和方便,却忽视了环境对人类发出的警告。经济发展的代价是环境的严重破坏,随着环境破坏程度越来越严重,人们开始清醒的认识到环境必须要好好治理了。国人环境治理的意识正在不断的加深,生物技术得到了很好地发展,并应用到实际治理污染中[1]。虽然生物技术取得了一定的成绩,但仍然无法高效的解决环境污染问题。因此,我们对生物技术的研究还要继续深入,有效地实现研究成果和工程技术的结合,使之成为成熟的技术并推向市场。 生物技术方向潜力巨大,有很多领域都有新发现,继续挖掘生物技术的潜能,是未来环境治理的主流方法。生物技术的发展给环境保护带来了福音,但是生物技术的应用必须是严谨的,并遵守既定的原则,否则可能会再次对环境造成污染。随着人们生活节奏的不断加快,人们对于快捷方便的生活方式越来越依赖,但是经济发展不能以牺牲环境为代价,人类应该以高效率、低耗能、投入少的方式发展经济。生物技术能够成为经济发展的基本保障,深入研究生物技术,符合我国环境发展的国情。 2 环境生物技术的特点及现状 无数种生物构成了地球的生态系统,依靠这些生物完成了生态系统内的物质循环过程。环境生物技术产生就是利用了物质循环的原理,随着科技的发展生物技术被证明是环境保护的理想手段,这一技术的独特功能在解决环境问题过程中显示出无可比拟的优越性,这充分体现出它是一个纯生态的过程,符合我国可持续发展的战略思想。生物技术对处理环境污染具有很好地作用,同时具有速度快、成本低、效率高、消耗低等优点。因为生物技术来源于自然界中的生物,所以具有无二次污染、反应条件温等显著特点。环境生物技术明显的优势以及其广阔的市场前景,受到了世界各国的高度重视。 目前环境保护对生物技术的应用主要是微生物及其衍生物,少部分生物技术利用植物控制环境污染。目前生物技术是环境保护中应用最广泛、最为重要的技术,其在很多领域发挥作用。大气污染治理、水源污染控制、清洁可再生能源的开发、有毒有害物质降解、 废物资源化、污染环境修复、环境监测和重污染企业的清洁生产等各个方面都有生物技术的身影,并发挥着极其重要的作用[1]。使用环境生物技术处理环境污染物时,最终产物大部分是无毒害且稳定的物质,大部分有机污染物都转化为二氧化碳、水和氮气等。应用生物技术处理污染大多能一步到位,避免了污染物再次转移,因此它可以安全而彻底的消除污染。大部分有机污染物适可作为其他反应的底物,这些有机污染物经过生物转化后变成酒精、沼气、氨基酸、多肽等有用物质。生物转化的技术因此常常作为有机污染物资源化的首选技术。 3 环境生物技术的应用进展 3.1 在治理大气污染和改善空气质量中的应用 雾霾是2014年出现频率非常高的词,整个冬天它都纠缠着我国大部分城市,这样大规的雾霾天气说明我们的空气质量正在急速下滑,大气污染问题已经不容忽视,它已经严重影响人们的生活和身体健康。我国对治理大气污染、空气污染非常重视,生物技术已经应用在大气污染治理上。目前主要采用的方法有生物的吸附、生物的洗涤和生物的过滤等方法[2。生物技术虽然仍需要更大程度的提升,但与传统的废气治理方法相比,生物技术转化废气效果更加明显,而且节省时间,大大提高了工作效率。生物技术对能源的净化和转化更加安全可靠,经过处理的气体不会造成二次污染,甚至可以达到二次利用的效果。 3.2 在改善水体质量,治理水源污染中的作用 生物技术应用最为广泛的领域就是在改善水体质量方面,生物处理是目前水处理技术的重要手段,世界范围内大多都采用这一方法进行污水的处理。我国在污水处理上也会遵循这一趋势,不断研究发展并提升生物处理污水的能力。目前常见的水污染治理的生物技术有活性污泥法、生物膜处理法、稳定塘法、土地处理系统法和人工湿地处理系统法等[1]。生物技术应用突出表现在微生物水处理剂、废水处理、以及生物修复等方面。 3.3 在治理土地污染中的作用 我国针对土壤严重污染的问题,出台了较多政策进行治理。目前我国通常采用物理治理的方法解决土地污染,通过大面积的植树造林,保持水土,启动土壤森林净化循环的作用,避免发生大范围的水土污染和流失。其他物理化学方法以洗脱、吸附)为主 ,不仅投资成本高,而且极易造成二次污染[1]。我国作为农业大国,农业生产对土地的依附性很大,如果不注意土地污染问题的治理,后果不堪设想。但传统方法修复周期过长,治理速度远远不及污染速度,因此必须运用生物技术对土壤污染进行治理,同时保护土壤的有机成分,挽救每况愈下的土地。 3.4 生物技术的其他应用方向 生物转化过程是以酶为反应介质进行的,因为酶是一种活性蛋白,极易受到酸、碱及高温的破坏,所以生物反应的过程必须在常温、常压的环境下进行。生物反应的条件相对比较好达到,因而其投资少、耗能低、速度快好、效果好、操作简便、设备简单。 生物转化代替化学处理可以大大降低反应过程的污染水平,更有利于实现生态化生产或无废生产,从而实现清洁生产的目的。此外,生物反应的产品及副产品大多都是可以加快生物降解,有的甚至是下一次反应的催化剂,且反应产物大多可以作为其他生物的营养源加以利用。用生物反应产物代替一些化学药物、人工合成物、化石能源等,能把产生活动带来的环境污染降到最低,真正使经济发展遵循可持续发展的原理。应用生物技术还可以处理其他方法无法处理的环境问题,比如生物修复技术净化环境,能使受污染的珍贵资源如水资源、土地资源等恢复到健康的水平。 4 结束语 随着经济的不断发展,我国环境问题日益凸显,环境问题亟待解决,现有的生物技术已经不能满足社会发展的需要,因此需要不断挖掘生物技术的潜力,环境治理和技术革新的探索之路还要继续走下去。未来生物技术的研究必须要考虑到经济发展的因素,实现经济发展与环境保护相统一,促进社会进步与环境保护的协调发展。 生物技术进展论文:盐碱化草地恢复技术最新进展 II 生物技术 摘要:盐碱化土地的恢复和治理是人类共同面临的一个难题,解决草地盐碱化问题的根本途径在于恢复植被,改善土壤结构。生物改良技术具有物理、化学和水利改良技术所不具有的优势,如实用性、经济性和可操作性等。羊草、星星草、野大麦是目前进行植被重建时重点选择的品种。基因工程可提高植物的耐盐能力,受到越来越多的关注。 关键词:盐碱化草地;植被重建;生物改良技术 为本文通讯作者几十年来,国家和地方投入大量人力、物力和财力研究改造盐碱地,经历了从单项措施(20世纪50年代以农业改良措施为主、20世纪60年代以水利措施为主)到综合措施(20世纪70年代开始农、林、牧、水全面治理工作)、从小范围试验到大面积推广的过程,在土壤盐分的成因规律和特征、不同灌溉格局下的水盐运行机理、耐盐碱植物的筛选、盐碱地恢复与重建的技术措施等诸多方面,取得了新的进展和突破,收到了较好的治理效果。 1地表覆被 地表覆被可减缓或抑制水分与大气间直接交流,对表层土壤水分蒸发起到阻隔作用,明显减少土壤水分的蒸发,抑制盐分在地表积聚,防止土壤返盐,从而达到改良目的。地表覆盖物可以利用枯草层、作物秸秆等。 11枯草法 枯草混入土壤中,增加了土壤孔隙度,不断释放营养元素,改善了土壤结构和营养状况,使水盐运动发生改变,降低了土壤盐分。枯草在分解过程中释放出大量有机酸,起到了酸碱中和作用[1,2]。在枯草层实验区和光碱斑对照区内,播种了羊草和野大麦,播种量为75kg/hm2,播种时间为6月末。7月10日测得枯草层实验区羊草出苗数为66株/m2,野大麦出苗数为69株/m2;光碱斑对照区羊草出苗数为12株/m2,野大麦出苗数为16株/m2。枯草层实验区的羊草和野大麦出苗率分别为光碱斑对照区的46倍和43倍。到了9月20日枯草层实验区的羊草存留株数为17株/m2,野大麦为20株/m2;而光碱斑对照区的羊草仅存1株/m2,野大麦为3株/m2。有枯草层的羊草和野大麦的保留率分别为光碱斑的85倍和66倍[1]。维持枯草层是草地资源可持续发展和利用的必要条件之一。 12秸秆法 在裸碱地上扦插和平埋玉米秸秆,可以使土壤理化性质各项指标有所改善,土壤表层可溶性盐分明显下降,土壤有机质含量提高,土壤pH值降低。同时,秸秆可以有效地截留一定量的耐盐碱植物的种子,尤其是虎尾草种子[3]。吴泠等(2001)在约05hm2的裸碱斑上,把直径约2cm的玉米秸秆切成25cm长的片段,进行扦插和平埋处理。扦插的行距和列距均为40cm,扦插深度为5~10cm,秸秆的施用量为350g/m2;平埋处理行距为25cm,平埋深度为1~2cm,施用量为320g/m2。实验一年后,两种处理方式都取得了良好的改良效果,其中扦插处理比平埋处理的效果更好。扦插玉米秸秆可显著提高土壤种子库,改良区土壤种子数量为402 010±177 316粒/m2,次生光碱斑土壤种子库为1 010±3 116粒/m2,被截留的种子为植被恢复提供了种源。虎尾草能在玉米秸秆周围存活,每个玉米秸秆周围可生长319±212株,产量可达68 164±38 172g/m2 [3,4]。使用秸秆法,不需要购买大量化学药品和大规模的机械和人力投入,技术相对简单、成本较低[3]。 2植被重建 21羊草 羊草广布于我国东北和内蒙古的草原区,营养价值高、适口性强,同时耐寒、耐旱、耐盐碱、耐践踏,适于调制各种干草,是抗逆性最强、适应性最广的野生优良牧草之一。目前羊草已成为我国北方盐碱化草地改良的主要优良品种之一[2]。播种后羊草形成繁茂的单优群落,主要靠根茎进行营养繁殖,播种后2~3年内应禁止任何利用,以使羊草群体获得充分繁殖生息的时间,增加羊草与其他杂类草竞争的能力。羊草根茎主要分布在土层5~10cm深处,根茎纵横交错,其上又生长较多的细根,地表又被植被覆盖,使土壤深层盐碱不能上返,表层的盐碱还会被羊草的活动所中和或下移,形成新的表土层,植物群落得以稳定。 22星星草 星星草为典型盐生植物,在平原主要生长在碱湖周围和低湿的盐碱斑上,属C3植物。以星星草为优势形成的草地,分布广、数量多,可用于割草又可用于放牧,是盐碱化草地上优良的牧草之一。由于星星草分蘖多,生长郁闭,可以积累、保持土壤的腐殖质,特别是地下的须根系,改善碱土的物理结构,土壤有机质、全氮、全磷含量增加,土壤全钠、全钙、全镁含量不同程度降低,土壤含盐碱量下降,从而达到改良碱斑的作用[5]。种植星星草三年的地块,0~10cm土层的pH值由1078降至875[6]。3年后可作适度放牧利用,并可作为割草场。 23野大麦 野大麦营养价值高,适口性好,抗逆性较强,在pH值85~95的碱性土壤中生长良好,先后在吉林、内蒙古、河北、甘肃、新疆、青海等省区都有栽培。野大麦草丛茂密,叶量大,较长的营养枝上可达86~134片叶。播种第2年后,每年可刈割两次,第1次在6月下旬为宜,第2次在8月下旬为宜。如果刈割后有条件施肥灌水,可大幅度提高产量[2]。 3基因工程 近年来,植物耐盐基因工程研究越来越受到关注,一些与植物耐盐性有关的基因相继被克隆,不同程度地提高了转基因植物的耐盐能力。应用于植物基因工程的耐盐基因主要有:渗透保护性物质合成基因、与水分胁迫相关的功能蛋白编码基因、与信号传递和基因表达相关的调控基因、与细胞排毒抗氧化能力相关的酶基因等[7-9]。 4小结 盐碱化草地恢复是一项长期的、复杂的、系统的、涉及多学科的综合治理工程,也是一个循序渐进、逐步显效的过程,经过多年攻关,该领域研究已取得很大进展。物理、化学、水利等措施易受条件限制,成本高,难度大。相比之下,生物措施成本低、见效快、易推广,能从根本上解决草地盐碱化问题,是盐碱化草地恢复技术的发展方向[10]。在理论和方法创新的支持下,将会不断出现盐碱地恢复的新材料、新方法和新技术,实现草地生态系统的可持续发展。 生物技术进展论文:生物技术在含油废水处理中的应用研究进展 【摘要】本文对含油废水处理工艺中的生物处理技术进行了相关流程和方法的探究,并最终提出了生物深度处理技术这一发展趋势。 【关键词】含油废水;生物技术;过程;深度处理 一、生物处理技术的概况介绍与应用实例 (一)概述 生物处理技术处理含油废水指的是利用在微生物代谢作用下,将分散到水中的原油、有机污染物进行降解处理,使有机污染物质转化为稳定的无害物质,最终完全无机化。近来较普遍应用且相对成熟的生物处理工艺包括好氧生物处理技术和厌氧生物处理技术两大类。顾名思义,所谓好氧生物处理技术,是指利用好氧微生物代谢作用处理含油废水的技术,按所选材料,分为活性污泥法、SBR法、生物膜法、氧化塘法、AB处理法等形式;而厌氧生物处理技术,则是利用厌氧微生物作用进行含油废水处理的技术,按处理设备,分为厌氧接触法、厌氧生物滤池、升流式厌氧污泥床(UASB)、厌氧生物转盘等处理方法。这两类生物处理技术在有机物负荷、污泥产率,能耗、营养物需要量、应用范围,对水温适应性、启动时间以及处理效果各方面作用不同,相对来说,好氧生物技术在处理效果上较厌氧处理技术好,但两者各有其优缺点,单纯采用一种技术难以达到理想效果。因此,结合使用两种处理技术进行含有废水处理变得较为普遍,遵照分级处理程序,先采用厌氧技术进行初步处理,利用好氧工艺进行处理检验和再处理,以确定合理的技术过程。 (二)实例 学者对含油废水处理技术的综合研究表明,油田污水的处理方法很多,如物理法、化学法等,这两种方法都能够获得一定的处理效果,但存在较多劣势,前者成本高,后者由于投入了化学药剂极易产生二次污染。相比之下,生物处理技术的经济性、适用性最强,对于大规模污水处理收到较好效果。在国内许多油田得到应用,以下对应用该技术的油田及其废水处理工艺作基本介绍:1.胜利油田王家岗废水处理站,该站点建成投产于2002年,利用美国公司菌种,由油田自行设计完成占废水总量约为70%的含油废水处理工程。其技术处理过程为:含油废水—接收罐—两级大罐沉降—溶气浮选—混合池—接触氧化池—沉淀池—计量排放。该站经过生物处理技术的废水指标满足国家废水排放标准。2.大港油田东二废水处理站,该站用美国公司RBC菌种,借助容积为2700m3的接触氧化池每天处理上万立方的废水。其废水处理技术过程为:两级沉降—过滤—隔油—接触氧化池—缓冲池—氧化塘—排放。经处理后的废水符合国家要求排放标准。3.冀东油田高一联废水处理站;该站同样建成并投产于2002年,该工程采用石油大学技术每天实际处理的废水量约3600m3,仅小于设计处理能力400m3,其废水处理技术过程为:两级大罐沉降—过滤—缓冲罐—泵提升—冷却塔—均质池—厌氧池—中沉池—接触氧化池—二沉池—缓冲池—提升—排放。对外排水质的验收报告平均数据进行处理,表明废水排放符合国家标准。 二、含油废水生物处理技术方法 随着油田开采力度加大,采油技术也在不断发展,前后经历了天然能量动力、人工注水方式、改变注入水特性这三次采油变化。目前较普遍采用以人工注水方式保持地层压力,以及通过改变注入水的特性提高采油率的后两种采油方式。由于经电脱水、分离出来的“油田污水”成分复杂,除含原油以外,还溶有各种有害杂质,因此,选取生物处理技术对废水进行处理,方法有:1.曝气生物滤池组合工艺法,该方法是在微生物氧化分解作用,填料及生物膜的吸附阻留作用和食物链分级捕食作用以及反硝化作用下共同完成的。相比传统的活性污泥法,具有生物浓度、有机负荷高,占地面积小,过程简单,成本投入低,抗温性好,菌群组成合理,耐冲击性等优点。包括:1)膜生物反应器—曝气生物滤池法,它能够高效快速过滤超滤膜,同时有效降解高浓度活性污泥生物,且不借助二沉池和污泥回流系统,具有成本小、能耗低以及处理效果好等优点。2)超声气浮—BAF法,在羟基自由基氧化、气泡内高温热解和超临界水氧化三种因素作用下,利用声化学这一边缘科学,在大于20Hz的超声波条件下,提高化学反应速率,超声波有促进有机污染物降解和提高废水的可生化性的功能,但单独应用时去除废水中有毒物质的能力不高。3)A/O—BAF法,此方法模式是“隔油/气浮/二级生化”,处理效果不甚理想。2.氧化沟,氧化沟是在20世纪中期由荷兰开发的一种污水处理工艺,它是在传统活性污泥法的基础上进行改造生成的,污水和活性污泥的混合液可在沟渠形的曝气池中循环流动。其技术过程简单,处理效果良好,排放水达标。3.人工湿地,该方法处理污水最初是借助芦苇之类的人工湿地净化污水,去除其中大量有机和无机物。经过发展,演变为利用基质、微生物和植物,在生态系统的物理、化学和生物协调作用下,通过过滤、吸附、吸收和分解等一些列过程来净化废水,实现废水无害化处理目标。同时通过生物地球化学循环,有利于绿色植物生长。它在出水水质、营养物质去除能力、成本费用、技术含量、综合管理方便等方面具有明显优势。4.氧化塘,将各类微生物和藻类置于氧化塘中,发生氧化反应后,去除有机污染物,使其转变为无机物。研究表明,它对油、酚类有机物、硫化物等的去除效果都较好。5.特种菌类处理,在污水生物处理中,很多细菌具有特殊功能,这些菌类经过分离、培养后,对有机物处理有良好效果。 三、生物处理技术的主要问题及趋势 目前采用高效降解菌的生物深度处理技术在含油废水深度处理领域的研究已取得很大进展,但未来发展中仍存在以下问题,需要重视。体现在:1.由于含油废水所含有机物复杂、繁多的特性,需要结合各种方法,优化各步处理技术,再找出一套综合工艺,满足深度处理技术高效处理废水的要求。2.提高含油废水深度处理器中特殊菌的浓度与活性。在了解含油废水成分组成的基础上,分离、培养各筛选优势菌种,监测该菌的最佳降解条件。根据反馈信息,提高净化效率。3.基于生物工程技术的处理效果,创新技术。提高更有效处理含油废水的可能性。 国外处理采油废水的技术已经由单一利用一种方法转变为多种方法结合使用,出现了物理化学方法与生物技术综合运用,提高了废水处理效率和达标度。而国内多利用二次、三次采油工艺处理废水,相对较落后,不能达到理想的处理效果,为对油田中这种难降解含油废水进行处理,生物深度处理技术成为国内油田采油废水处理技术的发展趋势。 生物技术进展论文:现代生物技术在环境保护中的应用研究进展 摘要 介绍了我国生态环境现状,阐述了现代生物技术在治理环境污染应用方面的优点及其在环境保护中的应用情况,并对其应用前景进行了展望,以期促进现代生物技术在环境保护中的应用。 关键词 现代生物技术;环境保护;应用;前景 随着现代工业技术的迅速发展,我国国民经济社会总体发展速度较快,城市化进程的步伐也日益加快。在经济高速发展过程中,环境问题也随之而来。为了全面建设小康社会,保证国民健康,维护社会可持续、健康发展,必须采取有力措施进行环境保护。因此,积极利用现代生物技术、加强环境保护已经成为人民日益关注的课题。为了实现社会健康、持续发展,实现各类资源的永续利用,环保工作者的首要工作任务就是努力保护和提高环境质量。 1 我国生态环境现状 在我国过去几十年的经济快速发展中,由于片面重视经济GDP的高速发展而忽视了经济发展中的环境保护,导致目前环境状况十分严峻。近年来虽采取了大量控制措施,但环境质量下降的趋势仍在继续。我国是世界上环境污染最为严重的国家之一,由于工业“三废”污染、农用化肥和农药的污染,造成水体污染严重,无法利用。全国约300个城市工业生产和居民生活用水较为短缺,成为缺水城市,占全国600个城市中的50%;而农村这一情况更加严重,约有1亿人口和2亿头牲畜饮水困难。在广大农村,由于水体和土壤的严重污染,耕地利用效率大大降低,不仅减少了有效耕地面积,而且直接威胁居民身体健康,引发各类疾病[1]。目前的当务之急就是要尽快应用高新技术,综合治理和保护环境,从而有效控制环境污染,保持生物多样性和生态平衡。 2 现代生物技术在治理环境污染方面的优点 由于基因重组技术的发现和应用,一项以基因工程为核心的现代生物技术迅速崛起,并成为高新产业革命的重要标志之一。现代生物技术是以DNA分子技术为基础,包括微生物工程、细胞工程、酶工程、基因工程、蛋白质工程等一系列高新技术。环境生物技术是由现代生物技术与环境工程相结合的新兴交叉学科,是应用生物圈的某部分使环境得以控制,或治理预定要进入生物圈的污染物的生物技术。这一技术在解决环境问题过程中显示出了独特的功能和显著的优越性,不仅充分体现出这项技术是一个纯生态的过程,且从根本上体现了可持续发展的战略思想。在环境的保护和污染治理中,环境生物技术与传统方法相比较,具有明显优势。生物转化技术可以真正实现清洁生产的目的,其充分利用生物过程减少生产中产生的污染,很大程度上代替了传统生产中的化学过程,更有利于实现无废生产,促进了生产工艺的生态化。现代生物技术的发展,尤其是酶工程、细胞工程、基因工程等,提高了生产效率,强化了环境生物处理过程,在工农业生产中应用这些技术,可以降低成本,其高专一性等特性为环境生物技术在环境保护中的应用展示了更为广阔的前景。 3 现代生物技术在环境保护中的应用 3.1 环境监测与评价 近年来,国内外研究较多的是应用PCR技术生物芯片、生物传感器等生物高新技术进行环境监测。Niedrhauser等利用PCR技术检测了食品中的单核细胞生利斯特氏菌(易导致人类脑膜炎)。传统方法至少需10 d时间,应用PCR技术大大缩短了分析周期,对该菌种的分析只需数小时。刘永军等通过设计多种肠道病原细菌的通用引物,运用实时荧光定量PCR方法,实现了环境水体中肠道病原细菌的定量检测[2]。可以预见,PCR技术在检测水体、土壤等环境中的致病菌、指示菌及基因工程菌方面将发挥越来越重要的作用。 近年来,利用生物传感器监测环境中的污染物,日益为人们所青睐。目前,生物传感器具有使用方便、成本低、省时、易制作等优点,如甲烷生物传感器、氨生物传感器、乙醇生物传感器、亚硝酸盐生物传感器、BOD生物传感器等已达到商业化应用水平,在环境监测中的应用前景广阔[3]。 3.2 工业污水和生活废水的处理与净化 工业污水和生活废水中含有多种有毒物质,例如氰化物、酚类、有机汞、重金属、蛋白质、有机酸、醇、醛、有机磷等,这些污水和废水成分构成复杂,净化难度也较大。生物净化污水的常用方法为固定化酶和固定化细胞技术,也就是酶工程技术。国外已经有许多成功的应用经验,利用固定化酶和固定化细胞实现对工业污水和生活废水中无机金属、有机污染毒物的高效处理。例如德国,以共介结合法制成农药降解酶柱,将酶固定于硅珠及多孔玻璃上,从而实现对多种农药的降解,包括对硫磷等,去除率超过95%。而在我国,固定化细胞技术的应用也有了较大发展,主要用于降解合成洗涤剂中的表面活性剂,对于含100 mg/L废水,酶活性保存率和降解率均超过90%。 (1)废水好氧生物处理。活性污泥法是一种应用最广的废水好氧生物处理技术,它是利用某些微生物在生长繁殖过程中形成表面积较大的菌胶团来大量絮凝吸附废水中污染物,并在氧的作用下将这些物质同化为菌体本身组分。活性污泥有着很大的表面积,能够与混合液进行广泛接触,在较短的时间内,通过吸附作用,除去废水中大量的呈悬浮状态和肢体状态的有机污染物,使废水的BOD值大幅度下降。该方法不仅操作简单、方便,而且能使运行管理人员随时了解曝气池中活性污泥的浓度和泥质情况,从而掌握和控制整个工艺的运行参数,通过确定稳定的污泥沉降比值,从而达到高效污水处理的效果[4]。 (2)废水厌氧生物处理。厌氧生物处理又称厌氧消化,是在厌氧条件下由许多种微生物的共同作用,使有机物分解并形成甲烷和二氧化碳的过程。其过程包括水解发酵阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段。由于厌氧处理能量需求低,污泥产量低,能分解好氧生物所不能分解的微生物,因此这项技术也被广泛应用于当今废水处理方面,并达到了预期的效果。 3.3 污染土壤的生物修复 土壤污染也是较为严重的环境污染问题之一,其最主要表现形式是土壤板结沙化、重金属污染,导致土壤无法利用,威胁农业生产。利用生物修复技术治理土壤重金属污染,主要是通过酶促反应等生物作用,对土壤中的重金属进行固定,由于重金属元素的化学形态发生了改变,其移动性也相应降低,通过有针对性的生物对其吸收、代谢,可以削减土壤中重金属的含量,达到净化土壤和降低毒性的目的。其中应用最广的属低温微生物修复技术,重金属的低温微生物修复是利用低温微生物的生物活性,对重金属亲和吸附或转化为低重金属的污染程度。此外,污染土壤经过生物修复过程后还可以增加土壤有机质的含量,激发微生物的活性,由此可以改善土壤的生态结构,这将有助于土壤的固定,遏制风蚀、水蚀等作用,防止水土流失等[5]。 3.4 白色污染的处理和消除 我国每年产生的塑料垃圾数量十分巨大,对环境的破坏程度也十分严重,城乡废弃塑料袋和农用地膜在土壤中几十年都不分解,是形成环境污染的主要污染物之一,利用现代生物技术广泛分离可以降解塑料的微生物群。对塑料制品中的主要成分聚酯分子结构进行破坏,从而消除污染物质。日本及德国已经开展了相关研究,利用细菌生产塑料,通过基因工程方法,对细菌生产聚合物的功能基因进行分离和重组,实现多功能塑料的高效生产。英国在这方面的应用已经实现了产业化,利用微生物生产的塑料深受消费者欢迎,尤其是受到生态环境保护者的青睐。在应用现代生物技术治理白色污染的同时还应大力推广可降解的塑料制品和地膜的应用和研发,从根本上解决白色污染。 3.5 化学农药污染的消除 据估计,我国每年大量使用农药后,仅有0.1%左右的农药可以作用于目标病虫,99.9%的农药则进入农业生态系统,并在食物链中不断传递、迁移,对长期生活在农业生态系统中的人类构成危害,同时也对大气、水源造成污染。为了解决这些问题,人们致力于研制安全有效的方法,也取得了相应的进展。一方面是利用微生物对农药的毒害残留成分进行降解,消除其不利影响。微生物通过其生化途径,分解农药成分,形成无害产物,如CO2和H2O,从而实现无副作用的农药污染治理。另一方面应全面推广生物农药,从源头上消除农药对环境的污染。生物农药,主要是利用某些特殊微生物或微生物的代谢产物所具有的杀虫、防病、促生功能。其有效功能成分完全存在和来源于自然生态系统,是一种来于自然、归于自然正常的物质循环方式,它的最大特点是极易被日光、植物或各种土壤微生物分解。因此,可以认为它们对自然生态环境安全、无污染。英国科学家利用一种叫绿僵菌的真菌杀灭蝗虫,已经取得良好效果。目前,国际上真菌杀虫剂的开发研究方兴未艾,发展迅速[6]。 3.6 微生物脱硫治理空气污染 煤炭直接燃用时将排放出大量的SO2等有害气体,造成大气污染,并由此引发酸雾、酸雨,破坏生态平衡,危害人类健康。据北京环保局计算,2010年北京市仅燃煤每年排入大气的SO2就高达26万t。生物学家利用微生物脱硫,把Fe2+ 变成Fe3+,把单体硫变成硫酸,取得了良好效果。如日本中央电力研究所从土壤中分离出一种硫杆菌,它是一种铁氧化细菌,能有效除去煤中的无机硫。目前,在美国和德国已建成2个实验室规模的连续生化脱硫试验装置。4个欧洲研究组织在意大利撒丁岛已建成一套工业规模的中试连续生化脱硫装置。这些研究已经取得了很大的进展,获得了许多有价值的数据,为朝着工程应用方向发展奠定了基础。微生物脱硫技术简单,成本低,更为重要的是符合“源头防治”的环保新理念,比“末端治理”(污染产生后再治理)效益高,是很有前途的大气污染治理方法[7]。 4 发展前景 我国是一个发展中大国,改革开发30余年来,我国经济总量已居世界第2位,但经济持续高速增长的同时也伴随着严重的物质资源过度滥用和生态环境的严重破坏。现代生物技术作为一种有效的环境污染治理措施,受到越来越多的关注,其在环境生物监测、污染治理、生物修复等方面都得到了广泛的应用,并取得了很好的经济效益和社会效益。更新环保理念,积极借鉴发达国家先进的现代生物技术,对适合我国国情的新技术要加以引进、消化、吸收、创新,大力发展现代生物技术,是我国推进循环经济、实施可持续发展战略的重要组成部分,也是实现全面建设小康社会的宏伟目标,推动整个社会走上生产发展、生活富裕、生态良好的文明发展之路的重要技术保障。随着现代生物技术研究的进展和人们对环境问题认识的深入,人们已越来越意识到,现代生物技术的发展为根本上解决环境保护问题 提供了无限的希望。现代生物技术的迅猛发展无疑将会推动环境保护理论及技术的日臻完善,为人类治理和保护环境提供更多可行、可用、有效的方法。 生物技术进展论文:环境保护工程中生物技术与重要进展分析 摘 要:随着全球范围内对环境保护的高度重视和越来越严厉的环境法,市场对环境生物技术的需求越来越广泛。同样,随着环境生物技术的进展和市场开拓,其应用已从单个的环境目标治理,发展为广泛应用于环境保护的各个方面。本文主要阐述了环境保护工程中环境生物技术的特点,并针对环境生物技术的重要进展进行分析论述,仅供参考。 关键词:环境保护;环境工程;生物技术 环境生物技术已不单纯是一种污染治理技术,而已开始影响到包括其他行业的产业政策,促进各工业部门逐步以生物过程替代传统的化工过程,如利用生物酶制剂在造纸行业中,进行生物漂白,减少甚至彻底替代化学漂白,并最终在造纸工业中实现完全的生物制浆和生物漂白,彻底解决严重污染我国水环境的造纸黑液问题,使许多污染行业的工业生产真正进入无污染的清洁生产的轨道。 1 环境生物技术的特点 生物是构成生态系统的要素,生态系统内物质循环主要是依靠生物过程来完成的。科技的发展也充分证明生物技术是环境保护的理想武器,这一技术在解决环境问题过程中所显示的独特功能和显著优越性充分体现在它是一个纯生态过程,从根本上体现了可持续发展的战略思想。生物技术在处理环境污染物方面具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反应条件温和以及无二次污染等显著优点,加之其技术开发所预示的广阔的市场前景,受到了各国政府、科技工作者和企业家的高度重视。 目前生物技术应用于环境保护中主要是利用微生物,少部分利用植物作为环境污染控制的生物。生物技术已是环境保护中应用最广的、最为重要的单项技术,其在水污染控制、大气污染治理、有毒有害物质的降解、清洁可再生能源的开发、废物资源化、环境监测、污染环境的修复和污染严重的工业企业的清洁生产等环境保护的各个方面,发挥着极为重要的作用。应用环境生物技术处理污染物时,最终产物大都是无毒无害的、稳定的物质,如二氧化碳、水和氮气。利用生物方法处理污染物通常能一步到位,避免了污染物的多次转移,因此它是一种消除污染安全而彻底的方法。大部分有机污染物适于作为底物,一些有机污染物经生物过程处理后可转化成沼气、酒精、生物蛋白等有用物质,因此,生物处理方法也常是有机废物资源化的首选技术。生物过程是以酶促反应为基础的,酶是一种活性蛋白,生物反应过程通常是在常温、常压下进行的,因而投资省、费用少、消耗低、效果好、过程稳定、操作简便,同时,它还可和其他技术结合使用。生物过程代替化学过程可以降低生产活动的污染水平,有利于实现工艺过程生态化或无废生产,真正实现清洁生产的目标。另外,生物技术的产品或副产品基本上都是可以较快生物降解的,且都可以作为一种营养源加以利用。用生物制品代替一切可以取代的化学药物、化石能源、人工合成物等,有助于把人类活动产生的环境污染降至最低程度,使经济发展进入可持续发展的轨道。利用环境生物技术可治理用其他方法难以处理的环境介质,即用生物修复技术净化环境,使受污染的宝贵资源如水资源、土壤等得以重新利用,同时还可进一步强化环境的自净能力。 2 环境生物技术的重要进展 环境污染不但影响了国民经济的可持续发展,甚至已威胁到人类的健康、智力乃至生存,因此全球各国近几年都在寻找新的途径和方法,以治理和解决环境污染问题。我国是一个发展中国家,经济水平和科技总体水平离国际发展水平仍有相当差距,这就要求我国在科技发展特别是环保高科技发展上,需跟踪国际前沿,与国际同步开发未来可能应用的高新技术。以下介绍几项已接近产业化的环境生物技术。 2.1 高硫煤微生物脱硫技术 我国是一个发展中国家,开发廉价的、操作简便的煤脱硫技术,将具有深远的经济和环境保护意义。与现有的物理、化学法相比,微生物洁净技术具有投资低、操作简便、反应条件温和、不产生新污染,并可和现有的物理洗煤过程相结合,脱除其中的灰分,而煤基本无损失,且可提高煤的燃值等优势。 煤的微生物洁净技术主要是脱硫、脱尘。煤炭中的硫分主要包括有机硫和无机硫、无机黄铁矿硫以及少量的硫酸盐硫。其中,有机硫分、黄铁矿硫FeS2较易去除,早期的研究主要利用一些自养菌在几天时间里将黄铁矿氧化分解成铁离子和硫酸,硫酸溶于水中而排出。虽然该方法脱硫效率较高,可去除90%的无机硫,使某些煤的含硫量降至1%以下,但处理的时间较长,并要求较大的反应器容积和较细的煤炭粒径。 为提高脱硫效率,近年来研究人员把选煤技术之一的浮选法和微生物处理相结合,即把煤粉碎成微粒与水混合,并将微生物加入溶液中,让微生物附着在黄铁矿表面,使其表面变成亲水性,能溶于水。在浮选中其难以附着在气泡上,下沉至底部,从而把煤和黄铁矿分开。由于它仅处理黄铁矿的表面,因此脱硫时间只需数分钟即可,从而大幅度缩短了处理时间,可脱除无机硫约70%。另外,该法在把煤中的黄铁矿脱硫时,灰分也可同时沉底,所以也具有脱去灰分的优点。目前,浮选法微生物脱硫已成为国际上洁净煤技术开发的热点。 2.2 造纸工业生物制浆和生物漂白技术 造纸工业中的制浆和漂白工序是污染物产生的主要工序。与化学法相比,虽然机械法制浆纸浆得率高,可节省大量林木资源,但能耗很大,成品纸强度等质量性能不如硫酸盐浆,因而限制了这项技术的发展。生物技术可以帮助解决这问题,其中以生物制浆与生物漂白为最具优势,采用生物制浆与生物漂白可以有效减少蒸煮黑液和漂白废液的产生。利用微生物与微生物酶类进行生物制浆与生物漂白具有很大的优势和潜力,因为微生物极易生长繁殖,酶催化反应具有高度专一性,反应条件温和,并且高效无污染。 木质素是造纸工业中有效利用纤维素的最大障碍。传统的化学漂白法是采用多段的氯/二氧化氯漂白及碱提取来去掉木质素,在废水中会有大量含氯的、致癌致畸的物质,如呋喃、二恶英等,造成严重的环境污染和生态破坏。将生物预漂白技术引入制浆造纸工业中,用木聚糖酶对纸浆进行预漂白,至今,用于生物预漂白的木聚糖酶已经经历了三代的发展。目前,对第三代木聚糖酶的研究与应用正进入高峰期,采用基因工程与蛋白质工程手段获得性质优良的耐热耐碱木聚糖酶已成为各相关实验室的研究热点,期望不久的将来重组酶会更有效地应用于漂白工艺中。未来生物制浆和生物漂白的技术突破将使造纸工业摆脱污染,实现清洁生产。 2.3 污染土壤的生物修复 人类的生产活动,当代工业的迅速发展,大量的人造化学物质排放入环境中,对资源和环境构成越来越严重的破坏。化石燃料的开采和使用,工业三废的排放,给我们赖以生存的环境造成难以估量的污染,不仅制约了经济的发展,而且影响到人类的健康和生存。 针对严重污染的土壤,我国尚未采取大规模的治理措施,仅在少数地区开展了治理,并以物理化学方法(如洗脱、吸附)为主,不仅投资成本高,而且也造成了二次污染。对全国范围的污染环境进行修复,若采用传统方法,即使考虑劳动力相对便宜的因素,其投资规模将仍然非常庞大,如采用生物修复技术,不仅其投资规模大为缩小,而且还没有二次污染。综上所述,环境污染的生物修复技术是我国今后治理环境污染必须发展的生物技术,更具有广阔的市场和发展前景。可预见,在21世纪,生物修复技术将成为我国生态环境保护领域最具有价值和最具有生命力的大面积污染的优选生物工程技术。 生物修复技术是80年代以来出现和发展的清除和治理环境污染的生物工程技术,其主要利用生物特有的分解有毒有害物质的能力,去除污染环境如土壤中的污染物,达到清除环境污染的目的。实践结果表明生物修复技术是可行的、有效的和优越的,此后该技术被不断扩大应用于环境中其他污染类型的治理。生物修复是采用诸如提高通气效率、补充营养,投加优良菌种、改善环境条件等办法来提高微生物的代谢作用和降解活性水平,以促进对污染物的降解速度,从而达到治理污染环境的目的。 结束语 目前,我国的环境生物技术处于刚刚起步阶段,该技术的进一步开发需要得到社会、同行及主管部门的广泛支持,大力开展以污染控制生物技术为主体的环境生物技术的研究,将大力推进生物技术在环境保护中的应用,并将通过生物高技术的发展带动整个环保科技的发展,解决我国目前和未来面临的严峻的环境保护问题,并为环保市场提供高品质的环境保护高技术,应该充分认识到环境生物技术开发对我国环境保护和社会、经济发展的重大意义。
生物资源论文:国外生物资源库建构 作者:方宇宁 温度之波动 “生物样本如果不经过适当的处理,其作用就可能受到限制,”马萨诸塞州剑桥博德研究所的克里斯汀•阿迪利(KristinArdlie)说道。她回忆起一个从胎盘组织样本分离RNA的项目,由于样本中含有太多的降解酶,经过多次分离均未能成功。原来研究人员起先将该样本放在-20℃的冰柜里,几个小时后再将样本转移到符合条件的-80℃的冰柜中。“他们可能认为‘冷冻不就是冷冻嘛’,”阿迪利说道,但一般的冰箱温度并不足以阻止酶的降解。除了DNA之外,几乎没有生物分子能在-20℃的温度条件下保存完好。大多数样本可在-80℃的条件保存完好,但某些样本,如活细胞,必须保存在接近-200℃的温度条件下。只有在这样的低温条件下,酶的所有活动才会完全停止。以不可预知的方式产生变化的分析物比没有任何分析物更为糟糕。一项研究表明,在对两个肿瘤标志物样本进行比较时发现,当场收集的血清与经过冷冻处理并在十年后解冻的血清比较,后者浓度增加了15%左右。在另一项模拟长期冷冻影响的实验中,研究人员检测了冷冻后再解冻其血清中多种肿瘤标志物的变化情况,一些蛋白质生物标记在几十年里,甚至经过多次冷冻解冻,似乎仍然保持稳定不变。然而,血管内皮生长因子———一种与糖尿病、关节炎和癌症等有关联的生物标志物,却是非常的不稳定,不适宜用冻结样本进行分析。 瑞士生物库顾问丹尼尔•S-杜巴切(DanielS-Dubach)说道,样本是否已解冻过用以研究,然后再次保存,这不是所有的生物库都有记录的,对冷冻温度进行监测,也不是所有的生物库都能做到的。即使是短期的温度波动,都会使样本形成破坏性的冰晶。杜巴切曾看到研究人员为炫耀他们的样本,将冰箱门敝开了好几分钟。 冷储与技术 马萨诸塞州霍普金顿的汉密尔顿存储技术公司可容纳25万至1000万个样本,在存取样本时,研究人员不需打开冰柜门,只需将样本试管放置在冰柜的一个传递口处,机械臂会将其移至内部的存储架上。研究人员甚至可以通过实验室的信息管理系统寻找所需的某个特定样本,根据他们的要求,系统进行检索并将检索到的样本存放在传递口处,完毕后,系统会通过电子邮件通知研究人员来取。温度保持在-80℃的冷冻系统还能够记录样本的存取次数,以及使用多长时间。即使不考虑配置这类先进的冷冻设备,冷冻储存的成本也是十分昂贵的。NCI生物样本库的吉姆•沃特(JimVaught)说道,一次典型的流行病学研究项目就有可能产生1万名患者的10万份样本,需要5个冰柜存放,单个冰柜每年正常使用的成本达6000美元。虽然冷冻被认为是保存生物分子和活细胞的最好方式,但其外形却有可能被破坏。为了降低存储成本,大多数研究人员采用的是一个多世纪前的保鲜技术:将取自病人的机体组织浸泡在防腐剂福尔马林中,一些固形组织则嵌放在石蜡块中。马里兰州银泉联合病理中心至今保存了2800万件嵌放在石蜡块中的样本,有的样本可追溯到一战期间。然而,从石蜡块中取出一小片组织薄片经染色后在显微镜下观察的方法不能有效保存生物大分子,这些生物组织细胞因缺氧而导致RNA降解,蛋白质发生变化,包括福尔马林也会致RNA和DNA遭到破坏。当研究人员试图恢复生物大分子,在去除石蜡时还会造成更多的破坏。虽然从石蜡中可以提取DNA和RNA,但无法保证质量。销售室温条件下存放DNA和RNA专用设备的加州IntegenX公司副总裁迈克•霍根(MikeHogan)认为,生物分子退化的原因并非直接源自于福尔马林,而是因为水解和氧化。冷冻能够让样本长期保存,是因为在较低温度条件下降解作用变得更加缓慢。IntegenX目前正在改进这方面的技术,旨在去除水分以减缓水解和氧化作用。如果这项技术改良成功,研究人员就能够利用福尔马林保存的样本来研究生物分子。其他的一些改进方法则着重于在样本使用过程中如何去除福尔马林。2009年德国Qiagen公司开发的PAXgene系统产品,采用以酒精为基础的固定剂来保存生物分子,并用石蜡嵌放组织标本。该技术可使生物组织样本在室温条件下保存7天,4℃条件下保存4周,-20℃条件下保存几个月,样本形态和生物分子都不会受到损害。这种保存方法正在替代深度冷冻。一项规模庞大的组织收集项目中有一个试点项目,其目的是利用以四种不同方式保存的几十种类型生物组织样本,进行基因表达和常见的遗传变异研究。基因型组织表达(GTEx)是美国国立卫生研究院(NIH)进行的一项合作研究项目,参与这一项目的还有选择PAXgene系统的一些研究所。美国人类基因组研究所项目总监杰弗里•斯特鲁威(JeffreyStruewing)解释道,PAXgene系统不仅能够保护RNA,还可免除样本收集过程中超冷保存带来的运输上的麻烦。但PAXgene系统长期保存如蛋白质这样的大分子的效果究竟如何,现在断言还为时过早。“没有任何一种保存方法能够适用于所有样本或所有分析物的。” 样本之收集 一些最棘手的困难在样本保存之前就已经存在了。NCI所辖的生物样本库和生物样本研究办公室(OBBR)负责人卡罗琳•康普顿(CarolynCompton)说道:“生物标本是人体的一部分,从体内分离时经历了前所未有的压力。”当血液供应被切断,并暴露在突然变化的温度条件下时,细胞的行为就变得很难预料。基因表达和蛋白磷酸化发生大幅度的变化,有可能激活细胞的自毁行为。康普顿指出,研究人员必须要弄明白,样本分析结果是否真实反映了来自患者的生物学状况,“在进行一次堪称完美的检测之后,得到的却有可能是错误的结果。” 即使组织保存完好,仍有可能不能反映真实的生物学状况。“问题不仅仅是样本收集后的时间保存间隔,”休伊特说道,“而是样本在收集时已经缺乏活力。”从戴呼吸器患者身上收集到的与不戴呼吸器收集到的组织样本可能会有所不同,“如果在我划船后进行手臂肌肉活检,我的RNA信息与休息后进行的活检其结果也会有很大的区别。”非住院志愿者的血液、尿液和唾液样本可以在预定点收集,但是固形组织样本通常是在医院急诊手术中收集到的,去除药物、麻醉药剂和血液残余的过程都会对样本质量产生影响。另外,样本冷冻之前在室温下停留时间的长短,使用固定液的类型,以及冷冻过程的快慢等都会影响样本保存的质量。在OBBR于今年二月举办的一次会议上,奥马哈市内布拉斯加卫理公会医院病理学家吉恩•赫伯克(GeneHerbek)讲述了与外科医疗团队的合作经验,即保证组织样本在切除后的一小时内送达病理学家的实验室里。德国汉堡的一家生物技术公司可以在组织切除后的10分钟内进行样本收集,并由指定的护士与手术组一起进行术前准备工作,机体组织一旦被切除,即刻被送到隔壁专门的房间进行切片固定和冷冻处理。“一般来说,从获取样本到开始处理的最佳时间在15分钟之内,”杜巴切说道。具体到不同器官是有所不同的,例如胃等胃肠器官的处理必须更快。验尸过程中收集组织样本的速度也很重要,收集人员要做好随时接收捐赠器官的准备。半数以上的组织样本可于死亡后6小时内收集和进行处理。当组织样本被送到参与GTEx计划一方的博德研究所,在开始分析之前,阿迪利的研究团队会先将RNA分离出来,并以RNA质量完整性指数RIN(RNAintegritynumber)对样本进行质与量的检测,虽然这称不上是一种非常完善的措施,但至少可以将一些完整性极差的样本排除在外。 评估与规范 许多生物库专家发现,在分析中研究人员对样本品质问题较少考虑。2004年至2009年间发表在开放式获取期刊上的125篇关于生物标记物的论文,半数以上都没有提及样本获取、保存和处理的相关信息。这种情况也许并不奇怪,生物库模式的样本收集、保存和处理只是在近年才出现。OBBR成立于2005年,2007年首次了样本收集最佳方法的有关规定,并于去年了提高研究质量的生物样本报告。美国国际生物资源和环境保护学会于2005年首次出版了样本收集的最佳做法,并于2010年了样本预分析标准规范(StandardPRE-analyticalCode),详细描述了样本组织的收集范围以及收集方法。欧盟也资助了一项被称为“通用预分析工具和体外诊断程序的标准化和改进”四年计划。这是一项由多机构参与的项目,由Qiagen公司居中协调,其目的是改进和规范体外诊断的样本处理。对此,沃特认为,公布的这类准则都是根据研究人员的印象和经验,并非是保存样本的最好方式。专业人员往往经过多次研究后形成了他们自己的一些做法,但没有正式公布出来。“目前并不存在建立在扎实研究为基础的统一国际标准。”事实上,用于研究和维护生物样本质量的资源极为短缺,“人们希望有足够的资金用于研究项目和分析,而不是支持它的基础设施,”康普顿说道。仅保存50000件样本第一年的启动成本就在300万至500万美元之间,这还不包括信息系统在内,为期十年的运营成本可能在1000万美元以上,这对于维持样本库的日常开支是一个极大的挑战。 发展与前景 目前,有一些组织专门帮助研究人员获取其所需的样本,例如,人体组织合作网络(旨在改善获得人体组织的途径)是由NCI发起的一个横跨美国各地的网络,它要求研究人员从常规的外科手术和尸体解剖过程中获取组织和组织液。又如,宾夕法尼亚州费城的美国疾病研究交流中心专门收集较罕有的标本,眼睛等。其他一些国家也开始发起大型生物库项目计划(见“链接:英国生物银行介绍”)。泛欧洲生物样本库和生物分子资源研究平台(BBMRI)是欧洲各生物库形成的一个网络,其宗旨是让研究人员能够共享人体组织样本和数据。包括加拿大魁北克省的基因组学公共人口项目(P3G),不仅提供样品收集和处理等方面的开源软件,同时也拥有自己的生物样本数据库。P3G研发主任、麦吉尔大学健康中心的伊莎贝尔•福捷(Is-abelFortier)认为,一项研究,甚至一个大的研究项目,都不可能拥有足够的样本。“对于已经收集到的数据,我们要赋予它们第二次生命。” 有关样本的信息越多,对其他研究人员的价值也更大。比如,研究某种与癌症有关特定基因的科学家,如果拥有大量可供研究的肿瘤样本,就可以省去很多时间并节省大量的经费。辉瑞药物公司高级副总裁、BBMRI科学顾问戴维•考克斯(DavidCox)认为,充分利用生物标本的方式是一种重新利用研究人员为他们自己的研究目的而收集样本的途径。“你不可能储存所有的样本或获得所有的样本,并将它们一一保存起来,这样的想法代价昂贵,而且很难保持质量。”与每个样本收集部门分别商谈样本的利用问题也是一种低效率的做法。他设想了一种松散协调的“卓越中心”模式:研究人员可存储样本,跟踪与自己研究方向有关的临床资料,同时也为共享和保证样本的质量作出自己的贡献。考克斯说道,生物库的问题之一是如何建设? 谁来买单?“有些人的目的是想利用某些生物样本获取利益,而不是建设一个庞大的生物库。”政府资金偏紧,制药公司只愿意资助能产生新产品的研究,而个人捐赠标本一般出于公众利益的考虑,而不是企业利润。需要有一种方式将生物库基础设施和相关信息“以竞争前模式结合起来,这样我们就可以对生物学有更好的了解,同时也能开发出更好的药物,”考克斯说道。对于生物库的建设来说,最困难的问题也许还是资金问题。 生物资源论文:生物资源保障与运用 作者:杜利强李顺才单位:河北科技师范学院生命科技学院 秦皇岛海洋生物资源利用现状 1海洋捕捞。秦皇岛海域是中国对虾、鲅鱼、带鱼等渤海大型的洄游鱼虾的产卵场与索饵场,也是鲆、鲽以及地方性品种鱼、虾、蟹的产卵场与索饵场,历来都是渤海主要鱼虾的良好渔场。近几十年来,由于过度捕捞以及拖网对幼鱼的损害,致使渔业资源逐年下降。目前,捕捞产品中短食物链、低营养级的上层鱼类的产量虽有一定幅度的增长,但底层鱼类产量却大幅下降。随着国家相关禁渔、限渔、护渔政策的实施,海洋捕捞在海洋渔业产值中所占的比重逐渐下降。 2海水养殖。秦皇岛市海水养殖业发展迅速,养殖品种已发展至20余种。目前,秦皇岛市浅海养殖品种有海湾扇贝、贻贝、太平洋牡蛎及虾夷扇贝等,其中扇贝养殖面积3.73万hm2,位居河北省第一;滩涂养殖品种有海参、河豚与对虾等,养殖面积3000hm2;浅海底播养殖品种有魁蚶、杂色蛤等,养殖面积3000hm2,人工鱼礁增殖1667hm2;海水工厂化养殖以鱼类为主,品种有红鳍东方鲀、牙鲆、大菱鲆、美国红鱼、鲈鱼、舌鳎等,工厂化养殖面积达35万m2。 3海洋水产品加工。随着水产品产量的增加和需求的多样化,以提高水产品附加值为主要目的海洋水产品加工业得到了一定的发展,水产品加工的比例和经济效益逐年提高。海洋水产品精深加工比例越来越高,产品结构不断优化,鱼类、虾类、贝类和鱼类加工工业体系正在建立并逐渐完善,已基本形成多品种系列化产品,包括冷冻冷藏、腌制、烟熏、干制、罐藏、调味休闲食品和工艺品等门类。 4海洋休闲渔业。海洋休闲渔业是对海洋渔业的补充,是对海洋生物资源的综合利用,是在海洋生物资源锐减情况下,充分利用现有生产工具和生物资源,开拓出来的一条新路,是海洋生物产业结构调整的战略选择。近年来,秦皇岛市海洋休闲渔业发展迅速,形成了出海捕捞、近海垂钓、海洋知识科普(新奥海底世界、山海关水族馆)、主题公园(山海关乐岛)、湿地观鸟等方式。 5海洋生物制药。海洋生物医药业(海洋药物和保健品工业)是新兴海洋生物产业。据笔者调查,秦皇岛海域具有丰富的海洋药用生物资源,仅海洋药动物就有56科90种;规模化生产的海洋生物,如海参、扇贝、对虾、牙鲆、鲈鱼等主要品种多具有较高的药用或保健价值,无论是药用生物的种类或是数量,都有很大利用潜力,具有广阔发展前景。目前,秦皇岛市除河北省水产研究所完成高纯度河豚毒素提取技术等研究外,相关研究与开发基本处于空白状态。 秦皇岛海洋生物资源开发利用过程中存在的问题 1海洋水体污染严重。随着人口增加,海洋开发活动加快,人们在向海洋索取的同时,也在破坏海洋环境。据报道,2002年秦皇岛各种途径入海的污染物质总量达2578.27万t,主要污染物为化学需氧量(COD)、总氮(TN)、总磷(TP)和石油类。环境污染和过度的捕捞导致了生物资源的衰退和崩溃,海洋水体环境污染严重影响了邻近养殖区、保护区、滨海风景旅游区等海洋功能区的功能。由于海域污染的加重,海水富营养化程度加重,造成海洋赤潮频发,2000~2009年秦皇岛海域共监测记录赤潮10次,分析鉴定赤潮生物24科64种,对海洋生物危害严重。 2海洋生物栖息地遭到破坏。随着沿海地区海岸带、浅海资源的盲目开发利用,秦皇岛海洋环境面临的压力日益增加,海洋生态系统结构失衡,典型生态系统遭到严重破坏,海洋生物栖息地破坏严重。由于许多优良的索饵场、育苗场、育肥场、增养场的渔业功能丧失,渔业资源的增殖与恢复能力下降,主要传统经济鱼类资源衰退严重。 3海洋生物多样性遭到破坏。海洋生物资源不合理的开发利用,使海洋生态系统良性循环遭到破坏,“生态异化”问题突出。由于对物种的资源补充和变动规律缺乏深入的研究,更缺乏科学指导下的宏观调控,过度捕捞和滥用致使近海生态系统的基础生产力下降,种群补充和资源再生遭到破坏,导致生物资源质量严重下降。从海洋捕捞来看,秦皇岛海域由于长期过度捕捞,渔获物种类日趋减少,渔获物逐渐朝着低龄化、小型化、低质化方向演变;多数传统优质鱼种资源大幅度下降,甚至难以形成鱼汛,而低值鱼类数量增加,渔获个体也越来越小,渔业资源质量明显下降,面临着衰竭和崩溃的危险。 4海水养殖环境问题日益严竣。近年来,海水养殖业由于一味追求高密度和高产量,过量投喂配合饲料和鲜活饵料、滥用抗生素等水产药物,随意排放未经处理的养殖污水,从而造成局部特定水域环境污染。随着养殖规模的扩大,海水富营养化严重,近岸海洋生态结构发生明显的变化,造成近海生物种群发生变化,进而威胁到生态系统健康发展和生态服务功能的发挥。此外,随着养殖规模的扩大、集约化程度的提高,秦皇岛海水养殖病害频发,突发性、不明原因的病害种类逐渐增多。 秦皇岛海洋生物资源保护与可持续开发利用的对策 针对秦皇岛海洋生物资源、海洋环境特性及其利用过程中存在的问题,遵循海洋生物资源可持续利用的原则,提出秦皇岛海洋生物资源保护性开发利用的政策措施。 1加强宣传以提高全民的海洋生态、环保意识环境管理的基本任务是转变人类社会基本观念,调整人类社会的基本行为,其目的是使人类社会的组织形式、运行机制以及管理部门、生产部门的决策、计划和个人日常生活等各项活动符合人与自然和谐共进的要求。通过海洋环保宣传教育提高公众的海洋环保意识,使人们充分认识到海洋环境保护的重要性,使全社会懂得海洋环境保护需要每一个社会成员的参与。在全社会形成自觉的海洋环境保护道德规范,这将对保护海洋生物资源、实现可持续发展具有根本性意义。 2保护海洋环境,对已衰退的海洋生态环境进行生态修复海洋环境是海洋生物赖以生存的物质条件,海洋生物及海洋环境共同构成了海洋生态系统。应通过采取海洋污染与生态灾害防治、工程建设资源与生态补偿、海洋生态修复和发展生态养殖等措施,强化海洋生态保护管理,逐步减少人类活动和自然生态灾害对海洋生态造成的破坏和损失。由于多年的近海捕捞强度过大,秦皇岛近海生物资源的生物链受到严重影响。目前,应在实施配额捕捞以及禁渔、休渔等制度基础上,以生态工程原理为指导,有计划地积极进行人工生物资源增殖,在一些重要经济鱼虾越冬、产卵场投放人工鱼礁。由于大型藻类能大量吸收海域中的营养盐,对减轻海域的污染、减少赤潮的发生起着关键性的作用,因此,在重要贝类养殖区养殖大型藻类对一些衰退海域进行生态修复十分必要,促使海洋生物资源开发利用向良性循环方向发展。 3加强海洋生物资源保护与开发利用的基础研究应加强海洋生物资源保护与开发利用的基础研究,组织多学科协作,逐步形成秦皇岛市海洋生物资源保护与开发利用的研究特色,使海洋生物资源的保护有科学基础和应用技术的支撑。首先,应加强海洋生物资源的调查研究,了解掌握秦皇岛市海域中海洋生物的种类、分布等特征,认识海洋生物多样性及其保护的现状,研究探讨生物多样性保护的对策,为有效地开发利用和保护海洋生物奠定基础。其次,设立专项研究基金,加强对海洋生物资源的基础研究,进行海洋生物资源开发的课题招标,提倡鼓励各类企业参与研究开发,以增加资金投入,加快科技成果转化。 4积极发展生态养殖业针对海水养殖业中存在的问题,应按照资源节约、环境友好、循环经济等理念进一步改造水产养殖业发展模式;处理好水域、滩涂养殖功能与其他功能的关系,统筹安排好养殖功能区的布局;完善养殖许可证制度,实行清洁渔业生产,建立养殖许可证制度,开展无公害水产品认证。强化养殖环境监督管理,实施养殖水质监测、环境监控、渔用药物生产审批和投入品使用管理等各项制度;严格执行养殖水产品用药标准,推广HACCP(危害分析和关键控制点)管理体系在水产养殖中的应用。大力发展休闲渔业,在秦皇岛海域海水鱼类、对虾、扇贝等贝类养殖已形成一定的规模,可依据生态工程原理,充分利用生物高新技术,使海水养殖从单纯的面积扩张向高产优质的养殖模式转变。研究适应秦皇岛地区生态系统的生态渔业技术,支持海水养殖标准化基地的建设,建立良种化、高产、优质、低耗、无污染的良性渔业经济系统,全方位提升秦皇岛市海水养殖业,并利用资源优势、区位优势向休闲渔业模式转变,做到海洋生物资源保护与开发利用的协调统一。 5运用高新技术实现海洋生物资源综合开发利用根据海洋生物产业发展总的态势,海洋生物资源的开发利用综合考虑环保和经济效益对加工原料进行综合利用。今后,秦皇岛海产品加工业应以高新技术来充分挖掘水产品的利用价值,提高水产品的利用率和渔获物的加工率,在资源充分利用的前提下,使水产品加工向以食品为主的系列化、多样化,以及高值综合利用的多功能化方向发展。海洋生物资源不仅是人类巨大的蛋白质源泉,而且是生物活性物质的宝库。20世纪60年代以来,已从海洋生物中分离得到15000余种结构明确的化合物,其中近50%具有各种生物活性,有些在抗病毒、抗肿瘤、抗炎、抗心血管疾病等方面显示了广阔的药用前景。秦皇岛海洋生物制品产业应进一步研究开发以海洋生物为原料的药物、功能食品、生化制品和农用产品,创建有较高附加值的新兴海洋生物产业,以提高海洋生物开发的效益。 生物资源论文:海洋生物资源工艺实践革新探索 作者:方旭波陈小娥袁高峰余辉单位:浙江海洋学院食品与药学学院 在教学方式方面,从培养学生的创新能力出发,不断加大实验室开放力度,为学生进行创新创业实验和实践提供必要的条件,通过开展与课程相关的创新性实验内容和浙江省大学生新苗人才计划项目,全方位、多层次的培养学生的实践和创新创业能力。以科研教学互促模式,更新实验内容,提高学生实验积极性。课程组所在学科为水产品贮藏与加工学科,该学科为浙江省重点学科,形成了具有兼顾东海生物资源优势与舟山水产加工产业优势,服务地方经济布局和社会发展需求,基础研究为产业发展服务,产学研紧密结合的学科特色。在教学过程中,坚持人才培养与学科建设相结合的原则,坚持高水平的教学是以研究为基础的教学的理念,充分发挥学科的优势与特色,不断更新教学内容。近几年来,课程组教师主持国家自然科学基金,浙江省科技厅重大科技项目和浙江省公益项目等多项国家级和省部级项目,在教学和科研的过程中,坚持以科研促教学、教学和科研相互促进的原则,不断将最新的科研成果和内容反应到教学内容中去,如在完成浙江省科技厅项目《鱿鱼副产物高值化利用关键技术研究》的过程中,将研究成果———鱿鱼软骨素生产工艺参数应用到实验项目《软骨素的提取》、《蛋白胨的制作》中,提高了教学效果,在一定程度上也培养了学生对科学研究的兴趣,使一批优秀的本科生对本专业产生了浓厚的兴趣并进一步攻读硕士研究生学位。 校企联动实验教学方式,提高学生的实验自觉性 为了培养学生的实践能力和创新能力,该课程实验教学的过程中,采取校企联动的教学方式来提升实践教学效果。根据培养计划,食品科学与工程、食品质量与安全专业学生在第3学年暑假进行为期4周的生产(专业)实习,而该课程的开设是在第7学期,课程的任课教师同时是实习的带教老师。在实习的动员过程中,带教老师要求学生了解相关的实验内容并提出实验的关键问题,要求学生带着这些问题去进行实习,并将实习中所学知识反馈到课堂教学中,达到校企共同培养学生、校企联动互促教学的目的,形成校企联动实验教学方式共促教学的体系,这有助于调动学生专业学习积极性,提高学生的实践能力和创新能力,有效提升实践教学效果。以下面的实例说明。 (1)实验《甲壳素的制备》。甲壳素用途广泛,为浙江海洋学院所在地舟山的特色产业。在浙江普陀新兴医药化工有限公司实习时,我们要求学生深入工厂,了解甲壳素的生产工艺过程及原理,掌握甲壳素生产车间的主要设备和工艺管线的布置,了解企业开发甲壳素的方法和程序,了解甲壳素生产过程中的一些关键工艺条件和参数以及存在的问题。课程实验时,学生根据实习过程中所学到的知识及发现的问题,进一步在实验过程中加深学习,在实验过程中解决所发现的问题。学生在实习过程中,发现工厂生产时需要浸酸,酸需要回用和套用,以及后续的废水环保处理要求,但不能完全理解;而课程实验指导中提供了甲壳素的简单制备流程:虾壳或蟹壳浸酸(脱碳酸钙)水洗烧碱煮脱色水洗干燥粉碎成品甲壳素,这样通过老师的讲解和学生查阅资料,设计实验,就从原来的一个验证性实验自然转化成设计性实验,更好的比较与工厂实际工艺的差距,在实验过程中也不会存在废酸、废碱的随意排放。 (2)实验《淡碱水解法提取鱼肝油》、《鱼油氧化、酸价和过氧化值测定》。在《海洋生物资源综合利用工艺学》这一课程里,《淡碱水解法提取鱼肝油》为经典实验项目之一,其制备工艺流程为:鱼肝切碎加碱调pH水解过滤离心分离盐析离心分离水洗离心分离(低温处理冷滤清鱼肝油)。舟山市鱼油产业发达,目前已有多家企业生产鱼油,我们与浙江神州海洋生物工程有限公司合作建立学生实习基地,学生在实习时就已经学习和了解鱼肝油的生产流程以及鱼油在生产、贮藏过程中极容易氧化的现象,在该实验项目教学过程中,学生就能很好地了解加碱是为了将鱼肝油蛋白质组织分解,破坏蛋白质与肝油间的结合关系,盐析的目的是沉淀蛋白质等,从而比较充分地分离鱼肝油,从而能充分激发学生学习兴趣,调动学习积极性,使实验教学效果进一步的提高。在进行《鱼油氧化、酸价和过氧化值测定》实验项目时,学习在实习过程中已经在企业化验室进行过过学习和锻炼,认识到鱼油氧化、酸价和过氧化值测定实验原理和过程虽然简单,但是要做到数据准确度和紧密度高、可靠、操作熟练也非常不容易,从而更加珍惜学校课堂实验的机会。 实验考核体系的完善 改革前实验教学过分重视实验的结果,而对实验的过程中培养学生掌握方法、养成良好的实验习惯与态度重视不够;缺乏严格的实践教学考试制度,造成学生轻视实验,敷衍实验现象,实验成效不明显。改革后,改革实验环节的评分模式,在课程一开始,即向学生讲清楚本门课程的成绩考核方法,实行全程评价。建立了对最终实验课程成绩,以平时成绩占40%,从出勤率、实验纪律、实验操作、实验预习、设计报告质量来进行评判,实验现场考试占50%和奖惩制度占10%进行综合考核评定标准,大大改善了实验课堂的面貌。学生主动性实验增加,实验操作规范性增加。 教学效果评价 采用独立设实验课、撰写实验设计报告、校企业联动的实验设置、操作考试,大大改善了实验课堂的面貌。通过问卷调查形式在学生中进行了实验效果测评:参加测评人数70人认为通过实验教学独立设课,并采用实际操作考试,实验效果好的39人;认为完全掌握或基本掌握了海洋生物资源综合利用实验操作技能,对以后实验技能提高有帮助,增强对理论知识的巩固的有66人。认为今后很有必要采用这种实验教学模式的39人,不欢迎的只有5人。从测评情况及考核情况看,绝大多数同学对该类实验积极性高,主动认真,对他们实验分析能力和动手能力有很大提高,完全或基本掌握了海洋生物资源综合利用实验技能。在进行了改革以后的学生中,在毕业论文、工作岗位从事海洋食品研发工作的实践技能比往届毕业生有较大的提高,说明实验改革的必要性和有效性。 结语 近年来,对《海洋生物资源综合利用工艺学》课程实验和实践教学环节进行了探索与改革,根据课程特点,凝练和形成了海洋特色实验内容体系,并形成校企联动实验教学方式共促教学体系和以科研促教学、科研教学互促模式,并取得了一定的成绩,对教学效果和学生学习的积极性有一定的提高作用,对学生综合素质和实验能力有一定拓展和提升。比如,在2011年由共青团浙江省委、浙江省教育厅、浙江省科学技术协会、浙江省学生联合会共同主办的浙江省第十二届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛中,由三个项目分别获得获一等奖、二等奖和三等奖。但《海洋生物资源综合利用工艺学》课程仍需进一步探索和实践,以完善和提高实验教学体系。 生物资源论文:生物资源科技布置探讨 作者:吴园涛任小波 孙恢礼单位:中国科学院资源环境科学与技术局中国科学院南海海洋研究所 国家重点基础领域项目部署和进展 “十一五”期间,国家“973”计划在海洋生物资源领域在资源环境领域、农业领域和重要交叉前沿领域部署项目,重点关注海水养殖中的病害生物学、基因组学和分子育种,近海生态系统安全(赤潮、水母、藻华等)和近海生态食物产出,以及海洋微生物次生代谢产物和活性物质等科学问题。这些项目关注海洋生物领域基础性科学问题的解决,促进了我国海水养殖产业的品种优化、病害防治、增产增收等产业关键问题的解决,保障了我国近海生态安全并促进近海食物产出和环境安全,为开发海洋生物活性物质进而获得海洋食品、功能食品、海洋药物提供了重要的理论基础。表1为“十一五”期间国家“973”计划海洋生物领域部分立项项目清单。国家“973”计划海洋领域项目取得了重要研究成果。例如,“重要海水养殖动物病害发生和免疫防治的基础研究”项目,由中国科学院海洋研究所等单位承担,项目聚焦于我国重要的海水养殖动物对虾和鱼类疾病产生和防治的各个环节,包括病原学、病原入侵、宿主免疫反应机制、免疫防治的途径等。通过调查主要病原的流行病学特点和感染宿主的机制,并以之为基础,对对虾和鱼类不同的免疫系统特点提出了针对性的免疫防治策略。项目申请国家发明专利56项,已获授权25项;获得国家技术发明奖二等奖2项,省部级奖8项;项目取得的原创性成果达到国际领先水平,并培养了一批在国内外颇有影响力的中青年学科带头人。“养殖贝类重要经济性状的分子解析与设计育种基础研究”和“海洋微生物次生代谢的生理生态效应及其生物合成机制”等项目,重点关注我国海洋养殖贝类、微生物等生物资源的遗传育种和活性物质开发方面的基础性科学问题,为我国海洋生物资源利用的发展提供了重要的基础。 国家高技术研究领域项目部署和进展 “十一五”期间,国家“863”计划海洋技术领域在海洋生物资源方面的研究目标是研制50个海洋创新药物与海洋生物制品等产品。部署了“抗肿瘤海洋药物的研究开发”、“抗心脑血管疾病海洋药物的研究开发”、“抗神经系统疾病海洋药物的研究开发”、“海洋生物功能基因工程产品关键技术研究”、“海洋微生物产品的中试研究”、“新型海洋生物制品研究开发”、“海洋滩涂耐盐植物开发及集成应用技术研究”等多项重点项目。部署了“海洋生物资源开发利用技术”专题项目,其中目标导向类项目4项,重点关注资源利用、病害防治、创新药物等方向;探索导向类项目43项,研究对象包括珊瑚、红树林、海藻、海绵、海蛇、海星、对虾、微生物等,通过分子生物学、基因组学、细胞生物学、发育生物学等学科技术手段,研究海洋生物资源开发利用中重要的过程和机理,研制获得海洋生物活性肽、海洋药物先导化合物等。承担单位主要分布在中国科学院相关研究所(中国科学院海洋研究所、上海药物研究所、微生物研究所、水生生物研究所、大连化学物理研究所等)、教育部高校(中国海洋大学、中山大学、北京大学、山东大学等)、国家海洋局第三海洋研究所、中国人民解放军第二军医大学等。通过国家“863”计划重点项目和专题项目的实施,对解决海洋生物资源利用领域的动植物微生物资源现状、天然产物和活性物质开发、产品加工关键技术、系列生物制品研制等产业链的核心科学问题具有重要作用。表2为“十一五”期间国家高技术研究发展计划海洋技术领域海洋生物资源开发利用技术部分重点项目和专题项目。 国家“863”计划海洋生物领域项目取得了重要研究成果。以“新型海洋生物制品研究开发”重点项目为例,该项目以海洋生物资源为原料,结合现代生物工程及生物化工等技术,重点突破了生物酶制剂、生物材料及生物农药等生物制品的规模化生产的关键技术,获得一批具有自主知识产权的原创性成果,建立我国海洋生物制品的创新体系,建立了我国海洋生物制品产业发展作用的研发基地,提升了我国海洋生物资源的综合开发能力。 国家科技支撑领域项目部署和进展 “十一五”期间,国家科技支撑计划在海洋生物资源领域部署了“海洋食品精深加工技术研究与产业化示范”、“海洋生物毒素药源高纯度规模化关键技术研究与应用开发示范”、“西沙群岛珊瑚礁生态恢复与特色生物资源增殖利用关键技术与示范”等多项支撑计划项目。国家科技支撑计划海洋生物资源领域项目的实施,显著提升了海洋生物资源利用的研究能力和技术水平,丰富拓展了海洋生物资源产品,增强了相关企业创新能力及产品市场竞争力,进一步拉动了海洋渔业上游产业链,为我国海洋食品现代加工技术创新体系建设和海洋产业可持续发展提供了有力支撑。 国家科技支撑计划项目在海洋生物资源利用领域取得了一批重要的科技创新成果。例如,“海洋食品精深加工技术研究与产业化示范”是迄今为止海洋食品领域最大的国家科技项目,突破了大宗低值鱼类蛋白的化加工、海洋食品原料功效因子的高效制备、海藻新型综合利用技术及海洋水产品质量与安全控制等4项海洋食品加工的重大技术;开发了低温组合干燥等10项海洋食品与功能食品产业制造技术;研制了低盐鱼酱油、脱敏鲐鱼等80种新型海洋食品及营养与功能食品(基料);建立了海洋大宗低值鱼类精深加工、海洋食品生物活性物质高效制备、高品质海藻胶加工等产业化示范基地7个,中试生产线11条,产业化示范生产线32条。“海洋生物毒素药源高纯度规模化关键技术研究与应用开发示范”项目主要开展了海洋生物毒素药源高纯度、规模化重大关键共性技术的突破与攻关,攻克了海洋生物药源高纯度规模化生产过程中的高精度检测技术、全程工艺设计、示范生产线建设、新药制剂学研究、新药临床前研究等关键技术及设备选型、设备安装调试、配套设施建设、操作人员培训等工作,建成了海洋生物毒素药源高纯度规模化生产线。“西沙群岛珊瑚礁生态恢复与特色生物资源增殖利用关键技术与示范”项目主要针对西沙群岛珊瑚礁人为损毁、特色海洋生物资源破坏和珊瑚敌害长棘海星及病原微生物危害严重,亟须珊瑚礁生态恢复技术、特色海洋生物资源增殖技术和珊瑚病敌害防控技术等重大问题,开展珊瑚礁结构生态修复与造礁石珊瑚增殖、特色生物资源增殖与珊瑚病敌害防控等关键技术研究,进行珊瑚礁生态增殖恢复技术集成与应用示范,促进珊瑚礁生态系统功能的有效恢复和珊瑚礁特色生物资源的生态增殖,转变渔民生产生活方式,发展珊瑚礁生态增殖产业,促进珊瑚礁生态系统的可持续利用。目前,该项目已经运行两年并取得了重要的阶段性进展。 其他 自2007年开始,财政部会同国家海洋局和科技部启动了公益性海洋行业科研专项,该专项支持了“贝类高值化利用技术中试研究与示范”等多项海洋生物资源利用项目。国家海洋局2010年启动了海洋可再生能源专项,部署了海洋能源微藻项目,开展海洋微藻在制备能源方面的高值化利用研究与示范。国家自然科学基金委生命学部、地学部等在海洋生物活性物质开发、海洋微生物等方面部署了多项青年基金和面上项目。中国科学院“创新三期”资源环境领域在海洋生物活性物质开发、海洋微生物资源利用、海水养殖产业链构建等方面部署了一批重要方向项目(群),其中包括“海洋生物活性物质高值利用技术”和“海洋微生物活性物质及其组合物合成技术”重要方向项目,以及“重要海水养殖动物绿色产业链构建原理与关键技术”项目群和“影响我国近海生物资源变动的关键生态与环境过程”项目群。表3为“十一五”期间中国科学院海洋生物领域重要方向项目立项项目清单。 我国海洋生物资源领域科技发展的制约因素 海洋生物资源的开发利用是我国战略性新兴产业重要的突破口,极有可能成为海洋产业发展的重要经济增长点。在取得所述创新科技成果的同时,也存在一些制约该领域发展的瓶颈问题。 1理论体系不完善 当前,海洋生物领域的部分科技成果浮于表面,对基础性科学问题和重大理论突破的关注度不够,对制约行业领域发展的重大技术问题和关键设备的解决缺乏有效的方法,一些研究思路和技术方案存在“炒概念”的嫌疑,科学研究对产业的技术支撑能力薄弱。科学研究的原始创新和突破能力不足,尚存在着上游和下游分离的问题,基础研究的科学家关注高水平研究论文的发表,产品开发的技术专家专注于有市场潜力的产品开发,上游的高技术和下游的产业化之间的有机链条需要巩固和加强。 2稳定经费投入不足 近年来,我国逐步开始高度重视海洋科学的发展,海洋生物资源领域的科技投入比例也在逐年增加。但相对于我国海洋生物制品、海洋药物、海洋食品等领域的巨大科研需求和重大经济效益产出,我国在该领域的科技投入比例尚需进一步加强。大部分海洋生物领域的科学家已经摆脱了缺乏稳定的经费来源开展研究工作的窘境,但是还存在科学家到处争取不同类别项目经费进行研究的情况。需要国家自然科学基金、“973”计划、“863”计划、科技支撑计划等从科学思想的培育、重大基础科学问题解决、关键技术问题解决、产业化支撑体系等各方面给予长期稳定的支持。 3科研平台支撑能力薄弱 海洋生物利用的科学研究和产业化开发都离不开科研条件平台的支持。当前,我国在海洋生物领域的科研条件平台建设较为薄弱。目前尚无海洋生物领域的国家重点实验室,仅拥有国家海藻工程技术研究中心等为数不多的工程中心,省部级重点实验室、技术转移转化中心等平台也需要加强支持。同时,产业化开发的体制机制方面尚存在不顺畅的环节,需要政府部门、企业单位、高校、科研机构的有机集合,从理论体系建设到技术支撑能力的提升各个层面协同发展。 4人才队伍培养力度不强 当前,我国的海洋生物资源可持续利用领域的科研骨干主要来源于海洋化学、食品科学、水产品加工等传统学科的延伸,真正从事该领域的理论研究和产业化开发的科研人才队伍亟待加强。海洋生物资源可持续利用作为一门重要的交叉学科,需要大量具备海洋生物学、水产科学、食品科学、生物化学、临床医学等多学科知识背景的综合人才队伍,需要同时具备基础科研能力和较强的产业化开发能力的复合型人才,需要科研院所和高校采取有效措施不断加大综合型人才的培养力度。 5产品集成开发亟待提升 科学技术的发展最终要转化为有效的生产力才能发挥作用,海洋生物制品开发需要重大产品的开发和技术集成创新能力的提升。当前,我国食品安全问题日益突出,陆源食品的安全问题受到巨大挑战。海洋生物产品具有与生俱来的优越性,陆源食品的令人担忧的安全性和海洋食品的绿色、无污染、安全等形成了鲜明的对比,人们更愿意接受新型的海洋生物制品。但是我国生物制品开发的重大产品较少,技术集成创新能力略显不足,如何开展重大产品开发和进行技术集成研究,推广应用海洋生物制品,是摆在相关企业面前的重要考验,海洋生物制品发展机遇与挑战并存。 我国海洋生物资源领域科技发展战略对策和建议 1关注重大基础性科学问题和技术问题 基础性科技问题的提出和解决,是海洋生物资源利用科学研究的核心推动。提出和解决制约领域科技进步和产业发展的基础性科技问题,将科学技术研究和产业化开发有机结合,解决我国海洋生物产业发展中存在的瓶颈问题,提高利用的研究和技术水平,为海洋产业发展、科技成果产出、企业技术进步、市场经济发展提供强有力的科技支撑。 2加大科技投入和提高利用效率 长期稳定的科技投入,是海洋生物资源利用科学研究的力量源泉。整合利用国家层面、部委层面、研究机构层面的国家科技资源,加大经费支持力度,延长稳定支持年限。开展海洋生物利用国家科技专项研究计划,集中全国优势力量开展技术攻关研究。加强资源和数据信息整合,提高资金、设备、平台和数据等集成作用。最大限度的发挥科研经费的作用,提高科技投入资源的使用效率,促进我国海洋生物技术领域重大科技成果产出。 3重视科研条件平台建设 强有力的科研条件平台是海洋生物资源利用的科学研究的物质基础。有效整合现有海洋生物资源利用的科技平台资源,集中建设一批国家重点实验室、国家工程(技术)中心、省市级重点实验室、企业技术中心、技术转移转化中心、产业示范基地等;建立健全理论体系突破、技术路线可行、产品安全有效、市场高度认可的“官产学研——政府部门、企业单位、高校、科研机构”的有机结合机制,促进理论体系突破和技术支撑能力提升。 4引进高水平领军人才和培养中青年科研骨干 稳定的高水平人才队伍是海洋生物资源利用科学研究的根本保障。大力培养具备海洋生物学、水产科学、食品科学、生物化学、临床医学等学科基础的综合性人才,引导相关领域人员专职从事海洋生物资源可持续利用的研究。加强技术人员的培养和引进,提高海洋生物科学领域整体技术水平。注重引进国际高水平领军人才,重视培养本土领军人才,加强中青年骨干人才的稳定支持力度,培养造就具备科学研究、技术攻关和产业化开发的综合性高水平人才队伍。 5重视新型海洋生物制品的研发和宣传 市场广阔的海洋生物制品是开展海洋生物资源利用科学研究的最终出路。吸取陆源食品安全问题的经验教训,集中力量提高新型海洋生物制品的科技含量。开发重大新型海洋生物制品,重点开发深海微生物活性物质、新型海洋生物医用材料、临床肠内营养制剂、海洋生物酶制剂等国家迫切需求的科技产品,重点关注技术集成创新能力的提升。有序开展科普宣传,树立海洋生物制品的良好的市场形象,为科学技术转化为生产力提供良好的社会氛围。 前景展望 “十一五”期间,我国通过“973”计划、“863”计划、科技支撑计划、行业专项、部门项目部署等方面,在海洋生物资源利用领域组织实施了一系列重要项目。这些项目的部署和顺利实施,在我国海洋生物活性物质、海洋功能食品、海洋微生物活性先导化合物、水产品加工技术与设备等方面的关键技术研发和科技支撑能力提高方面发挥了重要的作用,大大推动了我国海洋生物资源利用的基础理论和技术开发的发展。同时,我国海洋生物资源利用在理论体系、经费投入、科研平台、人才队伍、产品开发等方面也存在一些制约发展的问题。需要政府部门、企业单位、高等院校、科研院所等采取有效措施,针对制约产业发展的关键科学问题和核心技术问题,关注重大基础性科学问题和技术问题,加大科技投入提高利用效率,重视科研条件平台建设,稳定支持高水平领军人才和中青年科研骨干,重视新型海洋生物制品的研发和舆论宣传。从而促进海洋生物资源可持续利用基础理论体系突破和技术支撑能力提升,提高海洋生物资源可持续利用的科技含金量,树立海洋生物制品良好的市场形象,促进重大科技创新成果的产出,为科学技术转化为生产力提供良好的社会氛围。 生物资源论文:农业生物资源保护状态与发展策略 摘要:简述了保护与利用农业生物资源的重要性和紧迫性,总结分析了山东省农业生物资源保存、研究和利用现状。针对目前存在的突出问题,提出了构建全省农业生物资源保护与利用平台的设想,包括平台建设的总体思路、平台结构、三大体系建设及八大重点任务。 关键词:生物资源;保护现状;存在问题;发展战略 农业生物资源包括农作物、畜禽、农业微生物和药用植物等种质资源,是维持人类生存、健康与发展的最根本物质基础和战略资源,也是农业新品种和生命科学源头创新的材料基础。育种实质上就是作物种质资源优异基因的重组再加工,小麦矮秆基因、水稻“野败”型不育基因的应用引发了“绿色革命”。因此,保护农业生物资源多样性,发掘其中的优异基因,是实现农业可持续发展的中心策略[1]。当前,山东省农业生物资源保护与利用工作仍处于初级阶段,还存在许多不足,而作物种类减少、品种遗传基础狭窄的问题却日益突出。我们应该充分认识农业生物资源在经济社会、农业可持续发展及食物与生态安全保障等方面的重要作用,站在国家和民族长远利益的高度,切实加强农业生物资源保护与利用工作[2]。 1山东省农业生物资源保护现状和主要存在问题 1.1农业生物资源收集保存现状 山东省地处温带,由于具有良好的气候、土壤、地形地貌条件及悠久的垦殖历史,农业生物资源相当丰富。新中国成立以来,有关农业行政部门和科研单位组织了三次较大规模的农作物品种资源调查、搜集和整理工作,特别是近几年,在省农业良种工程项目的支持下,大力开展了新品种选育和国内外种质资源的引进收集工作,进一步丰富了山东农业生物资源。初步统计,目前分散保存于全省科研和教学单位的农业生物种质资源约4万份,这些资源有效地支撑了全省动植物育种和农业可持续发展。 1.1.1主要农作物资源目前,以山东省农业科学院为主体搜集保存的普通小麦种质资源2200余份,其中本省地方品种441份,育成品种534份,国内征集品种(系)1025份,国外品种59份;另有国内外耐旱小麦种质156份,小麦近缘野生种属10份。玉米地方品种资源经过归并整理后保存441份,另有大批国内外引进种质和创新种质。国内外花生资源1800余份。棉花种质1470余份,包括野生棉及远缘杂交高代材料、彩棉、低酚棉等。谷子种质2200多份。高粱种质1200多份。大豆栽培品种835份。 建国以来,经过几次全省范围内对蔬菜资源的调查、征集和整理,到1983年,山东省农业科学院蔬菜研究所保存68种蔬菜(包括部分亚种和变种)共3000多份种质资源,其中收入《山东省蔬菜品种资源目录》的共计1680个。这些品种中有许多是山东名优特产蔬菜资源,如胶东大白菜、潍县萝卜、章丘大葱、莱芜姜、苍山大蒜、益都银瓜等。20世纪80年代以来,山东从国内外引进了大批优良蔬菜品种,加之本省选育的新品种,使山东的蔬菜资源十分丰富,并具有突出的经济性状[3]。 山东是我国北方落叶果树的原产中心之一,被誉为“北方落叶果树的王国”。现有果树种质资源24科,50属,141种,27个变种,其中原始分布的野生果树资源有20科,34属,81种或变种[4]。山东原产果树资源在现有资源种类中占有优势地位,烟台苹果、莱阳梨、肥城桃、乐陵金丝小枣、枣庄石榴、大泽山葡萄等都是山东久负盛名的特产。 1.1.2畜禽资源山东现有地方畜禽品种32个,其中鲁西黄牛、德州驴等大家畜5个,莱芜猪、大蒲莲猪、里岔黑猪等地方猪种8个,小尾寒羊、济宁青山羊等地方羊8个,寿光鸡、中国斗鸡等地方鸡7个,豁眼鹅、金乡百子鹅2个地方鹅,微山麻鸭、文登黑鸭2个地方鸭。现存的地方品种按保存数量和利用程度可分为三种情况:一是有一定群体数量,在畜牧生产中单独或作为杂交母本使用的畜禽品种,如鲁西黄牛、小尾寒羊、莱芜猪、里岔黑猪、微山麻鸭、豁眼鹅等,大约占畜禽品种资源总量的三分之一,已得到有效利用,市场需求趋向性凸显,资源价值得到认可,并对畜牧业发展提供了种质支撑。二是群体数量较少,某些特性突出,目前作为育种材料或满足特定需要的畜禽品种,如中国斗鸡、寿光鸡、济宁青山羊、大蒲莲猪等。三是尚未得到社会重视、存养地又无能力保护,数量急剧下降,已经灭绝或处于濒危的畜禽品种,建国以来,已有荣成元宝鸡、烟台糁糠鸡、沾化黑猪等6个品种灭绝;济宁百日鸡、文登黑鸭、大尾寒羊、黑耳兔等品种濒临灭绝[5]。 1.1.3农业微生物资源山东省在农业微生物资源研究与开发利用方面曾一度在全国处于领先水平。1963年山东省农业科学院分离到一种专性寄生于菟丝子的墨盘孢目毛炭疽菌属的真菌,利用该菌制备的微生物除草剂“鲁保1号”防治菟丝子效果显著,且不危害大豆和其它农作物,对人畜无害,成为我国将真菌用于杂草生物防治的首创。1966年以后,生物除草剂“鲁保1号”在全国20多个省(市、自治区)推广应用6617×104hm2,防效达85%以上,平均挽回损失30%~50%。目前,山东省农业科学院生物农药、生物肥料和食用菌等优良菌株的保存数量达400余株,山东农业大学的植物病原真菌菌种及动物病原菌保存数量达200余株,青岛农业大学也保存有一定数量的药用真菌资源。 1.1.4药用植物资源1987年第三次中药资源普查后编写的《山东省中药资源名录》共收载中药4类1470种,药用植物即达1299种,占中药资源总数的8814%,其中藻类植物43种,菌类植物32种,地衣植物2种,苔藓植物3种,蕨类植物73种,种子植物有1143种。除山东中医药大学、山东中医药研究院和各地植物园内种植少量的药用植物用于教学、科普或观赏外,大都处于野生状态。建国以来,山东开展野生种质人工驯化的药用植物90余种,较大规模(6617hm2以上)人工栽培的有20余种,其中桔梗、丹参、黄芩、黄芪、金银花等全国知名。从2005年始,在省良种产业化工程的支持下,开始了山东大宗类药用植物种质资源的搜集研究工作,山东省农业科学院鉴定保存桔梗、丹参、黄芪、黄芩、石竹子、紫苏等种质200余份,育种中间材料800余份;山东中医药大学鉴定保存金银花、丹参等种质资源140余份;山东中医药研究院鉴定保存黄芩种质50余份。 1.2农业生物资源保护与利用中存在的主要问题 农业生物资源研究是农业科技发展的重要基础。尽管山东农业生物资源保护与利用工作取得了显著成绩,但仍有诸多问题亟待解决[6~8]。 一是对生物资源的重要性认识不足,对生物资源保护和利用工作的基础性、长期性、稳定性和公益性还没有形成广泛的社会共识。 二是管理职责不明,缺乏高层次整体规划,尚未建立起统 一、高效的全省农业生物资源管理工作体系。 三是资源保存分散,共享效率低。长期以来,资源分散保存在不同的行业机构和技术人员手中,存在部门分割、单位所有的现象,机构之间以及保存者与利用者之间缺乏联系,资源共享的整体能力较差。 四是资源评价、鉴定等技术工作不深入,典型性和关键性数据缺乏,资源潜在的经济、社会和生态价值没能体现出来。 五是缺乏高层次专业人才。资源保护和管理工作具有基础性和技术支撑性等特点,短期内难以出大成果和高水平论文,难以吸引高层次人才从事这项工作。 六是缺乏持续稳定的经费支持。资源的收集保存、繁殖更新是一项基础性、公益性的工作,其经费至今尚未列入经常性财政预算。许多资源的保存借助一般科研项目的支持,而项目结束后,因资金断档,不得不放弃对大量资源的保存。 2山东省农业生物资源保护与利用的战略设想 山东具有丰富的农业生物资源,但随着农业集约化发展、生态环境变化和大规模经济建设,加之长期以来农业生物资源工作存在的诸多问题,使农业生物资源多样性破环严重,农业品种遗传基础越来越窄。因此,加强农业生物资源的管理、保护及研究利用越来越迫切,任务十分艰巨。为此,提出构建山东农业生物资源保护与利用平台的初步设想[9~13]。 2.1平台建设总体思路 2.1.1指导思想从全省农业科技发展的总体布局出发,以资源安全保护和科学利用为主线,搭建公益性、基础性、战略性的农业生物资源保护与利用平台,创新资源管理与共享机制,解决资源收集、保存、共享和利用过程中的关键问题,为山东省乃至黄淮海地区农业科技长远发展与重点突破提供强有力的基础支撑。 2.1.2基本原则 (1)统筹规划,分步实施。农业生物资源种类多、分布广,保存方式多样。平台建设必须注重顶层设计和统一规划,按照不同类型资源的性能特点和生命规律,分步骤、分级别、分阶段组织实施。 (2)政府主导,多方参与。充分发挥政府对公益性、基础性事业的主导作用,同时调动农业科研院所、高等院校、社会团体和个人参与的积极性,建立多元化的农业生物资源保护与利用体系。 (3)优化整合,高效利用。对全省农业生物资源状况进行全面调查、登记,优化整合分散在全省不同地区、不同单位的农业生物资源,确保资源安全,促进共享,提高利用效率。 (4)创新机制,加强管理。建立由省级行政主管部门参与的农业生物资源保护与利用决策机制,构筑以资源保存和研究机构为核心的收集保护体系,逐步完善咨询、运行、服务、监督、评价等管理机制,保证平台正常运转。 生物资源论文:农业生物资源保护发展 农业生物资源包括农作物、畜禽、农业微生物和药用植物等种质资源,是维持人类生存、健康与发展的最根本物质基础和战略资源,也是农业新品种和生命科学源头创新的材料基础。育种实质上就是作物种质资源优异基因的重组再加工,小麦矮秆基因、水稻“野败”型不育基因的应用引发了“绿色革命”。因此,保护农业生物资源多样性,发掘其中的优异基因,是实现农业可持续发展的中心策略[1]。当前,山东省农业生物资源保护与利用工作仍处于初级阶段,还存在许多不足,而作物种类减少、品种遗传基础狭窄的问题却日益突出。我们应该充分认识农业生物资源在经济社会、农业可持续发展及食物与生态安全保障等方面的重要作用,站在国家和民族长远利益的高度,切实加强农业生物资源保护与利用工作[2]。 1山东省农业生物资源保护现状和主要存在问题 1.1农业生物资源收集保存现状 山东省地处温带,由于具有良好的气候、土壤、地形地貌条件及悠久的垦殖历史,农业生物资源相当丰富。新中国成立以来,有关农业行政部门和科研单位组织了三次较大规模的农作物品种资源调查、搜集和整理工作,特别是近几年,在省农业良种工程项目的支持下,大力开展了新品种选育和国内外种质资源的引进收集工作,进一步丰富了山东农业生物资源。初步统计,目前分散保存于全省科研和教学单位的农业生物种质资源约4万份,这些资源有效地支撑了全省动植物育种和农业可持续发展。 1.1.1主要农作物资源目前,以山东省农业科学院为主体搜集保存的普通小麦种质资源2200余份,其中本省地方品种441份,育成品种534份,国内征集品种(系)1025份,国外品种59份;另有国内外耐旱小麦种质156份,小麦近缘野生种属10份。玉米地方品种资源经过归并整理后保存441份,另有大批国内外引进种质和创新种质。国内外花生资源1800余份。棉花种质1470余份,包括野生棉及远缘杂交高代材料、彩棉、低酚棉等。谷子种质2200多份。高粱种质1200多份。大豆栽培品种835份。 建国以来,经过几次全省范围内对蔬菜资源的调查、征集和整理,到1983年,山东省农业科学院蔬菜研究所保存68种蔬菜(包括部分亚种和变种)共3000多份种质资源,其中收入《山东省蔬菜品种资源目录》的共计1680个。这些品种中有许多是山东名优特产蔬菜资源,如胶东大白菜、潍县萝卜、章丘大葱、莱芜姜、苍山大蒜、益都银瓜等。20世纪80年代以来,山东从国内外引进了大批优良蔬菜品种,加之本省选育的新品种,使山东的蔬菜资源十分丰富,并具有突出的经济性状[3]。 山东是我国北方落叶果树的原产中心之一,被誉为“北方落叶果树的王国”。现有果树种质资源24科,50属,141种,27个变种,其中原始分布的野生果树资源有20科,34属,81种或变种[4]。山东原产果树资源在现有资源种类中占有优势地位,烟台苹果、莱阳梨、肥城桃、乐陵金丝小枣、枣庄石榴、大泽山葡萄等都是山东久负盛名的特产。 1.1.2畜禽资源山东现有地方畜禽品种32个,其中鲁西黄牛、德州驴等大家畜5个,莱芜猪、大蒲莲猪、里岔黑猪等地方猪种8个,小尾寒羊、济宁青山羊等地方羊8个,寿光鸡、中国斗鸡等地方鸡7个,豁眼鹅、金乡百子鹅2个地方鹅,微山麻鸭、文登黑鸭2个地方鸭。现存的地方品种按保存数量和利用程度可分为三种情况:一是有一定群体数量,在畜牧生产中单独或作为杂交母本使用的畜禽品种,如鲁西黄牛、小尾寒羊、莱芜猪、里岔黑猪、微山麻鸭、豁眼鹅等,大约占畜禽品种资源总量的三分之一,已得到有效利用,市场需求趋向性凸显,资源价值得到认可,并对畜牧业发展提供了种质支撑。二是群体数量较少,某些特性突出,目前作为育种材料或满足特定需要的畜禽品种,如中国斗鸡、寿光鸡、济宁青山羊、大蒲莲猪等。三是尚未得到社会重视、存养地又无能力保护,数量急剧下降,已经灭绝或处于濒危的畜禽品种,建国以来,已有荣成元宝鸡、烟台糁糠鸡、沾化黑猪等6个品种灭绝;济宁百日鸡、文登黑鸭、大尾寒羊、黑耳兔等品种濒临灭绝[5]。 1.1.3农业微生物资源山东省在农业微生物资源研究与开发利用方面曾一度在全国处于领先水平。1963年山东省农业科学院分离到一种专性寄生于菟丝子的墨盘孢目毛炭疽菌属的真菌,利用该菌制备的微生物除草剂“鲁保1号”防治菟丝子效果显著,且不危害大豆和其它农作物,对人畜无害,成为我国将真菌用于杂草生物防治的首创。1966年以后,生物除草剂“鲁保1号”在全国20多个省(市、自治区)推广应用6617×104hm2,防效达85%以上,平均挽回损失30%~50%。目前,山东省农业科学院生物农药、生物肥料和食用菌等优良菌株的保存数量达400余株,山东农业大学的植物病原真菌菌种及动物病原菌保存数量达200余株,青岛农业大学也保存有一定数量的药用真菌资源。 1.1.4药用植物资源1987年第三次中药资源普查后编写的《山东省中药资源名录》共收载中药4类1470种,药用植物即达1299种,占中药资源总数的8814%,其中藻类植物43种,菌类植物32种,地衣植物2种,苔藓植物3种,蕨类植物73种,种子植物有1143种。除山东中医药大学、山东中医药研究院和各地植物园内种植少量的药用植物用于教学、科普或观赏外,大都处于野生状态。建国以来,山东开展野生种质人工驯化的药用植物90余种,较大规模(6617hm2以上)人工栽培的有20余种,其中桔梗、丹参、黄芩、黄芪、金银花等全国知名。从2005年始,在省良种产业化工程的支持下,开始了山东大宗类药用植物种质资源的搜集研究工作,山东省农业科学院鉴定保存桔梗、丹参、黄芪、黄芩、石竹子、紫苏等种质200余份,育种中间材料800余份;山东中医药大学鉴定保存金银花、丹参等种质资源140余份;山东中医药研究院鉴定保存黄芩种质50余份。 1.2农业生物资源保护与利用中存在的主要问题 农业生物资源研究是农业科技发展的重要基础。尽管山东农业生物资源保护与利用工作取得了显著成绩,但仍有诸多问题亟待解决[6~8]。 一是对生物资源的重要性认识不足,对生物资源保护和利用工作的基础性、长期性、稳定性和公益性还没有形成广泛的社会共识。 二是管理职责不明,缺乏高层次整体规划,尚未建立起统 一、高效的全省农业生物资源管理工作体系。 三是资源保存分散,共享效率低。长期以来,资源分散保存在不同的行业机构和技术人员手中,存在部门分割、单位所有的现象,机构之间以及保存者与利用者之间缺乏联系,资源共享的整体能力较差。 四是资源评价、鉴定等技术工作不深入,典型性和关键性数据缺乏,资源潜在的经济、社会和生态价值没能体现出来。 五是缺乏高层次专业人才。资源保护和管理工作具有基础性和技术支撑性等特点,短期内难以出大成果和高水平论文,难以吸引高层次人才从事这项工作。 六是缺乏持续稳定的经费支持。资源的收集保存、繁殖更新是一项基础性、公益性的工作,其经费至今尚未列入经常性财政预算。许多资源的保存借助一般科研项目的支持,而项目结束后,因资金断档,不得不放弃对大量资源的保存。 2山东省农业生物资源保护与利用的战略设想 山东具有丰富的农业生物资源,但随着农业集约化发展、生态环境变化和大规模经济建设,加之长期以来农业生物资源工作存在的诸多问题,使农业生物资源多样性破环严重,农业品种遗传基础越来越窄。因此,加强农业生物资源的管理、保护及研究利用越来越迫切,任务十分艰巨。为此,提出构建山东农业生物资源保护与利用平台的初步设想[9~13]。 2.1平台建设总体思路 2.1.1指导思想从全省农业科技发展的总体布局出发,以资源安全保护和科学利用为主线,搭建公益性、基础性、战略性的农业生物资源保护与利用平台,创新资源管理与共享机制,解决资源收集、保存、共享和利用过程中的关键问题,为山东省乃至黄淮海地区农业科技长远发展与重点突破提供强有力的基础支撑。 2.1.2基本原则 (1)统筹规划,分步实施。农业生物资源种类多、分布广,保存方式多样。平台建设必须注重顶层设计和统一规划,按照不同类型资源的性能特点和生命规律,分步骤、分级别、分阶段组织实施。 (2)政府主导,多方参与。充分发挥政府对公益性、基础性事业的主导作用,同时调动农业科研院所、高等院校、社会团体和个人参与的积极性,建立多元化的农业生物资源保护与利用体系。 (3)优化整合,高效利用。对全省农业生物资源状况进行全面调查、登记,优化整合分散在全省不同地区、不同单位的农业生物资源,确保资源安全,促进共享,提高利用效率。 (4)创新机制,加强管理。建立由省级行政主管部门参与的农业生物资源保护与利用决策机制,构筑以资源保存和研究机构为核心的收集保护体系,逐步完善咨询、运行、服务、监督、评价等管理机制,保证平台正常运转。2.1.3发展目标利用10年左右的时间,构筑起全省农业生物资源保护与利用的实物层、数据层和网络层三层结构,建成资源运行管理、保存更新和共享服务三大体系,完成一批农业生物资源保存、创新和共享等基础性工作,全面提升山东省资源保存与利用的标准化、信息化水平,与国家自然科技资源平台接轨,实现山东省农业生物资源保护与利用工作的跨越式发展。 2.2平台结构 农业生物资源保护与利用平台由实物层、数据层和网络层三层结构组成。 实物层包括主要农作物、养殖动物、农业微生物、药用植物等种质资源库(圃、区、场)及其所保存的种质资源。通过实物层建设,形成山东省农业生物资源保存体系。 数据层是按照统一的技术标准对农业生物资源的形态、特性、遗传等各种资料进行数字化处理,建立山东省农业种质资源数据库。 网络层是建设分布式的农业生物资源信息网络软硬件环境,建立山东省农业生物资源信息网络服务系统,农业生物资源信息,实现农业资源数据的远程查询和种质需求信息的传递。 2.3平台建设的主要内容 2.3.1收集保存体系建设为了实现农业生物资源的安全保存,避免已收集资源的再度丢失,应建立原生境保护与非原生境保护(如种质库、圃、场、园等)相结合的标准化、规模化、自动化和网络化的保存体系。 (1)山东省农业生物资源中心。建设、完善农业生物资源中心综合楼及其相应的配套设施,包括种子中期低温保存库、微生物库、离体材料库、畜禽种质库、种质鉴定评价实验室、资源信息网络室、资源繁育和展示基地等,使该中心成为山东乃至黄淮海地区现代化的种质资源保存中心、资源鉴定与评价中心、资源数据信息中心和生物多样性保护的科普教育基地。 (2)种质资源圃。以山东省农业科研机构和高等院校为依托,以不适宜种子保存的多年生和无性繁殖植物资源为重点,充分利用现有资源圃,建设、完善10个植物种质资源圃。 (3)畜禽保种场。以优势农业科研、教学机构和生产单位为依托,以特色、珍稀地方畜禽资源和优异资源为重点,按照生物安全规划,依据品种特性分类原则,建立20个畜禽资源保种场,保护地方资源和引进的优异资源。 (4)保护区。以生物资源原生地地方政府为主体,根据普查结果,设立10~20个种质资源原生境保护区,对山东特有的野生资源进行原生境保护。 (5)资源繁殖更新基地。以农业科研、教学机构和生产单位为依托,根据实际需要,在全省范围内建立10个资源繁育更新基地,对保存的农业生物种质材料分期分批进行更新繁殖。 2.3.2运行管理体系建设 (1)管理委员会。成立山东省农业生物资源管理委员会,作为全省农业生物资源保护和利用平台的领导机构和最高决策机构,主要功能是协调、规范平台建设的政策导向,从政策和运行方面协调有关部门、单位和个人之间的利益关系,保障平台顺畅运行。 (2)专家咨询委员会。聘请国内相关领域的知名专家,组成专家咨询委员会,负责对农业生物资源保护利用体系建设与运行的方针、路线和发展战略提供咨询意见和决策性建议,包括科技政策与科技规划的制定、重大科技项目与科学工程的前期论证、人才培养、国内外交流合作等。 (3)管理办公室。平台管理办公室是资源平台管理委员会和专家咨询委员会的日常办事机构,是平台共享服务和运行管理的枢纽,保障各项决策的实施以及安排协调相关的任务。 (4)省级资源中心。中心为非盈利的公益性事业单位,其职能和任务是进行农业生物资源的搜集、引进和保存工作,开展资源的鉴定评价、创新利用、分发代存和资源数据信息的研究与,在全省农业生物资源保护与利用工作的组织协调、信息沟通、资源共享等方面发挥牵头作用,是全省农业生物资源共享体系的中心。 (5)资源研究团队。以农业科研机构和高等院校的科研人员为主体,吸收社会力量,组建资源研究团队,承担资源收集保存、鉴定评价、繁殖更新、共享利用等具体工作。 2.3.3共享服务体系建设 (1)建立健全资源共享机制。研究制定共享行为主体的责权利界定规则,确定资源提供者、利用者和共享运行管理者等共享行为主体的责权利。研究制定农业生物资源共享保障规则,包括共享与利益分享相关政策和法规、约束与激励机制、信誉保障和咨询机制、绩效评价机制等。 (2)建立资源信息共享网络。集成资源主要数据信息,建立山东省农业生物资源信息共享服务网络,为政府主管部门掌握情况和宏观决策提供依据,为科研人员和普通公众获取和利用农业生物资源信息提供可靠、便捷的通道。 2.4平台建设的重点任务 2.4.1农业生物资源的考察与调查对全省农业生物资源的种类、分布、多样性、濒危状况、生态环境以及资源的保存条件、管理水平和共享共用现状等进行全面调查,探索农业生物资源长期保护和可持续利用的有效途径。 2.4.2农业生物资源的收集保存建设农业生物资源保存库(圃、场)及原生境保护点,向各级各类科研单位、高等院校等资源保有单位和个人征集现有资源,开展国内外优异资源的收集和引进,抢救性收集保护濒危、珍稀、野生农业生物资源。对收集的资源统一编目和入库(圃、场)保存。 2.4.3农业生物资源的繁殖更新及标志性性状数据的补充完善开展现存资源的定期繁殖更新工作,维持资源的生活力。对收集保存的资源深入开展农艺学、遗传学等相关研究,补充完善种质资源的标志性和关键性性状信息,增加资源信息数据,提高资源可利用性。 2.4.4农业生物资源的鉴定评价按照国家统一的资源描述标准和数据控制规范,对资源的生物学特征特性进行鉴定评价。研究各种农业生物资源鉴定评价的技术方法,特别是利用现代生物技术理论和方法,从分子水平研究资源的性状特征,构建地方特色生物资源核心种质,筛选优异资源和突破性新种质。 2.4.5标准化整理和数字化表达按照国家统一的资源描述规范,对资源的护照信息、标记信息、特征特性信息、保存信息等进行标准化整理和数字化表达,建立资源信息(包括图像、视频等信息)数据库,保证资源信息数据的可比性,提升资源的利用价值和共享水平。 2.4.6分子标记筛选、基因克隆与种质创新开展农业生物遗传多样性研究,发掘重要性状的基因标记,克隆功能基因,创造新型种质材料,丰富遗传资源基因库。利用分子标记技术,研究山东特有生物资源的分子图谱,构建智能化的种质指纹图谱识别系统,建立以分子标记辅助选择、转基因技术和分子设计育种技术为主体的高效分子育种技术平台。 2.4.7信息网络建设按照统一的资源信息标准、数字化标准和网络化标准,将资源实物、数据信息和网络相结合,建立数据容量大、检索查询功能全、网络服务方便快捷的信息化、现代化服务体系。 基于GIS、RS和GPS技术,建设农业生物资源原生地、资源圃、保种场、保护区和更新与繁殖基地自然与经济环境空间管理系统,与共享服务系统融合,支撑农业生物资源信息化管理与服务。 2.4.8虚拟博物馆建设建立和完善图像处理、多媒体数据采集加工的规范,开展代表性、典型性资源的多媒体数据采集工作;运用三维数据还原、视频、音频等技术制作多媒体展品,实现对资源全方位的数字化表达;建立多媒体信息查询系统,以“形”的方式实现对资源的检索,建成山东省农业生物资源虚拟博物馆,达到对社会公众进行科普教育、资源保护宣传和远程服务的目的。 生物资源论文:生物资源在初中生物课堂教学中的应用 一、充分发掘地方生物资源,为开放式教学做铺垫 生物课要做到从封闭式教学到开放式教学具有相当大的挑战性。封闭式教学是从20世纪50年代开始的,那时我国教育受苏联影响较大,推崇“三个中心论”,即“以课堂为中心,以教师为中心,以课本为中心”。这种教育思想把课堂作为实施教学的基地,教学活动大都是在课堂中进行的,学生的学习活动也往往局限于课堂。然而由于生物的结构、生理过程等知识往往比较抽象,如果只用语言描述,课堂会变得枯燥无趣,有些知识甚至利用多媒体也难以达到理想的教学效果,从而使学生的学习积极性受到打击。对于这种状况,教师应尽可能发掘当地生物资源,例如可从校园中的动植物开始,带领学生在校园中进行探索。实实在在的生物是感性的,是看得见、摸得着的,它能有效地丰富学生的感性认识,促进其感性认识向理性认识的转化和升华。另外,它是形象的、具体的,能有效地激发学生的想象和联想,使学生超越个人狭隘的经验范围和时空的限制,能够既让学生获得掌握的知识,认识更多的事物,又让学生的形象思维与抽象思维互动发展。 二、充分发掘地方生物资源,培养学生实践能力 毋庸置疑,校外资源比校内资源丰富得多,有养殖场、农林场、农产品加工厂,有公园、花木场、动植物标本馆,也有生物科技实践活动方面的素材,如三汊河湿地等,这些都是非常好的生物教学资源,在教学中教师应该注意运用。教师在发掘地方生物资源的过程中应当充分发挥学生的主观能动性,带领学生参与其中,给学生营造身临其境的氛围,以加强学生的实践能力。在当地生物资源发掘的过程中会涉及参观、访问、讲座、论坛等多种途径,学生会因此获得更多接触社会的机会,有更多了解生物与社会、科学之间关系,从而学习动机得到激发,实践能力和社会适应能力得到增强。如在教学水资源时,可让学生从当地河流中取水,对其水质进行调查、检验;在教学古生物进化时,可让学生参观动物园和标本博物馆;教学传染病时,可让学生调查学校附近卫生防疫站,了解病毒产生过程……这样的教学能让学生了解和体会到很多更加直观形象的生物信息。 三、充分发掘地方生物资源,提高课堂教学效率 生物科学是一门实验科学,教师应从学生的兴趣出发,结合生活实践,让学生参与问题与假设的提出、方案的设计、验证和得出结论等过程,让学生在自主思考、自主操作中完成实验,避免纸上谈兵。只有把所学的知识运用到实践中,才会真正理解知识,融会贯通;也只有在实践中学以致用,知识才能称之为知识。让学生通过探究获取知识,调动探求知识的心理需求,把课堂学习的主动权最大限度地还给学生,课堂教学就会和谐、高效。例如在说明某种鱼类对不同的水环境均有一定的适应性时,笔者鼓励学生用不同的水质饲养此鱼,并带领学生前往当地水族馆请教专业人员,以此来让学生获取生动案例和精准的答案。此外,在课堂上,笔者要求学生认真观察此鱼的结构,并与其他鱼类进行对比,找出其特点。由于此前学生已经对这种鱼有较深的了解,因此都积极地参与讨论,轻松地理解了所学内容,课堂轻松而有实效。 显而易见,地方生物资源对初中生物课堂教学具有积极的作用。我国地大物博,每个地区都有其独特的资源。生物教师应当充分挖掘本地区宝贵的生物资源,让它为生物教学增添趣味。同时,作为生物教师,我们必须具备紧随时代潮流的教学资源观,有所为有所不为,以现代教育理念为指导,辩证地开发和利用各种教学资源,把地方特色资源转化为课堂教学资源,提升学生对生物课的兴趣,提高课堂教学效率,为学生的发展创造更广阔的空间。 作者:李智峰 周娉 单位:酒泉第五中学 生物资源论文:水生生物资源增殖放流办法 为了坚持我市水生生物的多样性,修复水域生态情况,维护生态安全,完成人与天然和谐发展。依据《渔业法》、国务院《中国水生生物资源养护行动大纲》、省农业厅有关文件精神,为策应经济区建设,促进我市水域生态文明建设和渔业经济可继续发展。我市将开展以构建“漂亮赣江、生态赣江、和谐”为主题的水生生物资源增殖放流活动。现结合当地的实践状况,特制订本工作方案。 一、工作安排 (一)放流数目:全市13个县(市、区)方案放流水产物苗种3000万尾。其中市本级放流200万尾,投资15万元; (二)放流地址:各地应选择在赣江或其支流,以及大、中型水库中进行放流。市本级放流地址安排在赣江吉州段自来水公司取水站的上游500米处; (三)放流时间:2012年6—7月份; (四)放流种类:四大家鱼、鲤、鲫、鲂(鳊)等。 二、工作办法 (一)增强指导,成立专门机构。为了使增殖放流工作顺利进行,必需增强组织指导。市里成立以市农业局局长尹洪泉同志为组长,副调研员左家斌、陈志强同志为副组长,市水产(渔政)站、市农业行政法律支队负责人成员的增殖放流工作指导小组。其办公室设在市农业局水产(渔政)站,负责全市水生生物增殖放流工作的组织与协调,市水产站供应相关的技能支持和放流工作的结果评价工作。各县(市、区)也要成立响应的专门机构,以保证增殖放流的工作结果。 (二)宣传发起,提高社会关注度。充分应用播送、电视、报纸、收集等宣传媒体和路子,开展对水生生物资源增殖放流主要意义的宣传,加强社会各界和群众对水域生态情况、水生生物资源维护的认识。经过增殖放流这一方式,普遍接收大众参加,扩展社会影响,构成全市城乡居民一起关注增殖放流,维护生态情况的优越气氛。 (三)增强监管,规范放盛行为。放流苗种应符合《水生生物增殖放流规则》的要求,准则上如果来自水产良种场持证生产的优质苗种,并经由查验检疫及格,保证种苗质量。严禁向自然水域投放杂交种、转基因种以及不符合生态要求的水产种苗;放流苗种要经过公开投标收购,放流进程要公证公示,承受群众和社会监督;要做好增殖放流的跟踪查询和监督,科学评价增殖放流的工作结果。 (四)县政府指导,多方筹集资金。增殖放流工作是落实水生生物养护行动大纲和维护水生生物资源,维护生态情况的主要行动。2012年,市、县两级财务将拨出必然的指导资金用于增殖放流。积极倡议并争夺民间资金及社会各界的支持,保证水生生物资源的养护和增殖放流等公益性社会事业,多方筹集资金,使我市的增殖放流工作规范、长期、有用地开展。 (五)增强法律,保证放流结果。市、县渔政法律部分要以全市统一开展水生生物增殖放流的契机,结合本年的捕捞答应证的前置审批工作,开展一次打击不合法电、毒、炸鱼等为重点的渔业结合专治行动。经过加大对水生生物增殖放流的水域的有害渔具进行清算和整理,增强对捕捞答应的监管,严厉打击不合法捕捞和无证捕捞的行为,保证增殖放流的结果。 生物资源论文:小议生物资源保护现状与发展探讨 摘要:简述了保护与利用农业生物资源的重要性和紧迫性,总结分析了山东省农业生物资源保存、研究和利用现状。针对目前存在的突出问题,提出了构建全省农业生物资源保护与利用平台的设想,包括平台建设的总体思路、平台结构、三大体系建设及八大重点任务。 关键词:生物资源;保护现状;存在问题;发展战略 农业生物资源包括农作物、畜禽、农业微生物和药用植物等种质资源,是维持人类生存、健康与发展的最根本物质基础和战略资源,也是农业新品种和生命科学源头创新的材料基础。育种实质上就是作物种质资源优异基因的重组再加工,小麦矮秆基因、水稻“野败”型不育基因的应用引发了“绿色革命”。因此,保护农业生物资源多样性,发掘其中的优异基因,是实现农业可持续发展的中心策略[1]。当前,山东省农业生物资源保护与利用工作仍处于初级阶段,还存在许多不足,而作物种类减少、品种遗传基础狭窄的问题却日益突出。我们应该充分认识农业生物资源在经济社会、农业可持续发展及食物与生态安全保障等方面的重要作用,站在国家和民族长远利益的高度,切实加强农业生物资源保护与利用工作[2]。 1山东省农业生物资源保护现状和主要存在问题 1.1农业生物资源收集保存现状 山东省地处温带,由于具有良好的气候、土壤、地形地貌条件及悠久的垦殖历史,农业生物资源相当丰富。新中国成立以来,有关农业行政部门和科研单位组织了三次较大规模的农作物品种资源调查、搜集和整理工作,特别是近几年,在省农业良种工程项目的支持下,大力开展了新品种选育和国内外种质资源的引进收集工作,进一步丰富了山东农业生物资源。初步统计,目前分散保存于全省科研和教学单位的农业生物种质资源约4万份,这些资源有效地支撑了全省动植物育种和农业可持续发展。 1.1.1主要农作物资源目前,以山东省农业科学院为主体搜集保存的普通小麦种质资源2200余份,其中本省地方品种441份,育成品种534份,国内征集品种(系)1025份,国外品种59份;另有国内外耐旱小麦种质156份,小麦近缘野生种属10份。玉米地方品种资源经过归并整理后保存441份,另有大批国内外引进种质和创新种质。国内外花生资源1800余份。棉花种质1470余份,包括野生棉及远缘杂交高代材料、彩棉、低酚棉等。谷子种质2200多份。高粱种质1200多份。大豆栽培品种835份。 建国以来,经过几次全省范围内对蔬菜资源的调查、征集和整理,到1983年,山东省农业科学院蔬菜研究所保存68种蔬菜(包括部分亚种和变种)共3000多份种质资源,其中收入《山东省蔬菜品种资源目录》的共计1680个。这些品种中有许多是山东名优特产蔬菜资源,如胶东大白菜、潍县萝卜、章丘大葱、莱芜姜、苍山大蒜、益都银瓜等。20世纪80年代以来,山东从国内外引进了大批优良蔬菜品种,加之本省选育的新品种,使山东的蔬菜资源十分丰富,并具有突出的经济性状[3]。 山东是我国北方落叶果树的原产中心之一,被誉为“北方落叶果树的王国”。现有果树种质资源24科,50属,141种,27个变种,其中原始分布的野生果树资源有20科,34属,81种或变种[4]。山东原产果树资源在现有资源种类中占有优势地位,烟台苹果、莱阳梨、肥城桃、乐陵金丝小枣、枣庄石榴、大泽山葡萄等都是山东久负盛名的特产。 1.1.2畜禽资源山东现有地方畜禽品种32个,其中鲁西黄牛、德州驴等大家畜5个,莱芜猪、大蒲莲猪、里岔黑猪等地方猪种8个,小尾寒羊、济宁青山羊等地方羊8个,寿光鸡、中国斗鸡等地方鸡7个,豁眼鹅、金乡百子鹅2个地方鹅,微山麻鸭、文登黑鸭2个地方鸭。现存的地方品种按保存数量和利用程度可分为三种情况:一是有一定群体数量,在畜牧生产中单独或作为杂交母本使用的畜禽品种,如鲁西黄牛、小尾寒羊、莱芜猪、里岔黑猪、微山麻鸭、豁眼鹅等,大约占畜禽品种资源总量的三分之一,已得到有效利用,市场需求趋向性凸显,资源价值得到认可,并对畜牧业发展提供了种质支撑。二是群体数量较少,某些特性突出,目前作为育种材料或满足特定需要的畜禽品种,如中国斗鸡、寿光鸡、济宁青山羊、大蒲莲猪等。三是尚未得到社会重视、存养地又无能力保护,数量急剧下降,已经灭绝或处于濒危的畜禽品种,建国以来,已有荣成元宝鸡、烟台糁糠鸡、沾化黑猪等6个品种灭绝;济宁百日鸡、文登黑鸭、大尾寒羊、黑耳兔等品种濒临灭绝[5]。 1.1.3农业微生物资源山东省在农业微生物资源研究与开发利用方面曾一度在全国处于领先水平。1963年山东省农业科学院分离到一种专性寄生于菟丝子的墨盘孢目毛炭疽菌属的真菌,利用该菌制备的微生物除草剂“鲁保1号”防治菟丝子效果显著,且不危害大豆和其它农作物,对人畜无害,成为我国将真菌用于杂草生物防治的首创。1966年以后,生物除草剂“鲁保1号”在全国20多个省(市、自治区)推广应用6617×104hm2,防效达85%以上,平均挽回损失30%~50%。目前,山东省农业科学院生物农药、生物肥料和食用菌等优良菌株的保存数量达400余株,山东农业大学的植物病原真菌菌种及动物病原菌保存数量达200余株,青岛农业大学也保存有一定数量的药用真菌资源。 1.1.4药用植物资源1987年第三次中药资源普查后编写的《山东省中药资源名录》共收载中药4类1470种,药用植物即达1299种,占中药资源总数的8814%,其中藻类植物43种,菌类植物32种,地衣植物2种,苔藓植物3种,蕨类植物73种,种子植物有1143种。除山东中医药大学、山东中医药研究院和各地植物园内种植少量的药用植物用于教学、科普或观赏外,大都处于野生状态。建国以来,山东开展野生种质人工驯化的药用植物90余种,较大规模(6617hm2以上)人工栽培的有20余种,其中桔梗、丹参、黄芩、黄芪、金银花等全国知名。从2005年始,在省良种产业化工程的支持下,开始了山东大宗类药用植物种质资源的搜集研究工作,山东省农业科学院鉴定保存桔梗、丹参、黄芪、黄芩、石竹子、紫苏等种质200余份,育种中间材料800余份;山东中医药大学鉴定保存金银花、丹参等种质资源140余份;山东中医药研究院鉴定保存黄芩种质50余份。 1.2农业生物资源保护与利用中存在的主要问题 农业生物资源研究是农业科技发展的重要基础。尽管山东农业生物资源保护与利用工作取得了显著成绩,但仍有诸多问题亟待解决[6~8]。 一是对生物资源的重要性认识不足,对生物资源保护和利用工作的基础性、长期性、稳定性和公益性还没有形成广泛的社会共识。 二是管理职责不明,缺乏高层次整体规划,尚未建立起统一、高效的全省农业生物资源管理工作体系。 三是资源保存分散,共享效率低。长期以来,资源分散保存在不同的行业机构和技术人员手中,存在部门分割、单位所有的现象,机构之间以及保存者与利用者之间缺乏联系,资源共享的整体能力较差。 四是资源评价、鉴定等技术工作不深入,典型性和关键性数据缺乏,资源潜在的经济、社会和生态价值没能体现出来。 五是缺乏高层次专业人才。资源保护和管理工作具有基础性和技术支撑性等特点,短期内难以出大成果和高水平论文,难以吸引高层次人才从事这项工作。 六是缺乏持续稳定的经费支持。资源的收集保存、繁殖更新是一项基础性、公益性的工作,其经费至今尚未列入经常性财政预算。许多资源的保存借助一般科研项目的支持,而项目结束后,因资金断档,不得不放弃对大量资源的保存。 2山东省农业生物资源保护与利用的战略设想 山东具有丰富的农业生物资源,但随着农业集约化发展、生态环境变化和大规模经济建设,加之长期以来农业生物资源工作存在的诸多问题,使农业生物资源多样性破环严重,农业品种遗传基础越来越窄。因此,加强农业生物资源的管理、保护及研究利用越来越迫切,任务十分艰巨。为此,提出构建山东农业生物资源保护与利用平台的初步设想[9~13]。 2.1平台建设总体思路 2.1.1指导思想从全省农业科技发展的总体布局出发,以资源安全保护和科学利用为主线,搭建公益性、基础性、战略性的农业生物资源保护与利用平台,创新资源管理与共享机制,解决资源收集、保存、共享和利用过程中的关键问题,为山东省乃至黄淮海地区农业科技长远发展与重点突破提供强有力的基础支撑。 2.1.2基本原则 (1)统筹规划,分步实施。农业生物资源种类多、分布广,保存方式多样。平台建设必须注重顶层设计和统一规划,按照不同类型资源的性能特点和生命规律,分步骤、分级别、分阶段组织实施。 (2)政府主导,多方参与。充分发挥政府对公益性、基础性事业的主导作用,同时调动农业科研院所、高等院校、社会团体和个人参与的积极性,建立多元化的农业生物资源保护与利用体系。 (3)优化整合,高效利用。对全省农业生物资源状况进行全面调查、登记,优化整合分散在全省不同地区、不同单位的农业生物资源,确保资源安全,促进共享,提高利用效率。 (4)创新机制,加强管理。建立由省级行政主管部门参与的农业生物资源保护与利用决策机制,构筑以资源保存和研究机构为核心的收集保护体系,逐步完善咨询、运行、服务、监督、评价等管理机制,保证平台正常运转。 2.1.3发展目标利用10年左右的时间,构筑起全省农业生物资源保护与利用的实物层、数据层和网络层三层结构,建成资源运行管理、保存更新和共享服务三大体系,完成一批农业生物资源保存、创新和共享等基础性工作,全面提升山东省资源保存与利用的标准化、信息化水平,与国家自然科技资源平台接轨,实现山东省农业生物资源保护与利用工作的跨越式发展。 2.2平台结构 农业生物资源保护与利用平台由实物层、数据层和网络层三层结构组成。 实物层包括主要农作物、养殖动物、农业微生物、药用植物等种质资源库(圃、区、场)及其所保存的种质资源。通过实物层建设,形成山东省农业生物资源保存体系。 数据层是按照统一的技术标准对农业生物资源的形态、特性、遗传等各种资料进行数字化处理,建立山东省农业种质资源数据库。 网络层是建设分布式的农业生物资源信息网络软硬件环境,建立山东省农业生物资源信息网络服务系统,农业生物资源信息,实现农业资源数据的远程查询和种质需求信息的传递。 2.3平台建设的主要内容 2.3.1收集保存体系建设为了实现农业生物资源的安全保存,避免已收集资源的再度丢失,应建立原生境保护与非原生境保护(如种质库、圃、场、园等)相结合的标准化、规模化、自动化和网络化的保存体系。 (1)山东省农业生物资源中心。建设、完善农业生物资源中心综合楼及其相应的配套设施,包括种子中期低温保存库、微生物库、离体材料库、畜禽种质库、种质鉴定评价实验室、资源信息网络室、资源繁育和展示基地等,使该中心成为山东乃至黄淮海地区现代化的种质资源保存中心、资源鉴定与评价中心、资源数据信息中心和生物多样性保护的科普教育基地。 (2)种质资源圃。以山东省农业科研机构和高等院校为依托,以不适宜种子保存的多年生和无性繁殖植物资源为重点,充分利用现有资源圃,建设、完善10个植物种质资源圃。公务员之家 (3)畜禽保种场。以优势农业科研、教学机构和生产单位为依托,以特色、珍稀地方畜禽资源和优异资源为重点,按照生物安全规划,依据品种特性分类原则,建立20个畜禽资源保种场,保护地方资源和引进的优异资源。 (4)保护区。以生物资源原生地地方政府为主体,根据普查结果,设立10~20个种质资源原生境保护区,对山东特有的野生资源进行原生境保护。 (5)资源繁殖更新基地。以农业科研、教学机构和生产单位为依托,根据实际需要,在全省范围内建立10个资源繁育更新基地,对保存的农业生物种质材料分期分批进行更新繁殖。 2.3.2运行管理体系建设 (1)管理委员会。成立山东省农业生物资源管理委员会,作为全省农业生物资源保护和利用平台的领导机构和最高决策机构,主要功能是协调、规范平台建设的政策导向,从政策和运行方面协调有关部门、单位和个人之间的利益关系,保障平台顺畅运行。 (2)专家咨询委员会。聘请国内相关领域的知名专家,组成专家咨询委员会,负责对农业生物资源保护利用体系建设与运行的方针、路线和发展战略提供咨询意见和决策性建议,包括科技政策与科技规划的制定、重大科技项目与科学工程的前期论证、人才培养、国内外交流合作等。 (3)管理办公室。平台管理办公室是资源平台管理委员会和专家咨询委员会的日常办事机构,是平台共享服务和运行管理的枢纽,保障各项决策的实施以及安排协调相关的任务。 (4)省级资源中心。中心为非盈利的公益性事业单位,其职能和任务是进行农业生物资源的搜集、引进和保存工作,开展资源的鉴定评价、创新利用、分发代存和资源数据信息的研究与,在全省农业生物资源保护与利用工作的组织协调、信息沟通、资源共享等方面发挥牵头作用,是全省农业生物资源共享体系的中心。 (5)资源研究团队。以农业科研机构和高等院校的科研人员为主体,吸收社会力量,组建资源研究团队,承担资源收集保存、鉴定评价、繁殖更新、共享利用等具体工作。 2.3.3共享服务体系建设 (1)建立健全资源共享机制。研究制定共享行为主体的责权利界定规则,确定资源提供者、利用者和共享运行管理者等共享行为主体的责权利。研究制定农业生物资源共享保障规则,包括共享与利益分享相关政策和法规、约束与激励机制、信誉保障和咨询机制、绩效评价机制等。 (2)建立资源信息共享网络。集成资源主要数据信息,建立山东省农业生物资源信息共享服务网络,为政府主管部门掌握情况和宏观决策提供依据,为科研人员和普通公众获取和利用农业生物资源信息提供可靠、便捷的通道。 2.4平台建设的重点任务 2.4.1农业生物资源的考察与调查对全省农业生物资源的种类、分布、多样性、濒危状况、生态环境以及资源的保存条件、管理水平和共享共用现状等进行全面调查,探索农业生物资源长期保护和可持续利用的有效途径。 2.4.2农业生物资源的收集保存建设农业生物资源保存库(圃、场)及原生境保护点,向各级各类科研单位、高等院校等资源保有单位和个人征集现有资源,开展国内外优异资源的收集和引进,抢救性收集保护濒危、珍稀、野生农业生物资源。对收集的资源统一编目和入库(圃、场)保存。 2.4.3农业生物资源的繁殖更新及标志性性状数据的补充完善开展现存资源的定期繁殖更新工作,维持资源的生活力。对收集保存的资源深入开展农艺学、遗传学等相关研究,补充完善种质资源的标志性和关键性性状信息,增加资源信息数据,提高资源可利用性。 2.4.4农业生物资源的鉴定评价按照国家统一的资源描述标准和数据控制规范,对资源的生物学特征特性进行鉴定评价。研究各种农业生物资源鉴定评价的技术方法,特别是利用现代生物技术理论和方法,从分子水平研究资源的性状特征,构建地方特色生物资源核心种质,筛选优异资源和突破性新种质。 2.4.5标准化整理和数字化表达按照国家统一的资源描述规范,对资源的护照信息、标记信息、特征特性信息、保存信息等进行标准化整理和数字化表达,建立资源信息(包括图像、视频等信息)数据库,保证资源信息数据的可比性,提升资源的利用价值和共享水平。 2.4.6分子标记筛选、基因克隆与种质创新开展农业生物遗传多样性研究,发掘重要性状的基因标记,克隆功能基因,创造新型种质材料,丰富遗传资源基因库。利用分子标记技术,研究山东特有生物资源的分子图谱,构建智能化的种质指纹图谱识别系统,建立以分子标记辅助选择、转基因技术和分子设计育种技术为主体的高效分子育种技术平台。 2.4.7信息网络建设按照统一的资源信息标准、数字化标准和网络化标准,将资源实物、数据信息和网络相结合,建立数据容量大、检索查询功能全、网络服务方便快捷的信息化、现代化服务体系。 基于GIS、RS和GPS技术,建设农业生物资源原生地、资源圃、保种场、保护区和更新与繁殖基地自然与经济环境空间管理系统,与共享服务系统融合,支撑农业生物资源信息化管理与服务。 2.4.8虚拟博物馆建设建立和完善图像处理、多媒体数据采集加工的规范,开展代表性、典型性资源的多媒体数据采集工作;运用三维数据还原、视频、音频等技术制作多媒体展品,实现对资源全方位的数字化表达;建立多媒体信息查询系统,以“形”的方式实现对资源的检索,建成山东省农业生物资源虚拟博物馆,达到对社会公众进行科普教育、资源保护宣传和远程服务的目的。 生物资源论文:生物资源科学专业核心课程 摘要:植物资源开发学是生物资源科学专业的一门重要的专业基础课程。本文以贵州师范学院11级生物资源科学专业的核心课程植物资源开发学为例,从本门课程的特点、教学中存在的问题、教学方法以及科教的紧密结合等方面出发,对植物资源开发学的教改方面进行了一些探索,以提高教学质量和教学效果。 关键词:生物资源科学,植物资源学,教学改革,探索 生物资源科学(代码:070411S)属于理学大类,生物科学类。此专业是贵州师范学院响应教育部关于战略性新兴产业相关专业申报的号召、开始申办的,并于2010年由教育部批准为传统招生目录外专业。获批后,我院于2011年开始招生,目前有在校生近160人。由于该专业属于传统招生目录外专业,目前只有浙江大学、贵州师范学院及泰山学在试验办学,还没有统一的办学模式,这就要求我们根据本省的实际情况,构建特色的办学模式,其中尤其是课程体系的构建。在课程体系构建中,植物资源开发学作为一门专业基础课程,其中所涉及到的一些专业技能是学生必须掌握的。 1、植物资源开发学课程特点 植物资源开发学以生物科学为背景以现代生物技术为主导,以植物资源的分布、繁殖、经济性状、机能特性、开发利用和相关知识及其可持续发展为中心内容进行教学和科研,是一个多学科交叉、宽口径的新学科,与药用植物学、植物分类学和保护生物学有密切关系。但是与这些学科相比又有所不同,植物资源开发学尤其是对实践能力要求更高些,重在开发利用,为人类的衣食住行提供所需的资源。因此在其培养模式以及植物资源开发课程的教学内容、教学方法上都存在着不同的侧重点。因此,如何根据本校的教学条件,进行教学改革,培养社会需要的生物资源科学专业方面的人才,是植物资源学这门课程在教学的时候需要必须用谨慎的态度来面对的问题。 2、目前在本门课程教学中存在的问题 2.1、植物资源开发学相关教材匮乏的问题 专业针对性强,教材必须针对培养目标和教学大纲的基本要求。对教材的实用性要求上,要让学生在知识结构和能力结构方面有突出的优势,所以对于专业课的选取上要独具匠心,有别于其它教材,充分展示创新思想,专业针对性要强,突出资源开发利用的能力要求。然而目前能够符合这方面要求的教材可以说几乎没有,鉴于此种情况,我们目前采取的措施是:对目前有的资源学方面的教材进行整合,再加工,形成具有自己院校办学特色的讲义。比如,我们在选择教材的时,尽量选择国家级的规划教材,注意各个版本之间的相互联系性、继承性,不断的吸取成熟的、公认的新技术、新进展、新成就,提示学科发展方向,然后再结合国内外的期刊进行补充最近的相关科研内容,充分利用数据库不断的完善新的知识进去,以利于学生了解资源学的学科发展的动态以及研究现状,也有利于学生的创新意识和能力的培养。让编写的讲义一定要紧跟时代步伐,体现知识更新的前瞻性,摆脱教材知识的滞后性的局限。让讲义的内容与知识结构称为一个体系,这个体系主要围绕着“三基”进行,体现专业发展的基础理论、基本知识和基本技能这三个方面。把资源开发的科学性与严谨性,以及与环境之间的相互关系结合起来,促进学生更好的把我本学科资源开发的基本路径和开发利用模式,充分调动学生学习的积极性和主动性。 2.2 针对本门课程的教学方法不够灵活问题 根据调查,“高等学校中大约有一半课程的课堂教学学生不满意。最主要的弊病是呆板、单调,教师在课堂上唱独角戏,一言堂,照本宣科,把教学大纲规定的知识内容单向地灌输给学生,而不问学生接受如何,如同‘填鸭’”[1],针对教师的“一言堂”,“满堂灌”等比较守旧的教学方法,不在教学方法上进行改革创新,势必影响学生学习的积极性,教师讲的辛苦,而学生昏昏欲睡,教与学相互分离,达不到教学相长的效果。因此,高校的教学方法改革势在必行。 对此,我们在资源学的课堂上充分利用现有的教育资源进行教学方法的创新。科技的进步给我们提供了现代化、信息化、立体化和多样化的教学手段,给教师以极大的运用自由度。 我们充分利用多媒体的平台,在课堂上积极优化课堂教学,积极调动学生的学习热情。教学中我们提倡“参与式”教学,资源开发学是一门实用型很强的学科,这就要求我们在教学方式上,不能只因循传统,重书本知识、轻能力培养。我们的讲义只是作为学生学习的参考书籍,而不是像中小学的教科书的功能,因此,我们在讲每一节课程之前,把下次上课的内容给学生,然后在上课时,分组讨论相关章节的课程内容。教师再将相关的资源开发利用的成功案例(视频资料)进行赏析,让每一组的同学们自己进行讨论总结,分析,归纳。最后各个组的代表发言,几个小组讨论交换意见之后再有教师进行鼓励性的对大家的结论进行欣赏式的评价,归纳。应经过这么的互动式的教学不但有目的地培养学生的表达能力、思维能力,而且最重要的是使教师从知识的传授者、教学的组织领导者,转变成为学习过程中的咨询者、指导者和伙伴。教学方法的改革极大地调动了学生的学习热情。 这种教学方法的改革对教师而言,对自身素质的提高也很有帮助。教师不再以照本宣科、固守传统的面貌出现在三尺讲台上,而是要指导学生懂得从哪儿得到知识,掌握获取知识的能力和方法,积极培养学生个性(健康、和谐发展的个性)和各种能力,引导学生对未来有充分的认识。因此,这就要求教师应该掌握教育基础文化知识,加强教育的实践活动,开展多种渠道的在职和脱产培训进修。充分利用数据库,追踪最新的科研的信息,把握本学科的前沿性,只有这样才能真正成为人格高尚、学识渊博、爱学生、有能力、具有创新精神的教师。 2.3 考试方法单一的问题 根据麻省理工的教改认为:调整课程的重心是非常必要的,这是为了纠正近几十年来偏向科学理论、脱离实践的倾向[2]。现在大学的课程考试正是具有调整课程重心的指挥棒的最用。在大学一般都是平时成绩占30%和学期末的考试成绩占70%的比例进行,两者得出最终的学生成绩。导致学生学习结果还是只重视理论知识,实践可以说是停滞的状态,最终学生形成了只是及格万岁,拿到学分了事。造成了目前学生一旦学期结束,那么到毕业都不会再有机会接触之前所学这门课程的现状。鉴于此,我们对本门课程的考试单一的情况进行了符合本门课程教学规律的改革。 由于平时是小组讨论,然后每组派代表,各个组之间展开辩论式的发言,做到了人人参与,人人发言的良好教学效果,因此也就不存在平时成绩这一说法,有时偶尔有同学表现不积极,就采取单独谈心的模式,对其进行关心,了解一下情况,听听他们的建议或意见,加以吸收运用到教学中去,大大调动了学生平时学习的积极性。对于考试,我们采取理论考核与实践考核相结合,由于平时也要进行实践考核,学生学习的目的性更强,大大提高课程的实践考核比例,甚至占60%,理论考试占40%。实践考试主要是进行资源开发利用的模拟,自己选择某一种植物资源的某一个点,运用课堂学到的知识,结合自己的阅历以及查阅相关的资料自行进行设计,对资源进行开发(一级开发、二级开发、三级开发均可),要求以项目的形式进行论证,进行可行性分析并最终到达一定的目的。其主要任务是加强这些理论在实际中的应用,其主要精力放在实际应用上,明显增强了学生的适应能力,有了这些基础,以后学生无论是在实际工作中还是自己创业相信都会普遍感到得心应手的。 3、科研与教学结合不够紧密 关于系统工程,钱学森认为: “系统工程就是从系统的认识出发,设计和实施一个整体,以求达到我们所希望得到的效果”[3]。目前各种专业都面临着,教学科研两条腿走路,不能紧密的结合,不能把科研的成果转到教学中去,学生也就不能很好的跟踪上本门课程的前沿知识,更没有机会去用实践来检验所学的理论知识。而我们认为:教学和科研就是一个整体,一个不可分割的工程,二者是相辅相成的。生物资源科学专业依托贵州省生物资源开发利用特色重点实验室这个平台,在制定培养目标时,就要求把资源开发的科研知识带到课堂上来,让学生走进实验室中去,用实践来检验理论,科研不在高高在上,而是为实践服务。这种不在单独的重视第一课堂的理论教学,而是第二科学的实践课堂对学生来说更加重要。从而让生涩的理论不再变得那么的枯燥,在年终的调查中受到了学生们的好评。 4、结语 生物资源科学专业是传统招生目录外专业,其相关的课目也是新开设的,需要在不断在探索中进行,植物资源开发学课程的改革路程很漫长,务必积极探索和实践,才能不断的创新。同时提高教师自身的知识水平与业务能力,尽我们所能来促使专业课程教学上一个新台阶,达到让学生掌握一门技能的目的,而实现这个目的的方法就是教会学生怎么样去学习,如何去利用所学为社会做贡献。钱伟长先生说过:教育的目的是使学生掌握正确的学习方法、工作方法和思想方法,所学的课程也好、专业也好,无非是一种载体,通过这个载体来促使大家掌握这种方法。而我们也正是在朝这个方向努力着,希望学生学有所用,希望为社会输送优秀的专业人才。 生物资源论文:海洋药用生物资源学教学改革 摘要:海洋药用生物资源学是我校海洋药学专业的一门主要专业课,笔者做了大量创新,包括为根据海洋药学专业教学发展的需要,不断修订教学内容;紧随海洋药物前沿进展,更新教材;优化教学方式,实现师生互动;开展野外实训,巩固基础知识;开展在企业暑期短期实习和毕业实习,促进就业,通过上述努力提高学生科研创新能力和就业竞争力。 关键词:海洋药学;海洋药用生物资源学;教学改革;创新 海洋生物因其独特生存环境,导致其次生代谢产物具备新颖的结构、出人意料的药理活性,目前越来越受到科研人员关注,人们期望从海洋中发现新药,以解决疑难病症或耐药性问题。近几年海洋药学研究不断有新发现,如芋螺毒素等一批海洋药物上市,极大刺激了研发热情。在我国,海洋药物是国家“十一五”和“十二五”海洋经济发展规划中重点发展领域。为响应国家需要和科技发展需要,培养海洋药学研究的专业人才,中国药科大学海洋药学专业于2004年获得教育部批准,并建立了海洋药学教研室,开始本科招生,并自2006年开始正式招收海洋药学硕士生和博士生。海洋药学专业开设主要专业课有海洋药用生物资源学、海洋生物技术、海洋药学、海洋制药学、海洋生物学等,目前基本形成具有海洋特色的药学教育体系。海洋药用生物资源学是近些年来随着人类对海洋研究和开发程度的不断深入而逐渐发展起来的一门新兴交叉学科,它主要研究海洋生物的种类、数量、分布、生物活性物质的开发利用以及对海洋生物的可持续利用等。海洋生物资源学的主要研究目标是通过综合运用包括分类学、生态学、地理学、天然产物化学、现代生物化学和分子生物学、药学、中药学以及现代管理学等学科在内的方法和手段,揭示海洋生物的种类和分布规律,发现具有食用、药用以及工业用的新生物资源,特别是海洋药物,来服务于人类。同时,利用现代生物技术手段实现对海洋生物资源的合理开发和利用,为人类未来的发展做出重要的贡献。海洋药用生物资源学的主要研究对象是海洋环境下生活的、具有潜在药用开发潜力的动物、植物和微生物。对于这门课的改革,我提出以下几点浅见。 一、根据海洋药学专业教学发展的需要,不断修订教学内容 我校海洋药学专业开设海洋药用生物资源学、海洋生物学、海洋天然产物化学等专业课程,三者既有紧密联系又各有侧重。由于海洋药学专业设立时间较短,没有现成教学内容可以借鉴,使用的教材都是自编教材,故教学工作一直在摸索和创新中;同时教学实践中也存在很多问题,如本专业设立之初并未全面考量细化专业课程内容,三门课程在教学内容方面存在不同程度的重复现象,特别是海洋药用资源学与海洋生物学有很多重叠。针对上述问题,通过开展教师之间研讨及学生意见反馈等方式,笔者协同其他教师一起修正教学内容,以符合教学发展的需要。以海洋药用生物资源学为例,突出“药用”和“资源”两个主题,以区别于海洋生物学的教学内容(海洋生物学重点讲授海洋生物的分类学特征)。具体包括“药用”的海洋生物分类特征、药用部位、药用开发与应用,及其资源分布。以软体动物为例,不再赘述软体动物分类学特征,而是突出介绍药用的品种,如海兔,具体介绍海兔生物分类特征、分布区域、药用部位、药用进展、药用进展、实例等,如Dolastatin10、Dolastatin15等研究进展。实例选择更趋向于来源于海洋的已经成为新药或临床在研的药物,特别是国外热点药物的追踪。本着由面到点,逐步深入,全面介绍药物研究过程的教学思路,帮助学生全面了解海洋药物研发历史、流程及研究思路,有助于培养学生的学术思维能力,拓宽知识面和眼界。 二、紧随海洋药物前沿进展,更新教材 目前海洋药学领域每年约有500~600篇,1000个左右的新结构化合物被发现,具有显著生理活性的海洋天然产物不断进入临床研究阶段,有部分药物已经被批准,有的药物被驳回,如来源于芋螺的齐考诺由2005年1月首次在美国上市,2005年2月获欧盟许可[1]。但就目前的教材而言,特别是教材2004~2005年期间编写的,许多知识已经陈旧,亟需更新。特别是对海洋来源的新药或候选药物的介绍不够深入,缺乏详细的有代表性的介绍,因此与药物化学相比较,缺乏系统性。因此笔者筛选了有代表性热点药物研究,将其更新于教材中,全面系统地介绍,使学生在学习基础知识外,了解最新研究动态,扩宽了学生的视野。 三、优化教学方式,实现师生互动 目前的教学模式主要是老师讲解为主,缺乏学生互动。学生被动接受知识,因此学生的创新思维和独立思考能力得不到有效锻炼,同时缺乏对外界的了解,如对企业的了解,不知道企业需求是什么。并且现有教学都进行独立内容讲授,学生了解知识往往很零散,缺少全面整合和融会贯通。对此笔者做了大量创新。如笔者参照企业新药立项报告形式,其内容涉及药物来源、结构、理化常数、药理活性、研究动态、专利情况、市场预测等方面,要求学生参照模版对某种海洋来源的药物进行综述。通过大量文献检索,规范书写报告,学生从中学习到有哪些著名企业,该企业的研发方向是什么,作为药物研究中重要一环的调研报告该如何撰写,从而全面整合已有知识,同时扩充新知识。学生在完成作业过程中,必然涉及到药理、药化、药剂等各种知识,故可以将已有知识进行回顾和整合;在课堂讨论中,采取演讲和提问的教学方式,鼓励学生敢于质疑,积极参与讨论,激发学生学习热情,锻炼学生的口才。笔者通过近三年的教学实践发现,这种教学方式非常受学生欢迎,但在实际操作过程中也存在一些难题,如学生的文献检索能力有待提高。 四、开展野外实训,巩固基础知识 海洋药用生物资源学这门课程的实践性非常强,学生如果只是学习课本内容,往往达不到良好的效果,特别是无法真正了解一些海洋动物或植物。为此本校海洋药学专业开设了野外实训教学。学校与海洋研究所、海洋大学等建立实训基地,安排前往海滨实地考察,了解海洋动物或者植物生活环境,观察活体或标本,参观养殖基地,如紫菜养殖基地、鱼虾蟹类养殖基地,参观相关生产海洋药物企业(如甲克素生产加工企业),聆听专家讲座。经过近年的教学实践,学生通过实地学习,加深了对课本内容的理解和掌握,同时增强了对企业的了解,扩展了知识面。 五、开展在企业暑期短期实习和毕业实习,促进就业 就业是学生的头等大事。海洋药学作为一个新专业,许多企业并不了解,不知道这个专业学生学习过什么知识,能够从事什么岗位,故需要与企业沟通和合作,使得企业了解学生。最佳办法为派学生到企业实习。为此,本教研室教师通过与企业沟通,设立培训基地等方式,开展暑期短期实习和本科毕业实习等方式,加强企业与学校,企业与学生相互了解,为今后学生就业打下基础。海洋药学不断发展,与此对应的教学工作也应适应时展,在教学内容和教学方式等方面进行改革创新,以适应培养新时代复合型人才、创新型人才的需要。本教学改革针对现有问题,针对教学内容、教材、教学方式等做了创新和改革,取得了良好的效果。本教研室在校及院部领导的支持下还在不断努力,为培养21世纪海洋药学专业创新型人才奠定基础。 生物资源论文:天竺山国家森林公园生物资源景观及其保护措施 摘要 天竺山国家森林公园生物资源丰富多彩,景观优美,具有很高的观赏、科研价值,应重视生物资源的保护工作。该文总结了该公园现有的生物资源景观,并提出了相应的保护措施。 关键词 天竺山国家森林公园;生物资源景观;保护措施 天竺山国家森林公园位于被誉为“中国龙脉”的秦岭南坡,区域多变的地形地貌赋予了森林公园丰富多彩、珍贵稀有的生物资源景观,是秦岭深处一处不可多见的森林生态旅游胜地,以其独特的生物资源优势驰名省内外。为保护好天竺山国家森林公园生物资源景观,充分发挥其生物景观资源作用,笔者对该公园生物资源景观及其保护工作进行了总结。 1 生物资源景观 1.1 植物资源景观 1.1.1 分布明显的森林垂直带谱景观。天竺山森林公园植被属山地亚热带针阔混交林带,森林公园的植被按海拔由低到高可呈现出明显的垂直带谱,自下而上分别为:①含常绿阔叶树的落叶林带。分布于海拔500~820 m的河谷地带,不仅生长着北亚热带和中亚热带植物,还长有南方型常绿阔叶林。②栓皮栎林带。分布于海拔800~1 500 m的山地,主要建群种是栓皮栎和油松。油松相当普遍,常形成松栎混交林。其他落叶阔叶乔木有杨、柳、榆、槐、楸、桑、柿子、板栗、泡桐、皂荚、椿树、黄连木等,林中灌木和草本主要有盐夫木、胡枝子、野棉花、铁杆蒿、柴胡、远志等[1]。③华山松、锐齿栎林带。主要分布于海拔1 500~2 000 m的深山地区。建群种主要为华山松和锐齿栎。优势种有油松、槲栎、山杨,其他乔木有白皮松、青皮椴、漆树、青枫、化香树等,林下灌木和草本植物有松花竹、连翘、小蘖、柴胡、野菊、天门冬等。④桦木林带,主要分布于海拔1 800 m以上的较高山地,以桦木科桦属植物占绝对优势,主要乔木有红桦、白桦、华山松、山杨、椴树和少量油松。林中灌木和草本植物主要有苦竹、忍冬、六道木、鹿蹄草等[2]。 1.1.2 四季分明的森林季相景观。天竺山丰富多样的植物资源,在不同季节产生不同的观赏效果,形成千姿百态、千变万化的季相景观,丰富而明显。春天,万物复苏,春雪消融,在针叶林暗绿色的背景下,落叶树种嫩初绽,继而花缀枝头,百花争艳,香飘绿谷。万山绿波之上,红、黄、蓝、紫,姹紫嫣红,煞是壮观。夏天,百花未尽,绿叶已丰,“野芳发而幽香,佳木秀而繁阴”,密林之下,普遍凉爽宜人,山风轻来,绿海荡漾,凉风习习。深秋,灌木林层林尽染,色彩斑斓,犹如给群山披上了一条五彩缤纷的锦缎,令人如痴如醉。深秋,此时眼前山水犹如一幅丹青妙画,让人陶醉。冬日,一夜西风,瑞雪飞舞,如梨花飘洒,林中银装素裹,玉树琼花,枯叶落尽则更显松柏之苍翠,翠松顶雪而立,整个山壑空灵而深邃[3]。 1.1.3 珍稀的古树名木和珍稀植物。位于秦岭南坡的天竺山,物华天宝,漭漭林海中隐藏着许多古树名木,成为森林旅游中重要的旅游资源,古树名木有以下2种:①麻栎。属于壳斗科栎属,又名华栎。在法官乡僧道观、扁头溪各有1株,树龄300~500年,树高15~24 m,胸围360~450 cm,树干高大,枝叶茂盛。②银杏。属于银杏科银杏属,又名白果树,在法官乡扁头溪老屋场有1株树龄600多年的大树,树高17 m,胸围300 cm,四大侧枝腾空而起,根茎萌蘖甚强。此外,公园内的珍稀植物有红豆杉、杜仲、水青树、连香树、秦岭冷杉、山白树、香果树等,分布范围广,数量多,是森林景观资源中十分珍贵的资源。 1.1.4 天竺杜鹃。天竺杜鹃,植物学名高山杜鹃、小叶杜鹃,主要分布于海拔1 800 m以上,丛状分布,尤以高程测量标记点——天竺山云盖观以北的山梁上数量多,密度大,面积约80 hm2,最大灌丛高1.8 m,直径2 m。花期5—6月,杜鹃盛开之时,满坡紫红,景观非常壮观。 1.1.5 华山松纯林。天竺山主峰附近逾1 200 hm2集中连片的华山松纯林,平均树高10 m,平均胸径26 cm,平均树龄30年左右,经过自然演替,分布均匀,生长旺盛,主干通直,树形美观,林相整齐,郁郁葱葱,具有观赏价值。盛夏时节,置身林中,凉风习习,松涛阵阵,使人神清气爽;阴雨天气,云雾缭绕,似雾似幻,如入仙境。这在全省天然林分布一般不太多见,具有较高的保护价值和科研价值。 1.2 野生动物资源与景观 1.2.1 野生动物资源。天竺山国家森林公园森林茂密,自然生态系统完整,为多种野生动物的栖息繁衍提供了条件。区系组成明显具有东洋界向古北界过渡的特点,草食性动物主要有青羊、野猪、林麝等。肉食性动物主要有金钱豹、豹猫、猪獾、青鼬等。这些都是旧大陆热带和亚热带的典型动物,也是秦岭东南区和华南区所有的特产。据陕西省动物研究所2002年调查,森林公园有野生脊椎动物190种,隶属28目72科。其中,兽类有6目23科69种,两栖爬行类有4目11科32种,鸟类有14目31科74种。被列入国家重点保护对象的有20种。其中,属于国家一级保护动物有5种(林麝、豹、云豹、金雕、黑鹳);属于国家二级保护动物的有15种(大鲵、红腹锦鸡、鸢、红隼、普通雕、斑头鸺留鸟、灰林、长耳、黑熊、豺、水獭、小灵猫、鬣羚、斑羚);省重点保护动物50余种。种群数量相对较多的有斑羚、红隼、锦鸡、斑头鸺留鸟等。 1.2.2 野生动物景观。茂密的森林中,各种兽类频繁活动,敏捷的身影稍瞬即逝,仅留下踪迹让游客猜想。树上,各种鸟类跳跃争鸣,鸣声婉转,悦耳动听。清澈的溪流中,鱼翔浅底的景观更是随处可见,极具情趣,颜色鲜艳的锦鸡,在林中幽径休闲散步,见人不惊。近几年来,生态环境的极大改善,森林中的野生动物活动日趋频繁,野生动物资源成为生物资源中一道亮丽的景观。 2 生物资源景观保护措施 2.1 植物资源景观保护措施 2.1.1 封山育林。对生态保护区和野生区实行封山,禁止牛羊进入,重点恢复建设景观林。禁止附近村民在景区内放牧及樵采活动。 2.1.2 森林防火。森林防火必须坚持“预防为主,积极消灭”的方针,具体措施:一是加强对游客关于森林防火的宣传,提高游客的认识。二是加强防火队伍建设,必须要建设一支技术过硬、反应快速的森林防火队伍。三是严格野外用火,旅游旺季设立游客野炊专用点,由专人负责管理。其地点选择以无环境污染、无火灾隐患为标准。四是对森林进行重点防火保护,严禁在森林内或周围随意用火。五是加强防火设施建设。购置森林消防车1辆、风力灭火机15台、灭火器40台,分别安放在各种容易发生火灾的建筑及景观附近;购置护林防火通讯设备4台(套);结合景观亭建设,建立天竺山防火瞭望台,在各景区制高点建瞭望台4座,塔高25 m,为仿古建筑,派专人每日观察火情。一塔多用,在以防火为主的功能条件下,可兼顾旅游功能,游客可登临塔顶进行瞭望,一览四周美景。 2.1.3 森林病虫害防治。病虫害防治必须遵循“预防为主,综合治理”的方针,以生物防治为主,化学防治为辅。具体防治措施:一是为天敌提供良好的栖息环境,加强生物防治的力度。二是清理林内因病虫害死亡的树木,消灭传染源,清洁森林环境。三是进行化学防治,注意所用化学药品要符合有关规定,防止污染水源及环境。 2.1.4 珍稀植物的保护与开发。公园范围内及周边分布着许多珍稀植物,为了有效地保护、开发公园周边的珍稀植物,规划建设珍稀植物繁育基地,规划建设珍稀植物盆景生产基地3 hm2 [1]。 2.2 野生动物保护措施 “加强保护,积极驯养繁殖,合理开发利用”是野生动物保护必须遵循的方针。为保护好野生动物必须做到以下几点:一是设立野生动物保护宣传牌。书写宣传文字,介绍野生动物,使游人了解、认识野生动物及其保护的重要性。二是禁止在公园内捕猎野生动物。旅游活动中不得进行对野生动物的追逐或其他行为的伤害。三是加强《野生动物保护法》的宣传,提高游客生态环境保护意识,自觉保护野生动物。四是通过投食活动为野生动物繁衍与生存提供有利条件。
化工工艺论文:超滤膜作载体的生物接触氧化工艺研究 摘要:针对经典的污水处理生化工艺的缺陷,提出用超滤膜作载体的生物接触氧化处理工艺。试验结果证明:经初沉处理后的生活污水,当接触时间为3 h左右时,CODCr、BOD5、SS和NH3-N的去除率分别可达到83%、92%、94%和60%左右。理论分析亦表明此法在污水生物处理方面前景良好。 关键词:污水处理 充氧 中空纤维膜 生物膜 载体 用好氧微生物处理污水的一个关键环节是要保证有足够的氧气供微生物氧化水中的有机物。为保证氧气供应,一般采用向污水中充氧的方法。生物膜在氧化有机物的过程中,由于溶解氧的浓度梯度方向与有机物的浓度梯度方向一致,造成生物膜的底部出现厌氧层,导致生物膜脱落而混入处理水中。因此,要设二沉池进行膜水分离。 若想获得一种高效、经济、紧凑的生化处理系统,关键是找出一个能“静静”地将氧气溶解到水中的方法,而微孔膜和选择性透气膜材料的出现与推广使得解决这个关键问题成为可能,这就是所谓的无泡充氧法。无泡充氧法即用疏水性的微孔膜或选择性透气膜材料将液、气两相相互隔离,根据Henry定律,气体可借助于气、液间的分压差透过微孔之间的气、液界面或选择性透气膜而溶入或溶出液体。这一过程中没有肉眼可见的气泡产生,氧气自然也可借此充入水中完成充氧过程。 根据上述分析,笔者设计了一个将反应器与沉淀池合并的试验装置,进行了污水净化试验。 1 材料与方法 1.1 材料 聚偏氟乙烯中空纤维,外径0.8mm,内径0.5mm,微孔最大孔径0.2μm,开孔率80%,由天津纺织工学院提供。 1.2试验装置 试验流程如图1所示。其中反应器用玻璃量筒改制而成,内径60.3mm,有效容积1.27L。中空纤维组件兼充氧及生物膜载体双重功能。该组件用塑料片做成支架将中空纤维盘绕其上制成。中空纤维组件间水平间隔5mm,上下层间隔5mm,交错布置。膜总表面积为416cm2,总体积为504cm3(相当于生物膜载体堆积体积),折算成比表面积为82.5m2/m3,空隙率97%。试验在室温下进行。 1.3 试验水质 原水为唐山市西郊污水厂一沉池出水,其水质为:CODCr=100~300 mg/L,BOD5=50~150 mg/L,SS=100~150mg/L,pH=7.0~7.3。 2 试验过程 试验分为对中空纤维特性的测试(包括耐压性能和微生物生长试验)和污水处理试验。 测试中空纤维浸在水下时内部充气最大安全压力的具体作法是:将几根中空纤维两端用环氧树脂封在玻璃管中,然后向浸没在水中的中空纤维内充气,同时观察中空纤维表面是否有气泡出现。结论是内外压力差≯4.5kPa就可以保证安全运行,且无气泡产生。 微生物生长试验是将上述试验用水换成污水。为提高充气效率,须提高中空纤维膜中的氧气分压,故向中空膜中充入纯氧并维持内外压力差为3.0kPa。在向污水中加入从污水厂曝气池中取得的活性污泥进行接种后,发现靠近氧气进气端的中空纤维表面微生物膜生长较好,而远端则较差,封口端甚至不长。将封口端也接通氧气后,该端附近的生物膜生长情况好转。经分析原因有二:①中空纤维内充入的是纯氧,其中的氮气、二氧化碳等气体分压为零,故水中的上述气体会从水中溶出而进入中空纤维内部使其中的氧气分压降低。在远端随着氧气溶入水中导致氧分压降低幅度较大,使得向水中充氧能力下降,从而影响了微生物的生长。 ②中空纤维内气体的溶进与溶出是沿全长进行的,所以中空纤维内氧气流动速度在封口端为零,进气端则最大,这样就会将已溶入中空纤维的氮气等气体带至远端。所以在中空纤维内沿长度方向氧气的浓度(分压)不是均匀分布的,并且由于进气端氧气流动速度最大,产生的湍流也最强,因而氧气渗入水中的条件最有利。 根据以上分析,在气路中加装一个循环泵后得到了沿中空纤维全长均匀生长的生物膜。 污水处理试验过程则是将装置按流程装配完毕之后接通氧气,注入污水并加入活性污泥进行接种。为了加快生物膜的培养过程,在污水中还加入了用可湿性淀粉、肉汁和一些无机盐组成的营养物质。经2周的培养,生物膜的厚度稳定在约为1.2 mm左右,出水变清后停止添加营养物质,并让生物膜在原污水中适应一周后开始测试。 3 试验结果 3?1 去除有机物和SS 用本法处理污水前后BOD5、CODCr和SS的结果见表1。 表1 对BOD5、CODcr和SS的去除效果 水样 编号从而堵塞载体或滤料间的空隙;其次,因为厌氧细菌产生的代谢物质的作用,导致生物膜脱落;另外,为了保证给微生物足够的溶解氧,一般采用污水流速较快或曝气的方法,这也易使生物膜脱落水中,所以要在其后设一个沉淀池将其分离。 在本工艺中污水的有机物和氧气分别从生物膜的两侧进入,即二者的浓度梯度方向是相反的。这对分解水中的有机物很有好处,如在生物膜的最外层有机物浓度最大但溶解氧浓度最小,而在生物膜的底部则恰好相反,这样好氧微生物的两个生长控制因子得以相互协调和抑制,其结果是使生物膜协调地生长于一个相对固定的厚度范围,不会因有机物的浓度大而过度生长形成堵塞。在试验中观察到的生物膜沿水流方向的生长状态也证明了这一点,从污水进水端至出水端,有机物浓度相差逾十倍,生物膜的厚度却基本一样,仅仅是生物膜的密实程度进水端较出水端密实一些,颜色也略深一些。同样因为本工艺充纯氧,生物膜上不存在厌氧层,全部生物膜都是活性生物膜。在生物膜的最外层有一个微溶解氧层,在该层有机物的浓度最大。这一情况极适于衣球细菌生长,这种细菌对有机物有着极强的分解能力。试验中观察到生物膜的表面从进水端到出水端附近约三分之二一段生长着一层白色丝状菌膜,根据任南琪等人的描述[1],此即衣球细菌菌膜。这一现象在其他工艺中是不多见的,笔者认为这是本工艺去除有机物效果较好的关键。 4.2 SS的去除 从工艺流程中可看出反应器内水流是由下向上流动的,可将其视为一个竖流式沉淀池与一个接触氧化池的组合体。由于试验的接触时间是3~4 h,上升流速仅为0.018~0.024mm/s,只相当于一般竖流式沉淀池所采用上升流速的1/10~1/5,所以污水中所挟带的悬浮物除胶体外几乎全部可以通过沉淀作用而去除。试验中观察到反应器靠近进水口处的混浊程度明显大于其上部,这一现象佐证了上述分析。另外生物膜吸附也去掉了一部分SS。 4.3 去除氨氮 由试验结果可知,随着试验时间的推移,处理水中的亚硝酸盐浓度在增加,到45d时,氨氮的去除率已达到60%,但亚硝酸盐氮浓度增加量与氨氮的下降量并不一致。按照硝化过程: 氨氮的减少数量与亚硝酸盐氮的增加数量应当是对应的,但在本试验中并非如此。合理的解释应当是同时还进行着另外两个过程: 由于出水的pH值并未显著降低,猜测以过程(3)为主,但因条件限制,本次试验未能就此加以验证。 去除氨氮效果较好的原因与本工艺中微生物所处的特别环境及其特殊的微生物种群分布有关:在生物膜的最内层即与中空纤维相接部分是溶解氧浓度最大的部分,而污水中的有机物浓度经过外层微生物的降解后抵达此部位时已经大大降低,在该部位污水中的C/N比值也大大下降,这非常有利于硝化微生物生长。所以笔者认为与其他工艺不同,在本工艺中硝化作用不仅仅是发生在反应器的末端,待污水中总有机物浓度降低到一定程度后才开始,而是在原污水接触到生物膜一段时间,当有机物浓度略有下降后就已经在其后的生物膜内层开始了。如果原污水的有机物浓度较低,则可以认为几乎全部生物膜内层都有一个生长良好的硝化细菌膜存在。所以得出结论:降解有机物和去除氨氮在本工艺中是同步或部分同步进行的。 本工艺脱除氨氮效果较好的另一个原因就是采用了纯氧,这可使硝化微生物的活性提高数倍。 4.4 抗有机负荷冲击能力 本试验中进水的有机物浓度最高值与最低值之间相差2.5倍,但出水的BOD5数值波动不大。每次受到有机负荷冲击后经2~3d的适应,出水水质便恢复良好,这说明本工艺与其他生物膜法一样,有较好的抗有机负荷冲击能力。 4.5 接触时间与有机物去除率的关系 本试验接触时间与有机物去除率关系如图2。从中可以发现,只要接触时间>3h即可分别得到90%(BOD5)或80%(CODCr)以上的去除率。 4.6 生物膜的老化与更新问题 常规生物膜法存在生物膜老化与更新的问题,因此需设置二沉池进行泥水分离,其原因是生物膜底层有一层厌氧层,该层所产生的代谢产物要透过好氧层向外逸出,结果是使好氧层生态系统的稳定状态遭到破坏,导致生物膜净化功能下降,即出现老化问题。又因气态代谢产物不断逸出,减弱了生物膜在其载体上的附着力,造成脱落与更新问题。 但就本工艺而言,生物膜中没有厌氧层存在,部分老化、死亡的微生物停留在生物膜上被氧化掉,因而只有少量的生物膜脱落,但它们不会随着处理水流出,而是沉入反应器底部与沉淀的SS一同排除。 4.7 进一步研究、改进的展望 ①本工艺的一次性投资比较高,主要是目前中空纤维膜的生产并未形成规模,所以售价比较高。随着膜工业的发展,这一问题会得到解决。 ②本工艺除有氧化降解有机物的功能外,尚有良好的硝化功能,但这并未完成污水脱氮过程。如能对中空纤维组件加以改进,使中空纤维外侧或附近有一些能让厌氧微生物附着生长的普通载体,则可利用污水中的有机物作为碳源,完成反硝化,实现脱氮,同时也提高了氧的利用率。 ③虽然本试验在中空纤维中充入的是纯氧,但是通过前面的分析可以发现,经过一段时间的运行,气体循环回路中的气体已不完全是纯氧,而是混有许多在分压差作用下从水中溶出的氮气、二氧化碳等其他气体,在气体循环回路中充入纯氧仅提高了气体中的氧分压。这就有了一个启示:可否直接用空气进行充氧,其结果将会大大降低运行成本。 ④由于本工艺中微生物种群分布的特殊性,生物膜上微生物的种类和数量等可能与其他常规微生物法有所不同,这需要作进一步的研究,为本工艺的完善找出生物学的指导依据。 5 结论 ①用本工艺处理城市污水,可以在一个反应器内使BOD5、CODCr和SS的去除率分别达到92%、83%和94%。 ②本工艺去除氨氮的效果良好,去除率可达60%。 ③本工艺有特殊的微生物生长环境和种群分布,使各类具有特殊降解污染物能力的微生物都有良好的生长环境,并且可以将生物膜厚度自动维持在一定范围内而无堵塞问题,所以运行管理非常简单。 ④本工艺产生的剩余污泥非常少。 ⑤本工艺采用的无泡充氧方法可使污水处理过程在密闭条件下进行,对环境几乎没有影响。 化工工艺论文:化工工艺流程萃取剂选择问题探究 摘 要:萃取作为化工工艺流程中的一种重要分离手段,主要是利用萃取剂将两种不同溶解度及分配系数的溶液分离。在分离过程中萃取剂起着不可或缺的作用,它不仅关系到萃取工艺成功与否,而且影响到其经济性及实用性。为此选择合适的萃取剂至关重要。本文就此先分析了化工工艺流程萃取剂的选择原则,并重点探讨了选择合理萃取剂的有效方法。 关键词:化工工艺流程;萃取剂;原则;方法 化工工艺流程主要是通过化学反应将原材料转变为产品的过程,包括原料处理(净化、乳化、混合)、化学反应(氧化、还原、聚合)及产品精制(去除杂质及废弃混合物)三个步骤,且每一个步骤都有固定的流程和要求,涉及到催化剂、萃取剂、原料选择等诸多内容。萃取分离法在化工工艺流程中占重要地位,而萃取剂的正确选择是保证萃取工艺安全运行且经济合理的关键所在。本文共分为两个部分,第一部分分析了化工工艺流程萃取剂选择基本原则;第二部分重点探讨了正确选择萃取剂的有效方法,旨在给相关人员提供一定的借鉴作用。 1 化工工艺流程萃取剂选择基本原则 萃取作为一种经典的分离手段,利用萃取剂把化合物从一种溶液中有效转移到另一种溶液中,在这个过程中要选择合适的萃取剂。根据多年来的化工生产经验,总结出化工工艺流程萃取剂选择要遵循物理性质及化学性稳定、毒性小、选择性良好等原则,具体来说主要表现如下。 第一,物理性质及化学性稳定原则。化工工艺流程生产过程中涉及到很多化学反应,如氧化反应、还原反应等。为此需选择物理及化学性质稳定的萃取剂,减少对化工工程生产流程的影响,保证萃取质量。 第二,毒性小原则。随着化学化工工艺的不断发展和进步,对化工生产质量提出更高的要求:优质、高效、经济安全、毒性小。为此一方面要完善各项生产工艺,减少毒性。另一方面选择毒性小的萃取剂,减少化工生产整体毒性,实行安全操作。 第三,选择性良好原则。化工工艺流程萃取剂选择性要良好,这样可以有效扩大分离系数,且分离系数越大,萃取剂越合理。 第四,经济实惠原则。现代社会提倡节能环保,化工工艺流程生产也不例外。在保证萃取剂质量的基础上尽量选择经济实惠的萃取剂,节约成本,尽可能地以最少的成本投入获取最大的经济效益。 2 正确选择萃取剂的有效方法 2.1 正规溶液理论选择萃取剂 正规溶液理论作为萃取剂选择的一种常见手段,具有形式简单、操作方便等优点,但其不足之处在于使用范围有限。具体来说,正规溶液理论可以根据纯物质的性质直接判断混合物的性质,在中低极性混合溶液中应用较多,可作为非极性分子(分子力为色散例)判断的重要手段。但不适用于极性分子,主要是因为极性分子间力相对较复杂,可见该理论对萃取剂的选择有一定的局限。为此很多学者建议在极性溶剂中采取内聚能形式,利用无限稀释活度系数计算极性分析相关数值,在某些极性分子检测中获得成功,适当扩展了该理论的适用范围,但仍然有使用限制。 2.2 unifac模型选择方法 化工工艺流程萃取剂主要由有机物组成,虽然有机物类型多样且混杂,但在某种程度上它们是由几十种基团组成,于是很多研究者着手研究从几十种基团中判断混合物的性质,从而选择萃取剂,这就是所谓的unifac模型选择法。 unifac模型选择法有两种基本概念:①基团溶液。基团溶液主要是在基团贡献模型基础上发展而来的。②局部组成。局部组成概念是在拟化学理论的基础上发展而来的,最初使用该概念的是uniquac 法。随着时代的发展,unifac模型开始被提出并不断完善,如gmehling 的修正模型、hooper 的修正模型、kikic 的修正模型等。其中以第一种修整模型最为重要,具有参数齐全、适用范围相对较大等优点。随后gmehling等人对该修正模型不断改进和创新,最终得到简化公式,根据该供述可以快速有效地获得无限稀释活度系数,在萃取剂选择上有着较大的灵活性且精确度高,可作为化工工艺流程萃取剂选择的重要手段。 2.3 nrtl 模型法 nrtl 模型是由prausnitz提出的,他意识到液体混合物中局部组成且混合过程不是随机的,因此他增添了非随机参数,提出基于液相分层的nrtl 模型法。随后相关学者(如意大利学者vetere)对该模型法进行了一系列深入研究和拓展,使得nrtl 模型法除了在含 水体系中应用外,还可以在其他体系中运用,且预测精度较高。 2.4 选择反萃取能力强的萃取剂 利用萃取剂进行化工萃取工艺时,若萃取过程中环境受到影响,那么萃取物质也容易发生变化(从有机物质转变为水),这就要求萃取剂具有较强的反萃取能力。为此需根据化工生产工艺及实际条件选择合适的萃取剂,且保证该萃取剂具有化学性稳定、毒性小、物理性质良好、经济实惠等功能。 2.5 化工工艺流程萃取剂选择注意事项 第一,控制萃取剂的含量。对混合物进行萃取时,应严格控制萃取物的容量,即萃取期间,其单位容量能够对强保留分离物进行保留,该方式才能充分体现单位萃取剂的萃取能力。除此之外,萃取剂还具有保存有效成分的特点,即萃取期间,可以分离原材料中的杂质和有效成分。目前,市场上的萃取剂种类非常多,例如:醇、醛类中性萃取剂、羧酸类酸性萃取剂、螯合萃取剂、季铵盐类胺类萃取剂等。由于萃取剂的过程存在差异,其萃取效果也各不相同。因此,进行实际萃取期间,根据萃取需要选择合适的萃取剂,如利用萃取技术处理工业废水时,可选择环乙醇类、苯等萃取剂。本文笔者主要采用多种萃取剂处理酸化废水,发现环乙醇类的萃取效果明显高于其他种类的萃取剂。因此,笔者认为,当废水的ph≥7时,可采用乙醇类萃取剂处理。 第二,低互溶性。基于对材料的萃取功能,应保证萃取剂的密度与材料的密度存在差异,即两种物质相溶性较差。萃取剂具有油溶点低的特点,而水溶相对较好。取萃取剂对材料(水)进行萃取时,可以促使材料分层,有效避免乳化现象。因此,工业人员应基于材料的密度,选择与其密度差较大的萃取剂进行工业萃取,能够充分保证萃取质量。 第三,保证萃取剂化学性质稳定。萃取剂化学性质主要包括熔点、沸点、相对密度及腐蚀性等,保证上述这些化学性质符合要求,如熔点及沸点要低、相对密度要小、腐蚀性低等。举例来说,煤化工污水中主要有害物质为酚,需通过合适的萃取剂把酚含量有效降低。目前煤化工萃取剂主要有重苯、二异丙基醚、粗苯等。其中重苯、粗苯等物质易挥发,易造成二次污染;二异丙基醚相对上述物质具有乳化性弱、挥发性弱等特点,因此煤化工污水处理可选取二异丙基醚。 3 结束语 萃取在化工工艺流程中占有重要地位,且萃取分离工艺的正常运行及经济合理性与萃取剂的选择有着直接的联系。为此要根据化工工艺流程生产实际情况选择化学性及物理性稳定、毒性小、选择性高、经济实惠、反萃取能力强的萃取剂。同时严格按照萃取工艺标准或要求操作,安全高效地分离化学物质,充分发挥萃取剂及萃取分离法在化工工艺流程生产中的作用。 化工工艺论文:浅谈石油化工管道焊接工艺与质量控制 摘要:焊接的质量控制是石油化工管道施工之中的一项非常关键的工作,焊接质量的控制管理也是相当的复杂,如果焊接质量控制不好,很容易产生质量问题,因此焊接质量控制至关重要。本文介绍了管道焊接的方法与工艺,再针对石油化工压力管道施工中存在的问题来进行阐述,并且提出其质量控制的措施。 关键词:石油化工;管道;焊接工艺;质量控制 引言 石油化工管道的安装在质量控制方面的不利因素较多,管理难度大;由于石油化工管道介质种类繁多,多数介质是易爆易燃且有毒有害的物质,因此对焊接质量的要求相对较高。 1、石油化工压力管道施工中焊接方面存在的问题 (1)由于施工单位技术、质量管理力量不足,不能及时采用近年来管道施工最先进、科学的管理理念,如:单线图管理、焊接与无损检测的软件化管理、管道的工厂化预制等,管理水平几十年徘徊不前。 (2)焊接施工过程中存在未取得施焊项目合格证的焊接操作人员,或者没有在合格证核定的项目及规定的期限内承担焊接作业,造成焊接质量失控。 (3)焊接技术交底不清楚或焊接工艺指导书执行不严格,容易产生焊接工艺参数失控。有的施工工人随意改变坡口的尺寸及形式,改变电流电压等参数,为了早点下班甚至加快焊接速度,使焊缝产生诸如裂纹、咬边、气孔、夹渣、未融合等多种超标缺陷。 (4)焊接材料的种类很多,因为焊材的烘烤、发放、回收工作流于形式,不能做到彻底的跟踪管理,当班剩下的焊材不能及时回收,或者没能及时重新根据规定烘干,导致焊材的混用和焊工随意取用焊材。也有的焊条保温桶的使用不规范,致使焊条受潮,以上所有这些都会对焊接质量产生不良影响。 (5)管道施工焊接的场地不断变换,焊接设备不断移动,引起设备零部件损坏,从而导致焊接参数改变,最后影响焊接质量。施工环境管理不当,不能根据现场的环境变化及时采取防护措施,这也会妨碍焊接质量。 (6)管道安装大多是露天野外作业,地点很多且分散,技术、质量管理、无损检测人员不能及时到位,点口错误,控检比例不够,无损检测找焊口困难、无损检测结果滞后、不能根据缺陷情况及时制定返修工艺、返修不及时等,都将直接影响焊接质量。 2、常规的管理措施 从当前全国石油化工工程项目施工及焊接的实际情况看,管道工程大多是现场焊接,焊接工况不易控制,容易产生质量问题。 2.1加强焊工的培养和继续教育 焊接是一种先进的制造技术,在工业、农业、石油化工等领域的应用日益广泛,焊接技术工人的短缺也成为一个必然的趋势。焊接工人技术水平的高低将直接影响到压力管道的焊接质量。所以需要培养大量的焊接技术人员。同时对现有焊接工人的需继续教育,即结合项目工程实际,时常组织焊工进行学习。另外,还应该建立焊工管理档案,实行奖罚制度,勉励和促进焊工不断提高自身的作业水平。对那些焊接一次合格率高且稳定的焊工,委派其担任重要管道或管道中重要工序的焊接任务,使焊接质量得到保证。 2.2建立全面规范的管理制度和焊接管理体系 建立健全规范的管理制度和焊接管理体系,是确保压力管道焊接质量管理工作顺利进行的有力武器。一般来说,安装单位建立了相关的质量管理体系和规范的管理制度。如材料(焊材)验收入库、保管发放回收体制、焊接管理体制、焊接设备管理体制、焊接检验与返修管理体制、各部门及责任人的职责制度、焊工入场考核规定等相关质量管理程序及规定。 2.3焊接前的施工准备及体系审查 焊前应熟悉设计文件、技术条件及相关标准中对焊接质量的要求,编制详细的焊接工程质量检验试验计划;编制相关的焊接工程施工方案和焊接工艺规程(wps);提供满足现场实物需要的焊接工艺评定文件。认真验收材料,特别是管子、弯头、法兰等的材质、规格、尺寸偏差等应符合设计要求,实物标记应与质保书一致。检查焊接设备性能及完好状况,有关计量仪表灵敏可靠等。项目质保体系建立情况的检查也是必要的,各责任人是否到位到岗,其履行职责的能力,对于不能胜任者必须调整。 2.4焊接中的施工质量管理 针对石油化工厂生产特性,压力管道焊接施工全过程的质量控制、管理工作,必须严格按照以下几点进行:所有的焊材是从焊条烘干室领用的,并且由焊 本人签字,具有可追溯性,防止焊接材料发放、使用错误;再者是环境防护的检查,特别是有风、雨雪等恶劣环境情况下,必须检查其防范措施是否有效,如果环境情况不能满足规范要求的,就必须坚决停止施焊;另外,要加强焊接过程中的自检,对于在焊接过程中发现违规情况,要立即处理。 2.5焊接后的焊接质量及管理控制 首先,焊缝外观的检验应在无损检测之前进行。可以采用标准样板、焊接检验尺、手电筒和工程师镜等,对其进行100%的外观检测,对压力管道焊缝余高、宽度、咬边与母材的过渡、接头错边量、棱角度等进行检查,并做好焊接检查记录。不同标准对不同级别的管道外观合格的判定宽严程度是不同的,必须熟悉相关标准,按照标准执行。其次,焊缝内部质量的检验通过无损检测方法来判别,无损检测方法和检测比例要满足设计、标准、规范的要求。此外,及时对射线探伤底片、无损检测报告进行检查,对于需要返修的焊缝,应严格执行返修工艺,并做好返修施焊记录。返修必须是在热处理和压力试验之前进行。 3、近年来先进的管理理念 3.1加强工厂化预制 鉴于管道工程大多数是现场焊接,焊接工况不易控制的现实,自2000年以来国内大型石油化工工程大力推广管道的工厂化预制,如上海赛科90万吨/年乙烯工程,由中国石化集团投资,在距离安装现场2km~3km的范围内征地,建立了五个大型管道加工厂,即使是管廊上的管道也都在加工厂预制,连直管段也是将两根定长12m的管子焊接在一起再拉到现场安装,这样算下来管廊的管道预制量也超过50%,装置区的管道预制更是到达75%以上,极大的保证了焊接质量和施工工期 3.2推行单线图管理 20世纪80年代欧美、日本等工程公司就将单线图设计、单线图管理的理念带到中国。经过三十年的消化吸收,目前国内设计院3d模型设计,单线图管理的理念也基本确立,也最终被中国石化、中国石油、中海油等公司所接受和推广。单线图管理从材料领用就可以发挥它的作用,实现材料的集约化管理,极大的减少材料浪费;将焊口号在开始预制之前就经过转化标注在单线图上,作为班组施工的依据,具有很强的指导和前瞻预防作用;班组在预制过程中再将管线号、焊口号、焊工编号标注在预制的管段上,将焊工编号、焊接日期、管子、管件的炉批号等信息标注在单线图上,真正实现材料的可追溯性管理;班组依据无损检测比例申报无损检测焊口,确保焊接质量,最后所有焊接、无损检测、热处理、硬度检测等信息都标注在单线图上,形成一份完整的交工资料。 3.3采用焊接/无损检测软件化管理 大型石化装置的管道往往上百公里计,焊接量更是超过千万达因(寸径),管道施工工程量的统计和焊接质量管理难度很大,随着计算机技术的发展,各种焊接/无损检测管理软件应运而生,投资不需很大,却能极大的提高管理的软环境。具体实施时由施工单位的技术员按照单线图采集各班组焊接完成量,将管线号、焊缝编号、焊工号、焊接日期、施工班组等信息输入计算机,监理公司完成焊缝外观检查、指定无损检测焊口号信息输入计算机,无损检测单位将无损检测结果输入计算机。从而可以实现焊接完成量、焊接质量控制等重要信息的实时分析与输出,为焊接质量管理提供有力工具。 结束语 焊接质量的好坏将直接关系到石油化工管道的施工质量。所以,建立完善的焊接施工质量管理体制,大力推行工厂化预制、单线图管理、焊口标识管理、焊接/无损检测软件化管理等科学先进的管理理念,对关键因素层层把关,严格过程质量控制,才能达到石油化工管道焊接施工质量经济性和高可靠性的要求。 化工工艺论文:五味子水溶性多糖提取及纯化工艺的优化 作者:姜波,孙静,刘春,范圣第 【摘要】 目的研究五味子多糖提取工艺参数及参数的评价方法。方法用水提取醇沉法提取五味子多糖,通过单因素及正交实验,研究固液比、提取温度、提取时间及提取次数对五味子多糖得率的影响,并对多糖得率的质量评价和含量评价方法进行探讨,同时进行了多糖的纯化研究。结果提取温度对五味子多糖得率的影响最大,固液比、提取时间对五味子多糖得率影响较小。通过测定提取的多糖含量计算五味子多糖得率与单纯用多糖质量(所得沉淀)计算的五味子多糖得率的比较存在一定的差异,表明采用含量测定的方法比单纯的质量比所确立的条件更准确。结论五味子多糖提取的最佳工艺条件为:固液比1∶30,提取温度90℃,提取时间4 h,提取3次。用活性炭与sevage法联合使用纯化多糖,使提取的多糖纯度由43.48%提高到66.43%。 【关键词】 五味子 多糖 提取 纯化 五味子为木兰科植物五味子的果实,因其甘、酸、辛、苦、咸五味俱全,故得名五味子。五味子是名贵中药材,《本草纲目》中记载,五味子益气主治,咳逆上气,劳伤羸瘦,补不足,强阴,养五脏,除热,止呕逆,补虚劳,明目,壮筋骨,除烦热,解酒毒,生津止渴,补元气不足等[1]。临床多用于久咳虚喘、津亏口渴、遗精、自汗、久泻、神经衰弱、肝炎等症[2]。近年来通过大量动物和临床实验发现,五味子还具有保肝、抗衰老、耐缺氧、增强机体免疫力等活性[2,3]。 近年来研究发现活性多糖具有抗肿瘤、抗病毒、增强免疫力、延缓衰老、降血脂、降血糖、解毒、抗辐射等功效[4~8],其作用日益受到人们的重视。本文利用对环境无污染的水提取的方法,研究了五味子多糖的提取工艺条件,并进行了粗多糖的纯化及多糖含量的测定。在人们常采用的通过依据提取多糖质量的多少(所得的多糖沉淀的质量除以样品的质量)来判断提取工艺条件[9~11]的同时,本文又通过测定提取的多糖中的多糖含量(测得的多糖含量乘以提取多糖质量除以五味子的质量)来选择多糖的提取条件,并将两种方法进行了比较。实验结果表明,采用含量测定的方法比单纯的质量比所确立的最佳条件更可靠。 1 仪器与材料 1.1 仪器与试剂 wfj2100型分光光度计(上海尤尼柯仪器有限公司),uv-9200紫外-可见分光光度计(北京瑞利分析仪器公司),微型植物试样粉碎机(天津市泰新特仪器有限公司),电子分析天平(上海奥豪斯公司),恒温水浴锅(金北得工贸有限公司),tdl80-28台式离心机(上海安亭精密仪器厂),电热恒温干燥箱(上海精宏实验设备有限公司)。 试剂均为国产分析纯。 1.2 材料五味子:市购。 2 方法 2.1 材料的预处理 将五味子在65℃烘箱中烘干后用粉碎机粉碎,过80目筛,于棕色磨口瓶中存放备用。 2.2 五味子粗多糖提取方法 称取一定量的五味子粉于具塞三角瓶中,按实验的设计加入一定量的蒸馏水,放入水浴中按一定的温度浸提。冷却后,以4 000 r/min离心20 min,所得提取液浓缩至原体积的约1/5,然后加入5倍体积的乙醇,摇匀后,在4℃冰箱中放置24 h,以4 200 r/min离心18 min。所得沉淀蒸干乙醇后,在70℃烘箱中烘至干燥,所得固体即为五味子多糖。 2.3 粗多糖的纯化方法 五味子预处理蒸馏水浸提离心浓缩sevage法脱蛋白活性炭脱色醇沉离心干燥研磨干燥检测。 质量比多糖得率(%)=提取的多糖质量五味子试样质量×100% 为了便于区分这个得率以下称为质量比多糖得率。 2.4 多糖的含量测定方法采用硫酸-苯酚法,用葡萄糖作为标准测定多糖含量。 标准溶液的配制及测定:准确称取0.10 000 g已干燥的标准葡萄糖,溶解后至100 ml容量瓶,用蒸馏水稀释到刻度。用移液管分别取上述配制的葡萄糖标准溶液1.0,2.0,3.0,4.0,5.0 ml,转移至100 ml容量瓶,并用蒸馏水稀释至刻度,摇匀。得浓度分别为10,20,30,40,50μg/ml的葡萄糖标准溶液。 从上述已配制的葡萄糖标准溶液中分别取出0.6 ml于10 ml具塞试管中,再分别加入5%苯酚(w/v)溶液1.2 ml,迅速加入浓硫酸4.0 ml,摇匀,室温静置15 min,30℃水浴中放置15 min,在486 nm下测其吸光度。 样品溶液的配制及测定:准确称取0.01g粗多糖,用蒸馏水溶解后,分别转移至50 ml容量瓶中,用蒸馏水稀释至刻度,摇匀。用与标样测定相同的方法测定样品中多糖含量。 通过标准曲线测得样品浓度后带入以下公式可得到0.01 g粗多糖中多糖含量,再乘以粗多糖干燥后产量可得到2 g五味子中粗多糖量,最终可算出五味子多糖得率。 多糖含量(%)=样品浓度×稀释倍数×样品体积多糖试样质量×100% 五味子多糖得率(%)=粗多糖多糖含量×粗多糖质量五味子试样质量(2 g)×100% 2.5 单因素实验固液比(m/v)选用1∶10,1∶20,1∶30,1∶40,1∶50五个条件,提取温度采用75,80,85,90,95℃ 5个条件,提取时间为1,2,3,4,5 h 5个条件,提取次数为5次。 2.6 正交实验选l9(33)正交实验,以确定五味子中水溶性多糖提取的最佳工艺参数。水平因素见表1。表1 水平因素(略) 3 结果与讨论 3.1 多糖含量的测定 经紫外光谱扫描确立多糖测定的最大吸收为486 nm,测得的葡萄糖标准曲线的相关系数为0.999 6,线性方程为y=0.006 9x。 3.2 五味子多糖提取的单因素实验研究 为了更准确地反映出提取多糖的量,本文除了采用人们普遍使用的直接利用提取的多糖质量与试样质量之比的多糖得率计算方法来考察因素外,还利用定量分析提取的多糖中的多糖含量,继而换算出五味子试样中多糖得率的方法来指示各因素提取多糖的多寡,进而指示各因素的优劣。这样可以避免提取的多糖质量高,即提取的多糖质量与样品质量之比的多糖得率高但多糖含量不一定高的问题。同时也可以说明有的文献中出现的异常数据,使各因素考查的结果更具可信性。 3.2.1 固液比对多糖得率的影响 在提取温度为80℃,提取时间为3h条件下,进行固液比实验。结果见图1。 实验结果表明,随着固液比的增加,多糖得率逐渐增加,但当固液比达到1∶40后,质量比多糖得率却有所下降,但经过多糖含量测定计算的五味子多糖得率逐渐上升,由此可以看出单凭由质量比多糖得率来确立提取条件的不准确。这同时也说明了一些研究中随着固液比的增大,多糖得率反而减小的现象。由图1可以看出,当固液比达到30%以后,五味子多糖得率增加缓慢。 3.2.2 提取温度对多糖得率的影响 在固液比为1∶30,提取时间为3 h条件下,进行提取温度实验。结果见图2。 由图2可以看出,在所选的5个提取温度下,随着温度的升高,多糖的提取率随之升高,到达90℃时最大,而当温度95℃时提取率下降,这可能是由于在较高温度下提取使大分子多糖的糖苷键断裂造成了多糖的部分损失。提取温度考虑为90℃。质量比多糖得率与五味子多糖得率随温度变化趋势基本一致。 3.2.3 提取时间对多糖得率的影响 在固液比为1∶30,提取温度为90℃条件下,进行提取时间实验。结果见图3。 由图3可看出随提取时间的增加多糖得率增加,到3 h后增加幅度缓慢。五味子多糖得率随时间增加缓慢增加,而质量比多糖得率当提取时间为5 h略有降低。 3.2.4 提取次数对多糖得率的影响 在固液比为1∶30,提取温度为90℃条件下,提取时间为3h条件下,进行5次提取次数实验。结果见图4。 由图4可见,第1次提取多糖的得率最高,第2次次之,第3次以后多糖得率较小,实验提取次数3次为宜。质量比多糖得率与五味子多糖得率随温度变化趋势基本一致。 3.3 五味子多糖提取的正交实验在单因素实验的基础上,选定3因素3水平正交实验。结果见表2~3。表2 正交实验l9 (33)结果,表3 正交实验方差分析(略)。 比较3个因素的极差r值,rb>ra>rc,可看出温度对提取多糖得率影响最大,其次为固液比,最后为浸提时间。最佳工艺组合为a2b2c3,即固液比为1∶30,温度为90℃,提取时间为4 h。在此最佳提取条件下提取,得每2 g五味子多糖高达到69.39 mg,五味子多糖得率为3.470%。 3.4 多糖的纯化采用活性炭与sevage法联合纯化多糖。首先用活性炭处理。将提取液在水浴中加热至90℃,活性炭与提取液按1∶5(w/v)量加入,搅拌30 min,过滤,用蒸馏水洗涤活性炭层4次,合并滤液后,浓缩。然后用sevage法脱蛋白,氯仿∶正丁醇比例为4∶1(v/v),与提取液的比例为1∶5(v/v),用力振摇30min,4 200 r/min离心15 min。醇沉后,得到精制多糖。 3.4.1 活性炭处理实验结果 用紫外光谱在280 nm下测定多糖提取液的紫外吸收,活性炭处理前后的吸光度见图5。 由图5可见,活性炭处理除掉了大部分的杂质。 3.4.2 sevage法脱蛋白用sevage法除蛋白,共做了5次,每次去除蛋白情况见图6。 由图6中可看出蛋白质含量在经过1次sevage处理后的吸光度有所减少,但随着处理次数的增加,差异不明显。说明多糖中的大部分游离蛋白已去除,多糖中可能存在结合蛋白而不能单独去除。 3.4.3 纯化后多糖含量在优化后的最佳条件下提取的多糖用硫酸-苯酚法测得其糖中多糖含量为43.48%,纯化后的多糖含量为66.43%。 4 结论 在提取水溶性多糖过程中,因素水平对五味子多糖得率的影响顺序为温度>固液比>提取时间。多糖提取的最佳工艺条件为固液比为1∶30,温度为90℃,提取时间为4 h,提取3次。 用硫酸-苯酚法测定多糖含量,加硫酸后立即摇匀,室温静置15 min,30℃放置水浴15 min。在486 nm下测其吸光度。显色稳定,标准曲线的相关系数为0.999 6。 通过测定提取多糖中的多糖含量换算出五味子试样中多糖得率的方法来指示各因素提取多糖的多寡,比用单纯的质量比考察各因素的结果更具可信性。 通过活性炭与sevage法联合使用纯化多糖,使提取的多糖纯度由43.48%提高到66.43%。 化工工艺论文:复方龙脉宁滴丸纯化工艺实验研究 作者:郝建萍 孙静 王昌利 苏卓,朱玲 【摘要】 目的通过实验研究进一步完善复方龙脉宁滴丸纯化工艺参数,为该制剂实现工业化生产奠定基础。方法以葛根素含量为指标,采用薄层色谱法和高效液相色谱法测定其含量,对ab-8大孔吸附树脂纯化该制剂处方进行纯化实验研究。结果采用静态吸附-动态洗脱的纯化方法较为合理,需3bv的70%乙醇即可洗脱完全。结论该纯化工艺参数合理,方便可行,重复性好。ab-8型大孔吸附树脂具有较好的纯化效果,可有效除杂,从而降低服用量,同时保证药物制剂疗效。 【关键词】 复方龙脉宁; 纯化工艺; 葛根素 滴丸剂系指药材经适宜的方法提取、纯化、浓缩并与适宜的基质加热熔融混匀后,滴入不相混溶的冷凝液中,收缩冷凝而制成的球形或类球形制剂[1]。复方龙脉宁滴丸由葛根、穿山龙等4味中药提取加工而成,具有通络活血、消炎化瘀的作用,用于治疗中风所致半身不遂,肢体麻木,口眼歪斜及胸痹所致胸闷,心悸,气短等症。该制剂的基础研究相对成熟,通过两年的实验研究,得到了重复性较高,较为科学、合理的提取工艺参数。为了降低服用剂量,对该复方进行了大孔吸附树脂纯化实验研究,通过纯化处理制备的滴丸剂,服用量大大的减少,初步的药效学观察,该制剂具有较好治疗作用。本文在已有的研究基础上,进一步对大孔吸附树脂纯化复方的工艺进行研究,为该制剂实现工业化生产奠定良好基础。 1 仪器与材料 hitachi液相色谱仪:l-2130泵、hitachi检测器、orgnizer色谱工作站。甲醇为色谱纯(天津康科德化学试剂),水为重蒸水。葛根素对照品(中国药品生物制品检定所,批号:0752-9907);其余试剂为分析纯。葛根、穿山龙等4味药材混合提取药液(自制)。ab-8大孔吸附树脂(上海树脂厂有限公司,批号20080505)。 2 方法与结果 2.1 药材的提取将葛根等4味药按处方比例和最佳提取工艺提取。 2.2 葛根素的含量测定方法 2.2.1 色谱条件色谱柱为accurasil c18(5 μm,4.6 mm×250 mm);流动相为甲醇和水(25∶75);检测波长250 nm[1];柱温为室温; 流速1 ml/min。 2.2.2 标准曲线的绘制精密称定葛根素对照品10.0 mg,加30%乙醇定容于25 ml容量瓶中,摇匀。精密吸取1 ml葛根素标准品溶液置于50 ml容量瓶中,加水至刻度线,摇匀,即得浓度为0.008 mg/ml的标准品溶液,作为对照品溶液[2]。分别精密吸取对照品溶液(c=0.008 mg/ml)2,4,6,8,10 μl,按上述色谱条件测定峰值面积,得标准曲线及线性范围。以峰面积为纵坐标,葛根素含量(μg)为横坐标计算回归方程为:a=22 158c+14 157相关系数r=0.999 4,线性范围0.016~0.080 mg。 2.2.3 含量测定精密吸取0.45 μm微孔滤膜过滤后的提取液10 μl,注入液相色谱仪,测得峰面积,代入标准曲线计算其含量[3]。 2.3 纯化方法的筛选 2.3.1 纯化方法本实验将静态吸附-动态洗脱与动态吸附-动态洗脱两种方法进行对比,优选最佳纯化条件。以处方中葛根素的含量作为评判指标。 静态吸附-动态洗脱方法:将处理后的ab-8大孔吸附树脂按径高比1∶3装柱,倒入过量混合药液使其充分吸附,吸附后倒入重蒸水进行冲洗,加70%乙醇以2bv/h的速度洗脱,洗脱液每5 ml为一份,测定每份中葛根素的含量。 动态吸附-动态洗脱方法:将处理后的ab-8大孔吸附树脂按径高比1∶3装柱,倒入过量混合药液使其充分动态吸附,流出液速度为15 d/min,洗脱方法同静态吸附-动态洗脱。 2.3.2 洗脱结果按“2.2.3”项含量测定方法测定每一份流出液中葛根素含量。结果见表1~2,图1。用tlc的方法验证每一份流出液的葛根素含量。结果见图2~5。结果显示第10份流出液葛根素含量极低,可认为已洗脱完成。表1 动态吸附-动态洗脱结果(略)表2 静态吸附-动态洗脱结果(略) 3 结论 将薄层色谱法和高效液相色谱法所得的含量测定结果结合,综合比较选择静态吸附-动态洗脱的方法较好,需3bv的70%乙醇即可将葛根素洗脱完全。 4 讨论 复方龙脉宁滴丸中所含化学成分极其复杂,含有葛根素、薯蓣皂苷元、阿魏酸、黄酮等多种成分,故有效成分的富集,精制,纯化存在一定的难度[4~7]。如何寻找一种既能满足精制度要求,又能在大生产中推广应用的新技术是中药产业工程化之关键。作者采用ab-8大孔吸附树脂纯化葛根素,从实验结果看,其对葛根素洗脱完全,因此大孔树脂适宜于葛根素的纯化,并通过中试研究证实了该技术放大生产亦是可行的。 化工工艺论文:板蓝根多糖的提取和纯化工艺研究 作者:张体祥,刘捷,张萍,马丽,卢奎 【摘要】 目的研究板蓝根水溶性多糖的提取纯化工艺条件。方法通过正交实验,考察液料比、提取时间、提取温度、醇沉时间、醇液比对多糖得率的影响。结果液料比是影响提取工艺的主要因素,最佳工艺条件为:液料比30∶1,提取温度90℃,提取时间6 h。三氯乙酸法脱蛋白,葡聚糖凝胶柱层析纯化分离。结论板蓝根多糖得率25.63%,多糖含量76.42%。纯化后的板蓝根多糖为分子大小均一的单一组分多糖,不含核酸和蛋白质。 【关键词】 板蓝根多糖 正交试验 提取 纯化 分离 板蓝根为 中国 传统中药,有清热解毒、凉血利咽的功能。用于瘟毒发斑、舌绛紫暗、痄腮、喉痹、烂喉丹痧、大头瘟疫、丹毒、痈肿等症[1]。板蓝根多糖是板蓝根的主要化学成分之一。研究发现, 板蓝根多糖具有免疫调节作用, 对特异性免疫和非特异性免疫均有一定的促进作用[2,3], 此外还有降血脂作用。 随着人们对多糖生物活性和特殊药用功能认识的进一步加深,意识到板蓝根多糖可能是板蓝根生物活性和特殊药用功能的主要作用因子之一。 目前, 板蓝根多糖的提取大多采用水煮醇沉法[4,5], 提取的粗多糖溶液为胶体溶液, 性质差别很大, 提取得率和多糖含量并不理想,这为多糖的的进一步开发造成了困难。为了提高多糖的活性, 本实验以北板蓝根为原料, 采用正交实验对板蓝根的提取工艺进行优化, 对提取的粗多糖脱蛋白, 通过sehadex g-100凝胶色谱柱进一步分离纯化, 以期为板蓝根多糖的开发利用提供理论基础。 1 材料 板蓝根,购自郑州仟僖堂药店。 2 方法 2.1 板蓝根多糖的提取纯化工艺路线[6,7]其流程如下所示: 提取:板蓝根粉碎称量乙醚脱脂热水浸提离心取上清液残渣重复浸提两次合并上清液减压浓缩透析测含糖量乙醇沉淀有机溶剂洗涤真空干燥板蓝根粗多糖 纯化:粗多糖溶液 sehadex g-100柱层析洗脱液浓缩乙醇沉淀冷冻干燥精制板蓝根多糖 2.2 正交实验优化板蓝根多糖的提取工艺选择液料比、提取温度和提取时间3个因素,以多糖得率为考察指标进行3因素3水平的正交实验,对板蓝根多糖的提取工艺条件进行优化。 2.3 多糖含量的测定[8]苯酚-硫酸法,以葡萄糖为基准物作标准曲线。根据标准曲线 计算 多糖含量。 板蓝根多糖得率的计算公式: 粗多糖得率(%)=多糖质量板蓝根粉末的质量×100% 2.4 脱蛋白方法称取一定量板蓝根粗多糖,加入蒸馏水溶胀2 h,在100℃下煮沸1.5 h,离心,浓缩。本实验采用了4种去蛋白方法: sevage法:在粗多糖浓缩液中加入等体积的一定浓度的氯仿-正丁醇溶液,混合振摇,离心除去沉淀,经透析、醇沉、洗涤、干燥,即得脱蛋白多糖。 三氯乙酸法:在粗多糖浓缩液中滴加一定量的三氯乙酸,剧烈搅拌20~30 min,离心除去沉淀,经透析、醇沉、洗涤、干燥,即得脱蛋白多糖。 hcl法:用hcl调节粗多糖浓缩液至ph=3,10~20℃静置过夜,离心除去沉淀液,再透析醇沉、洗涤、干燥,即得脱蛋白多糖。 正丁醇-三氯乙酸法:在粗多糖浓缩液中加入等体积的三氯乙酸-正丁醇试剂,振摇10 min,于分液漏斗中静置分层,收集下层的水溶液,经透析醇沉、洗涤、干燥,即得脱蛋白多糖。 2.5 板蓝根多糖的纯化将一定量的脱蛋白多糖,用蒸馏水溶解后上样,0.15 mol·l-1 nacl进行洗脱,流速控制在0.3 ml·min-1,洗脱液由分布收集器进行收集,苯酚-硫酸法跟踪检测,分别合并出峰的流出液,减压浓缩至一定体积,醇沉、过滤、干燥,即得精制多糖。 2.6 纯度鉴定将sephadex g-100装柱,用nacl平衡1 d。上样,nacl洗脱,按3 ml体积部分收集,用苯酚-硫酸法跟踪检测。配制一定浓度的板蓝根多糖溶液,以二次重蒸水为空白, tu-1800pc紫外分光光度计于190~800 nm的范围进行扫描。 3 结果 3.1 液料比对多糖得率的影响固定提取温度为90℃,提取时间为7 h,醇沉比4∶1,醇沉时间24 h, 称取一定量板蓝根分别在5∶1,10∶1,20∶1,30∶1,40∶1条件下提取。结果见图1。 由图1可以看出,随着液料比的增大,多糖得率呈上升趋势,当液料比达到25∶1,多糖得率变化不大。如果水用量过多, 不利于以后的浓缩分离。因此, 选择液料比在25∶1左右。 3.2 提取温度对多糖得率的影响按照液料比25∶1,提取时间7h,醇沉比4∶1,醇沉时间24 h, 称取一定量板蓝根分别在60,70,80℃,90,95,100℃温度下提取。结果见图2。 由图2可以看出,提取温度从60℃升高到90℃时,多糖的得率迅速增加,超过90℃则多糖的得率变化平缓,而温度达到95℃之后多糖的得率反而有所下降。若温度过低,溶剂的渗透能力和溶解能力差,多糖不能有效溶出;温度过高虽对细胞的破坏作用增大,有利于多糖的浸出,但是会导致多糖裂解,使得多糖得率降低。所以, 提取温度选择80~95℃时效果较好。 3.3 提取时间对多糖得率的影响固定液料比25∶1,提取温度为90℃,醇沉比为4∶1,醇沉时间为24 h, 取一定量板蓝根分别在5,6,7,8,9 h下提取。结果见图3。随着提取时间的延长,多糖的得率逐渐增加,到7 h后多糖得率增加缓慢。故提取时间选择6~8 h时效果较好。 3.4 醇液比对多糖得率的影响由图4可以看出,随着乙醇与多糖浓缩液比例的增加,多糖得率呈增加趋势,当醇液比达到4∶1后,多糖得率增加不明显。因此,醇液比选择4∶1~5∶1时效果较好。 3.5 醇沉时间对多糖得率的影响由图5可以看出,随着醇沉时间的延长,多糖得率逐渐增加, 24 h后多糖得率降低,但是醇沉时间对多糖得率影响不大。因此, 醇沉时间选择16~24 h之间。 3.6 正交实验在单因素实验的基础上,确定液料比、提取时间和提取温度作为实验因素,设计3因素3水平的l9(34)正交表,以多糖得率为指标对各因素进行评价和选择,见表1,正交实验结果见表2。表1 因素水平(略) 从表2可以看出,影响板蓝根多糖得率因素的顺序为:液料比 提取温度 提取时间,最优工艺组合为a3b2c1,故最佳提取条件为液料水比为30∶1,提取温度为90℃,提取时间为6 h。表2 正交实验(略) 3.7 验证实验按照板蓝根多糖提取的最佳条件: 液料比30∶1,提取温度90℃,提取时间6h,醇沉比例4∶1,醇沉时间24 h进行验证实验,板蓝根多糖的得率为25.63%,多糖含量为76.42%。 3.8 板蓝根多糖的纯化 3.8.1 脱蛋白方法的选择为选取最优的脱蛋白方法,以多糖含量和a280吸光值作为指标, 分别采用sevage法、三氯乙酸法、hcl法、正丁醇-三氯乙酸法4种方法进行比较。结果见表3。正丁醇-三氯乙酸法的a280吸光值最小,多糖含量最高,除蛋白效果较好,但是多糖得率较低,;三氯乙酸法的多糖得率较高,多糖含量达到91.46%,a280吸光值为0.106,除蛋白效果也较好。综合各方面因素, 本实验选用三氯乙酸法去除板蓝根多糖的蛋白质。表3 4种脱蛋白方法的比较(略) 3.8.2 葡聚糖凝胶(sephadex g-100)柱层析纯化分离 板蓝根多糖sephadex g-100柱层析纯化分离的洗脱曲线如图6。出现4个洗脱峰, 收集其中含量最高所对应的5~7号管, 透析, 浓缩, 加入3倍体积95%乙醇, 离心分离, 冷冻干燥, 得到板蓝根多糖。 3.9 纯度鉴定对sephadex g-100层析柱上纯化分离得到的5~7管的板蓝根多糖组分在190~ 800 nm范围进行扫描,结果见7~8。在260 nm和280 nm处无核酸和蛋白质的特征吸收峰,说明产品中不含核酸和蛋白质。经sephadex g-100柱层析洗脱,所得的峰形状为对称的单一峰,表明纯化后的板蓝根多糖为分子大小均一的单一组分多糖。 4 结 论 利用水煮醇沉法从板蓝根中提取水溶性多糖, 通过单因素实验和正交实验对板蓝根多糖的提取工艺进行优化, 确定的最佳提取条件为: 液料比30∶1,提取温度90℃,提取时间6 h,板蓝根粗多糖的得率为25.63%,多糖含量达到76.42%。 对脱蛋白方法进行了优化, 采用三氯乙酸法去蛋白的多糖得率43.87%, 多糖含量91.46%, 脱蛋白效果好。 利用葡聚糖凝胶sephadex g-100柱层析对板蓝根粗多糖进行纯化分离, 收集主峰。纯化后的板蓝根多糖为单一组分多糖, 不含核酸和蛋白质。这为下一步对板蓝根多糖的分离纯化和结构的分析奠定了基础。 化工工艺论文:含羞草中总黄酮提取纯化工艺研究 作者:乔文涛,张静,俞凌雁,马婷婷,袁珂 【摘要】 目的研究提取纯化含羞草中总黄酮的最佳工艺条件。方法以芦丁为对照,含羞草总黄酮得率为考察指标,通过正交实验法优选超声提取总黄酮的最佳工艺。在此基础上,采用真空薄膜浓缩,超声脱色,大孔吸附树脂diaion hp-20吸附分离纯化含羞草总黄酮提取物。结果最佳提取工艺为用10倍量的80%乙醇为溶剂超声提取3次,10 min/次。最佳分离纯化工艺为:采用大孔吸附树脂diaion hp-20进行分离富集,以不同浓度的乙醇进行梯度洗脱,洗脱流速为5 ml/min,收集40%~60%乙醇洗脱部位并减压浓缩得总黄酮提取物,总黄酮的含量达到76%。结论优化了含羞草中总黄酮的提取纯化方法,为含羞草资源的综合利用和产业化开发提供了 参考 。 【关键词】 含羞草 总黄酮 提取 纯化 含羞草为豆科含羞草属植物含羞草mimosa pudica的全草[1],又名知羞草、怕羞草、喝乎草、刺含羞草等。主要分布在我国华东、华南、西南等地的山坡丛林、湿地、路旁,具有清热利尿、化痰止咳、安神止痛、凉血止血之功效,临床多用于急性肝炎、神经衰弱、失眠、肺结核咳血、血尿、结膜炎、跌打损伤、带状疱疹等症[2]。含羞草中含有大量对人体有益的活性物质,包括黄酮类、酚类、生物活性多糖、氨基酸类、有机酸类和其它微量元素。其中的黄酮类化合物具有显著的生理活性[3~5],如抗脂质过氧化、抗衰老、清除自由基、抗肿瘤,降低血脂、抗菌抑菌、增强免疫力等作用。本文通过正交实验考察了超声提取含羞草总黄酮的工艺,同时采用大孔吸附树脂进行吸附分离,并结合真空薄膜浓缩、超声脱色等方法对含羞草提取物进行分离与纯化,以期为 工业 化生产提供参考依据。 1 仪器与材料 1.1 仪器uv-2102pcs紫外可见分光光度计(上海龙尼柯仪器有限公司);kq-250b超声波提取器(昆山市超声仪器有限公司);njl07-3型实验专用微波炉(南京杰全微波设备有限公司,额定功率800w);millipore simplicity型超纯水器(美国millipore公司);re-52a旋转蒸发仪(上海亚荣生化仪器厂);真空薄膜浓缩装置[6](自装);101-1型电热恒温干燥箱;微量分析天平(eettler ae 240瑞士),微孔滤膜(上海医药工业研究院);芦丁对照品( 中国 药品生物制品鉴定所提供)。 1.2 材料与试剂 含羞草于2003-05采自海南三亚,由海南大学植物学教授黄世满鉴定为豆科含羞草属植物含羞草的全植株;所用试剂均为分析纯。 2 方法与结果 2.1 标准曲线的绘制 准确称取干燥恒重的芦丁对照品12.8 mg,加60%乙醇(体积分数,下同)溶解并定容置100 ml的量瓶中,摇匀得质量浓度为0.128 g/l的对照品溶液。分别取上述芦丁标准溶液0,1.0,2.0,3.0,4.0,5.0 ml于6只10 ml量瓶中,用60%乙醇补充至5 ml,各加入0.3 ml 5%亚硝酸钠,摇匀,放置5 min后各加入10%硝酸铝0.3 ml,摇匀。5 min后再加入1 mol/ml的氢氧化钠溶液4 ml,混匀,用60%乙醇稀释至刻度。10 min后于510 nm处测吸光度,试剂为空白参比,以芦丁质量浓度为横坐标,吸光度为纵坐标绘制标准曲线,用最小二乘法进行线行回归,得芦丁含量与吸光度之间的回归方程:a=9.049 1c+0.006 4, r=0.999 7。 2.2 不同溶剂提取所得提取物得率及总黄酮得率的比较 2.2.1 不同溶剂提取所得提取物的得率比较 称取粉碎并过60目筛后的含羞草原料4份,每份20 g,分别选用50%的乙醇、80%的乙醇、甲醇、70%的丙酮4种不同的溶剂进行索氏提取,溶剂用量均为200 ml,提取时间为5 h。分别将提取液浓缩至稠膏状移入烘箱中烘干至恒重。称重, 计算 得率。结果见表1。表1 不同溶剂提取所得提取物及得率的比较(略) 2.2.2 不同溶剂提取所得总黄酮的得率比较 分别吸取一定量由不同溶剂提取所制得的含羞草提取液于10 ml量瓶中,添加60%乙醇溶液使体积约为5 ml,按照上述绘制芦丁标准曲线的方法,依次加入0.3 ml 5%亚硝酸钠、0.3 ml 10%硝酸铝、4 ml 1 mol/ml的氢氧化钠溶液,混匀,用60%乙醇稀释至刻度。静置20 min后用紫外可见分光光度计法测定不同溶剂提取所得提取液的吸光度,重复3次测定,并根据标准曲线换算出总黄酮的得率,计算平均含量及rsd。结果见表2。表2 不同溶剂提取所得提取物中总黄酮的得率比较(略) 由表1可以看出,由4种不同的溶剂进行索氏提取,以70%丙酮进行提取所得提取物的得率为最高;由表2可以看出,以80%乙醇为溶剂进行提取,所得提取物中总黄酮得率相对最高。虽然以70%丙酮提取得率最高且总黄酮的得率与用80%乙醇提取相当,但考虑到乙醇与丙酮相比,具有无毒安全,廉价易得的优点,故提取溶剂选用80%乙醇。 2.3 超声提取工艺的优选 2.3.1 样品溶液的制备与测定分别精密称定干燥并过60目筛的含羞草粗粉9份,每份20.00 g,以80%乙醇为溶剂,按正交实验表中所选取的因素水平分别进行超声提取。分别吸取一定量含羞草超声提取液于10 ml 量瓶中,添加80 %乙醇溶液使体积约为5 ml,按照上述绘制芦丁标准曲线的方法,依次加入亚硝酸钠、硝酸铝和氢氧化钠溶液,混匀,用80%乙醇稀释至刻度。静置20 min后测定吸光度, 计算 样品中总黄酮的含量。 2.3.2 正交设计通过正交实验,以芦丁的含量为考察指标,通过紫外法对超声提取方法进行正交实验,以优选出最佳提取工艺。选用l9(34)正交方案,以超声时间、超声次数及溶剂用量3个因素,每个因素3个水平设计实验方案。结果见表3~4。表3 考察因素与水平(略)表4 正交实验设计及实验数据(略) 2.3.3 超声提取最佳工艺 从表4中的直观分析可以明显看出提取的最佳组合为a1b3c3,即用10倍量的80%乙醇为溶剂超声提取3次,10 min/次。 2.4 分离纯化工艺优选大孔吸附树脂diaion hp-20特别适合对黄酮苷类化合物的富集分离,因此本实验采用大孔吸附树脂diaion hp-20对含羞草黄酮粗提物进行分离纯化。具体操作为:取药材1 kg,干燥后粉碎过60目筛,按照以上最佳工艺进行超声提取,得到的粗提物经真空薄膜浓缩至体积减半,加2%活性碳室温超声脱色2次,20 min/次。抽滤,除去滤渣后继续真空薄膜浓缩至无醇味,得提取物。用大孔吸附树脂diaion hp-20进行湿法装柱(色谱柱:6 cm×80 cm,柱体积:450 ml),以水、20%乙醇、40%乙醇、60%乙醇、80%乙醇、乙醇溶剂系统进行梯度洗脱,控制洗脱流速为5 ml/min。分别收集不同浓度的乙醇洗脱液。将各部分洗脱液进行真空薄膜浓缩、后转移至旋转蒸发仪中真空浓缩至干燥粉末,计算得率。同时按照上述的紫外法检测总黄酮的含量。结果见表5。表5 大孔吸附树脂分离纯化实验结果(略) 由表5可看出,用中等浓度40%乙醇洗脱效果较好,总提取物得率达到43.48%,总黄酮含量可达到87.38%;从洗脱情况看,总黄酮主要集中在40%~60%乙醇洗脱部位,水洗脱部位经理化检测发现除含少量的黄酮外,还含有较多的多糖等大极性化合物,可将这部分弃去,而20%乙醇、80%乙醇及乙醇洗脱部位相比之下则含少量的黄酮类成分。因此,按照以上方法对含羞草总黄酮粗提物进行分离富集与纯化,收集各洗脱部位,将40%~60%乙醇洗脱部位合并,进行真空薄膜浓缩后即可得到总黄酮提取物,经紫外测定总黄酮的含量达到76%。 2.5 最佳提取纯化工艺 由实验得到最佳提取纯化含羞草总黄酮的工艺:新鲜含羞草干燥后粉碎过60目筛室温超声提取提取液真空薄膜浓缩至体积减半浓缩液加2%活性炭室温超声波脱色2次抽滤除去滤渣脱色液继续真空薄膜浓缩至无醇味上大孔树脂diaion hp-20柱用水及乙醇混合溶剂梯度洗脱分别收集洗脱液将40%~60%乙醇洗脱液合并减压浓缩至干干浸膏样品检测含量成品。 3 讨论 本实验选用芦丁作为对照品,因为芦丁是黄酮化合物中比较有代表性的一种,其b环的3,4-邻二酚羟基部位发生紫外吸收,可以通过测定芦丁对照品的吸收度,从而求算供试品中总黄酮的含量。这是总黄酮含量测定实验中比较经典的方法。 通过实验证明,提取含羞草中总黄酮的最佳工艺为用10倍量的80%乙醇为溶剂超声提取3次,10 min/次。 本实验采用大孔吸附树脂diaion hp-20分离含羞草中的黄酮类成分,选择不同浓度的乙醇溶液进行洗脱,得出40%乙醇溶液洗脱效果较好,总分离物得率达到43.48%,总黄酮含量达到87.38%。另外水洗脱部位得率较高,含少量黄酮,还含有较多的大极性化合物。在用大孔吸附树脂分离含羞草总黄酮时,可先用水洗脱,除去大量的大极性化合物,减少影响,再用40%乙醇进行洗脱。 现代 药理研究表明,黄酮类化合物在心血管系统、内分泌系统和抗肿瘤方面具有明显的药理作用。含羞草总黄酮的药理活性未见深入研究。本文利用大孔吸附树脂分离纯化含羞草总黄酮,为进一步研究含羞草总黄酮的药理活性,更好地开发利用含羞草资源奠定了基础。 化工工艺论文:高职应用化工技术专业化工工艺类课程改革探索 应用化工技术专业化工工艺类课程体系主要包括有机化工工艺、无机化工工艺、精细化工工艺三大部分。无机化工工艺涉及氨、硫酸、磷酸、纯碱、烧碱等无机产品的生产工艺:有机化工工艺涵盖了烃类、c1—c4系列(甲醇、乙酸、丙烯腈、芳烃等)等有机产品的生产工艺:精细化工工艺则主要介绍染料、涂料、胶黏剂、颜料、表面活性剂等精细化学品的生产工艺。 一、课程现状 目前多数高职化工工艺类课程的授课方式以教师的理论讲授为主,学生被动接受,对知识的感性认识不足;教材内容组织结构固定,不能体现地方化工企业工艺岗位群的知识需求,无法与地方化工企业主打产品的工艺形成良好对接:课程评价方法多以终结性的理论考试为主,考完就忘,谈不上对知识的理解运用。对此,为更好地贯彻“以服务为宗旨,以就业为导向,走产学结合的发展之路”的高职办学指导思想,形成能力本位的课程模式,笔者认为有必要对高职应用化工技术专业化工工艺类课程体系进行改革。 二、课程改革的思路 l.精选内容,整合课程,自编教材 本着高职教学“以应用为目的,必需够用为度,加强针对性实用性”的方针,建议将三门课程的传统内容进行整合,形成一门新的综合性化工工艺类课程,自编授课教材, 课程内容的选取以适应行业企业的需求为原则,.注重与学生职业能力的良好对接。具体实施上:①对院校周边各化工企业进行调研,广泛听取企业或行业专家的意见。②大量收集毕业生的就业反馈信息,明确化工工艺岗位群的知识需求。③最终以区域经济发展和学生就业为导向,确定有机、无机、精细三种工艺内容的比例。教材中可适当加入企业文化、企业工艺技术发展过程等内容的介绍,为学生提供就业面试信息的同时,兼顾学生职业道德和人文素质的培养。 2.完善校内外实习实训基地建设,增大实践教学比例 应用化工技术是典型的工科专业,就业岗位对实践技能的要求远远超过理论知识,化工工艺作为专业核心课程,是培养和锻炼学生实际动手能力的重要平台。因此,必须有完善配套的校内校外实习实训基地进行实践教学,尽可能地实现工艺生产过程的再现,让学生接触实际的生产工艺流程。基于化工行业的特殊性,在校内建设真实的工艺生产流程是不实际的,所以校内实训基地的建设可以单元操作模拟、仿真实验室为主,最重要地还是要多发展校企合作企业,与企业密切接触,大力发展“厂中校”,加大现场教学的力度。 3.改革教学方法与手段,实现“项目引导,教、学、做一体化” 教学方法上,课程整合后应由理论向实践逐步倾斜,注重专业技能的培养,使教学方法和模式更加符合技术应用型人才的培养目标。可综合采用动画演示、视频播放、仿真教学、现场教学等多种方式。如一些危险性较大的生产工艺,可采用视频播放和仿真教学的方式;其它工艺过程,在客观条件允许的情况下,尽可能地采用现场教学模式,以增强授课内容的直观性。具体教学实施过程,可将同一产品的生产工艺作为一个项目,充分利用校内外实习实训资源,理论教学与实践教学同步进行,或在完成理论教学之后,立即进行相关的实验或实训,理论与实践穿插进行。学生根据自己的就业倾向,可重点选修某些工艺项目,提高学习和就业针对性。 4.优化教师资源配置,提高授课效率 在教学团队的组成上,做到专兼职教师合理搭配。一方面充分发挥专职教师课堂理论教学的优势;另一方面,充分利用企业兼职教师丰富的实践工作经验,配合课程的现场教学。 5.建立合理有效的学生考核体系 新的课程体系、教学内容、实施手段必须有新的考核方式与之匹配。应改革传统的期中、期末考试制度,建立理论考试和实践动手相结合的学生评价体系。应重视学生的学习过程,在保留一定比例理论考试的基础上,引入实地流程讲解、流程设计分析、小论文、仿真操作等考核方式,将实践技能的学习与考核和谐统一。 三、课程改革的意义 通过对三门工艺课程的整合,削枝强干,提高了教学内容的实用性和针对性,学生学习目标更加明确。自编的综合性工艺教材,便于体现工艺类知识的整体性和联系性,启发学生对比认识不同工艺的特点,形成合理、互通的知识结构和认知结构。 “知识+技能”的全方位考核方式可弥补部分学生理论基础较差的现状,增加其学习的信心和动力。 校内外实践基地的建设,将理论教学、仿真训练、现场参观、实际操作融为一体,实现了“教、学、做一体化”的教学模式。理论知识和实践技能有机结合,增强了学生对生产工艺流程的感性认识,加深了对知识的理解,学习效率和教学效果大大提高。教师在组织和实施现场教学的过程中,有机会参与企业的各项生产经营活动,一方面提高实践能力,重构教学能力,提高双师素质:另一方面更加了解现代企业需要怎样的技术人才,使教学更加具有目的性、实用性。 课程体系的改革,使学校与企业的联系更加紧密。企业在为学校提供实习实训基地的过程中,可与学校签订“订单式教育”协议,共同参与选拔学生、组织教学、考核上岗等一系列教育教学活动,围绕企业生产实际需要进行有效的量体裁衣,满足企业发展对专门人才的需求,节约新员工人职培训的时间和成本。学校在此过程中,有利于找准自身在当地经济社会发展中的地位和作用,提高高职院校的社会服务能力,增强职业教育的生命力。最终实现行业企业与高职院校相互促进,区域经济与高职教育和谐发展。 化工工艺类课程作为应用化工技术专业的核心课程,其课程体系和内容的改革,是提高该专业人才培养质量的重要手段,是实现高职教育产学结合人才培养模式的关键,势在必行。 化工工艺论文:化学工程中化工生产的工艺解析 化学工程中化工生产的工艺解析 1 引言 化学生产工艺是化学生产过程中一直处于开发状态的技术,化工工艺的开发与发展在近年来更加火热,主要原因在于化工生产常常造成一定范围内的污染。随着人们对环保理念的关注,化工生产的工艺受到了挑战。以往化工厂的污染问题一直得不到彻底的解决,污水化学残留物的排放,给人们的生活带来了很大的影响。化学生产造成污染,从很大程度上是其生产工艺存在问题。因此,为了解决其污染问题,并在一定程度上提高其生产效率,重点就在于改善其化学生产工艺。 2 我国化工生产的现状分析 我国工业的几大主体:机械工业、煤矿工业以及化学工业。化学工业之所谓成为工业的重要组成部分,其重要因素在于化工生产能够在很大程度上满足人们生产与生活的需要,从而推动了我国的工业以及农业的迅猛发展。化学肥料是目前我国农业农作物的主要肥料,在很大程度上维持着我国农业的发展与稳定。然而,由于化学生产过程中必然会产生化学废物,造成一定范围内的污染,尤其是排放的废水以及废渣,成为了自然中的主要污染源。从目前我国的化工厂的化工生产分析,总体上处于一种以牺牲能源以及环境为基础的化工生产。具体分析如下: 化工生产的效率不高;我国工业发展存在一个共同的弊端,主要在于其生产的效率不高。在化学反应过程中,主要由于生产环境以及生产设备的不过关。例如在进行化学肥料的生产过程中,反应器皿往往无法达到反应温度。从而使反应不充分,造成废气以及废物的产生。不仅如此,反应不充分,造成的最大问题在于反应后生产的化学产品合格率太低,无法满足人们的生产以及生活的需要。最为严重的是,不充分的化工生产,造成巨大的能源与资源的浪费,从而大大降低了化工生产效率。 化工生产造成自然环境污染严重;化工生产是目前我国主要自然污染的源头之一,尤其是重金属的生产与化学反应。在化工场附近的废水检测中的结果显示,废水中的重金属严重超标,造成水源的污染,从而影响土质,造成自然环境的失衡。此外,对于化工生产过程中造成的废水与废物,化工厂为了节约成本等原因,而采用直接排放的方式,将污水以及废物直接排放到自然中,造成了大范围的污染。 化学工程中,连续的化工生产环节不连贯,造成整个工程的连续性不佳,工程的进度容易受到影响,尤其是当整个生产环节出现脱节的时候,就会对化学工程造成很大的影响。而化工生产环节中,出现的影响,其主要原因也在于生产工艺的不合格。 综上所述,目前我国化工生产的主要现状为生产效率不高,防污染环节不重视,没有专门的污染处理系统以及化工生产的不完善等。这些问题,一起阻碍了我国化学工业的发展。 3 我国化工生产工艺解析 从上文中,对于我国目前的化工生产过程中,存在着主要的问题就在于我国的化工生产工艺还不是非常完善。针对这些存在的问题,化学的生产工艺需要有哪些改进呢?在化工生产过程中,采取哪些最新的化学生产工艺能够降低化学生产所产生的污染呢? 首先,化学生产过程中,提高反应条件以及反应环境。反应条件是化工生产中最为重要的环节,为了达到高效生产,提高生产效率,减少废料的产生,反应条件是最为关键的因素。因此,提高化工生产效率的最为关键的因素就在于加强化学生产过程中的反应条件。催化剂以及反应所需条件一定要达到所需标准,才能保证在化工生产过程中,高效生产,并减少废物的产生。其中,废物包括废水、废气以及废渣。保证这些废物不直接排放到自然环境中,就能保证化工生产的相对环保。 其次,化工生产过程中,并非只是提高产品生产的环境,更应该能够提供废物处理的程序以及治理系统。目前,我国规定,有毒物质以及重金属是绝对不允许直接排放到自然环境中的。此外,还包括我们经常看到的废气,这些都应该经过适当处理后才能进行排放。废水的排放一般要采用化学综合的化工工艺。其原理很简单,主要是通过化学反应中最基本的原理,将废水中的重金属通过沉淀的方式,使其沉淀,从而减轻其危害性。此外,废气的处理应该在排气的中部以及顶部,都设置一出废气处理系统,这些装置可以将废气中的有毒气体以及废气中的粉尘过滤,从而保证排放到空气中的气体符合国家要求的标准。 最后,真正从化学工程中的化工生产工艺技术入手,工艺技术是指从不同的反应原理以及反应条件进行分析与探讨。例如制造氧气的方式就有很多种,那么哪种方式才是最为简单、效率高并且更适合化工生产呢?当然,在不同的环境下,对于生产的原料以及方式都是可以随机改变的,并能通过改变来进行适应性生产,从而提高化学生产的效率,并实现高效以及绿色生产。 总之,化工生产工艺的提高,应该从当前的现状分析,找出生产环节中的弊端吗,从而大力发展化工工艺。 4 结语 以上分析主要探究化学工程中,化工生产的工艺问题。化工生产在环保以及节能减排等多个主流理念的影响下,开始不得不提高其生产工艺。传统的生产工艺以牺牲自然环境为代价,生产大量的化工产品。虽然这些化工产品对于我国农业以及整个工业的发展都起到了非常重要的作用,但是合理生产、绿色生产才是工业发展的基础。化工生产的工艺亟待提高,因此出现最新的化工生产技术以化工生产工艺,旨在能够在提高生产效率的同时,并能满足节能减排以及环保的要求。如果生产工艺无法真正实现环保与节能减排,那么也可以开发化工后期的环保处理工艺。总之,最大限度提高化工生产工艺,从根本上解决化工生产中的问题,实现合理化生产。 化工工艺论文:关于化工污水工艺处理流程的实验与分析 摘 要:利用气浮-水解酸化-sbr组合的工艺去处理含有8000mg/l的ss与5000mg/l的codcr的高浓度的废水,完全可以有效地除去ss、n、codcr和p。出水的指标完全符合《中华人民共和国污水综合排放标准》的二级排放标准,它还有着剩余污泥少比较少,耗费成本比较低等特点,本文根据实际工程案例用大量的数据分析和探讨了采用气浮-水解酸化-ubf-sbr工艺处理硫酸卷曲霉素生产废水的有效性。 关键词:水解酸化 抗生素废水 序批式活性污泥系统(sbr) 抗生素的工业产生的废水它的最大特点就是污染物浓度高、残留的抗生素大都具有很强的生物毒性,加上它的色度大、组成成分比较复杂,很多年以来一直困扰着工业废水处理行业,它属于典型的难以处理的污水类型。本文总结了北京万邦达环保技术股份有限公司在一些重大污水处理工艺中的具体案例,采用气浮-水解酸化-ubf-sbr工艺处理高浓度抗生素废水,分析了在不同的工艺处理条件下的处理效果。 1 工艺流程 在工艺流程中为了确保生物处理环节的有效性,再加上工业污水的水质复杂不均以及ph值变化过大,所以在工艺设置上,多采取中和调节-沉淀-气浮预处理的工艺流程来降低ss浓度和调节ph值的大小。通常还根据工业废水的污染物杂质的浓度过高,导致了可生化性逐渐降低的趋势,我们选择了水解酸化的工艺流程以便有效地提高废污水的可生化性,为提高后继的处理环节中污染物的除去率目的。 2 工艺选择 2.1 气浮药剂用量 经过一些学者的实验和研究,目前已经出现了很多种的气浮药剂,据试验的数据显示,这些药剂处理高浓度的抗生素工业废水的能力都得到了很高的ss与codcr去除率,国内的有些学者才用分散型水介质阳离子pam处理ss浓度68500mg/l,codcr浓度50000mg/l硫酸庆大霉素制药厂所产生的废水,ss与codcr的去除率分别高达到98.7%和75.9%。与它不同的是本工艺流程处理中对气浮药剂的选用是采用聚合氯化铝和阳离子型的pam。聚合氯化铝配制浓度为1%,pam配制的浓度为0.03%,将配置好的聚合氯化铝分别加入浓度200mg/kg, 150mg/kg,100mg/kg,把pam分别加入浓度为10mg/kg,5mg/kg,3mg/kg,然后进行气浮药剂的实验,测定出、进水中ss和codcr浓度。 2.2 水解酸化 水解酸化工艺流程主要是通过对控制污水的酸度、停留时间将厌氧消化反应控制在酸化和水解阶段。它是利用产甲烷菌与产酸菌的世代周期、ph值以及生存环境等条件的不同,经过水解酸化的不断处理,流出的工业污水中那些较为难以分解的一些大分子就会逐渐降解为一些比较容易分解的小分子颗粒,从而确保了抗生素生化毒性的降低,保证了废水的可生化性提高的可能。本文阐述的水解酸化的工艺流程中设置了2个5m×5.3m×5.3m的反应器,他们的有效容积达到120m2;每一个反应器底部3.4m~1.5m处设有xy型弹性的药剂填料层,填料占空间占整个反应器容积的40%左右,当水解酸化的反应器里面布设了填料,既可以通过挂膜的方法,进行废水的上流过程中所产生的水解酸化程度的不断提高;同时还可以阻留和过滤细小的轻质杂质污泥,从而大大降低了出水cod浓度、ss以及污泥的流失率。然后通过2台抽水泵的运行,不断地向2个反应器中注水,让气浮后的工业废水能够在水解酸化的反应器中长时间的停留,停留最佳时间为分别为26h、13h、6.5h。然后在测定出、进水中的nh3-n、bod5、codcr浓度以及出水中的所有的有机挥发酸(vfa)的浓度。 2.3 sbr负荷 sbr工艺流程具有厌氧与好氧两个过程不断交替进行,它的优点是耐冲击负荷性能强、脱氮除磷处理效率高、各工序可根据水量、水质灵活调整,无须二沉池、占地省、工艺流程简单、造价低等特点。它主要是用于那些间歇排放以及小流量污水处理工程。高浓度的抗生物废水通常都是采用好氧-厌氧等多种方法进行联合处理,好氧性反应器的主要作用就是进一步地处理那些在厌氧环节中出水,使其能够达标排放标准。本工艺流程中对sbr采用了2个5.2m×6.3m×5.4m的反应器,他们中最大的有效容积为125m3;污泥的浓度高达2000mg/l;排出比为35%。排水1h,沉淀1h,进水1h,通过不断地加入自来水或调节池的储水,就可以调节进水cod浓度分别为1500mg/l,1000mg/l,通过调整操作的时间分别是8h,6h,4h,可以调整污泥负荷0.05kgbod/kgss·d~0.2 kgbod/kgss·d,测定在不同条件下出、进水的nh3-n、bod5、codcr浓度,以确定sbr对负荷的承受能力。 3 结论 运用气浮-水解酸化-sbr工艺处理硫酸卷曲霉素是切实可行的,不同负荷处理结果表明系统抗冲击性能较好。本工艺较适宜的运行条件为:气浮工艺pam浓度5mg/kg、聚合氯化铝浓度100mg/kg;水解酸化反应器废水停留时间13h;sbr反应器污泥负荷为0.14kgbod/kgss·d。在此参数下运行,出水水质能够达到cod 150mg/l、bod5 50 me,/l、nh3-n 20mg/l。 化工工艺论文:化学工程中化工生产工艺思考 摘要:这个世界是由不同种类的化学物质组成的,我们的衣食住行中处处都可见化学品的影子,我们依靠这些化学物质来使生活质量进步,从而带动社会继续发展。在化学生产的过程中,化学品的生产属于非常重要的环节,所以本文是从化学工程的角度出发,对化学生产中的工艺技术方面进行解析,对化学生产工艺未来的发展走向加以探讨。 关键词:工艺;化学工程;化工生产 在我们目前所接触的工业中,化工是非常重要的一个步骤,虽然不像航天事业那样惊喜动魄,也不如军事可以直接用来保家卫国,可是化工却能渗透到很多行业中,其中很多都是足以值得我们骄傲的行业,化工通过提供优良以及合适的材料,来促进社会发展和科技的进步,起到基石的作用。本文主要是以化工生产作为入手点,将生产化学物品的新工艺融入到化学工程里,以寻找到更加安全环保的方法为目的,以便研制出更多又好又新的材料。 1目前化工行业中所存在的问题 作为中间环节的化学生产工艺作用非常重要,直接关系到产品的纯度、原材料的利用率并要严格控制环保,确保无污染物排出,无论什么时候都要确保人民的生活环境质量,这也是衡量国家化工行业是否发达的一个重要的参考准则。我国在化工行业的发展起步有些晚,所以亟待解决的问题也相对比较多,最主要突出的就是环保方面的问题。 1.1目前我国的化工生产率比较低 世界各个国家的工业都在迅速发展着,所以存在的问题也就更加突出,我国目前的化工产业在产率方面与发达国家的差距比较大,而在化工生产时,对于压力以及温度的要求比较高,也就是说在生产过程中所使用的生产设备要非常达标才可能有较高的产率。举例来说,比如我们在生产肥料时,器皿温度是否达标是一项很关键的因素,而我国目前的反应器皿大多都无法达到理想的温度状态,温度不足会导致化肥在生产时反应进行的不够充分,导致废料产生过多,即对原材料是种浪费,也会污染环境。而更严重的事情是,由于生产时反应不充分,会直接导致产品合格率很低,无法达到生产所需要的条件,造成了能源以及资源方面的浪费,这直接导致目前化工产率较为底下的现状。 1.2化工厂的环保能力低下 在进行化工生产时,如果环保的能力较低,则会直接导致空气以及环境污染。这也是造成我国污染严重的罪魁祸首之一。像印刷、造纸、印染、重金属以及纺织业都属于污染环境较为严重的行业。这些行业的废水检测结果,一般都是重金属超标非常严重,对环境造成的危害不可估量,从而严重影响人们的衣食住行,也影响了我国的环境污染指数。这些重金属污染型废水的排放会严重影响我国人民饮水的质量以及土壤的质量,使得生态环境失调。 1.3不能使化工生产过程连续化 众所周知,连续性的生产过程无论在哪个行业都能极大地节省人力财力,同时又能最为充分地利用资源和能源。但我国的化工行业却存在化工生产过程连续性不好的问题。生产过程可能会因为连续性不佳而造成生产过程的中断,使得整个生产过程脱节,对化学品的成品质量造成极大的危害,并造成原料的浪费,这也是化工生产中最容易出现问题的环节。 2关于化工生产工艺的研究 我国工业是由化学工业、机械设计制造工业和煤矿工业组成的。而化学工业是其中最为重要的组成部分,因为化工工业与人民的生活密切相关。我们吃的粮食是有糖类等碳水化合物组成的,我们穿的衣服是有纤维或者尼龙等化学品制成的,我们用的工具更是由化工材料做成的。 2.1努力改善反应环境和条件 作为化学工程中的起始工作,反应环境和反应条件对化工生产过程的产率起着很大的作用。尤其是反应条件,它既关系着反应是否能顺利进行,又关系着化工生产过程产率的问题,反应条件好了,自然可以达到高效生产,减少废弃物的产出,提高原料产率。综合以上原因,为了能够达到高效生产我们最应该做的就是加强化工生产过程中的反应条件。催化剂能够有效地缩短反应时间,降低反应能垒,增加反应的速率。 2.2合理处理废弃物 在化学品的生产过程中,反应条件和反应环境固然重要,但废弃物的处理也很重要。我们国家是一个资源大国同时也是一个人口大国,使得人均资源占有率很有限,为了以后子孙后代的发展,我们不能走先污染后治理的道路,应该合理处理好废弃物。我国现行的法律规定,化工生产过程中产生的重金属和有毒污染物一定不能直接排放到江河湖泊中。另外,对有毒废气也要经过处理才能排放到大气中。被污染水质的排放应该严格采用化学原理对其进行化学处理,等到指标合格后,才能通过专用渠道,排放到自然环境中。比较简单的则是通过基本反映,利用沉淀的方式,将重金属离子转变为化合物沉淀下来,使其危害性降到最低。而废气则应该在排放装置的中部和顶端设置有效的废气处理系统,过滤掉有毒的粉尘和气体,之后再排放到空气中。 2.3优化化工生产的工艺技术 除了这些工艺以外,我们还要真正改善化工生产中的工艺,对化工反应的一系列的反应条件和反应原理进行研究。例如,乙烯的合成方式有很多种,可以裂解石油品也可以将乙醇脱水,还可以将长的碳链断裂成短的碳链。出现多种方式时,我们就需要研究哪种方式更为节省能源,哪种方式的原料来源更广,怎样的工艺流程设计能取得最大的经济效益以及最高的产率。不同的原料,所需要的化工原料和生产方式都是不一样的,我们需要针对不同的情况采取不同的工艺流程,使得这些流程能更好的适应工业化生产,来提高化工生产过程的有效性并且达到绿色环保高效的目的。 3结论 在化学工程中,化工生产是很重要的过程,只有保证在化学生产过程中的有效性,使化工生产的工艺达到设计的要求,同时也要提高生产设备水准,增加在生产过程中的利用率,提高产量。要将小的化工厂进行合并,组合成规模比较大、在处理污染方面更有能力的化工厂,同时也要提高化工生产工艺的水平,使工艺在进行过程中可以最大程度的连贯起来。 作者:吴艳鹏 化工工艺论文:化学工程中的化工生产工艺 摘要: 化学工程其实就是指一系列的化学生产活动,在现代的环保减排理念之下,化学工程的整个过程应该节能减排和低碳环保。也正是随着这些理念的出现,一系列新型的化学工艺以及加工生产技术逐渐走进化学工程当中。综合生产效益和生产效率的两个点,化工生产应该在环保化的基础之上促进高效化发展。将对化学工程中的化工生产工艺进行全面的分析。希望对相关技术人员有所启发。 关键词:化学工程;化工生产工艺;化工技术 目前,化学生产工艺在化学生产中的发展一直处于开发阶段,而化学工艺的研发在近几年却变得逐渐火热起来,其护腰原因还是因为化工生产在一定程度上对我们的自然环境造成了污染。随着节能环保和低碳生活理念的持续火热,人们对环境的关注度也越来越重,因此,化工生产就应该及时做出改变。在过去,化工生产的污染排放问题一直得不到科学合理的解决,化工废料污染的排放,给我们的生活环境造成了较大的污染。 1我国化工生产的现状 机械工业、煤矿工业和化学工业是我国三大工业主体。之所以化学工业能够成为三大工业中的一部分,其主要原因就是因为化学工业能够生产出大量我们生活所需的物件,能够最大限度的满足人们的生活需求,进而推动了我国农业和工业的进一步发展。肥料是支撑我国农业不断发展的基础要素,在很多程度上维持这我国的经济水平稳定。但是,在化学生产过重,势必会产生一定的化学废料并对周围环境造成一定范围的污染,尤其是化工企业所排放出来的“三废”。 1.1化工生产效率较低 我国三大工业存在一个相同的问题,那就是整体生产效率较低。而在化学工业这方面,其主要的原因就是因为生产环境较为恶劣,再加上化工生产设备存在质量问题。例如,在生产化学肥料时,反应器皿往往不能达到正常化学反应所需的温度,进而导致化学反应不充分,最终导致废气问题出现。另外,如果化学反应不充分,那么最终形成的化学产品合格率就比较低,难以满足人们生活的使用需求。 1.2对自然环境污染较为严重 化工生产可以说是我国目前最为严重的污染源之一,尤其是重金属和化学废料的污染。从化工厂附近的水源当中抽取检测发现,水中的污染物严重超标,进而导致水源受到污染,间接影响到周围的土质,导致范围内的环境出现失衡问题。另外,化工企业为了节约生产成本,违反国家的环保法律,直接将一些化工废料排入到自然环境当中,进而造成大范围严重的化工污染。而在化学反应过程中,化学生产的连续性较低,进而导致整个化学工程反应迟缓,工程的进度受到严重的影响,进而导致整个生产环节出现脱节现象,这就会导致化工生产受到较大的影响。而导致脱节问题出现的主要原因还是应该化工生产工艺不合格所导致的。简单来说,我国的化工生产主要存在生产效率低、企业环境保护意识差“、三废”处理不科学和化工生产技术低下等问题。也正是这些问题的存在,严重阻碍了我国化工生产的发展。 2降低我国化工生产污染的措施 从分析我国化工生产现状发现,我国的化工生产技术和环境还不是很完善,各个工作环节都还存在缺陷。而针对这些问题的特点,我们就应该对化工工艺进行改进,而从化工工艺角度来看,我们又应该从哪几个方面做起呢?笔者经过实践工作总结了解,要想降低化工生产中的污染问题就必须做好以下几点: 2.1优化反应环境,强化反应条件 反应条件是化工生产中最为重要的环节,为了达到最高效的化工反应,提高生产效率,降低废料的出现量,反应条件就必须做到最好。所以,提升化工生产质量的关键点就在于提高化工生产中的反应条件。所使用的催化剂必须在一定反应时间之后才能够使用,进而保障生产过程中的高效性,降低化学废料的产出量。 2.2做好废料环保处理工作 目前,我国法律明文规定,化工生产中产生的重度污染物不能直接排放到自然环境当中。另外,还有我们常见的废气,这些化工生产废料都应该在经过处理之后才能够进行排放。化工生产废水的排放必须采用化学综合的方式来对其进行处理。其工作原理非常简单,就是通过化学反应的原理,将废水中的重金属物质通过沉淀的方式过滤出来,进而降低废水的污染度。 2.3从化工生产技术入手 只有从化工生产技术入手,才能够从化工生产根本上解决环境污染问题。例如,生产氧气的方式有很多,那么哪一种生产方式才是最有效和最环保的呢?因此,我们应该针对生产环境的不同,选择科学的生产方式,对于原料的选择更是应该灵活应对。 3结论 化工生产中的工艺问题还有待进一步的研究,更多的技术点还有待进一步的强化,自然和化工生产之间的平衡点我们还未找到,因此,则应该更加努力的加强研究,对传统化工工艺进行优化。 作者:罗泽鹏 刘森 都颖 刘思乐 单位:沈阳化工大学科亚学院化学工程系 化工工艺论文:石化工业节能工艺技术发展分析 0引言 石化工业在我国所有重工业行业中,是能耗较高的行业,近年来,随着化工领域内节能技术的不断发展,化工行业的能耗已经开始逐渐降低,呈现出一个良好的发展势头。但是当前整体的能耗降低水平与发达国家相比还存在一定的差距,我国化工产业技能技术的改进与发展还有不小的空间。 1石化工业节能工艺技术 石化工业节能工艺技术是当前石化工业企业转型升级的重要途径。很多的石化工业企业都在致力于对节能工艺技术的研究与开发,通过一系列新型节能技术的投入使用,大大的降低了成本的同时,也降低了能耗,实现了双赢。目前我国石化工业节能工艺技术处于不断升发展阶段,但是在节能技术领域的探究还无法与发达国家相比,因此还需要很长的一段发展时间。2015年作为“十二五”规划的最后一年,也是“十三五”规划最关键一年。目前石油和化学工业规划院开展了《石油和化工行业“十三五”规划前期研究》。研究提出,未来化工行业要以化工新能源、新材料等为主要发展方向,着力提升产业的国际竞争力和可持续发展能力。所以说,总体上还是朝着节能工艺的方向在发展。随着数据化、智能化的不断推进,也必将影响到化工工业,传统的化工生产制造方式将发生颠覆性变化,从技术到市场各个领域都将发生一定的变革。 2石化工业节能工艺技术发展进展 化工工业技能技术通过上面的阐述,我们已经了解到当前化工行业的大致情况。下面笔者将举例阐述石化工业节能工艺技术的发展。 1)环氧氯丙烷新技术。来自于齐鲁石化公司氯碱厂所研发的环氧氯丙烷高温氯化法环化新技术,这一项技术在工业应用中取得了一定的成功,已经通过了中石化集团的技术检定,该项技术相关的设备装置优化了操作,同时提升了环化反应收率,污染以及能耗都得到大大的降低,该项技术曾引进日本的生产技术,同时结合其它国家的技术,通过多年的不断研究与实验,对原有的技术设备进行升级改造,使得技术指标得到一定程度上的改善,为化工工业做出了一定的贡献。 2)聚丙烯新技术的改进与发展。由山东东明恒昌化工有限公司自主研发的真空回收和低温精馏丙烯回收工艺技术,达到了国内领先水平。该项技术经过一定的改造与升级后,大大降低了聚丙烯的生产成本,并且提高了设备的安全系数,降低的污染与能耗,除此之外,操作便捷也是其一大优势,综合起来让这一技术成为集合环保效益与经济效益为一体的优势技术。 3)无动力氨回收技术。在化工生产过程中,合成氨的节能降耗是很多企业所关心的问题,中科院理化技术研究所利用深冷原理开发出了这套技术,其最大的特色就是不需要额外动力合成氨,该项技术目前已经在一些企业中得到了推广与使用。这是中科院理化研究所经过多年研究出的成果,他们进行了大量的实验与调研,不断的尝试,最后总结出不少技术经验。这项技术投入使用,适合合成氨企业的合成氨回收效率得到提高,降低了成本,每年至少多出几百万的经济效益。 4)新型合成氨新型催化剂的研究推进。合成氨工业企业除了面临上面所提到的回收问题,还有很多其它方面的问题,例如对于高效氨合成催化剂的开发与应用问题,就是当前合成氨企业技能减排的一个大的方向。由浙江工业大学等研制出的新型氨合成催化剂Amo-max-10型氧化型等催化剂,投入使用后,取得了良好的反响,被广泛的运用在国内很多的合成氨企业。 5)异丙醇胺制备新技术。这项技术目前有南京宝淳化工有限公司自主研发的技术,对提高我国烷醇胺生产工艺水平和质量的提高有着重要的意义。并且在生产过程中有着较为显著的节能节水效果,也降低了能耗,作为一项节能环保的新技术帮助企业提高了生产效益。从以上阐述我们能够看出,当前我国化石工业的节能技术正在不断的推进与发展,很多的企业致力于对节能技术的运用,在很大程度上为化工型企业降低了生产成本,提高了生产效率,这对化工企业来说是好事。但是从上面的阐述我们也能够发现,当前我国化工业的节能工艺还需要得到进一步的发展,突破性的进展并不是一朝一夕的事,需要在不断的研究与实践积累的基础上。 3结语 化工业作为我国重工业的刚需行业,在发展中的节能减排问题成为化工行业所面临的一大难题。随着近些年化工业节能工艺的不断进步与发展,我们从中看到了很多能够提升的空间,技术改进后,大大实现了节能减排目标的同时,也产生了新的经济效益,为化工企业的“双赢”局面做出了一些贡献,当前化工业的节能工艺还需要持续不断的加大研发与运用的力度,才能让我国的化工业更上一层楼。 作者:岳雷 单位:湖南省岳阳县第一中学 化工工艺论文:化工工艺课程教学方法和实践探讨 近些年,世界高等教育格局和形势日新月异,尤其是自美国兴起的MOOCs席卷全球,其影响力逐步扩大。在新形势下,如何进行传统的工科教育,比如化学工程与工艺专业的教学,已经成为广大的高等教育工作者必须要思考的问题。而且,中国在经历了十几年的高等教育大发展,其主要的贡献有目共睹,但同时其中的弊端也日渐显现。首先就业形势的逐年恶化,尤其是一些传统的学科,由于设计专业的高等院校较多,每年有大量的毕业生进入加剧了求职的难度。其次,学生学习热情的下降。由于多年的连续扩招,大学已经走下神坛,学生们的质量也变得良莠不齐,特别是对于省属院校,由于自身的教育资源和生源质量处于相对的弱势,教育效果和质量更大大折扣。因此如何在实际的教学实践中进行改革和探索,提高学生的专业认可度和学习热情,受到各个高校的普遍重视[1,2]。化工工艺学,作为传统化工学科的专业课,其课程教学任务量大,信息量丰富,理论要求高,与实际生产联系密切,是化工专业的必修课,对于毕业生今后的工作具有重要的指导意义。然而,在新的高等教育发展形势下,传统的化学工艺学的教学实践显然已经无法满足目前的形势和总的课程设置。比如,目前专业课学时数相对压缩,课程内容大幅精简,导致学生在学习中难免出现盲人摸象的现象。再比如,尤其学生数量的大幅增多,如何保证良好的教学质量变得更加重要。 1教学形式改革—先实践后课堂 课程的教学不再是单纯的课堂内容灌输,而是先进行工厂实践,实地考察化工企业,对于工艺流程有简单清晰的具体认识,将大大提高课堂讲解的效率,有利于提高学生的兴趣。 2教学顺序改革—先设计再讲解 将典型的工艺流程放手交给学生设计,考察学生的实践效果以及基本化工原理的掌握情况,然后再进行有的放矢的指导和讲解,使得课堂教学深深植根于实际生产。 3教学手段改革—借鉴MOOCs的优点 大力提倡网络信息化教学,拓展教学的思路和深度,使得学生学习不仅仅局限于课堂,而是结合平日的资料搜索和自我学习,尤其是借鉴和引入国外优秀的教学课程和教学资源,提高学生学习兴趣和积极性。 4教学内容的改革—增加典型工艺的历史教学 比较典型的化工工艺流程,比如合成氨工艺,具有百年的发展历史。如果在课堂引入该工艺的历史教学,将极大的激发学生学习热情,而且有助于拓宽学生眼界以及解决问题和发现问题的思维能力。此外,对于合成氨类的典型工艺采用点—线—面结合的授课方式,首先分段讲解各个工艺,比如原料气—氢气的制备工艺,然后将整个工艺穿成主线,最后丰富整个的工艺流程,从而使学生对于整个合成氨工艺,甚至包括制氢、压缩、循环工艺等流程有深入而细致的了解。 作者:尹振 刘秀军 高建 单位:天津工业大学环境与化工学院 化工工艺论文:化学工程中化工生产工艺分析 1当前化工生产的主要问题分析 众所周知,化工生产在我国占有非常重要的地位,对农业生产等起到了很大的作用,不过我们也不可避免地看到当前化学工程中化工生产过程中的工艺也存在着一些问题,需要引起我们的重视。 1.1化工生产效率有待提高 由于我国很多化工生产都一味追求“量”,而忽略了对“质”的要求,就造成了化工生产的效率低下问题的存在。这不仅和化学反应的生产设备有关,而且还和化学反应的环境是分不开的。比如,在生产化学肥料时,反应器皿往往无法达到反应温度。从而使反应不充分,造成废气以及废物的产生。同时,还存在着反应不充分的问题,反应的不充分一方面造成了产品不能满足人民的生活生产需要,而且对资源也是极大的浪费。 1.2对环境造成污染和破坏 目前,化工生产是环境污染和破坏的一个重要原因,尤其是有毒有害气体以及重金属的排放。在化工生产中,很多企业都是为了节省成本,对有害气体和重金属超标的废水随意排放,不仅造成空气、水的污染,而且对土质也带来了破坏。在我国很多城市的周边都出现了河水的严重污染,甚至影响到了居民的日常用水。 1.3生产工艺不合格 另外,当前化工生产中工艺的不合格也是一个非常普遍的现象。这是因为,在化学工程中,连续的化工生产环节不连贯,造成整个工程的连续性不佳,工程的进度容易受到影响,尤其是当整个生产环节出现脱节的时候,就会对化学工程造成很大的影响。而化工生产环节中,出现的影响,其主要原因也在于生产工艺的不合格。 2有效加强化学工程中化工生产工艺的分析 从上文中可以看出,化学工艺的不完善使得我国化学工程中化工生产存在着一些问题。下文笔者就将结合这些问题提供一些行之有效的加强措施: 2.1改善化学反应的条件及环境 在化工生产中,化学反应条件是一个至关重要的影响要素,如何有效改善化学反应条件是提高生产效率、减少废料的产生的重要条件。因此,在实际生产中,务必要按照相关的标准对催化剂等所需的条件做严格检查,对于不达标的坚决不能用于化工生产。同时,产生的化学反应废料不要直接排放到自然环境中,以保证化工生产能处于一个相对良好的环境中。 2.2依据实际情况对工艺进行调整 对生产工艺的改善,并不是仅仅从反应条件入手,是要对不同的反应原理等都做深入的分析和研究。以制造氧气的工艺来分析,我们要仔细考虑采用哪种工艺才能生产中高效、利于投入生产的氧气呢?当然,在不同的环境下,对于生产的原料以及方式都是可以随机改变的,并能通过改变来进行适应性生产,从而提高化学生产的效率,并实现高效以及绿色生产。 2.3对化工生产产生的废料进行合理处理 对化学工程中的化工生产来说,产生废料是不可避免的,而如何合理地对废料进行处理,开发出有效的程序及治理系统,则需要我们去仔细进行考虑。当前,有毒物质以及重金属在我国的相关的法律中有明确的规定,不允许直接排放到环境中去。因此,对于废水来说,要经过相应的废水处理工艺,将水中的重金属采用沉淀的方式使其沉淀,这样就避免直接排放到环境中从而带来危害。而对于废气的处理,要在废气的中、顶部设置废气处理过滤系统,这些过滤系统可以将废气中的有毒气体以及粉尘等过滤掉。在废水和废气经过处理后,还应该对处理的水、气按照相关的标准做出检测,使其满足国家相应的标准后才允许排放到环境中去。 3结语 综上所述,传统化工生产所带来的以牺牲自然环境为代价的生产工艺已经不能适应当前“可持续发展”、“节能减排”和“环保”的理念,需要对其进行改进,大力发展绿色生产。在实际生产中,我们要依据生产的实际情况对工艺进行改进,敢于尝试和采用新工艺和新技术。即使生产的产品不能满足节能减排等的国家要求,也要对后期的处理工艺进行改进,从而在最大程度上降低因化工生产工艺不合理所带来的环境污染和破坏,从而实现绿色生产。 作者:王杲 吴晶 单位:浙江省天正设计工程有限公司 化工工艺论文:催化裂化工艺化学工程论文 1引言 催化裂化具体的工艺过程是为实现特定的操作条件服务的。在一定程度上也限定了操作条件的调整范围。但就反再系统来说,操作条件就包括诸多方面,如温度、剂油比、停留时间、催化剂的预提升与预提升介质、油气与催化剂的接触、两者的混合与流动、两者的分离、反应的终止、催化剂中油气的汽提、催化剂的性能以及催化剂的再生条件等。尽管操作参数众多,但平时可调整的却屈指可数,有些参数,反再系统工艺路线已经确定,也就基本确定下来,不能再调整或无法调整了。 2操作条件的影响 催化裂化在接近常压的低压下操作,在这个压力范围内压力对热力学的影响微乎其微。较低的烃分压有利于裂化,不利于生焦,因而是有利的。最小总压取决于后续分离系统,目前在300l(Pa以下。烃分压可以通过喷入水蒸汽的方法来降低(一般喷入水蒸汽的量占进料的1~5%),也可以将一部分轻烃气体打循环,但循环量需要根据具体的经济性来确定。 3焦炭燃烧动力学 催化裂化焦炭的收率一般在4~8%之间。在再生器的典型温度条件下,富氢化合物要么挥发,要么裂化成可挥发性组分和焦炭。催化剂再生所需要的时间主要由焦炭的较慢的燃烧速率决定。焦炭燃烧的活化能约为147kJ/mol。催化剂焦炭含量为1%、燃烧后烟气中的氧含量为1%催化剂焦炭含量为1%、燃烧后烟气中的氧含量为1%,烧焦时间与温度之阃的函数关系如图1所示。该函数关系非常重要,因为它确定了催化剡的总量与再生器的大小。减小再生器的大小与催化剂的总量很重要,原因有两个:FCC再生器在整个装置的造价中占有很大的比重,减小其大小有利于降低装置的投资;减少催化剂总量,不仅有利于减少操作费用,而且还有利于根据原料与产品的变化迅速改变催化剂。FCC装置是一个“热平衡体系”,热催化剂为裂化反应提供了部分热量。FCC装置的热平衡与催化剂的活性、原料性质、原料的预热和反应温度有关。此外,热平衡还与再生烟气CO2/CO的理想比例有关。焦炭燃烧的一次产物有CO、CO2和H2O,CO与CO2之比是温度的函数。CO与O2反应生成CO2是自由基反应,在有固体存在的条件下反应速率会减慢。如果烟气中含有过量的空气,则只要一没有固体就会燃烧。到目前为止一直是这样。为了促进CO的燃烧,现在都加含有Pt等贵金属的助燃剂。使CO转化成CO2也可以通过提高反应温度来实现。CO均相燃烧生成C02的活化能较高,约为293kJ/mol,在空气充足的情况下,在7000C以上CO可以完全转化。从热平衡的角度,达到7000C以上的再生温度毫无问题,但是再生器的材质和催化剂限定了最大再生温度。催化剂在高温条件下容易烧结,也易于水热失活。当然,如今的催化剂可以保证在高达850℃的高温条件下不会造成烧结破坏,但水蒸汽的老化作用要求温度要比该温度低得多。设计者在迸行反应器设计时,在降低再生温度以减小水热失活与提高再生温度以减小再生器大小之间权衡。另外一个减小催化剂水热失活的方法是采用两段再生:在第一段,在较低的再生温度条件下,进行富氢焦炭的再生;二段在较高的温度下操作。燃烧所需的停留时间是根据等温反应计算得到的,而FCC再生器并不总是等温的,尤其是催化剂颗粒温度不均匀。再生过程中质量传递的影响要降低到最小,以便催化剂颗粒内部温度不超过气相温度。燃烧过程中的扩散控制是反应速率快造成的。扩散速率是催化剂颗粒直径的平方的函数,而反应速率则是温度的函数。颗粒直径需要在200岫1以下,再生器才能在6500c以上操作而避免颗粒内部产生高的温度梯度。固定床反应器的最小颗粒为1mm,移动床反应器的约为3mm,只有流化床反应器的催化剂颗粒直径小于200μm。对于焦炭收率很低的情况,可以考虑采取稀释空气、由此降低绝热温升的方法保护催化剂。这种方法理论上可行,实际操作过程中空气量太大,有一定的问题。 4结语 本文介绍反应的压力、温度、停留时间和催化剂的再生等的影响,对于进一步了解催化裂化工艺相关设计问题具有一定帮助。
生物医学工程应用特色分析:应用型生物医学工程人才培养模式 摘要: 科研与教学的互动是高校的重要特征,是提高人才培养质量的重要手段。针对当前高校科教融合中所存在的问题以及生物医学工程学科背景与特色,桂林电子科技大学依托生物医学工程领域的优势科研资源,凝聚老师与学生的科教相融的共识,将老师的科学研究与本科教学过程、学生第二课堂紧密结合,培养学生的专业实践能力,探索并实施科教融合的应用型生物医学工程人才培养模式,取得了良好的成效。 关键词: 生物医学工程;科教融合;人才培养模式 全面提高教育教学质量,必须不断拓展人才培养资源与渠道,将多方面的办学优势转化为人才培养的优势。人才培养与科学研究是高校的主要职能,实现两者的有机融合,对于提高人才培养质量具有重要的意义[1,2]。科教融合是指科学研究与教书育人有机地结合,充分发挥高校科学研究的优势培育高素质专业人才。生物医学工程是一门理、工、医高度融合与交叉的学科,应用型生物医学工程专业主要培养具有扎实的生物医学、电子技术理论基础以及医学与电子信息相结合的工程技术能力,能在医疗器械、医疗卫生等相关行业从事工程技术开发、服务、管理和教育等工作的应用型人才[3]。全面推进科教融合,可以有效地培养生物医学工程本科生的创新能力和动手实践能力,进而提高其专业基本能力与素质。但在高校人才培养过程中,科学研究与人才培养往往没有得到很好地结合,主要表现在三个方面。一是学校重视科研而轻视教学,提升高校科学研究能力与水平,学校可以获得更多地经费、吸引大量地生源、获得更高的声誉。同时,在教师职称评定、岗位聘任、年终考核,甚至资源分配的过程中,以承担科研项目的数量、的情况等作为考察重点,而授课内容、课时量甚至教学方式和效果仅仅作为参考方面不起决定性作用。二是老师往往重视科研、忽视教学工作。部分老师教学热情不够,为教学而教学,没有站在人才培养的高度去教学,由于科研任务繁重,占据了大师的工作时间,在教学上面所花的时间与精力相对较少。三是本科生参与科研项目的机会相对较少[4]。一方面大学期间学生的课程学习压力比较大,很难有地时间参与专业方面的科学研究;另一方面本科期间在专业知识的掌握程度还不高,基础还不扎实,在老师的科研项目中所起到的作用甚少,老师更希望研究生来参与科研项目。针对当前高校科教融合所存在的普遍的问题以及生物医学工程学科背景与特色,我校生命与环境科学学院利用广西生物医学工程重点学科、八桂学者岗位、广西工程技术研究中心等生物医学工程专业相关的优势学科研究平台,以及以国家科技支撑计划项目、国家自然科学基金项目等主要的重大科研项目和以广西八桂学者为带头人的高端师资队伍为主的科学研究资源,积极制订相关措施与政策,将学科平台和科研资源带入到人才培养过程中去,切实提高人才培养质量。 一、定期举办以科教融合为主题的讨论活动,凝聚专业老师与学生的共识 科教融合,思想先行。不仅要让专业老师认识到科教融合的重要性,更要让学生在思想上认识到科教融合是提升学生专业实践能力,提高人才培养质量的重要途径。因为学生是科教融合的主体,只有学生愿意参与,老师愿意参与指导,才可能实质性地提高人才培养质量。学院定期举办学院层面的专题讨论,围绕科研服务本科教学的模式与途径这一主题展开讨论,甚至将一些典型案例在会上进行分享。在讨论会上,除了专业老师参与外,学生代表也应出席,通过老师与学生面对面的交流,可以逐步凝聚大家对科教融合模式的共识,还可以让老师与学生进行相互地了解,为更好地贯彻科教融合专业实践活动奠定基础。科教融合对于老师与学生双方面都是受益的。一方面,科教融合可以让学生接受到最新的前沿专业知识,既可以培养学生创新能力和专业实践能力,还可以培养学生的社会适应能力,可以成为课堂教学的有效或者不可或缺的补充。另一方面,学生的思维方式比较活跃,跳跃性较强,老师可以在与学生的交流过程中获得新的科研思路。科教融合的实施不仅是提高人才培养质量的有效途径,更是推动“大众创业、万众创新”的重要举措和动力源泉。 二、将老师科研成果引入理论与实践教学,实现科学研究与教学过程的有机融合 课堂教学是实施专业教育的主要阵地,是教师给学生传授知识和技能的全过程。要求任课老师在课程教学内容上进行改革,结合自身的科学研究实施课堂教学和专业教育,既可以提高学生的学习兴趣,同时增强的课堂教学效果[5]。我校生物医学工程专业定位于培养生物医学电子仪器行业的工程应用型人才,在课程教学内容上要求老师围绕这一核心安排教学内容。在教学计划的制定和实施中,结合老师的科学研究,充分体现解决医疗器械产业关键工程技术问题能力的培养要求,在课程体系设计、教学活动组织、教学方式的探索、学生成绩的考核等方面,增加科教融合方面的内容。比如在有限的课时内,改革了生物医学工程专业基础课《算法与数据结构》的授课内容,增加与生物医学仪器研制直接相关的算法方面的知识点,如插值、拟合等,在课程教学过程中结合老师在生物医学信息检测方面的科学研究组织教学内容。又比如在《传感器原理》、《医学仪器原理》等专业课程的教学中,要求老师有一定的科学研究的经历,并在医学仪器的研究中取得了一定的科学研究成果。改革实验课堂教学和课程设计的组织形式,要求教师在教材的编写与选择、教学内容与方法、作业布置与评改等环节与领域贯彻工程实践能力培养要求,注重理论与实际的紧密结合,特别鼓励专业老师结合科学研究中的关键技术问题设计实验项目,在实践教学环节培养学生的科学素养。 三、让学生参与科研项目研究,实现科学研究与学生第二课堂的有效融合 第二课堂的作用是培养学生专业兴趣,拓宽专业知识面,培养专业思维能力、动手能力和创新能力。第二课堂的开展必须遵循适应性、创新性和主体性原则,即第二课堂应当与大学生的专业培养目标相适应,要以提高人才培养质量为目标,同时应注重培养学生的创新性,过程应有一定的挑战性。老师的科学研究与学生的第二课堂活动有效融合,对于提升学生专业工程实践能力具有重要的意义[6]。它既体现了“教师主导,学生主体”的指导思想,也由于科研项目本身具有一定的创新性,学生实质性地参与老师科研项目的过程具有一定的挑战性,对于培养学生创新能力和专业素养具有重大地促进作用。我校生物医学工程专业的第二课堂活动的开展主要是围绕学生参与生物医学传感与仪器、生物医学信息处理等方面科研项目的研究。第一,定期向学生公开教师科研课题,让学生选择参加老师科研项目。要求老师认真指导学生专业科技活动,让学生实质参与。要求大学一、二年级的学生以阅读文献、参与学术讨论等方式参与课题,大三和大四学生可以参与科学实验、数据分析等项目研究过程。第二,鼓励老师从科研项目中凝练大学生创新项目由学生承担,除了承担国家级和广西自治区级大学生创新项目外,学院还设立专项经费,定期支持一批院级大学生创新项目,并明确鼓励学生结合指导老师承担的科研课题的研究内容组织申报。第三,鼓励老师从科研项目中根据毕业设计的要求,拟定毕业设计题目,供学生承担。在2015届本科毕业设计题目中,有超过50%的题目与老师的科研项目有关,还有20%左右的题目与学生承担的大学生创新项目有关。第四,积极组织学生参加学校组织的科协协同育人计划项目。依据我校《科教协同育人计划项目管理办法》的规定,学生参与老师主持的科研项目,完成一定的科研工作,通过学校的考核后可以替代部分课程设计、实习甚至毕业设计的学分。一方面大大地激发了学生参与科研项目的兴趣,另一方面由于需要完成一定的科研任务才能获得相应的学分,这给了学生一定的责任与任务,同时也可以协助老师完成科研项目的研究。第五,依托生物医学电子领域的企业和大型医院建立完善的专业实习实践基地,为学生提供更多地来自于生产实际的科研资源,依托合作企业或医院的专业技术人才,建立指导学生科学研究的专业师资队伍。加强校企医合作,充分利用企业和医院的资源培养学生的专业工程实践能力,派出学生到企业或者医院通过实习、做毕业设计等方式实质性参与专业领域的科学研究。 四、扩大学科科研平台的开放,实现科学研究与人才培养过程的无缝对接 对于生物医学工程这一工科专业来说,实验室既是实验教学的重要阵地,也是培养工程实践创新人才的基础平台。学科科研平台面向本科生开放,建立健全实验室开放机制,切实增加学生专业工程实践的机会,是实施科教融合过程,保障科教融合效果的重要手段[7]。学院立足专业办学实际情况,加强实验平台硬件保障,构建实践教学共享平台,出台了《实验室开放的管理办法》,完善了学院的实验室管理制度,规范了本科生进入实验室的管理,既为学生进入实验室从事专业实践活动提供了方便,也加强了学生的安全责任意识以及实验室的有序管理。经过近几年的实践,已经构建并形成了符合学院学科专业特点的学生进实验室模式与制度。在周末、在晚上都会有学生在实验室进行实验。专业老师经常在实验里直接指导学生参与专业实践活动。总之,通过近几年鼓励生物医学工程专业学生融入老师的科研项目研究活动中,取得得了良好的成效,提升了学生的专业实践能力。学生参与科研项目研究的积极性得到了大大地提高,直接参与老师科研项目的比例达到了30%以上,还有大约40%的学生通过大学生创新项目、毕业设计的形式参与了科学研究。学生在科学研究的过程中取得了良好的研究成果,近3年,本科生发表科研论文30余篇,申请各类专利15件,获得各类科技竞赛奖励20余人次,而且这些本科生研究成果在逐年提高。 作者:陈洪波 单位:桂林电子科技大学生命与环境科学学院 生物医学工程应用特色分析:浅探问题驱动法在生物医学工程专业电子技术课程中的应用 摘 要:针对生物医学工程专业电子技术课程偏重于理论教学,无法与专业特色相关联的问题,本文提出将问题驱动的教学模式应用于生物医学工程专业的电子技术课程,探讨了在实施过程中教师需要考虑的问题。 关键词:电子技术;生物医学工程;问题驱动 1 引言 生物医学工程是综合生物学、医学和工程学的理论和方法而发展起来的新兴学科,其主要研究方向是运用工程技术手段,研究和解决生物学和医学中的有关技术问题保障人类健康为疾病的预防、诊断、治疗和康复服务[1]。多学科的交叉使得生物医学工程不同于那些经典的学科,也有别于生物医学和纯粹的工程学。我校生物医学工程专业是工程技术为主,医学知识相结合的专业,以培养能在医疗仪器、医学信息处理等领域从事研发、教学、管理等工作的人才为目标。电子技术在生物医学工程研究和医疗仪器开发中有着重要作用,任何一台现代医学仪器或设备中都需要电子技术完成信息检测与处理、系统控制等核心功能[2]。 “电子技术”包括模拟电子技术和数字电子技术两门主要课程,课程的技术性和实践性较强。通过理论知识的学习要求学生掌握电子技术的基本概念,基本电路和基本技能,同时相关的实验培养学生的工程素质、动手能力、创新能力以及自主设计的基本能力[3]。目前,国内很多高校生物医学工程专业开设的电子技术理论和实验课程都普遍存在着一些问题: (1)理论知识和实验内容与生物医学工程专业的关联性不突出; (2)偏重于理论教学为主,实验为辅,学生被动的接受知识,学习兴趣不高; (3)实验内容固定,验证性实验过多,缺乏学生自主创新的设计性实验。因此,探索切实可行的适合于生物医学工程专业的电子技术课程的教学模式与教学方法已成为提高电子技术课程教学质量的必然要求。 2 问题驱动法 问题驱动式教学方法近年来得到了很多教学人员的关注,在众多的课程中得到了应用[4-5]。百度百科中定义:问题驱动教学法即基于问题的教学方法(Problem-Based Learning,PBL),区别于传统的LBL(Lecture-Based learning,LBL)[6],PBL教学模式是一种以学生为主体、以专业领域内的各种问题为学习起点,以问题为核心规划学习内容,让学生围绕问题寻求解决方案的学习方法。 问题驱动教学法要求学生与教师转变在传统LBL教学中的固有地位,学生由被动的知识接受者转变为主动的信息加工者和知识构建者,教师从知识的灌输者转变成为学生主动加工信息、构建知识的引导者。问题驱动教学法大概分为四个步骤:(1)提出问题;(2)分析问题;(3)解决问题;(4)结果评价[7]。教师在教学前期,要明确教学目标,设计执行方案,提出问题。在教学过程中,教师安排学生活动,引导学生自主分析,相互讨论和交流。然后在分析的基础上,让学生们提出解决问题的方法,进行实践。最后,对过程和结果进行评价。可以看出,问题驱动法能够提高学生学习的主动性以及在教学过程中的参与程度,激起学生的求知欲。但是并不意味着教师的参与程度减少了,这种教学方法对教师的要求更高,教师必须具备较强的课堂掌控能力和引导能力。 《电子技术》课程作为是工科专业的基础必修课,具有理论性和实践性并重的特点。其课程内容、基本概念、技术术语、电路种类多,学生学习起来比较困难。为了提高电子技术课程的教学质量,很多学校都开展了电子技术课程的教学改革,其中问题驱动法就是选择的新教学模式之一。但是,由于各种原因,如教学目标的定位、问题驱动法的理解、具体实施过程中的执行力等,基于问题驱动法的教学改革并不是一帆风顺的。作为生物医学工程专业的基础必修课,《电子技术》又有其特殊性,其课程的教学目标侧重于让学生掌握面向生物医学及医学仪器的电子技术,如果理论知识和实验内容与生物医学工程专业的关联性不突出,学生对于课程内容在专业上的应用不甚了解,就会影响到对后续专业课程的学习,甚至影响到将来从事生物医学工程专业相关工作的能力。因此,有必要研究具有生物医学工程专业特色的电子技术课程的问题驱动法。 3 问题驱动法的实施 进行问题驱动的教学模式,需要教师有效掌控和恰当引导。下面,主要从教师的角度来阐释需要注意的问题,对问题驱动法的四个步骤进行分析。 (1)提出问题;在课程开始之前,教师要制定问题,需要其具有全局的概念,考虑各方面因素,包括:教学大纲、培养方案、授课教材等。在问题的选择上应该考虑以下几个方面[8]: 1)问题是否和某个单元的教学内容相关; 2)问题是否对学生具有吸引力; 3)问题实施的时间和硬件条件是否能够保证; 4)问题是否联系实际,是否与生物医学工程专业的应用相关; 5)问题之间是否具有连续性,是否具有系统性; 为了突出生物医学工程专业特点,问题设计必须贴近专业应用。问题之间最好具有关联性,由小的模块小的问题,最终组合而成大的模块大的系统,解决与专业相关的问题。 举例说明:在模拟电子技术中,所选用的教材为高等教育出版社出版,童诗白、华成英主编的《模拟电子技术基础第四版》[9]。根据教材中的内容,结合生医专业应用,可以围绕心电信号检测仪的各个模块展开,设计以下问题:微弱生理信号放大、信号滤波、非矩形波整形为矩形波、直流电源设计。下表1中显示设计问题与教材章节的知识点对应。从表中可以看出,除了第九章的内容没有体现,其他章节的知识在问题中均有涉及。由于学时的限制,教材第九章的功率放大电路目前并不在本校生物医学工程的模拟电子技术教学大纲中。 在布置问题的时候,加入情景带入,首先向学生讲解人体心电信号的特点,心电监测的临床意义,再提出心电监测仪的采集、放大、滤波、整形、供电问题。其中在信号放大部分,涉及的知识点较多,要对前级放大和后级主放大进行分开设计和说明。随着课程内容不断深入,问题不断得到解决之后,可以将各个模块组合,并加入右腿驱动电路或50Hz陷波电路,实现简易的心电信号检测电路。最后的整体电路进行实际人体测试,用示波器观察信号,这样学生在学习模拟 电子技术知识的同时,锻炼了实践动手能力,还能与专业应用结合起来,了解电子技术知识在生医专业中的用武之地,一举三得。 (2)分析问题;在课程教学中,教师按照进度向学生一一展示问题,引导学生根据所学知识,对问题进行分析。在这个阶段,教师需要做到以下几点: 1)引导学生进行分组,任务分配; 2)引导学生对问题内容进行分析; 3)引导学生将问题与所学知识相关联; 4)引导学生文献查阅资料; 由于学生的基础有限,在这个阶段,可能会遇到以下情况:对问题的分析存在偏差,无法与知识点相结合、查阅获取文献的能力不足,教师要及时的提供帮助,在学生为主导的前提下,掌控整体过程。 (3)解决问题。在问题分析完成的前提下,学生提出解决问题的方案,并具体实施。教师需要考虑的是: 1)方案是否具有可行性;学生所提出的方法是否合理正确。对于存在问题的方案,是放手让学生尝试,还是进行适当的干预提示其改正,需要教师结合具体情况进行操作。 2)方案实施是否顺利;方案的实施需要时间与精力的付出,《电子技术》中的问题解决往往需要实际的电路焊接和调试环节,课程的学时如何安排,硬件实验环境如何保证是教师需要考虑和协调的。此外,对于初次进行电路制作的学生,教师运用经验为学生提供元器件选择和购买、电路焊接及调试训练等实践方面的帮助,也是必不可少的。 解决问题的整个过程由学生完成,教师不可代办,但是在适当的时候提供帮助,能够提高完成效率,保证进度。 (4)结果评价。对于整个过程中学生的表现,需要比较客观的评价。常用的方法将自我评价、小组互评、教师评价三个方面相结合。 自我评价是学生回顾和反思过程中的得失,对自我形成清楚客观的认识。小组互评是组间成员根据参与度、贡献度、工作表现、沟通能力等对组员同学进行分析点评。 虽然在问题驱动的教学模式中,教师的身份发生了转变,但是并不意味教师的地位和重要性降低了。教师要密切关注学生的状态和表现,最终对其进行评价。为了激励学生,帮助学生正确认识自我,树立学习后续课程的兴趣和信心,教师在对学生进行评价的时候要注意以下几点: 1)评价公正,也不忘因人而异;对待学生的评价要做到客观中肯,但是也需要考虑学生的差异性。成绩优异的学生与基础较差的学生在小组中的分工不同,贡献度有区别。为了激发学生的积极性,教师的评价不能采用单一标准,而是应该多元化,从合作精神、交流能力、文献收集、电路制作、文字编写等各个方面入手,照顾到各个层面的学生。 2)评价能力,也不忘评价态度;对待学生的评价不光要考虑其知识与技能,还要注重他们在情感、态度方面的表现。课程内容的学习只是一个方面,关注学生知识技能之外的情意发展,有助于其更长远的进步和成长。 3)评价结果,也不忘评价过程;教师的评价不应该过分关注最终解决问题的结果是否正确,而是要侧重于学生在分析问题、解决问题的过程中所表现出来的能力、态度和情感。学生在过程中的提升和收获,才是教育的主要目的。 4)评价个人,也不忘评价团队;教师的评价除了针对学生个人,还要涉及到团队。强调团队的分工合作,有利于培养学生交流沟通,与人协作的能力。 4 结论 问题驱动法能够提高学生学习的主动性,激起学生的求知欲,其教学模式十分适合《电子技术》此类工程性和实践性较强的课程,在许多高校教学改革项目中得到应用。生物医学工程专业的电子技术课程要与学科特点相结合起来,因此问题驱动法的实施既有与其他课程的共性,也有其自身特点。教师在问题的设计环节,要结合生物医学工程专业的电子技术应用,让学生在学习电子技术知识和技能的同时,对专业发展及就业方向有一定的认识,同时也为后续的专业基础课打下基础。 生物医学工程应用特色分析:生物医学工程学在医院的应用 1医学工程学发展历史 从17世纪列文虎克(Leewenhock)用自己研制的光学显微镜发现微生物开始,医学的每一次重大进展都留下了工程技术的痕迹。200多年前Galvani和Volta两位科学家在电生理方面的先驱性研究,常为追溯生物医学工程的发展时提起。现代生物医学工程孕育于19世纪,其作为一门独立学科的发展历史还不过数十年时间。1985年X射线发现后,X光机很快进入医学临床,开创了医学图像学。以后航天技术、微电子技术、计算机等高技术的飞速发展,为人类研究和改善生命运动过程开辟了新的前景,工程技术与医学更加广泛深入地渗透结合,于是逐步形成了多学科与生物医学交叉融合的生物医学工程学科。生物医学工程在20世纪50年代形成学科领域,60年代崛起发展。1953年,德国在ILMENAU大学建立了第一个生物医学工程系。1964年,世界性的生物医学工程联合会(theInternationalFederalofMedicalandBiologicalengineering,IFMBE)成立,到1991年已举办九届世界生物医学工程大会。1979年,美国物理学家科马克(A.M.Cormack)和英国的电气工程师亨斯菲尔德(G.N.Hounsfield)发明了用电子计算机将X射线穿透人体形成重叠影像展开技术,无创伤地取得人体横断面图像,创造了X射线CT,因而获得诺贝尔生理学与医学奖,更成为工程技术与医学交叉融合而对医学进步产生巨大推动作用的标志。自20世纪60年代以来,美国许多著名大学都开始了生物医学工程高层次人才的培养,代表了全世界生物医学教学和研究的前沿。美国生物医学工程从基础教育到研究生培养,从理论教学到行业训练乃至职业培训,都有一套较为完善的制度,从而在生物医学工程领域长盛不衰。我国的生物医学工程学科是1978年由国家科委正式确立的,1980年成立了中国生物医学工程学会,1986年正式加入世界生物医学工程联合会IFMBE。截止2003年,我国已有48所综合或理工科大学、18所独立医科大学设立了生物医学工程专业,培养从本科到博士各层次专业人才,另有9所专科院校开设了医疗器械专科教育。 2国外医学工程学科的发展方向 在国外,医学工程专业已经深入到医学的各个领域,发挥着重要的作用。主要体现在医疗设备研发、医疗设备管理、医疗设备维护以及医疗设备的质量控制方面。 2.1医疗设备研发 各种医疗设备的研发均源于医学临床实践,国外的医学生经过4年的理工科大学学习,其医生均为生物医学工程和临床医学的双学士。因此,国外医疗设备的研发速度和思路远大于国内,许多最新的医疗设备发明均源于国外临床实践[2]。 2.2医疗设备管理 医疗设备管理主要是通过科学化管理更大效能地发挥医疗设备的作用,为医疗机构创造更大的效益。其中包括医疗设备的采购、医疗设备的监控及医疗设备的效率评价等。 2.3医疗设备维护 医疗设备使用过程当中维护、保养异常重要,因此医疗设备的维护是医学工程专业在国外医疗机构的主要职能之一。 2.4医疗设备的质量控制 医疗设备若保证其诊断治疗质量则必须进行定期的质量控制,包括计量检测、周期检验、强制检验和维修后计量修正等,确保医疗设备的性能和准确性[3]。 3国内医学工程发展情况 国内医学工程专业起始于20世纪80年代,军队主要有第一军医大学生物医学工程系(现更名为南方医科大学生物工程学院),每年全国招生40人左右,主要方向是:放射医学专业和医学影像专业,突出的成就是研制出了我国第一台X刀放射治疗系统。第四军医大学生物医学工程系每年全国招生20余人,主要方向是:电子工程与计算机智能化,突出成就是全国第一次研制人体阻抗断层成像。地方大学开设生物医学工程专业的主要有浙江大学、清华大学、四川大学、天津大学及成都电子科技大学等[4]。地方大学培养生物医学工程专业与部队有差别,军队主要是以医科大学为基础,毕业生的医学理论基础较好,但是理工科稍微欠缺;地方大学主要是理工科为基础,基础医学有所欠缺。因此,之后北京大学、四川大学开设生物医学工程专业时则结合了双方的优势,取得了很好的效果。医学工程专业的人员不深入临床是无法获得创新灵感的[5]。就生物医学工程专业人才分布流向而言,主要是去往大型国外医疗设备公司做销售、售后服务;去往国内医疗设备公司做研发、销售;去往各类医院的设备科、信息科、网络中心等。 4医学工程专业在医院的发展 医学工程专业是医院发展的主流方向,医学工程在医院虽然属于辅助科室,但对于医院的发展实属不可或缺,其主要工作是设备管理、设备维护、质量保证和设备计量。 4.1医疗设备管理 医院的医疗设备管理工作非常重要,医院的核心竞争力是医院的先进的医疗设备。如何最大限度地发挥医疗设备的作用和医疗设备的全生命周期管理是医疗设备管理的主要目标[6]。(1)设备的购置论证。以购置何种医疗设备最有利于医院的学科建设和发展为目的,每采购一种医疗设备均需进行严格的购置论证。(2)设备的购置管理。设备的购置需要调研、论证及招标等多个环节,购置管理需要采用科学化的方法优化流程、提高效率及避免商业腐败。(3)设备的档案管理。医疗设备使用和后期的管理必须进行科学化的医疗设备档案管理,目前网络化、电子化档案管理是发展的趋势[7]。(4)设备的发放储存。设备和耗材的发放和储存是物流管理的范畴之一,如何降低库存减少资金积压、提高储存的质量等需要进行科学、精心的研究[8]。(5)设备的使用监督。医疗设备能否有效使用需要监督和管理,提高设备的使用效率,加强设备的使用监督是医疗设备管理中的重要环节。(6)设备的报废回收。设备使用一定的时间需要报废,何种设备符合报废的标准、报废的设备如何处置等是医学工程人员的重要研究范畴。(7)设备的效益评估。何种医疗设备可以继续购置、何种医疗设备购置后会亏损等是对医疗设备的效益评估,同时也是医院领导对医疗设备采购决策的主要依据。(8)设备的租赁管理。有些医疗设备没有必要每个临床科室都去购买,设备租赁是提高设备的利用率的好办法。做好医院内设备的租赁管理,合理高效地调整设备是医学工程科室的重要管理范畴。4.1.1医疗设备管理目标和原则(1)医疗设备管理目标:设备检查收益是医院最大的利润增长点,应围绕新技术、新设备开展医院的新业务,设备管理的目标就是使得设备在医院收益中发挥最大的作用。(2)医疗设备管理原则:科学化管理,科学化决策,以经济效益为中心对设备进行科学化评估和决策,避免设备的闲置、浪费、重复性购置,把设备的效益发挥最大化。4.1.2医疗设备管理中存在的问题及对策(1)现阶段医院在设备管理方面存在以下主要问题:①设备采购盲目,事先的评估不足或者评估误差大;②采购的设备其发挥效能低下,无预先的盈亏控制体系,无法发挥设备的效能;③设备管理混乱,使用率、开机率不足,无法有效调动临床使用科室的积极性;④设备的监控体系缺乏,无法对具体设备的效益做出定量评估,致使再次采购缺乏依据。(2)针对以上存在的问题可以采取以下的一些对策:①医学工程科应该承担起自己的职能,配合院领导做好设备购置的科学决策;②设备管理是科学,决策的原则是效益,围绕效益做好医院的设备统筹;③设备管理包括设备的购置、监督、报废、评估,是医疗设备“全生命周期”的科学管理,是医学工程学科研究的主要方向;④因地制宜发挥医疗设备的最大效能。 4.2医疗设备维护 设备维护是延长设备使用寿命、提高设备使用率和效率的关键[9]。现在的设备维护不同于过去,设备维护主要应做好以下工作:①设备维护从过去的简单修补到设备的效益保证转变,能发挥设备的最大效益是核心;②设备维护从简单的元件维护,到整机的保障,着重强调时间和经济效益的比例;③设备维护从简单设备的维修到复杂大型设备的工作保障;④设备安全维护的出发点和立足点是医院的经济效益和社会效益;⑤医疗设备维护应该从以往的集中统一维护逐步过渡到专人保养维护,提高设备的使用率,将设备的故障隐患消灭在萌芽状态之中;⑥医疗设备维护应该从以往的等待设备随机故障发生后的紧急随机维修逐步发展到对设备预防性维护保养,充分发挥设备的效能。 4.3医疗设备质量保证 医疗设备的质量保证是发挥医疗设备作用的前提,医疗设备的精度和准确度直接关系到诊断和治疗的结果。因此,对医疗设备的质量控制是医疗设备管理的重中之重。国外的大型医疗设备有严格的治疗控制流程和管理人员。医疗设备的保证已经逐步成为医学工程学科的一个重要分支。医院的大型医疗设备必须进行定期的周期检验和质量监控。为此,医疗设备质量控制工程师应运而生,成为医疗设备发挥作用的“保护神”[10]。 4.4医疗设备计量 医疗设备计量是保证医疗设备诊断治疗准确的前提。设备计量包括:设备使用前的计量检定;设备维修后的计量检定[3]。设备的检定类型:国家强制计量检定(强检);周期性计量检定(周检)。《计量法》是医疗设备计量工作的依据。军队计量体系规定军区总医院建立三级计量站,为医院医疗设备进行计量的强检和周检。医疗设备计量是医学工程科的重要职责。 5结语 每一次的医学进步都与工程学息息相关,因此作为医学工程师应该要深入临床一线,发现问题解决问题,成为真正的临床工程师。只有理解了临床的问题才能有新的思路和新的科研方向。科研创新应该从基础做起,把握科研发展的方向。应用于临床诊断数据的获取、分析的单片机技术以及在医学中应用的计算机技术是医学工程飞速发展的基础;设备管理的自动化和科学化、检测设备的无创化、小型化及家庭化是科研发展的重要方向。 作者:张虎军 张超群 张楠楠 蔡峰 顾建文 工作单位:成都军区总医院医务部 生物医学工程应用特色分析:3D打印技术在生物医学工程中的研究及应用 摘 要:3D打印正在引发全球制造业革命性变革,它与生物技术结合,可以仿生与个性化地制造、特别是有生命的人体组织与器官,成为支撑第三次产业革命中生物材料科学与产业颠覆性变革的关键技术。文章综述了3D打印技术的分类,三维仿生重构建模技术的发展,以及3D打印技术生物医学工程中的应用情况。 关键词:3D打印;生物医学工程;发展现状 前言 三维打印(Three Dimension Printing,简称3DP)属于一种快速成型(Rapid Prototyping,简称RP)技术,它由计算机辅助设计(CAD)数据通过成型设备以材料逐层堆积的方式实现实体成型。“三维打印”在技术界也叫“增材制造”、“自由成形”、“快速成形”或“分层制造”等[1]。三维打印起源可追溯于上世纪八十年代,1984年查尔斯・赫尔发明了将数字资源打印成三维立体模型的技术,并于1986年成立了3D Systems公司,开发了第一台商用立体光敏3D打印机,1988年,斯科特・克伦普发明了熔融沉积成型技术(FDM)并于1989年成立了Stratasys公司,随后在2012年合并以色列3D打印公司Objet。3D Systems和Objet是目前世界上最大、最先进的两家3D打印公司。我国清华大学颜永年教授于1988开始研究3D打印成型技术,华中科技大学王运赣教授以及西安交通大学卢秉恒院士等,纷纷于上世纪90年代起就开始涉足3D打印成型技术的研究。 1998年,清华大学的颜永年教授又将3D打印成型技术引入生命科学领域,提出生物制造工程学科概念和框架,并于2001年研制出用于生物材料快速成型的3D打印设备,为制造科学提出了一个新的发展方向--生物制造。生物制造的一个重要手段即是生物3D打印。生物三维打印是以活细胞(living cells)、生物活性因子(proteins and bio-molecules)及生物材料 (biomaterials)为基本成形单元,设计制造具有生物活性的人工器官、植入物或细胞三维结构,是制造科学与生物医学交叉融合的新兴学科,它是目前3D打印技术研究的最前沿领域,也是3D打印技术中最具活力和发展前景的方向[2,3]。 1 3D打印技术的分类 目前比较典型的3D打印快速成形技术主要分为三种[4]: 1.1 粉末粘结3D打印光固化材料3D打印与熔融材料3D打印 粉末粘结3D打印是目前应用最为广泛的3D打印技术,其工艺过程如下:首先,在工作平台上均匀铺洒单位厚度的粉末材料;其次,依据实体模型离散层面的数字信息将粘结剂喷射到粉末材料上,使粉末材料粘结,形成单位实体截面层;再次,将工作台下降一个单位层厚;最后,重复第一步至第三步,逐层堆砌,形成三维打印产品。其存在缺点是,通过粉末粘连成形的零件精度和强度偏低,一般需要后续工艺提高其强度,但后续处理工艺会导致零件体积收缩,变形严重。 1.2 光固化3D打印(光敏三维打印) 该技术使用液态光敏树脂作为原料制作零件模型,光敏材料三维打印成形基于喷射成形技术和光固化成形技术,喷头沿X方向往复运动,根据零件的截面形状,选择性喷射光固化实体材料和光固化支撑材料形成截面轮廓,在紫外光照射下光固化材料边打印边固化,层层堆积至制件成形完毕。但其应用于骨骼类产品打印的主要缺点是,当前具有生物活性的骨骼类材料如羟基磷灰石,生物玻璃等材料自身不是光敏性材料,需与光敏材料混合使用,因此影响产品的生物活性在打印后将受到很大影响。 1.3 熔融材料3D打印成形 熔融材料三维打印成形基于熔融涂覆成形(FDM)专利技术,分别加热两种丝状热塑性材料至熔融态,根据零件截面形状,选择性涂覆实体材料和支撑材料形成截面轮廓,并迅速冷却固化,层层堆积至制件成形完毕,其原理与光敏材料3D打印成形类似 [16]。目前熔融材料三维打印成形,可采用由磷灰石和骨骼所需的有机盐配置而成的骨水泥,不需要额外添加紫外光照射固化所需的光敏介质,有利于保证材料后续的生物相容性和生物活性。但由于挤压式喷头的喷嘴处压力大,容易造成阻塞现象,因此对喷嘴和材料浆料的粒径要求较高。 除三维打印外,应用比较广泛的商业化快速成形工艺还包括立体光刻成形(SLA)、选择性激光烧结成形(SLS)堆叠、实体制造(LOM)、熔融堆积成形(FDM)等,但这些工艺大多需要配备价格昂贵的激光辅助系统,且成型工艺实质上还是类似于上述三种材料叠加-固化技术。因此,三维打印技术被认为是最具生命力的快速成形技术,发展潜力巨大,在医学中的应用前景广阔,其推广应用将对传统的医疗产品生产模式带来颠覆性的影响。 2 三维仿生重构建模技术的发展 基于医学图像的三维重构建模技术是生物3D打印技术的重要研究内容之一。3D打印生物构件的实现首先需要在计算机环境下有效重构和建模,生成可用于驱动打印喷头的指令数据进而操控成型设备实现产品成型。随着医学影像技术的发展,人体组织的二维断层图像数据可以方便地获取以进行医学诊断和治疗。但是,二维断层图像只是表达了某一截面的解剖信息,医生可以凭经验由多幅二维图像去估计病灶的大小及形状,“构思”病灶与其周围组织的三维几何关系,可三维打印设备却无法根据这些断点数据进行立体三维成型,因此,基于医学图像的三维重构建模技术是生物3D打印技术的重要前驱步骤。 由于CT或MRI等检测设备扫描得到的二维图像信息不能直接用于快速成型,只有通过专用软件将二维断层图像序列重建为三维虚拟模型,并生成为快速成型机可以接受的STL(Stereo Lithography)格式图形文件,才能最终制造出生物产品三维实体模型。近十多年来,欧美等发达国家的科研机构对于医学图像三维重建的研究十分活跃,其技术水平正从后处理向实时跟踪和交互处理发展,并且已经将超级计算机、光纤高速网、高性能工作站和虚拟现实结合起来,代表着这一技术领域未来的发展方向。 在市场应用领域,国外已经研制了三维医学影像处理的商品化系统,其中,比较典型的有比利时Materialise公司的Mimics、美国Able Software公司的3D.Doctor和VGstudio MAX。在国内,中国科学院自动化研究所医学影像研究室自主开发的3D Med是基于普通微机的三维医学影像处理与分析系统,系统能够接收CT、MRI等主要医疗影像设备的图像数据,具有数据获取、数据管理、二维读片、距离测量、图像分割以及三维重建等功能。清华大学计算机系研发的人体断面解剖图像三维重构系统能给外科手术中的影像诊断提供一定的参考。中国科技大学在应用Delphi开发三维重构软件的研究上取得了很好的成果。国内企业也研发了一些三维医学影像处理系统。如西安盈谷科技有限公司“AccuRad TM pro 3D高级图像处理软件”于2005年4月投入市场。它能对二维医学图像进行快速的三维重建,并能对临床影像的数据进行科学有效的可视化和智能化挖掘和处理,为临床提供更多有价值的信息。但目前国外优秀软件如Mimics、3D Doctor、VGStudio MaX等的价格非常昂贵,且其技术严格保密。国内的产品大多没有自主知识产权和成熟的商业应用模式。 3 3D打印技术在生物医学工程中的应用 3D打印技术在生物医学工程中应用广泛,其应用领域大致包括:体外器官模型、仿生模型制造;手术导板、假肢设计;个性化植入体制造;组织工程支架制造;生物活体器件构建以及器官打印;药物筛选生物模型等。如图1所示为3D打印在生物医学工程中的各种应用情况[5-7]。 3.1 体外器官模型、仿生模型制造。该类应用主要用于医疗诊断和外科手术策划,它能有效地提高诊断和手术水平,缩短时间、节省费用。便于医生、患者之间的沟通,为诊断和治疗提供了直观、能触摸的信息,从而使手术者之间、医生和病人之间的交流更加方便。 3.2 手术导板、假肢设计。该类应用便于订制精确的个性化假体,实现个性化医疗需求。根据患者缺损组织数据量身订制的假肢,可提高假肢设计的精确性,提高手术精确度,确保患者的功能恢复,减少患者的痛苦。 3.3 个性化植入体制造。人体许多部位的受损组织,需要个性化定制。如人类面部颌骨(包括上下颌骨) 形态复杂, 极富个性特征, 形成了个体间千差万别的面貌特点。人类的头颅骨,需要准确与颅内大脑等软组织精确匹配扣合,人体的下肢骨、脊柱骨等会严重影响患者今后的步态及功能恢复。因此这类修复体可通过3D打印技术实现个性化订制和精确 “克隆”受损组织部位和形状。 3.4 组织工程支架制造。如通过3D打印技术设计和制备具有与天然骨类似的材料组分和三维贯通微孔结构,使之高度仿生天然骨组织结构和形态学特征,赋予组织工程支架高度的生物活性和骨修复能力。 3.5 生物活体器件构建以及器官打印。此方面的应用大多涉及活体细胞的生物3D打印技术。细胞三维结构体的3D构建可以通过活细胞及其外基质材料的打印构建活体生物器件。如英国赫瑞瓦特大学和一家干细胞技术公司合作,首次将3D打印拓展到人类胚胎干细胞范围。这一突破使得利用人类胚胎干细胞来“打造”移植用人体组织和器官成为可能。美国康奈尔大学研究人员最近在其发表的研究论文中称,他们利用牛耳细胞在3D打印机中打印出人造耳朵,可以用于先天畸形儿童的器官移植。 3.6 药物筛选生物模型。药物筛选指的是采用适当的方法,对可能作为药物使用的物质(采样)进行生物活性、药理作用及药用价值的评估过程。作为筛选,需要对不同化合物的生理活性做大规模横向比较,因此有研究人员指出通过3D打印技术,精确设计仿生组织药物病理作用模型,可以使人们开在短时间内大规模高通量筛选新型高效药物。最近,四川大学联合加州大学圣地亚哥分校等科研机构,通过3D打印技术设计了一款肝组织仿生结构药物解毒模型(如图1-c),该研究成果发表在最近一期的Nature Communications上,受到3D打印研究领域的广泛关注。 3D打印在生物医学工程中应用:(a)3D打印磷酸钙骨组织工程支架; (b)3D打印细胞、活体器官构件;(c)3D打印肝组织仿生结构药物解毒模型。 4 结束语 三维打印技术正处在蓬勃兴起的阶段,3D打印技术在生物医学工程中得到了广泛的应用,其应用以及发展现状表明:3D打印在体外器官模型、组织工程与再生医学、个性化医疗以及新药研发等方面展现出广阔的应用前景。抓住生物材料及植入器械的三维打印技术新一轮发展浪潮,发展我国生物三维打印技术,对发展我国生物材料医疗器械产业步入国际先进水平具有十分重要的意义。
畜禽论文:树立现代行政理念大力发展绿色畜禽产品 关键词]:绿色畜禽产品课题理念 [摘要]:大力提倡绿色畜禽产品,建立开发无疫病区域;绿色畜禽产品质量安全任重道远,已成为人们现代行政理念。 随着人们生活水平的提高,食品质量安全问题越来越得到重视,绿色食品包括畜禽产品作为安全、优质、营养的食品日益受人追捧。食品危机如国难,中国人是食饭大过于天的民族,一向以民为生自许,然而,中国人的食饭权正受到来自各方假劣、毒害食品严重侵害。毒米、毒火腿、毒粉丝、劣菇劣菜,等。层出不穷,还有屡禁不绝的不合格的病害肉品危害着人民生命健康。因此,大力发展绿色畜禽产品应引起全社会和有关部门的高度重视。 一、动物疫病的危害性已上升为影响社会稳定 今年年初,东南亚地区首先暴发、进而波及我国的禽流感疫情给我国人民 的生产、生活带来较为严重的影响。过去,动物疫病主要危害动物健康,影响畜牧业生产,妨碍动物产品出口,制约了农民增收致富。随着人畜共患动物疫病的增加,动物疫病已经不仅仅限于危害动物健康、影响畜牧业生产、出口和增收,而且已经上升为影响社会稳定的一个重大问题。各级政府必须把畜禽产品和依法行政,维护社会稳定统一起来,对“安全”问题,给予高度重视,形成现代行政理念。 二、畜禽产品质量安全任重道远 饲养环节由于饲料成本增加,加上缺乏安全使用农业投入的意义,目前很 多养殖户很少考虑原料的来源,谁便宜买谁的,对国家规定的有关标准执行不力,饲料和饲料添加剂质量没保障。一些不法分子甚至在畜禽饲养中添加违禁药物,如盐酸克伦特罗等药品,造成药物残留超标,引发多起恶性中毒事故,成为危害人民生命和健康的隐形杀手。去年,我国和世界部分地区发生的非典型肺炎和动物有着千丝万缕关系,它给人类造成严重威胁,甚至演变成为政治问题,这不能不让我们意识到,有毒有害畜禽产品,造成的危害是多么可怕。我国是一个畜牧业大国,畜产品总量占世界总量25%左右,出口总量仅占世界总量1.5%左右,畜禽疫病、药物残留有毒有害物质超标成为我国畜产品跨出国门所担负的最大障碍。因此,畜产品质量安全应引起全社会普遍关注,任务也是任重道远。 三、发展绿色畜禽产品重要性 发展绿色畜产品是解决畜禽产品安全的重要途径。绿色食品是指遵循持续发展原则,按照特定生产方式生产,经专门机构认定、许可使用绿色食品标志的无污染的安全、优质、营养类食品。而绿色畜产品是严格按照《中华人民共和国动物防疫法》规定,畜禽少用或不用药物,坚持以预防为主,建立严格的生物安全体系,并在生产饲养兽药使用方面,严禁使用任何激素类兽药、饲料添加剂所生产的一类畜禽产品。要切实加强绿色食品质量安全的监管工作,从改善和保护农业生态环境入手,在种植、养殖、加工过程中限制和禁止化学合成物及有毒有害生产资料,实施“从农田到餐桌”全过程质量控制,确保绿色食品的质量信誉和市场品牌形象。目前许多地方开始积极引导和开发绿色产品批发市场、配送中心、专卖店和专柜等,畜禽产品从饲养—开宰—加工—流通—销售一条龙服务严格遵循标准,对于促进各地农业生态环境建设、农产品出口创汇发挥了积极作用。 四、存在的问题 1、目前市场上相继出现了禽流感,人们不敢食用鸡、鸭、鹅肉,最近又出现“毒奶粉”等一系列畜禽产品,人们谈“肉”色变,甚至不敢吃肉,这给有关执法部门敲起警鸣。为了老百姓的生命安全,改善内地的食品素质,维护我国畜禽产品出口创汇在国际上享有高的声望,各级政府亟待解决的紧急课题,保护和鼓励开发利用绿色畜禽产品应该成为现代行政执法的理念。 2、影响“绿色畜禽产品”两个根本原因,一是道德堕落向钱看,二是徇私枉法。商机蒙蔽人心,利欲熏心。 五、采取的对策公务员之家版权所有 1、首先从源头抓起,加强动检工作。 对饲料严格查处有无“瘦肉精”,药物残留,对屠宰畜禽宰前宰后的检验,尤其对屠宰场的生猪和家禽的宰前、宰后检验,我区在这方面已做大量工作,从屠宰场生猪来源抓起,对无任何检疫证明的不准进场,家禽市场严格凭检疫证明进场。对活猪尿样另做检测,查看是否有瘦肉精成份,其内脏、肉品是否有病变。加大对各农贸市场、专卖店和营销批发市场的检查。今年上半年,监督检查共查处违章20起,不合格肉品350公斤,销毁50余头生猪。尽快对药物残留管理立法,依法行政,才能杜绝劣质污染的畜禽产品流入市场。 2、开发绿色产品,提高畜禽产品质量。 污染的动物畜禽产品,除过去熟悉的病原微生物和寄生虫外,现在常出现一些有毒、有害物质,如亚硝胺、药物残留、有害物质和真菌等。食用后可使人们致癌、畸形甚至影响遗传变异,因此,要建立一些完善的检测体系,通过制定标准和规范加以协调和服务,对畜禽产品实行全程质量控制。 3、转变观念。 随着中国加入世贸组织,动物性食品安全问题已成为社会关注的热点问题,这促使行政部门不能停留在眼观,耳闻、没有实际行动的局面上,要与时俱进,不断创新,维护群众利益,改变现有的局面。扶持绿色畜禽产品生产应该成为政府有所为的必然趋势。 畜禽论文:畜禽健康养殖技术要点分析 摘要:随着我国经济水平的快速发展,畜牧业养殖已经发展到了一个全新的高度,其中畜禽健康养殖是指以保护动物健康为基础,以保护人类健康,提供安全、营养的畜产品为目的,最终实现畜牧业全程无公害化生产。在一定程度上来讲,畜禽的健康养殖使经济、社会与生态环境得到高度统一。而从山西省农业厅的资料报告中了解到,本省在饲草、饲料方面资源丰富,但畜牧业在农业产值的百分比水平还略低于发达省份,说明本省的畜牧业存在较大的发展空间。本文就山西省畜牧业的现存状况为切入点,简述畜禽健康养殖技术的要点。 关键字:畜牧业;畜禽健康;养殖技术;要点 顺应时代的发展,以转变畜牧业生产方式为切入点,建立畜产品基地,并配合完善的服务体系与防疫体系,将现代机械技术应用到畜禽健康养殖事业中,将畜禽饲养逐渐规模化,提高畜禽饲养量,进而提升畜牧业在农业中所占据的比重。需要在畜禽养殖过程中充分掌握畜禽健康养殖技术要点,以此实现畜牧业的高效规模化并保证畜产品的质量安全,保证人民的食品安全。畜禽健康养殖技术要点主要体现在以下几个方面。 1饲养品种要优良,饲养规模要适度 首先需要明确品种质量是动物健康繁殖的先决条件,是发展畜牧业生产的物质基础,使用优良的动物品种进行培育与繁殖可以在保证不增加劳动力的同时保证畜产品的产出,其品质与普通品种的动物相比也较高。因此,不仅仅要加强科学饲养力度,还应加强品种的引进工作,选取优良品种进行自繁自育,可以有效的提高畜产品的产量,其优良基因抗病性以及抗逆性较强,在畜禽养殖过程中能有效防止大规模疾病的发生,为畜牧的养殖奠定良好的基础。在人工圈养条件下,动物疾病防治需要让养殖环境满足动物生理对生态环境的要求,其次是所养动物的品种需要符合高密度集约式饲养条件。由此可见,养殖品种经过培育与改良后可以具备较强的抗疾病以及适应不良环境的能力,有效的降低养殖风险,避免用药对环境及人体健康造成的影响,增加养殖的经济效益。同时,需要根据自身养殖条件来决定养殖规模,如果规模太小则成本较高;如果养殖规模过大则会大大增加养殖的风险。 2档案资料要齐全,生产记录要完整 在养殖过程中,应将畜禽的品种方面、来源方面、繁殖方面以及医疗方面等等所涉及到的细节详细的记录在档案资料中。对于畜禽的基本信息应完整、准确记录到档案信息中,对其疾病治疗等信息经过详细的记载有助于畜禽病害的防治以及突发情况的救治工作,对使用药品的来源、名称、用量记录等要明确的记录,对畜禽死亡也要将其发病经过与无害化处理的详情记录在案,以便总结饲养过程中所出现的问题,避免此类事件的再次发生,由此,档案信息应当及时登记,其记录的内容应保证其真实性与准确性,还应妥善保管,保管时间应不低于10年。 3兽药、饲料投入品使用要合理 在畜禽的饲养过程中,为满足畜禽生长和健康需求会加入一定的投入品,为保证饲养动物与畜产品的健康、安全,应当使用审批合格的兽药,同样要保证饲料与兽药之中的添加剂和环保型消毒剂同样是合格产品,对于过期、变质的投入品坚决不能应用到畜禽的添加剂投入品中去,同时,应当注意投入品之间的药物成分是否存在不能同服的问题,并严格对动物执行停药期。严谨使用违反国家规定的饲料、兽药、添加剂等,比如近年来广为所知的瘦肉精等,所以在使用兽药时应当在动物防疫部门或者具备兽医执照的兽医指导下进行,不能擅自改变其用量,以免对畜禽造成不利的影响。 4严格执行消毒等防疫措施 良好的防疫工作能大大降低畜禽染病的机率,所以,动物在养殖过程中应当重视消毒等防疫措施,应配备完善的防疫措施,在生产区周围应当具备围墙或消毒池;养殖人员在进入生产区时应当洗手或沐浴,换穿工作服装、胶靴、工作帽,圈舍出入口应当设置消毒设施,对进入或离开圈舍的来往人员进行充分消毒,避免不同圈舍之间发生交叉感染。同时,养殖人员是禽畜病害传播中最难以防范的媒介,因为当人员接触患病禽畜后便会携带病菌,进而在照料其他禽畜时可能再次将病原传染给其他禽畜,这种现象不仅仅威胁畜禽健康,更是在根本上加大了畜禽疾病在人类社会传播的可能。所以,严格消毒与防疫制度能有效的防止人畜相互感染,不仅能有效的保证畜禽健康,还能保证工作人员不受其病害感染,大大降低了人与禽畜之间相互感染的可能,避免人感染禽畜病毒事件的发生。比如禽流感疫情,其本身存在于禽类体内,而后逐渐发展成可在人与人之间传播的高致病性与高致命性的病毒,不仅给畜牧业带来极大的损失,还严重影响了人类社会的正常生活,带来严重的生命财产安全和经济上的损失。所以为了避免此类事件的再度发生,应当重视消毒在日常工作中的重要性。粪污应及时进行收集、运输以及无公害化处理,保持养殖圈舍的清洁,减少畜禽病害的发生。 5结论 除此之外,畜禽的健康养殖技术要点在养殖场、圈舍、饲料、畜禽运输、消毒设备、兽医技术水平等方面多下功夫,同时还需要养殖人员选取优良的品种,充分结合自身养殖能力制定养殖规模;完善畜禽档案资料管理制度;严格按照国家相关法律法规规范畜禽用药;重视并严格执行消毒制度。只有这样才能从根本上保证畜禽在养殖过程中的安全,减少疫情发生,降低养殖风险,为养殖人员带来更高的经济价值,进而推动地方畜牧业的蓬勃发展,为我国农业经济的增长出一份力量。 作者:张长武 单位:山西省孝义市中阳楼街道办事处畜牧兽医站 畜禽论文:循环农业田间应用畜禽粪便堆肥效果分析 摘要:畜禽粪便堆肥田间应用效果表明,施用畜禽粪便堆肥与常规施肥相比,土壤理化性质得到改善,其中pH值提高0.16,土壤容重降低16.3%,孔隙度与CEC分别提高16.1%和20.0%。土壤全N提高17.1%,碱解N提高6.6%;全P提高21.7%,有效P提高30.0%,速效K提高15.0%。改善了大豆根际土壤微生态环境,在促进了有益微生物大量繁殖的同时控制了有害菌群(真菌)。并且提高了土壤酶活性,大豆鼓粒期脲酶活性、蔗糖酶活性、磷酸酶活性和过氧化氢酶活性分别较常规施肥处理提高2.03mg/g•24h、0.23mg/g•24h、1.18mg/g•24h和4.32mL/g•24h。促进了大豆干物质和养分的积累,产量比施用常规施肥提高18.32%,达5%显著水平;子粒蛋白、脂肪含量分别增加4.27%和0.34%。达到提高大豆产量和改善品质的目的。 关键词:循环农业;畜禽粪便堆肥;田间应用;大豆;产量 0引言 目前,我国农业正从传统的“资源-产品-废弃物”的线性生产方式向“资源-产品-废弃物-再生资源”的循环农业方式转变。循环农业实质上是将农业清洁生产与废弃物资源化利用有机结合,最大限度地提高农业资源的利用效率,以推进农业和农村经济可持续发展。发展循环农业是解决农业资源环境问题的客观需要。废弃物利用重点涉及作物秸秆、畜禽粪便等的资源化利用问题。农业废弃物在循环农业生态链中的增益化利用,不仅能提高资源利用率,还能实现经济、生态和社会效益的统一。在循环农业中,废弃物的资源化利用是这个循环非常重要的环节,尤其以畜禽粪便的无害化处理和资源化利用最为关键。本文在循环农业田间试验中应用畜禽粪便和秸秆堆肥,探讨畜禽粪便堆肥对作物产量和品质的影响,以及对土壤理化性质和生物学性质的影响。 1试验材料与方法 1.1试验材料 1.1.1供试土壤基础肥力有机质含量2.03%,全氮1.23g/kg,全磷0.92g/kg,碱解氮120.40mg/kg,速效磷23.16mg/kg,速效钾102.40mg/kg,pH值6.37。 1.1.2供试大豆品种垦丰16,亚有限结荚习性,株高65cm左右,百粒重18g,生育日数120d,需活动积温2447.2℃,垄作种植公顷保苗25~32万株。 1.1.3畜禽粪便堆肥性质有机质含量47.74%,全氮2.17%,全磷0.84%,速效氮4.33g/kg,速效磷5.64g/kg,速效钾6.14mg/kg,pH值8.26。 1.2试验方法 1.2.1田间试验设计处理1采取常规施肥+自制堆肥(牛、鸡粪混合堆肥,撒施)20t/hm2;处理2为对照,采取常规施肥(公顷施磷酸二铵175kg、氯化钾50kg、尿素40kg)。田间排列,随机区组,3次重复,每小区面积8垄×0.65m×6m=31.2m2。 1.2.2测定项目①土壤理化性质测定(pH值、土壤容重、孔隙度、阳离子代换量);②土壤养分含量测定(有机质、全氮、碱解氮、全磷、有效磷、速效钾);③土壤微生物区系测定(稀释培养法测定细菌、放线菌和真菌的数量);④土壤酶活性测定(过氧化氢酶、碱性磷酸酶、脲酶、蔗糖酶);⑤大豆干物质积累和植株养分含量测定(大豆主要生育期的植株干重,植株氮、磷、钾);⑥大豆产量和品质测定(收获时各小区选择中间4垄,两端各去掉1.0m测产。选有代表性10株考种,测定单株荚数、单株粒数、单株粒重、百粒重等。品质测定:蛋白质、脂肪含量)。 2试验结果与分析 2.1不同施肥处理对土壤理化性质的影响 与单独施用化肥相比,施用自制堆肥对土壤团粒结构起到积极的改善作用,土壤容重降低16.3%,总孔隙度也相应地增加16.1%,阳离子交换量增加了20.0%,土壤pH值提高了0.16。良好的土壤物理性质,有利于植株养分的充分吸收,提高养分的利用率,但土壤物理性质的改变是一个长期缓慢的过程,需要进行长期的施用及研究。 2.2不同施肥处理对土壤养分含量的影响 不同施肥处理对土壤肥力状况的影响:播种前(处理前)有机质20.29g/kg、全氮1.23g/kg、全磷0.92g/kg、速效磷23.16mg/kg、速效钾102.4mg/kg、碱解氮120.4mg/kg;收获后(自制堆肥)有机质22.64g/kg、全氮1.44g/kg、全磷1.12g/kg、速效磷30.11mg/kg、速效钾117.8mg/kg、碱解氮128.3mg/kg;收获后(常规化肥)有机质19.35g/kg、全氮1.19g/kg、全磷0.87g/kg、速效磷22.3mg/kg、速效钾95.6mg/kg、碱解氮118.2mg/kg。施用自制堆肥,土壤有机质增加11.58%,由于肥料中的有机质补充到土壤中,提高了土壤有机质含量,别外有益微生物大量繁殖,土壤微生物的生物量占土壤有机质总量的近1/3,所以微生物数量的增加也提高了土壤有机质的含量。土壤全氮增加了17.1%,碱解氮增加了6.6%;全磷增加了21.7%,有效磷增加了30.0%;速效钾增加了15.0%。通过施用有机肥为改良土壤质地、肥力、耕性,促进植株养分的利用、吸收及高产稳产奠定了基础。 2.3不同施肥处理对土壤微生物区系变化的影响 细菌、放线菌和真菌在土壤中的数量可以表征土壤肥力,是土壤肥力评价指标之一。土壤微生物的数量与土壤肥力有极为密切的关系,较高的土壤微生物活性通常是肥沃的标志。施用自制堆肥增加土壤中微生物数量,尤其是大幅度增加大豆根际土壤中各种微生物数量,其中细菌、放线菌数量增加,真菌数量则明显减少。因此,细菌和放线菌的数量同真菌数量的比值(B/F和A/F)显著增大,明显改善了土壤微生物区系组成,说明施用自制堆肥后,改善了大豆根际土壤微生态环境,在促进了有益微生物大量繁殖的同时控制了有害菌群(真菌)的繁殖。 2.4不同施肥处理对土壤酶活性变化的影响 各施肥处理鼓粒期对土壤酶活性的影响测定结果表明,自制堆肥处理脲酶活性较常规施肥处理提高2.03mg/g•24h,而脲酶活性与土壤供氮能力密切相关,在很大程度上左右着施入土壤尿素利用率的高低,因此脲酶活性增强可提高活性肥料的氮素利用率。自制堆肥处理蔗糖酶活性较常规施肥处理提高0.23mg/g•24h,而蔗糖酶参与土壤碳循环,被广泛用于表征土壤生物化学过程的动向与强度,是土壤生物学指标之一。自制堆肥处理磷酸酶活性较常规施肥处理提高1.18mg/g•24h,而磷酸酶活性可用来表征土壤肥力状况,特别是磷素状况,其活性高低可直接影响土壤中有机磷的转化及释放,因此磷酸酶活性的增强对改善作物磷素营养水平有着重要作用。自制堆肥处理过氧化氢酶活性较常规施肥处理提高4.32mL/g•24h,而过氧化氢酶参与生物呼吸代谢的同时分解呼吸过程中产生的对土壤生物体有毒害作用的过氧化氢,因此过氧化氢酶活性增强可有效保护土壤微生物的正常活动。 2.5不同施肥处理对大豆干物质积累量的影响 自制堆肥和常规化肥相比,二者在苗期-盛花期干物质积累量差异不明显,在生殖生长期,前者干物质积累速率增加,在盛荚期达39.48g/株,高于常规化肥处理27.81%,在鼓粒期达62.70g/株,高于常规化肥处理27.99%,达5%显著水平,有利于植株后期的养分和干物质的积累,最终有利于向子粒中的转运,增加子粒重量。 2.6不同施肥处理对大豆养分积累量的影响 试验在大豆的主要生育时期测定了大豆植株氮、磷、钾积累量,试验结果如表1所示,施用自制生物有机肥,延缓了前期肥效的释放,使整个生育期均保持较高的养分,与常规施肥处理相比,在盛荚期,植株氮素积累量增加29.20%,达5%显著水平,磷、钾积累量增加19.79%、48.22%,达1%极显著水平;在鼓粒期,氮素、磷积累量增加14.08%、37.76%,达5%显著水平;钾积累增加53.54%,达1%极显著水平。经F检验,该差异来源于处理间差异,也就是说,生物有机肥不仅可以加快有机质分解释放出养分,而且促进了植物对营养元素的吸收,提高了肥料的利用率,在生育后期获得较高的养分积累,为增加子粒蛋白,增加子粒重量奠定基础。 2.7不同施肥处理对大豆产量及产量构成因子的影响 不同施肥处理对大豆产量及产量构成因子的影响:处理1(自制堆肥)单株荚数53个,单株粒数113.3个,百粒重21.13g,产量3390kg/hm2;处理2(常规化肥)单株荚数43个,单株粒数95个,百粒重20.2g,产量2865kg/hm2。施用自制堆肥比施用常规化肥产量提高18.32%,达5%显著水平,其主要是通过增加单株荚数及单株粒数以提高单株粒重。与常规化肥相比,自制堆肥单株荚数、单株粒数分别增加了23.25%和19.26%,达1%极显著水平,百粒重提高4.6%。2.8不同施肥处理对大豆品质的影响施用自制堆肥促进了大豆植株后期氮素的积累,促进大豆子粒蛋白积累,与常规化肥处理相比,子粒蛋白、脂肪含量分别增加4.27%和0.34%,均未达到显著性水平。 3结论 施用畜禽粪便堆肥增加土壤微生物数量,改变堆肥微生物的区系组成,提高土壤酶活力,进而改善土壤理化性质,增加有机质含量,提高土壤的缓冲能力,使肥效更加持久。同时,增加了土壤中速效养分的含量,与等养分量化肥相比,施用自制堆肥提高了肥料利用率,使植株干物质积累量、养分积累量显著提高。施用自制堆肥,通过促进后期氮素积累,使子粒蛋白提高,由于子粒蛋白与子粒脂肪呈负相关,所以施用堆肥对提高脂肪含量效果不明显。 作者:赵晓锋 隋文志 单位:黑龙江省农垦科学院农畜产品综合利用研究所 畜禽论文:畜禽检疫对城市食品安全的影响 随着社会生活水平的增高,人们在对食品的需求的同时更关注食品的安全性特别是针对动物源食品。当前,动物源食品已经是世界卫生组织重点管理的内容,也是我国不能忽略的问题。目前来说,建立一个安全的健全的食品安全体系非常的重要,它能够有效地保障动物源食品的消费质量,保障人们的食品安全。动物地检验以及监督工作在动物源食品的流通中有着举足轻重的作用,责任重大,有关部门必须要加强这方面的建设。 1食品安全 食品安全就是日常生活中人们的食品不存在危害的一些食品。在日常生活中,会给人类身体造成危害的有哪些种类呢?主要是包括生物性的危害、化学性的危害以及物理性的危害。 1.1生物性的危害 这类危害主要是指寄生虫、致病微生物和昆虫类的危害。这些病菌都能极大的程度的对人类的健康造成影响。而且此类生物性的危害一般都存在与水产品和禽肉中,所以对于此类产品必须要有效地进行检疫,并且在进行使用的时候应该进行高温的消毒,有效地将病菌杀死才能食用。对于昆虫类病菌,一般不容易被发现,因为主要是遗留昆虫留下的毒素。 1.2化学性质的危害 有害的化学物质是导致食源性疾病的一种很重要的原因。这类毒素分为两种一种是天然的有毒的,还有一种是后期造成的。对于动物来说一般天然的毒素不常见,都是后天形成的,动物在生长的过程中,难免会注射一些相应的药物来抵抗病菌。有些药物残留比较多就会对后期的产品造成相应的影响。 1.3物理性的危害 主要是针对当前一些加工工具来说的,为了方便大众的需要,一些肉类食品经过加工以后才销售给人们。但是在加工过程中可能采用一些不合格的加工器具,造成了后期肉制品存在了相应的危害。 2畜禽检疫工作对于食品的重要性 当前形势,养殖的逐渐向正规化和规模化生产。所以检疫工作也应该跟上其节奏。随着市面上的动物源性的食品越来越多,所以必须要提高检疫监督的水平。检疫的目的是兽医对肉类所含的危害进行处理,防止有害物质传染给人体,给人体带来健康的影响,当前国家出台了《中华人民共和国动物防疫法》《动物检疫管理办法》有效的对当前的动物源食品进行检疫。保证人们的食品安全。检疫工作在食品安全中起着非常重要的作用,主要是从生产和流通两个方面进行检测。从动物出栏,屠宰场斩杀,消费市场销售都要进行严格的把关,并且还要对各种违法行为进行监督,维持消费市场的产品的销售秩序,给人们的食品提供可靠的保证,所以检疫工作对于我国的食品安全有着非常重要的作用。并且在当前的消费市场上,更应该采取合理的措施,进一步完善检疫监督的职能,建立一个安全的质量管理体系,有效的消除动物的疫情和传播。 3加强动物检疫对于食品建设中的作用 3.1规范动物检疫机构,有利于保障食品的安全 主要是在进行动物检疫的时候,必须要建立专业的机构来进行检疫,并且食品检疫是执法机构,所以国家应该加大相关的投入,对于动物的建议监督机构的经费进行拨款,帮助机构建立实验室,对相应的动物源的产品中的病菌进行研究,提高工作的质量和工作效率。 3.2加强动物检疫监督工作经费投入,提高食品的安全监测力度 将动物检疫监督的费用合理的加入到各级的财政支出中,可以对检疫站的工作人员的工资以及其他的检疫费用进行保证。同时需要引进先进的检疫设备,对动物源进行有效的检查,提高检查力度,防止不合格的产品流入到市场中。 3.3国家应该出台更有力的法律法规保证食品的安全 当前虽然存在相关的法律法规,但是对于动物源食品检疫的约束力度还不够,一些带有病菌的产品还是流入到消费市场中,给人们的健康带来了很大的影响。所以国家应该出台相应的法律法规,对于一些发现的带有病菌的动物源产品提高罚款力度。并且使得工作实现有法可依,有法可循。有效的加大检疫工作的执行力度,从而保证在消费市场的食品的安全是可靠的。 3.4加强部门之间的协调,有效的保障食品安全 需要各个部门加强互相之间的配合和协调,首先检疫部门应该充分起到检疫的作用,保证健康的动物产品在消费市场中;然后是食品安全的部门对市场上的食品进行抽样调查,以防一些漏网之鱼在食品市场中销售不合格的产品。使得相关部门各司其职,形成综合的执法能力。保证食品安全,保证检疫监督工作的顺利进行。 4结语 对于食品安全问题不能忽视,关乎人们的健康安全。有关部门必须要切实的负起责任来,特别是检疫部门,要严格把关,将安全的食品交到人们手中,保证食品的安全,保证人们的健康。 作者:徐荣茂 单位:四川省自贡市贡井区桥头镇畜牧兽医站 畜禽论文:畜禽养殖中的物理农业技术论文 1畜禽健康养殖物理农业技术特点 等离子体是广泛存在于自然界中的一种特殊物质形式(气态、液态、固态之外的第4种物质形态),具有较高的热动能(最高可达几千伏特),能在瞬间高速击穿、腐蚀和氧化微生物中蛋白质和核酸物质,使其灭活,从而达到灭菌的目的。该系统利用等离子体发生器通过对分子气体放电,形成密度>1012个离子cm3的等离子体,再由强力风机通过铺设在粪道空间的管道,将等离子体送入粪道空间,实施快速的粪道空气、养殖设施和粪便表面的灭菌消毒。一是使得畜禽舍内的空气净化强度增强形成了一个立体空间控制,畜禽舍内环境可得到显著改善;二是可对畜禽舍的粪道及粪尿出口进行有害气体的分解与抑制、病原微生物的灭杀,改善畜禽舍内生长环境。 2技术推广应用情况及效果 天津市农机推广部门从2006年开始关注该技术试验应用情况,于2008年开始引进该项技术,在部分区县开展试验工作,取得了显著效果,积累了技术实施经验。从2010年开始,连续4年以科技项目形式开展技术推广应用,组织实施了禽舍空气电净化防病促生技术引进示范推广项目和畜禽健康养殖机械化技术集成示范项目,分别在津南、西青、塘沽、北辰和宁河建立项目试验示范点,示范应用规模包括猪8940头、鸡16.11万只,其中仔猪3740头、育肥猪5200头、肉鸡6.11万只、蛋鸡10万只,均取得了较好的经济和社会效益。 2.1蛋鸡健康养殖物理农业技术应用效果 2012年12月—2013年12月(1个产蛋周期)期间,在两栋鸡舍,蛋鸡品种、存栏数量相同,生产管理相同的情况下,对两栋蛋鸡舍的存栏数量、死亡数量、产蛋数量和防疫情况进行了监测。2012年12月15日—2013年12月15日,试验舍和对比舍蛋鸡存栏3万只,经过1个生长期,试验舍死亡389只,产蛋320t;对比舍死亡605只,产蛋289.6t。产蛋数量增加10.5%。2013年3月—2014年3月,试验舍和对比舍蛋鸡各存栏4.5万只,经过1个生长期,试验舍死亡434只,产蛋675t;对比舍死亡572只,产蛋605.48t。产蛋数量增加10.4%。 2.2肉鸡健康养殖物理农业技术应用效果 2013年6月—2014年2月(3个生长周期)期间,在两栋鸡舍,肉鸡品种、存栏数量相同,生产管理相同的情况下,对两栋肉鸡舍的存栏数量、死亡数量、出栏数量、出栏总质量和平均质量进行了监测。第1阶段:试验舍和对比舍同日进雏鸡6000只,经过1个生长周期,试验舍出栏5890只,平均质量2.545kg,共14990kg;对比舍出栏5740只,平均质量2.471kg,共14184kg。第2阶段:试验舍和对比舍同日进雏鸡3500只,经过1个生长周期,试验舍出栏3395只,平均质量2.776kg,共9425kg;对比舍出栏3385只,平均质量2.605kg,共8818kg。第3阶段:试验舍和对比舍同日进雏鸡3000只,经过1个生长周期,试验舍出栏2927只,平均质量2.656kg,共7774kg;对比舍出栏2851只,平均质量2.61kg,共7439kg。通过对比试验,应用畜禽空气电净化防病防疫系统后,试验舍肉鸡不易得病死亡,而对比舍肉鸡较易得病死亡。肉鸡死亡率分别减少2.5%、0.3%和2.5%,平均质量分别增加5.7%、6.9%和4.5%。试验证明,畜禽舍空气电净化防病促生技术及粪道等离子除臭灭菌技术可提高肉鸡舍内的空气质量,减少疫病的发生,使肉鸡在更加安全可靠的环境中生长,质量平均增加达到5.7%。 2.3仔猪健康养殖物理农业技术应用效果 2013年3月—2014年5月(3个生育阶段)期间,在两栋仔猪舍,母猪品种、数量相同,生产管理相同的情况下,对两栋猪舍的仔猪繁育数量和死亡数量进行了监测。第1生育阶段:试验舍和对比舍母猪存栏42头,经过1个生育期,试验舍仔猪出栏400头,死亡率1%;对比舍仔猪出栏358头,死亡率17%。第2生育阶段:试验舍和对比舍母猪存栏45头,经过1个生育期,试验舍仔猪出栏430头,死亡率0.6%;对比舍仔猪出栏418头,死亡率10%。第3生育阶段:试验舍和对比舍母猪存栏39头,经过1个生育期,试验舍仔猪出栏412头,死亡率0.7%;对比舍仔猪出栏350头,死亡率16%。通过3个生育阶段的对比试验,应用畜禽舍空气电净化防病促生技术及粪道等离子除味灭菌技术,仔猪死亡率分别减少16%、9.4%和16.7%,平均值是13.8%。 2.4育肥猪健康养殖物理农业技术应用效果 2012年12月—2014年6月(3个育肥阶段)期间,在两栋猪舍,生猪品种、存栏数量相同,生产管理相同的情况下,对两栋猪舍的存栏数量、死亡数量、出栏数量、出栏总质量和平均质量进行了监测。第1育肥阶段:2012年12月15日—2013年5月7日,试验舍和对比舍生猪存栏500头,经过1个生长期,试验舍出栏498头,平均质量110kg,共54780kg;对比舍出栏496头,平均质量105kg,共52080kg。平均增质量达5.2%。第2育肥阶段:2013年6月10日—12月27日,试验舍和对比舍生猪存栏300头,经过1个生长期,试验舍出栏298头,平均质量112kg,共33376kg;对比舍出栏296头,平均质量107kg,共31672kg。质量平均增加达5.4%。第3育肥阶段:2013年12月31日—2014年6月15日,试验舍和对比舍生猪存栏350头,经过1个生长期,试验舍出栏349头,平均质量102kg,共35598kg;对比舍出栏340头,平均质量100kg,共34000kg。质量平均增加达4.7%。通过3个育肥阶段的对比试验,应用畜禽舍空气电净化防病促生技术及粪道等离子除味灭菌技术后,生猪质量平均增加分别为5.2%、5.4%和4.7%。 3健康养殖物理农业技术空气净化效果监测 在每栋鸡(猪)舍内按米字形布点原则选择5个测定点,在每个测定点测定各种空气质量指标,测量高度距室内地面1m,连续测7d,每天测3次(9时、14时和20时)。对比检测证明,PM2.5浓度平均下降47%、PM10浓度平均下降49.5%、NH3浓度平均下降46.1%、SO2浓度平均下降46.5%,畜禽舍空气电净化防病促生技术及粪道等离子除味灭菌技术的应用,可提高畜禽舍空气质量,预防气传病害的发生。 4采取的主要技术措施 4.1建立项目区,确定示范点及科技示范户 建立项目区,确定示范点,建立科技示范户。经过调研走访,选定津南区、北辰区、塘沽区、西青区和宁河县5个区(县)实施,并选择基础条件好、运行规范、管理人员素质高的畜禽养殖小区及农户建立示范点,同时建立责任心强、认识程度高的养殖户作为科技示范户,示范带动作用明显。 4.2加强技术宣传,培训技术应用骨干 该技术实施对群体技术要求较高,采取逐级培训与集中讲解相结合的形式,对畜禽养殖户、基层技术推广人员开展技术培训工作,使大家掌握技术要点和设备操作规程、注意事项等,为技术顺利实施奠定了基础。 4.3总结技术经验,扩大应用 及时对技术示范过程中的情况进行汇总。通过实地调研,对各示范点出现的问题、成功的经验进行分析、比对,及时拿出解决问题的办法。组织开展多次技术示范现场会、技术培训班,并在报纸、电视和网站等多种媒体上刊载了技术应用和效果宣传,扩大了技术应用规模。 5存在问题及建议 畜禽健康养殖物理农业技术对天津市乃至全国畜禽安全生产具有重要意义,集成配套技术应用对提高广大畜禽养殖户的经济效益、促进畜禽养殖业健康和生态养殖的发展起到了积极作用,但由于技术配套设备价格较高,加上部分养殖户对技术先进性认识不足,仍然囿于粗放的传统养殖观念上,对新技术引进与使用处于观望状态,一定程度上影响了集成技术进一步推广应用。另外,随着现代畜禽养殖信息化技术不断涌现,项目技术在同畜禽养殖物联网技术的结合上,还存在一定的技术阻碍。虽然天津市农机推广人员针对上述问题,采取了一些行之有效的技术手段,但距离全面推广应用还有很长的路要走,有待通过进一步提高技术集成水平,加大推广力度予以解决,促进畜禽养殖业经济,高效、安全、环保可持续发展。 作者:薄克明 单位:天津市农业机械推广总站 畜禽论文:畜禽养殖业环境污染防治及管理 河南省是畜禽养殖大省,畜牧业已成为全省农村经济发展的重要产业。2016年,全省畜牧业总产值超过2611.3亿元,占农业总产值的33.5%,位居全国前列。同时,伴随着畜禽养殖业快速发展,排泄物污染问题也日趋严重,成为农业面源污染的主要来源之一。近年来,随着国家对畜禽养殖企业环境保护管理的加强,畜禽养殖业环境监管力度的加大,各级环境保护部门采取了一系列有效措施,进一步规范了畜禽养殖业的污染排放,积极引导畜禽养殖企业对养殖污染进行综合整治,为改善农村生产和生活条件、建设生态人居环境、促进资源合理利用和可持续发展奠定了基础。 一、偃师市畜禽养殖业现状 偃师市环保局2008年以来多次联合乡镇政府对偃师的养殖业进行了初步排查摸底。2012年以环境统计中的340家规模养殖场(小区)为基础,重新对养殖企业的养殖规模进行了调查。目前,偃师市猪存栏共有74.2万头,禽类存栏共有219.9万羽。达到环境统计规模的养殖企业总数252家,国定规模养殖场88家。其中,生猪年存栏200头以上养殖场208家、出栏21.1万头,国定规模58家、年出栏11.0万头;奶牛年存栏50头以上养殖场24家、存栏6507头,国定规模22家、存栏6340头;肉鸡年存栏5000羽以上养殖场8家、出栏量125万羽,国定规模6家、出栏117万羽;蛋鸡年存栏5000羽以上养殖场12家,年存栏14.2万羽。偃师市的养殖企业大多分布在南坡北岭,乡镇主要集中于邙岭镇和大口镇。养殖业的分布情况有两大特点:一是区域养殖密度大。如邙岭镇丁门口村就有210个养猪场,母猪存栏2962头、生猪存栏18560头。二是养殖规模小的养殖场占大多数。以生猪为例,存栏50头以下养殖场7445户,出栏42.4万头;存栏50~200头养殖场306户,出栏10.7万头;存栏200~500头养殖场150户,出栏10.1万头;存栏500头以上养殖场58户,出栏11万头。结果表明:猪场存栏200头以下的户数占98%,养殖量占72%。 二、偃师市畜禽养殖业存在的问题 (一)养殖户的环保意识淡薄 养殖场大都属于农村家庭型的养殖模式,业主环保意识普遍较差,还没意识到养殖污染对环境的影响。 (二)选址不合理,欠账多 由于历史原因,大部分养殖场都建在村庄周边,离农户较近。养殖户平时只抓生产,没有落实治污措施,致使养殖粪污随处堆放,污染环境,影响群众生产生活环境。 (三)污染治理难度大,治理资金投入不到位 家庭式养殖场所占比例大,养殖规模小,养殖业经济效率相对较低,养殖企业在污染治理资金的投入上有一定困难,制约了养殖污染治理工作的开展。 三、偃师市畜禽养殖业污染采取的对策 (一)大力宣传,提高认识 一方面,偃师市通过电视台环保视窗等栏目,举办了多期关于养殖业环境管理的法律、法规及畜禽养殖污染治理技术规范的讲座,普及了养殖业环境管理知识,提高了人民群众对养殖业污染治理的认识。另一方面,市环保局和市畜牧局多次组织养殖企业集中学习培训,通过对畜禽养殖污染治理技术规范进行学习,对养殖企业在污染治理过程中遇到的问题进行探讨和交流,使养殖企业相互学习共同提高,解决了畜禽养殖污染防治中的一些难题。还有就是部门联动,多措并举,大力推进养殖污染治理减排工程。 (二)合理布局,严把新建养殖项目准入关 根据环境规划,按照畜禽养殖区域划分要求,优化养殖产业布局,严把新建养殖项目准入关,新建养殖场需符合和通过环评审查。偃师市制定了《偃师市畜禽养殖区域划分方案》(偃政[2010]71号)。对新上养殖企业从项目选址、布局和办理环评等环节直接参与,使这些企业少走弯路,尽早完善手续,投入生产。偃师市环保局还对建厂早、规模较大、选址相对合理的养殖场要求其补办环评手续,并在企业办理环评的各个环节给予协调帮助,为企业的污染治理提供治理方案及建议,现有14家养殖场环评已批复,污染治理设施基本竣工,正在完善。并且对“未批先建”的项目下达了限期纠正环境违法行为通知书。 (三)改进传统养殖模式,加快生态养殖建设 坚持“总量控制、农牧结合、种养平衡”的原则,推动干湿分离、雨污分流的污染防治措施,改变过去养殖场“脏、乱、差”的落后局面,通过堆肥、发酵,为种植业提供肥料,实现粪污的“零排放”,形成“种-养-种”及“种-养-菌”等的生态循环模式,实现养殖业的可持续发展。例如偃师市旺民奶牛养殖有限公司,承包153.34hm2土地种植果树,在养殖区和果园之间建有泵站及管网,养殖中所产生的干粪经干粪场堆积发酵后用于果园施肥,全部还田;尿污经沼气池发酵后,再经沉淀池停留一定时间后,用于果树灌溉,养殖企业既用上了清洁能源沼气,又节省了果园所需的有机肥。还有慧泉乳业,建有双孢菇大棚80个,养殖中所产生的牛粪收集到干粪堆场,晒干后粉碎,掺合锯末等其他原料,制成菌菇基料,来种植双孢菇,效益显著。这些措施既为企业的发展提供了便利,又有效地解决养殖场对周边环境的影响,很好地化解了畜禽养殖与环境保护的矛盾。 (四)多方筹集资金,加大治理力度 2008年以来,偃师市对畜禽养殖企业共投入200多万元,采用“以奖代补”“以奖促治”等形式对规模化畜禽养殖企业进行补助。通过这些企业的污染治理示范作用来带动偃师规模化畜禽养殖场的污染治理工作,效果明显。另外,偃师市还争取到养殖业“世行贷款项目”12家,为养殖企业提供300万美元的世行贷款,通过完善养殖场基础设施和加强环境管理措施,示范带动项目区及周边的养殖场转变生产方式,优化产业结构。 作者:李会芹 单位:偃师市环境保护局 畜禽论文:畜禽养殖业废弃物污染防治对策 2015年平度市生猪全年出栏总量为260594头,肉鸡全年出栏量107189556羽,肉鸭全年出栏量26266012羽,长期以来,平度市畜禽养殖业污染问题十分突出,畜禽废弃物产生量很大,随着平度市畜禽养殖业的快速发展,畜禽养殖场对于畜禽粪便、病死动物尸体等的无害化处理不到位问题日渐突出。 1平度市畜禽养殖业污染现状 随着动物规模化养殖的增加,平度市环境污染问题带来的危害也越来越大,环境污染问题也越来越成为平度市人民群众关注的热点问题,一些规模化畜禽养殖场粪污随意处置已经造成了养殖场业主与周围居民的环境污染纠纷。平度市环保局数据显示,2015年上半年平度市因养殖散户产生的粪便、废水、气味导致的信访直线上升,约占全市环境信访的1/3左右。国家环保总局对全国23个省、自治区、直辖市的规模化畜禽养殖业污染进行调查,结果发现规模化畜禽养殖业污染呈现出三大突出问题:一是畜禽粪便排放量大;二是畜禽污染物涉及面广且危害大,畜禽粪便的COD排放量已经远超工业与生活污水的总排放量;三是显现出较为严重的生态压力。据《2011年中国环境公报》,农业污染源化学需氧量、氨氮排放量分别占全国排放总量的47.4%和31.7%。农业面源污染已经成为我国流域性水体污染、土壤污染和空气污染的重要来源。 2畜禽养殖污染危害 (1)水体污染和农田土壤污染。90%以上的畜禽养殖场没有综合利用和污水治理设施,畜禽废弃物污水任意排放现象极为普遍。畜禽养殖污水长期用于灌溉,会造成作物减产,大面积腐烂,并严重影响土壤质量;大量畜禽废弃物污水未经处理直接进入水体,会加剧河流、湖泊的富营养化,造成持久性的有机污染,极难治理、恢复。据调查估计,目前畜禽废弃物中氮、磷的流失量已大于化肥的流失量,约为化肥流失量的122%和132%。(2)固废污染。目前畜禽养殖户粪便处理的方式主要是露天堆积,积攒后卖给当地农民,拉走用做农业用肥。粪便在养殖场附近堆放期间,很容易发酵,产生难闻的气味。在夏秋季节还容易滋生蚊虫、苍蝇,再加上养殖场大多建立在村庄的周边,对附近的居民多少都会有一定的影响。(3)病毒传播。全世界约有人畜共患疾病250多种,中国有120种,其中有猪传染的25种,由禽类传染的24种,由牛传染的26种,这些人畜共患疾病的载体主要是家畜废弃物。 3畜禽养殖业污染的主要原因 一是养殖业主重养殖轻治理。养殖户环保意识差,对养殖污染缺乏科学的管理,污染防治大多采取传统方法,处理效果存在一定局限性。养殖业主对畜牧养殖业污染问题的严重性和防治工作的紧迫性认识不足,只片面追求规模,不严格执行国家的环保标准,未建设有与养殖相配套的排污处理设施,没有严格按照《畜禽养殖业污染物排放标准》的要求进行养殖污染物排放,污水就直接排放到外面的江河中,严重影响了周边环境,没有做到环境污染治理与养殖持续发展相协调,给养殖污染治理带来了困难。二是畜禽养殖场的布局不合理。过去国家支持“三农”生产,支持农民创收增富,不论规模大小,没用考虑污染问题的支持养殖业,泽河、缁阳河流域、城乡结合部等局部地方的养殖过于集中,排污量过大,增加了污染治理的难度,难以治理及利用。如店子镇的南城戈庄村,依泽河两侧而建的大大小小的肉鸡养殖场有十多个,肉鸡存栏规模达到20万。污水排放量大,影响泽河水质,治理难度高。三是对畜禽污染物处理监管缺少相应政策。农村环境监管力量薄弱,乡镇基层环保机构缺位,畜禽养殖业环境监管存在空白,基本上处于放任自流状态。城市周边的规模化畜禽养殖场普遍存在环保审批和验收手续不落实,污染治理设施不完善等问题。已建治污设施的养殖场多数存在重建轻管现象,有的运行不正常,甚至当摆设不起作用,养殖粪便随意堆放和污水外排,严重污染周边环境。 4畜禽养殖业废弃物污染防治对策 一是提高畜禽养殖业准入门槛,从源头上控制面源污染。凡新、改、扩建的畜禽养殖项目,必须严格按《中华人民共和国环境影响评价法》的规定依法报批,并在建设过程中按《畜禽养殖业污染防治技术规范》要求严格操作。对目前新建、改建和扩建畜禽养殖场、养殖小区均要有对废水、异味、畜禽粪便和其他固体废弃物进行治理和综合利用的设施或者无害化处理设施,并做到了与主体工程同时设计、同时施工、同时投入使用。二是必须合理调整畜禽养殖业布局,坚持标准化、规模化健康养殖,划分禁止养殖区,控制养殖区和适度规模养殖区通过科学规划,合理布局,严把环保规划关,以集约养殖为方向,以再生资源利用为支撑,大力发展生态畜牧养殖业和以集约规模养殖为主体的现代畜牧业体系,形成畜牧业的产业新格局,完成从传统养殖到生态养殖的转变。三是实施生态循环示范工程。要把农牧结合、循环发展作为破解畜禽养殖污染难题的根本出路,打通种养业协调发展通道,实现变废为宝,因地制宜推进养殖场粪污处理实施改造推广雨污、干湿“两分离”和粪便堆积、污水贮存、处理设施“三配套”等技术工艺,提高养殖场粪污综合利用能力,开展粪污处理循环模式示范创建,推广以生态能源企业为核心的区域化粪污集中处理利用的大循环模式,以种养加一体化龙头企业自主综合利用的中循环模式和小型养殖场以消纳地定畜的小循环模式。畜禽废弃物污染防治问题是关系畜禽业发展的重要因素,要想从根本上解决畜禽废弃物污染问题,需要各部门转变观念、相互协调、相互配合,同时还要通过以发展生态畜牧业为突破口,促进传统畜牧业向现代畜牧业的有效转变,加强对畜禽粪污处理技术和综合利用技术的不断摸索,通过对污染全过程控制及废物综合利用,达到畜禽粪便的减量化、无害化、资源化,走发展循环经济的道路。 作者:王培宏 高德强 单位:山东省平度市畜牧兽医局 畜禽论文:畜禽肉质量安全养殖环节风险因素研究 摘要:为了解乌鲁木齐市畜禽肉在养殖环节可能受到病原菌污染情况及风险因素,项目组对本市的100个养殖场(户)进行了现场调查和问卷调查。调查结果表明:病死畜禽的处理、畜禽疫病的防疫、养殖场的地理位置及设计、粪便的处理是影响畜禽肉供应链中在养殖环节可能受到病原菌污染的主要风险因素。同时暴露出畜禽病死率较高、病死畜禽无害化处理不规范、无害化处理设施设备不足、被调查对象缺乏生物安全意识等问题。本调查为乌鲁木齐市畜禽肉质量安全控制及动物疫病的防控提供了研究数据。 关键词:畜禽肉;质量安全;养殖环节;致病菌 随着人们生活水平的不断改善,消费者在饮食上不但对畜禽肉的需求量逐步增加,而且对畜禽肉的安全性有了普遍关注[1-3]。畜禽肉供应链包括养殖、屠宰、运输、储存、销售、餐桌等环节,养殖环节是畜禽肉供应链的起始环节,若在养殖环节质量控制不严,常易导致携带致病菌的畜禽肉进入流通环节,增加了消费者遭受人畜共患病原菌感染的风险,对人民生命健康安全产生潜在的危险[4-7]。因此,加强养殖环节的质量安全控制是保障畜禽肉供应链质量安全的重要一环。鉴于此,本研究对乌鲁木齐市养殖环节受病原菌污染的风险因素进行了调查,以期为本地的畜禽肉质量安全防控提供参考。 1调查情况介绍 1.1调查目的摸清乌鲁木齐市养殖环节畜禽病死率及病死畜禽的处理等情况,为从源头对畜禽肉进行质量安全控制提供数据支撑,研究提出合理的防控策略保障市民“舌尖上的安全”。1.2调查内容根据调查目的,设计了养殖环节质量安全调查问卷。问卷涉及12个内容,涵盖4个重要风险因素:发病和病死家畜家禽的处理;家畜家禽的防疫;养殖场的地理位置及设计;粪便无害化处理。1.3调查的对象本次调查的对象为从事养殖行业人员及养殖场。1.4调查方式采取现场调查、问卷调查及与养殖户访谈相结合的方式。1.5问卷回收情况共发放调查问卷110份,收回106份,其中有效问卷100份。1.6分析方法对调查数据采用Excel软件进行统计和分析,确保分析结果的准确性。 2调查结果与分析 2.1病死畜禽的处理方式调查发现,乌鲁木齐市养殖场不存在销售病死畜禽的现象。对病死畜禽进行掩埋的占87%,扔到沟渠、垃圾堆等偏僻地方的占8%,采用焚烧等其它无害化处理的占3%。无害化处理包括掩埋,但是现场查看后发现调查对象所说的掩埋并不规范。第一,掩埋地点比较随意,没有考虑到选择在远离养殖场(养殖小区)、生活饮用水源地、城乡居民集中区域的地势高燥处。第二,坑体深度不够,多数坑体在0.5~1m,没有达到动物尸体最上层应距离地表1.5m以上,有些养殖户没有用生石灰等消毒药进行消毒。2.2濒死期畜禽是否有过急宰此项调查全部为否,没有出现急宰后食用或者销售现象。2.3是否有或者听说小商贩到本养殖场或附近养殖场购买病死畜禽此项调查全部为否,没有出现小商贩或者饭店餐馆工作人员到养殖场购买病死畜禽现象。2.4当地是否有人员收购畜禽私自屠宰经调查发现,有10%的养殖场畜禽被商贩收购后没有流入正规屠宰场屠宰,这可能与本市市民的生活习惯有关。2.5有无处理病死家畜家禽的设施设备经调查,只有2%的养殖场表示有处理病死家畜家禽的设施设备,说明本市焚烧容器、高温高压容器等无害化处理设施设备配备率较低。2.6粪便处理方式经调查,有72%的养殖场选择堆积发酵,是一种简单易行的粪便处理方法。直接排除或直接上地的占18%,这一做法对地下水、公共卫生和人体健康可能造成不良影响,有可能使农田遭受超负荷的有机污染,超出农村生态环境承载能力。2.7免疫疫苗的种类及免疫时间的确定免疫程序的制定应根据当地流行疫情、母源抗体消长规律以及所用疫苗的性能,确定首免、加强免疫的日龄,兽医站推荐的免疫程序也只能提供参考,更不可照搬别的养殖场的免疫程序。2.8畜禽销售方向调查表明本市养殖场90%的畜禽销往本地,最终进入市民的“菜篮子”。2.9养殖场距离交通要道、学校、医院、居民区等公共场所的距离经调查,76%的养殖场距离交通要道、学校、医院、居民区等公共场所在1km以内。2.10养殖场距离畜禽屠宰场、动物产品加工厂、水源地的距离经调查,93%的养殖场距离畜禽屠宰场、动物产品加工厂、水源地的距离在2km以外。2.11饲料来源饲料的质量安全是保障畜禽健康的前提,本市有76%养殖场(户)为了降低成本,对饲料的主要成分如玉米等进行加工,但如果原材料选择不当,如发霉的玉米、豆粕,可造成畜禽病死率增加。2.12畜禽发病率及死亡率经调查,畜禽平均发病率为6.2%,死亡率为1.9%,虽低于国家控制标准,但病死率仍处于较高水平。 3讨论 3.1畜禽肉供应链中养殖环节可能造成畜禽肉受到病原菌污染的主要风险因素 养殖环节是从畜禽肉“农场到餐桌”的初始环节,经调查,可能造成病原菌污染的主要因素包括以下几方面:发病和病死家畜家禽的处理,包括正在发病或者已经病死家畜家禽的处理方式、濒死期畜禽是否有过急宰、是否有小商贩到本养殖场购买病死畜禽、有无处理病死家畜家禽的设施设备;家畜家禽的防疫,包括免疫程序的制定、接种方式方法以及造成免疫失败的其他相关因素;消毒工作,包括程序性消毒、发病状态下消毒、消毒药的更换;防疫的设施设备,包括消毒池、紫外灯等;养殖场的地理位置及设计;粪便无害化处理。 3.2病死畜禽无害化处理不规范,无害化处理设施设备配备不足 虽然调查过程中没有发现低价销售、加工、食用病死畜禽的情况,但养殖户对病死畜禽无害化处理的意识淡薄,有部分养殖户随意丢弃病死畜禽,甚至喂犬。有的养殖户即使处理也不够规范,认为只要掩埋掉就算处理完毕,在选址时,未考虑到距离周围居民区的远近、水源、水位、风向等综合因素,掩埋深度也不够,消毒不严,现场调查时发现有犬刨出病死畜禽后食用的现象。缺少无害化处理设施设备和场地,无害化处理局限于掩埋,有些养殖场连化尸池也没有。 3.3建立病死畜禽无害化处理机制 无害化处理体系包括病死畜禽无害化处理管理制度、运转经费、设施设备、场所、运输车辆等内容。病死畜禽无害化处理方法主要包括深埋法、焚烧法、化制法、生物降解法等。建议应优先采用化制及生物降解处理方法,小规模养殖场或屠宰场可采用掩埋、化尸窖等方式。建立病死畜禽无害化处理机制,一是要明确主体责任。按照《动物防疫法》,畜禽饲养管理人员有义务对病死畜禽进行无害化处理,并向当地畜牧兽医站报告死亡和无害化处理结果,防止病死畜禽进入市场流通环节。二是制定财政补助与保险联动机制。按照“处理者受益”的原则将中小型的养殖场(户)财纳入财政补助的范围。三是强化监管。发展改革部门、财政部门、食品药品监管部门、畜牧部门、公安部门、水利部门应在政府统一领导下,分工协作,各负其责,共同维护社会公共卫生安全。四是加强宣传,有关部门要向广大从事畜牧业生产管理人员不仅要普及饲养管理、疫病防控及无害化处理技术,更要普及《动物防疫法》、《环保法》等相关法律法规,不断提高从业者的法律和生物安全意识。 作者:贾立敏 蔡扩军 李爱巧 熊仲良 单位:乌鲁木齐市动物疾病控制与诊断中心 重庆市动物疫病预防控制中心 畜禽论文:畜禽养殖业粪污处理技术探讨 摘要:随着畜禽养殖业集约化程度的不断提高,畜禽养殖业的粪污污染明显增强,如何建立与现代化的畜牧业相适应的符合国情的畜禽污染防治体系成为迫在眉睫需要解决的课题,现在看来仅仅依靠单一的末端治理手段解决畜禽粪污污染问题显然是不够的,我们应该防治结合,综合治理,有效防控畜禽养殖业产生的粪污环境污染。 关键词:畜禽养殖业;粪污;清洁生产 1推行畜禽养殖清洁生产技术 1.1清洁生产的内涵 清洁生产最先由美国提出,主要内容为采用污染预防技术取代长期采用的末端处理的污染控制技术,主要思路是西方国家在总结工业污染治理经验教训的基础上提出来的,清洁生产技术和传统技术的主要区别是要求把污染消除在生产之前,而不是将重点放在末端治理方面[1]。从我国畜牧业发展情况来看,清洁生产和末端治理并存是符合畜牧生产实际情况的,因为再先进的生产技术,只能是尽量减少污染物的产生,而不是不产生污染物,所以末端治理作为实现环境保护的最后有效手段仍将继续发挥重要的作用。清洁生产在不同国家和地区有着不同但相近的提法,在我国主要是指既可满足人们的需要又可合理使用自然资源和能源并保护环境的实用生产方法和措施,从源头削减污染,提高资源的利用效率,在畜牧生产过程中尽量减少污染物的产生和排放,从而减轻或消除养殖污染对人类和环境的危害。 1.2粪便处理技术 1.2.1作为肥料畜禽粪便中含有多种营养物质和有机成分,所以它在成为污染物质的同时也是一种可以利用的资源,畜禽粪便可以采用微生物堆肥发酵的方法生产有机肥,堆肥的过程主要分为升温、高温、降温、腐熟四个阶段,其实就是通过高温发酵使有机物质矿质化、腐殖化和无害化的过程[2]。在微生物的协同作用下,物料温度开始升高,在达到25℃时,有机物质开始分解和代谢。当温度达到50℃时一些芽孢、霉菌等微生物繁殖增强,此时有机物分解迅速,当温度继续升高时进入高温阶段,纤维素、木质素等难分解的有机物开始被分解。当温度达到70℃以上时,一些微生物由于高温死亡,酶类物质继续使有机物分解,腐殖质开始形成。最后由于微生物代谢减弱,物料温度开始下降,当下降到40℃时,腐熟物质成熟。1.2.2作为饲料畜禽粪便中含有大量没有消化的营养物质,尤其是鸡粪的可利用程度更高,经过一定的加工工艺处理后是一种良好的非常规饲料资源。首先是干燥处理,目前,鲜粪采用微波烘干技术比较普遍,通过高温灭菌处理后将鲜粪制成干粉状饲料添加剂可以按一定比例添加到畜禽日粮中,大大节省常规饲料的使用,在一定程度上降低了养殖成本[3]。处理之后的鸡粪还可以喂鱼,有研究表明,鸡粪喂鱼可促进浮游生物生长,增加鱼饵料,改善鱼类生活环境,可以提高鱼的数量。其次鲜粪可以通过青贮利用乳酸菌的发酵制成适口性较好的发酵饲料,饲喂效果也非常好。最后,可采用氢氧化钠法、福尔马林法等化学处理方法对粪便中的微生物致死,还可以用粪便培养蝇蛆等高蛋白生物,再将其制成饲料饲喂畜禽。1.2.3作为能源粪便经过厌氧发酵产生沼气,是一种非常好的能源物质,同时沼液和沼渣又是很好的有机肥料可以肥田和养鱼。首先,沼气池应保持无氧环境,池内原料要搭配合理,常采用人粪、猪粪、青草的搭配,其次,沼气池内尽量保持20~30℃的温度,有利于甲烷细菌的迅速繁殖,畜禽的粪便如果不进行沼气生产也可以直接焚烧利用其产生的热量[4]。 1.3污水处理技术 首先采用物理处理的方法通过沉淀、过滤等措施将畜禽养殖场污水中的一些固行物分离出来,这为下一步的污水化学处理做好准备的同时还可以提高工作效率。化学处理方法常用的有中和法,主要利用的是酸碱中和反应,因为养殖场污水中含有大量的胶体物质,所以还可以采取混凝沉淀的方法对污水进行化学处理。好氧处理曾广泛应用于猪场废水处理,虽然效果不错但其投资较大,能耗高,所以现在常采用厌氧处理的方法[5]。目前比较成熟的厌氧工艺为厌氧消化池处理、上流式厌氧污泥床处理等,厌氧处理整体上比好氧处理能耗低10倍左右,现已成为养殖场污水处理采用的主要方法。 2关于养殖场粪污处理的建议 2.1改进养殖场生产工艺 首先要使干粪与尿液污水分流,采用干清粪工艺。干粪没有和污水混合在一起可以最大程度的保持其肥料价值,同时还可以保持畜舍清洁,减少甲烷、氨气、硫化氢等有害气体的产生。相比水泡粪工艺,干清粪工艺产生的污水少,同时减少污水中的有机物浓度,降低了处理难度[6]。合理规划布局,畜舍也可以减少污染物的产生,漏缝地板式排水系统相比传统式排水系统可大大提高工作效率;在畜舍内安装合理的通风设施可以大大降低有害气体的浓度;合理使用垫料可以降低畜舍内的湿度、吸收有害气体、用过之后的垫料还可以做肥料和饲料。 2.2进一步加强农牧结合 种植业没有很好的消纳、吸收养殖场的粪污,致使粪便被随意丢弃、堆放,这使畜牧业的废弃物污染加剧。随着畜禽养殖集约化的程度不断提高,以及养殖业向城镇郊区靠拢,种养分离的现象越来越明显,再加上粪便需要一定的处理才能够作为肥料使用,不如化肥方便快捷,这也导致了有机肥的使用率大大降低,最终粪污没有出路,使环境污染更加严重。为了提高人们对于养殖场污染物的治理积极性,政府应该给予一些优惠和激励政策,适当进行奖励和补贴,进而提高污染物的治理效果。 2.3进一步完善清洁生产的技术规范并加强政府引导 目前,清洁生产各地区的推行进展不一,主要是因为并没有根据当地的实际情况建立起清洁生产的技术规范体系,为了使清洁生产具有规范性和强制性,广大养殖企业有章可循,应该制定实践性较强的清洁生产行业手册。政府应出台各种政策和方案刺激养殖户开展清洁生产的积极性,同时给予一定的资金保障和政策支持。要重视榜样和示范的作用,对于开展清洁生产优秀的单位和部门要树立典型并进行推广。 作者:孙明梅 张健 单位:松原职业技术学院 畜禽论文:畜禽养殖业对经济发展的贡献 摘要:由于各个地区有不同的地理因素,各个地方的经济发展也存在千差万别,所以在制定各个地方畜禽养殖业发展时要考虑细致周到,避免制定出不符合自己经济发展的道路,还要根据各个县区的自然资源优势,制定相关的适合畜禽养殖业发展的新道路,在畜禽养殖业发展的道路上出现的新问题,新情况要具体问题具体分析。努力把本区的畜禽养殖业发展提高到一个新的水平。要有龙头企业带动,发动养殖户饲养家禽、家畜,使农民的生产、饲养、销售与一体,从而整体上提高本县本地区的经济实力。 关键词:畜禽养殖业;发展现状;经济进步 1畜禽养殖业的重要性 畜禽养殖业是农村经济的支柱产业,在保障人民食物安全、增加农民收入等方面具有极其重要的意义。结合山东省单县实际,大力发展畜禽养殖业,提升山东省单县的综合经济实力,做大做强畜禽养殖产业,立足山东省单县畜牧大县资源优势,推动农村经济更快更好的发展,是当前必须解决的问题。 2资源优势 山东省单县是鲁西南平原地带,土地肥沃,种植业结构主要是小麦和玉米、花生,收获季节秸秆多、草多等自然资源优势,这样就很容易得到养殖户所需要的低价饲养原材料,降低饲养户的成本,降低养殖风险。农业大县,有着丰富的秸秆资源,但是舍饲的程度很低,许多有用的秸秆都把老百姓作为燃料烧掉,平时采取散户饲养为主,规模化程度低,规模养殖水平低,饲养粗放。据不完全统计,全县常年存栏量在60只以上的规模养殖户不到50家,多是半舍饲半放养的状态,营养不均衡,管理水平低下,饲料转化率很低,很不适应现代肉羊业发展的需要。还有山东省单县被确定为国家青山羊种羊繁育基地、鲁西黄牛基地的有利条件,大力发展畜牧龙头企业和养殖小区,不断壮大专业村、专业户的养殖规模,畜牧业已占据了农业的主要位置,呈现出持续发展的良好态势。 3品种选择 畜禽养殖业中畜禽品种是畜牧业中发展的关键中的关键,重点之重,也是关系到畜牧技术高低的表现。所以说养殖户饲养的品种是畜禽养殖业发展的关键。近年来,山东省单县畜禽品种的繁育方面有了很大的进步。比如,山东省单县是优良的青山羊之乡,在青山羊的保种方面做了很多大量细致的工作。2008年,山东省单县在县委县政府的领导下,在各个部门的通力配合下,才从澳大利亚引种波尔山羊原种羊进行饲养和繁殖,与本地的青山羊进行杂交,繁殖杂交一代、杂交二代波尔山羊。因为波尔山羊具有优良的增长性能,具有生长速度快,体格大,育肥周期短等特点。特别是在2010年,在畜牧主管部门的通力技术指导下,西下陕西省西安市杨凌地区学习先进的胚胎移植技术,通过移植的波尔山羊长势良好,并获得了很大的技术进步。在鲁西黄牛的保种和育种方面,畜牧人员也做了大量的工作,除了保持地方的品种特色外,还引进外来的优良品种和本地牛进行交配和杂交改良。如引进外来的品种有利木赞、夏洛来、西门塔尔等外来牛,利用引进的冻精细管、冻精颗粒等牛的精液与本地的鲁西黄牛进行杂交改良,生产出长势更好,体格更大,更健壮的牛。 4畜禽产品安全 随着社会经济的发展和人们生活水平的不断提高,畜禽产品在人们日常生活中的消费量在逐渐增大,并且在品种和花色上也是不断的追求和提高,人民的菜篮子工程日益丰富多彩的同时,膳食结构也在逐步发生变化。所以畜禽产品的安全和卫生问题也在日益成为人民关注的问题。前几年市场上出现的“苏丹红”事件,“瘦肉精事件”“三聚氰胺”事件,一些养殖场为了片面的追求利润,从促进生长、控制疾病和提高瘦肉率等目的出发,超量或者违禁使用抗生素、防腐剂和一些国家禁止的激素类药物。给动物性食品安全带来了更多的隐患。但是,在山东省单县的畜禽养殖业当中,没有发现这样的情况,这与畜牧主管部门的安全监管和细致周到的工作分不开的。山东省单县的生猪出境量在逐步逐年的增加,肉牛的饲养量也在全区保持第一的良好水平。肉鸭的养殖一直处于领先的地位。给山东省单县的经济带来了活力,也给养殖户带来了可观的经济效益。 5主要成就 山东省单县畜禽养殖业保持着较快的发展势头,发展速度和经济效益稳步增长,动物疾病防控能力方面明显加强,兽药和饲料产量增加,质量提高,产量稳步增长。畜产品产量也在稳步增长,保证了居民日益增长的膳食结构的需要,确保人民群众食物安全,为改善人们的营养结构、营养水平、保证食品安全做出了巨大的贡献。每年的春秋两季防疫,在县政府的统一协调,各个乡镇的统一配合下,落实了全县的防疫目标,防疫数量,确保山东省单县没有发生重大动物疫情。动物发病率、死亡率显著下降,动物防疫水平明显提高,促进了畜牧业的发展,和农村经济的大发展。 作者:刘军 周建民 单位:山东省单县畜牧兽医局 畜禽论文:怎么管理畜禽养殖药物残留 (河南省宁当前集约化畜牧业快速发展,药物的应用品种和数量也在不断增加,药物残留已成为影响食品安全的重要因素,引起了普遍关注。药物残留可直接对人体产生毒性作用,还可通过环境间接对人体造成潜在危害,影响我国养殖业的发展,因此,必须采取有效措施,控制药物残留。控制药物残留主要有以下几方面: 一、加强饲养管理 畜禽的饲养管理是无公害畜禽生产的重要环节。选择优良畜禽品种,推广先进的改良技术及人工受精技术:坚持自繁自养,尽可能地避免疫病传人,采取全进全出的饲养模式;使用无公害的饲料。无公害饲料的保存要做到防潮、防霉、防鼠、防污染;采用阶段饲喂法,掌握不同阶段的饲养管理技术:以粪便无公害处理为中心的环境控制技术。 二、饲料使用 饲料的卫生质量与畜产品的卫生质量密切相关。要提高畜产品的质量必须提高饲料的质量。一定要做好原料检测、脱毒、保鲜等工作,尤其是饲料添加剂、配合饲料应具有一定的新鲜度,应具有该品种应有的色、嗅、味组织形态特征,无发霉、变质、结块、异味、异嗅,且不得使用违禁药物。如氯苯砷酸、洛克沙砷不能作为饲料添加剂。要饲喂“绿色饲料”。保证原料安全。要应用微生态制剂、酶制剂、酸制剂、防腐剂、中草药等绿色添加剂。不应将含药的前中期饲料错用于动物饲养后期,不得将成药或原药膏直接拌料使用。不得在饲料自行再添加药物或含有饲料添加物。结合不同畜禽种类、不同的生长阶段,正确使用畜禽饲料。 三、药物使用 1.坚持治疗为辅。以合理用药、科学用药、对症下药、适度用药为原则.只使用通过认证的兽药和饲料厂生产的产品,以避免产生药物残留和中毒等不良反应。尽量使用高效、低毒、无公害、无残留的“绿色兽药”,要在兽医指导下规范用药,不得私自用药。用药必须有兽药的处方,处方上的每种药必须标明休药期。饲养过程的用药必须有详细的记录。 2.记录用药情况。对免疫情况、用药情况及饲养管理情况进行详细登记。必须按照兽药的使用对象、使用期限、使用剂量以及休药期等严格规定使用兽药。遵守用药规定。及时停药。 3.遵守药物的休药期规定。要按照有关规定要求。根据药物及其停药期的不同,在畜禽出栏或屠宰前,或其产品上市前及时停药.以避免残留药物污染畜禽及其产品,进而影响人体健康。 4.不使用禁用药物。饲养畜禽过程中要严格执行国家有关饲料、兽药管理的规定,严禁在饲养过程中使用国家、国际卫生组织禁止使用的所有药物,如盐酸克伦特罗和氯霉素等.不得将人畜共用的抗菌药物用作饲料添加剂使用,宰前按规定停药。在实际生产过程中:畜禽免疫注射疫苗7天后无并发症才能屠宰食用,免疫注射活疫苗21天后无并发症后才能屠宰食用。应用抗生素、磺胺药治疗疾病的畜禽。其肉、奶在停药3天以上才能食用。如喂含砷的饲料,其肉、奶要停喂5天以上才可食用。四、药残检测在饲养畜禽的整个过程中,要定期对水样、饲料、畜禽粪便、血样及有关样品进行药物残留检测。及时掌握用药情况,以便正确采取措施,控制药物残留。此外还必须在畜牧生产实践中规范用药,建立药物残留监控体系,规定违规的相应处罚手段,真正做到有效控制药物残留。 畜禽论文:畜禽养殖进步状况和决策 全球气候变暖已引起了国际社会的强烈关注,发展低碳经济是应对全球气候变化、减少温室气体排放的迫切要求。近年来,随着丰县经济的发展和人民生活水平的提高,丰县畜禽养殖业发展迅猛,然而随之而来的环境污染日趋严重。因此,保护生态环境,实现丰县低碳畜禽养殖业的可持续发展迫在眉睫。 1丰县畜禽养殖业发展概况 畜禽养殖业作为农业的一部分,在丰县占据着重要地位。近年来,丰县立足实际,突出特色,着力发展规模养殖,实行标准化规模建设,并发展养殖大户2000户,重点发展了肉鸭、肉羊和奶牛三大主导品种。据统计,2007年上半年,猪、牛、羊、禽的饲养量分别达到49.74万头、1.74万头、112.86万只、4458万只,肉类总产超过5万t,禽蛋总产达到1.75万t,养殖产值达到9.9亿元。养殖业人均纯收入达325元,同比增加28.9%,畜牧业已经成为丰县农村经济的重要增长点和农民增收的主导产业。 2丰县畜禽养殖污染现状 丰县畜禽养殖业迅猛发展,大大满足了市场需要,为消费者提供了丰富的畜产品,提高了农民收入,但随之而来的一系列环境污染问题也愈来愈突出。养殖环境的污染主要由畜禽的粪尿及其分解产生的气体所致。另外,冲洗场舍和用具的污水、动物尸体、残余饲料、养殖场排放出的有害气体等对环境造成的污染也不可忽视。按每头(只)猪、牛、羊、家禽的日排粪便量分别为7.30、42.88、5.95、0.15kg计算,全县畜禽粪便年排放量达1295.42万t,再加上冲洗圈舍的污水、病死畜禽、孵化残余物等,污染物将逐渐增多。由于没有科学合理地处理和利用,对大气、水、土壤和生物造成严重污染,破坏了生态环境,不仅影响畜牧业经济的可持续发展,对人类自身的健康和环境安全也造成相当大的威胁。因此,充分认识畜禽污染产生的原因,实施治理养殖业环境污染的应对措施,是保护生态环境、实现畜牧业乃至整个社会和经济可持续发展的重要保证。 3丰县积极开展畜禽养殖业清洁生产的措施 实施畜禽养殖业清洁生产是保证畜禽养殖业健康可持续发展的根本途径。为提高畜禽粪污循环利用率、减少环境污染,丰县重点从以下几方面推进畜禽清洁生产。 3.1合理规划畜禽养殖区,加快推进养殖业排泄物治理 以乡镇为单位划定畜禽禁养区、控养区和可养区。按照资源化、无害化、减量化要求,制定规模畜禽养殖场治理计划,大力推广雨污分流、干湿分离、生物净化和循环利用等多种治污形式,落实治理措施,分期分批推进治理。对禁养区范围内的养殖场,要制定搬迁或关闭的计划,限期完成搬迁或关闭。 3.2对现有畜禽养殖场户标准化改造 据统计,丰县出栏1000头以上的养猪场户有40余个。已有7个养殖场完成或正在实施生猪标准化养殖场建设和畜禽养殖大型沼气项目,为畜禽粪污治理、清洁生产积累了宝贵经验。其余已经建成或投产的畜禽规模养殖场,没有污染防治设施或者有设施但排污不达标的,根据所处养殖区域、养殖规模大小、对周围环境污染程度,选择相应的技术模式,重点对畜禽粪污的处理设施等方面进行标准化改造;对改造整顿达不到标准的,依法关闭。 3.3加强病死畜禽的无害化处理 建立病死畜禽无害化处理制度,按照政府主导、市场运作原则,加快病死畜禽收集和无害化处理中心建设,建立病死畜禽收集网络,对病死畜禽实行统一收集、集中处理,坚决防止乱丢乱弃现象,切实保护周边环境。 4促进丰县畜禽养殖业可持续发展的对策 4.1全民参与,提高环保意识 为了让广大农户牢固树立“低碳养殖”的发展意识,丰县应通过举办技术讲座、下派技术人员进村入户巡回指导、发放技术手册等形式,让广大村民意识到生活环境恶化的现状和严重危害性,并向农民大力推广秸秆青贮氨化养畜、种草养畜、畜禽粪便发酵综合利用等生态养殖技术,让“低碳养殖”观念深入人心。 4.2利用科学,变废为宝 畜禽粪便是严重的污染源,但只要科学处理、合理利用,可实现其资源化配置。其不仅含有丰富的粗蛋白质、粗脂肪、钙、磷等基础性饲料,还含有8%~10%的17种氨基酸和铁、铜、锌、镁等多种微量元素,是优质的农家肥。增施农家肥,既减少了化肥的施用量,改善土壤结构,还可以提高农产品质量,有利于实现畜禽粪便的资源化。 4.3大力发展循环农业,提高排泄物综合利用率 目前畜禽养殖业污染防治存在的主要问题之一是集约化畜禽养殖场多,并出现大量养殖专业户和专业村,畜禽粪便量大且集中,而又无足够土地消纳,为提高畜禽粪便利用率,可从2方面着手:一是深化沼气建设。以畜禽粪便为基本原料,建成“简便适用、造价低廉、运行费低”的小型沼气池;同时,结合沼气建设配套改造生产生活设施,改善农村生活条件,改善村容村貌。二是大力提倡种养结合的农业生态循环模式。将发酵的畜禽粪便和污水用于农田、大棚、果园和鱼塘,发展优质农业、优质果类、优质疏菜,提高经济效益和生态效益。 4.4科技创新,发展生态养殖 如生态养猪,就是恢复猪的拱食习性,以生产健康食品为目的,在维护自然环境的前提下,顺应自然规律,对当地的自然资源进行最大限度地开发和利用,再进行高效的养猪生产。其基本模式是在猪棚内砌制80~100cm的垫料坑,填充稻壳、锯末或者粉碎后的玉米秸秆等农副产品垫料,猪粪尿直接排放在垫料上,实现了粪便零污染;粪尿加速了垫料中微生物的发酵,又是垫料中微生物菌群的营养来源,可使有益微生物菌群不断繁殖,转化为猪可食用的菌体蛋白,成为猪的补充料;垫料发酵过程产生的热量使垫料表面温度升高,冬季可达18℃,底层达到50℃左右,能杀死或抑制细菌、病毒的繁殖,有利于猪的健康生长,保障猪正常越冬,垫料可根据需要2年左右清理1次,经清理可成为高档的有机肥。整个饲养过程对外达到零排放、无臭味、无污染,和传统方法相比较,真正实现了畜牧产业与环境保护的协调发展,可以带给养殖户更多的利益。因此,发展生态养殖业可有效促进经济的发展和效益的提升。 4.5提高养殖业管理水平 应进一步依靠科技进步提高畜禽类饲养管理水平,完善兽医防疫体系,搞好环境卫生工作,合理安排饲养密度,推进健康养殖,善待动物,保证禽类生产健康发展,并控制疫情发生,减少畜禽类养殖场的废弃物。另外,还应限制一些抗生素及药物的使用,从而降低粪便中氮的含量和有毒物质的排放量。制定严格的管理制度,尽最大可能节省饲料,节约用水,做到粪便干湿分开清理,减少冲圈次数,节约用电,畜禽场内种植树木和藤蔓植物,减少夏季太阳对畜禽圈舍的直射,达到自然降温的目的。种植物在为养殖场带来环境效益的同时还可带来经济效益。 总之,人和动物都需要良好的生存环境。要实现畜禽养殖业的可持续发展,畜禽废弃物必须实行无害化处理和资源化利用,确保畜禽养殖业生产和环境保护相协调,以获得良好的经济效益、生态效益和社会效益,从而使丰县的养殖业走向生态环保、良性循环、可持续发展的正轨。
引言 合成革涂饰处理不仅可有效提高合成革成品质量,还可多元化合成革品类,从而提高合成革制品附加值,因此选择合适的涂饰剂十分关键。在高分子科学与皮革工业稳定发展及环保法律法规日趋完善下,合成革涂饰材料已经从溶剂型逐渐转变为水溶液型[1-2]。20世纪60年代初期,聚氨酯树脂首次被应用于皮革涂饰中,其以光亮丰满、耐磨损、易成膜、耐低温、耐曲挠等优点,转变了丙烯酸涂饰剂独霸市场的局面,衍生了新型涂饰特色风格。在聚氨酯树脂类合成革涂饰剂中,溶剂型聚氨酯树脂生产工艺简洁且成膜性能较好,但是需以有机溶剂为载体,成本高且毒性大,环境污染非常严重。随着环保政策的不断强化与人们环保意识的持续增强,研发了水性聚氨酯树脂,以水代替溶剂作为分散介质,以减少环境污染,实现绿色环保。在皮革工业与聚氨酯工业持续发展趋势下,对聚氨酯合成革涂饰剂性能要求也随之提高,聚氨酯涂饰剂类型也趋向于多元化,性能也日趋优化。虽然由于不同合成革制品配方与改性方法存在一定差异,合成革涂饰剂发展方向也大不相同,且呈现出制品多样化趋势,但是研究目的相对统一,即最大限度上满足多种类型中高档合成革制品对涂饰剂的要求。总而言之,目前聚氨酯类合成革涂饰剂的研究侧重点在于基于改性提升制品使用性能,并满足生态环境保护需求与涂饰剂乳液稳定性、高固含量等相关要求[3-4]。聚氨酯类合成革涂饰剂未来的发展方向将会体现在针对不同改性材料的复合改性,研发新型改性材料,提升涂饰剂稳定性,从而普遍应用于球类制品、箱包等多领域,获取良好经济效益方面。 1篮球用环保型水性聚氨酯合成革涂饰剂制备 1.1原料 篮球用环保型水性聚氨酯合成革涂饰剂[5]制备用原料主要有:尿素,山东德坤生物科技有限公司;丙酮,南通润丰石油化工有限公司;聚四氢呋喃醚,济宁三石生物科技有限公司;己二酸、醋酸铵,江苏普乐司生物科技有限公司;1,3-丙二醇、二羟甲基丙酸,三井化学有限公司;1,4-丁二醇,山东鑫城化工有限公司;二月桂酸二丁基锡,山东辉安化工有限公司;异佛尔酮二异氰酸酯,济宁三石生物科技有限公司;三乙胺、丙烯酸羟乙酯,山东耀佳化工有限公司;乙酸乙酯,济南汇世化工有限公司。上述原料均为分析纯。罗丹明B(人工合成的红色碱性荧光染料),济南汇锦川化工有限公司。 1.2仪器 篮球用环保型水性聚氨酯合成革涂饰剂制备用仪器主要有:ZH,24标准口三颈烧瓶,南京滨正红仪器有限公司;RC-2000Ⅲ型控温仪,济南泰医生物技术有限公司;SHZ-DⅢ型真空泵,郑州凯米克仪器设备有限公司;CQM750高速搅拌器,青岛科尼乐机械设备有限公司;油浴加热装置,苏州迈浦特机械有限公司;涂膜器,山东盛德利机械设备有限公司;H11393台式测厚仪,邢台德延科技有限公司;DV-2-PY0型Brookfield黏度仪,德国布鲁克公司。 1.3制备 适量尿素放置于坩埚内,放上盖子之后将坩埚转移至高温炉内加热,加热速率控制在9℃/min,于60min之内持续加热温度上升至550℃,以此温度持续加热180min后静置冷却,然后移开坩埚盖子,再以550℃温度状态下继续加热180min,这时坩埚中的尿素已经转变成石墨相氮化碳。取出来之后将其倒入丙酮溶剂内,以超声波技术加以剥离,120min停止,制备生成石墨相氮化碳丙酮分散液,留置待用。于三颈烧瓶上设置搅拌器、冷凝管、温度计、控温仪,再在烧瓶中逐步添加聚四氢呋喃醚、己二酸、醋酸胺、1,3-丙二醇,于三颈烧瓶中充入氮气作为保护气体,随后加热直至温度上升到95℃。通过300min持续反应之后,于室温状态下静置冷却,以生成聚酯-聚醚改性多元醇。再加入石墨相氮化碳丙酮分散液,并添加二羟甲基丙酸、1,4-丁二醇、二月桂酸二丁基锡,进行加热,温度上升至85℃时添加异佛尔酮二异氰酸酯,通过240min持续反应之后于室温状态下静置冷却,在温度下降至60℃时添加适量丙酮溶剂加以稀释,然后加入丙烯酸羟乙酯继续进行反应120min,便可制备生成石墨相氮化碳预聚体,最后于溶液内添加三乙胺以中和反应获得盐类物质。将预聚物放置于常温状态下,添加蒸馏水之后高速搅拌快速乳化,再以旋蒸方式去除丙酮,最终生成的物质便是水性聚氨酯涂饰剂。把待涂饰的合成革贝斯放置于水平操作台面上,提取适量水性聚氨酯涂饰剂均匀涂抹于贝斯上,确保涂刷时无气泡和裂缝,涂刷完成之后放置于烘干箱内,在70℃温度环境下烘干2min之后取出,于室温环境下静置冷却,再进行性能测试[6-8]。 1.4性能测试 黏度测试:按照GB∕T39452—2020规定的皮革涂层粘着牢度测试方法进行黏度测试;乳液粒径测试:以Mastersizer2000型激光粒度分析仪进行乳液粒径及其分布测试,测量温度为25℃,测试3次取均值;涂膜耐水性:按照GB/T1733—1993规定的漆膜耐水性测定法进行涂膜耐水性测试;光催化活性测试:以罗丹明B光催化法进行涂饰剂光催化活性测试;VOC含量测试:以卡尔-费休法进行VOC含量测试。 2篮球用环保型水性聚氨酯合成革涂饰剂性能测试结果 2.1黏度测试结果 水性聚氨酯涂饰剂黏度与多元醇的固含量息息相关,所以合成革贝斯涂饰剂通常都具备适宜的固含量与黏度,并且在制备时可切实应用于判断体系反应的进程[9-10]。所以,在水性聚氨酯涂饰剂制备时,通过监测分析固含量与黏度,可评估得知石墨相氮化碳预聚体内聚合高分子物质的实际聚合状况。据此,水性聚氨酯涂饰剂黏度测试结果如表1所示。表1水性聚氨酯涂饰剂黏度固含量/%15182325313957多元醇黏度/mPa·s1750200024302700310038005550预聚体黏度/mPa·s2000240031003440400046506200由表1可知,预聚合反应120min时黏度指标增长处于相对稳定的态势;在适度调整原料与溶解配比之后制备生成的透明无色改性多元醇的固含量<40%时,通过黏度指标测试发现相对偏低且保持稳定;基于此制备的石墨相氮化碳预聚体(石墨相氮化碳占比1%)表现为浅黄色透明液体状,通过测试明确预聚体粒径处于50~80nm范围,pH值相对稳定,黏度指标偏低且长时间处于稳定状态,易加工。 2.2聚氨酯乳液性能测试结果 为确保环保型水性聚氨酯合成革涂饰剂效果,需添加既定亲水扩链剂。在不同添加量的亲水扩链剂二羟甲基丙酸中添加相同量的扩链剂1,4-丁二醇、催化剂二月桂酸二丁基锡,以制备生成水性聚氨酯合成革涂饰剂,以此进行黏度测试[11-12],结果如表2所示。由表2可知,亲水扩链剂二羟甲基丙酸添加量越高,制备生成的环保型水性聚氨酯合成革涂饰剂黏度越大,但是乳液粒径越小,综合考虑涂饰剂在使用时对于黏度性能的相关要求,需科学合理控制亲水扩链剂二羟甲基丙酸添加量。根据市场产品特性与具体要求,可选择亲水扩链剂二羟甲基丙酸添加量分别为4%、4.5%,有助于生产上辊涂等相关操作。 2.3涂膜耐水性测试结果 根据涂膜耐水性测试标准,提取一块已经涂饰完成的合成革,再裁剪为尺寸相同的正方形,以电子天平称重,质量以n1表示,并将正方形合成革小块分别放置于装有纯净水的器具内,经过1d浸泡之后及时取出,以滤纸擦拭合成革表面,将表面水分去除干净再称重,质量以n2表示,据此基于下述公式进行合成革吸水率计算。由表3可知,在亲水扩链剂二羟甲基丙酸添加量为3%时,已涂饰完成合成革的吸水率最小。 2.4涂膜光解小分子有机物测试结果 环保型水性聚氨酯合成革涂饰剂的光催化活性评估依据是将已涂饰完成的合成革放置在阳光下直晒,以测试合成革分解小分子有机物速率变化,据此以罗丹明B光催化法测试涂饰剂光催化活性[14]。根据技术标准配制10g/L罗丹明B溶液,并添加涂饰剂以快速均匀搅拌,再提取少量以涂饰合成革,在中午12时放置于阳光下直晒8h再取回。结果发现含带石墨相氮化碳纳米片的水性聚氨酯合成革涂饰剂的光催化活性更加显著,可有效光解小分子有机物。在此基础上基于紫外-可见分光光度法进行光谱测试,结果表明环保型水性聚氨酯合成革涂饰剂经过2h光照之后对于罗丹明B的降解率可以达到92.5%。 2.5VOC含量测试结果 以卡尔-费休法对环保型水性聚氨酯合成革涂饰剂内VOC含量进行测试[15]。具体即以干净的微量注射器量取既定体积纯净水,再利用卡尔费休水分测试仪器测试5次,以其均值为测试值(σw),并以干净的微量注射器量取既定量涂饰剂,以测试其含水量,测试5次取其均值(ϑv),就水性聚氨酯合成革涂饰剂理论固含量(ϑ),可知本文环保型水性聚氨酯合成革涂饰剂VOC含量>15%,按照水性聚氨酯涂饰剂固含量计算方法计算涂饰剂VOC含量,计算公式具体即:VOC含量=(100-ϑ-ϑv)×σw×10以相同方式对工业用雾型涂饰剂与油亮型涂饰剂内VOC含量进行计算,以此与环保型水性聚氨酯合成革涂饰剂对比分析。测试结果如表4所示。由表4可知,相比工业用雾型涂饰剂与油亮型涂饰剂,环保型水性聚氨酯合成革涂饰剂内的VOC含量相对更低,更具生态环保价值。 3结语 在环保理念逐渐深化的趋势下,生态型、环保型、经济型水性聚氨酯合成革涂饰剂的研发制备越来越重要。据此本文针对篮球制作需求制备了环保型水性聚氨酯合成革涂饰剂,并对其相关性能进行了测试分析,从而得出结论:预聚合反应120min时黏度指标的增长处于相对稳定的态势;在适度调整原料与溶解配比之后,在多元醇固含量<40%时,制备的石墨相氮化碳预聚体表现为浅黄色透明液体状,粒径处于50~80nm,pH值相对稳定,黏度指标偏低且长时间处于稳定态势,易加工;亲水扩链剂二羟甲基丙酸添加量越高,制备生成的环保型水性聚氨酯合成革涂饰剂黏度越大,但是乳液粒径越小,综合考虑亲水扩链剂二羟甲基丙酸添加量为4%、4.5%时最佳;在亲水扩链剂二羟甲基丙酸添加量为3%时,已涂饰完成合成革吸水率最小;含带石墨相氮化碳纳米片的水性聚氨酯合成革涂饰剂的光催化活性更加显著,可有效光解小分子有机物,且涂饰剂经过2h光照之后对于罗丹明B的降解率可以达到92.5%;相比工业用雾型涂饰剂与油亮型涂饰剂,环保型水性聚氨酯合成革涂饰剂内的VOC含量相对更低,更具生态环保价值。总之,本文制备的环保型水性聚氨酯合成革涂饰剂内的VOC含量相较工业用涂饰剂更低,更加适合合成革清洁生产与生态环保发展理念,且更符合篮球制作要求与性能标准。 参考文献: [1]李钢东.高性能水性聚氨酯皮革涂饰剂制备改进工艺研究[J].石油化工技术与经济,2022,38(1):25-27. [2]洪爱军.PVC人造革用有机硅改性水性聚氨酯涂饰剂的合成和性能研究[J].科技风,2019(24):164. [3]黄涛.合成革水性聚氨酯涂饰剂的合成与应用[D].上海:东华大学,2015. [4]李鹏妮.全水性聚氨酯合成革制备工艺研究[D].西安:陕西科技大学,2012. [5]陈新,杨明华,沈秋仙.水性聚氨酯合成革表面处理剂研究进展[J].广州化工,2015(16):11-12,56. [6]徐一剡,章建剑,王旭.水性生态合成革涂饰剂的制备及应用研究[J].皮革制作与环保科技,2022,3(2):7-9. [7]胡金刚,吴雪宁,吴婕,等.水性生态合成革涂饰剂的制备及应用[J].广州化工,2021,49(20):36-40. [8]陈新,杨明华,沈秋仙.水性聚氨酯合成革表面处理剂研究进展[J].广州化工,2015(16):11-12,56. [9]刘玉婷,田智杰,邵超群,等.水性紫外光固化合成革用聚氨酯丙烯酸酯树脂的合成及性能研究[J].涂料工业,2012,42(7):35-38. [10]孙哲,何亚州,范浩军,等.石墨烯/聚氨酯复合涂饰剂的制备及性能研究[J].皮革科学与工程,2016,26(5):10-15. [11]李宁.聚氨酯型高分子皮革涂饰剂的研究[J].中国皮革,2022,51(2):64-68. [12]南雄西顿化工有限公司.一种高物性水性合成革涂饰剂及其制备方法:CN202111481006.1[P].2022-03-04. [13]柴春鹏,徐单单,马一飞,等.一种光敏变色水性聚氨酯涂饰剂的制备与性能研究[J].功能材料,2017,48(5):5216-5220. [14]叶来斌,潘刚,陈新.有机硅改性水性聚氨酯在合成革中的应用研究[J].广州化工,2014,42(9):103-105. [15]江西铭川科技实业有限公司.一种光亮型聚氨酯合成革用水性表面涂饰剂:CN201810191310.4[P].2018-09-04. 作者:于俊振单位:西安思源学院
浅谈污水处理厂的工艺设计:BAF工艺在城市污水处理厂设计中的细节处理 摘要:简要介绍马鞍山博望东区污水处理厂的处理工艺和设计特点,阐述生物滤池工艺在中小型城市污水处理应用上的优势,对工艺设计过程中的一些设计细节进行分析,并阐明所采取的处理方法。 关键词:城市污水处理厂;BAF;设计;碳源不足 1工程概况 马鞍山博望东区污水处理厂一期规模1.0×104m3/d,变化系数1.58;远期规模2.0×104m3/d。变化系数1.49。具体进、出水指标见下表。 表1设计进、出水水质指标 Tab.1Design quality of influent and effluent 103 该项目出水水质执行《城市污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)中的一级A标准,采用BOT模式建设。 2BAF生物滤池工艺的选择 生物滤池工艺(BAF)是一种集生物反应、过滤和反冲洗再生于一体的处理工艺。近年来从诸多中、小规模城市污水治理的优选工艺中逐渐凸现出来,特别适用于BOT模式的建设,具有投资合理、运行经济、管理方便的特点。 其主要优势表现在:①流程短构筑物少占地小;②工艺设备全部国产化,投资经济;③工艺氧利用率高,节省曝气电耗;④自动化程度高,节省人工管理费;⑤污泥体积产量相对较小,污泥处理费用较低;⑥出水水质好,抗冲击负荷能力强。 3设计过程中的细节问题和处理方法 3.1提升泵房的设计考虑 须考虑泵房远期设备增设的可能,设计将泵站潜污泵集水井分两格,土建按远期规模一次建成,设备分期安装。 3.2细格栅的选择 上向流生物滤池的滤头易于为污水中的絮状纤维、毛发类所堵塞,为此对格栅机的选择显得尤为重要。 本项目细格栅设计选用一种新型的内进水网板格栅,它的进水方向和出水方向相垂直,有效增加了过水面积。其采用的一种新材料网板,更能有效针对水体中的毛发、纤维物的去除,本设计网板空隙e取2mm。 3.3沉砂池设计上的考虑 项目可研推荐采用曝气沉砂池,本设计考虑到曝气沉砂池会造成碳源的进一步缺失,且预曝气效果也会对后续沉淀池絮体沉降造成不利影响,造成加药量的增加,故本设计改用旋流沉砂池。 在对旋流沉砂池的设计时,侧重对有机物的分离,以减少有机物的流失为目的。为此桨叶数设置为4片,水力停留时间设计为50s,螺旋桨转速为26r/min,桨叶距池底50mm。[2] 3.4沉淀池设计上的考虑 沉淀池的设置保证了生物滤池对进水SS的要求,但同时也加剧了碳源不足的矛盾,所以应通过对沉淀池的合理设计,减少可降解悬浮性有机物在沉淀池中的去除。本项目沉淀池采用高密度沉淀池,设计中除采用较高的水力负荷外(含污泥回流取值7.0m3/(m2·h)),另设超越管路,在进水碳源较低的情况下,考虑进水部分超越的做法,以保证碳源的充足。 撇油管设置于高密度沉淀池前端,以清除水体中的浮渣和污油。 生物滤池的反洗废水经提升排至高密度沉淀池的前端,可较排至提升泵房再经二次提升节省电耗,另外,滤池反洗废水中含大量脱落的生物膜,其沉降性好,对沉淀有利,可有效减少药剂的投加。 3.5生物滤池段设计上的考虑 生物滤池是一种大阻力处理工艺,滤池阻力随生产时间的增长通常很快。为此,在设计中应考虑对安全水头的合理预设,并对滤池的水力作如下设计处理。 ①前级反硝化滤池采用较大粒径的滤料(6-9mm,通常3-5mm),让更多的悬浮物在后续硝化滤池(滤料粒径3-5mm)中截留,避免前级滤池的过频冲洗造成的对反硝化厌氧条件的影响,提高脱氮效率。 ②硝化滤池内的滤头不设防堵滤帽,减少生物滤池段的整体水损。 ③在合理的水力停留时间内,控制滤层厚度,减小滤层的过滤阻力,本项目反硝化滤池滤层高度设计为3.2m,硝化滤池滤层3.5m。 ④本项目滤池组并联格数较少(≤6格),利用生物滤池大阻力特性,设计采用管道配水形式,也能达到较好的配水效果。运行中,滤池的过水能力实际是一个动态变化的过程,通过对单池过水量的观测,可直接判断工况,切换反洗。 ⑤设计反硝化生物滤池含回流的水力负荷为7.1m3/(m2·h)、硝化滤池为5.3m3/(m2·h),硝化回流比R=150%。 其他一些细节设计处理: ①滤池的反洗排水管易于放空,可取消设置检修用手动阀门,减少设备投资。 ②后级滤池有前级滤池的保护,滤头为纤维物堵塞的可能小,其配水室的保护放气管取消设置。 ③将滤池的反洗降水位排水管道和反洗进水管道合并设计,优化管路系统,节约了大量阀门。 ④在出水稳流栅的基础上,增设滤料捕捉板,更有效的防止滤料在反洗过程中的流失。 ⑤废水缓冲池设曝气穿孔管,利用滤池反冲洗风机进行搅拌,减少设备投资。 3.6中水回用的考虑 该项目处理后出水SS可控制在10mg/L以下,经消毒处理后可作为中水供厂区内日常设备冲洗、药剂配制、绿化浇洒、室外消防、洗路冲厕等使用。 本项目设计一套规模为500m3/d的中水回用系统。中水管网和室外消防系统共用一套管路,其取水泵房和消毒池后的尾水排放泵房合建,管网水压设稳压罐稳压。 3.7超越管路的设计 污水厂超越管路是工艺系统正常运行的基本保证,也正是通过超越管路的设置,才能为非正常工况的调整提供可能性。 ①该项目不设全厂总超越,采用双回路供电,确保用电的安全。 ②在提升泵房后、细格栅前设置泵后超越,用于整厂停产、检修时。此时污水厂提升泵站作为城市污水管网的终点泵站。 ③在生物滤池前设置超越管道,即二级处理超越,用于生物处理段出现非正常工况时。污水可经过细格栅、沉淀池经过一级处理后排入博望河,最大限度的降低污水中的污染物浓度。 ④紫外消毒池设设备检修用超越渠道。 4设计过程中欠考虑的细节问题 设计中也有一些问题考虑不足,例如曝气生物滤池管廊设备的吊运问题,设计原只考虑了通过管廊出口处的单轨电动葫芦进行设备在管廊内的进出起吊,但是设备在管廊内的运输却未予考虑,安装时设备只能依靠人工搬运,极为不便。目前主要考虑在管廊内增加平板小车的办法来解决风机、水泵等的检修搬运问题。 5结语 近年来伴随BAF生物滤池工艺在城市污水处理厂的广泛运用,其设计布局和工艺组合的形式也在设计实践中得到不断的改进和优化,而其一些细节设计问题更应得到充分的考虑和重视,才能保证系统在今后的运行中更加顺畅、可靠、便捷和经济。 浅谈污水处理厂的工艺设计:浅议小城镇污水处理厂设计中处理工艺的选择 摘要:本文针对小城镇污水处理厂设计中工艺选择应考虑的问题,详细介绍了几种适合小城镇污水处理的方法,同时,对几种方法的优、缺点做了较为详细的讨论,为小城镇污水处理厂处理工艺的选择提供参考。 关键词:小城镇污水处理;SBR工艺;A/A/O工艺 随着“城镇化”的逐步推进,我国小城镇人口增加、经济迅速发展,污水排放量也在不断增加。许多城镇生活污水、工业废水未经任何处理,直接排入水体,对周围的环境造成了严重的污染,成为区域性水环境的重要污染源头,对城镇居民饮用水安全及生存环境构成了严重的威胁,制约了小城镇的可持续发展。建设小城镇污水处理厂,对这些污水进行收集和处理势在必行。需要根据它所处的自然地理环境条件、当地经济结构、产业结构等因素,经过分析比较,选择经济合理的处理工艺。 1 小城镇污水厂的特点 小城镇污水处理厂的规模一般小于20 000m3/d,进厂污水包括生活污水及工业废水。由于水量较少,存在以下特点: ①水量不均匀,昼夜变化大。相对于城市而言,小城镇人口少、社会分工简单,人民的生活规律较一致,污水的产生时段集中在白天,晚上水量较少。 ②水质受工业废水影响较大。由于生活水平和习惯的差异,较之城市而言,小城镇生活污水水质较为稳定,且有机物含量相对较低。因水量较少,若当地工业废水量较大,进厂污水水质将随着工业废水水质的变化波动。 ③经济效益不明显。相对城市污水处理厂而言,其吨水处理费用相应较高,经济效益不明显。 ④管理水平较低,要求设计工艺流程操作简单、便于维护。 2 适合小城镇污水处理的工艺 针对小城镇污水处理的以上特点,结合对现有小城镇污水处理厂工艺选择的调查,介绍几种适合小城镇污水处理的方法,并提出我国小城镇污水处理工艺的发展趋势。 2.1 污水自然净化处理系统 常见的污水自然净化处理系统包括稳定塘和土地处理系统。 2.1.1 稳定塘。稳定塘又称为氧化塘或者生物塘,具有投资少、运行管理简便、节省能耗的特点。稳定塘具有以下几个优点:一是处理成本低。稳定塘的结构简单、施工周期短、处理耗能低、运行维护方便且成本低,因稳定塘的污水处理成本低。二是抗冲击负荷强。稳定塘一般具有较大的容积,能够承受污水水量的波动,适应能力和抗冲击负荷强,满足小城镇污水处理的工艺要求。三是能够充分地利用当地现有的湖泊、池塘等,可以因地制宜,达到污水处理的目的。四是污泥产量少,从而减少二次污染,降低了污泥的处理处置费用。然而,氧化塘也有一些缺点和局限性,主要表现在:占地面积大,处理的效率相对来说比较低,可能产生臭味滋生蚊蝇,不宜建在居民区的附近。 2.1.2 土地处理系统。污水土地处理系统是指利用农田、林地等土壤—微生物—植物构成的陆地生态系统对污染物进行综合净化处理的生态工程。污水土地处理系统的优点有:一是污水土地处理系统可以促进污水中植物营养素的循环,污水中的有用物质通过作物的生长而获得再利用。二是污水土地处理系统的基建费用少,能够充分地利用土地和洼地等。三是污水土地处理系统的运行管理方便,而且能耗低。四是污泥得到充分地利用,二次污染少。同时,土地处理系统也有一些缺点,如果设计不当,会污染土壤和地下水,特别是造成重金属污染、有机毒物污染,导致农产品质量下降。也会散发臭味、滋生蚊蝇,甚至会影响人体的健康。 目前应用最广泛、研究最成熟的就是人工湿地处理系统。人工湿地系统由不可缺少的五个部分构成,分别是具有透水性的基质、在饱和水和厌氧基质中能够生长的植物、水体、无脊椎或者脊椎动物以及好氧或厌氧的微生物种群。它具有土地处理系统的优点,操作简单、投资省、能耗低。但其占地面积相对来说较大,比较适用于用地不太紧张的农业区小城镇。 2.2 SBR工艺 序批式活性污泥法简称SBR,又叫序列间歇式活性污泥法。它通过在运行上的间歇操作,实现了对有机物的有效降解。SBR工艺主要优点有:一是工艺处理设备少,无二沉池和污泥回流系统,运行操作简单、管理方便。二是不受污泥膨胀的困扰。三是抗冲击负荷能力强。四是可以实现好氧、缺氧、厌氧状态交替出现,脱氮除磷的效果好。由于以上特点,SBR 系统更适合水量小、分散点源、污染物间歇排放的小城镇污水处理。但同时,SBR 工艺也有一些不可忽略的缺点,由于滗水深度一般是1~2 m,因此污水提升的说水头损失比较大。设备对自动化控制要求严格,因此对管理人员的要求也比较高。同时由于SBR 工艺不设初沉池,在一定程度上容易产生浮渣。由于采用的是在时间上形成的缺氧、好氧环境,脱氮效果不好。 2.3氧化沟工艺 氧化沟工艺是活性污泥法的一种变型,在结构上是一种首尾相连的循环曝气沟渠,污水处理按照厌氧、兼性厌氧、好氧的组合方式进行。其特点在于混合液循环流动的沟状生物反应器和机械转刷曝气。该工艺具备以下几个优点:一是构筑物少,可不建初沉池以及污泥消化池,因此处理流程简单,操作管理方便。二是能够承受水质水量的冲击负荷,克服了高浓度工业废水抑制活性污泥菌活性的缺点。三是当需要进行脱氮除磷时,相对传统的脱氮除磷工艺,氧化沟具有降低运行费用以及能耗的优点。四是出水水质好,运行稳定。但是,由于一般不建初沉池和污泥消化池,氧化沟工艺增加了反应池的负荷,这在一定程度上会增加部分能耗,同时由于氧化沟的曝气装置比如表面曝气器或者曝气转刷等机械部件需定期维修,因此检修工作量较大。 2.4A/A/O工艺 A/A/O工艺是常规的典型除磷脱氮工艺。通过在生物反应池中人为的造成厌氧、缺氧、好氧的生物环境。该工艺不但能有效的去除磷和氮,而且COD、BOD和SS去除效果也优于常规的活性污泥法,还可以提高污泥的沉降性能。其主要优点:一是出水水质好。池内经缺氧、厌氧、好氧处理,处理效率提高,净化效果好,能有效控制活性污泥膨胀。二是运行效果稳定,耐冲击负荷。池内有滞留的处理水,对污水有稀释、缓冲作用,有效抵抗水量和有机污物的冲击,运行稳定。三是高效脱氮除磷,节省化学药剂使用,具有良好的脱氮除磷效果,剩余污泥含磷量高,肥效好,可利用作污泥堆肥。四是没有固定池型,可满足各种规模的污水处理。然而,由于设备数量较多,其管理运营较为复杂,设备检修维护要求较高。 2.5 厌氧水解—高负荷生物滤 厌氧水解—高负荷生物滤池是近年来为了适应小城镇污水处理的特点而产生的处理工艺。该工艺主要是将预处理工艺由传统的初沉池改为厌氧水解滤池,同时在传统高负荷生物滤池的基础上对其工艺构造进行了重要的技术创新。改造后的工艺既具有高负荷、高效率的优点,又通过采用具有高空隙率、高附着面积和高二次布水性能的新型塑料模块填料,取消了滤池出水回流系统,从而大幅度的降低了操作运行的能耗以及建设投资费用。作为新型工艺,厌氧水解—高负荷生物滤池有以下几个突出的优点:一是与普通的活性污泥法相比,该工艺的产泥量大大减少,这就在一定程度上降低了污泥处理、处置费用,也降低了二次污染。二是由于该工艺处理系统集初沉池、曝气池、污泥回流设施以及供氧设施等与一身,因此污水处理流程简单,管理运行简单。三是工艺的抗冲击负荷能力比较强。这些优点都决定了厌氧水解—高负荷生物滤池能够适应我国小城镇污水的要求。 3 结语 通过对上述几种小城镇污水处理工艺的比较,可以得出以下几个结论:小城镇污水处理应从节约成本和管理方便入手来选择污水处理工艺,将经济、环境、社会效益达到最大化。实践证明,人工湿地处理系统不仅投资省、处理效果好,而且有助于美化生态环境,是小城镇污水处理工艺的最优方案之一。从成本出发,氧化沟工艺以及SBR 工艺设备简单,规模在5000m3/d以上的小城镇污水处理厂,可优先考虑。 浅谈污水处理厂的工艺设计:污水处理厂的除磷脱氮工艺设计研究 【摘 要】随着人们生活水平的提高,对污水排放标准的要求也相应提高了,但是目前中国大多数城镇的污水处理厂却由于各种原因的结合而导致脱氮除磷的效果相当差,出水更是难以达到标准的要求,污水处理不好,给人们的生产及生活带来了很大的不方便。因此,本文针对上述存在的问题,就污水处理厂除磷脱氮的相关工艺设计问题进行了重点探讨,希望通过对该问题的关注,来提高污水处理厂处理污水的效果,以此更好的提高人们的生活水平。 【关键词】存在问题;除磷实验;脱氮研究 0.引言 近几年来,人们的生活水平在党的正确政策带领下,取得了较快提升,各种工厂工业也如雨后春笋般涌现,然而在人们为之高声欢呼的同时,污水排放问题却让人们无所适从,虽然关于污水排放的相关政策很多,但污水排放的效果却不尽如人意,人们在反思自身不足的同时,也采取了更为先进的高科技方法,希望以此来提高污水处理的效率,本文正是在此种背景下,对污水处理厂关于除磷脱氮问题进行了重点讨论与研究。 1.化学除磷试验研究 1.1试验装置与试验方法 为有效配合除磷实验的研究,首先我们可以建一个柱高0.8m,直径0.3m的模拟水池,当水池有反应沉淀现象时,原水和混凝剂溶液均从距底部0.6m处注入,内设JJ-1大功率电动搅拌器,使原水和混凝剂充分混合,将污泥沉淀于混凝池底部排出,以去除原水中的SS 和TP,清水由出水管排出,溶药池也同样使用搅拌器使固体混凝剂充分溶解为液状,并由蠕动泵注入混凝池。化学除磷试验中首先对混凝剂的种类进行优选,并对投药量和搅拌时间两个参数进行优化。 1.2混凝剂的筛选 试验选用硫酸铝、聚合氯化铝、硫化铁和聚合硫酸铁4种常用的混凝剂,在搅拌转速100r/min搅拌时间30min的实验条件下,对各个混凝剂在不同投药量下出水的TP和SS 的浓度进行考察,优选出最佳的混凝剂。随着混凝剂投药量的增加,出水SS 的浓度不断降低,但4种混凝剂对SS的去除效果基本相同。而从对TP的去除效果来看,氯化铁和聚合硫酸铁这两种铁盐混凝剂要优于硫酸铝和聚合氯化铝这两种铝盐混凝剂,当投药量增加到30mg/以上时,投加铁盐混凝剂的出水TP的浓度都降到0.5mg/l以下,达到国家一级排A放标准对TP浓度的要求。 除了具有良好的除磷效果,PFS在价格方面也占有一定的优势,市售PFS为700元/t,市售氯化铁为1100元/t。所以,无论是TP的去除效果还是经济性方面,PFS均为理想的药剂,从实际生产技术经济方面考虑,最终选择PFS为化学除磷的混凝剂。 1.3运行参数优化 在确定使用聚合硫酸铁为化学除磷试验的混凝剂后,对投药量和搅拌时间两个参数要进行优化。 第一,对投入量参数的优化。随着混凝剂PFS投加量的增加,水中TP的浓度不断减少。当投药量达到30ml/g时,水中TP的浓度已低于0.5mg/l,去除率达到75%以上。根据铁盐除磷的化学方程式可知,每去除1mg的磷,需要1.8mg的铁。原水中TP的浓度在1mg/l至4m/l,若使出水TP浓度小于0.5mg/l,最多需要12mg/l的硫酸铁,以至少40% 有效成分计算,需要30mg/l。考虑水解等因素, 最终选定投药量为40mg/l,此时的出水TP浓度为0.3mg/l。可以保证出水水质符合一级A排放标准的要求。 第二,对搅拌时间参数的优化。随着搅拌时间的增长, 水 中TP 的浓度不断减少。时间从 5min增加到15min, 水中TP 的去除率提高了5.1%,而从15min 增加到30min, 去除率仅提高了2.0%, 故过长的搅拌时间对TP的去除并无显著的效果, 反而会增加额 外的能源消耗和构筑物的建筑体积。 2.后置反硝化脱氮试验研究 2.1试验装置与试验方法 后置反硝化脱氮试验采用三级生物滤柱设计三级滤柱分别为氧化硝化CN池、硝化N池和反硝化DN池,并同时向DN池中投加甲醇作为外加碳源, 即分别进行氧化反应、硝化反应和反硝化, 对污水中的COD、NH3-N和TN进行生化去除。其中CN池和N池使用空压机进行曝气。三级滤柱均采用上向流方式, 使用高压隔膜泵从底部注水, 滤柱中的火山岩滤料粒径分 别为 6~8、4~6、3~5mm。 2.2运行参数优化 进水中的COD和NH3-N分别在CN池和N池中进行去除,出水进入DN池后,需要在外加碳源的条件下,将水中的TN予以去除。碳源的投加量将决定TN 的去除效果,投加不足将没有足够的 碳源供反硝化反应的进行,投加过量一方面会增 加额外的经济费用,一方面还会增加出水 COD 的浓度,故中试对后置反硝化的碳源投加量进行了重点考察, 并选择易于生物降解和被反硝化细菌利用的甲醇作为碳源。随着甲醇投加量的增加,进水中可供反硝化 利用的碳源不断增加,出水的 TN 浓度也随之下降,当投加量增加到25mg/ L时, 出水TN浓度已达到一 级A排放标准以下, 但当继续投加到35mg/l时,随着进水中可被利用的硝酸盐和亚硝酸盐浓度的降低,即使继续增加甲醇投加量也难以加快反硝化反应的速率,出水的TN浓度趋于平缓。 考察投加甲醇过程中进出水的COD浓度变化趋势,当甲醇投加量在535mg/l之间时,出水COD浓度变化并不大,但继续增加40mg/l时,投加的甲醇已不能完全被反硝化反应作为碳源所利用,反而会影响出水的COD浓度。综合投加甲醇对进出水TN和COD变化趋势,确定后置反硝化的甲醇碳源投加量为30mg/l,此时出水TN浓度为9.46mg/l,COD浓度为33mg/l,均符合国家一级A排放标准。 水力停留时间HRT是指污水与滤池内微生物作用的平均反应时间,是工艺中另一重要控制参数。随着水力停留时间HRT的增长,出水TN的浓度也随之不断下降。但从45min开始,出水TN下降的速率便开始变得平缓,通常反应时间越长,微生物对基质的去除率越高,则在流量一定的条件下,对构筑物的容积要求越大。因此,结合建设费用,确定水力停留时间为45min。 3.结论 第一,污水处理厂升级改造选择化学除磷进行深度处理,选用聚合硫酸铁为混凝剂,在投药量为40mg/l、搅拌时间为15min 的条件下,使出水TP浓度保持在0.5mg/l以下。 第二,在水厂现有两级曝气生物滤池工艺基础上,增加后置反硝化工艺进行水厂深度脱氮的升级改造,可使用甲醇作为外加碳源,其投加量为30mg/l, 使出水TN及COD指标均能够达到一级A排放标准。 第三,采用后置反硝化工艺进行深度脱氮的升级改造,单池水力停留时间为45min的条件下,出水TN浓度保持在15mg/l以下,实现一级A达标排放。 总之,在高科技的社会主义市场经济大背景下,为实现效益的最大化,我们就应该尽可能的引用高新技术,来为我们的效益服务。随着人们生活水平的提高,人们的精神需求也是日益提升,但与此同时,生活尤其是工业污水却一直困扰着人们,而且也给人们的生活及工作带来了很大的不方便,更有甚者,污水如果得不到及时处理,会对我们赖以生存的地下水造成极大的污染,这样就会直接威胁到人们的生活及生产,因此污水厂无论是出于自身经济效益的考虑,还是出于对人们生活负责人的角度,都应该提高污水处理的效果,尽可能多的将污水进行有效的处理,这就需要污水处理厂除在人员配置方面下工夫外,还要多多引进先进的技术,来对污水进行有效处理,上文介绍的除磷脱氮技术研究就是应用高科技水平的很好实例。这样一来,我们不仅可以很好解决水资源严重不足的问题,解决好广大西北部地区严重缺水的问题,同时我们还可以很好的净化我们的水资源,另外,环境问题也会随着污水的处理而变得不再是困扰人们的问题,可谓是一举多得。本文重点针对除磷脱氮技术进行了相关的研究与讨论,相信通过该技术的实际应用,污水厂的污水处理问题会得到很好的解决。 浅谈污水处理厂的工艺设计:氧化沟工艺在污水处理厂设计中的应用分析 摘要:目前,在我国污水处理厂工业废水和生活污水治理的过程中,氧化沟污水处理工艺由于污水处理效果显著、操作简单、管理方便,而且有着良好的经济效益,因此被人们广泛的应用。 关键词:氧化沟工艺;污水处理厂 早期的氧化沟仅用于去除有机物,同时将氨氮氧化为硝酸盐氮,因此氧化沟工艺无厌氧区.氧化沟循环廊道内也无缺氧区,此时氧化沟在去除有机物的同时还可以反硝化脱氮。而为了去除污水中的植物性营养物,国内外又相继开发了带有厌氧区(或带有厌氧区及缺氧区)的氧化沟工艺,以保证在去除有机物的同时去除氮磷污染物。本文以福安赛甘污水处理厂生化处理采用改良型Carrousel-2000氧化沟工艺为例,对氧化沟工艺进行分析。 1.污水厂简介 近年来,随着福安经济开发区和甘棠镇临海工业的迅速发展,周边沿海乡镇人口的集聚,带来的工业和生活污染问题日益突出,目前福安经济开发区和甘棠镇产生的工业污水和生活污水就近排放,造成周边水环境污染。该水厂设计主要用于处理开发区工业企业的工业废水及生活污水。工程近期建设规模2.0万m3/d,远期增建规模2.0万m3/d一组,总处理水量4.0万m3/d。 1.1进水水质及工艺参数 设计运行参数:污泥浓度MLSS=3.4g/L一4.0g/L,污泥负荷F/M=0.08kgBOD /(kgMLSS・d),回流比R=100%,厌氧DO≤0.2mg/L,缺氧DO≤0.5mg/L,好氧DO≥2.0mg/L。 设计进水水质为BOD5180 mg/l、CODcr300 mg/l、SS170 mg/l、NH3-N35 mg/l、TP3 mg/l、PH6~9;出水水质为BOD5≤20 mg/l、CODcr≤60 mg/l、SS≤20 mg/l、NH3-N≤8 mg/l、TP≤1.0 mg/l、PH6~9。 1.2工艺流程 污水经厂外粗格栅去除直径大于15mm的悬浮物后经厂外提升泵房用潜水泵提升至厂内细格栅渠;在细格栅中去除直径大于5mm的悬浮物后在沉砂池进行砂水分离预处理,沉淀比重大于2.65的砂粒。随后污水进入浅层高效气浮池,去除比重接近水的细小颗粒。 污水进入改良型Carrousel-2000氧化沟后,在氧化沟中污水依次通过厌氧区、缺氧区和好氧区,去除大部分BOD5、CODcr、氨氮和磷,生化后的污水经配水井流入二沉池,在二沉池污水中的活性污泥沉淀下来,二沉池底部沉淀污泥,在重力作用下排放到污泥泵井,经污泥回流泵回流到氧化沟的厌氧区,二沉池上部清水通过集水槽收集后进入紫外消毒池消毒,将污水中病原微生物和细菌杀灭。消毒后出水经巴氏计量槽计量后自流排入赛江下游海域。各单体放空水均接入厂区污水管网,并经厂区污水泵井提升回流至细格栅旋流沉砂池。 二沉池排出的剩余污泥通过污泥泵井输送至污泥浓缩池,在浓缩池中将污泥含水率从99.2%降至97.5%。然后用污泥泵抽升至污泥脱水车间,再经带式压滤机进行污泥脱水后外运,脱水后的污泥约含水率为80%。 2 氧化沟的机理 2.1 氧化沟处理污水的原理。传统的氧化沟污水处理技术,是直接将污水和回流污泥引入到氧化构系统当中,并且通过表面曝气机将混合液中溶解氧的浓度控制在 2-3mg/L 左右。在掺氧量充沛情况下,使得微生物可以很好的去除 BOD,并且在氧化的作用下也使得混合液中的氨被转化成硝酸化合物。而在曝气机下游,污水水流也从曝气区的湍急状态演变成平缓的状态,根据相关的污水处理规范,将水流流速控制在一个合适的范围之内,确保活性污泥在使用过程中处于一个悬浮的状态。当微生物在将混合液中的溶氧量降低到零时,也就导致混合液呈现出一个缺氧的状态,在通过相关的化学反应,将污水中的 BOD、磷元素和氮元素进行有效的处理。不过这种污水处理方法,虽然可以有效的将污水中的 BOD 去除,但其除磷脱氮的功能却十分有限。 因此为了使得氧化后在污水处理过程中起到一个很好的除磷脱氮的效果,我们就要在传统的氧化沟中增设一个厌氧区和绝氧区。根据相关试验表明,在污水处理的过程中,技术人员将大部分回流污泥和 20%左右的污水引入到厌氧区,可以使得回流污泥中存在的硝酸化合物在碳源的作用下发生反硝化反应,为后续的污水治理工序提供了一个绝氧环境。而且当回流污泥和污水进入到厌氧区的时候,由于厌氧区中存在着很多兼性细菌,可以将污水中的 BOD 转化成VFA,当厌氧区中的聚磷菌遇到 VFA 时,又会发生一系列的化学反应,从而为磷酸盐的水解提供了能量。再通过绝氧区中碳源的作用下,就使得在对回路污泥和污水处理过程中起到一个良好的除磷脱氮的效果。最后,将回流污泥和污水引入到氧化沟当中,从而使其氧化沟起到一个良好的污水处理效果。 2.2 氧化沟除磷脱氮的影响因素。影响氧化沟除磷脱氮效果的因素有很多,不过由于磷离子和氮离子的两种处理方法不同,因此在污水处理的过程中,影响着两种离子排除的因素也存在着不同。其中影响氧化沟除磷效果的因素,主要有污泥龄、硝酸化合物的浓度以及基质浓度等,其中对污泥龄对氧化沟处理效果的影响最大,所以我们在氧化沟除磷过程中,要将其污泥龄控制在污水处理规定的范围之内。而影响氧化沟脱氮的主要原因则是溶氧量、碳源浓度以及硝酸化合物的浓度,而为了保证氧化沟的脱氮效果,技术人员在污水处理的过程中,一定要将氧化沟中的溶氧量、碳源浓度和硝酸化合物的浓度控制在标准的范围内。 3.处理的主要设施 3.1预处理 (1)细格栅池及旋流沉砂池 本工程细格栅、旋流沉砂池考虑合建,土建按远期4.0m3/d规模建设安装,设备按近期配备。 细格栅的功能是截除污水中较小漂浮物,栅条之间保持大约5mm的间隙,栅前对应1.0m的水深,电机对应的功率为1.1kw,还有一台螺旋输送机。这台输送机可以将比较小的悬浮物去除。旋流沉砂池的功能是去除污水中粒径≥0.2mm的砂粒,使无机砂粒与有机物分离开来,便于后续生化处理。旋流沉砂池2座,与格栅池共建,直径D=3.05m,沉砂池深度H=3.8m,砂斗直径1.0 m,砂斗深度2.0m,沉砂池中间设有一台可调速的浆叶分离机和一台罗茨风机,功率分别为1.1kW和2.2kW。砂水混合物由罗茨风机造成的静压输送至配套的一台砂水分离器,功率为0.37kW,分离后的干砂外运。 3.2生物处理 (1)氧化沟 Carrousel-2000氧化沟1座,将厌氧区、缺氧区和好氧区隔开,厌氧区和缺氧区均设置两沟,好氧区由四个单沟组成,整个氧化沟平面尺寸90.8×30.2m,总高度4.5m。 在氧化沟厌氧段内设潜水搅拌器2台,达到搅拌和推流的作用,规格为:MA4/12-620-480,功率P=4.0kW,采用不锈钢304。氧化沟好氧段内还配置1台DO测定仪,测量范围为0-15.0mg/L,以及1台MLSS测定仪,测量范围为0-8000.0mg/L。 (2)二沉池 二沉池进出水都是从周边进行的,对应较高的负荷,获得的处理效果非常的理想,占地空间不大,如果配水对应的设计方式比较合理的话,泥水分离会获得更好的效果。设计流量2.0万m3/d,池数:1个,池内径32.0m,平均表面负荷:qave=1.04 m3/m2・h;最大表面负荷:qmax=1.35 m3/m2・h;有效水深4.Om,沉淀池内设1台中心传动的单管吸泥机,参数为ZXJ-32-I,Ф=32m,H =4.5m,n=0.028rpm,P=0.37kW。 (3)提升污泥的泵站: 泵站的作用是使二沉池底部污泥提升至氧化沟厌氧区,并把剩余污泥提升至储泥池,同时作为配水井。潜水泵共有二台,一用一备,按最大回流比100%选择水泵流量,型号为:350WQ850-7-37,Q=850m3/h,H=7m,N=37kW,变频控制;远期增加同型号水泵一台,二用一备;回流污泥根据氧化沟污泥浓度控制回流量,剩余污泥泵与污泥脱水协调运行,同时起到均匀配水的作用。 3.3尾水处理 (1)紫外消毒池 紫外消毒池的功能是将生化处理污水进行消毒,使大肠杆菌≤10,000个/L,使出水达到GB18918-2002一级B类标准要求。设计规模是4.0万m3/d;平面尺寸:20.33×5.5m,有效水深1.7m,钢筋混凝土结构;主要设备:近期2.0万m3/d规模紫外模块成套定型设备一套。 3.4 污泥处理 要想实现污泥浓度保持不变,必须要将多余的污泥排走。通过污泥泵将剩余污泥向脱水机房转送。机房内,先通过2台螺杆泵混合絮凝剂和剩下的污泥,而后送到带式脱水机里面进行脱水。干滤饼能够实现超过百分之二十的干固含量。对经过脱水的污泥予以最终的处理之后,拉到填埋场填埋处理。二期的时候,建议作为堆肥予以很好地利用处理。 结语 氧化沟工艺是目前城市污水处理技术中出水水质最好、操作最稳定、应用最多的工艺之一。虽然目前应用中还存在一些影响处理效果的因素,但随着科学技术发展和社会的进步,该工艺必将得到进一步的提高。
摘要: 油菜花(Brassicacampestris)富含多种营养物质和生物活性成分,分布广,适应性强.泉州第一中学因地制宜结合泉州多低山丘陵的自然特征,建立开心菜园劳动实践基地,从课堂理论学习走向户外劳动实践.以《浮游油菜花标本制作与应用》校本课程为例,积极探索“校园文化创意”的综合劳动实践教育方面校本课程的开发,为后续校本课程的发展提供参考. 关键词: 校本课程;校园文化;油菜花;标本制作;初中生物 《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》明确指出,坚持生产劳动、社会实践和教育教学有机结合.合理开发实践课程,积极开设活动课程,提升学生科学实验、生产实践和技能实训的效果.积极借助社会教育资源,发开各种课外和校外活动.增加中小学校外活动场地建设的投入.加强指导学生社团,鼓励学生积极参加志愿活动和公益服务.基础教育课程改革纲要(试行)指出,学校应根据校内的教学优势,并结合学生的兴趣爱好以及学习需要,开发适合本校的校本课程.本文以《浮游油菜花标本制作与应用》校本课程为例,积极探索“校园文化创意”的综合劳动实践教育方面校本课程的开发,为后续校本课程的发展提供参考. 1课程开发背景 1.1油菜花的基本情况 油菜(BrassicanapusL.)属于十字花科、芸薹属的草本植物,原产中国,是我国重要的油料作物之一,我国油菜分布广,适应性强,具有丰富的油菜资源.油菜花(Brassicacampestris)富含多种营养成分和生物活性物质,可以增强免疫力,同时具有抗氧化等多种功效.可以改善因心血管疾病等多种疾病引起的并发症,从而被广泛应用于保健食品、化妆品和医药领域. 1.2学校的基础资源 泉州第一中学因地制宜结合泉州多低山丘陵的自然特征,建立开心菜园劳动实践基地,学生可以从课堂理论学习走向户外劳动实践.同时,基于校内劳动实践基地,以劳动教育和生物学科融合的方式,开发校本学科劳动教育课程,打造更多的校本特色劳动教育品牌,通过让学生进入基地劳作,体会农耕的乐趣,培养良好的实践能力,不断丰富和充实劳动实践知识和相关学科知识.《浮游油菜花标本制作与应用》校本课程是基于课堂学习、田间耕作和实验操作开发的课程. 1.3新课标要求 校本课程的开发是对国家和地方课程的补充,既能满足学生发展的需求,同时彰显学校特色.《义务教育生物学课程标准(2022年版)》指出“在教学过程中积极渗透科学、技术和社会互相关系,积极探索开发跨学科实践活动,增强学生的社会责任,并不断培养学生的创新精神,提升学生的实践能力.积极发挥现有设备器材的作用,充分利用简便易得的器具和材料,设计富有创造性的实验和实践活动让学生真正参与观察、实验、探究、制作等多种类型活动.”可以看出,新课标强调学科渗透,并鼓励学生参与实验和实践活动,通过“做中学”获得对现实世界的直接经验和真实体验. 2校本课程目标 2.1油菜花的概述 学习油菜花的起源和在我国的发展史;认识油菜花基础生物学知识,关注油菜花在生活、生产和社会中的应用;学习作物栽培的方法等基础知识;能够用课堂上所学的栽培知识为同学或家人提出意见. 2.2油菜花的种植 认识和学会使用关于种植方面的工具和材料;体验耕地、播种、施肥等一系列田间劳动,培养吃苦耐劳的精神.通过小组合作方式观察、记录油菜花的生长过程和特点,学会使用观察法和实验法探究生命规律. 2.3文创标本制作 对标本进行整理和分类,学会归纳和总结的科学思维;通过实验操作将油菜花进行解剖,处理后并将校园文化融入到油菜花浮游标本.认同生物多样性,增强对自然现象的好奇心以及对自然知识的求知欲,提高环保意识. 3校本课程设计 3.1课程内容 本课程主要分为三章,共10节,每1节分有专题知识和实践活动,具体安排见表1. 3.2课程实施 本课程的教学内容由泉州第一中学生物教师和劳动技术教师共同编排,命名为《浮游油菜花标本制作与应用》.(1)授课对象:七年级学生,以选修课的形式开展,以班级为单位每班30人,由生物教师主讲.(2)课时安排:因为本课程分为理论课和实践课,并且实践部分有季节限制,故将本课程分为上下两个学期开展,共14课时.(3)教学地点:教室、实验室、“开心菜园”.(4)教学形式:班级授课、小组合作、实验操作、标本制作 3.3课程评价(见表2) 3.3.1自我评价 完成每一小节的学习后,学生都要依据本节的学习目标,对学习成果进行自我评价.评价的方式可以通过问卷调查和成果展示的方式进行开展.通过这种方式可以自我发现、自我分析并自我提高. 3.3.2组内评价 在小组合作活动中,小组内成员之间的相互评价也是促进小组成员积极交流和学习的一种方式.发现问题可以集小组之力一起帮助学生共同成长.同时在相互评价过程中,发现别人的优点,也是培养学生善于发现别人优点的好品格. 3.3.3教师评价 教师根据学生的出勤情况、课堂互动、学习任务、课后活动等方面对学生做出相对客观的评价. 3.4教学案例———浮游油菜花标本制作 3.4.1教学目标 (1)生命观念:通过认识油菜花的结构和功能获得生物体的结构层次、植物的生活等方面的基础知识,初步形成物质与能量观等生命观念.(2)学科思维:运用比较油菜花的结构来分析花最重要的结构,初步形成基于证据的思维习惯.(3)探究实践:通过设计、改进和制作浮游油菜花标本,形成将解决问题的想法付诸实践的能力.(4)态度责任:通过种植油菜花并将其制作成为标本的活动中,体验并积极参与环境保护实践. 3.4.2教学用具玻璃瓶、油菜花、502胶水、浮游花专用油、剪刀、镊子等. 3.4.3教学过程 (1)准备.准备油菜花、工具,瓶子洗净并晾干. (2)确定设计造型.将油菜花放在旁边,边摆边设计造型,在瓶上做好相应的标记. (3)修剪花材.用剪刀等工具将油菜花多余的部分剪掉. (4)放入花材.事先确定瓶子的正反面,将花材放入瓶中,根据需要用502胶水固定在瓶壁. (5)灌注花油.下层花材放好后,将专用油沿着瓶壁缓慢注入瓶中,确认整理造型后,根据需要进行微调.中上层重复上面的第(4)、(5)步. (6)完成.等气泡消除后,盖好瓶盖,挂上写有留言或者花材信息的吊牌,简单又好看的浮游花就做好了.泉州第一中学因地制宜结合学校开心菜园劳动实践基地和初中生的发展规律,以油菜花为实验对象开展校本课程.本课程鼓励学生从课堂理论学习走向户外劳动实践,紧扣油菜花相关知识,通过实践认识绿色开花植物的生命周期包括的一系列阶段.并通过生物学知识和劳动实践相结合,增强学生的社会责任,在教学过程中积极渗透科学、技术和社会互相关系,积极探索开发跨学科实践活动,并不断增加学生的创新精神,提升学生的综合素质. 学校应根据校内的教学优势,尊重学生的兴趣爱好,并符合学生的学习需要,开发适合本校的校本课程,能够满足学生综合素质的发展要求.在条件允许的情况下,学校应鼓励校本课程的开发,并鼓励学生参与实验和实践活动,通过“做中学”获得对现实世界的直接经验和真实体验. 作者:孙大光 单位:福建省泉州第一中学
口腔医学中生物学的运用研究:生物信息学在口腔医学中的价值体现 1在牙齿生长发育研究中的应用 牙齿的生长发育是一个持续而复杂的过程,一些关键基因和调控因子在牙齿发育中起着重要作用。赫尔辛基大学创建了牙齿发育数据库,收录了牙组织发育中的基因特征、结构及表达情况等。Hubbard等运用蛋白质组学技术、结合Edman测序及质谱分析方法,对釉质的发育进行了大量的研究,初步构建了口腔牙组织的蛋白数据库,为口腔内组织蛋白的鉴定提供了重要的研究范本。聂敏等运用二维凝胶电泳和生物信息学方法研究维生素D对牙髓细胞分化的影响,结果表明:维生素D可促进牙髓细胞的分化,并在牙齿发育和矿化过程中起了重要的调节作用。Jevnaker等利用基因芯片技术以整个牙胚作为研究对象,首次构建了小鼠牙胚在不同时期的微小RNA表达谱,从基因调控机制上研究了牙齿的生长发育。 2在口腔肿瘤研究中的应用 目前的研究多利用生物信息学方法比较基因组学和蛋白质组学,能够高效率、高通量地筛选口腔肿瘤的相关基因和蛋白,寻找肿瘤的诊断标记和治疗靶点。 2.1口腔鳞状细胞癌(oralsquamouscellcarcino-ma,OSCC) OSCC是口腔常见的恶性肿瘤之一。美国国立癌症研究所用抗体芯片的高通量蛋白组分析方法推测认为,上皮和间充质间涉及的多重细胞信号的分子信息在口腔癌的发生中起了关键作用。2004年,香港大学利用蛋白质组分析方法检测了OSCC细胞,获得了丰富的蛋白质信息,鉴定了与肿瘤相关的生物标记物或分子靶点。2005年日本千叶大学通过使用生物信息学的方法,鉴定了OSCC与正常组织中22种蛋白的表达存在差异。Wang等研究表明,活化激酶C受体1蛋白在OSCC中存在差异性表达,可作为OSCC的临床诊断分子标记物、临床预后指标及候选药物靶标等。张永强等使用生物信息学技术构建人舌鳞癌细胞cDNA库,并预测了Doc-1基因编码的P12蛋白的某些结构和功能基序。另有研究采用甲基化DNA免疫沉淀结合芯片技术分析研究了口腔疣状癌中基因组DNA甲基化的情况,为进一步探讨口腔疣状癌的发生分子机制和治疗靶基因奠定了基础。 2.2涎腺腺样囊性癌(salivaryadenoidcysticcar-cinoma,SACC) SACC是涎腺常见的上皮源性恶性肿瘤之一。卢友光等采用第二代差异显示技术构建了SACC高低转移细胞株的基因表达谱,通过生物信息学分析发现,Notch基因家族中的4个成员在ACC-2、ACC-M这2个细胞株中存在表达差异。另一研究运用生物信息学初步筛选出Notch信号通路在SACC中所涉及的基因,并采用实时荧光定量聚合酶链式反应和免疫组学方法进行了验证,结果显示:Notch信号通路中有46个基因与SACC相关,并检测出其中的8个基因在SACC高低转移细胞株中存在表达差异。 3在口腔黏膜疾病研究中的应用 3.1口腔扁平苔癣(orallichenplanus,OLP) OLP是一种口腔黏膜癌前状态,其病因不明。王文梅等建立了OLP与口腔正常黏膜蛋白表达谱,对OLP在双向电泳图谱中高表达差异的10个蛋白质进行质谱和生物信息学分析,鉴定发现了差异表达的蛋白。Tao等利用DNA芯片的特点筛选并建立了OLP的病变基因表达谱,研究共发现了985个差异表达基因,其中629个上调,356个下调,这为研究OLP的发病机制打下了基础。 3.2口腔白斑(oralleukoplakia,OLK) OLK指仅仅发生在口腔黏膜上的白色或灰白色角化性病变的斑块状损害。王文梅等通过蛋白质差异组学研究和生物信息学分析,鉴定出膜联蛋白A2、角蛋白8以及角蛋白Ⅰ和Ⅱ型角蛋白亚基、免疫球蛋白J型轻链的C区片段等在OLK的发生发展过程中发生了改变。Odani等采用寡核苷酸芯片技术发现:兜甲蛋白和角蛋白在OLK的发生发展过程中的表达差异较大,且多个基因在癌变过程中显著下调。周晌辉等利用cDNA芯片成功检测出OLK和OSCC组织中30个基因的表达差异,其中17个为已知功能基因,这些功能基团与细胞分裂、信号传导、免疫防御、细胞代谢及细胞成分等密切相关。 4在牙周疾病研究中的应用 牙周炎是导致成年人牙齿丧失的主要原因,严重影响了人类的身体健康。Steinberg等使用具有上皮细胞特异性的DNA芯片研究了白细胞介素对口腔角质形成细胞1β的作用,确定了与牙周炎相关的几个基因。Vardar-Sengul等通过DNA芯片在1次实验中同时分析出了超过40000个基因,得到了类似的结果。Beikler等构建了重度慢性牙周炎患者的牙周组织中的一些免疫和炎症基因的表达谱。Covani等利用生物学实验及生物信息学算法,鉴定出参与或可能参与牙周炎的61个基因,其中5个是主导基因,并完全建立起2个主导基因的牙周炎模型。 5在其他口腔研究中的应用 5.1口腔微生物 口腔微生物在维持口腔正常生理体系和诱导口腔疾病发生中具有重要作用。Chen等构建了口腔病原体的生物信息学资源。2008年,人体口腔微生物组数据库启动,方便了研究者查看和检索口腔微生物信息。在对口腔致病菌的研究中,郭丽宏等利用生物信息学相关软件及数据库进行C血清型变异链球菌高毒力株特异DN段的基因分析、识别和功能预测,发现了5个新的基因片段以及高毒力株特异的DN段的主要功能。刘筱娣等采用生物信息学结合Southern印迹杂交法,构建了变异链球菌的苏氨酰-tRNA合成酶基因敲除的重组质粒。另有研究者应用鸟枪法、蛋白质组学分析、美国国家生物技术信息中心检索等,建立了变异链球菌耐氟菌株和亲代菌株的蛋白质组表达谱。 5.2口腔唾液 人类唾液中的唾液蛋白同唾液生理功能密切相关,研究发现,口腔唾液蛋白成分含量的变化同龋病、牙周病等有密切关系。目前,通过大通量的生物技术和生物信息学方法,可以建立唾液蛋白成分的全功能图谱,揭示唾液与口腔内环境及菌群分布的关系,鉴定唾液蛋白中肿瘤的生物学标记,区分不同唾液腺分泌蛋白,研究口腔炎症及其他疾病的生物学标记。 作者:冉金梅 张凌琳李伟单位:口腔疾病研究国家重点实验室华西口腔医院 口腔医学中生物学的运用研究:生物医学材料在口腔临床中的应用 摘 要:口腔生物医学材料近年来已由传统的单一型材料逐渐过渡到新的复合型、智能型和功能型材料,本文针对口腔临床中高分子类、金属类及非金属生物复合三种口腔生物医学材料的应用进行了分析研究,在不远的将来,这种材料在组织工程学及口腔临床应用中将具有良好的发展前景。 关键词:生物医学材料;口腔临床;临床应用 1. 前言 口腔生物医学材料具有比较广泛的应用范围,不只是在因先天或后天原因导致牙体组织和颌面器官缺损的修复方面进行应用,还可能在鉴别诊断口腔疾病方面具有辅助作用。生物医学材料可实现对缺损组织与器官的修复和置换,恢复组织或器官的正常功能。随着迅猛发展的科技水平,口腔生物医学材料的制作方法也具有明显的改进,日益推出复合型与功能型形式各样的生物医学材料,并日益优化其性能。 2. 资料与方法 通过对生物医学和生命科学有关文献的数据库的检索,并进行较深入地分析。结合临床口腔生物医学材料应用的特点,比较分析有关数据。口腔生物医学材料基础性研究、临床应用的生物医学材料等相关文献都是重要依据,并将与目的无关的研究结果予以排除。 3. 结果 按照材质类别可将口腔生物医学材料分为金属、高分子及非金属生物复合材料三类。金属类材料在临床口腔生物材料中是最早应用的一类材料,这类材料优点是具有较高强度、较强韧性、获取容易等,在临床中应用广泛。还可结合其成分将金属类材料分为纯金属、合金及特种金属三种,在临床中纯金属类材料应用不多,应用较多的主要是合金和特种金属。合金类金属材料由不少于两种金属元素组成,尽管其延展与抗压等物理性能低于纯金属材料,但在应用中生物安全性较高,所以在临床中具有比较广泛的应用。钴基合金材料目前广泛应用的合金类材料,主要有钴铬钨镍和钴铬钼合金两类,具有抗腐蚀性较强的性能,高于单一金属材料40倍。但在加工制作过程中比较烦琐,所以相对具有比较昂贵的价格。此外,机械性能也比纯金属类材料高,通常在替换颞下颌关节与颌面部内固定大面积骨折中应用较多。钛合金与上述金属合金材料相比较,具有较高的机械性能和相容性,在人体植入后不会产生排斥反应和毒副作用,生物相容性较好。通常在种植牙基桩制作、固定骨折及骨缺损替代植入性材料中比较常用。但在使用中金属材料也具有不足之处,诸如在使用中因人体具有比较复杂的内部环境,因人体内长期存在金属材料部会造成离子向体内微渗入,进而产生较大的副作用和毒性。 在现代口腔生物医学材料中非金属生物复合材料也是其中的重要组成部分,主要有以下三种。一是生物活性陶瓷,该材料是表面具有生物活性和吸附性的一N陶瓷,通常具有羟基,为多孔形,具有较高的孔隙率。在体内生物活性陶瓷能够降解吸收,通常在生物体内用于骨诱导材料对新生骨生长具有一定的诱导作用。在实际应用中骨传导性与诱导性良好,所以通常该材料可用于修复骨缺损的一种支架材料,在支架的周围利用填充材料的良好生物学活性充填覆盖,以实现对缺损的修复作用,并使材料增加生物相容性。二是惰性生物陶瓷材料,其主要成分是氧化铝和氧化锆,硬度高,生物相容性好,所以通常在内固定骨折中应用较多,在制作口腔全瓷牙内冠中也比较常用。三是复合树脂,主要混合有机树脂基质和无机填料形成,在特定条件下是能够引发化学性反应的一种修复材料,在修复小面积牙体缺损时比较适合。在临床中目前主要应用的有光固化、化学固化及复合固化等树脂类材料,该材料具有较强的可塑性、良好的仿真性、较高的生物相容性、比较耐磨等优势。 在临床中高分子类材料是一种比较广泛应用的材料,稳定性强,聚乙烯和聚丙烯是其主要成分。与其它材料相比较,该材料在人体中不能降解产生离子,因此不具有毒性。抗冲击性和抗摩擦性也较强,所以在替换人工关节中应用比较广泛。高分子类材料中的硅橡胶材料耐高温、腐蚀及透气性较高,所以在制作颌面部复体及口腔印模精确制取材料中应用较广。另外,该材料可降解,经一段时间后可形成小分子化合物而随人体基础代谢排出患者体外。 4. 讨论 通过研究分析生物材料有关文献资料,在口腔临床生物医学材料中选取金属材料、高分子、生物复合材料三大类分别进行研究。大部分高分子材料与生物复合材料都是由不少于两种材料构成,对这类材料进行制作时,可利用相关技术对材料微观构造进行改变,使材料特性和优点得到充分发挥,对不足之处进行有效弥补,对生物材料赋予新的生物特性。材料的生物相容性和机械强度较高,具有较强的耐腐蚀性,在特定环境下能够降解吸收,在临床应用中完全满足。在高分子材料与生物复合材料中,我国开展相关的研究相对较晚,并在研究初期发展相对较为缓慢,但经过近年来的不断发展,已由最初的盲目效仿逐渐发展到自主研发,由质变迅速发展发展到量变。口腔医用生物医学材料目前在我国已逐渐由传统的单一功能、非专一化、低效逐步发展为功能完善、复合化、专业化及高效,发表的生物医学材料的相关文献也跃居世界第二。 随着医学技术及材料技术的快速发展,口腔生物医学材料也得到了前所未有的发展机遇。目前在临床研究中已逐渐由常用的无机材料转变为有机材料,有机类生物材料在开展较多研究的就是多糖类物质。天然多糖类物质中壳聚糖属于其中一种,其生物相容性良好,抗菌性能优异。通常该类材料被用于对各种材料进行塑造以便于长入细胞和将应力传递至骨与骨之间。壳聚糖类物质因其生物相容性和细胞黏附性较好,而被广泛用于各种细胞因子和药物载体,实现对遗传信息进行传递以及相关疾病的临床治疗。 5. 结语 综上所述,口腔生物医学材料近年来已由传统的单一型材料逐渐过渡到新的复合型、智能型和功能型材料,生物医学材料可实现对缺损组织与器官的修复和置换,恢复组织或器官的正常功能。随着迅猛发展的科技水平,口腔生物医学材料的制作方法也具有明显的改进,日益推出复合型与功能型形式各样的生物医学材料,并日益优化其性能。相信在不远的将来,这种材料在组织工程学及口腔临床应用中将得到迅速发展。 口腔医学中生物学的运用研究:分析口腔正畸微植体支抗技术的生物力学 摘要:目的分析口腔正畸微植体支抗技术的生物力学。方法收集2012 年12 月~2013 年12月本科收治的76例双颌前突病例临床资料,根据不同的治疗方法,将患者分为对照组与研究组,每组例数均为38例。对照组采取传统口外弓加强支抗进行治疗,研究组实施微植体支抗技术进行治疗,最后分析两组患者的临床治疗效果。结果研究组患者上中切牙倾角差、上中切牙凸距差及磨牙位移等指标明显优于对照组,差异显著,具有统计学意义(P 关键词:口腔正畸;微植体支抗技术;生物力学 牙颔面畸形作为牙科临床治疗中的一种常见口腔疾病,此疾病发病率高达70%[1],而双颌前突对患者日常生活更是形成非常严重的影响。随着医疗技术的发展,口腔正畸方法在牙颔面畸形疾病临床治疗中得到广泛的应用,此治疗方法可通过各种矫治器形成的矫治力,对患者颔骨及牙周组织产生相应的作用,同时产生一系列生物力学及生物反应[2],在最大程度上改善患者组织及器官,重新改建患者牙齿移动及颔骨定向动态,美观性比较良好,确保高效的治疗效果,改善患者预后情况。为了分析口腔正畸微植体支抗技术的生物力学,在2012 年12 月~2013 年12月,本科对收治的双颌前突患者分为两组,分别采取传统治疗方法与微植体支抗技术进行治疗,效果显著,现报道如下。 1资料与方法 1.1一般资料收集2012 年12 月~2013 年12月本科收治的76例双颌前突患者临床资料,根据不同的治疗方法,将患者分为对照组与研究组,每组例数均为38例。研究组中男性患者21例,女患者17例,年龄在16~38岁,平均年龄为(30.34±3.09)岁。对照组中男性患者20例,女患者18例,年龄在19~35岁,平均年龄为(31.33±2.37)岁。 1.2方法对照组采取传统口外弓加强支抗联合横腭杆进行治疗,每侧口外弓牵引力为200g,每日指导患者确保佩戴12h。研究组采取微植体支抗技术进行治疗,在进行微植体种植前,用铜丝将患者需种植微植体牙齿分开,之后对进行种植微植体部位做一标记,并充分检查患者牙根形态、位置及相临牙齿的组织状况;对于需植入种植体且被牙槽黏膜覆盖的部位,做一3~5mm的纵切口同时,在患者膜龈结合部位方向实施微植体植入,使种植角度与骨面保持垂直水平,略微倾斜。在患者手术结束后,服用适量抗生素抗感染。患者采取微植体的长度为9mm、外径为2mm、内径为1.6mm。刃状螺纹圆柱性纯钛螺钉的螺纹顶角为60°、螺距为0.3mm、深度为0.2mm。将微植体植入患者牙槽骨后,保持骨外留有3mm的空隙。医护工作人员可通过种植体尺寸对其建模,合理网格划分模型实施,精度为6。在单元格处理过程中,可采取三椎体十节点建模方法,以确保良好的精度。 1.3观察指标[3]分析记录两组患者治疗后上中切牙倾角差、上中切牙凸距差及磨牙位移情况等,并分析研究组患者生物力学。 1.4统计学处理方法本次研究资料均采用SPSS18.0统计学软件处理,计量资料采用t检验,差异显著性为P<0.05。 2结果 2.1对比两组患者治疗效果研究组患者上中切牙倾角差、上中切牙凸距差及磨牙位移等指标明显优于对照组,差异显著,具有统计学意义(P 2.2研究组生物力学分析研究组患者微植体的水平载荷力为200g,在90°倾斜角下实施应力及位移。界面颈部作为种植体应力集中的主要位置,可能会在皮质层内出现不同程度的衰减情况。随着不断增加倾斜角,种植体峰值将会逐渐减小,同时,植入角度的变化不会对种植体位移造成影响,位移非常小。在患者颈部和根尖区出现较大的位移,其中颈部位移变化较根尖区大,并且颈部同根尖区之间的位移呈现相反的方向,呈现出明显的规律性。 3讨论 随着人们对食物精细度的要求提高,口腔疾病保持逐年增长的趋势,对患者的美观性造成严重的影响,在最大程度上降低患者的生活质量。相关文献表明[4],牙周病、龋齿及牙颔面畸形等疾病发病率高达50%,口腔正畸疾病是指外界理化因子损害患者口腔,随着侵入病原的日趋严重,造成牙颌面发育异常,最终引发全身性疾病。错颌畸形、龋齿、牙周病是口腔三大常见病,错颌畸形疾病严重干扰患者日常生活,主要是患者在儿童生长发育期间,受先天因素或者是后天因素等,导致牙齿、颌骨及颅面出现畸形现象。针对口腔畸形疾病的病理特点,应该为患者提供个体化、针对性的治疗方法,以改善患者临床症状。 传统治疗口腔正畸疾病的支抗预备方法为采用横腭杆、口内组牙、口外弓及舌弓等,这些治疗方法对畸形疾病没有显著效果,不能很好的对患者出现的颔面畸形进行较好的治疗。口腔正畸的治疗在于依据指定的距离及方向进行移动患者错位的牙齿,保持患者支抗牙不动。微植体强支抗的根本前提是保持稳定,其治疗稳定性得到医学界的广泛关注,但是此方法在临床治疗的失败情况仍然存在,因此,为了确保微植体支抗的成功治疗,必须合理选择微植体型号,根据患者实际病情,进行个体化的手术设计,结合三维有限元法进行分析相应的生物力学[5]。在本研究中,微植体的种植角度及正畸力加载作为微植体稳定性主要的影响因素,患者种植体向骨界面传导应力时,患者骨皮质需要承受比较大的应力,骨皮质与种植体之间的接触面积会随着植入角度的减小而不断增大,有利于提高种植体的稳定性。但是,种植体的水平力矩会随着种植体角度的减小而增大,从而增大种植体同骨面之间的承受应力,对种植体的稳定性造成不同程度的影响。 随着医疗技术的不断创新发展,微植体支抗技术的应用越来越广泛,此治疗方法具有明显的简单性、方便性,稳定性等,可有效纠正患者口腔畸形,提高治疗有效率,提高患者生活质量。微植体支抗可在最大程度上使用拔牙间隙内收前牙,从而改善患者面型,可防止患者牙齿移动方向出现相反情况,不断增加支抗,提高治疗效果。通过以上研究表明,给予研究组实施微植体支抗技术进行治疗,患者上中切牙倾角差、上中切牙凸距差及磨牙位移等指标明显优于对照组,差异显著,具有统计学意义。 综上所述,微植体支抗技术应用于口腔正畸,利于改善患者口腔疾病临床症状,缓解患者痛苦程度,提高治疗效果,改善预后情况,提高患者生命质量等。 口腔医学中生物学的运用研究:生物学在口腔医学研究中的运用 1在牙齿生长发育研究中的应用 牙齿的生长发育是一个持续而复杂的过程,一些关键基因和调控因子在牙齿发育中起着重要作用。赫尔辛基大学创建了牙齿发育数据库,收录了牙组织发育中的基因特征、结构及表达情况等。Hubbard等[4]运用蛋白质组学技术、结合Edman测序及质谱分析方法,对釉质的发育进行了大量的研究,初步构建了口腔牙组织的蛋白数据库,为口腔内组织蛋白的鉴定提供了重要的研究范本。聂敏等[5]运用二维凝胶电泳和生物信息学方法研究维生素D对牙髓细胞分化的影响,结果表明:维生素D可促进牙髓细胞的分化,并在牙齿发育和矿化过程中起了重要的调节作用。Jevnaker等[6]利用基因芯片技术以整个牙胚作为研究对象,首次构建了小鼠牙胚在不同时期的微小RNA表达谱,从基因调控机制上研究了牙齿的生长发育。 2在口腔肿瘤研究中的应用 目前的研究多利用生物信息学方法比较基因组学和蛋白质组学,能够高效率、高通量地筛选口腔肿瘤的相关基因和蛋白,寻找肿瘤的诊断标记和治疗靶点。 2.1口腔鳞状细胞癌(oralsquamouscellcarcino-ma,OSCC) OSCC是口腔常见的恶性肿瘤之一。美国国立癌症研究所用抗体芯片的高通量蛋白组分析方法推测认为,上皮和间充质间涉及的多重细胞信号的分子信息在口腔癌的发生中起了关键作用。2004年,香港大学利用蛋白质组分析方法检测了OSCC细胞,获得了丰富的蛋白质信息,鉴定了与肿瘤相关的生物标记物或分子靶点。2005年日本千叶大学通过使用生物信息学的方法,鉴定了OSCC与正常组织中22种蛋白的表达存在差异。Wang等[7]研究表明,活化激酶C受体1蛋白在OSCC中存在差异性表达,可作为OSCC的临床诊断分子标记物、临床预后指标及候选药物靶标等。张永强等[8]使用生物信息学技术构建人舌鳞癌细胞cDNA库,并预测了Doc-1基因编码的P12蛋白的某些结构和功能基序。另有研究采用甲基化DNA免疫沉淀结合芯片技术分析研究了口腔疣状癌中基因组DNA甲基化的情况,为进一步探讨口腔疣状癌的发生分子机制和治疗靶基因奠定了基础。 2.2涎腺腺样囊性癌(salivaryadenoidcysticcar-cinoma,SACC) SACC是涎腺常见的上皮源性恶性肿瘤之一。卢友光等[9]采用第二代差异显示技术构建了SACC高低转移细胞株的基因表达谱,通过生物信息学分析发现,Notch基因家族中的4个成员在ACC-2、ACC-M这2个细胞株中存在表达差异。另一研究运用生物信息学初步筛选出Notch信号通路在SACC中所涉及的基因,并采用实时荧光定量聚合酶链式反应和免疫组学方法进行了验证,结果显示:Notch信号通路中有46个基因与SACC相关,并检测出其中的8个基因在SACC高低转移细胞株中存在表达差异。 3在口腔黏膜疾病研究中的应用 3.1口腔扁平苔癣(orallichenplanus,OLP) 鉴定发现了差异表达的蛋白。Tao等[11]利用DNA芯片的特点筛选并建立了OLP的病变基因表达谱,研究共发现了985个差异表达基因,其中629个上调,356个下调,这为研究OLP的发病机制打下了基础。 3.2口腔白斑(oralleukoplakia,OLK) OLK指仅仅发生在口腔黏膜上的白色或灰白色角化性病变的斑块状损害。王文梅等[12]通过蛋白质差异组学研究和生物信息学分析,鉴定出膜联蛋白A2、角蛋白8以及角蛋白Ⅰ和Ⅱ型角蛋白亚基、免疫球蛋白J型轻链的C区片段等在OLK的发生发展过程中发生了改变。Odani等[13]采用寡核苷酸芯片技术发现:兜甲蛋白和角蛋白在OLK的发生发展过程中的表达差异较大,且多个基因在癌变过程中显著下调。周晌辉等[14]利用cDNA芯片成功检测出OLK和OSCC组织中30个基因的表达差异,其中17个为已知功能基因,这些功能基团与细胞分裂、信号传导、免疫防御、细胞代谢及细胞成分等密切相关。 4在牙周疾病研究中的应用 牙周炎是导致成年人牙齿丧失的主要原因,严重影响了人类的身体健康。Steinberg等[15]使用具有上皮细胞特异性的DNA芯片研究了白细胞介素对口腔角质形成细胞1β的作用,确定了与牙周炎相关的几个基因。Vardar-Sengul等[16]通过DNA芯片在1次实验中同时分析出了超过40000个基因,得到了类似的结果。Beikler等[17]构建了重度慢性牙周炎患者的牙周组织中的一些免疫和炎症基因的表达谱。Covani等[18]利用生物学实验及生物信息学算法,鉴定出参与或可能参与牙周炎的61个基因,其中5个是主导基因,并完全建立起2个主导基因的牙周炎模型。 5在其他口腔研究中的应用 5.1口腔微生物 口腔微生物在维持口腔正常生理体系和诱导口腔疾病发生中具有重要作用。Chen等[19]构建了口腔病原体的生物信息学资源。2008年,人体口腔微生物组数据库启动,方便了研究者查看和检索口腔微生物信息。在对口腔致病菌的研究中,郭丽宏等[20]利用生物信息学相关软件及数据库进行C血清型变异链球菌高毒力株特异DN段的基因分析、识别和功能预测,发现了5个新的基因片段以及高毒力株特异的DN段的主要功能。刘筱娣等[21]采用生物信息学结合Southern印迹杂交法,构建了变异链球菌的苏氨酰-tRNA合成酶基因敲除的重组质粒。另有研究者应用鸟枪法、蛋白质组学分析、美国国家生物技术信息中心检索等,建立了变异链球菌耐氟菌株和亲代菌株的蛋白质组表达谱。 5.2口腔唾液 人类唾液中的唾液蛋白同唾液生理功能密切相关,研究发现,口腔唾液蛋白成分含量的变化同龋病、牙周病等有密切关系。目前,通过大通量的生物技术和生物信息学方法,可以建立唾液蛋白成分的全功能图谱,揭示唾液与口腔内环境及菌群分布的关系,鉴定唾液蛋白中肿瘤的生物学标记,区分不同唾液腺分泌蛋白,研究口腔炎症及其他疾病的生物学标记。 作者:冉金梅张凌琳李伟单位:口腔疾病研究国家重点实验室华西口腔医院(四川大学)
生物技术方面论文:生物技术在家畜繁殖改良方面的应用 [摘要]以生物技术为主体的高新技术已广泛地应用于各领域,特别对现代畜牧业产生了深远的影响。作者阐述了现代生物技术在动物品种、遗传育种与繁育等方面的应用情况。 [关键词]生物技术 现代畜牧业 影响 应用情况 现代生物技术作为高新技术,已广泛渗透到现代畜牧业的各个领域,为解决现代畜牧业生产领域所面临的许多重大问题开辟了新的途径。为优秀畜禽品种资源的保护与利用,良种的快速繁育,动物营养与饲料资源的开发利用,疾病的预防和诊断治疗,以及生物药品的开发提供了更加广阔的途径,促进了优质高效现代畜牧业的发展。 一、生物技术在畜禽品种方面的应用 以生物技术保存畜禽品种资源主要有2种途径。一是利用胚胎和生殖细胞的冷冻技术,这是静态保种技术,早在20世纪70年代就有一些国家以冷冻配子(精子、卵子)和胚胎进行畜禽遗传资源保存的研究。这种方法保存的优点是基因和基因型频率的变化降到了最低水平,抽样误差小,容易控制疫病,保存时间长,保种经费少,解冻后种群恢复快。育种中冷冻配子和活体保种相结合,可以减轻自然选择、近交和遗传漂变对基因、基因型频率带来的影响。二是利用分子生物技术建立畜群、禽群的基因文库。基因文库的建立就是利用DNA重组技术将决定畜禽重要经济性状的主基因或全部基因整合到某些特殊的基因载体上,然后用这些载体感染宿主细胞,通过宿主细胞的大量增殖构建各基因DN段的无性繁殖系(克隆),制备的克隆总体就是该畜禽品种的基因文库,保存该基因文库就等于保存了该畜禽品种,通过生物技术保存了畜禽优良品种的性状,保护濒临灭绝的动物。目前,许多发达国家已建有家畜冷冻精子库和胚胎库,低温冷冻保存家畜精液的研究和应用在50多年中有很快进展。 利用生物技术可简化良种引进方法,胚胎移植与胚胎冷冻技术相结合,良种的引进可简化为冷冻胚胎的引进,不仅运输方便、检疫程序简单、成本低廉,而且后代对引种地生态环境适应性和抗病力增强。目前,牛羊胚胎移植与冷冻技术已成为国际、地区间良种遗传资源交流廉价而简便的方式。 二、生物技术在动物遗传育种方面的应用 1.利用基因导入技术育种 哺乳动物转基因技术(transgenic technique)是基因工程与胚胎工程结合的一门新兴生物技术。科学家利用基因工程通过一定方法把人工重组的外源DNA导入性细胞或胚胎细胞受体动物的基因组中,或把受体基因组中的一段DNA切除,从而使受体动物的遗传信息发生人为改变,生产出带有外源DN段的动物,并且这种改变能遗传给后代。它打破种的界限使育种工作可以充分利用所有遗传变异,有目的、有计划和有预见地改变动物遗传物质的组成,生产出优良品种的动物。体细胞核移植(somatic cell nuclear transplantation)技术又称体细胞克隆,它是利用分化程度较高的体细胞移入去核卵子中,构建新合子的生物技术。在畜牧生产中,运用核移植技术可以从一枚优良胚胎出发,将其培养到多细胞时,通过酶使其分成许多单细胞卵裂球,再把每一个卵裂球的细胞核作为核供体,再将它们移植到去核的受体卵细胞中,使其发育成一个胚胎,由于所有胚胎的细胞核来自同一枚优良胚胎,他们都具有优良的潜质。通过核移植,可生产许多同质胚胎,实现优良家畜的无限扩增,最大限度地利用优秀母畜的遗传潜力。 2.提高动物产品的生产性能和质量 近年来,各国对家畜生产性能的改良目的是提高家畜肉、奶、毛及其它产品综合遗传力。在畜牧业中,利用转基因手段可以达到改善动物生产性能的目的。在namlner等获得转基因猪以后,转基因技术已取得了很大成果。把生长激素或促生长因子基因导入家畜基因组中,加速生长速度,提高饲料报酬。1985年,科学家第1次将人的生长激素基因导入猪的受精卵获得成功,转基因猪与同窝非转基因猪比较,生长速度和饲料利用率显著提高,胴体脂肪率也明显降低。表达牛生长激素的转基因猪生长速度比对照组快10-15%,饲料报酬提高16-18%,胴体中脂肪下降80%。 3.培育抗病品种 家畜疾病,尤其是传染性疾病是畜牧生产的大敌,由疾病造成的经济损失约占畜牧业产值的12%-15%。抗病性能是当前畜禽育种的重要目标性状,抗病育种的目标是培育出整体免疫力高的品种。目前,已发现的与免疫相关的综合抗病力候选基因为数不多,主要有MHC和NRAMPl,其中NRAMPl蛋白可抵抗分枝杆菌、沙门氏菌等多种胞内寄生病原菌的侵染而发挥重要免疫功能,对畜禽机体抗病力影响较大,目前已克隆了多种生物的NRAMPl基因。猪瘟是危害养猪业最严重的疾病之一,如果能培育出抗猪瘟病毒的新品种,将对养猪业做出巨大的贡献。谢庆阁等设计合成了阻断猪瘟病毒复制的核酸基因,研究了其抗病毒感染的功能,认为该途径是可行的。此外,对一些种属特异性的疾病,如果可以从抗该病的动物体中克隆出有关的基因,并将其转移给易感动物品种,就有希望培育出抗该病的品系。而在对畜禽类病原体基因组结构进行深入研究的基础上,将病原体致病基因的反义基因导入畜禽细胞,使侵入畜禽机体的病原体所产生的mRNA不能表达,从而起到抗病作用。 三、生物技术在动物繁殖方面的应用 1.人工授精技术 自20世纪40年代以来,人工授精技术蓬勃发展,已成为家畜品种改良的重要手段。人工授精在奶牛业的发展最快,目前多数国家已普及了对奶牛的冷冻精液人工授精,把人工授精技术作为家畜育种和扩繁的有力手段。法国经过后裔测定,优良种公牛遗传力的改进每年进展达20%。人工授精与胚胎移植相配合,提高了奶牛的产奶量,减少了饲养头数,人工授精大大提高了优秀种公畜的利用价值。绵羊人工授精仅次于牛、猪的人工授精,近20年来在很多国家也受到了重视。 2.体外受精技术 体外受精(in vitro fertili-zation,lVF)是继人工授精后,家畜繁殖领域的第3次革命。它包括卵子的成熟培养、精子获能、体外受精、胚胎早期培养和胚胎移植等5个连续过程。由于它与胚胎移植技术(ET)密不可分,又简称为IVF-ET。自张明党(1959)把体外受精的兔受精卵移植给受体母兔获得世界上第一个“试管哺乳动物”以来,体外受精技术发展很快,现已日趋成熟而成为一项重要而常规的动物繁殖生物技术。它为胚胎生产提供了廉价而高效的手段,对充分利用优良品种资源,缩短家畜繁殖周期,加快品种改良速度等有重要价值,这项技术国外已从实验室转向商品化生产。我国在牛IVF技术的研究方面并不落后,技术上已经取得了重大突破。 生物技术方面论文:植物生物技术在植物保护方面的应用 【摘 要】伴随着科学技术的日益发展,生物技术已经被广泛地应用于植物保护方面。生物技术的运用主要体现在:对植物病毒和病源的判别和诊断,促进了植物病毒治理过程;选育抗病虫种苗,免除了病虫的危害;研制基因工程农药,有效的避免了化学农药产生的不良后果;培育抗病虫和抗除草剂植物,生物技术的运用极大地促进了植物的保护。 【关键词】生物技术 植物保护 基因工程 伴随着国内外对植物生物技术研究的不断深入和发展,生物技术已经被广泛地应用到植物保护方面。生物技术主要是指利用微生物或者生物有机体来制造或改进产品、改良品种,或者通过培育微生物等过程以达到为人类服务目的的一种技术。生物技术主要涵盖细胞工程技术、基因工程技术、发酵工程技术以及酶工程技术。植物生物技术在针对植物病毒和病源的判别和诊断、植物病虫害防治等问题上具有安全、高效、选择性强、无污染等特点,被广泛的应用于植物保护过程中。 一、对植物病毒和病源的判别和诊断 生物技术应用于植物保护中,能够快速而有效地进行植物病毒和病源的诊断。单克隆抗体技术就是一种用于对植物病毒和病源进行诊断的技术,这种技术与各种免疫标记技术相互结合,就能够对病源进行快速而精确的诊断分析,促进了植物病毒的治理。单克隆抗体技术的积极运用为诊断和判别植物病害提供了有效的途径,现已经制备了很多种植物病毒单克隆杂交瘤的细胞株,例如各种像烟草花叶病毒、葡萄扇叶病毒、黄脉病毒等。我国在植物细菌病害的研究中取得了丰硕的成果,如水稻白叶枯病、青枯病、葡萄扇叶病毒、马铃薯青枯病单克隆抗体的等很多种植物病源的单扛杂交瘤柱系,极大地促进了生物技术在植物病源诊断上的应用。 二、培育无病种苗 近些年来,我国在抗病虫育种的基础上,积极地运用生物技术,创造并选择利用植物群体内新的遗传变异,取得了很多新的进展。生物技术应用于选育抗病虫植物和培育无病种苗,是通过组织培养的方式。为了保证各种作物的产量和品质,提高对有害生物病、虫、杂草的抗性和耐力,使用组织培养的方式,通过无性系突变体来筛选新的抗病虫材料或新抗源,获得无病毒苗,进而获得抗病虫的植物,用体外栽培植物的离体部分来消除病毒的侵染危害,生成没有病毒的完整植株后,再将植株的种子进行繁殖,通过这种无性繁殖就能获得没有病的的种苗,免除了各种病虫的危害[1]。 通过花粉粒作为外植体进行培养,获得植株的单倍体,利用单倍体可在较短的时间内培育出新的、高纯合材料,从而诱导、筛选出具有抗性的植株。另外利用茎尖脱毒技术也可以繁育出像薯类、果树、花卉以及某些蔬菜等无病毒种苗,极大的保证并提高了作物的品质和产量。目前国际上已经开发出抗虫转基因水稻,同时我国也在积极研究,已经开发出抗叶枯病和抗水稻细菌性条斑病的转基因植株,这种生物技术应用于实践,能够有效地降低化学农药的使用量。 三、研制基因工程农药 生物技术在微生物农药开发中的应用,能够代替化学农药而起到防治害虫的效果。为了提高农作物的产量而进行的病虫害防治,长期以来大量使用有机农药,虽然起到了杀菌防虫的作用,但与此同时因单纯依靠化学有机农药,并且使用浓度严重超标也造成了一系列的恶果。例如农药的过度使用,使得在杀死害虫的同时,也杀害了害虫的天敌,从而严重的破坏了生态系统的生物链;长期使用农药,使得害虫产生了抗药性,形成了恶性的循环;农药残余严重,破坏了土壤环境,同时也危害了人们的身体健康。 鉴于有机化学农药带来的各种问题,生物农药防治病虫害的方法也呼之欲出。随着各种生物杀虫剂和生物杀菌剂的相继研发成功,诸如假单胞杆菌型、莓力菌杀虫剂以及枯草杆菌杀虫剂等的使用,极大的避免了有机化学农药产生的危害作用。利用昆虫重组病毒防治害虫,可以利用寄生在昆虫体内的昆虫杆状病毒,如果将此病毒的基因中插入和表达外源基因如节肢动物或细菌来源的昆虫毒素、昆虫激素或酶,就能够扰乱害虫内部的代谢平衡,从而达到了灭虫的目的。另外许多微生物农药也在积极的研发过程中,利用产素细菌能够防治各种因植物细菌而产生的病害问题,这种方法主要是先从土壤根围的细菌中筛选出对水稻或者蔬菜等重要病原细菌,然后选择具有较强拮抗作用的拮抗菌株,这种拮抗菌株由于能够产生较强的拮抗蛋白而起到了抑制或预防作物细菌病害的作用。在这种引进拮抗菌株进行植物的病虫害防治的进程中,从植物体形成的自然生态系统中筛选增产菌,而增产菌的代谢物对改善植物生理代谢又起到了重要作用。总之微生物农药具有高效、无毒、无公害和无污染等特点,对于病虫害防治和环境保护都具有良好的效果。 四、培育抗病虫和抗除草剂植物 作为一种分子生物学技术,植物基因工程技术是利用了植物细胞的全能性。植物细胞的全能性是指植物的每个细胞都具有相同的遗传信息,因此能够把一个植物细胞通过生物技术方法培养成完整的植株。进行抗病虫植物的培养,可以利用动物毒素基因的导入达到防治害虫的目的。此类方法是将一些昆虫的毒素基因导入到植物中,害虫一旦咬食植物的同时就吞入这些细菌,从而就会被杀死[2]。培养抗除草剂植物是通过将破坏除草剂的基因导入到植物中。研究者已经从吸水链霉菌分理处一种能够破坏破坏除草剂的基因,将这种基因导入到烟草、马铃薯和番茄的植株后,这些植株就对常用的除草剂产生了抗性,这样就使得这些作物避免了除草剂产生的药害作用。 抗病虫工程植株与抗除草剂工程植株的培养,我国也取得了很多突破性的进展,已经将很多诸如水稻、小麦、大豆、棉花等农作物通过组织培养的方式获得了再生植株;通过病毒的外壳蛋白的基因转移到烟草和番茄上,并将苏云金杆菌的毒蛋白转移到棉花和水稻上;弱毒疫苗和卫星核糖核酸的也已逐渐应用到实际的生产中[3]。 总之,生物技术的发展,对植物保护产生了革命性的影响。利用植物生物技术能够选育和培育出各种抗病虫害的新的植物品种,同时生物技术对植物病毒和病源进行了快捷而有效的诊断,基因工程农药的使用免除了病虫的危害,也有效的避免了过度使用有机农药产生的恶果。因此,充分利用各种生物技术,能够有效的起到植物保护作用,从而保护了物种的多样性,保护了生态环境,实现了人与自然的可持续发展。 生物技术方面论文:医疗器械方面的生物技术 1功能性生物材料 组织损伤的情况不同,使用的胶原材料也有较大的区别,如骨组织损伤进行修复时,一般使用脱钙的骨胶原(DBM);肌肉、皮肤或者外周神经损伤,进行修复时一般使用胶原膜(CM);如果属于中枢神经损伤需要修复,则应使用有序的胶原材料(LOCS)。 另外功能性胶原生物材料对于不同的组织损伤的再生有良好的效果,包括CBD-PDGF,其能够活化胶原膜,使得皮肤组织能够再生修复;CBD-BMP-2的作用在于活化脱钙骨胶原DBM,使得骨损伤得到修复;CBD-BDNF对于有序的胶原材料LOCS有着良好的活化作用等。 2生物技术运用于心血管器械方面 生物技术运用于心血管方面,主要是利用天然的组织修复身体的病变部位,或者使用选择性的合成材料代替病变组织,具体的运用分为以下几点: (1)在生物技术研究的初期,医疗器械的的适用范围较小,一般是人体生命垂危时才会使用。近年来医疗领域在植入性合成聚合物的研究方面逐步深入,且研发了各种心脏的辅助器材; (2)心脏瓣膜的发展,使得生物瓣膜、机械性的修复瓣膜得到了广泛的使用,每年将瓣膜植入身体的人群数量逐年增加,常见的瓣膜类型包括嵌入盘、嵌入球、倾斜盘等; (3)永久性植入心脏的辅助装置、临时性植入心脏的辅助装置、人造心脏等,也逐步获得了较好的效果,该类装置能够使得衰竭的循环系统或者心脏保持基本的正常功能,且能够有效减少心脏负担,优化心脏的供氧情况; (4)血氧发生器也属于该类器械,其主要分为膜型、鼓泡型、空心纤维型等不同类型。 在氧发生器的开发方面,模型氧发生器是最为关键的技术,该氧发生器与人体吸气过程中的生理条件极为接近。如果人体的血液的功能由于疾病而减低,可以利用相应的的PVC、PTFE玻璃纸等生物材料制作成膜式氧合器没维持机体的功能正常。 3生物酶的运用 生物酶在医疗器械的运用主要是清洗器械,在自动清洗剂中添加适量的生物酶,其对于医疗器械上多种污渍生物酶的清洁效果十分明显,包括血渍、蛋白质污渍生物酶等。由于上述物质会限制微生物与灭菌因子的接触,需要该类技术进行彻底的清洁。利用生物酶将医疗器械进行浸泡,时间为三分钟,其即会将把污渍分解成细小的碎粒,脱离物品的表面,医疗器械得到彻底的清洗。该生物酶清洁医疗器械,优点在于清洁效果良好,不会对器械产生腐蚀,且能够使得器械的使用寿命更长。 生物技术方面论文:生物技术在畜禽疾病方面的运用 通常,为了保证畜禽的健康水平,我国相关的饲养人员都会在喂养这些动物的时候采取一定的措施。生物技术在畜禽养殖方面已有很广泛的应用,比如预防畜禽疾病的疫苗和诊断技术等等。因此,在不久的将来,以生物技术为代表的各种科学技术一定能够在人类的生活以及工作中发挥更大的作用。 1有关生物技术的相关内容 1.1生物技术的定义及主要用途 所谓的生物技术是指生物学家们利用一些特定的技术手段对生物体进行改造之后使其能够为了人类更好的服务的技术。这种技术,已经随着我国科学技术的不断进步而取得了快速发展,不仅仅是能够有效的预防以及诊断各种疫病,还可以从遗传学的角度对生物新品种的培育起到很重要的推进作用。此外,生物技术还可以为这些牲畜以及家禽提供更易消化以及更富有营养的食物。由于每个生物不同的特性,在生物技术的发展过程中已经逐渐的产生了一定的分科现象,比如说发酵技术以及现代生物技术等等。前者比较便于理解,而后者主要包括一些为现代人们提供具体服务的学科,最主要的是遗传学、生物化学以及免疫学等等。 1.2生物技术在诊断和防治动物疫病中的应用 在防治动物疫病方面,运用生物技术培育的基因工程兽用疫苗与常规疫苗的生产相比生产周期更短,疫苗的种类更多,效果更强大,并且降低了由于残毒和污染而造成的生物污染的机率。常见的有预防禽痘病毒的活病毒载体重组疫苗、基因缺失疫苗、核酸疫苗等等。在畜禽疾病诊断方面,随着生物技术发展而产生的限制酶分析法、免疫印迹法、核酸探针法以及聚合酶链反应法等多种分子生物学的诊断方法都是畜禽疾病有效的诊断方法。 1.3在净化畜禽环境中应用 生物技术因为养殖业大多都十分集中,所以畜舍中所散发的十分难闻的气味含有氨气等对人体及畜禽有害的物质,因此,必须采取相关的措施对这种情况加以预防和制止。现阶段容易出现的肉鸡和一些猪出现呼吸道疾病都是由于畜舍内含有大量的氨气而造成的。科学家们从沙漠植物莫哈欠丝兰中提取的糖化合物,能够让舍内H2S、NH3、粪臭素等减少,增强牲畜血液中含氧成分,在一定程度上提高了猪的生产性能,也有效的减少了鸡出现腹水症的几率。发酵床养殖技术的应用,不仅改善了养殖环境的质量,提高动物产品的品质还降低了养殖成本,实现了养殖污物的零排放。 2生物技术在畜禽疾病方面的具体应用 生物技术在畜禽方面的应用前景更加的广阔,尤其是在疾病探索方面。一般来讲,在畜禽饲养和疾病预防以及诊断效果等方面表现最明显的就是生物技术。一方面,生物技术能够针对畜禽出现的不同症状或者是感染的不同病毒研究出不同的疫苗,进而提高感染疾病动物的存活率。另一方面,生物技术所研究的疫苗和通过其他途径获得的疫苗相比具有更大的竞争优势,原因是这些疫苗对生物体具有很强的保护性。因此,在目前及以后的疫病防治中,生物技术都能够发挥很强的针对性和效果。值得一提的是,现在的生物技术还能够对原有的疫苗进行技术上的弥补工作,使其更具效果。所以,依目前生物技术在我国的应用来看,在未来很长一段时间之内,这项技术都会为动植物带来更大的利益。传统的化学农药和化学肥料对动物、人和整个生态系统都有很强的副作用和长期滞留的毒害作用。目前利用DNA重组技术,制成的微生物杀虫剂和微生物肥料,可有效地降解生物,大大减少了环境的污染,维持了生态的平衡。 3结束语 综上所述,随着我国生物技术的不断完善,它的应用已经遍及许多领域和作业。尤其是农业和畜牧业应用的成就更为突出。生物技术的应用还能够保证我国动植物的生长状况达到最优的状态,因为生物技术能够为动植物提供优质的饲料以及疾病预防的准确度,同时生物技术的这种优点,也使得我国的饲养人员获得了更大的经济利润,从而也使得我国人们能够食用到更优质的食品。 作者:杜培杰 单位:山东省临沂市畜牧站 生物技术方面论文:生物技术在食品检测方面的运用 1食品检验中现代生物技术应用的重要性 1.1传统检测方法无法满足发展需求 随着生活水平的提升,食品安全问题逐渐成为众人瞩目的焦点,而要解决这个问题最直接的方法就是要做好食品检测工作。它不仅是食品质量的基础,也是食品安全的保障。在国内一直延续着使用化学、物理及仪器的检测方法。但是传统方法有很大局限性,不仅是测量结果不精确,也会增大很多工作量。随着科技发展,社会需求进一步提升,人们对安全提出了更高的要求,这就注定传统检测方式要被抛弃,转而投向新的检测手段。 1.2生物检测的优势 生物检测是新兴的一种科学、精密检测方法,与传统检测方式相比,它在各个方面均显优势,并且应用范围在不断的扩大、延伸,它的检测范围也涉及到各个领域,主要包括质量监控与监督、品质评价等方面。生物技术检测不但具有很高的选择性而且还具有特殊的识别能力。此外,它还融合物理化学的方法,从而发明了一些操作简单,但是结果准确快速的检测方法。因此这种方法受到人们的青睐。 2食品检验中常见的现代生物检测技术 2.1基因探针法 基因探针主要是利用生物基因来完成食品安全的检测,其原理是组成基因的碱基可以进行特定配对。基因探针就是利用基因的变性以及可重复性实现对特定基因序列进行检测的目的。基因探针得到了进一步地发展和广泛应用,尤其是在食品安全检测方面贡献显著。这种技术的流行简化了检测的操作流程,优化了检测结果,提升了检测的精准度,避免了传统检测方式的种种弊端。当然任何事物都会有优缺点,这种技术也存在其应用的弊端,主要表现在其检测速度较慢,相应的检测成本就会比传统方式高,所以说基因探针技术在使用过程中还应积极的改革创新,追求更高的发展空间,为生物技术在食品检测方面做出更大贡献。 2.2PCR技术 PCR技术主要也是依靠基因原理来实现检测目的。它的主要检测过程是找一条DNA分子作为检测需要的模板,然后找到一段有特定碱基排列顺序的基因片段当作引物,最后将其放置在适宜条件下进行大量增殖。在现实生活中,这种技术主要用于转基因类别和致病微生物的食品检测。PCR技术在食品检测领域得到了很大发展,像对掺假成分、DNA污染等方面的检测。1992年开始使用这种技术,1996年德国在理论上对这项技术能进行基因探测给予了证明,2006年,曾利用这种技术检测葡萄中的曲霉菌。 2.3免疫学检测技术 棉衣学检测主要依靠众所周知的抗体与抗原的反应。目前棉衣检测常见的三类有免疫标记、免疫凝结、以及免疫沉淀等。在当前社会,在检测技术中最为广泛的技术即为免疫学检验技术。免疫学检验技术具有灵敏度较高、分析容量较大、检验成本较低、特异性较强而且方便快捷等特点。酶联免疫法是免疫技术中常见的免疫法。酶联免疫技术将酶标记在特殊的抗体上,这种抗体会寻找特殊的抗原反应,然后在反应完成后加入底物,根据显色反应以及显色的程度来判断检测结果。酶的催化效率很高而且灵敏度很高。但是它自身也存在缺点,也有很大的改进和发展空间。 3结语 随着人们对食品安全问题的不断重视,传统的检测方式必然会被新兴技术所取代,生物技术的崛起无疑给各个领域,特别是食品安全领域检测带来了新的活力。无论是在操作方面,还是在结果的精确性方面,它都无疑是现代食品检测最优的检测方式,是食品检测中主要的技术组成力量。但是在我们也应该用发展的眼光发现这种技术的缺点,积极的去改正创新,使它能发挥更大的价值。在我国生物技术的不断发展中,生物技术一定会使我国食品检测更加成熟,使人民身体健康得到保障。 作者:李强 单位:通标标准技术服务(天津)有限公司 生物技术方面论文:医疗器械方面的生物技术论文 1功能性生物材料 组织损伤的情况不同,使用的胶原材料也有较大的区别,如骨组织损伤进行修复时,一般使用脱钙的骨胶原(DBM);肌肉、皮肤或者外周神经损伤,进行修复时一般使用胶原膜(CM);如果属于中枢神经损伤需要修复,则应使用有序的胶原材料(LOCS)。另外功能性胶原生物材料对于不同的组织损伤的再生有良好的效果,包括CBD-PDGF,其能够活化胶原膜,使得皮肤组织能够再生修复;CBD-BMP-2的作用在于活化脱钙骨胶原DBM,使得骨损伤得到修复;CBD-BDNF对于有序的胶原材料LOCS有着良好的活化作用等。 2生物技术运用于心血管器械方面 生物技术运用于心血管方面,主要是利用天然的组织修复身体的病变部位,或者使用选择性的合成材料代替病变组织,具体的运用分为以下几点:(1)在生物技术研究的初期,医疗器械的的适用范围较小,一般是人体生命垂危时才会使用。近年来医疗领域在植入性合成聚合物的研究方面逐步深入,且研发了各种心脏的辅助器材;(2)心脏瓣膜的发展,使得生物瓣膜、机械性的修复瓣膜得到了广泛的使用,每年将瓣膜植入身体的人群数量逐年增加,常见的瓣膜类型包括嵌入盘、嵌入球、倾斜盘等;(3)永久性植入心脏的辅助装置、临时性植入心脏的辅助装置、人造心脏等,也逐步获得了较好的效果,该类装置能够使得衰竭的循环系统或者心脏保持基本的正常功能,且能够有效减少心脏负担,优化心脏的供氧情况;(4)血氧发生器也属于该类器械,其主要分为膜型、鼓泡型、空心纤维型等不同类型。在氧发生器的开发方面,模型氧发生器是最为关键的技术,该氧发生器与人体吸气过程中的生理条件极为接近。如果人体的血液的功能由于疾病而减低,可以利用相应的的PVC、PTFE玻璃纸等生物材料制作成膜式氧合器没维持机体的功能正常。 3生物酶的运用 生物酶在医疗器械的运用主要是清洗器械,在自动清洗剂中添加适量的生物酶,其对于医疗器械上多种污渍生物酶的清洁效果十分明显,包括血渍、蛋白质污渍生物酶等。由于上述物质会限制微生物与灭菌因子的接触,需要该类技术进行彻底的清洁。利用生物酶将医疗器械进行浸泡,时间为三分钟,其即会将把污渍分解成细小的碎粒,脱离物品的表面,医疗器械得到彻底的清洗。该生物酶清洁医疗器械,优点在于清洁效果良好,不会对器械产生腐蚀,且能够使得器械的使用寿命更长。 4数字化生物技术的运用 数字化生物技术即为医疗自动化技术,其在医疗器械方面的应用十分广泛,包括心脏起搏器、剖析监护设备、放射设备等嵌入式的技术;分光光度计、肌动的电流扫描器等,其均需要性能良好的数字信号处理系统提升器精度;医疗机器人技术、无线通讯技术、自动化的测试、感应器等技术,由于医疗设备的消耗量较大,该类器械的发现潜力极大。 5结语 生物技术属于现代十分先进的技术,其发展速度快,影响深远,且具有较大的发展潜力。该技术的应用范围极为广阔,包括环境保护事业、农业生产方面、医学技术方面、医药制造方面等,其也能够应用于医疗器械的生产与开发方面,提高医疗器械的性能,使之功能更加全面,效果更加显著。本文仅从一般的角度分析了其在医疗器械方面的应用,在实践的医疗活动中,医疗机构可以根据实际的情况及自身的需求,科学的引进生物技术,提升自身的医疗水平,更好的服务社会,带来良好的社会效益。 作者:郑雯雯 单位:山东恒信检测技术开发中心 生物技术方面论文:生物技术在食品检测方面的运用研究 摘 要:经济的快速发展为人们提供了更为舒适和高质量的生活环境,在这样的生活环境中人们逐渐有了健康饮食的观念,对生活中的食品质量了有更高的要求,与此同时近些年食品加工市场竞争激烈乱象丛生,导致社会中不断出现食品安全方面的问题,为了更好的保证人们饮食安全促进食品加工方面的平稳发展,我国在进行自主食品监测技术设备研发的同时,还引进了许多国外的高新技术与设备,共同应用于食品监测中。目前在食品监测过程中生物技术的使用率最高并且效果显著,为了在此基础上进一步加强生物技术的对食品检测的作用,提升食品检测的精准度。本文从生物技术在食品检测方面的运用方面着手研究,为生物技术与食品检测今后发展提供思路。 关键词:食品安全;食品检测;生物技术;运用;研究 食品是人们生存的必需品,其质量直接影响着人们身体健康和生活质量。但近些年来我国的工业方面发展越来越快,在带来经济效益的同时也带来了大量环境污染。在这样的环境污染情况下,人们越发的重视食品的安全问题。为了更好的保证食品安全,我国逐步将食品检测划为重点,但在实际食品安全检测过程中却出现了诸多问题,比如检测技术、政府监管、以及法律法规方面都存在许多不足,其中最为突出的是检测技术问题,所以生物技术一经发展便得到了极大的重视, 一、基因探针法 基因探针法也可以称为分子杂交技术,因为基因具有一定的变性和重复性,所以基因探针法利用基因的这一特性对食品中存在的基因进行序列比对,从而确定食品的安全。目前正在使用的基因探针法主要分两种,异相杂交与同相杂交,相同的是两种方法都以基因探针为基础。基因探针法大多使用于食品中的微生物检验,可以对食品中存在的沙门氏菌、大肠杆菌、葡萄糖菌等常见的影响人们身体健康的细菌充分检验。从基因探针法的操作过程以及检测结果中可以看出,其与传统的检测方式相比,具有更强的操作便捷性以及结果精准性,但同时基因探针法也存在诸如运行成本高、速度慢等问题。所以还需研究人员进一步对基因探针法进行研究。 二、PCR技术 PCR技术的原理是以需要扩增的DNA分子作为模板,用分别和模板互补的一对寡核苷酸的片段作引物,遵从半保留复制原则,在DNA聚合酶的作用下完成扩增,因此,又称聚合酶链反应技术,由变性、复性和延伸三个步骤构成。仅需要用很少的物质便可大量扩增所需的基因片段,并可以定量、定性地分析检测样品,这是PCR技术的一大优点。与此同时,由于检测仪器昂贵,操作复杂、技术含量较高,因此对其技术人员有较高且严格的要求。由于现在分子生物学技术正在突飞猛进的发展,转基因食品已经随处可见,由此可见转基因食品逐渐进入了人们的生活,它们在人们的餐桌上出现的同时,转基因食品的安全性也倍受人们的关注,成为了百姓饭前茶后所谈论的热点话题。由于在传统的食物中,并不存在转基因食品中的蛋白质和新遗传物质,使消费者存在隐忧。为了让人们的健康有一个可靠的保障,使消费者消除顾虑,让商品流通和国际贸易更加有利,研发一个快速、简便、准确的食品安全检测技术迫在眉睫。 三、免疫学检测技术 免疫学检测技术的基本原理是抗体和抗原的结合反应,一般可将其分为三类:免疫沉淀反应、免疫标记技术和免疫凝集试验。目前,免疫学检测技术在检测方法中用途最为广泛,其具有方便快捷、特异性强、检测成本低、灵敏度高、分析容量大等特点,特别表现在食品检测方面,在分析蛋白质的结构中通常会用到。当前,免疫技术中的酶联免疫法已在食品检测中得到普及。近几年,在传统检测方法的基础上,免疫学开发出新的检测技术,其中包括放射免疫测定、荧光免疫测定、免疫传感器、免疫磁性分离和酶免疫测定,比如PCR-ELISA技术,就是将酶联免疫技术与PCR技术结合,可用于检测大肠杆菌,效果良好。酶联免疫技术是将酶标记在特异的抗体上,即为酶标抗体。它具有酶的底物催化和抗体抗原反应的特性,它和与它对应的抗原相结合,添加底物,便可依据底物显色程度做出定量或定性地判断。由于酶的催化效率高,能够最大限度的将反映效果放大,使测定结果稳定且灵敏度高。但其也具有局限性,因此多数用于检测鲜活组织和基因工程生物体改造的初步z测。 四、生物芯片技术 生物芯片技术的原理是按照预先的设置将大量生物分子排列并固定在载体表面,因为生物分子具有特异性亲和反应,可利用其对生物分子的量和存在进行分析,比如抗体抗原反应和核酸杂交反应等。高通量是基因芯片最为突出的优点。相较于传统检测方法,生物芯片技术可克服具有系统误差的缺点,许多基因探针杂交和标记等只需一个过程即可完成,并且生物芯片技术自动化程度高且其数据可靠客观。但是由于基因芯片技术无法判断在细胞类型较多的组织中检测基因的精确定位。与基因芯片相比,处于研发中的蛋白质芯片可能将此种情况改善。 1.基因芯片 基因芯片的探针使用大量的寡核苷酸以及DNA,在工作过程中将大量的已知基因数据集中输入于基因芯片当中,在芯片运行时会将食品样品中所存在的核苷酸与芯片中同位置探针内的核苷酸进行杂交,杂交后再根据碱基互补的基本原则,确定食品样本中的核苷酸序列,最后将样本转换为对应的检测图像,在计算机中对结果图像进行信息分析,得出检测结果,基因芯片的技术优点在于相对传统食品检测更为高效与灵敏,有效提高了食品检测的工作效率。 2.蛋白芯片 蛋白芯片的组成部分是大量的蛋白质,是根据使用不同蛋白质相结合产生的效果辨别食品安全的技术。其在实际操作过程中需要将食品样本的固相载体采取化学处理,然后将具有已知数据的蛋白探针固定与样本载玻片上,随后观察其中蛋白质产生的相互作用,对作用结果分析得出检测结果。蛋白芯片技术多用于转基因食品的检测当中,其具有大量食品检测,快速检测等特点。 五、结束语 由于生物技术具有高效、经济等特点,广大科学研究人员对其越来越认可,在食品检测中生物技术成为了重要的力量。在我国科技不断发展科研人员不断努力创新研究的背景下,在今后的食品检测中,生物技术一定会更加成熟的应用其中,使我国的食品质量安全得到保障。食品安全不仅关系到人类的健康,更与国家的经济、政治息息相关。近几年,我国大力推进食品检测技术及食品安全的应用及研究,并增强了相应法规法律的制定。与此同时,还需大量投入资金在食品检测的技术研究中,并对食品科学技术的专业队伍加强建设。综上所述,生物技术在食品检测中已经愈来愈显其优越性,但其检测方法或多或少都存在着局限性,因此在其应用中需要搭配和选择使用,同时也期待生物技术的改进、优化以及创新,为食品安全提供可靠保障。 生物技术方面论文:生物技术在制药方面的应用与前景 摘 要:生物制药中生物技术研究开发和应用最为活跃、邻域进展的也是最快,在我国的制药产业中是最具有前途的产业之一。目前生物制药的研究成果数量日益增长,在新药研发中生物技术制药形式相对比较重要,使生物技术制药成为了研发主流。在未来的发展过程中,各种生物疫苗以及基因工程药物等领域的研发,是生物制药技术的主要发展趋势。文章主要阐述了生物技术的新药研发成果,根据统计相关资料,从中选取与生物制药有关、权威的内容进行综述,通过围绕基因工程、细胞工程、酶工程等相关生物制药技术的研究进行以下介绍,和相关的发展现状、前景、优势。 关键词:生物技术;制药;应用 生物技术也可以称作是生物工程。以现在化的生命科学为主要基础,综合各种科学技术,科学原理以及先进的科学手段,按照设计对生物体和生物原料的加工为人类生产出具有重要作用的生物技术产品。生物技术是人们对动植物以及微生物本身的物质加工而成,为人们生产数优质的生物技术产品更好的为社会服务。现代生物制药技术其中包括现代化生物技术和发酵技术,生物技术来源于相关的学科和生物学发展相融合的产物,其中以重组DNA技术为核心主要的基因工程,这之中还包括有生化工程、细胞工程、微生物工程和生物制药等各个领域。生物技术是综合许多种现代科学理论与生命科学研究出来的一种高新技术,运用先进的技术手段为我国制药行业的研究创造出广阔的应用前景。 1 发酵工程制药 现代的发酵制药工程。又可以被称作微生物工程,是指采用现代的生物技术手段,利用微生物的特定功能,为人类生产出有用的产品,工业生产的过程直接运用微生物技术。微生物代谢生产的生物技术就是发酵工程制药。发酵工程制药中含有,抗生素、激素、维生素等相关的生理活性物质。主要的研究对微生物改良和筛选,工艺研究,等处理产品后续的问题。如今DNA重组技术对微生物菌类的改良有着重要的作用。在20世纪70年代中,基因技术和细胞技术融合等生物技术的不断发展,发酵工业进入了现代化的工程阶段,其中生产的产品有酒精类饮料,还有胰岛素、生长激素和抗生素等多种保健药物。发酵工程制药利用微生物生长以及代谢制作中药,此类制作中药方式比一般方式都优越,可以全面的改善药性,降低副作用,橹幸钚猿煞痔峁┬碌姆⒄狗较颍产生新的药物作用,针对各种适应症的治疗,充分保护中药成分,避免中药活性成分遭到破坏,从而做到节约药物资源。 2 基因工程制药 基因工程制药是指分子水平上基因的操作,根据人类的需求所设计的,按照设计方案创建含有新性状的生物新品系,并且能使生物新品系稳定的遗传给下一代。基因工程与工程设计运用了相似的方法,具有明显的理学与工程学的特点。工程制药通过DNA技术将疾病的蛋白质、酶、核酸等基因药物转移到宿主细胞进行表达和繁殖,最终可以获得相应的治疗药物。抗生素通常是人体的活性因子,主要研究基因的鉴定、克隆导体的构建,导入产物分离纯化等问题。基因工程被人们掌握时间并不是很长,但已经多次的取得了实际性的成果和应用价值,基因技术已经成为我国的核心技术,将在制药方面充分的发挥重要作用。 3 细胞工程制药 相关于细胞工程制药的范围还没有确切的说法,细胞工程是根据分子生物学原理,应用了细胞培育技术以及细胞水平进行遗传操作。细胞工程大体可分为细胞质工程和染色体工程。细胞工程的主要关键是运用植物和动物的细胞培养作为药物生产技术。利用细胞技术对动植物的培养可以生产出人类活性因子,以及单克隆等抗体产品。也可以生产出活性因子疫苗等DNA产品。在地理条件和气候环境的影响下植物细胞代谢产物含量仍然很高。系统正在研究培养,人参、三七等制药用的植物,并对相关的培养条件做出了。分析表明,人参细胞培养物与药理活性都和普通种植的人参没有明显差异。对于某些植物的细胞培养与生产已经达到了商业化作用。除了对细胞大规模的培养之外,毛状根与不定根的培养也很成功。黄氏毛状根的培养效果与价格与药物黄氏相似,希腊毛地黄细胞应在褐藻酸欲的固定情况下培养,可将有毒的毛地黄物质转化成地高辛,运用紫草细胞培养生产紫草宁等根据野生新疆雪莲的抗炎等作用,相关人员等进行了细胞培养物与天然新疆雪莲抗炎、镇痛的药理实验,实验表明新疆雪莲细胞培养物,可以成为野生雪莲的替代品。资源短缺也是比较严重的问题,对于资源短缺完全可以利用细胞培养技术对犀角等相关药用动物器官进行培养,此方式就能解决资源短缺的问题。 4 酶工程制药 酶工程指的是用酶、细胞,等拥有独特的催化功能,借助生物技术手段为人类制造出需要的产品。酶学理论与化工技术结合形成的新技术就是没酶工程。现如今已经有很多国家都运用了固定化的酶和细胞生产药品。没工程技术是现代生物技术的重要部分,固定化酶不仅能合成药物分子。还能用于对药物的转化。我国运用微生物的两部转化方法成功的生产出维生素C,酶工程主要研究产药酶,酶细胞固定化相关的操作条件等。酶工程的应用前景一片光明,发酵工业与化学合成工业发生了巨大的改变。药用植物的有效成分来源于植物的次生代谢产物。现如今已有很多个国家充分的应用固定化细胞与固定化酶进行药物的生产。 5 结束语 综上所述,我国的生物技术已经越来越重要,目前生物制药的研究成果数量日益增长,其技术制药研究已经不断的深入各个领域,中药研制新药的环节也在不断的介入在新药研发中生物技术制药形式相对比较重要,使生物技术制药成为了研发主流。生物技术同时还具有对珍稀传统药材的保护同时还能生产出大量的高品质药材和药品活性成分,使药品活性成分的含量有效的提高。合理的应用现代化生物技术,使我国的制药行业不断地取得更大的发展。 生物技术方面论文:生物技术在食品检测方面的应用探究 摘 要:近年来,食品安全事故不断,相关人员深入研究食品检测技术,其主要目的是提高食品安全性。本文通过分析在食品安全检测中如何应用的各种生物技术,以便为食品安全的检测提供参考。 关键词:生物技术;食品检测;应用 1.FTA-PCR的技术 FTAR 卡属于特制的棉纤维卡片, 主要通过螯合剂与强力的变性剂共同浸泡,其纤维基质中包含化学物质,一旦FTAR捕捉细胞,石炭酸、EDTA以及SDS会自动地把细胞裂解,而聚丙烯酰胺会结合核酸,确保样品中的DNA具有稳定性,同时确保核酸不会受到紫外线、核酸以及氧化剂破坏,还有利于其他微生物以及细菌生长。该种方式不仅可以直接提取DNA,而且所提取的DNA能够于室温下保存,给PCR检测创造了条件。在食品检测中,采用FTA-PCR方法,有着明显优势。Robert使用FTA卡来提取流感病毒RNA,联合PCR的技术检测流感病毒。李伟昊使用FTA卡与PCR方式相结合,提取以及检测鲜肉中的沙门氏菌,从鸡肉、猪肉、羊肉与牛肉匀浆液中实际检出限大约70CFU/mL,能够在六小时以内结束肉中的沙门氏菌检测,现阶段主要使用先增菌PCR的检测方法可以节省时间12~24小时,和GB/T 4789.4-2003的方式比起来,用这种方式检测,所用时间与检出率效果都比较好[1]。 2.环介导的等温扩增术(LAMP) 环介导的等温扩增术属于恒温核酸的扩增方式,主要是针对基因四种特异的引物以及六个区域的设计,在常规水浴的条件下,即在65℃条件下一个小时,就能够结束核酸扩增反应;和普通PCR比起来,无需紫外观察、模板热变性以及温度循环等过程。完成扩增以后,可以按照管内的沉淀情况对结果进行评估。由于这种技术操作比较便利以及灵敏度比较高,所以广泛应用于食品检测中。闻伟刚[2]使用RT-LAMP技术构建了具有特异、快速以及灵敏特征的菜豆荚中斑驳病毒检验方式,用这种方式检测的灵敏度比病毒的稀释液高出3~10倍,与常规RT-PCR 检测方式相比,灵敏度提高1000多倍。徐芊采用LAMP技术检测水产品副溶血弧菌,只需一个小时就可以结束检测,并且检测限高达89CFU/g,与常规PCR的检测方式相比,缩短将近1/2的时间。易海华研发出志贺菌LAMP检测方式,在一个小时以内可以结束检测,每微升检测限高达200拷贝。LAMP 是恒温扩增的反应之一,可以缩短普通PCR的反应升降温耗具体时间,并且能够通过肉眼看到检测结果,通常在0.5~1小时内结束反应过程,所以在食品检测中有着明显优势。然而由于LAMP的方式对实验技术者与实验环境方面有着较高要求,未达到相关要求时容易出现假阳性问题,还需要深入研究,不断地对这种检测技术进行完善。 3.核酸探针技术 核酸探针能够促进单链核酸的配对,然后构成双链,通过标记物对信号进行释放,进而实现检测的目的。在核酸样品的基因序列检测中用核酸探针检测,由于病原体具备特异性核酸序列的片段,通过标记技术与分离手段,可以把特定片段研制为核酸探针,并用在病原体的检测以及疾病诊断中。在病原微生物中应用核酸探针,可以鉴别高相似度基因的寄生虫与毒株。Malic通过核酸探针的原味杂交方式,检测与检定球状、铜绿假单细胞、金黄色葡萄球菌与链球细菌属,经检测得知铜绿假单胞菌侵染比较明显,可以用于多项指标检测。Almeida使用核酸探针原位杂交方式检测奶粉中阪崎肠杆菌,该方式特异性高达百分之百,即便存在其他混合菌类,检出限仍达到1CFU/10g。Almeida应用同种方式拓展样品检测的范围,检测了粪便、血液与供应水中沙门氏菌,其检出限达到1 CFU/10g(mL),实际检测时间在20小时以内,与常规PCR检测方式相比,其灵敏度大大提高。曲海娜使用核酸探针方式检测动物毛皮中耐β-内酰胺病原菌,其检出限为529pgDNA,与传统的药敏实验相比采用这种检测方式可以降低检测成本,将检测周期缩短,提高食品检测效果。邹金峰研发出鸭圆环病毒核酸探针技术,同时用于检测中,最低检出量约5pgDNA,和常规PCR技术比起来,采用这种方式可以规避假阴性、假阳性发生的可能[3]。 4.基质分子的印迹技术 基质分子的印迹技术主要是应用分子印记的方式,把包含分子大小、形状识别空洞膜印记到载体或是基质上,也就是把分子与载体印记到聚合物单体上。如2-乙烯基以及甲基的丙烯酸等,建立检测靶与分子之间的链接链,使用电聚合、自组装以及分子聚合和模板分子构成相应的配合物,然后添加交联剂。例如,添加多元醇与有机二元酸交联剂,然后在载体上构成膜,再把模板的分子包裹于膜中,然后将膜内的模板分子清除,将模板分子特异性的印记留下。因为所形成印记构造和模板分子之间互补,也就是只有印记和需检测、分离分子形状匹配时,这种分子才可以占据印迹的空洞。而且因为印迹三维结构中的一维属于传导载体,所以可以把该分子识别的过程快速、直接转变为可识别信号。而开始基质分子的印记技术主要用于医学临床检验如肌红蛋白检测中,目前逐渐应用于抗生素的检测中。Wang研制出分子的印迹技术胶质晶体类模版,能够对蜂蜜与牛奶样品中的金霉素、四环素、土霉素残留进行检测,其检出限为0.04~0.24μmol/L。Shi把甲矾霉素作为模板,构建了层析法分子印迹的固相萃取方式,可以对河蟹中的残留氟苯尼考胺、氯霉素、氟苯尼考与甲矾霉素进行检测,其检出限分别为0.03μg/kg、0.02μg/kg,0.10μg/kg、0.09μg/kg,在一天以内能够结束全部检测。分子的印迹技术的检测限和色谱技术比较相似,但是其检测的成本比色谱技术低,用该技术检测产品时,既可以用在食品检测中,还可以用在食品现场的自检中,检测范围主要包含杀虫剂、真菌毒素以及细菌检测等。 5.免疫层析技术 免疫层析技术是当前兴起的诊断与鉴别技术,原理是某抗原特异性的抗体容易被荧光微粒、金粒子标记,容易吸附于固相载体点样的区域,并且同一种抗原的另一种特异性抗体会固定于固相载体另一端,一旦液体样品浸入点样的区域以后,已标记样品以及特异性的抗体容易在毛细血管的作用下沿固相的载体超前移动;如果样品之中存在待检的抗原,待检的抗原就会和已标记特异性的抗体结合,构成相应的复合物,复合物移至特异性的抗体区域时,抗原部分容易破坏此处特异性的抗体。 6.生物的传感器 生物的传感器主要是通过固定化生物活性的物质,例如生物膜、酶、DNA、蛋白质与微生物等,作为理化换能器以及敏感原件。换能器主要包括压电晶体、氧电极、场效应管以及光敏管,同时还可以构成分析检测的装置,而待测的物质经过扩散作用以后,会进入分子中,对元件进行识别,在识别的作用下,和分子识别的元件进行结合,从而产生生物、化学反应。 总而言之,生物技术具有高效、经济科学的特点,在检测食品的过程中,应用生物检测技术,能够提升检测的精度以及提高检测的速度,是现阶段食品检测领域的新型技术,因此,食品检测领域需要全面了解生物检测技术,尽可能从食品的检测细节与工作着手,在食品检测中应用各种先进检测技术,以确保食品检测的安全性。 生物技术方面论文:生物技术在食品检测方面的应用 摘要:现如今,食品安全问题已然成为社会各界人士都普遍关注的问题。鉴于此,本文结合实际情况重点研究了ELLSA、DNA探针、生物芯片等生物技术在食品检测中的应用。 关键词:食品;检测;生物;技术;应用 随着食品安全问题与人们食品安全诉求矛盾日益增强,做好食品检测工作是妥善解决社会发展矛盾的有效措施。由于我国食品安全检测技术起步较晚,现目前技术成熟度较低,加之食品安全问题日益繁杂,倘若仅仅采取传统的化学、物理等检测手段便不能够契合现代食品检测需求。生物技术在食品检测中,具有灵敏度高、识别功能强、成本低廉、选择性高等特点。因此,在食品检测中,生物技术开始占有一席之地且得到广泛的关注,尤其在人们普遍关注的转基因食品检测中,生物技术发挥出来较强的优越性,此外对于致病微生物的检测,生物技术也具有不可估量的优势。于兹,下文将重点探究几种在食品检测中常用的生物技术。 1. DNA探针技术的应用 1.1 DNA探针技术概念简介。DNA探针技术在食品检测中,主要是利用DNA抑或RNA碱基序列的互补性,将已知DNA用同位素法进行标记,然后做成DNA探针,并寻找可以匹配的待测微生物的DNA或RNA从而结合成杂交分子链。然后通过显微镜观测,被标记的DNA探针是否与待测微生物结合成了分子杂交链以此判断是否存在某种微生物。随着DNA探针技术不断改进与发展,现目前已经成为较为成熟的食品检测技术,并且在市场上得到了较为广泛的使用。现目前,DNA探针技术主要用于微生物检测,对某些致病源检测效果极佳。譬如利用DNA探针技术可以成功且高效的检测食品中的大肠杆菌、李斯特氏菌、沙门氏菌、志贺氏菌等。 1.2 DNA探针技术的应用。上文我们首先简要探究了DNA有关概念,接下来我们将进一步探究DNA探针技术在食品检测中的具体应用。DNA探针技术的核心是构建DNA探针,但是构建探针的方法我们不能按部就班、一层不变的进行,因为微生物特性各不相同。不同的微生物所适用的探针不仅具有特殊的碱基序列,同时其特异性也需要着重考虑。因此构建DNA探针时,必须结合待测微生物特异性,并将具有特异性的DNA保守基因序列作为目标DNA。而DNA探针则应该以目标DNA作为模版,利用互补法构建配对的碱基序列。一般而言,决定微生物特异性DNA的关键因素是生理特征、生化特征。因此工作人员要抓住待测食品微生物的特异性,采取合理的措施构建具有实效性的DNA探针。 2.PCR 及其改进技术在食品检测中的应用 2.1 传统PCR技术简介。PRC技术有被称之为聚合酶链反应技术,该技术的机理是运用酶促反应对DNA进行体外扩增。此技术主要是依赖于DNA聚合酶较强的促进作用,使得DNA能够有效连接碱基序列从而复制具有特异性的DNA碱基序列片段。传统的PCR技术在食品检测中,主要用于对病源微生物的检测。该技术滥觞于1985年,在1992得到实际运用。但是直到近几年该技术在食品检测中才得到较为广泛的运用,现目前利用传统的PCR技术,我们已经可以成功且高效的检测出小肠耶尔森氏菌、 单增李氏菌、金黄色葡萄球菌、肠出血性大肠杆菌0157等病原体。除此之外,PCR技术通过有关实验证实其还可以用于检测转基因食品。由此可见PCR技术不仅能够有效检测一般致病源同时还能有效检测转基因食品。 但是从今年来的实践效果来看,传统PCR技术也存在诸多缺陷:譬如:传统PCR技术在食品检测中偏向于定性检测,而对于定量检测则显得比价乏力;同时利用传统PCR技术检测微生物时,在存在部分衰老或者死亡微生物的情况下,检测结果会出现假阳性特征,这就很容易对检测结果造成极大的干扰。 2.2 革新的PCR 技术 在食品检测中的应用。正如上文所述,传统PCR 技术 在食品检测中虽然有较为明显的效果,但也存在诸多可以矫治革新的问题。鉴于此,下文将进一步说明改革的PCR 技术 在食品检测中的具体应用。 2.2.1 定量PCR 技术的应用。所谓定量PCR 技术 ,顾名思义即指的是不仅要检测食品微生物类型及致病源,同时还能够检测微生物数学量。定量PCR 技术 是在传统PCR技术上进行改进的新型技术,它主要是在传统PCR技术基础上,在原有的检测体系中加入了荧光基团。而加入荧光基团的作用一则是监控检测反应速率,二来则是通过荧光信号计量,以此成功完成微生物的定量检测。鉴于此该技术具有上述优点因此在实际检测中,我们通常是利用该技术检测病原微生物数量、转基因食品、掺假量等。 2.2.2 巢式PCR 技术的应用。所谓巢式PCR技术其基础仍然是传统PCR技术,巢式PCR技术的工作机理是,在传统PCR技术基础上同时加入两队引物,一对负责利用DNA聚合酶促使DNA扩增反应进行,另一对引物的作用则是利用酶合反应过程对病原微生物进行检测。 3.生物芯片技术及其在食品检测中的作用 生物芯片技术是上个世纪90年代初的新兴技术,该技术自研发以来在各界都得到较为广泛的运用,现目前在食品检测中也得到了有效的应用。生物芯片技术的工作机理是利用微电子技术与微加工技术在固格体芯片上构建起待测病原微生物的有关化学机构以供分析。利用生物芯片技术就可以直观的观测病原微生物的化学结构,以此精确、快速的判断并分析该微生物的细胞、DNA、RNA、蛋白质等有关信息。现目前生物芯片技术在食品检测中具有十分重要的作用,因为该技术不仅充分认识到了病原微生物的基因序列的保守性,同时也兼顾了各个菌种的差异性。不难看出,在食品检测中使用生物芯片技术,能够极大的提高检测数据的精确度。同样的,生物芯片技术不仅对病原微生物检测有作用,该技术在转基因食品检测中也具有较好的效果。生物芯片技术不仅能够有效检测出食品是否含有转基因同时也能够分析出食品转基因类型。 4.胶体金免疫层析技术在食品检测中的应用 根据实际情况来看,胶体金免疫层析技术普遍运用于医学领域,该技术在食品检测领域的使用仍处于起步阶段,但是就近几年的发展状况而言,该技术在食品检测中的运用前景是十分可观的。 胶体金免疫层析技术能够对病原微生物进行定性分析也可以进行定量分析,因此使用该方法进行食品检测,能够有效提升检测数据的精确性。 胶体金免疫层析技术能够检测的有害微生物有:霍乱弧菌、金黄色葡萄球菌、布氏杆菌等。 5.结束语 综上所述, 生物技术在食品检测中发挥着巨大作用,DNA探针法、PCR技术、生物芯片技术、胶体金免疫层析技术等在食品有害微生物及转基因食品检测中都有着十分显著的效果。我们期待生物学家们可以研发更加高效的生物检测技术,从而为人们赖以生活的食品提供安全和营养的可靠保障。 生物技术方面论文:试论微生物技术在市政环境方面的应用 摘 要:随着城市化发展进程在全球范围内的不断加速,城市发展所引起的环境问题和居民生活环境恶化现象十分突出,已成为当今世界各国共同关心的问题。以百达净微生物为例,介绍了其在市政工程中的应用情况,就如何提高其应用效果做了详细、深入的研究。 关键词:微生物技术;市政工程;环境问题;菌种 引言 随着城市化进程的加快,由此引发的环境污染越来越严重,城市垃圾处理已成为当今环境保护工作的核心,是世界各国共同关心的问题。城市生活垃圾作为城市日常生活以及城市生活提供服务活动中所产生的废弃物,是城市环境的污染之源。目前,我国城市环境治理工作主要是以园林绿化工程、污水处理系统和垃圾处理新方法开展的,但是传统的城市环境治理中,虽然当时取得了良好效果,但是在日后发现其中还存在着明显的问题,需要我们工作中进行总结。基于此,以微生物技术为主的环境处理技术得到人们的重视,这一技术的利用为城市环境保护提供了新方向,为城市现代化、持续化发展做出了重大贡献。 一、百达净微生物菌概述 百达净微生物菌种是由加拿大政府最先发现的一种微生物菌,是由地球上安全生存数百万年的天然有益菌生物群组成的,经过分离、筛选之后按照当时的比例和特殊工艺进行混合培养的,是纯生物产品,其中不含有任何基因改造生物、乳化剂、添加剂以及表面活性剂,它在应用中也不会与其他生物发生变异。在当今发达国家的环境处理机构中获得充分认可,甚至成为有些国家重点研究项目。在目前百达净微生物菌的研究中,它同其他的微生物有着显著的差别,其具体表现在以下方面: 1.微生态循环系统 在微生物利用工作中,百达净微生物菌是利用很多菌种之间的协作关系,并且是一种共同繁殖、稳定增长的现行,对于污染源在持续不断根治中能长期稳定生存,且不会产生后续污泥。这种微生物菌在利用中,是将污染物转化为生物分子、二氧化碳以及水,其中生物分子作为鱼类最为喜欢的食物和饲料,因此很难产生淤泥以及其他的杂物。在这个过程中,通过硝化、氮化和氧化处理,使得生物菌得以降解,其他一些微生物菌逐渐转移到育苗身上,从而形成新的生物链。 2. 微生物菌种作用方式不同。 在应用当中,常规生物菌通常都需要很长的时间才能和污水融合,进而发挥清洁和处理作用,形成环境相对优势的菌群,而百达净微生物菌平常都表现出沉睡的液体状态,在这种状态下它甚至可以置放三年之久,而在使用中通过设备进行激活,这一条件下百达净生物菌是以解状态存在的,它在投入水体之后,马上就能发挥作用,加速环境优化速度,以此得到世界各国污水处理工作的重视,成为当今污水处理系统中最常见的微生物菌。 3.高浓缩倍数。 在常规生物菌的利用中,生物菌的最大浓缩量为 108 个每毫升,而百达净微生物菌的浓缩倍数为 1011个/ml,甚至是一些特殊情况下这一数字还要高出千倍之多,只有在其中加入少量的环境污染物才能发挥出应有的作用。这也是它在环境污染物处理中发挥绝对优势的重要原因之一。 二、微生物技术在市政环境污染中的优势 微生物是自然环境的清理人,在工业化前,一直调节着自然环境,使之变得清洁。 虽然它非常微小,但种类多、数量大,在调节自然环境中起着重要的作用,我们充分微生物的特征,来治理目前存在各种各样的市政环境污染的问题,微生物通过自发的方式进行遗传变异,将环境中的污染物变成自身繁殖的营养物,通过新陈代谢使它成为无害物质。因此,微生物还可以充当污染物的分解者,去净化水,气体以及土壤中的有害物质,使人们的生存环境得到很大的改善。他与传统污染治理方式的不同在于以下几个特点: 1. 治理彻底、没有二次污染。由于微生物处理污染物非常彻底,将其充分“消化吸收”后排出体外,将原来的有毒物质变成水、二氧化碳等。这就保证了不会产生其他的污染。污染物的总量得到大大的降低。 2. 成本低、速度快。由于是通过生物技术来降低污染物,就像酶分解营养成分一样,能有效分解污染物,同时,由于它的大量存在,所以降解污染物的速度会非常快。 3. 适用范围广。微生物种类多,微生物生存环境要求不高,对环境有很高的适应性,因此,他降低了成本,稳定性也大大提高了,它还非常易于操作。 三、白净大菌种在市政污水处理中的应用 1. 生物清淤 -BMS 技术。 近几年来,河道清淤工作越来越受到人们的重视,它在清淤的过程中是以河道、湖泊、市政管道中的淤泥清理为主的,这些淤泥的出现是因为有机物和重金属沉积造成的,其在底部存在着许多的有机物总体。一般来说,在清淤工作中,整个淤泥可以分为可以降解淤泥和不可降解淤泥两种。其中,可降解淤泥的物质包含了糖类、纤维素、脂肪酸以及其他一些氮化合物,而难以降解淤泥物质包含木质素、腐蚀物、沥青等。因此通过高效微生物菌种的投加使用,可以将河道,湖泊及市政管网中的淤泥基本清除干净,既解决了水体发黑发臭现象,又解决了市政管网经常堵塞的现象,再也不会出现因人工清掏所带来的危险了。 2.水质的改善。 微生物的应用在水质改善方面主要指的是在城市河道整治和城市观赏湖的治理方面。由于河道、湖泊都是比较复杂的水环境,而且会有污染物不断进入水中,因此,要让微生物在此环境中发挥出它的效果,还需要一些相对完善的配套技术。基于国外 25 年和国内 8 年的工程应用基础研究,百达净环保科技有限公司已形成如何在复杂自然水体环境中利用曝气、填料等综合技术充分发挥微生物菌种作用效能以及利用生物种类完成生物量转移去污的工程实施能力。 四、百达净高效菌种在酒店业的应用 “地沟油”所产生的堵塞及恶臭问题,不仅对酒店的正常营业造成负面的影响,而且因为“地沟油”的回收再利用的事件,也会造成相当恶劣的社会影响。国务院办公厅《关干加强地沟油整治和餐厨废弃物管理的意见》近日出台,为彻底解决由于油脂存在给酒店及餐馆所带来的堵塞及恶臭问题,并杜绝不法“地沟油”回收的情况,应从源头上加强“地沟油”整治力度。采用专门的可以降解油脂以及污物的百达净高效微生物,将它放于酒店的下水管道和隔油池里,就能很快的将管道内和隔油池内的油脂消化掉,这样,既能解决了管道的堵塞问题,保持了管道的通畅,同时又解决了操作间或隔油池里面,由于食物腐烂所排出的恶臭味。堵塞一般会有有两种情况:一是由于油脂或都污染物日积月累的出现在管道内壁上,造成污垢,进而造成了管道越来越细,从而引起了排水的困难。二是由于头发、布等东西造成的堵塞。而微生物就能快速的解决第一种情况所造成的堵塞问题。它的作用表现在:一是可以清理污水及管壁的油脂,并能防止渍垢的形成,这样既可以解决了管道的填塞问题,又可以防止污垢腐烂所产生的恶臭味,同时还可以节省每天冲刷下水管道的时间和用水;二是微生物菌种随着水流入市政管道后,还可以继续对市政管道进行除油及清理;三是微生物菌种进入后减少了油脂对填料的影响,同时还能大大提高处理的效果。 结束语 综上所述,对于城市污物的各种生物处理技术,不管是在微生物的角度,还是从基因工程的角度,都有很大的发展潜力,所以我们要努力根据百达净菌种中在的微生物中所具有的特性,开发出更加高效的百达净菌种生物处理技术,以达到更好的处理效果。 生物技术方面论文:生物技术人才培养方面存在的问题及解决方法 摘 要:进入21世纪以来,我国的生物技术产业迅猛发展,而与之相悖的是,我国的生物技术人才培养方面却存在着种种问题。如何破除生物技术专业人才培养的迷局,培养富有创新精神和具有实践能力的高素质生物技术人才,是广大生物技术教育工作者所必须探讨的关键问题。 关键词:生物技术 人才培养 问题 解决方法 党的十八大指出,“教育是中华民族振兴和社会进步的基石。要坚持教育优先发展,全面贯彻党的教育方针,坚持教育为社会主义现代化服务的根本任务,培养德智体美全面发展的社会主义建设者和接班人。” 生物技术作为技术革命的三大支柱之一,在工业、农业、医学、军事、环境、海洋等领域均有广泛的应用。但生物技术专业在人才培养方面却存在着种种问题。 首先,“杯水车薪”,国家在生物技术专业的资金投入上严重不足。 由于我们国家的经济基础还比较薄弱,科技水平还不够发达,国家每年在生物科学上的投资还远远不足。而由于生物技术的仪器比较昂贵,致使大部分高校没有雄厚的资金去购买,这直接导致了学生实验能力的缺乏。 其次,“本末倒置”,生物技术专业的课程设置上存在较大问题。 “生物技术”,顾名思义,应以实践为主,理论为辅,而当下却存在本末倒置的现象。生物技术专业在课程设置上偏重基础理论的学习,课程面很广,但都是浅尝辄止,缺乏对某一专业的精深。实践学习的缺乏,一个重要的原因就是生物技术实验不仅难度较大而且费用很高,很多高校没有与之相匹配的足够实验资金。 最后,“闭门造车”,生物技术专业缺乏与社会的对接。 学生的学习仅仅局限于学校,没有走出校门,深入到企业中去,不能将自己所学的基础理论运用到实际操作中来。这直接导致了一方面学生就业难;而另一方面,生物技术企业却找不到合适的人才。 21世纪是生命科学的世纪,生物技术的学生作为最先进科学技术的代表,将担负起振兴中华的伟大重任,而如何将企业、学校、研究所结合起来,培养富有创新精神和具有实践能力的高素质生物技术人才, 是广大生物技术教育工作者所必须探讨的关键问题。 第一,国家要划拨专项资金,加大生物技术专业投入。 生物技术作为一个新兴的高科技产业,与发达国家的差距较之其他行业要小很多。要振兴中华,建设祖国,生物技术是一个很好的增长点。目前,这个增长点还比较幼小,它的成长需要祖国母亲的大力支持,“乌鸦反哺,羊羔跪乳”,我们相信在祖国的关怀下,终有一天生物技术将成为中国的拳头产业,为祖国的繁荣富强贡献自己的力量! 第二,“以人为本、与时俱进”,构建适合我国国情的生物技术课程结构模式。 高等教育是密切服务于经济与社会的发展的,高校应当立足于当地经济建设和社会发展培养人才的基础上,根据市场需求动态,调整生物技术专业的课程设置。高校和生物技术用人单位可以携手合作,签订用人协议,共同设置课程,让企业参与人才培养的全过程,既降低企业人力资源的管理成本,又解决了学生就业难的问题,形成学校、学生、企业三方共赢的结果。 第三,加强实验室建设,增加实验课的比重,培养学生基本的实验技能。 首先,高校要加大生物技术实验器材的投入,为学生创造一个良好的实验环境。其次,生物技术的实验教学要与生物技术的学科建设、课程体系优化、教学内容更新相结合。最后,教师要加强学习,提高自身的科研素质,能够正确的指导学生,提高学生的实验能力。 第四,“开门办学”,实施校企合作育人模式。 “校企合作”作为一种新型的育人模式,具有诸多优点。首先,通过校企合作,学校可以利用企业的先进生产设备,减少了试验设备的投入和维护资金。其次,通过在企业的实习,学生不仅能够学到本专业先进的科学技术,而且可以在实践中加深对理论知识的学习,查找不足,激发学生的学习兴趣。最后,学校的教师通过深入企业,学习了本专业的先进知识,可以与企业共同进行科研项目的开发与合作,大大提高了教师的业务水平。 第五,加强大学生思想道德素质建设,培养德、智、体全面发展的社会主义建设者和接班人。 生物技术人才培养的最终目的是为国家培养合格的建设者和接班人。所谓“合格”,就是德才兼备,而良好的思想道德素质又在专业素质之先。为达到这一目标,我们要在人才培养中把思想道德教育提到一个重要的位置上来,通过各种方式加强大学生的思想道德素质建设,为国家培养德才兼备的栋梁之才。 我们敬爱的总理说:“青年是祖国的未来,民族的希望”。而作为当代青年杰出代表的大学生更肩负着振兴中华的伟大使命,生物技术产业作为一种和发达国家差距较小的新兴产业,更是大学生施展抱负的绝佳舞台。而如何破除生物技术人才培养方面的困境,培养适合我国国情的,德智体美全面发展的生物技术专业精英人才需要国家、高校、企业的通力合作。 生物技术方面论文:生物技术在农业方面的应用 摘要:随着时代的发展,生物技术也在不断提高,给农业带来了益处的同时也有某些弊处。基于此,分析了生物技术在农业方面的应用。 关键词:生物技术;农业;应用;利弊 1 生物技术给农业带来的益处 广义上讲,生物技术是利用有机体、死细胞、活细胞以及细胞内含物,采用特殊的过程生产出特殊的产品,并应作到农业、医药以及环境修复治理中,尤其是基因工程的出现和发展,它能改变、取代物种的基因。 生物技术在农作物中已有广泛的应用。最初通过遗传工程获得而进入市场的作物是:玉米、大豆和棉花。它们经转基因后具有抗除草剂和棉铃虫的能力。这类玉米、大豆和棉花从Bt细菌获得基因,经遗传改良后具有防虫害的能力。利用Bt细菌获得经遗传改良的作物的潜力是相当大的。例如:美国有200万hm2的Bt棉花,澳大利亚有40万 hm2,两者各相当于2.5亿美元价值。如果将Bt玉米引种在美国1 000万 hm2的土地上,只要增产5%,就意味着能增加3.5亿美元收入。这项技术进一步促进了Bt制剂控制虫害在商业上的应用。除此之外,还有许多经转入特定基因的玉米品种,这些品种能同时抗除草剂和一些虫害。 生物技术在畜牧业上应用所获得的益处与在农作物上相似。一方面,生物技术有助于提高畜禽的生命力以及消灭竞争者。促进畜禽生长的物质有生长激素以及促进其生长的调节剂,这些物质可由基因工程而获得。如利用鼠类基因(该基因能促进角蛋白的形成)获得了经遗传改良的绵羊,这种绵羊比普通绵羊产毛量能提高6%左右。另一方面,生物技术在提高农作物产量、质量的同时,有助于提高畜牧业的生产力发展水平。例如:通过控制饲料作物体内碳水化合物含量可提高畜牧业生产力;利用基因调控技术可以提高包括豆科作物在内一些作物的蛋白质含量,减少饲料作物中难消化的木质素含量等。达比等人已生产出一种转基因三叶草,可应用于澳大利亚绵羊牧场。该基因来自向日葵,经转基因的三叶草能制造富含氨基酸的蛋白质,该蛋白质经食物链进入绵羊体内,进而能提高产毛量。 生物技术给人类带来的益处也包括在生态和环境两个方面。利用生物技术提高现有农业生态系统的生产力可以减低农业向原始的、自然、半自然生态系统扩张的要求,因此,它有助于有人类保存、保护地球上仅有的自然生态系统及其资源,有助于人们未来再利用其中的基因资源开发新的产品。 在许多农业生产区,土壤氮素可利用量是制约农业生产力提高的一个重要因子。而高科技农业生产区使用人造氮肥是以牺牲生态环境为代价的。制造氮肥要利用大量能源,据统计,英联邦农场平均投入的能源大约有50%来自肥料。由施用肥料而产生的温度气体(二氧气化碳、氮氧化合物等)不可避免地促进地球气候变暖。除此之外,农业土壤的氮素流失是水体富营养化的主要原因。 生物技术的利用能为这些问题的解决提供潜在的、真正有价值的帮助。同样,人们可以利用真菌来提高土壤养分的有效性。温莱指出:特定的真菌类能促进土壤养分的释放,从而促进作物生长;真菌也能通过分解有机物质(例如纤维素等)释放出糖类,促进固氮菌的生长。进一步提高土壤养分有效性的可能,包括获得转基因细菌和真菌,以进一步增强它们制造养分和释放土壤养分的能力。 2 生物技术带来的不利 从经济角度上讲,生物技术带来的不利并不明显,然而,它会引起发达国家与发展中国家贫富差距进一步扩大。因为,生物技术公司主要集中在发达国家,发达国家可以通过输出生物技术产品而获得利润。与此同时,发展中国家由于技术、及其产品还远没有被广泛接受。 生物技术可能引起生产方式和人类健康的退变。这种情况可能会随着需要特定处理的转基因作物的出现而产生,特别是抗除草剂的转基因作物出现。农民必须从同一公司购买种子和除草剂,否则除草剂起不了作用。同样的问题也可能在需人造肥料的转基因作物上出现,这些转基因作物会取代传统依靠有机肥的作物,后者在发展中国家是很普遍的,并且也有利于环境保护。生物技术在食品上的应用对发展中国家的农民也会造成许多困难。生物技术也会对人类的健康制造麻烦。近年来在英国已有这方面的报道。特别是当能引发人体过敏反应的基因转入农作物时,例如,坚果能引发人体过敏反应,若它的基因被导入其他作物,则有可能其他作物也会引起人体过敏。为了预防起见,转基因作物产品必须经免疫测定筛选后才能利用。 生物技术也可能引发环境问题。人们利用生物技术生产出抗旱、耐盐、抗病虫害作物同时,也导致生物多样性遭受严重破坏,甚至导致一些物种灭绝。这一结果是由于生物技术促进农作物向它原本不适应的地域扩张而造成的。生物技术同样加速土壤侵蚀和沙漠化。农业,尤其是耕作农业的扩张会增加除草剂、杀虫剂、人造肥料的使用,农业中不断投入的能源促进全球变暖。与此同时,氮素生物化学循环的改变也加剧了水体的富营养化,直接影响人类和动植物的生存。 另一个令人担心的是:转基因植物、动物、微生物脱离当地农业生态系统所造成的危害。许多有意或无意的动植物引进引起当地严重的生态问题。最明显的例子是澳洲引进的兔子。1 500 a以来,世界各国动植物的交流,有些已成为当地的有害动植物。至于转基因作物脱离当地农业生态系统后有可能引发:1)转基因作物使自生作物成为严重的杂草问题;2)转基因作物通过杂交后产生杂种;3)转基因作物影响食物安全。任何一种转基因作物都存在对生态环境产生冲击的可能性。 生物技术方面论文:生物技术在食品检测方面的运用探析 摘 要 在我国经济发展迅速、在人们的生活水平不断提高的同时,对于食品的安全问题,国家越来越重视。因此,在食品检测中国家陆续引进了各种新技术、新设备。其中,生物技术十分广泛地被应用于食品检测。生物技术的应用,不但使食品检测结果的精确度得以提高,更是为食品检测开拓了新的方向。下文中,笔者将针对生物技术应用于食品检测方面进行分析。 关键词 生物技术;食品检测;应用 近几年,因城市工业化日渐加深,使得环境问题越来越严重,人们对食品安全的关注也越来越多,食品安全已经成为牵动人心的焦点问题。然而,对于现在的食品检测,传统的方法已经与现代社会发展需求完全脱轨,当前在食品检测中广泛应用的是PCR技术、生物芯片、基因探针法、生物传感器技术、免疫技术等生物技术。眼前,人们越来越关注食品安全,即是食品质量的安全。在我国,影响并制约食品安全的因素有很多,比如法规法律尚不完善,政府监管松懈以及科学技术上遭遇“瓶颈”等。因此,生物技术的广泛应用使人们实现了简便快捷、特异性强、灵敏度高的食品检测方法。 1基因探针法 基因(DNA)探针法又称分子杂交技术,其原理是利用基因的重复性、变性和其碱基互补配对的精确性来探查某一DNA序列的新技术。当前,DNA探针杂交法有两种,分别同相杂交和异相杂交,其技术的关键就是构建基因探针。近几年,基因探针杂交技术十分广泛的应用于食品微生物的检测中,如今可检测食品中存在的大肠杆菌、沙门氏菌、李斯特氏菌、葡萄球菌和志贺氏菌等。相较于传统的检测方法,DNA探针技术在克服了传统检测方法缺点的同时,其操作简便快捷、灵敏度高、特异性强的优点使食品检测结果更精准。但是,DNA探针技术也存在着速度慢、成本高、效率低等局限性,在今后的科学研究中还需改进。 2 PCR 技术 PCR技术的原理是以需要扩增的DNA分子作为模板,用分别和模板互补的一对寡核苷酸的片段作引物,遵从半保留复制原则,在DNA聚合酶的作用下完成扩增,因此,又称聚合酶链反应技术,由变性、复性和延伸三个步骤构成。仅需要用很少的物质便可大量扩增所需的基因片段,并可以定量、定性地分析检测样品,这是PCR技术的一大优点。与此同时,由于检测仪器昂贵,操作复杂、技术含量较高,因此对其技术人员有较高且严格的要求。由于现在分子生物学技术正在突飞猛进的发展,转基因食品已经随处可见,由此可见转基因食品逐渐进入了人们的生活,它们在人们的餐桌上出现的同时,转基因食品的安全性也倍受人们的关注,成为了百姓饭前茶后所谈论的热点话题。由于在传统的食物中,并不存在转基因食品中的蛋白质和新遗传物质,使消费者存在隐忧。为了让人们的健康有一个可靠的保障,使消费者消除顾虑,让商品流通和国际贸易更加有利,研发一个快速、简便、准确的食品安全检测技术迫在眉睫。 3 免疫学检测技术 免疫学检测技术的基本原理是抗体和抗原的结合反应,一般可将其分为三类:免疫沉淀反应、免疫标记技术和免疫凝集试验。目前,免疫学检测技术在检测方法中用途最为广泛,其具有方便快捷、特异性强、检测成本低、灵敏度高、分析容量大等特点,特别表现在食品检测方面,在分析蛋白质的结构中通常会用到。当前,免疫技术中的酶联免疫法已在食品检测中得到普及。近几年,在传统检测方法的基础上,免疫学开发出新的检测技术,其中包括放射免疫测定、荧光免疫测定、免疫传感器、免疫磁性分离和酶免疫测定,比如PCR-ELISA技术,就是将酶联免疫技术与PCR技术结合,可用于检测大肠杆菌,效果良好。酶联免疫技术是将酶标记在特异的抗体上,即为酶标抗体。它具有酶的底物催化和抗体抗原反应的特性,它和与它对应的抗原相结合,添加底物,便可依据底物显色程度作出定量或定性地判断。由于酶的催化效率高,能够最大限度的将反映效果放大,使测定结果稳定且灵敏度高。但其也具有局限性,因此多数用于检测鲜活组织和基因工程生物体改造的初步检测。 4生物芯片技术 生物芯片技术的原理是按照预先的设置将大量生物分子排列并固定在载体表面,因为生物分子具有特异性亲和反应,可利用其对生物分子的量和存在进行分析,比如抗体抗原反应和核酸杂交反应等。高通量是基因芯片最为突出的优点。相较于传统检测方法,生物芯片技术可克服具有系统误差的缺点,许多基因探针杂交和标记等只需一个过程即可完成,并且生物芯片技术自动化程度高且其数据可靠客观。但是由于基因芯片技术无法判断在细胞类型较多的组织中检测基因的精确定位。与基因芯片相比,处于研发中的蛋白质芯片可能将此种情况改善。 上文中论述的生物技术在食品检测方面其运用前景是十分广阔的,除此以外,逐渐会有越来越多的更加先进的生物技术在食品检测中得以应用,它的前景很值得期待。 由于生物技术具有高效、经济等特点,广大科学研究人员对其越来越认可,在食品检测中生物技术成为了重要的力量。在我国科技不断发展科研人员不断努力创新研究的背景下,在今后的食品检测中,生物技术一定会更加成熟的应用其中,使我国的食品质量安全得到保障。食品安全不仅关系到人类的健康,更与国家的经济、政治息息相关。近几年,我国大力推进食品检测技术及食品安全的应用及研究,并增强了相应法规法律的制定。与此同时,还需大量投入资金在食品检测的技术研究中,并对食品科学技术的专业队伍加强建设。综上所述,生物技术在食品检测中已经愈来愈显其优越性,但其检测方法或多或少都存在着局限性,因此在其应用中需要搭配和选择使用,同时也期待生物技术的改进、优化以及创新,为食品安全提供可靠保障。 生物技术方面论文:浅议微生物技术在污水处理方面的应用及优势 [摘 要]随着社会的不断发展、工业的进步,大量的有害物资不断地排入江河湖泊,水源污染日益严重。这不仅造成生态平衡破坏,更直接危害着人类的健康。大量的污水如何处理已经成为亟待解决的问题。本文就微生物技术处理污水做了简要的论述,并就其与传统污水处理技术对比存在的优点以及发展前景也做了相应的阐述。 [关键词]微生物技术;污水处理;优势 1 我国水源污染现状 我国水资源短缺,全国目前有400多个城市缺水,其中100多个严重缺水。由于人口众多,人均水资源的占有量仅为世界人均占有量的25%,属世界贫水国之一。由于水源分布不平衡,更存在南多北少,东多西少,夏天多冬天少的时空差异。然而就在不利的条件下,工业废水和农业污水不加处理的任意排放,造成水源污染愈加严重,根据环境保护部的2010年全国环境质量数据显示,中国的地表水严重污染,七大水系(长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河和辽河)受到轻度、中度、重度污染,湖泊富营养化问题突出。近几年来,重大水污染事件频繁出现,发生率高达50%。缺水问题日益严重。 1.1 传统污水处理技术 水的污染通常指人为原因造成的水质恶化,降低水的使用价值,主要污染物是固体废弃物和化学物质(需氧有机物、难降解有机物、重金属、植物营养物质、酸、碱和石油类物质)。 我国目前常用的污水处理技术有: (1)物理法即不溶态污染物的分离技术(重力沉降、混凝澄清、浮力浮上、离心力分离、磁力分离等)。 (2)化学法即污染物的化学转化技术(酸碱中和法、化学沉淀法、氧化还原法、化学物理消毒法)。 (3)溶解态污染物物理化学分离技术(吸附法、离子交换法、膜分离法、蒸发、冷冻法)。 1.2 常用方法存在的弊端 物理方法占地面积大,基建费、运行费高,能耗大,管理复杂,易出现污泥膨胀现象;设备不能满足高效低耗的要求,单独使用效果不明显。化学方法运行成本高,消耗大量的化学试剂,易产生二次污染。多数情况下两者须结合使用。 2 微生物技术 如何使城市污水处理工艺朝着低能耗、高效率、少剩余污泥量、最方便的操作管理,以及实现磷回收和处理水回用等可持续的方向发展,且所采用的技术必须以低能耗和少资源损耗为前提呢?微生物技术满足了以上的要求。 2.1 微生物介绍 微生物是一类形体微小的单细胞或个体结构比较简单的多细胞,甚至没有细胞结构的低等生物,是眼看不见,手摸不着,有生命的微小生物,只有借助于光学显微镜和电子显微镜才能看到。微生物包括细菌、病毒、真菌等。 2.2 微生物技术及应用 微生物技术主要是利用微生物的代谢反应过程和生物合成产物(包括酶)对污染环境进行监测、评价、整治以及修复的单一或综合性的现代化人工技术系统。它不仅包含了生物技术所有的特点,还融合了环境污染防治以及其他工程技术,目前已逐步发展成为一种经济效益和环境效益俱佳的、能解决日益严重的(尤其是水污染)环境问题的有效手段之一[1]。 按照微生物降解的过程和产物种类的不同,微生物处理主要分为好氧处理、厌氧处理和兼氧处理。 (1)好氧微生物处理,在氧气充足的条件下,微生物通过有氧呼吸作用将有机物分解。好氧微生物处理工艺主要有:①氧化塘,以自然界的池塘、湖泊作为参照物,仿照非流动水具有自身净化功能的原理,人为构建一个静态污水池塘,污水中有机物主要由塘中细菌降解,细菌所需氧气由藻类和其他光合微生物的光合作用以及水面上方的空气提供。方法简单易行,但只适合于轻度污染且量少的污水处理。②活性污泥法,具有处理能力高,出水水质好的优点。该方法主要由曝气池、沉淀池、污泥回流和剩余污泥排放系统组成。废水和回流的活性污泥一起进入曝气池形成混合液。曝气池是一个生物反应器,通过曝气设备充入空气,空气中的氧溶入混合液,产生好氧代谢反应,且使混合液得到足够的搅拌而呈悬浮状态,这样,废水中的有机物、氧气同微生物能充分接触反应。随后混合液进入沉淀池,混合液中的悬浮固体在沉淀池中沉下来和水分离,流出沉淀池的就是净化水。活性污泥除了有氧化和分解有机物的能力外,还要有良好的凝聚和沉降性能,以使活性污泥能从混合液中分离出来,得到澄清的出水。③生物膜法,即利用在固体载体表面附着生长的微生物所形成的生物膜去除废水中溶解性有机污染物的一类方法。生物膜法又可分为滴滤池法(或叫生物滤池)、生物转盘法、接触氧化法和流化床生物膜法等。 (2)厌氧微生物处理,在厌氧条件下,厌氧菌通过无氧呼吸或发酵作用分解有机物,有机物最终被转化为甲烷、二氧化碳、水及少量硫化氢和氨。厌氧微生物处理工艺主要有如下几种:①厌氧消化池,主要用于处理污泥和粪肥,不宜用于生活和工业废水的处理。②厌氧接触法,在厌氧消化池的基础上,提高处理效率。在厌氧滤器内有固定填料,其上附着生长的生物膜使处理效率得到进一步提高。目前在处理含有易降解可溶性化合物的工业废水方面得到了大规模的应用。 (3)微生物兼氧处理当好氧和厌氧在同一处理工艺中共存时即为兼氧处理,有时好氧和厌氧的共存反而会使处理效果更好,其中好氧菌起主体作用,但没有厌氧菌及少量的兼氧性菌种也不可能达到预期的处理效果。 2.3 与传统技术对比存在的优势 与目前采用的物理法和化学法相比,在污水处理方面,微生物技术具有一系列的特点和优势:①具有很强的吸附力和良好的沉降性,很强的降解能力,不需要高温、高压、温和的条件,污染物经过酶催化即可高效并相对彻底完成,处理水量大,处理费用低廉,仅为物理、化学法的30%~50%。②微生物物种丰富、资源广泛、具有多种代谢类型,几乎可降解或转化环境中存在的各种天然物质,易培养、繁殖快、对环境有较强的适应能力和易实现变异等特性,一旦新的化合物出现,它们也能逐步通过自发或诱导产生新的酶系,具备新的代谢功能,从而降解或转化那些新的化合物。适当地对其加以培养繁殖,特别是在一定条件下加以驯化,就能使之很好地适应各种有毒的工业废水、生活污水等环境。通过有针对性地对菌种进行筛选、培养和驯化,可以使大多数的有机物实现生物降解处理,应用面宽。③微生物处理不仅能去除有机物、病原体、有毒物质,还能去除臭味、提高透明度、降低色度等,处理效果良好。只要找到合适的微生物,给予合适的条件,所有的污染物质都可得到降解或转化。④对环境影响小,不产生二次污染,遗留问题少。⑤直接暴露在污染物下的机会减少。⑥就地处理,操作简便,可以避免铺设不雅观的机械设备,减少占地面积,基建费、运行费,能耗,管理等,且能满足高效低耗的要求。 人们利用这些微小的生物群体,加之人为作用就可以解决其他物理化学方法无法解决的难题。为今后的污水处理提供了一项高效、节能、环保的绿色途径。
伴随着生活水平与人类素质的不断提高,对于口腔保健的认识也不断提升。传统的口腔修复技术如固定义齿修复和可摘义齿修复均对余留牙及周围软组织产生一定的影响,且出现发音异常与美观舒适问题。种植作为一种新兴的技术得到了广泛的关注并且随着临床应用的不断增加,其成功率也在不断提升。种植成功的决定性因素之一就是种植体材料的性能。 1钛及其合金 作为种植体材料首要因素就是对人体无毒无害。现阶段钛及其合金成为口腔临床上较为常用的种植材料。初期人们将其作为一种植入材料出现在临床上。而随着学者们的不断研究,钛及其合金进入口腔领域成为种植体材料的一种。钛及其合金具有良好的生物性能且对人体的危害较小,并且其成分与人骨相符合故而在临床上备受认可,近年来在口腔医学上的应用也不断提升。其作为种植体材料具有很多优势如不易腐蚀溶解、对牙髓无刺激和化学性能稳定不易变色等。从患者方面考虑,钛及其合金作为种植体植入体内既能填补缺失牙位又不影响食物本身味道,并且其耐腐蚀性与抗疲劳性也为后期口腔修复提供良好的保障,提高患者的舒适度。虽然钛及钛合金作为种植材料有巨大的优势但其也存在一些不足。如制作工艺复杂故而价格偏高、弹性较高与骨组织之间存在问题、表面活性较低、同时也会出现牙龈萎缩等问题影响美观。 2陶瓷种植体 在如今口腔临床上除去钛及其合金为主要材料的种植体,以氧化锆为主要材料种植体也备受关注。早期临床上出现过以氧化铝为材料的陶瓷种植体,由于其本身性质较脆且易折故而被淘汰。在不断研发的过程中,国外学者们发现氧化锆具有较强的韧性、机械强度较高且化学性能稳定,因此将其应用于口腔种植材料中。氧化锆作为一种新型种植体材料,其具有很大的潜力与研究价值,如由于其表面特性细菌不易沉积形成大量菌斑且具有较好的美学效果以满足患者的需求。近年来,在国外陶瓷种植技术已经走进口腔临床中,但由于表面处理等技术导致其可能发生老化等一系列问题,故而需要进一步研究深入。 3聚醚醚酮复合材料 聚醚醚酮简称PEEK,是由人工合成的一种高聚物,由于其优良的性能,故而被引进口腔医学领域成为一种具有研究价值的种植体材料。其力学性能良好且表面颜色与大多患者口内天然牙色相符合,并且其优良的机械性能、弹力性能与骨组织较为相配,故而可以减少许多术后不良反应。同时PEEK也具有抗氧化、抗疲劳、耐高温等优势。但是,由于PEEK本身性质的局限,其生物活性较差,所以需要对其进行更加具体细致的研究。 4高分子材料 高分子材料具有很多优良的性能并且制作工艺较为便捷。但其机械强度与生物性能稳定性较差,长时间使用易发生降解、老化故而存在许多争议。PMMA是目前在临床上较为常见的一种材料,有研究结果表明其该材料各项性能良好且价格合理。但由于缺乏临床实验,并未在口腔种植领域大范围推广。 5纳米材料 纳米材料是近年来新研发的一种材料,其独特的结构使其在不同领域都占据重要位置,同时也是科学领域的一个重要发现。如今,纳米材料走入医学,其众多优良的性能有待探究与实验,因此,纳米材料在口腔医学中拥有巨大的发展空间。并且有研究表明,纳米材料也将在口腔种植领域中崭露头脚。近年来,随着时代的不断进步,口腔也备受关注,人们对于口腔修复的认识也在不断提高。所以修复技术与口腔组织之间如何协调,并且术后发应是否良好都需要进一步研究。1965年Branemark(瑞典科学家)首次发表种植体与骨结合的演说,种植就成为一个炙手可热的名词。经过多年的研究与探讨,种植技术不断提升,种植材料也随着技术提升而不断完善。在种植过程中,如何选择种植体十分重要,其影响种植手术的成功。虽然金属合金材料与复合材料存在差异,但其最终目的都是让种植技术因种植体材料的完善而得到进一步的发展。故而在选择种植体材料时,要根据种植系统的不同与口腔个体差异选择合适的材料以缩短治疗进程、降低术后不良反应且未来预期良好。综上所述,在口腔医学领域中,材料是口腔修复与治疗主要手段,所以材料性能影响着口腔修复的效果。通过对不同种植体材料的应用分析,应该意识到国内种植体材料还存在许多不足。因此,应加强对种植材料的研究使更多的患者受益。
乳酸是细胞在无氧环境下维持能量生成的副产物。1984年Brooks提出的乳酸穿梭理论再次证实乳酸不仅是细胞无氧代谢的产物,同时可作为机体重要的能源底物。乳酸穿梭包括“肌纤维间乳酸穿梭”和“血管间乳酸穿梭”两种模式,乳酸经穿梭机制,可进入骨骼肌、心肌等组织被彻底氧化或通过血液循环进入肝脏作为糖异生底物,同时,乳酸也可作为细胞信号物质对调节细胞糖脂代谢发挥重要作用。乳酸是机体在无氧与有氧环境下能量代谢的核心枢纽。中老年2型糖尿病(T2DM)患者体内糖代谢异常,加之长期服用药物,糖原合成缺陷、葡萄糖氧化受限,虽然肝脏糖异生水平较高,但通过糖异生途径清除乳酸仅占机体乳酸清除总量的20%,因此,中老年T2DM患者易发生机体乳酸代谢障碍,血乳酸水平偏高,更有甚者会出现乳酸酸中毒。运动干预是防治T2DM的有效手段,其不仅在提高机体胰岛素敏感性、上调葡萄糖转运体蛋白表达、提高肌肉利用葡萄糖水平等方面发挥积极作用,而且在调节机体乳酸代谢方面也具有重要调节作用,可能在一定程度上规避中老年T2DM患者乳酸堆积、低血糖的风险,为T2DM防治提供有效的干预策略。 1乳酸代谢 1.1乳酸的生成 乳酸由葡萄糖和糖原通过糖酵解作用在细胞质中生成〔1〕。糖酵解是细胞广泛存在的代谢途径,尤其在耗能较多的组织细胞(如神经细胞、骨髓细胞、骨骼肌细胞和血红细胞)内更加活跃〔2〕。正常生理状态下,糖分解速率较慢,生成少量乳酸。运动时,随着细胞内三磷酸腺苷(ATP)、磷酸肌酸(CP)不断消耗,胞质中二磷酸腺苷(ADP)、单磷酸腺苷(AMP)、磷酸基团(Pi)和肌酸含量大大增加,糖分解过程被激活,产生大量丙酮酸和还原型辅酶(NADH)Ⅰ,其生成速率远远超过线粒体内的氧化速率,NADH在细胞质基质中大量积累,使细胞内生成较多乳酸〔3,4〕。此外,缺氧亦是引起乳酸增加的重要原因。当人处于剧烈运动短暂性缺氧时,细胞供氧不足,线粒体内丙酮酸和NADH的氧化分解过程受抑制,在胞质中大量积累,加快乳酸生成〔5〕。因此,机体乳酸水平会因细胞状态及氧供给情况的不同而存在差异。 1.2乳酸的清除 乳酸大部分在骨骼肌、心肌等组织被氧化为二氧化碳(CO2)和水,部分乳酸在肝和骨骼肌内重新合成葡萄糖和糖原,即糖异生作用〔6〕。正常生理条件下,肝脏是糖异生的主要器官,而在饥饿和酸中毒时,肾脏也具备糖异生作用。大强度运动时,骨骼肌经糖酵解产生大量乳酸,可进入血液循环运输至肝脏,经糖异生合成肝糖原或葡萄糖〔7〕。因此肝糖异生对于调控机体血糖水平具有重要意义。其次,乳酸还可经由丙酮酸、乙酰辅酶A途径转变为脂肪酸、胆固醇、酮体和乙酸等物质,亦可经由丙酮酸,通过氨基转换作用生成丙氨酸,参与蛋白质代谢。最后,少量乳酸还会随尿液和汗液直接排出〔1〕。 2糖尿病患者乳酸代谢特征 2.1糖代谢异常导致乳酸生成增多 糖尿病患者比正常人更易出现乳酸水平增高,存在肝肾功能不全的糖尿病患者易发生乳酸酸中毒。吕莺等〔8〕研究发现,糖尿病患者中体重指数越大、三酰甘油水平越高、糖化血红蛋白值越高,血乳酸水平越高。可见,糖尿病患者机体糖代谢异常是导致乳酸生成增加的主要原因。与健康个体相比,T2DM患者的全身糖酵解速率有所提高〔9〕,在高血糖症患者和高胰岛素血症患者中,非氧化性糖酵解水平较高〔10〕。同样发现,T2DM患者餐后状态下,糖酵解显著上调,血乳酸浓度增加〔11〕。其次,由于糖原合酶被胰岛素激活,而T2DM患者胰岛素刺激糖原合酶活性的能力受损〔12〕,因此T2DM患者餐后合成和储存糖原的能力明显降低〔13〕,肌糖原存储量减少〔14〕。此外,葡萄糖氧化缺陷也是T2DM患者糖异生受限的原因之一。研究发现,T2DM患者的基础全身葡萄糖氧化率和CO2生成率显著降低〔15〕。采用高胰岛素治疗的T2DM患者,葡萄糖摄取水平有所提高,同时糖原合成得以恢复〔16〕。 2.2药物干预对乳酸水平的影响 双胍类药物是目前广泛应用的糖尿病口服药物,其中苯乙双胍由于其相关的高乳酸性酸中毒死亡率而基本退出市场。二甲双胍作为T2DM患者的基础用药,美国糖尿病协会(ADA)、国际糖尿病联盟(IDF)、欧洲糖尿病研究学会(EASD)均将其列为治疗T2DM的一线药物。目前研究认为:二甲双胍通过细胞膜上OCT家族转运体进入细胞后作用于线粒体,抑制Com-plexⅠ依赖性线粒体呼吸同时增加线粒体呼吸解偶联,阻止丙酮酸进入三羧酸循环(TCA)氧化,以致丙酮酸转化成乳酸增加,因此细胞糖酵解增加,导致乳酸生成增多〔17〕。二甲双胍同时抑制肝脏糖异生酶,使乳酸异生途径受阻。因此,二甲双胍一方面增加乳酸生成,一方面阻止乳酸代谢,导致在某些特定病理情况下可引起血乳酸水平的升高,从而易出现高乳酸血症〔18〕,甚至发生乳酸酸中毒,一般被称为二甲双胍相关性乳酸酸中毒(MALA)〔19〕。糖尿病肾病为T2DM的常见并发症,随着T2DM患者的衰老及病程发展,肾脏功能逐渐衰退,延缓药物排泄,导致药物在体内蓄积,加重肾脏损伤,引起乳酸堆积,乳酸酸中毒发生率增大。虽然临床上二甲双胍治疗T2DM引发乳酸酸中毒的可能性并不是很高,但其MALA的死亡率达30%~50%〔20〕。 3乳酸稳态与机体能量代谢 乳酸在细胞内外穿梭受单羧酸盐转运蛋白(MCTs)1~4调控,其定位与MCTs蛋白表达及活性水平密切相关。研究表明,由于MCT作用较活跃,组织与循环乳酸水平较为均衡。事实上,乳酸稳态在一定程度上取决于丙酮酸的总含量〔2〕。糖酵解是生成丙酮酸的主要途径,而TCA是乳酸被彻底氧化的主要途径,因此,机体糖酵解与TCA的平衡是维持乳酸稳态的保障〔21〕。在哺乳动物体内,乳酸在丙酮酸脱氢酶(PDH)的作用下生成二碳化合物乙酰辅酶A进入TCA,此过程不可逆。因此,糖酵解和PDH含量之间的平衡是维持乳酸稳态的决定性因素。研究发现:PDH可在PDH激酶(PDK1~4)的磷酸化作用下失活,损害线粒体丙酮酸清除能力,进而导致细胞乳酸生成增多。同样,在线粒体活性或呼吸受损的患者体内,细胞NADH含量较多,可激活PDK,抑制PDH活性,导致循环乳酸含量增加〔2〕。安静时,动脉血中乳酸与丙酮酸比率(L/P)从10〔22〕到20〔23〕不等,然而,当肌肉收缩达到中等强度运动功率输出时,肌肉静脉血液中的L/P以数量级上升(即L/P>500)〔22〕。乳酸作为糖酵解产物,可调节机体糖脂代谢〔2,24〕。其可能机制为:其一,乳酸与丙酮酸对糖的利用发挥负反馈作用;其二,作为主要的线粒体底物,乳酸生成乙酰辅酶A,转化为丙二酰辅酶(Malonyl-Co)A,抑制β-酮脂酰辅酶A硫解酶参与的β氧化作用,Malonyl-CoA也可通过抑制CPT1降低线粒体对FFA衍生物的摄取。此外,乳酸是糖异生的主要原料,在对小鼠、大鼠、人体等脂肪组织研究发现,乳酸可激活脂肪细胞中G蛋白耦联受体(GPR)81通过环腺苷酸(cAMP)与环磷腺苷效应元件结合蛋白(CREB),抑制脂肪分解〔25,26〕。 4运动改善 T2DM患者乳酸代谢机制乳酸由葡萄糖和糖原通过糖酵解作用在细胞质中生成,大部分在骨骼肌、心肌等组织被彻底氧化,部分乳酸在肝脏经糖异生作用合成肝糖原。T2DM患者由于糖原合成缺陷、葡萄糖代谢受损,糖酵解作用增强使血乳酸水平较高。运动可提高骨骼肌(红肌纤维)的乳酸清除能力,增强线粒体乳酸氧化水平,通过调节MCT1及MCT4表达促进乳酸转运至线粒体被彻底氧化。此外,运动还可显著上调葡萄糖转运蛋白(GLUT)4蛋白表达,提高骨骼肌对葡萄糖的摄取量。 4.1运动提高骨骼肌乳酸清除率 正常情况下,血乳酸含量较低(<2.0mmol/L),当肌肉收缩达到一定负荷,乳酸生成增多。运动状态下,机体乳酸转化与氧化速率较高,大多葡萄糖来源于乳酸糖异生途径。早期研究发现:经运动训练干预后,静息血乳酸浓度有所下降,由于运动训练对乳酸氧化、糖异生的作用增强,使得乳酸处于较高的清除率最终使循环血乳酸浓度下降〔4,27〕。在运动后恢复期,收缩肌是清除乳酸的主要场所,其通过在肌肉中有氧氧化将乳酸彻底氧化分解,乳酸廓清率达到72%~76%,其余乳酸在肝脏经糖异生途径进一步分解代谢〔17〕。与传统有氧耐力运动方式不同,近些年,高强度间歇运动训练(HIIT)备受关注,研究表明,短时间间歇行走(3min最大摄氧量54%的慢走和3min最大摄氧量89%的快走交替进行)而非持续性行走(73%的最大摄氧量),对血糖控制有效,这一现象与T2DM患者的身体活动及身体成分无关。另一项研究显示,在早餐过后进行一次HIIT,不仅可以持续降低运动期间的血糖和胰岛素浓度,并且可以抑制血乳酸浓度的增加〔28,29〕。HIIT时机体通过无氧、有氧两种能量代谢途径供能,有氧代谢可激活线粒体氧化磷酸化,优化线粒体氧化应激水平,提高恢复期收缩肌中乳酸氧化水平,而无氧代谢可快速分解葡萄糖,使乳酸生成增多,细胞氧化应激水平增高〔30,31〕。运动恢复期对乳酸的清除与二甲双胍药效导致的乳酸积累呈相反变化趋势。由此,HIIT对细胞氧化应激水平有何影响且与血糖控制、乳酸生成的关系有待深入探究。 4.2运动增强骨骼肌线粒体乳酸氧化能力 1984年Brooks首次提出“乳酸穿梭”的概念,乳酸穿梭为乳酸被彻底氧化或转化为其他供能物质创造条件。其一,乳酸可在细胞间穿梭,主要指骨骼肌红、白肌纤维间的穿梭及骨骼肌与心肌组织细胞间的穿梭。运动时乳酸生成增多,其可从酵解型肌纤维穿梭进入氧化型肌纤维,或经由血液循环进入其他未被募集的氧化型骨骼肌中被氧化,或进入肝脏通过糖异生作用转化为葡萄糖,或进入心肌组织及脑组织中被氧化。其二,乳酸可借助细胞膜上MCT穿梭进入细胞内,其转化速率与MCT活性密切相关。通常,MCT1表达与骨骼肌氧化代谢高度相关,而MCT4表达与糖酵解代谢相关。研究发现,耐力训练或高能量需求刺激下可增加MCT1表达,而MCT4表达量变化不大〔32,33〕。Thomas等〔32〕研究发现膜MCT1和MCT4含量在急性运动后45s至10min期间显著下降,在运动后30~80min无变化,而在运动2h后MCT1的含量显著增加。近期研究也表明:运动可调节MCT1及MCT4的表达水平并对乳酸转运入细胞影响显著〔34,35〕。其三,乳酸在胞质与线粒体之间的穿梭是限制其被彻底代谢的关键环节。线粒体内膜上含有线粒体乳酸氧化复合体(mLOC),其结构为MCT1嵌在线粒体内膜并与内膜伴侣碱性蛋白CD147相结合,同时与内膜细胞色素氧化酶(COX)及内膜外侧乳酸脱氢酶(LDH)相关联。肌肉及其他组织胞浆中生成的乳酸由于其含量、活性及胞浆LDH特征,使得乳酸被线粒体内膜上的mLOC氧化为丙酮酸,这种由mLDH催化的乳酸能氧化反应与线粒体电子传递过程中COX氧化还原变化相耦合〔4〕。由此推测,运动状态下线粒体电子传递的高效运作可在一定程度上弥补二甲双胍对线粒体传递链复合物Ⅰ的抑制作用,为乳酸彻底氧化提供条件。综上,糖原合成缺陷、糖代谢异常、葡萄糖氧化缺陷是T2DM患者乳酸生成增加的主要原因,由于T2DM患者肾脏功能逐渐衰退,在双胍类药物作用下,乳酸堆积现象会持续加重,甚至引起乳酸酸中毒。保持机体糖酵解与TCA的平衡及糖酵解和PDH含量之间的平衡是维持乳酸稳态的关键环节。运动可提高骨骼肌乳酸清除率,增强骨骼肌线粒体乳酸氧化能力,并通过调节MCT1及MCT4表达水平促进乳酸转运至细胞彻底氧化。因此,药物结合运动可在一定程度上规避T2DM患者出现乳酸堆积、低血糖的风险,为T2DM防治提供有效的干预策略。 作者:沈丽婷 张俊龙 朱慧 袁孝强 魏雨清 张媛 单位:南京体育学院运动健康学院运动人体科学系 系统生物医学教育部重点实验室 系统生物医学研究院运动转化医学中心
现代生物技术论文:现代生物技术在医药领域的应用 摘要:我国社会经济快速进步,为医药行业发展提供了良好契机,一系列现代生物技术在医药领域得以应用,进而在治疗疾病方面取得了突破性进展。文章通过介绍现代生物医药的重点领域,对现代生物技术在医药领域的应用展开探讨,旨在为相关人员基于现代生物医药的重点领域的现代生物技术在医药领域的应用研究适用提供一些思路。 关键词:现代生物技术;医药领域;应用 引言 随着科学技术的急速进步,尤其是分子生物相关先进理论成果、当代先进技术不断侵入现代生物技术,全面社会需求,生物技术由高新技术代替过去传统技术俨然成为现代生物技术发展的必然。现代生物技术作为一项高新技术,其与医药领域存在着密不可分的联系,现代生物技术发展一方面能够促进医学基础学科发生革命性转变,一方面能够为医药工业开辟出又一片天地[1]。 1现代生物医药的重点领域 1.1肿瘤治疗 世界范围内,肿瘤死亡率在疾病死亡率中有着十分高的占比,每年各个国家用于肿瘤的治疗费用数以亿计。肿瘤属于一种多机制的复杂病症,现阶段依旧采取早期诊断、放疗、化疗等综合方式治疗,疗效并不十分客观,同时会对患者造成极大的痛苦。当前,唯有现代生物医药方可肩负起彻底攻克肿瘤的人类使命,肿瘤治疗着实进入到一个两难的局面。在对肿瘤患者机体癌细胞进行杀死时,同时会危机到患者机体的正常细胞。基于此,现代生物医学提出了导向治疗理论。导向治疗指的是借助抗体寻找靶标,就好似导弹的导航仪,于病灶中有效引入肿瘤药物,从而不至于伤及到其他正常细胞[2]。现阶段,在数百余种开发的现代生物技术药物中,存在一半被用于肿瘤治疗,对肿瘤发病机制研究、抗肿瘤新药研发及现代生物技术均呈现出良好的发展前景。 1.2神经退行性疾病治疗 神经退行性疾病,好比小脑萎缩症、帕金森氏病、脑中风等,势必会愈来愈有赖于现代生物医药的发展。单单美国每年中风患者就超过80万,且死于中风人数达到20万,而治疗此类疾病的有效药物十分有限,特别是治疗不可逆脑损伤方面的药物更是极少,伴随神经生长因子、溶栓活性酶的开发为治疗此类病症带来了希望[3]。 1.3自身免疫性疾病治疗 当前,现代生物医药在治疗自身免疫性疾病中扮演着十分重要的角色。诸多炎症是由机体自身免疫不足造成,好比风湿性关节炎、哮喘、皮肌炎等,全球范围内全年单单用于风湿性关节炎的治疗费用超过千亿美元,治疗此类顽疾的高效基因药物市场前景十分可观。在自身免疫性疾病中,艾滋病(AIDS)是属于对人类危害最大的一种病症,现阶段治疗AIDS仍旧还没有十分有效的特异性药物,但很显然,医药领域已经把攻克AIDS的希望寄托于现代生物技术。 2现代生物技术在医药领域的应用 2.1制取活性物质 在现代医药领域中,医疗环节应用的抗生素、菌体药物及酶制剂等各种类型药物,均是通过微生物发酵而成的,此类微生物发酵产物只不过是不计其数生物活性物质中的几种。一般而言,生物活性物质均是通过液体深层培养法而生成的,一些物质可发挥对生物体内酶活性予以抑制的作用,此类物质即为酶抑制剂,酶抑制剂在医药领域有着十分可观的发展潜力。在现代医药领域中,诸多生理活性物质均可借助现代生物技术得以生成。就好比,在治疗大部分关节炎过程中,体激素往往能够获得满意的疗效,体激素成分中可的松对于风湿性关节炎疗效则更为显著。而醋酸可的松属于以脱氧胆酸为生产的原料,通过32个环节的化学反应合成而来,如若借助黑根霉将黄体转换成11-a-轻基黄体酮,则能够省去多个不必要的化学合成工序,有效提升其收率[4]。 2.2开展基因治疗 自基因角度而言,基因治疗指的是将具备正常功能的基因置换或是增补到部分存在缺陷的基因中,进而实现对基因缺陷予以修复的目的。自治疗角度而言,基因治疗指的是借助导入遗传物质对病患机体细胞基因予以转变,进而实现防治疾病的目的,此种导入基因既可以是与缺陷基因有着对应功能的同源基因,又可以是与缺陷基因不存在关联的治疗基因。在应用现代生物技术开展基因治疗期间,多采用下述两种治疗方式:(1)生殖细胞基因治疗法,即借助现代生物技术对生殖细胞基因表达予以转变;(2)体细胞基因治疗法,即借助现代生物技术对体细胞基因表达予以转变。自理论角度而言,对生殖细胞缺陷予以修复,一方面能够对当代基因缺陷展开治疗,一方面能够保证基因缺陷不至于遗传到下代人细胞基因中。 2.3改进生产工艺 现如今,我国已设立了国家基因资源库、生物样本库及蛋白质库,将各式各样化学药物制剂技术、基因重组治疗性抗体、大规模培养、基因治疗等作为关键,通过一些大规模企业构建健全医产学研密切相融的新药研发体系。在应用基因工程技术改进药物生产工艺期间,其能够起到提升菌种生产性能和水平、简化工艺改善收率、优化工业生产菌种及极大降低生态污染等作用。世界范围内生物制药市场中基因工程药物已经占据很高的份额,有着高成长、不易攻破壁垒及极佳市场潜力等特点。自上世纪90年代以来,我国基因工程药物复合增速超过5层,平均毛利率高达80个百分点[5]。基因工程药物包括单抗、重组蛋白及新型疫苗等,近些年借助基因技术改进亚欧无生产工业、生成高产菌株的实例不断增多。 2.4单体克隆 单体克隆抗体一经问世,便得到医药领域专家、学者的热切关注,其不仅具备可标准化、质地均一、反应灵敏等优势特征,还能够展开大规模大批量的工业化生产。现如今,市场上已有数以百计的单抗治疗制剂、单抗诊断试剂,且还存在诸多单抗治疗制剂正在被开发。单抗偶合物能够展开机体定位诊断,有效促进肿瘤、心脑血管疾病等病症诊断工作的开展。单抗偶合物一方面能够促进机体肿瘤定位,一方面能够展开导向治疗,强化肿瘤治疗药物的细胞毒性功效,降低不良反应及用于杀死机体肿瘤细胞等。此外,单抗简易家庭诊断药物,好比糖尿病诊断药物、妊娠诊断药物等逐步在市场中推广,简易诊断法作为一种时展趋势将逐步由医院转至家庭。 3结束语 总而言之,现代生物技术在医药领域的广泛应用,为人类增强体质、攻克病魔做出了不可磨灭的贡献。在预防、诊断和治疗影响人类健康的重大疾病方面也起到了关键的作用,基于此形成的生物医药产业是截至目前现代生物技术最为庞大的应用领域。 作者:李伟航 单位:牡丹江师范学院 牡丹江市卫生学校 现代生物技术论文:环境监测现代生物技术论文 1PCR技术 PCR技术是一种将特异性DN段在体外合成方法,也是聚合酶链式反应。通过PCR技术,环境中的有害生物,包括病毒,病原菌等都可以被监测到。过程主要包括分析与监测PCR扩增产物、PCR扩增靶序列、提取模板核酸等。不仅如此,环境中的特异性种群也都可以通过PCR进行监测,甚至基因表达都可以以之来测定。同时,PCR也可以用来对环境中基因工程菌株进行跟踪监测。 2生物发光监测技术 大自然非常神奇,各种各样的生物都有。而在其中有些昆虫会发出亮光,比如萤火虫。其实不止萤火虫等昆虫,包括真菌、细菌等在内的许多生物也都可以发出亮光。这些细菌天生对土壤中的重金属敏感,会根据重金属的多少而发出强弱程度不同的光。只需要通过判断其放射荧光的强度便可以对其所处环境的污染程度完成监测。较之常规监测方法,生物发光监测技术具有监测方便、快速、特异性强、灵敏度高等特点。 3生物酶技术 3.1处理功效高 生物酶技术利用微生物和酶结合,极大地提高了其处理污染的效率,较之通常的化学和生物方法,生物酶技术可对有机物进行快速降解,速度得到极大提升,是传统方法的百倍。将生物酶技术应用到污染物之后,可迅速祛除污染物的臭味,同时也能对水质进行净化处理,甚而降低COD、BOD5、氨、氮等的含量。这也是有些洗衣粉品牌在广告语中强调酶含量的原因所在。 3.2适应性更广 生物酶技术通过微生物和酶的结合,大幅度增加了微生物对环境的适应性,使得微生物可以在多种生存条件下得以生存并逐渐适应多种温度和pH值范围。如此一来,微生物便可以在低氧环境中也能有效发挥作用。 3.3更有针对性 生物酶技术现在拥有多个研究配方,甚至多达四十多种。可在不同领域、不同用途和不同的污染环境中广泛使用;即使碰上处理不了的,也可根据具体治理对象的具体情况,专门研发出针对性的、最具效力的配方。 3.4治理成本最低 生物酶技术产品投入资本小,但治理效果却十分显著。无需花高价购买地皮建厂,也不必购置大型仪器,在综合治理成本上有着明显优势,非常值得采用。 3.5纯绿色环保 当今环保意识已逐渐渗透到每个人们的心中,绿色产品成为人们普遍关注的焦点。而生物酶技术产品由纯天然菌种和酶复合后生成,在它的成分内既无转基因,也不包含任何的化学物质,也自不会给环境造成二次污染,是一种生物技术在环境保护应用上非常值得大力推广的环测方法。 4生物芯片技术 生物芯片技术起源于速测试试条发明后的次年,亦即1995年,通过这项技术,数以万计的基因的表达情形都可以被自动且迅速地监测出来。依照固定于芯片上的探针种类的不同,生物芯片可分为基因芯片、蛋白芯片、细胞芯片以及组织芯片等。近日,国外的一个资深生物学家通过不断研究,发明了一种新的,独特的,可提供更多基因信息的组织芯片和细胞芯片。较之基因芯片或蛋白芯片,组织芯片可提供的信息更为庞杂,对于环境监测而言更为有用。因此许多环境科学家逐渐意识到了生物芯片技术的强大,并将之引入到环境科学研究中来。在科学技术较为发达的西方国家,他们基因学研究的新趋向便是基于生物芯片技术的环境基因学。作为科学技术稍显落后的我国,在生物芯片研究上成果并不那么突出。好在国家自然基金委与科技部都对这项新兴技术予以大力支持,并将之列入了前沿课题项目中,相信在不久的将来,我国的生物芯片技术也会取得非常成就。 5生物传感器技术 电子科技技术研发的不断深入、以及生物技术的研究的持续发力,使得生物传感技术应运而生,并获得人们的逐渐认可。它的特点在于高度集成化、微型化和自动化,能够快而有效地帮助环境监测进行有害物质分析。不仅常被用于环境监测,在食品工业与生物医药领域也都应用广泛。生物传感器通常由转换器和敏感材料(分子识别单元)俩个部分构成,其特点为:测定速度快、成本低、且操作简便。相信在未来会被广泛应用于环境监测中去,会大有所为。 6结语 近年来,现代生物技术在环境监测中的应用逐步增多,尽管受限于其方法和生物材料的来源,存在一定的问题,但都会在未来逐一被解决。笔者坚信现代生物技术在未来将对环境监测以及其他应用方面起到不可替代的作用,也将给我国的环境保护贡献力量。 作者:李菁华 单位:贵州省黔南州环境保护监测站 现代生物技术论文:现代生物技术的运用及进展趋势 本文作者:王训博、熊路、黄海兵、王定兴、李昊旻、许永立 单位:湖南城市学院化学与环境工程学院、湖南农业大学生物科学与技术学院、湖南城市学院城市管理学院 随着农业革命、手工业革命、工业革命、商品国际化革命、信息产业化革命的推进,许多科学家们预言21世纪必将产生一次生物技术革命,而这一革命的主战场就是农业。现代生物技术可有效提高农作物产量、改善农作物的营养品质。因此,现代生物技术必然会成为未来农业发展的重要趋势。 1现代生物技术在农业领域的应用 1.1基因工程在农业领域的应用 基因工程即利用分子生物学和微生物学技术,设计好不同来源的基因顺序,在体外成功构建杂交DNA分子后导入受体细胞,使受体细胞表现出人们需要的表现型,产生出人们需要的物质。在农业领域应用基因工程技术,获得的农作物优质、高产、抗性强,还可获得畜、禽新品种及具有特殊作用的动、植物。例如,经过7年的努力攻关,2011年胜利突破了大面积示范(即6.67hm2示范)平均产量为13500kg/hm2的超级杂交稻第3期目标,达到了13899kg/hm2[1];运用转基因技术将相应的基因导入油菜中有望培育出转基因抗病油菜新品种[2];运用基因工程技术可将抗除草剂基因导入农作物中,使农作物能够不受除草剂的影响,目前已生产出多种抗除草剂作物品种,应用广泛[3]。 1.2细胞工程在农业领域的应用 细胞工程是指在体外培养细胞,以改变细胞某些生物学特性为目的将不同作物或动物进行细胞杂交,使植物或动物个体繁殖速度加快,以获得优良品种或新品种及某些具有特殊作用的物质的一门技术[4]。细胞工程技术在植物快速繁殖、植物新品种选育等方面发挥着重要作用。目前植物体细胞杂交应用较多,如可以将马铃薯细胞和番茄细胞进行杂交,可获得上结番茄下结马铃薯的“番茄马铃薯”;将豆科植物与向日葵进行细胞杂交,可培育出具有高营养价值的“向日豆”[5]。 1.3发酵工程在农业领域的应用 发酵工程即利用微生物具有的特殊作用生产出对人类生产有用的产品,或直接将微生物应用到工业生产过程的一门新的技术。发酵工程主要可应用在农业领域的2个方面,一是生产传统的发酵产品,如果酒、茯砖茶、食醋等;二是生产一些食品添加剂。如茯砖茶的制作过程中就运用到了发酵工程技术,通过调控渥堆时间、使用接种剂、发酵剂等方法可以改进茯砖茶的加工工艺,进而可生产出“金花”饱满、品质优良的茯砖茶。 1.4酶工程在农业领域的应用 酶工程,简单来说就是利用酶的生物催化功能,借助工程手段将相应的原料转化成有用物质。酶工程可应用在农业领域中的制酒、制酱等方面。例如,随着我国粮食的不断增产,一些地区出现了粗粮过剩的问题,需要解决粗粮的淀粉利用。解决办法之一是生产葡萄糖,但由于葡萄糖甜度不大,难以在市场上应用。最有效的办法还是运用酶工程技术的手段,将葡萄糖转变为甜度大的果糖,果糖不仅比葡萄糖甜度大,其比蔗糖的甜度还高50%以上。 2微生物肥料在农业领域的应用 2.1微生物肥料的特点 微生物肥料是含有活的微生物的特殊的肥料,在农业生产中应用该种肥料可获得特定的肥料效应[6]。生物肥料的定义分为2个方面,从狭义上讲,生物肥料就是指微生物肥料,是由具有特殊作用的大量有益微生物发酵产生的,活性高。施入该种肥料能够产生活性物质,能够增加作物的固氮作用,改善土壤的理化性质,使作物的生长环境变得更好,使作物生长更优、产量更高。从广义上讲,生物肥料泛指各种具有特定肥效的生物制剂,包括特定的活的生物体、生物体的代谢物或基质的转化物等,此种生物体不限定,既可以是微生物,也可以是动、植物组织和细胞[7-8]。 2.2生物肥料的应用优势 微生物肥料具有其他化肥和农药没有的优势,可有效改善土壤的理化性质,提高土壤肥力。目前微生物肥料已应用在绿色有机食品生产、农业生态环境保护以及高产、优质、高效农业的持续发展中,并发挥着极其重要的作用[9-10]。微生物肥料本身无毒害作用,对环境几乎无污染;同时,施用量一般不大,在其生产过程中所消耗的能量也很少,因而可节约农民的施肥成本。此外,微生物肥料还可改善土壤的理化性质,减少土壤营养流失和富营养化的产生,实现土壤的可持续化利用。 2.3微生物肥料的应用前景 目前,微生物肥料在农业领域方面的应用已越来越广泛,也得到了农民以及社会的逐步认可。国内外都在积极发展绿色农业和绿色食品,微生物肥料作为一种保护生态环境、维护人类健康的理想肥料在农业生产中的应用必将越来越广泛、越来越重要。但是如何合理的使其替代化肥并更稳定地发挥其生态作用是未来研究的方向[11-12]。 现代生物技术论文:现代生物技术在水产养殖的应用 [摘要]现代生物技术是利用生物体、生物组织细胞等其他的组成部分并发挥的功能,设计出具有预期性的新物种和新产品。基于各个原理和加工生产过程,为了能给社会产品、服务工作提供综合性的技术体系,需要将现代生物技术充分引入。安徽省阜南县水产管理局在水产养殖中,充分利用了现代生物技术,实现了技术的融合发展。 [关键词]水产养殖;生物技术;应用 近几年,水产养殖业得以发展,特别在安徽地区,为农业经济增长提供了较大依据。但在实际发展过程中,也会出现一些问题,导致生产种类不够稳定,无法获得较高的增殖效益。因此,利用现代生物技术能够促进水产养殖的高产、健康发展。 1现代生物技术种类 1.1多倍体育种技术 多倍体育种技术在水产养殖中具有重要作用,不仅能促进鱼类的正常生长,提高水产质量,还能促进杂种成活率的稳步提升。多倍体育种技术的应用是利用温差处理、药物处理以及水压杂交等方式。在目前发展下,多倍体育种技术被广泛应用,对一些水产养殖工作具有十分重要的作用。使用该技术不仅能提升水产生物的生长速度,还能提高其抗病能力。 1.2转基因生物技术 转基因生物技术得以使用,促进了水产生物遗传工作和育种工作的积极开发。转基因生物技术在使用过程中,是结合人们的实际需求,利用有用的外源基因。如:各种生长激素、抗病基因等放入到水产养殖中,促进水产生物品种的优化性。现今,转基因技术已经被广泛应用,并获得良好的发展效果。将转基因生物技术应用到水产养殖中,解决了传统不同的水产生物交配问题,促进了科学化的实施,保证水产生物遗传物质的优化性,提高水产养殖工作的产量和质量。 1.3分子遗传标记技术 生物遗传标记技术是利用分子生物学方式对不同的水产生物、群体进行区别,能够将水产生物个体、群体个体之间的遗传差异进行客观表现。分子遗传标记技术在使用过程中,是利用遗传图谱的构建完成的,能够为生物基因的形成提供依据。同时,还能促进生物分子标记辅助选育工作、遗传工作的科学性。目前,在水产养殖工作中,生物分子标记已经成为主要工具,是根据水产生物中某个个体、基因和性状进行分析,结合这些要素实现育种工作,这样不仅能促进选择工作的准确性,降低生物育种的时间,还能促进我国养殖生产工作的优化实施,促进增产效益的提升。 2在水产养殖中现代生物技术的应用 基于以上的分析,通过对现代生物技术的研究和阐述,为了促进水生养殖工作的优化发展,保证技术的优化使用以及发展效率的稳步提升,一定要将现代生物技术应用到水生养殖工作中,保证在较大程度上促进现代技术的优化使用,提高整体的发展效益和社会效益[1]。 2.1在资源保存中的运用 现代生物技术在资源保存工作中的利用。在水产养殖中,现代生物技术的使用是根据人们的发展需求对水产中的生物遗传性质进行优化、改变的,并为其创造出新的物种。但是,在近几年逐渐发展过程中,人们出现过度捕捞水产生物的现象,大量的化工厂排出的污染物开始污染河流、影响水利工程的设施建设,降低生物物种资源和遗传多样性。在水产养殖中,一些生物的产卵场遭受到破坏,使一些水产生物结构逐渐实现低龄化、产卵低等特点。同时,一些水产生物的良性状也在不断退化,导致大量的水产物种出现濒临灭绝现象。针对以上的这些情况,要促进水产养殖业的优化发展,提高水产生物种类资源,需要利用现代生物技术为其解决,保证水产物种资源实现更好保存。在具体工作实施过程中,需要从两方面进行改善。一方面,使用冷冻胚胎技术;另一方面,利用冷冻生殖细胞以及促进基因文库的建立。冷冻胚胎技术与冷冻生殖细胞是一种静态保种技术,该技术的使用具有一定优势,如:能够将水生生物基因、基因频率水平降到最低,也减少抽样调查之间的差距,使养殖场的相关工作人员能够对疫病有效控制,加长保种工作的时间,降低保种费用。同时,育种冷冻技术与活动保种工作的结合运用,还能降低自然选择、近交等基因频率产生的影响。所以说,促进基因文库的形成,是利用重组技术对水产生物经济性状的主要基因、全部基因整合到一些特殊的基因载体中。通过这些载体,将宿主细胞感染,同时为其建立各个基因片段的无形繁殖,也称为克隆技术。这些因素的产生是某个特定水生生物品种中全部基因克隆为整个生物基因文库,再对其保存[2]。 2.2在饲料蛋白源与饲料添加剂研发中的应用 现代生物技术适合应用在饲料蛋白源与饲料添加剂研发中。因为在水产养殖工作中,饲料能为水产养殖业发展提供有效保障,饲料添加剂在水产饲料工作中发挥十分重要的作用。所以,需要对新型饲料蛋白源、饲料添加剂进行研究,促进制造与开发工作的有效执行,保证水产生物养殖行业实现健康发展,促进关键技术的优化利用。将现代生物技术应用到养殖工作中具有十分重要的作用。比如:将现代生物技术应用到水产生物养殖工作中,能够将饲料植物中存在的超高毒素进行去除,保证饲料植物中的氨基酸更均衡。在对鱼类生物养殖期间,经常使用的是棉籽饼,因为棉籽饼中含有大量毒性,如果不对其有效处理,将影响鱼类的正常生长,所以,为了保证鱼类的健康生长,需要对棉籽饼进行处理。但是,利用现代生物技术能够为其培养出棉酚含量较低的棉子品种,使其经过处理后使用。并且,在棉籽饼发酵后,含有的蛋白质、氨基酸等都会逐渐提高。利用这些基因能够为其构建工程菌主要方法,也能促进新型水生生物的良好生长。比如:鱿鱼脑垂体中分离、提取出生长激素基因,利用基因工程技术将这些生长激素基因放入到大肠杆菌中进行生长、繁殖。接着,利用注射的方式将产物注入到虹蹲体内,以促进虹蹲的有效生长。 3总结 总而言之,我国已经广泛应用现代生物技术。虽然我国在逐渐发展中存在一些问题,但水产养殖工作在经济发展中也占有较大位置。所以说,现代生物技术具备较高的发展潜力和经济实力,对水产养殖业发展具有更为重要的作用。 作者:李保安 李刚 单位:安徽省阜南县水产管理局 现代生物技术论文:现代生物技术对社会经济的影响 【摘要】现代生物技术主要是以生命科学为主要运行基础的对生物体进行研究,并且有效的设计出本身有预期性质的一些生物的新产品,还有新的品系,在技术手段的映衬背景下,阐述出科学的原理,给人类的生产生活提供更多的综合性的服务。生物技术对社会经济的发展会产生非常多的影响,不断的推动社会经济的进步,本文围绕现代生物技术对社会经济发展的影响进行了研究分析,希望能够给相关研究起到一定的建议和启示性作用。 【关键词】现代生物;技术;社会经济;发展;影响 现代生物技术是从生命科学的角度出发对生物体进行研究和分析的。现代生物技术能够给人类生活提供更多新型的服务,并且因其具有高附加值以及低能耗和低公害的特点,能够对社会经济发展起到积极的促进性作用。尤其是面对现代化人类生活的危机环境,现代生物技术对动物、农业、工业以及其他产业都能够起到积极的促进性作用。 1现代生物技术对动物类的影响 现代生物技术能够对动物生长以及代谢进行有效的调控,并且对动物的生产现状进行全面的改良。20世纪末转基因小白鼠产生为人们提供了较大的启示和影响,通过这样的技术能够使动物的生长时间缩短,生长速度加快,并且还能对肉类以及产奶类动物进行基因改变,使食品的质量得到提升。例如使用原核生物进行牛生长激素的提取和制作,然后用在奶牛的生长,这样就可以让奶牛的产奶量得到提升。此外动物育种中广泛应用的生物技术主要有转基因技术、动物克隆技术、DNA重组技术以及胚胎工程技术等等。运用现代生物技术进行分子育种可以有效的改善传统育种方式的培育周期长等问题,大大的加快了育种的进展,提高了育种的质量。在畜禽疾病诊断方面,随着生物技术发展而产生的限制酶分析法、免疫印迹法、核酸探针法以及聚合酶链反应法等多种分子生物学的诊断方法都是畜禽疾病有效的诊断方法。 2现代生物技术对农业生产的影响 我国的经济发展过程中,农业经济发挥了非常关键性的作用。为了使农业科学技术有更好的发挥,提升农业粮食的产量,需要生物技术发挥出以下作用,解决粮食问题。首先,现代生物科学技术能够培育出更多的抗逆作物,提升农业作物的优良品种。现代生物技术中的转基因技术主要是对植物的基因进行转移培育,培育出一些抗寒和抗旱以及抗击盐类的生物品种,尤其是在大豆、玉米方面。此技术在20世纪末就进行了实验,我国还将转基因的蛋白注入到棉花当中,培育出了抗击虫害的棉花,其中杀虫率达到80%以上。其次,现代生物科学技术还能够使用组织培养技术,在较短的时间内进行大量试管苗的培育,然后在工厂进行加工生产,大约在很小的温室当中就能够繁殖出更多株小苗,这一项技术的价值非常大。自然条件下繁殖出来的植物能够在非常短的时间进行更多的繁殖,减少病毒感染的可能性,此项生物技术可以在蔬菜、果树以及花卉当中进行使用,还能够实现生物技术的商品化发展。我国在此技术的使用下已经建立起了植物试管的生产线,在葡萄、香蕉、花卉等等方面已经做出了一定的成绩。再次,现代生物技术还能够对农业粮食的品质进行改善。将菜豆当中的蛋白放在向日葵当中,能够让向日葵的种子含有菜豆的蛋白。这一项技术就是能够在多种食品中加以运用,例如,可以让番茄延迟成熟的时间,避免出现变软的现象,这样可以减少在运输过程中所出现的破损现象,这项研究能够让多种食品的营养物质变高。最后,现代生物技术能够减少农业生产中的化肥使用量。农业种植会使用很多的化肥,农药,化肥使用会让土地出现板结的现象,降低肥力,化肥生产还能够对环境造成一定的污染。因此,现代生物技术将固氮细菌放在转基因的农作物当中,这些生物对固氮的行为,减少化肥的使用量,增加农作物的产量。 3现代生物技术对工业经济发展的影响 工业生物技术就是将微生物或者是酶作为催化剂进行物质转化的一种工作行为,能够更大规模的对人类生产生活所需要的化学品、能源以及材料进行生产,以此解决当前的一些能源性危机问题,这也是解决环境危机的一种有效手段,是医药生物的重要支撑,能够为农业科学技术提供更多的加工手段。工业生物技术在生物产品的加工方面,化学以及能源材料的应用方面都能够发挥作用;在当今全球资源紧张的今天,这项技术将是解决依赖进口的一种途径。工业生物技术还需要国家的支持,尤其是对能源以及化学品行业,工业生物技术可以有多个方面的应用,成为精细化工业制品的一种催化剂,能够促进营养品以及保健化妆品还有功能性化学产品的生产。例如,聚乳酸还有胰岛素等等这些都是生物技术,极大的推动了医学的进步。微生物基因学也是有效推动工业技术发展的一项重要性举措,在未来的发展过程中,微生物基因学还会发挥出较为关键性的作用,微生物的潜力较为巨大,精妙地和现代工业结合在一起,能够给人类发展提供更多的发展机遇[1]。 4结语 现代生物技术能够解决多个领域和多个方面的问题,在动物、农业、工业以及其他方面都产生了积极的影响和作用。在未来的研究方向上还需要对现代生物技术进行多方面、深层次的分析和研究,让现代生物技术的作用得以最大程度的显现出来,促进经济的全面发展,让我国经济在腾飞的基础上走向更加广阔的空间。 作者:刘权赓 单位:天津市静海区第六中学 现代生物技术论文:现代生物技术发展趋势研究 摘要:现代生物技术在社会中的运用越来越广泛,受到人们的高度重视。本文分析了现代生物技术在农业方面、工业方面、医疗行业方面及军事方面的发展趋势,以为现代生物技术的发展提供科学依据。 关键词:我国;现代生物技术;发展趋势 1现代生物技术在农业中的应用 现代生物技术在农业方面有着极广的应用。典型的成功事例诸如袁隆平教授培育的杂交水稻,他是利用生物基因重组将高产水稻和抗病水稻的优点集于一身。当前应用较为广泛的转基因技术,极大的提高了粮食的产量,尤其是我国较为稀缺的蔬菜的产量产量有了显著的提升。现代生物技术在农业中的应用也极大的丰富了农业种类,诸如新培育出的太空辣椒、转基因黄金大米等一系列新物种。这些新物种的形成在很大程度上改变了大自然生存法则,也加速了物种之间基因的交流。另外,生物技术对于农业最伟大的想法是将植物的基因植入到动物体内,实现动物的光合作用,彻底解决人类的温饱问题,但是这种设想还是停留在最初阶段,但是随着科学技术的发展,很可能在某一天转换为现实。最后,农业是我国生物技术未来发展的一大趋势,对于提高粮食产量,促进物种间基因交流有着十分深刻的现实意义。 2现代生物技术在工业中的应用 生物技术和工业看似没有联系,但是实际联系较为广泛。现代生物技术在工业中最广泛的使用就是制药生产线,通过生产线的纽带将生物技术和工业紧密联系在一起。其次;生物发电也是生物技术在未来发展的一大趋势,生物质能发电已经成为今天电厂供电组成系统中的一部分,但是,生物发电迄今为止还是停留在理论阶段,并没有真正的试验成功。但是随着生物技术的不断发展和对重大难题的不断突破,终有一天生物发电也将变为现实。 3现代生物技术在医疗行业中的应用 生物技术在医疗方面的应用最广,生活中也最为常见。从之前胰岛素蛋白的生成,到现阶段抗青素的制造,无一离不开生物技术而存在。在现代的医疗行业发展中,生物技术的存在极大的推动了现代医学的发展,例如;先进的神经中枢替代技术,采用生物电位差原理有效的将人体的神经中枢替代,而正确的传达神经信号,在人体出现神经中枢受损或者神经中枢疾病时,医生完全可以借助现代生物技术用电位差原理将人体神经中枢有效代替,从而使患者身体康复。生物技术在医疗行业中更为先进但也饱受争议的就是克隆技术,克隆技术的存在使世界上生物不用实现繁衍交配而产生下一代,克隆羊多利就是很好的一个证明。现在在医学上克隆人体心脏,种植人体耳朵、人工受孕、DNA鉴定等,这种先进的生物技术打破了传统的医疗体系,为我国医学的发展打开了新的一扇门。 4现代生物技术在军事中的应用 生物技术在军事中的应用较为广泛,从古老的帝国时代的造船是模仿鱼的姿态,并将其体态扩大,建造出了无坚不摧的战舰。现代高科技的雷达技术,是蝙蝠回声定位技术的重要应用,对于世界各个国家的国防做出了重要贡献。为了减少水的阻力,核潜艇设计借鉴了鱼儿流线型的身姿,从而可以潜居世界海底。美国日本的千里眼监控,则借鉴了苍蝇的眼睛结构设计。世界各国的军事技术都离不开生物技术而存在,并且生物技术的存在极大的推动了世界军事的前进步伐,为军事发展做出了重要贡献。但是,生物技术在军事运用上也具有其两面性。尤其是在战争中,生物技术的运用将对人体和世界和平产生极大的威胁,诸如细菌武器的应用。这种极端的生物技术在军事上的发明,有效的增强了国家的战斗力,但是这种有悖于道德的生物技术在军事上的运用,将对人类乃是世界环境产生极大的危害,甚至是破坏生态环境。因此,生物技术在军事运用上要发挥其优点回避其缺点,从而真正的将生物技术运用到军事领域上来保卫世界和平而不是灭绝性的杀害。 结束语 现代生物技术有着较高的技术优势,对我国社会进步有着重要影响。现代生物技术的发展趋势受到社会各界的普遍关注。并且,现代生物技术对我国的农业、工业、医疗、军事等行业都有着重要影响。分析我国现代生物技术的发展趋势对生物技术的发展与我国社会的进步都有着重要意义。 作者:文苑英华 单位:湖南广益实验中学 现代生物技术论文:现代生物技术对环境检测的应用 【摘要】现阶段,现代生物技术在各行各业中都发挥着越来越重要的作用,尤其在环境检测中,现代生物技术的应用极大的提高了环境检测的效率。基于此,本文主要对现代生物技术的内涵以及常见的几种现代生物技术进行了分析,并提出了其在环境检测中的具体应用,以期为相关人员提供参考。 【关键词】现代生物技术;环境检测;应用 1引言 现阶段,我国常见现代生物技术包括生物传感器技术、生物酶技术以及生物芯片技术等,这些监测技术具有较强的特异性、灵敏性和准确性,操作简单快速,因此在目前的环境检测工作中都发挥了十分重要的作用,大大提高了环境检测的质量和水平,加强对其分析研究有着十分重要的意义。 2现代生物技术的基本简介 现代生物技术其主要包含有分子生物学、微生物学、系统生物学以及免疫学等多种理论,而且与化学、计算机以及微电子等多种学科相互结合,综合性较强,因而,具有十分广泛的应用领域。现代生物技术主要的研究对象是生物,主要的研究目的是为了实现对资源的有效开发和利用,操作过程简单快捷,能够有效地减少资源浪费和环境污染。现代生物技术所开发的产品具有较高的纯度和较高的安全性,产品质量可靠,最大程度地满足了人们的使用需求,实现了连续化的操作,有利于建立资源节约型、环境友好型的生态环境。现代生物技术目前主要在农业生物技术、植物生物技术、医学生物技术以及环境生物技术等领域实现了广泛的应用。 3环境检测中常用的几种现代生物技术 3.1生物传感技术 生物传感器的技术基础是固定化酶技术,能够将识别与感知的信息转化成电子信号,并通过电子信号装置对其进行控制,最后被检测的物质可以通过电子器件检测出来,然后将其转化成已被检测的电子信号。目前生物传感技术是环境检测中应用最多的技术。 3.2基因探针与PCR技术 基因探针技术中的非放射性核酸探针可以应用于环境检测中,主要应用于环境中细菌或病毒的检测,且非放射性核酸探针对病毒及细菌的检测还十分灵敏,核酸杂交技术应用于环境微生物的监测中不仅更加安全可靠,还十分快速有效,目前核酸探针及PCR技术已经广泛应用于水环境中如大肠杆菌、志贺氏菌等微生物的检测。 3.3酶免疫检测技术 酶免疫监测技术是利用抗原和抗体的特异性反应而研发的,该技术将酶进行标记,然后再将标记过的酶与待检测的抗原进行检测,根据其出现的免疫学特征反应通过比对确定待检测病毒或细菌的种类。酶联免疫吸附检测技术是目前应用最为广泛的一种酶免疫检测技术,其主要应用于水质检测中。3.4生物芯片技术生物芯片技术是利用微电子技术研发的一种微加工技术,可以将作为探针的分析固定与于固定相表面,然后根据构建的生物化学分析系统进行分析,从而实现对蛋白质、细胞等生物学组成成分进行快速准确的检测,其主要应用于水污染中的化学物质毒性的检测。 4在环境检测中现代生物技术的具体应用 4.1生物传感技术的应用 数字科技和生物技术的快速发展,各个学科也都实现了不断的进步与发展,并且在发展过程中实现了学科的相互交叉和融合。生物传感技术因其具有高度集成化、微型化以及自动化的特点,因此在环境检测中实现了广泛的应用。生物传感器能够实现生物反应与电信号的转换,为环境检测提供了大量快速有效的分析手段,实现了食品工业以及环境检测的技术革命。生物传感技术的应用理论基础是实现传染物与生物层之间专一的固定化作用,作用原理就是通过被测对象与生物组之间的相互作用,然后利用电子元器件将对被测对象的监测转化为比较容易被识别的电子信号,最终再通过电子信号设备和装置对电子信号进行识别和分析,实现对监测对象的有效控制。生物传感技术具有测定速度快、操作简单、反应灵敏准确、成本低等优点,因此在未来的环境检测中一定会实现更加广泛的应用和推广。 4.2基因探针和PCR技术的应用 不同的微生物病原体具有不同的致病剂量,因此确定水样中病原体的数量和种类提高检测的准确度显得异常重要水体污染问题已引起了人们的极大关注,确定自然水体或污水水样中受病原体或化学类污染物污染的程度和快速确定污染源是一个难点问题。饮用水样品中只有不到1%的微生物可经实验室培养。因此,用传统培养方法研究微生物群落,不能反映环境的真实情况。DNA损伤评价污染物遗传毒性的一个很有价值的生物指标,PCR技术的应用使得在分子水平分析DNA损伤之一DNA突变有了很大的进展,提供了一种在分子水平上分析环境生物DNA损伤和检测病原体的简便方法,该方法克服了传统方法的缺陷,更利于提高环境检测的效率和准确性。PCR有许多不同种类,如实时定量PCR,多重PCR等,用PCR得到的母的片段可用于微生物检测。目前已有将PCR技术用于饮用水中大肠杆菌的检测;用于制备基因工程中的目的片段;用于DNA杂交技术中DNA探针的制备;用于环境生物多态性的分析。DNA探针是用生物素、荧光素等物质进行标记的能够与待测基因进行特异性互补产生杂交信号的DN段。荧光探针、寡聚核苷酸探针等已被应用于监测水中的大肠杆菌,取得了很好的结果。为了更灵敏、快速的检测水中大肠杆菌,目前DNA探针技术多于PCR技术结合使用。PCR技术的基本原理类似于DNA的天然复制过程,其特异性依赖于与靶序列两端互补的寡核苷酸引物。PCR由变性一退火一延伸三个基本反应步骤构成:(1)模板DNA的变性模板DNA经加热至93℃左右一定时间后,使模板DNA双链或经PCR扩增形成的双链DNA解离,使之成为单链,以便它与引物结合,为下轮反应作准备;(2)模板DNA与引物的退火(复性)模板DNA经加热变性成单链后,温度降至55℃左右,引物与模板DNA单链的互补序列配对结合;(3)引物的延伸DNA模板一引物结合物在TaqDNA聚合酶的作用下,以dNTP为反应原料,靶序列为模板,按碱基配对与半保留复制原理,合成一条新的与模板DNA链互补的半保留复制链重复循环变性———退火———延伸三过程,就可获得更多的“半保留复制链”,而且这种新链又可成为下次循环的模板。每完成一个循环需2~4min,2~3h就能将待扩目的基因扩增放大几百万倍。到达平台期(Plateau)所需循环次数取决于样品中模板的拷贝。PCR技术在环境检测中的基本原理见图。 4.3生物酶技术的具体应用 目前,我国的环境检测工作中另一个应用比较广泛的现代生物技术就是生物酶技术。①生物酶技术的处理功效高。生物酶技术的作用原理是将微生物与酶进行有效的结合,能够快速有效地进行污染物的降解,从而增强环境检测过程中的污染处理功效。②生物酶技术在环境检测中的适应性更加广泛。生物酶技术有效地降低了微生物的生存要求,为微生物创造了更加适宜的温度和pH条件,大大增加了微生物的作用效果。③生物酶技术与其他方法相比更具有针对性。生物酶技术目前被广泛地应用于不同的领域和不同的环境,因此,在使用时可以充分地根据实际情况进行选择,从而采取更具有针对性和效力的方案进行监测。④生物酶技术的污染治理成本也较低。生物酶技术的应用不需要引进庞大的设备和装置,大大降低了治理成本和投资成本,并且具有显著的治理效果。在此,主要就生物酶技术在处理水污染中的具体应用进行了简要的分析。某城市生活污水处理厂各构筑物内滞留污水总水量约为1.5万t;外观呈现黑色,并散发臭味。经环保部门对滞留污水进行采样监测,监测数据如表1。从表1可知,滞留污水中的COD、NH3-N、硫化物等均超标,最高超标达10倍以上。该滞留污水中混有大量制革废水及化工废水。制革废水由强碱性的浸灰脱毛废水和弱酸性的鞣革废水组成,前者含有高浓度的氯化物、硫化物、表面活性剂、防腐剂、油脂、蛋白质及SS等污染物;后者含有高浓度的鞣料、化学助剂及染料等。制革混合废水呈碱性、有毒性、难降解物质含量高,外观污浊,气味难闻。而对滞留污水投加高效复合生物酶药剂进行应急处置后,高效复合生物酶对于滞留污水中的污染物进行高效催化降解,逐步改善滞留污水的水质状况。投加高效复合生物酶药剂后,一周即可使其中的污染物降解30~50%。由表2可以看出,高效复合生物酶对滞留污水的应急处置有明显的效果。投加高效复合生物酶药剂一周后,经相关环保部门对污水进行采样监测,监测结果见表2。 4.4生物芯片技术的具体应用 在进行环境检测时应用生物芯片技术时能够有效地提高环境检测的质量和水平,使得我国环境检测技术得到进一步的发展。生物芯片技术可以自动、快速、准确地监测出不同基因的表达情况和环境因素对基因的影响作用。生物芯片技术目前所采用的载体主要有组织芯片、蛋白质芯片以及基因芯片等,生物芯片技术通过对细胞基因组的详细分析,准确筛选DNA的多态性变化和突变过程,从而确定出环境污染对生物基因水平的影响,实现对污染的科学监测。随着生物芯片技术的不断发展,其在环境检测过程中逐渐成为新的研究方向和研究概念,未来具有更加广泛的应用前景。 5结语 总而言之,现代生物技术在环境检测中得到了较为广泛的应用,而现代生物技术的进步大大促进了环境检测工作效益的提高,有利于改善我国生态环境,对环境保护具有深远意义。 作者:刘利 单位:怀化市环境保护监测站 现代生物技术论文:高中生物课堂的现代生物技术分析 【摘要】随着现代生物技术在生物界乃至世界范围内被广泛应用,无论是用于基础教学研究还是应用开发,各方面都有了令世人瞩目的成就。本文笔者结合教学经验,就高中生物课堂中的现代生物技术融合进行探讨。 【关键字】现代生物技术;成就;主导;新兴产业 随着现代生物技术的不断发展,其必将是新世纪的主导生物应用技术,也必将会带动一系列相关的有发展潜力的新兴产业的发展。生物技术对我们人类的生产生活各方面都将会产生深刻的影响,这已成为众所周知的事实。在高中生物教学中融合现代生物技术符合大纲教学要求,对提高学生效率作用显著。 一、开展专题教学,提高学生积极性 商定专题和分组讨论成为如今教学默认的主要形式,而将现代生物技术的基本内容以专题的形式进行讨论研究也符合生物教学的目标,比如将什么是基因工程、基因工程如何诞生、基因工程相应的原理及技术、基因工程如何应用以及蛋白质工程这一系列就能就作为一个讨论专题。这样来讲课,不仅这几项在内容上有所相连,而且是一个循序渐进的过程,符合一般事物的认知过程,也符合学生由易到难学习的过程,所以,在高中生物教学的过程中,也应该吸取经验,采用专题研究讨论的形式进行教学活动。当然在有些特定的专题讲座进行中,还要注意对学生的启发式教学,就是要通过各种方式激发学生能够积极思考,善于动手动脑,并且主动进行探索相关问题的能力,还要注意如何能够提高他们自主判断能力和思维的活跃性。当老师对学生以讨论的形式进行教学时,在选好内容后,自己或者让学生自主找出一个适当的主题分组进行讨论。在进行讨论之前,教师要适当布置一些课前需要预习的课文和需要查阅的资料,必要时可以跟学生指出讨论话题的大体框架、应该如何进行讨论等,并准备好在教学过程中需要用到的一应材料;在分组讨论过程中,教师要适时适当地对学生做出引导,使学生的讨论紧紧围绕主题,并且向能够解决问题的方向发展;在讨论结束后,还要由每组组长经组员讨论商议后作出总结。 二、更新教学内容,拓宽学生知识面 在21世纪,随着现代生物技术的飞速发展,并在各个领域的广泛应用,教师在运用现代生物技术进行生物教学时,要与时俱进,根据外界的发展不断更新教学内容,不断补充新的科研进展和研究成果,对教学手段进行创新并能根据最新科研成果增设新的研究课题。这就需要教师在生物教学中要能够积极组织和引导学生翻阅相关资料,学生也可以自己通过互联网技术或者最新的学术期刊进行相关内容的查阅,如应用最广泛的中国学术期刊网、万方数据库和一些文献期刊或者相关的搜索引擎等,以便于自己能够了解现代生物技术新兴课题、研究现状和最新的研究成果。另一些市场上出售的教学光盘和教学软件,学生也可以适当采用。例如,在遗传基因工程相关专题的教学中,教师就可以根据讨论内容给学生一些相关网站网址、专题主页等方面的提示,让学生能够自己或者成组去互联网上搜索有关这方面的素材,既能更好的理解这个专题的内容,又能增强学生的主动动手和思考能力。又如,老师可以利用周边的有利条件,带领学生对某些现代生物技术操作过程进行参观,或者进入准许进入的现代生物技术研究室和生产车间,让他们能够亲身感受一下现代生物技术是如何研究及应用的,或者带学生进入转基因农场进行实地调研,然后给学生制定相应的问题进行思考并在可能的前提下对学生提出的疑问进行解答,从而丰富学生的知识。高中生物教学内容很多已经深入到分子水平,对于这部分知识的教学,难度更大,学生理解起来也更加困难,在没有实际模型的帮助下,学生很难具体的想象出相关分子结构的形态,这给学生的学习带来了很大困难。对此,教师需要网络技术,从互联网上搜索资料为学生直观地展示相关分子结构的形态,帮助学生进行知识的深入理解掌握。 三、运用科学技术,培养学生研究能力 为了适应现代生物科技的要求,教师在进行教学活动时要更加注重对现代生物先进性的教授,即在讲授生物的基本概念和基本原理时要充分体现出现代生物的先进性。如讲述在光合作用的概念时,除了对光合作用的产物要详细讲解,更要注重能够与当时一些最新的科研技术和成果相联系,不光要讲述课本基础知识,更要对相关的课题进行联系,这样就要运用到现代的科学技术了。当然,生物教学并不是仅限于本学科知识,更要考虑到社会和经济发展的实际需要,生物技术的发展能够结合社会发展背景,紧密联系当下最受关注的实际问题,如资源问题、环境问题、人口问题、粮食问题、人口日益增长与其他问题之间的矛盾等,这才是在教学中应该不断深入并引导学生进行思考、研究的重中之重。培养学生的研究能力不能仅仅依靠课本知识,学生应该在老师带领下多做实验,并培养自己在实验过程中的动手操作和思索探究能力,运用不同的讲授方法设立特定研究栏目,如设立专门的生物科学史研究专项。要善于运用质疑的方式激发学生怀疑和思考的精神,如在学习《生态环境的保护》时,老师可以对学生进行提问:地膜覆盖的利弊以及是否应该去除地膜覆盖。教师也可以通过对一些著名生物学家获得科研成果的实例对学生进行启发,激发学生的积极性。21世纪是科技飞速发展的时代,在这样一个对人才有着强烈渴求的时代,对高中的生物教学提出了要求。科学技术作为第一生产力,在面向世界化的国际竞争中,只有发展好科学技术才能培养更多的适应社会发展的人才,为国家做出贡献。 作者:周蕾 单位:江苏省泰兴市扬子江高级中学 现代生物技术论文:现代生物技术对抗生素生产的应用 摘要:抗生素在诸多行业领域均具备广泛应用价值,包括医用行业、农用行业、食品储藏以及试验试剂等领域。而对于现代生物技术来说,将其合理地应用到抗生素生产过程中,能够使抗生素的产量得到有效提升,并使抗生素的组分、生产工艺得到有效改善,进而使生产的抗生素更具应用价值。本文从诸多现代生物技术在抗生素生产中的应用进行了分析,以期为现代生物技术应用价值以及抗生素生产质量的提高提供有效建议。 关键词:现代生物技术;抗生素生产;应用价值 在抗生素生产过程中,注重新型抗生素的获取,同时也注重优良抗生素产生菌的获取。而对现代生物技术加以应用,则能够使抗生素的产量得到有效提升,同时使抗生素的组分得到有效改善,并提升抗生素的生产工艺水平[1]。从现状来看,如发酵工程、酶工程、细胞工程以及基因工程等现代生物技术,均在抗生素生产中具备显著应用价值。 1现代生物技术中发酵工程在抗生素生产中的应用 从上世纪四十年代开始,在青霉素被发现之后,抗生素发酵工业便逐步发展起来。目前,抗生素具备两百多个品种,广泛应用于医学、农用等行业。其中,通过发酵方法生产的便存在数百种。基于现代生物技术中的发酵工程在抗生素生产中具备显著应用价值。一方面,在抗生素发酵生产过程中,必须具备生产菌的参与。对于抗生素生产菌来说,主要包括霉菌和放线菌两类。在我国,各个抗生素生产商将军中筛选及改造视为使抗生素产品提升的有效方法。在发酵工程菌种选育及其改造过程中,通常会联合基因工程方法实施,进而使育种经过三个阶段:第一阶段,野生菌向变异菌育种;第二阶段,自然选育向代谢控制育种;第三阶段,诱发基因突发向基因重组定向育种[2]。此外,为了使抗生素产量得到有效提高,会利用现代生物技术中的发酵工程,从而采取优化发酵过程控制策略,包括加糖控制、补料控制、pH控制以及温度控制等等。总而言之,现代生物技术中发酵工程子啊抗生素生产中具备显著应用价值,为抗生素的优化生产奠定了坚实的基础。 2现代生物技术中酶工程在抗生素生产中的应用 对于酶工程来说,在上世纪七十年代产生,该项技术具备的优势包括:效能高、污染低、自动化以及安全性高等。将酶工程应用于抗生素生产中具备显著价值作用。例如:我国在上世纪八十年代,采取固定化酶技术(固定青霉素酰化酶及头孢菌素酰化酶等)生产出了6-氨基青酶烷酸与7-氨基头孢烷酸等抗生素中间体。近年来,对于酶工程来说,逐渐朝传统的固定化酶以及固定化活细胞环节朝向DNA重组技术以及细胞融合技术等方向发展,这样将其应用于抗生素生产过程中,便能够使抗生素的生产工艺水平得到有效提升。然而,就现状而言,我国在利用细胞融合技术以及DNA重组技术进行抗生素生产尚且处于初步试验环节,其价值作用还有待进一步考究。但是,毋庸置疑的是,随着社会的发展,科学技术的几部,现代生物技术中酶工程在抗生素生产中的应用价值将能够得到充分有效的体现。 3现代生物技术中细胞工程在抗生素生产中的应用 在现代生物技术当中细胞工程不可忽视,并且其在抗生素生产中具备显著应用价值。细胞工程中的原生质融合技术加以应用,能够使抗生素的产量得到有效提升。对于维生素原生质体融合来说,指的是将遗传性状存在差异的2个菌体细胞的原生质体加以融合,进而获取存在2个菌体遗传性状的稳定重组子。此项技术能够使远缘菌株的基因重组得到有效实现,不会有有性孢子的丝状真菌产生,但是却具备准性生殖的特殊遗传现象。并且,利用此项技术,在高产量的变异菌株筛选过程中,具备显著应用价值。比如:柔红霉素产生菌和四环素产生菌的种间原生质体融合,因这2个抗生素生物合成均源于聚酮体,从而让柔红霉素的单位产量获得了显著提升。总之,对细胞工程中的原生质体融合技术加以应用,能够使抗生素的产量得到有效提高。因此,相关工程技术人员需对此充分重视。 4现代生物技术中基因工程在抗生素生产中的应用 基于现代生物技术当中的基因工程也能够在抗生素生产中发挥有效作用。一方面,利用基因工程中的两步重组法技术,能够使生物合成肽类抗生素得到有效改造。对于肽类抗生素来说,可由微生物的非核糖体合成的方法基于多肽合成酶系中进行,多肽合成酶系具备酶与模板的功能,称之为蛋白质模板,针对其相应的氨基酸激活功能域采取定向两步重组取代,能够使全新的肽类抗生素得到有效生成,例如:耶儿森氏鼠疫杆菌素的合成等[3]。另一方面,通过基因工程当中的人工改造技术,能够使抗生素的产量及品质得到有效提升。例如:改造卡那霉素链霉菌当中的编码氨基糖苷6-N-乙酰转移酶的自身抗性基因过表达,能够使产生菌对氨基糖苷类的抗性得到有效提升,进而使链霉素的产量得到有效提高。 5结语 通过本文的探究,认识到在抗生素生产过程中,可以利用现代生物技术,以此使抗生素的产量及品质得到有效提高。例如:基于现代生物技术中的发酵工程、酶工程、细胞工程以及基因工程均能够在抗生素生产中发挥技术作用。因此,抗生素生产商便有必要对现代生物技术的应用加以重视,进一步为抗生素产量及品质的提高奠定夯实的基础。 作者:于嵩 李鲁新 单位:山东鲁抗医药股份有限公司 现代生物技术论文:现代生物技术对社会创新的作用 摘要:现代生物技术是20世纪50年代以来发展最快的先进技术之一,对社会发展与创新产生了广泛的影响与促进作用,尤其在屠呦呦作为中国第一人获得2015年诺贝尔生理学或医学奖后,其正面效应在我国更为明显。从介绍主要几个现代生物技术出发,阐述了现代生物技术的特点,重点论述了现代生物技术对社会创新的推动作用。 关键词:现代生物技术;特点;社会创新;推动作用 2015年10月5日,因为创造性地提取出青蒿素,“拯救2亿人口”的伟大发现,中国科学家、中国中医科学院中药研究所首席研究员屠呦呦获得了2015年诺贝尔生理学或医学奖。这是中国医学界迄今为止获得的最高奖项。屠呦呦也成为第一个在中国本土进行的科学研究而获诺贝尔自然科学奖的中国人。国人在欢欣鼓舞的同时,也深刻认识到现代生物技术对社会创新的巨大推动作用。 1现代生物技术简介 1.1基因(DNA)测序技术 基因(DNA),也称遗传因子。最早于1909年,由丹麦遗传学家约翰逊教授提出。20世纪50年代初,美国生物学家沃森和英国科学家克里克提出了DNA双螺旋结构分子模型,被称为20世纪生命科学最伟大的科学发明。简而言之,每个人身体是由千百万个染色体组成,每条染色体又含有1~2个DNA分子,每个DNA分子上有多个基因,每个基因含有成百上千个脱氧核苷酸。由于不同基因的脱氧核糖核苷酸的排列顺序(碱基序列)不同,由30亿个碱基对组成的人类基因组大约含有2.5~4万个基因,储存着一个人种族、血型、孕育、生长、凋亡过程的全部信息,也支持着每个人生命的基本构造和性能。基因测序技术,即测定DNA序列的技术。它是进一步研究和改造目的基因的基础,是基因工程和分子生物学领域最重要的技术之一,它能够从血液、唾液等组织样本中分析测定基因全序列,预测罹患多种疾病的风险,从而通过改善生活环境和生活习惯,避免或延缓疾病的发生。 1.2生物芯片技术 生物芯片,也称为基因芯片。起源于美国教授EdwinMellorSouthern提出的核酸杂交理论。通俗的讲,生物芯片技术是指采用光导等高科技方法,将大量生物分子比有序地固化于硅芯片或玻璃芯片的表面,组成自己的分子排列,然后与已标记的生物样品分子杂交,通过仪器对杂交信号进行检测分析,从而判断样品中分子的数量。由于在制备过程模拟计算机芯片的制备技术,所以称之为生物芯片技术。这项始于20世纪80年代末的基础研究,是在生物遗传学领域发展起来的,是融微电子学、生物学、物理学、化学和计算机科学为一体的高度交叉的新技术。在生命科学研究及实践、医学科研及临床、药物设计、环境保护等各个领域有着广泛的用武之地,具有明显的产业化前景,是一个具有巨大商业潜力的高技术产业。 1.3蛋白质双向电泳技术 蛋白质是生命的物质基础和生命活动的主要承担者,是构成生物体的主要大分子。蛋白质占人体重量的16%~20%,人体内蛋白质的种类很多,性质、功能各异,但都是由20多种氨基酸按不同比例组合而成的,并在体内不断进行代谢与更新。1994年,科学家MarcWilkins提出了蛋白质组学,由此获得蛋白质水平上的关于疾病发生、细胞代谢等过程的整体而全面的认识,蛋白质组的研究不仅能为生命活动规律提供物质基础,也能为众多种疾病机理的阐明及攻克提供理论根据和解决途径,蛋白质组研究的发展是以双向电泳技术作为核心的。蛋白质组学的研究是生命科学进入后基因组时代的特征,将成为未来生命科学的新前沿。 2现代生物技术的特点 2.1互相渗透,是一门的综合性技术 现代生物技术本身包含微生物学、分子生物学、细胞生物学、免疫学、遗传学、系统生物学等多门学科,同时影响了化学、物理、计算机、环境保护等众多自然学科,甚至人类学、伦理学等社会科学,是一门名副其实的、互相渗透的综合性学科。就其应用领域,可分为农业生物技术、医学生物技术等。 2.2应用广泛,是一门与大众紧密联系的技术 现代生物技术涉及到的基因、生物医药等对每个人的健康,包括生物环境监测、废气废水处理等都关系到人民大众的身体健康;生物育种、食品检测等等,都影响每个人的食品健康、食品安全、关系到每个大众的生活质量与福祉。 2.3实用性强,是一门对社会发展影响深远的技术 生物技术被广泛应用于食品检测,使食品检测更加准确、迅速及安全;生物技术被用于环保工程,在废水废气处理、有机固体废弃物处理、环境监测方面,提高环保工程的质量;生物技术被用于育种,提高了粮食产量,解决了世界粮食短缺问题;随着现代生物技术的不断改进和完善,生物技术已经成为当今世界发展最快、最活跃和最具潜力的高新技术领域之一,对社会发展会产生深远影响。 2.4发展良好,是一门决定未来核心竞争力的技术 一个基因创造一个产业,一个产业产生一大批公司,一大批新公司将带来难以估量的经济效益和社会效益。随着现代生物技术的发展,将带给一个组织、一个地区、一个国家巨大变化,相应的,也改变着相互的竞争态势,生物技术也成为一门决定未来一个组织、一个地区、一个国家核心竞争力的技术。 3现代生物技术对社会创新的推动作用 3.1现代生物技术会诱发新一轮的科学技术革命 基因(DNA)测序技术、生物芯片技术、蛋白质双向电泳技术等,在自然科学史上第一次将物质结构、功能及其相互作用转换为数字信息,产生了生物信息学,提高了生命科学的研究效率,加速了其他相关学科如计算机科学、材料科学和数理化等学科的发展。使新学科的发展一日千里,人类认识生命的本质、生物进化与起源、生物的基因设计、人类的食物营养与健康控制等进入一个崭新的时代。随着现代生物技术的推陈出新和深入发展,会诱发新一轮的科学技术革命,将产生一系列新的交叉学科,形成一批新的技术标准、搭建一个个新的技术平台、催生一大批新的技术专利和新兴的产业。 3.2现代生物技术会带动新一轮的产业经济革命 一个基因创造一个产业,一个产业产生一大批公司。现代生物技术的日新月异,一方面通过优胜劣汰,淘汰一批技术落后、工艺落后、产品落后的企业或产业,另一方面通过技术的创新,创造一个又一个的产业,相应地带动一大批高科技公司的产生。这些都给社会创造了大量的新的就业、创业的机会,满足了人们的需求,增加了社会财富,推动了社会经济的发展,带动了新一轮的社会产业经济革命。 3.3现代生物技术会引发新一轮组织方式、社会伦理的社会革命 现代生物技术的互相渗透、多学科紧密联系的特点,必然带来传统研究方式、技术路线、组织方式的革命,呈现出、信息化、智能化、网络化等鲜明的特点;同时,生物技术研究中不断涌现出新信息、新技术、新疗法、新药物和新观念等新事物,冲击着传统的伦理、观念和文化,甚至冲击着现有的部分法律体系,给社会带来深远影响的社会革命。 3.4现代生物技术会触发新一轮的全球竞争革命 生物技术将带给人类社会巨大变革,包括全球竞争态势的改变。现代生物技术,很多体现了基础性、战略性、前瞻性的重大特征,具有占领和发展高技术产业制高点的优势,必然成为国家经济发展的核心驱动力和国际竞争力的决定性因素。21世纪以来,许多国家纷纷制定本国的生物技术发展的战略和计划,以求在未来的市场竞争中能抢占制高点、掌握主动权。如美国推出了“面向21世纪的生物技术”、“国家基因组计划”,日本推出了“官、产、学一体化推进21世纪的生物技术计划”、欧洲推出了“尤里卡计划”等。 4结语 21世纪是现代生物技术的世纪。我国现在正处在发展中国家向发达国家升级的关键时期,现代生物技术发展带给我国千载难逢的跨越发展机遇。我国拥有丰富的生物资源,合理地开发和利用生物技术对国民经济的健康协调和可持续性发展有着非常重要的意义。应以前所未有的胆识、理念和战略部署,集中力量参与竞争,在新兴的生物技术领域不断打造民族和国家的未来。 作者:陈程 单位:武汉市洪山高级中学 现代生物技术论文:现代生物技术在环境保护的应用 摘要:现代生物技术在环境保护应用具有重要作用,能降低环境保护成本,提高环境保护水平,并创造可再生资源。主要应用领域包括污水处理、土壤污染处理、白色污染处理、化学农药处理等。为提高环保水平,促进现代生物技术得到更为广泛的应用,今后应该推广该技术,提高科研和成果转化速度,吸收借鉴发达国家经验。 关键词:现代生物技术;环境保护;污水处理;土壤污染 环境保护与人们日常生活联系紧密,也越来越受到人们普遍关注。为达到有效保护环境的目的,需要综合利用技术、管理、资金、制度等措施,及时处理环境污染问题,为人们营造良好的环境。现代生物技术以DNA为基础,通过现代生物科学和工程原理的应用,达到有效保护周围环境的目的,其中比较有代表性的技术包括酶、基因、微生物等。这些技术不仅在工业、医学、材料领域有着广泛的应用,对环境保护工作开展也具有积极作用。 1现代生物技术在环境保护的应用意义 1.1降低环境保护成本 传统环境污染治理方式工序复杂,需要很多设备综合发挥作用,成本较高,同时还需要耗费大量人力和物力。而现代生物技术能转变这种情况,例如,酶技术、细胞技术等显著降低环保成本,同时还能取得良好效果。例如,利用降解技术处理垃圾,不仅可以减少垃圾占地面积,降低污染物的排放量,而且生物降解后的垃圾可以循环利用,节约成本,综合效益良好。 1.2提高环境保护水平 生物技术的应用可以不受场地、气候等条件限制,通过化学反应原理实现对污染物的处理,达到有效保护环境的目的。这些化学反应不受场地、时间、地点的限制,能够随时发挥作用,并取得良好效果。正是由于具有这些特点和优势,有利于现代生物技术的推广和应用,促进其应用范围不断扩大,达到提高环保水平,美化周围环境的目的。 1.3能创造可再生资源 对某些污染物通过现代生物技术利用,可以将其转化为新的资源,并发挥重要作用。例如,沼气池改造能实现对人畜粪便的有效利用,不仅防止环境污染问题出现,还能产生沼气这种清洁能源,既环保又节能,综合效益良好。 2现代生物技术在环境保护的应用对策 2.1污水处理的应用对策 污水处理工艺复杂,难度大,投资高,是环保工作面临的重要难题。而现代微生物技术的应用能很好解决存在的问题,取得良好效果。微生物活动能将水中的重金属、氰化物分解,使其转化为无毒无害物质。近些年来,固定化酶和固定化细胞技术在污水处理中也得到越来越广泛的应用,能有效分解和固化水中有害物质,还有其他一些物质也通过化学反应得到分解。研究表明,该技术除去水中农药、化肥污染的成功率达95%以上。 2.2土壤污染处理的应用 主要是农药残留和土壤板结沙化,需要采取有效措施进行处理。农药的磷、氯等是土壤污染主要来源,现代微生物技术能有效分解这些物质,除去土壤中的有害物质,将其分解为水和二氧化碳,保证土壤良好性能,避免出现污染现象。同时微生物技术还能彻底根治土壤污染,不会出现新破坏,满足农业种植需要,为农作物生长创造良好条件。 2.3白色污染处理的应用 主要是对塑料制品污染进行处理,白色污染已经成为环境污染的重要来源。而现代生物技术能有效降解塑料制品,破坏其中的聚酯分子结构,实现对白色污染的有效处理。不仅有效处理白色污染问题,同时还能节约成本,加快白色污染处理速度,并生成与塑料制品功能相似的产品,作为塑料制品的替代产品,有利于其综合效益提高。 2.4化学农药处理的应用 农业种植过程中,有80%的化学杀虫药物遗留在田地,污染土壤,破坏整个生态系统。而微生物能有效分解这些物质,将农药稀释为水和二氧化碳,不仅操作简单,而且效果良好,有利于保持土壤良好性能,避免化学农药对其带来不利影响,也为农药种植创造良好条件。 3现代生物技术在环境保护的应用展望 为推动现代生物技术得到更为有效的应用,达到有效保护周围环境的目的,结合实际工作需要,笔者认为今后应该综合采取以下完善对策。 3.1推广现代生物技术的应用 提高思想重视程度,充分认识现代生物技术在环境保护领域应用的意义,综合采取有效措施,使其发挥更大作用。例如,现代农业种植过程中,生物农药可以替代化学农药,同样也能起到除草和杀虫的作用,并且可以避免污染周围环境,防止影响人体健康。需要加大科研力度,提高生物技术实用性,促进其得到更加广泛的应用。 3.2提高科研和成果转化速度 健全并完善生物技术研发力度,鼓励科研机构和科研人员加大技术攻关,并且政府部门需要加大资金支持,给予适当补贴。理顺现代生物技术成果转化工作,注重增强产品的环保性,提高新技术应用水平和应用范围。 3.3吸收借鉴发达国家的经验 发达国家在现代生物技术应用方面积累较为丰富的经验,并且成为重要产业,要善于引进和吸收新技术,加大科研力度,借鉴新经验,促进生物技术得到更为有效的应用。 4结语 环境保护领域现代生物技术应用具有重要作用,具有广泛应用空间和领域。应该结合具体需要采取有效对策,推动现代生物技术在环保领域更好发挥作用,有效治理环境污染问题,为人们日常生活营造良好的环境氛围。 作者:吴玉霞 单位:郓城县环境保护局 现代生物技术论文:现代生物技术在环境监测的实践 1现代生物技术分析 1.1探针核酸监测技术 探针核酸检测技术是使用特定核苷酸序列出现特异性互补已知核苷酸片段作为探针,主要分析片段长度的多样性,被标记的探针可以使用在植物细胞组织内、探测溶液、固定生物膜同源核酸序列[1]。探针核酸监测技术有高度灵敏性以及特异性,当前在环境微生物监测中广泛使用。 1.2PCR技术 PCR(PolymeraseChainReaction)技术是指生物学的聚合酶链式反应,主要是指在聚合酶的催化中将特定的引物设置为监测起点,通过延伸、退火以及变性等步骤将DNA体外复制,可以快速的在异地使用体外复制所有目的的DNA[2]。聚合酶链式反应有特异性强、灵敏度高优势,可以在监测大量评价样品以及环境中的污染。 2在大气污染中的实践 大气污染是指使用生物监测对大气质量进行分析研究,确定环境污染程度。在生物系统中,大气污染给动植物的生存带来了严重的污染,因为植物有在固定的温度、湿度中生长的特征,导致植物没有科学办法避免有害物质污染。植物对大气中有害物质有一定敏感性,所以在环境监测中便于监测以及管理,环境监测中现代生物技术在大气污染中的实践中可以使用采取植物叶子的方式当做需要监测的样品。植物可以通过大气污染程度完整的反应出来,在大气污染实践中常用的监测植物有以下种类: 2.1氟化物指示植物 通过植物可以反映出氟化物的对象主要有:苔藓、金线草、唐菖蒲、大蒜、郁金香以及梅树等植物。通常情况下,使用现代生物技术监测受污染比较明显的植物,叶子形状转变为尖形,并且叶面上有一定程度的伤斑,出现在叶脉上的症状则比较少。受环境污染的伤斑是浅褐或者红褐色。 2.2二氧化碳所指示植物 二氧化碳污染指示的植物主要有海棠、烟草、向日葵、番茄以及柑橘等。通常受环境污染比较明显,症状主要是植物叶子上出现不规则的伤斑,颜色主要是白色、棕色以及黄褐色等,同时植物叶子上也不同程度的出现点状伤斑。 3在水体污染中的实践 3.1微生物群监测 水体系统中比较重要的组成部分是微生物群,微生物群在水体出现污染时可以快速的感应。一般情况下在环境监测中使用的监测手段是泡沫塑料块聚氨酯法,该手段是在水体中投入一定量含有聚氨酯的塑料块,对水体中微生物群落收集监测。和传统水体环境监测方式对比,这种方法速度快、经济、准确,同时还可以在污染监测中广泛使用。 3.2生物法监测 使用生物法监测水体污染的方式主要是使用生物监测方式对水体监测。使用现代生物科技中的生物法对水体污染情况进行分析。生物法监测水体污染情况可以将水体污染带来的不利影响全面展示出。水体污染比较严重、可以反映出的生物有蚊幼虫、小颤藻以及颤蚓类生物。 4在土壤污染中的实践 4.1动物监测法 使用动物监测法控制土壤受污染的情况,使用这种方式进行监测时,通常情况下可以将蚯蚓当作监测对象,因为蚯蚓有比较高的敏感性,可以觉察到土壤中是否含有农药、铅等有害物质。除此之外,使用现代生物技术进行土壤污染监测时因为土壤中有一定镉物质含量,和蚯蚓体内镉物质含量有一定关联性,因此蚯蚓在土壤污染的应用中具有一定意义。 4.2植物监测法 使用微生物监测法对土壤污染进行监测主要是指使用土壤指示植物对土壤受污染情况进行监测。如果土壤遭到一定污染,受到污染的微生物会出现一定程度的反应,并且有污染比较明显的植物出现代谢异常的症状。比如遭到土壤污染的植物表面出现明显伤斑、构成成分发生改变、呼吸作用不断加强或者减弱、发育减慢等情况。 4.3微生物监测法 现代生物技术监测土壤污染情况可以通过微生物监测法对土壤进行监测,土壤污染源主要是人类粪便、尿液等污染源,同时灌溉过程中使用污水也会对土壤造成不同程度的污染,使用微生物监测可以对土壤污染的状况和程度全面评价。 5结语 总而言之,随着科学技术的不断发展,使用生物学技术监测环境已经发展成为目前“探针”高技术水平,说明环境工程和生命科学工程有着同时发展的形式,环境监测中使用生物科学技术是未来环境良好发展的方向[3]。目前在环境监测中使用生物学监测技术对环境进行监测,必须要根据环境监测设备的实际情况和其他设备联合使用,扬长避短,才可以将监测作用充分发挥,为我国环境监测提供技术支持。 作者:隆勤劳 单位:大理州环境监测站 现代生物技术论文:现代生物技术对乳品工业的应用 在我国人民生活水平的不断提高的今天,不仅对乳制品的需求有更高的要求,对乳品的质量也不断的挑剔。在人们看来乳制品应该能供给他们全价合理的优良钙质、优质蛋白质和维生素等营养素的最理想食品。而且近几年来,随着基础科学间的渗透作用和不断前进以及技术水平的不断提高,乳品行业已普遍采用最新生物技术应用在在产品的生产管理中。因此乳制品行业已经逐渐成为我国食品行业中增长速度最快最好的行业之一。 1、现代生物技术在改善乳制品质量的应用 1.1基因工程增加乳制品中某种必需乳蛋白 基因工程技术是分子遗传学和工程技术相结合的产物,是生物技术中的核心技术。它采用类似工程设计的方法,按照人类的需要将具有遗传信息的基因,再离开生物体的情况下进行剪切、组合、拼装,然后把这种人工组装的基因转入宿主细胞内进行大量复制,使遗传信息在新的宿主细胞内或个体中高速繁殖,以创造新的生物。基因工程主要包括重组DNA、基因缺失、基因加倍、导入外源基因及改变基因位置等分子生物学技术手段,它为定向改变生物性状提供了理论和技术支持。将这项技术应用于动植物上即生产基因工程食品。基因工程应用于乳制品具有很多优点:第一点,提高乳制品营养品质,如基因重组的牛生长激素可提高牛的产奶量,减少脂肪的含量,营养更丰富,风味更佳;第二点,提高乳制品的蛋白质含量,通过基因工程可增加乳制品中必需氨基酸(如甲硫氨酸、赖氨酸)的含量,还能提高乳制品的功能特性,拓宽植物蛋白的使用;第三点,增加乳制品的碳水化合物的含量;第四点,基因工程,尤其是克隆技术,可提高畜牧含量满足乳制食品的需求。转基因动物不仅使产奶量增加,而且还可以得到具有特殊功能的奶制品,例如去如糖牛奶、低脂牛奶、低脂固醇、低脂肪乳制食品;第五点,通过转基因技术不仅可以改变乳制品中脂肪酸的结构,而且还能促使其中脂肪结构本身的生物协同作用,利用基因工程可以有计划有目的地设计出许多新的脂肪和油脂,以满足许多功能性乳制品生产的需求。 1.2酶工程通过促进物质转化来提高乳制品的质量 酶工程利用酶、细胞器或细胞所具有的特异催化功能或对酶进行修饰改造,并借助生物反应器和工艺过程来生产人类所需产品的技术。主要包括酶的固定化技术、细胞固定化技术、酶的修饰改造技术及酶反应器的设计技术等。生产出人们所需产品的技术。对于婴幼儿来说母乳是最好营养素最全面的食物,但是也有一些婴儿缺少或者得不到母乳喂养,他们就需要一种营养素全面并接近母乳的乳制品来成长。现代生物技术广泛的应用在工业化酶制剂的品质改良和新品种的开发,并取得了巨大的成果。例如过氧化氢酶主要用于清除乳制品中多余的过氧化氢,从而利用双氧水杀死致病菌;超氧化酶用于乳清脱色等;巯基氧化酶用于去除乳制品因超高温杀菌而产生的糊味;脂肪酶用于乳制品增香;另外利用凝乳酶可制作干酪;用乳糖酶处理乳汁品,防止乳糖结晶析出;真菌或酵母乳糖酶可用于全奶、奶酪和冰淇淋中,是乳糖水解为葡萄糖和半乳糖,从而防止制品粗糙,提高口感。酶工程也能修饰乳脂肪,通过脂肪酶的转脂作用对乳中甘油三酯进行修饰,改善乳脂肪的性质,特别是改善脂肪的融化性、乳化性,并使乳制品保持原有的良好风味和纯度,有利于乳脂肪在产品中的稳定性,从而保证乳制品的质量。 1.3现酵工程能形成高品质的乳制品生物反应器 发酵工程又称微生物工程,是传统的发酵技术与DNA重组、细胞融合、分子修饰和改造等技结合并发展起来的现酵技术。它是在人工控制的条件下,利用微生物的特定性状,通过现代化生物技术生产有用物质或直接应用于工业化生产,术是主要利用菌株的生理生化代谢机制用于菌体生产和代谢产物的发酵来生产工业原料或工现酵工程主要包括微生物资源的开发利用;微生物菌种的选育、培养;固定化细胞技术;生物反应器设计;发酵条件的利用及自动化控制;产品的分离提纯技术。例如生产酸奶和奶酪。发酵工程凭借其自身投资少、见效时间短、污染较小的优点应用在工业上生产上。开展发酵工程对乳制品的生产是有很大好处的。实现了乳制品生产上的一个重大突破。新生产出的酸奶发酵剂的活性强,不需要大面积培养,可直接使用,酸奶厂家可以根据实际情况随意选择,这不仅仅增加了酸奶产品的样式,同时也省去了菌种车间的占地面积,减少了工作人员的数量,大尺度的简化了酸奶的生产工艺。 1.4新型杀菌技术保持长时间的高品质乳制品质量 温度过高会影响乳制品的质量,不仅会降低食品中功能性成分的生理活性,还有可能影响色、香、味以及其营养成分。冷杀菌技术作为一门新兴的杀菌技术,对杀菌的温度要求较低,很好的解决了上述问题。乳制品用射线辐照处理时,射线可以穿过包装和冷冻层,杀死乳制品表面和内部的微生物、害虫和寄生虫,而且在辐照过程中,温度几乎没有升高,有“高效冷杀菌”之称;处理得当的辐照乳制品和新鲜乳制品在外观形态、组织结构及色香味品质方面很难加以区别,具有良好的保鲜效果;此外辐射处理所消耗的能源少。还有一种乳制品超高压处理杀菌技术,“所谓高压食品”与加热杀菌同样是将乳制品密封于弹性容器或无菌泵系统中,以水或其他流体作为传递压力的媒介物,在高压下和在常温或低温度下作用一段时间,以达到加工保藏的目的,而食物味道、风味和营养价值不受或很少受影响的一种加工办法,即以加压取代加热而成。 2、应用现代生物技术实现高质量的乳品检测中 在乳制品中绝大多数都是牛乳制品,所以以下就以牛乳为例,说明生物传感器如何检验乳制品的新鲜度。生物传感器实际上是一个菌数测定仪,而牛乳新鲜度传感器最早由高桥福辛发明的,其原理是测定的电流值与试样中的细菌总数成正比关系,电流值越大表明细菌菌数越多,说明牛乳越不新鲜。要想检验乳制品的新鲜程度就要从长时间放置乳制品过程中发生变化的成分入手,我们可以发现受细菌的污染作用产生乳酸,因此,乳酸含量也可表示牛乳的鲜度。随着科学技术、农业的日益发展,食品原料日趋丰富,人民生活水平的不断提高和生活节奏的加快,人们的视频消费观念已经从传统的单一性、繁琐性转向现代的多样性、快捷性、营养性和安全性,这对食品工业提出了更高要求,即必须给顾客提供更好的质量、更多的选择、更高的价值和更低价格的产品。在这种情况下,促使大量的高新生物技术在食品行业得到广泛的应用,大中型企业设备装备水平有了较大的提高,尤其是乳制品行业,我国乳制品机械设备制造水平正在逐步适应食品工业的发展和技术设备改造的要求。 作者:冷进松 现代生物技术论文:现代林业生物技术论文 1林木组织培养育苗 林木组培培养是采用林木的器官和组织作为外植体进行苗木快速繁殖的技术,目前可以通过组织培养繁殖的木本植物多达120余种,并且逐年在增加。美国1978年已经使用火炬松组培苗进行小范围造林,1983年其里格斯苗圃林木组培苗的生产规模就达到100万株,德国、法国、加拿大和巴西等国家对云杉、杨树、桉树等树种的组培方面也进行了较为系统的研究,并投入了工厂化生产。我国于20世纪70年代开始了林木组织培养研究。通过科研工作者的不懈努力,先后分别有杨树、桉树、马尾松、泡桐、杉木、湿地松、马褂木、柚木和桑树等树种通过组织培养成功获得再生植株。目前,我国的林木组织培养育苗研究已从实验室研究进入工厂化生产阶段,分别华北和华南建立了具有国际先进水平的组织培养育苗工厂,仅中国林业科学院在湛江的南方桉树中心,年产桉树组培苗就达到300万株。 2林木转基因育种 基因工程是生物技术五大工程之一,是生物技术的核心,基因工程育种的原理是将目的基因片段整合到到相应的受体植物细胞的染色体中,改变受体植物的DNA组成,进而改变林木自身的相关性状,产生新的有利性状,转基因为林木遗传改良提供了一条全新的途径。基因工程技术与常规杂交育种和纯合育种相结合,可以大大缩减育种周期,加快林木育种进程,可以有效打破远缘杂交不亲和的生殖隔离障碍,创造新物种和选育新品种,对优质人工林的营造和生态环境保护具有重要意义。近年来,基因工程在林木育种工作中开始大量应用,其中主要技术有基因片段的分离与鉴定、植物细胞遗传转化和转基因植株的鉴别等。目前我国的林木基因工程育种研究取得了较大进展,已经有几十种树木如杨树、火炬松、花旗松、白云杉、核桃、刺槐、麻栎、桉树、苹果、罗威云杉等先后进行了基因工程研究,已经获得转基因植物的有杨树、核桃、柳树、松树、苹果、李和葡萄等。研究领域主要有抗病虫害、抗除草剂、抗逆性、花色花期调控等基因,其中抗虫基因工程已经取得突破性进展,培育的抗虫转基因杨树新品种已实现商品化生产。 3林木分子标记辅助育种 遗传标记是指能稳定遗传,容易识别的遗传学特征,包括形态特征、细胞学特征、生化特征和分子标记等。分子标记是在分子生物学基础上发展起来的一项技术,已经广泛应用于生命科学研究的各个领域,由于DNA分子具有多态性,能体现生物的基因特征,常作为分子标记的遗传标记。目前,在林木育种工作中用的分子标记手段主要有4种,分别是限制性片段多性(PFLP)、随机扩增多态性(RAPD)、扩增性片段多态性(AFLP)和简单重复序(SSR)等。在林木遗传改良中,分子标记主要用于种质鉴定、遗传多样性分析、遗传连锁图谱构建、分子标记辅助选择、)重要经济性状基因定位等方面。目前,借助分子标记技术,杨树、桉树、松树等主要经济树种已经建立了遗传图谱,通过遗传图谱能识别遗传标记的具体位置,可以对树高、胸径、材积、干形等指标进行定位研究,遗传图谱对林木育种工作有极大的促进作用,有利于优良品种的定向选育与培养。随着分子标记技术的发展和应用成本的不断降低,作为一种行之有效的遗传标记,在现代林木遗传育种研究中发挥着越来越重要的作用。 4林木次生代谢物质生产 植物通过次级代谢途径产生的物质称为次生代谢产物,并非生命活动所必须。采用植物细胞培养技术,利用生物反应器将林木细胞排泄到液体培养基中的次生代谢物质,然后使用生物技术的方法将其分离和纯化,可以用于制药、生产化妆品和染料。目前使用细胞培养技术生产的次生代谢物质有药物成分、生物碱、活性肽、色素和香精等,在某些植物细胞培养物中次生代谢物质的含量接近和超过亲本,通过细胞培养提取次生代谢物质比传统的溶剂提取法、超声提取、微波萃取等物理和化学的方法,效率更高,且不受季节和地域的限制,一年四季都可以生产。如通过培养人参细胞提取人参皂苷、培养毛地黄细胞提取地黄酮,培养红豆杉细胞提取紫杉醇等技术已经投入工业化生产。 作者:祝剑峰 李芬 单位:湖北生态工程职业技术学院 现代生物技术论文:现代生物技术在食品加工中的应用 1现代生物技术 1.1基因工程 基因工程,即DNA重组技术,是指对不同生物的遗传基因,根据人类的需求或意愿进行基因的切割后,通过转入受体的方式,使其产生人类期望产物。基因工程在技术上使得人类一定程度上可以客服物种的界限,定向培养出自然界已知不存在的生命形态,以此来满足人类社会的不同需求。其在农业生产中已得到广泛的应用,如根据人类对作物的需要将特定基因转入受体植物基因组中,起到改良品质、增加产量及抗病虫害、抗除草剂的目的,其中应用最广的抗冲虫剂苏云金芽孢杆菌(Bt)伴孢晶体基因已被转入棉花、玉米、烟草等多种植物基因组中,并获得不错的效果。基因工程在畜牧业上也有应用,如将鼠类有关促进角蛋白形成的基因转入绵羊基因组,经改良的绵羊比普通绵羊产毛量提高6%左右[1]。 1.2细胞工程 细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学方法,借助工程的实验方法和技术,在细胞水平上改造生物遗传特性和生物学特性,以此获取特定的细胞产品或新生物体。如植物体细胞杂交可以将两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞,并且把杂种细胞培育成新的植物体,袁隆平通过体细胞杂交技术获得具有远缘杂种优势的超级杂交水稻,亩产可达1600公斤。 1.3酶工程 酶工程是指在生物反应装置中,利用酶所具有的生物催化功能将相应的原料转化的一门技术,包括微生物细胞发酵产酶、动植物细胞培养产酶、酶的提纯与分离纯化、酶和细胞原生质体固定化、酶的修饰和改造及酶反引器等研究方向,其应用范围也涵盖了食品、轻工、化工、能源、医学等多个学科和领域。1.4发酵工程发酵工程是指将微生物学、生物化学和化学工程的基本原理有机的结合起来,利用微生物的生长和代谢来制造各种产物的工程技术。最早的发酵工程是在20世纪40年代随抗生素工业的兴起而得到迅速发展的,特别是二战期间的美国利用发酵工程技术大规模的生产青霉素,使得这一技术得到了长足的进步和发展[2]。 2现代生物技术在食品加工中的应用 随着现代生物技术的发展,越来越多的新技术、新方法被应用到食品加工行业中来,特别是基因工程,作为现代生物技术的产物,短短的十几年内其在食品加工制造领域的应用得到了长足的发展和进步,产生了显著的社会、经济效益。通过特定基因的转入使得农作物能够抵抗病虫害、旱涝灾害,大大降低了生产成本,提高了粮食产量,一定程度上为人类解决因人口增加而产生的食物短缺问题提供了有力手段。同时、利用基因工程手段可以大幅度的提高酶的催化活力,将影响产酶和酶催化活力的基因转入受体中,可获得基因菌,以此来产生具有较强催化能力能催化特性的酶类满足食品加工的要求。应用微生物发酵技术生产发酵产品,充分利用了生物技术的手段借助微生物的特殊功能生产有用的物质,或者将微生物直接应用于食品加工的技术体系中,手段包括菌种选育、菌种生产、代谢产物发酵、特种微生物利用技术等。发酵工程在食品加工领域所取得成果包括从新食品研发配料、食品加工催化剂、饮料稳定剂、D-氨基酸及其衍生物制造及废弃物利用和食品品质检测等。其应用主要在以下几个方面(1)用现酵工程改良传统发酵食品、如双酶法糖化工艺取代酸法水解生产味精,或采用固定化酵母连续发酵技术进行啤酒的生产可明显的缩短发酵周期提高啤酒产量。(2)优化近酵产品。如运用固定化醋酸菌酿制食醋,既可以缩短发酵周期,又可将酯化能力提高9~12倍。(3)缩短发酵产品的开发周期。如单细胞蛋白(SCP)的制备等[3]。目前世界范围内,现代生物技术应用于食品加工中并创造总产值已达到2000亿美元,涵盖了维生素、氨基酸、酵母制剂、微生物多糖、环状糊精、脂肪酸等产品的开发与检测。 3困境与展望 随着现代生物技术知识的普及,越来越多的新技术、新产品得到广大人民群众的认可和支持,但由于其高新技术属性,及食品的特殊性,现代生物技术在食品加工领域的推广和发展仍存在一定的困境和难度。一方面应用现代生物技术加工食品的安全性和可接受性仍处于待测试的状态,缺乏可靠的依据证明;另一方面其营养价值及功能的稳定性亟待实验证实;同时生物技术应用的成本也是制约其推广的重要因素[4]。解决上述一系列政策、技术难题是推广现代生物技术在食品加工领域中应用的主要措施和应努力的方向。 作者:吕寒冰 张明昊 单位:沈阳师范大学化学与生命科学学院 现代生物技术论文:现代生物技术在生物修复中的应用 摘要:在时代飞速发展的今天,环境问题越来越被人们所重视。我国现在环境污染与生态破坏问题也日渐严重,现代生物技术是解决这一问题的重要方法。广泛的应用现代生物技术,能从源头上防止环境污染。并且在经济发展的同时,有效的对环境进行改善。本文主要是研究了现代生物技术与生物修复的主要内容,以及其在生物修复中的应用进行探讨。 关键词:现代生物技术;生物修复;应用 我国在经济建设的同时,引发了一系列的环境问题,这也使得我国环境污染问题日渐严重。虽然我国一直在采取相应措施加以控制,但是环境污染依然日渐加剧,这个时候如何在发展经济的同时有效的对环境进行保护,已成为首要问题。现代生物技术是人们通过对环境污染的不懈研究,总结出的重要方法之一,其也在为环境污染问题上如何解决提供了重大依据。 1 生物修复与现代生物技术的主要内容 1.1 生物修复技术 生物修复技术包括两大类:一是微生物修复,也是目前国内外广泛应用的生物修复技术的主导,人们对它的研究也非常重视。主要是通过微生物的降解功能,有效的对环境中的污染物进行分解与清除,来进行对环境污染的控制。微生物修复的成本低,因其本身的特性,不会造成环境的二次污染。在最大限度上有效的解决了以往环境治理的问题,得到了广泛认可;二是植物修复,主要是通过对植物的种植,来对环境中的重金属、放射元素污染以及降解困难的有机物进行有效分解。通过研究表明,植物可以通过自身的生物特性,净化土壤与水质,使土壤与水质得到有效恢复,达到净化环境的目的。我国通过一系列的科学研究,表明植物是可以去除水中的N、P,能够起到一定的净化效果。 1.2 现代生物技术 现代生物技术是生物技术高新技术总称。是以DNA生物技术为根本,来进行生物研究工程[1]。其中包括微生物的生物研究、基因细胞工程、生物降解酶理论、蛋白质等相关的生物技术。21世纪以来,生物技术作为新兴技术一直受到国内外的广泛认识,发展非常迅猛。其特点是通过对微生物与植物来对环境进行“无公害”控制,在处理污染时的最终产物大多数是绿色无公害的生物稳定物质。能直接进行环境的治理,有效避免污染的多次转移,并且其造价相对较低,可以对其产品或副产品作为营养源来加以利用。 这种新型的治理污染方式,有效的解决了生态环境污染面临的问题,其不仅仅污染小,治理效果明显,还能有效的恢复当地原有的生态环境。环境中垃圾废弃物、工业污染等是常见的污染物,可以利用生物技术对其进行处理,改变其原有的分子结构,并且发挥生物降解这一特性,对各种产物和副产物进行从新利用,使得环境污染程度降到最低。其主要原理是利用酶的反应过程,从酶中得到一种活性蛋白质,达到对污染物分子的转换,分解和检测出环境中污染源。因其操作简单、反应条件简单、成本低、过程稳定、效果好等优点,使得其在生态环境治理上得到广泛应用。 1.2.1 核酸探针检测技术 核酸探针检测技术是常用的几种现代生物技术之一。它的主要应用原理是能与特定的核苷酸序列发生特异性互补的已知核苷酸片段作探针,来对DNA序列及片段长度的多态性进行分析。被标记过的探针可以直接探测细胞组织上面的同源核酸序列。具有较高的灵敏性与高度特异性,被广泛应用到对环境中微生物的检测与分析实验中。 1.2.2 酶免疫测定技术 酶免疫测定技术的主要原理是根据抗原与抗体之间的特异性,吸附到固相载体的表面,然后产生一种活性酶作为示踪物,通过与酶相结合,产生结合物沉积在底部,可以根据其颜色变化来进行判断环境中是否存有污染物。酶免疫测定技术具有选择性好、灵敏度高、使用等优点,被广泛应用到检测农药、污染物残留、生物污染等领域中。 1.2.3 生物曝气滤池处理 生物曝气滤池处理技术是对环境中的污水进行通过生物技术进行滤化,对污水进行采样处理,根据污水的水质特征,对微生物菌株的分离与筛选,找出最为合适的微生物,来对污水中的污染源进行分解,有效的对污水进行处理以及资源优化。 2 现代生物技术在生物修复中的应用 生物修复技术其最大的特点就是可以进行环境污染的大面积治理,最大限度的改善环境,并且不会产生二次污染。在通过现代技术的研究,构建了生物高效菌,其能加大微生物对化学物质、农药、有机物等污染物降解,从而达到提高降解效率的作用,有效对环境进行治理,这样也就证明运用现代生物科技可以有效的提高对污染物的清除与控制,并且效果明显[2]。因此生物强化技术加入到传统生物修复技术中,并且结合现代高新生物技术手段来对环境污染问题进行监测与探讨,已成为一种发展趋势。 在通过对微生物的研究表明,微生物最佳的修复时间在30℃,在阿维菌素的试验里,在污染土壤中放入阿维菌素,从中找出讲解效果最好的菌株进行温度测试,可以很清楚的看出在30℃左右效果最佳。我们的生活环境非常适合这种生物修复技术的进行,但是相对还是有一些局限性。它不仅仅只是作用于农药污染领域,其还在石油污染和水体污染的修复中应用也是非常广泛,并且都取得良好的效果。其中对污水的治理就是通过微生物自身的活动机理来对水质中的垃圾毒素进行清理和转换,为达到进化水质的目的。在最大程度上减少水质的污染,并且方法简单且成本低,还可以形成自身的生物循环从根本上解决问题。 3 生物技术的发展趋势 现代生物技术的广泛应用,有效的促进农业、工业与环境治理等多个方面飞速发展。可以通过现代生物技术,对我国丰富的遗传资源,进行合理研发,分离克隆有自主知识产权的基因和基因工程品种。在以“基因”为核心内容的生物产业中取得主动,实现单基因生物抗逆向持久性抗逆、生物性抗逆向非生物性抗逆的转移。借鉴国外成功的转基因经验,完成我国从基因组时代向基因组时代后期转换。因此,合理运用现代生物技术,研发转基因产品,是农业生物技术必要发展道路。 工业生物技术的可持续性发展离不开现代生物技术的进步。现如今人类社会发展离不开能源、人口、环境等问题,随着现代生物技术的飞速进展,使得人们可以设计和构建新一代的工业生物技术,可高效快速地将各类可再生物质资源转化为新的资源和能源。现代生物与工业生产的有机结合,可以有效解决工业生产中环境、能源等问题,在各个领域中都发挥着重要作用。其在生物修复中的作用更是重中之重,在环境污染的处理过程中,传统的物理与化学的处理方法,常常会出现二次污染,并且其应用费用较高。现代生物技术在处理各类环境污染均有较强的适应性,可将其作为代谢底物降解,有效的控制了二次污染。其在环境中的发展趋势将朝着生物技术改良与其他污染处理手段相结合的方向发展,可有效提高对生态环境的治理。 4 现代生物技术在生物修复中的问题探讨 生物技术发展到今天,已被广泛应用到环境治理的各大领域中去,并且得到相应的认可。生物修复技术可以应用到很多领域,如高效生物处理技术、污染事故的现场补救、污染场地的修复等多方面的环境工程项目中。现代生物技术以深入到我们生活中的多个方面并与之息息相关,给我们带来非常重要的作用。但是它在带来作用的同时相对也出现了许多的问题,我们通过生物技术培养出来的菌种在一定程度上破坏了污染环境地区的生态平衡,环境因素受到影响,通常带来可怕的生物灾难。如“水葫芦”事件中,水葫芦的泛滥,造成成了大规模生物入侵,给我国的生态环境造成了极大的影响[3]。要充分提高研究人员的工作水平与道德品质,和其对待生物研究的意识。要加强国际之间的合作与社会机制的强化,才能更好的克服这一系列的问题,使得环境与社会能得到共同的发展。 5 结语 现在生物技术及它相关的产业发展,是环境建设的必要环节,大力发展现代生物技术是发展经济建设的必要前提。随着科技在不断进步,生物修复技术将得到大力发展,其所产生的利益与作用将被人们广泛的应用到各个领域,进行科技生物技术大规模产业化,从根本上改变人类的生活生产方式。 作者简介:陈兴丹,本科学历,黔东南民族职业技术学院,讲师,研究方向:生物技术。 现代生物技术论文:运用现代生物技术防治作物病虫害 摘 要:农业是我国的第一产业,从狭义上来说,农业主要指的是种植业,主要生产活动包括有粮食作物种植、经济作物种植、饲料作物种植等等,只有农业稳定才能够保障工业以及我国第三产业的稳定,对农作物的病虫害进行防治是否有效直接关系到农业的生产和发展。随着科技的不断进步,现代生物技术逐渐被应用到对作物病虫害进行防治的工作中,本文主要分析了几种有效防治病虫害的生物技术,希望对相关领域的研究人员提供借鉴意义。 关键词:现代生物技术;农业;农作物;病虫害防治 随着科技的进步和发展,在防治病虫害时逐渐开始应用生物技术,并且取得了非常良好的效果。使用微生物技术进行病虫害的防治不仅符合农业发展的要求,同时也符合环境保护的要求,有效的促进农作物保持健康的生长状态,防治病虫害的发生。接下来,笔者从基因工程对于作物病害防治、生物技术在防治病虫害的实际应用以及生物技术在防治草害的应用和生物农药的应用这4个方面展开论述。 1 基因工程对于防治病害的作用 CP基因能够适当诱导作物对病毒进行免疫,有效地提升作物对于病害的抵御能力,因此,无论是国内还是国外,都对基因工程非常重视。 RP基因是能够实现病毒复制的一种复制酶基因,能够将病毒进行编码,再通过不同形式和组合生成聚合酶,快速合成病毒基因DNA,除此之外,RP基因还能够把一些存在问题的复制酶基因传入作物中,使得病毒复制速度大大降低。 Sat-RNA和中和抗体的应用。Sat-RNA和中和抗体是低分子RNA的一种,需要通过依靠病毒实现复制,在复制的整个过程中,会产生对辅助病毒的影响,在症状表现上出现变化。在防治作物病害过程中,通过病毒症状来减弱Sat-RNA,对病虫害的防治有着非常积极的作用,应该得到科研人员的重视。 2 生物技术对防治病害的作用 在大多数的生物体内,都含有一种蛋白酶抑制剂,这是一种能够使得生物体代谢正常维持的保障的基因,同时,这种基因也能够有效的对外来各种蛋白水解酶形成抵御,防治生物体遭到损坏。近几年来,随着科技的不断进步,生物技术也处在快速发展的阶段,科研人员越来越重视蛋白酶抑制剂这种基因的研究,所研究的范围也更加广,蛋白酶抑制剂在抗击病虫害这一方面的作用逐渐被发掘出来。通常情况下,在杀虫工作中,蛋白酶能够起到的主要作用是有效的对病虫肠道的蛋白活性进行抑制,直接破坏病虫自身的消化系统,病虫会因为体内缺少氨基酸而无法正常的成长和发育,最终死亡。就目前情况来看,用蛋白酶来对病虫生长进行抑制的方法在作物生长过程中起到了良好的保护作用和促进作用,得到了越来越广泛的使用,有效的推动了作物对病虫害的防治能力,有助于作物实现健康的生长。 3 生物技术对防治草害的作用 通过使用生物技术能够把一些具有抵抗除草剂效果的基因转移至作物中,使作物自身增强对于草害的抵御能力,一般情况下,这些能够抵御除草剂的基因主要包括利用编码将除草剂酶分解的酶和在扩增时被除草剂破坏的酶等,这些基因能够有效的达到抵抗草害的效果。近几年来,随着人们环保意识的逐渐加强,生物技术的研究中也开始注重保护环境,通过生物技术实现草死苗长的效果,可以有效的推动除草剂应用的价值的提升。 4 生物农药应用研究 生物农药主要包括有微生物农药、生化农药、农用抗生素以及植物源农药等,生物农药的研究不仅能够更好的抑制作物病虫害的发生,更能够降低对于环境的污染,将病虫致死,又能够保证对人畜没有害处。随着时代的发展和人们环保意识的逐渐提升,生物农药逐渐得到了越来越广泛的应用和认可。 5 结束语 近几年来,随着科技的进步和发展,作物的病虫害防治工作也取得了非常明显的效果,有效的应用生物技术,能够使得作物同病虫害之间的互相作用的机制得到充分的研究,有效的提升作物对于病虫害防治的效果和能力,使得作物能够健康的生长,在环境保护意识日益增强的今天,生物技术逐渐得到了越来越广泛的认可和应用。本文作者主要分析了现代生物技术对于作物病害防治的几个典型应用,以期对相关领域的研究人员提供借鉴意义。 现代生物技术论文:现代生物技术的教学思考 【摘要】对于生物科学专业的本科生而言,了解和掌握现代生物技术课程尤为重要,作为发展非常迅速的现代生物技术,几乎渗透到生物科学的诸多领域中,从实际生活问题出发,结合课程教学任务、教学内容,实现产学研相贯通的教学目的,使现代生物技术课程的教学质量以及教学效果更加优化。 【关键词】现代生物技术 生物学 教学思考 现代生物技术是建立在分子生物学基础之上的生物科学与工程科学相结合的一门学科,是根据人们的需求和意愿来创新的生物机能和生物类型,实现造福和改造人类。随着DNA重组技术、基因组计划、干细胞的成功运用,逐渐发展成了系统生物学工程与合成生物学工程,不断使生物技术涉及到环境、农业、工业、医药、海洋、空间等诸多科学领域中,可能会在进一步的细胞计算机、细胞制药,乃至生物太阳能和环境保护方面均起到至关重要的作用。所以,现代生物技术在生物科学专业中属于专业核心课程,这些课程的教学计划、教学大纲在整个的教学过程中起到主导作用和地位。该课程也是一门综合型和应用型很强的学科,可以通过实践教学来巩固专业理论知识,从而提高学生的实践和创新能力,尤其是对于应用型人才的培养更为需要。 贵州工程应用技术学院生物科学一直都开设了现代生物技术理论课程,但由于缺乏实践创新,导致大部分同学在生物技术的理论与实践联系不紧密,致使不能提高学生的学习兴趣,在生物信息时代,生物技术在不断的日新月异,面对新的理论知识和时间技术的发展,现代生物技术的教学内容也在不断的更新,加上现代生物技术已经涉及到人们生活的方方面面,因此,在一定的教学时数下,根据教学内容,制定适合学生的教学方法、提高学生的积极性及教学效率,使得学生能理论联系实际,把学到的知识得以应用,这就需要教师不断的对教学手段与方法进行探索。根据现代生物技术课程的更新快、综合性强、涉及范围广等特点,加之课程标准的要求,我们从掌握基础、应用到实践中的原则出发,对现代生物技术的教学已进行了思考,并加以实施。 1.教学指导思想 作为应用型人才培养为目的的学校而言,我们的教学必须实现“高效、实用、先进”。近年来,全球教育均把培养学生的职业能力作为教育的重点。大学生应该是高素质、高能力的人才,但是,由于受到学校培养教育模式单一的影响,造就了他们理论知识不能联系实际,解决问题能力差,造就很多学生一毕业就失业。要解决上述问题,这就需要我们必须因地制宜、因材施教,让我们的教学手段方法适应社会,让学生成为应用型人才。 2.精选教学内容 《现代生物技术概论》所选用的是高等教育出版社,宋思扬主编教材,其余多种教材为辅,教学的对象是已经具备生物科学基础学科知识和实验技能的大四学生,他们对于生物前言知识和热点话题都有着强烈的求知欲望[1-4]。怎样才能激发学生的学习兴趣,这就要求教师根据教学大纲和实际情况,对学习内容进行调整,讲授可以分为:(1)介绍生物技术的概念、发展历程、与其他相关学科之间的关系,着重介绍现代生物技术的应用以及怎样推动社会的发展,激发学生对本学科的兴趣,时刻关注生物技术的新成果和动态。(2)上游工程:包括基因工程、细胞工程、蛋白质工程、组织工程、胚胎工程以及转基因工程。在这一部分的授课过程中着重强调研究思路及方法,怎样利用这些技术去解决实际问题,带动学生积极思考,为学生不断创新奠定基础。以细胞工程为例,在学生掌握了基本的理论基础和概念的情况下,多多结合新的研究成果、新技术新方法来介绍细胞工程在动植物、环境、医学等领域的应用、局限及展望。(3)下游工程:酶工程、发酵工程、生化工程、生物制药以及生物医学工程等,是加工应用阶段,通过下游工程实现了产品的企业化、商品化,我们可以通过校企合作的方式,让学生理论联系实际,走出校门,进入到企业、工厂,医院等地方认识与现代生物技术相关的产品和技术,让学生亲身体会到生物技术无处不在,这样不但能激发学生的求知欲,而且也能提高学生学习的主观能动性。 3.现代生物技术教学的几点思考 3.1教学新理念的形成 教师应该在掌握学科前沿和动态的情况下,尽可能的将所讲知识进行模块化,如将现代生物技术在食品、动植物、医药、环保等应用以及安全性等问题进行分化,先让学生自己到生活中去寻找和感受生物技术的应用,在查阅相关文献、对有疑问的问题进行探讨,提出各自的意见和观点,最后在由老师解疑答惑,这样学生不仅学会了独立思考,而且也提高自己解决问题和分析问题的能力。 3.2优化教学内容 在教学的过程中,教材虽是教学的基础,但体现教师专业水平关键还在于课程标准。对于不同的现代生物技术教材,内容侧重点也完全不一样。上课时大致需按指定教材上,但实际上一本教材不能完整体现出全部内容。那么,在教学内容设计上,教师可以选择教材上没有的相关内容(图片、视频、双语等)来提高学生的观赏性,把抽象的难理解的教学内容进行认识,不仅加深理解和记忆,也能够拓宽学生的知识面。 3.3教学方法与手段的多样化 在教学中,教师除用板书、多媒体等传统教学手段方法外,更多应该实现产学研有机结合,在实践中引导学生学习,通过一些探究性实验项目、创新性试验项目来培养学生的创新思维,对已有掌握的知识进行再次深入研究,让学生敢于质疑、敢于假设、不断提出自己的见解。一定让学生不断的通过实验来完善理论知识。 3.4考试成绩计算多样化 对于课程学习的评价进行多元化考核:平时作业、上课回答问题、期末考试、实践教学、出勤率来综合评定。在试卷命题时题型一定多样化、灵活化,一定与实际生活相联系,能达到理论联系实际、举一反三,体现出学生具有自我解决问题的能力。 现代生物技术论文:现代生物技术在甘薯育种中的应用 摘要:现代生物技术攻克了过去在甘薯(Ipomoea batatas)育种中无法解决的难题。诱变育种、细胞工程、分子标记和基因工程等现代生物技术已在甘薯选育、品质改良、增强抗病虫性等方面上发挥了非常重要的作用。综述了诱变育种、细胞工程、分子标记和基因工程等现代生物技术在甘薯育种中的研究与利用概况。 关键词:甘薯(Ipomoea batatas);现代生物技术;育种;诱变育种;细胞工程;分子标记;基因工程 甘薯(Ipomoea batatas)属旋花科甘薯属,为一年生或多年生蔓生草本,是中国的重要粮食作物、饲料作物和新型生物能源作物,具有极高的经济价值。甘薯含有60%~80%的水分,10%~30%的淀粉(支链淀粉含量高,易被人体消化吸收),5%左右的糖分,还富含人体必需的多种维生素(VA、VE、VB1、VB2、VC等)、氨基酸(赖氨酸含量较高)、蛋白质、脂肪、膳食纤维以及钙和铁等多种矿物质。甘薯中的活性化学物质(脱氢表雄酮)可以抑制癌症和预防癌细胞增殖[1]。因此,培育出高产、稳产、优质的品种及各类不同用途和种类的品种如食用、加工用、饲料用、茎尖菜用等[2]具有非常重要的现实意义。但是由于甘薯的高度杂合性、杂交不亲和性、遗传资源匮乏、遗传基础狭窄、优异近缘野生种利用困难和病虫害、病毒病危害严重[3],极大地制约了甘薯的生产和发展。但传统育种模式周期长,品种改良进度缓慢,难以满足发展需求。生物育种是目前应用推广最为迅速的技术,它突破了传统育种的局限性,有利于加速培育高产、优质、抗逆、广适的新品种。本文重点介绍近年来几种主要生物技术,包括诱变育种、细胞工程、分子标记辅助选择育种和基因工程在甘薯育种中的发展与应用。 1 诱变育种 甘薯是一种无性繁殖作物,其自然变异和人工诱变产生的变异,是甘薯育种重要的变异来源,因此诱变育种一直是甘薯育种的一条重要途径,也是发展比较早的一种技术。 在自然条件下,由于外界环境的变化和遗传结构的不稳定性,植物本身会发生自发突变,但是这类突变发生的频率较低。自然变异突变体的选择、鉴定是甘薯种质创新的主要途径。张连顺等[4]从抗薯瘟病的闽抗329中选育出了兼抗蔓割病、藤蔓旺盛的闽抗330,张永涛等[5]、李培习等[6]分别从高抗根腐病的徐薯18芽变体中选育出了兼抗茎线虫病的临选1号和富贵1号。 辐射诱变的方式包括χ射线、60Co处理、80 Gy γ射线处理、搭载返回式卫星进行空间诱变处理等。但诱发突变的方向难以控制,有利突变频率不够高。通过辐射诱变育种加以多年筛选获得了比较好的品种如较徐薯18高抗黑斑病的品系农大601[7]和抗线虫扩展、薯皮色同质、干物率高、食味优、高胡萝卜素突变体及淀粉类型和紫色素类型育种材料[8]。 化学诱变具有专一性强、突变频率高,突变范围大的特点,为多基因点突变,诱变后代的稳定过程较短,可以缩短育种年限。Luan等[9]用EMS处理鲁薯8号愈伤组织,并通过离体筛选,获得3个耐盐突变体株系(ML1,ML2,ML3)。王凤保等[10]用0.05%秋水仙素和2%二甲基亚砜混合水溶液处理秦薯1号甘薯种子,选育出高产、高淀粉、低β-淀粉酶活性、高蛋白质、高铁、早熟的短蔓型甘薯新品种短蔓3号。王芳等[11]用0.5% NaN3处理澳大利亚Au1990sp紫甘薯的胚性细胞团,选育出品种适应性广、产量高、品质佳、抗性强的甬紫薯1号。 2 细胞工程 甘薯细胞工程主要有体细胞胚发生、原生质培养、细胞悬浮培养、茎尖分生组织培养等,在种质资源创新、新品种选育和脱毒苗工厂化生产等方面具有广阔的应用前景。目前主要通过茎尖诱导体细胞胚胎的植株再生。利用甘薯茎尖培养诱导得到胚性愈伤后,通过液体振荡悬浮培养可以迅速增殖,利用农杆菌介导、基因枪、电激等方法研究甘薯的遗传转化。在此过程中,常常会出现自发变异,通过对这些突变体进行筛选,也可以用于甘薯新品种选育[12]。 甘薯容易侵染的病毒和类病毒种类较多,加上甘薯属于无性繁殖作物,病毒能够在植株体内不断增殖积累,使甘薯病毒病的危害逐年加重,造成了大幅度的减产。利用甘薯茎尖病毒含量低或不带病毒的特点,通过茎尖分生组织培养可以生产甘薯无毒苗。脱毒甘薯增产效果显著,根茎叶生长旺盛,光合效率高,抗逆能力强[13]。经检测确定为不带病毒的组培苗可以进行快繁和原种生产。 3 分子标记辅助选择育种 分子标记在甘薯遗传育种中的应用是利用标记将不同甘薯品种DNA序列上的多态性体现出来,可利用其进行种质鉴定、基因定位、遗传图谱构建和辅助育种等并最终应用到生产实践中。在作物遗传改良过程中,形态标记、细胞学标记和同工酶标记等已很难满足对它们的基因组进行更详细研究的需要。随着分子生物学的发展,产生了多种基于DNA多态性的分子标记技术,在甘薯育种中应用较多的是RAPD、AFLP、ISSR、SCAR和SNP等。 3.1 构建甘薯分子遗传图谱 由于甘薯的遗传背景较复杂,对甘薯基因组的研究较滞后,分子标记的数量和种类相对匮乏,分子遗传图谱的构建要落后于水稻、玉米等作物。Kriegner等[14]在2003年用AFLP技术构建了首张甘薯遗传连锁图,632个母本标记和435个父本标记分别排列在Tanzania的90个连锁群和Bikilamaliya的80个连锁群上,共定位了1 100个AFLP标记,平均遗传距离为5.9 cM。随着甘薯栽培种转录组测序的完成和分子标记技术的发展,李爱贤等[15]在2010年利用SRAP标记构建了漯徐薯8号和郑薯20连锁图谱,漯徐薯8号的81个连锁群由473个SRAP标记组成,总图距为5 802.46 cM,标记间距为10.16 cM,郑薯20的66个连锁群由328个SRAP标记组成,总图距为3 967.90 cM, 标记间距为12.02 cM。Zhao等[16]在2013年利用AFLP和SSR标记构建了徐781(高抗茎线虫病)和徐薯18(高抗茎线虫病)的连锁图,徐薯18的90个连锁群含有1 936个AFLP和141个SSR标记,总图距为8 184.5 cM,标记间距为3.9 cM;徐781的90个连锁群含有1 824个AFLP和130个SSR标记,总图距8 151.7 cM,标记间距为4.2 cM。这也是到目前为止标记密度最高、基因组覆盖率最广的甘薯栽培品种分子标记遗传图谱。 3.2 绘制指纹图谱,鉴定甘薯品种 甘薯是一种无性繁殖作物,其品种数量多、同种异名、同名异种的情况比较普遍,在甘薯的生产过程中容易出现品种间混淆的情况,使得品种鉴定困难,影响品种的改良和育种。随着分子生物学的快速发展,DNA分子标记技术已成为指纹图谱构建和品种鉴定的主要方法。指纹图谱能够在分子水平上鉴别生物个体之间的差异,可以有效克服形态和生化上的局限性,是甘薯品种鉴别的重要工具,在生产实践上具有重要意义。 目前用来作DNA指纹图谱的标记主要有RAPD、SSR、ISSR、AFLP、SRAP等。Arthur等[17]应用RAPD标记分析在美国8个州种植的甘薯品种“Jewel”的无性系,发现其中5个的多态性谱带在7.1%~35.7%之间,表明RAPD标记可以检测无性系中的变异。王红意等[18]研究表明通过RAPD标记产生的指纹图谱可以将30个中国甘薯主栽品种分为3类。罗忠霞等[19]采用EST-SSR标记,利用2对引物将52份甘薯品种区分开,建立了52份甘薯品种的指纹图谱。季志仙等[20]利用ISSR技术对不同引物获得的指纹图谱进行了分析,发现利用2对引物即可将供试的17份甘薯品种区分为4类。蒲志刚等[21]利用AFLP技术通过五对引物构建出47个品种南瑞苕的指纹图谱,将其分为5类。张安世等[22]利用SRAP技术通过2对引物构建出22种甘薯品种的DNA指纹图谱,将其分为7类,随后又利用ISSR技术通过3对引物将22种甘薯品种分为4类[23]。 3.3 甘薯基因定位和DNA分子标记辅助选择育种 甘薯许多重要的农艺性状如块根产量、品质(淀粉含量、胡萝卜素含量)、抗病性(茎线虫病、根腐病和黑斑病)等都属于多基因控制的数量性状,在甘薯分子连锁图谱的基础上,对重要农艺性状进行QTL定位,进而克隆相关性状的主效基因,是甘薯育种研究的重要方向。DNA分子标记辅助选择育种具有方便、快捷、准确等特点,且较少受季节、发病条件、发育条件、鉴定方法等因素的限制,可以在低世代进行早期选择,更适合目前育种的需要。目前该技术已广泛应用于甘薯的育种研究中。 Ukoskit等[24]利用甘薯易感根线虫病品种与抗根线虫病品种杂交,用760个RAPD引物对2亲本和F1分离群体进行分析,筛选出1个抗根线虫病的基因。柳哲胜[25]用RAPG法和改进的SSAP技术对农大603和徐薯18的基因组进行抗茎线虫病相关基因的分析,结果显示由片段54设计的引物在抗病和感病品种之间扩增出多态性带,推测片段54是与甘薯抗茎线虫病有关的RGA(Resistance gene analog),并得出甘薯MIPS基因可能与甘薯抗茎线虫病有关。周忠等[26]对高抗茎线虫病的徐781和高感茎线虫病的徐薯18的后代进行抗病性鉴定和RAPD分析,得到与抗茎线虫病基因相连锁的RAPD标记OPD0l-700,经证明,该标记可作为甘薯抗茎线虫病辅助育种的分子标记,并在甘薯育种尤其是抗病品种选育中发挥较大的作用。王欣等[27]利用对高抗亲本徐781和高感亲本徐薯18的F1分离群体的161个品系进行OPD01-700的克隆和测序,成功地将OPD689标记转化为SCAR标记,初步验证结果与田间鉴定结果基本一致,初步建立了甘薯抗茎线虫病育种分子标记辅助选择技术。袁照年等[28]以金山57×金山630的杂交F1分离群体为材料,按F1单株抗性分群,建立薯瘟病抗病池和易感池,分别以其为模板进行RAPD分析,结果显示其中S213-500在抗感池和易感池间显示多态性,可以作为抗Ⅰ型薯瘟基因的连锁标记,在鉴定甘薯抗I型薯瘟病方面具有应用价值。苏文瑾等[29]在已有的高抗根腐病品种徐薯18与高感品种胜利百号F1分离群体抗性鉴定的基础上,采用分离群体混合分析法(BSA)与AFLP技术相结合,发现显性标记Eco(45)-Mse(45)与感病基因连锁,对甘薯抗根腐病的遗传改良具有指导意义。蒲志刚等[30]以南薯88等12个抗感黑斑病品种为材料,建立了甘薯黑斑病的AFLP分子标记体系,并用该体系找到了与甘薯抗黑斑病紧密相关的特异性DN段,为甘薯抗黑斑病分子标记辅助育种奠定了基础。 吴洁等[31]利用甘薯高淀粉品种绵粉1号和甘薯低淀粉品种红旗4号杂交F1代分离群体采用SRAP分子标记,将1个与淀粉含量相关的QTL定位到绵粉1号遗传图的第三连锁群上。蒲志刚等[32]利用甘薯高淀粉品种绵粉1号与甘薯低淀粉品种红旗4号杂交F1代分离群体,在绵粉1号遗传图的第二连锁群上检测到E1M7-2可作为淀粉的临近QTL。李爱贤等[33,34]以高淀粉、低胡萝卜素含量的甘薯品种漯徐薯8号和低淀粉、高胡萝卜素含量的甘薯品种郑薯20杂交得到的F1分离群体,采用SRAP分子标记的方法在父本郑薯20的Z31连锁群上检测到1个与淀粉含量相关的QTL,并检测到17个与甘薯β-胡萝卜素含量相关的QTLs,其中10个定位在郑薯20图谱上,7个定位在漯徐薯8号图谱上。 3.4 甘薯转录组测序和分子标记的开发 转录组测序(RNA-seq)操作简单,不局限于已知的基因组序列信息,可获得低丰度表达基因,具有通量高、灵敏度高、成本低及应用领域广等优点。转录组研究是基因功能与结构研究的基础和出发点,利用新一代高通量测序,能够快速全面地获得某一物种目标细胞在某一特定状态下的全部RNA序列的信息,例如发现新转录本、了解基因的表达量、挖掘单核苷酸多态性(SNP)、结构性变异等[35]。目前,测序技术已成为分子生物学研究中最常用的技术。相比于其他作物,甘薯的基因数据资源极少,这给甘薯的分子生物学研究带来极大的不便。Gu等[36]应用Illumina的RNA-Seq技术对不同的甘薯组织与发育阶段进行高通量的转录组测序,通过对甘薯的转录组从头组装、基因注释和代谢通路分析,得到了大量重要的转录本信息,如淀粉合成、抗盐、抗旱、转座子和病毒等相关基因。Tao等[37]利用Illumina数字基因表达(DGE)标签分析甘薯的7个组织的转录组的差异,鉴定出大量的差异和特异表达的转录本,主要涉及病毒基因组的基因表达方式、淀粉代谢、潜在耐逆性和抗虫性等方面。 转录组测序的高通量特点使分子标记的大规模发掘得以实现。基于转录组测序开发的分子标记主要为SSR和SNP。Wang等[38]采用同样的方法获得56 516个unigenes,基于与已知的蛋白序列的相似性搜索,总共鉴定发掘出114个cDNA的潜在的SSRs。Xie等[39]通过对紫薯转录组的高通量测序,获得58 800个unigenes,发掘出851个潜在的SSRs。SNP是基因组中最普遍的遗传变异,有着分布广、数量多、遗传稳定性高、密度高、易于实现分析自动化等诸多优点,是构建遗传图谱、完成分子标记辅助育种的一种非常重要的遗传标记,新一代的高通量测序平台为SNP位点的检测提供了强有力的技术支持。许家磊[35]在淀粉含量、薯干产量和茎线虫病抗性差异明显的徐781和徐薯18的Illumina RNA-seq测序结果中已获得1 386个SNP候选位点的基础上,发现Tetra-primer ARMS-PCR可以检测出SNP分子标记,可以用于甘薯SNP分子标记的开发。苏文瑾等[40]利用简化基因组测序技术(SLAF-seq)对300份甘薯种质资源的大群体测序,通过生物信息学分析进行系统设计,筛选特异长度的DN断,构建SLAF-seq文库后高通量测序,通过软件分析比对,获得260 000个多态性SLAF标签,在多态性SLAF标签上共开发得到795 794个群体SNP位点。 4 甘薯基因工程 1983年世界首例转基因植物培育成功,标志着人类用转基因技术改良植物的开始,至今已有120多种植物转基因获得成功。近年来基因工程技术在农业作物育种领域已经取得成功并逐步推广,基因工程技术已成为普及应用最快的先进农作物改良技术之一。基因工程技术是提高作物产量和改良作物品质的有效途径,给人类带来巨大的社会和经济效益。相对于其他作物,甘薯基因工程的研究起步较晚。自1987年以来,许多学者陆续报道把抗性基因nptII和标记基因Gus转入甘薯,成功地获得了转基因的愈伤组织、芽或再生植株,为进一步转化目的基因改良甘薯积累了经验[41]。近年来,在应用基因工程提高甘薯蛋白质或淀粉含量、改善蛋白质氨基酸组成或淀粉组成、提高甘薯抗虫及抗逆性等方面取得了较大进展。 4.1 甘薯品质改良的基因工程 甘薯品质改良主要集中在淀粉、蛋白质和胡萝卜素方面。Shimada等[42]构建了编码甘薯淀粉分支酶的IbSBEII基因的dsRNA干扰载体并通过农杆菌转化进入甘薯基因组,转基因植株的淀粉具有较高的直链淀粉含量。Otani等[43]通过RNA干扰技术抑制甘薯淀粉粒附着性淀粉合成酶I(GBSSI)基因的表达,培育出不含直链淀粉的转基因甘薯植株。Takahata等[44]通过抑制淀粉合成酶Ⅱ(SS Ⅱ)的表达改变支链淀粉的结构降低甘薯淀粉的糊化温度。Santa-Maria等[45]从海栖热袍菌中克隆了一个编码极端嗜热α-淀粉酶的基因,通过根癌农杆菌介导的转化获得的转基因植株在80 ℃具有自发处理淀粉为可发酵糖的能力。 罗红蓉等[46]用根癌农杆菌介导获得了含人乳铁蛋白基因(hLFc)的甘薯抗性愈伤组织,为获得具有转人乳铁蛋白基因的甘薯材料奠定了基础。高峰等[47]获得了转玉米醇溶蛋白的转基因甘薯植株。脂联素(Adiponectin)具有抗炎、增加机体对胰岛素敏感性和降糖、抗动脉粥样硬化的作用。Berberich等[48]利用根癌农杆菌介导的转化获得表达Adiponectin cDNA的转基因甘薯植株。Kim等[49]利用RNAi沉默CHY-β基因,可以增加甘薯中的β-胡萝卜素的含量和类胡萝卜素含量。 4.2 甘薯抗病虫的基因工程 甘薯病毒、病虫害严重影响产量。Kreuze等[50]研究利用靶向编码SPCSV(甘薯褪绿矮化病毒)和SPFM(甘薯羽状斑驳病毒)序列复制酶的内含子剪接的发夹结构的RNAi策略通过根癌农杆菌转化甘薯,转基因植株对SPCSV和SPFMV的抗性显著增强。Muramoto等[51]的研究表明,转大麦αHT基因的甘薯植株的叶片和块根表现出对黑斑病菌的抗性。蒋盛军等[52]用根癌农杆菌介导法将OCI(水稻巯基蛋白酶抑制剂基因)导入甘薯品种栗子香中获得了转基因植株,对转基因甘薯植株对甘薯线虫病的抗性进行了初步研究。 现代生物技术论文:现代生物技术在生态环境及污染治理中的应用 【摘要】随着现代生物技术应用面的不断扩大,研究其在生态环境及污染治理中的应用凸显出重要意义。本文首席介绍了现代生物技术的优势特点,分析了常用的几种现代生物技术。在探讨现代生物技术在生态环境及污染治理中应用的基础上,研究了生物技术的发展趋势。 【关键词】现代生物技术;生态环境;污染治理;应用 一、前言 作为一种实际应用效果良好的技术方法,现代生物技术在近期得到了广泛的应用。研究其在生态环境及污染治理中的应用,能够更好地提升现代生物技术的应用水平,从而有效优化生态环境及污染治理的整体效果。 二、现代生物技术的优势特点 生物技术在生态环境及污染治理中的运用不仅良好实现了对环境污染的治理,还有利于改善污染地的生态环境。这种新型的治理污染的方式,不仅污染小,其治理效果也比较明显,还有利于恢复当地原有的生态环境。我国的科研工作者要不断地对这一新技术进行研究与实践,为我国进一步的生态环境治理提供更加科学合理的生物技术支持。 垃圾废弃物是一种较为常见的污染物,我们利用生物技术对其进行处理,能够让其分子结构改变,生物能对发生降解的各种产物和副产物进行重新利用,从而使环境污染程度得到降低,同时也将这些废弃物进行转化,变为可利用资源。 在利用酶促反应处理污染物的过程中,用到的酶是一种活性蛋白质,在常温常压和中性条件下进行的,这就使得大多数的生物技术可以快速的在现场进行。它具有一定的优点:第一,操作比较简单;第二,成本比较低;第三,发生反应的条件比较简单;第四,反应过程较为稳定;第五,效果比较好。这些方面的优点使生物技术得以在生态环境及污染治理中进行普遍应用。 三、常用的几种现代生物技术 1.核酸探针检测技术 核酸探针检测技术。利用能与特定核苷酸序列发生特异性互补的已知核苷酸片段作探针,分析DNA序列及片段长度多态性。被标记的探针直接用来探测溶液、细胞组织内或固定在膜上的同源核酸序列。它具有高度特异性和灵敏性,目前广泛应用于对环境中微生物的检测,定性、定量分析等研究中。 2.酶免疫测定技术 该技术是依据抗原和抗体之间的特异性吸附于固相载体表面,引入一种酶作为示踪物,通过共价键与酶连接形成酶结合物,加入底物后,根据颜色变化判定是否有免疫反应的存在,具有选择性好、灵敏度高、准确、实用性强等优点,广泛应用于监测农药、污染物残留、生物污染物等领域。 3.免疫金标技术 免疫金标技术是将特异性的抗原(或抗体)固定于硝酸纤维素膜,通过毛细作用向前移动,通过目测的胶体金标记物观察显色结果。该技术具有特异性强、操作简便、成本低廉、结果判断明确、时间短等优点,广泛应用于环境污染物的在线检测。 4.PCR技术 PCR即聚合酶链式反应,是指在DNA聚合酶催化下,以特定引物为延伸起点,通过变性、退火、延伸等步骤,体外复制DNA的过程,是一项DNA体外合成放大技术,能快速特异地在体外扩增任何目的DNA。PCR技术具有灵敏度高、特异性强等优点,用于检测大量平行的样品,环境中的生物污染。 四、生物技术在环境污染治理中的应用 生物治理环境污染是我国新世纪面临的新的重大课题。以环境污染的生物治理为主,开展环境微生物学的基础、应用基础和应用研究,为重金属废水、石油废水、印染废水、油脂废水、农药废水以及城市生活垃圾、生活污水等提供效果好、投资省、运行成本低的生物治理技术和设备,以此促进我国的环境工程建设。目前可提供的技术主要有: 1.城市有机垃圾处理技术 将城市垃圾通过分选后综合治理。将可腐有机垃圾生产成优质有机粉肥或有机无机复混粒肥;将可燃有机垃圾采用气化焚烧或生产成板材;无机垃圾用于填埋,处理过程中产生的废气、臭气、粉尘集中处理,废水循环使用,处理场地环境卫生达到国家标准,使垃圾达到无害化和更合理的资源化利用。 2.高新生物工程技术处理油脂化工废水利用来自于自然界又经培养驯化的功能菌株,根据废水和污水的不同性质、组成,配制不同菌株,通过发酵培养形成多功能复合型菌液(亦可制作成干性固体菌剂),用于油脂化工、化工有机废水、食品、印染、生活污水等工业废水处理。 3.生物曝气滤池处理生活污水及资源化利用技术集生物处理和过滤两种功能于一体,出水水质优良,是一种高效的新型生物反应器,极适用于生活污水和工业有机废水的处理及资源化利用。 4.含油污泥高新生物处理技术对我国大中型油田、炼油厂、石化企业等行业中含油污泥、炼油浮渣等进行生物治理,通过生物处理达到回收石油资源和污泥达标排放。 5.油田、炼油废水高新生物处理技术通过对大中型油田、炼油厂废水石油污染物样品采集、降解微生物菌株的分离、筛选,获得石油降解优势微生物,针对含油废水的不同水质特征,选用不同的微生物菌剂处理,使其稳定达标排放。 五、生物技术的发展趋势 1.生物技术在农业中的发展趋势 充分利用我国丰富的和特有的遗传资源,分离克隆有自主知识产权的基因和基因工程品种已刻不容缓,以期在以“基因”为核心的生物技术产业中取得主动。实现单基因生物抗逆向持久性抗逆、生物性抗逆向非生物性抗逆的转移。重视转基因植物的环境安全性评估,借鉴国外的成功经验,防止转基因植物危害的发生与蔓延。随着基因组时代向后基因组时代的过渡,研究重心已经从揭示生命的所有遗传信息转移到整体水平上对生物功能的研究。因此,在整体水平上研究细胞内蛋白质的组成及其活动规律的蛋白质学的发展和成熟,必将与基因组研究互相补充,给农业生物技术带来革命性改变。 2.生物技术在环境中的发展趋势 在污染的处理过程中,传统的物理或化学处理方法常伴随二次污染,且运行费用高,处理问题单一而微生物对各类污染物均有较强、较快的适应性,并可将其作为代谢底物降解和转化因此,生物处理具有效果好、运行费用低、无二次污染等优势,是保障可持续发展的一项最有力的技术措施。生物技术的发展趋势将朝着传统技术的改良、与其他污染处理手段相结合和与现代高新技术相结合等方向发展,研究高效快速的工艺流程。 3.生物技术在工业中的发展趋势 工业生物技术的新崛起有两个巨大的推动力,即社会强烈需求和生物技术的进步。人类社会发展迫切需要解决的问题是资源、能源、人口、环境问题.随着生物技术突破性进展,使得人类可以设计和构建新一代的工业生物技术,可高效快速地将各类可再生生物质资源转化为新的资源和能源。工业生物技术在生物能源、生物材料以及生物质资源化方面发挥着重要作用。其中生物能源、生物材料、生物质资源化等都是现在以及将来发展的重中之重。 六、结束语 通过对现代生物技术在生态环境及污染治理中应用的相关研究,我们可以发现,该项技术的多项优势特点决定了其在生态环境及污染治理中的应用地位,有关人员应该从其客观实际需求出发,研究制定最为优化可行的实施策略。
生物技术论文:关注现代农业生物技术发展的新趋势 在当今世界各国纷纷建立以基因为核心的知识产权保护,抢占21世纪国际生物技术制高点的新形势下,参加北京“国际周”现代农业高层论坛的专家呼吁,要密切关注现代农业生物技术领域日益显现的研究成果商品化、研究方式规模化和基因资源争夺白热化的趋势,在即将到来的生物世纪里,真正占据自己的位置。 农业生物技术的主要研究内容包括:增强农作物以及畜禽鱼的抗性、品质改良、提高产量和生产具有特殊用途的物质等。其中以转基因作物的研究和运用最为重要,发展最快。根据统计资料,到2000年,全世界转基因作物推广面积达4420万公顷,比1996年增长了25倍;种植转基因作物的国家从1996年的6个增加到2000年的13个。这其中美国的转基因作物种植面积最广,达到了3030万公顷,占68%;其次为阿根廷,1000万公顷,占23%;加拿大300万公顷,占7%;我国为50万公顷,占1%。 根据有关专家的看法,现代农业生物技术的最新发展趋势表现为: ——研究成果商品化产业化进程加速。目前,农业生物技术作为一项高新技术产业在发达国家业已形成,并处于一个高速发展时期。有关专家预测,本世纪生物技术产品在国际贸易中的份额将达到10%以上,而现代农业生物技术又将占相当的比重。世界银行下属机构预测世界范围内转基因作物产业的交易额为2000年20亿美元,2005年60亿美元,2010年200亿美元;国际农业生物技术应用机构(ISAAA)的预测则分别为30亿美元、80亿美元和280亿美元。 ——研究方式集约化、规模化明显。在政府以及公共机构对现代农业生物技术进行投资研究的同时,众多私有企业也开始注意到这一领域将是继计算机和网络技术之后的又一个潜力巨大的经济增长点,私人公司已逐步成为农业生物技术的研究主体。以美国为例,民营机构1992年对这一领域的投资为5.95亿美元,而1999年则达到15亿美元。与此同时,世界范围内出现了生物技术企业领域的兼并和收购狂潮,并购金额从1997年的12.37亿美元陡然升至1999年的138亿美元。一些资产过百亿美元的巨型跨国公司由此形成,过去分散的研究基地也随之向集中化规模化发展。 据业内人士分析,促成公司并购的原因,一方面是为合理利用资源、降低生产成本、优化人员组合,而更重要的原因,则是因为现代农业生物技术产业是一个高技术、高投入、高风险、长周期的产业,小公司在资金、技术、以及抗风险能力上均难以独立对农业生物技术产品进行研发和推广。只有强强联手的大型现代农业生物技术企业才能有效占领市场,与其它企业抗衡。 ——基因资源争夺呈白热化。在商业利益驱使下,发达国家各主要生物技术公司对生物资源及其知识产权展开了激烈争夺,其核心就是对基因的争夺。谁掌握了基因,谁就掌握了生物技术的制高点,就掌握了未来竞争的主动权。有专家称,转基因植物技术知识产权很可能就是未来国际贸易中市场准入、贸易壁垒问题产生的主要原因。 有报道表明,为了获取我国丰富的生物基因组资源,国外公司已在我国境内悄悄地开展活动。中国农科院的专家指出,基因资源是有限的、可视专利的战略资源,是可持续发展的重要保障。不建立自己的生物信息技术平台,指望在别人的公益性研究完成后捡便宜的想法,会对我国生物技术产业和可持续性发展带来不可估量的隐患。加快生物资源信息化的研究,保护、利用和开发我国丰富的生物多样性资源是当务之急。 生物技术论文:现代生物技术在中药现代化中的应用进展 【摘要】 生物技术已经深入中药研究和开发的各个领域,在高质量中药天然药物原料的研究生产及中药材资源可持续利用中发挥着极大的作用。 【关键词】 生物技术;中药现代化;应用;综述 中医药学是我国在自然科学领域最有特色的学科之一,中药现代化就是将传统中医药的优势和特色与现代科学技术相结合,把中药推向国际化。生物技术作为一种综合了生命科学与多种现代科学理论与研究手段的高技术,在21世纪将对生命科学的各个领域产生十分深远的影响。 1 生物技术在高质量中药天然药物原料的研究生产及中药材资源可持续利用中的应用 生产具有国际竞争力的现代中药,其前提是有高质量的中药原料。现代中药必须严格保证所用的药材原料无污染,农药残留和重金属含量在十分安全的范围内,药效物质基础的含量稳定、可靠并有严格的质量标准。我国中药资源达1.2万余种,这些中药材中部分涉及到珍稀濒危物种,因此对珍稀濒危中药材的挽救、保护与合理利用迫在眉睫。迁移珍稀濒危动、植物至饲养地和植物园是保存物种的重要方法,建立相应的基因库用于保存动植物的基因,考察物种的变异具有重要意义。 就中药材栽培而言,GAP的实施已成为业内共识。基因技术在这方面正在逐渐发挥重要作用,如中药材优良品种选育、道地性药材遗传特征分析、抗性基因的转基因药用植物等。 应用RAPD技术对南北苍术间的差异进行了分析,认为苍术的道地性是在遗传和生态两因素长期复杂作用下形成的遗传和化学成分有稳定差异的居群[1];李萍等将5srRNA基因间区序列的变异用于对金银花药材道地性的分析[2]。有报道用转基因植物可生产外源基因编码的产物(如a栝蒌素、干扰素等),随着表达效率的提高和受体植物范围的不断扩大,将有可能在传统中药材中加入有用的新遗传特性,增加植物的抗病能力等,这将为中药材的绿色栽培奠定良好的基础[3]。 2 细胞工程技术为中药人工资源的开发提供了有效途径 作为中药和天然药物发挥药效活性的物质基础,天然活性成分往往含量很低,而天然野生资源随着药物的开发利用储存量不断下降,其原料来源能否满足批量化生产的需求,是所有天然创新药物开发所面临的重大难题,也是高水平中药能否广泛应用并走向世界的瓶颈。因此,针对特定有效成分或组分生产的中药人工资源开发生产技术引起了研究者的极大关注。为合理利用其资源,可利用生物技术的方法和手段进行一些珍稀濒危品种的快速繁殖,研究其在自然或人工控制条件下个体更新的速率及规律等,如石斛试管苗的快速繁殖。 发酵工程利用生物细胞在人工条件下的快速增殖与次生代谢产物的产生,为人工资源的生产提供了技术平台。目前,以冬虫夏草菌发酵生产的菌丝体及产物已形成产业化规模,并有相应的下游产品畅销。 以微生物、植物、动物细胞为反应器,进行天然活性物质的生产和加工,也已引起研究者的极大兴趣,以此推动的天然产物的生物转化和生物合成研究与开发,在国内中药研究和开发中的作用正为更多的研究和生产部门所重视。许建峰[4]等利用高山红景天培养细胞生物转化外源酪醇生产红景天苷。紫杉醇作为一种作用机理独特的天然抗癌药物,自发现以来受到了人们的广泛重视,但其在植物红豆杉中的含量极低,而红豆杉生长缓慢,资源匮乏,因此严重限制了紫杉醇的进一步开发应用。为此,近年来各国科学家在寻找及扩大紫杉醇的药源途径上进行了大量的工作。甘烦远等对紫杉醇的研究进行了综述,通过两篇综述所反映出的研究内容可以看出为解决紫杉醇的资源问题。全世界的科学家分别从筛选高产红豆杉栽培品种、微生物生物合成、化学合成、生物合成途径探索、生物合成关键酶的发现及其基因表达等多途径进行资源研究,而这些研究中生物合成与生物转化技术起着极为重要的作用。 3 酶工程是中药活性成分生产追求的最佳技术手段之一 就疗效确切的单一天然活性成分而言,能够通过工业化生产获得天然结构复杂的单一产物是人们追求的目标,但天然化合物结构复杂,常有多个不对称碳原子,合成难度较大或合成条件苛刻;而酶工程为这类成分的获得提供了新的途径。如金东史等利用酶转化方法将人参中的主要皂苷成分转化成含量只有十万分之几的人参皂苷Rh2,并达到了月产30kg的生产规模[5]。 4 生物技术为提高中药品质评价水平提供了新的实验方法 中药材是中药研究开发的基础,基础的质量标准无法控制,以后的研究和开发均属无本之木,其质量标准的制定也就失去了意义。中药材的质量控制主要应包括两个方面的内容,一是品种的控制,主要是解决真伪的问题。其二中药材的有效物质是次生代谢产物,其积累主要与其合成关键酶的表达及表达量等有关。因此建立合理中药材的生产和质量评价体系将对中药现代化尤为重要。 基因分子标记技术在中药品质评价中的应用,使中药材鉴定的方法从传统的形态表征分析推进到对生物遗传物质的分析。在中药的分子鉴别研究中目前主要有以下一些方面:(1)基于PCR方法的DNA分子标记技术,如RAPD、AFLP等;(2)基于分子杂交的DNA分子标记技术,如RFLP;(3)基于DNA序列分析的分子标记技术,如DNA直接测序法、PCRRFLP法[6]。利用这些基因鉴别方法对了解和分析药用动(植)物的遗传特性、基因与药材产地、化合物积累的相关性等均具有重要意义。 5 生物技术为中药和天然药物新药研究与开发提供了新的工具和途径 中药新药的研发是中药现代化和国际化的关键,要研制符合国际标准规范的现代中药,应用现代先进的科学技术势在必行。 5.1 生物芯片为中药新药分子水平的机理研究提供依据:中药鉴定基因芯片,可以对中药材的产地、质量进行鉴定;可以搞清楚中药作用的分子机理,筛选出中药有效成分。 5.2 生物转化及生物组合化学为以天然活性成分为先导化合物发现新药提供了新的思路与方法:生物转化技术可以弥补化学合成的不足,1997年Khmelnitsky利用盐活化生物催化剂脂酶,成功地在有机相中进行了紫杉醇系列衍生物的生物合成。由此可见,生物转化技术在以天然活性成分为基础的创新药物研究与开发中具有重要的意义。 5.3 生物技术为天然微量活性成分的生产提供了新的技术平台:中药中微量高效成分的研制开发一直是困扰医药产业界的核心问题,利用定向生物转化技术可将天然药物中的高含量成分转化成微量高活性成分,因此大大提高微量成分的含量,使其达到产业化的要求。如研究发现多种微生物能定向地将含量较高的喜树碱转化为10羟基喜树碱。丁家宜等利用人参毛状根成功地实现了对羟基苯醌生物合成天然熊果苷。 5.4 物技术实现天然结构复杂活性化合物的结构修饰:天然活性成分的研发中还有一个 难以解决的问题,即天然活性成分常常体内外药效学活性差异较大,其中一个重要因素是其在体内吸收不好,导致生物利用度太低。利用生物技术实现天然结构复杂活性化合物的结构修饰,对提高这类成分的生物利用度,进而实现产业开发具有重要意义。 综上所述,生物技术已经深入中药研究和开发的各个领域,虽然大多数研究尚处于起步阶段,但其影响正在不断扩大,所显示出的潜在社会价值和经济效益也日益得到重视,生物技术将深入到中药新药研制的各个环节。正确利用现代生物技术合理地解决中医药现代科学研究和产业开发中的重要问题,必将有力地推动我国的中医药现代化和国际化进程,为加入WTO后的中国民族产业的国际竞争注入活力。 生物技术论文:生物技术在未来农业中的角色 一、生物技术给农业带来的益处 广义上讲,生物技术是利用有机体、死细胞、活细胞以及细胞内含物,采用特殊的过程生产出特殊的产品应作到农业、医药以及环境修复治理中,尤其是70年代基因工程的出现,它能改变、取代物种的基因。 生物技术在农作物中已有广泛的应用。最初通过遗传工程获得而进入市场的作物是:玉米、大豆和棉花。它们经转基因后具有抗除草剂和棉铃虫的能力。这种玉米、大豆和棉花从Bt细菌获得基因,经遗传改良后具有防虫害的能力。利用Bt细菌获得经遗传改良的作物的潜力是相当大的。例如:美国有200万hm2的Bt棉花,澳大利亚有40万hm2,两者各相当于2.5亿美元价值。如果将Bt玉米引种在美国1000万hm2的土地上,只要增产5%,就意味着能增加3.5亿美元收入。这项技术进一步促进了Bt制剂控制虫害在商业上的应用。除此之外,还有许多经转入特定基因的玉米品种,这些品种能同时抗除草剂和一些虫害。 生物技术在畜牧业上应用所获得的益处与在农作物上相似。一方面,生物技术有助于提高畜禽的生命力以及消灭竞争者。促进畜禽生长的物质有生长激素以及促进其生长的调节剂,这些物质可由基因工程而获得。如利用鼠类基因(该基因能促进角蛋白的形成)能获得了经遗传改良的绵羊,这种绵羊比普通棉羊产毛量能提高6%左右。另一方面,生物技术在提高农作物产量、质量的同时,有助于提高畜牧业的生产力发展水平。例如,通过控制饲料作物体内碳水化合物含量可提高畜牧业生产力;利用基因调控技术可以提高包括豆科作物在内一些作物的蛋白质含量,减少饲料作物中难消化的木质素含量等。达比等人已生产出一种转基因三叶草,可应用于澳大利亚绵羊牧场。该基因来自向日葵,经转基因的三叶草能制造富含氨基酸的蛋白质,该蛋白质经食物链进入绵羊体内,进而能提高产毛量。 生物技术给人类带来的益处也包括在生态和环境两个方面。利用生物技术提高现有农业生态系统的生产力可以减低农业向原始的、自然、半自然生态系统扩张的要求,因此,它有助于有人类保存、保护地球上仅有的自然生态系统及其资源,有助于人们未来再利用其中的基因资源开发新的产品。 生物技术已用于生产抗虫害、抗除草剂作物。正如前面所述,一些转基因棉花、玉米、大豆等具有抗虫害、抗除草剂的能力。1995年人们可以在市场上购买到转基因马铃薯,这种马铃薯能产生水晶蛋白,而水晶蛋白对科伦那多马铃薯甲虫有毒害作用。这些转基因作物能减少杀虫剂的用量,降低杀虫剂及其残留物对食物链、水体造成污染,从而有利于保护生态环境。 在许多农业生产区,土壤氮素可利用量是制约农业生产力提高的一个重要因子。而一高科技农业生产区使用人造氮肥是以牺牲生态环境为代价的。制造氮肥要利用大量能源,据统计,英联邦农场平均投入的能源大约有50%来自肥料。由施用肥料而产生的温度气体(二氧气化碳、氮氧化合物等)不可避免地促进地球气候变暖。除此之外,农业土壤的氮素流失是水体富营养化的主要原因。 生物技术的利用能为这些问题的解决提供潜在的、真正有价值的帮助。 同样,人们可以利用真菌来提高土壤养分的有效性。温莱指出:特定的真菌类能促进土壤养分的释放,从而促进作物生长;真菌也能通过分解有机物质(例如纤维素等)释放出糖类,促进固氮菌的生长。进一步提高土壤养分有效性的可能,包括获得转基因细菌和真菌,以进一步增强它们制造养分和释放土壤养分的能力。转基因作物的最终目标是使作物本身能够自行固氮,避免、减少使用人造肥料,从而减少对生态环境的破坏。这在目前尚不可能,但在将来却有望实现这个目标。 二、生物技术带来的不利 从经济角度上讲,生物技术带来的不利并不明显,然而,它会引起发达国家与发展中国家贫富差距进一步扩大。因为,生物技术公司主要集中在发达国家,发达国家可以通过输出生物技术产品而获得利润。与此同时,发展中国家由于技术、及其产品还远没有被广泛接受。 生物技术可能引起生产方式和人类健康的退变。这种情奖品可能会随着需要特定处理的转基因作物的出现而产生,特别是抗除草剂的转基因作物出现。农民必须从同一公司购买种子和除草剂,否则除草剂起不了作用。同样的问题也可能在需人造肥料的转基因作物上出现,这些转基因作物会取代传统的依靠有机肥的作物,后者在发展中国家是很普遍的,并且也有利于环境保护。生物技术在食品上的应用对发展中国家的农民也会造成许多困难。生物技术也会对人类的健康制造麻烦。近年来在英国已有这方面的报道。特别是当能引发人体过敏反应的基因转入农作物时,例如,坚果能引发人体过敏反应,若它的基因被导入其他作物,则有可能其他作物也会引起人体过敏。为了预防起见,转基因作物产品必须经免疫测定筛选后才能利用。 生物技术也可能引发环境问题。人们利用生物技术生产出抗旱、耐盐、抗病虫害作物同时,也导致生物多样性遭受严重破坏,甚至导致一些物种灭绝。这一结果是由于生物技术促进农作物向它原本不适应的地域扩张而造成的。生物技术同样加速土壤侵蚀和沙漠化。农业,尤其是耕作农业的扩张会增加除草剂、杀虫剂、人造肥料的使用,农业中不断投入的能源促进全球变暖。与此同时,氮素生物化学循环的改变也加剧了水体的富营养化,直接影响人类和动植物的生存。 另一个令人担心的是:转基因植物、动物、微生物脱离当地农业生态系统所造成的危害。许多有意或无意的动植物引起当地严重的生态问题。最明显的例子是澳洲引进的兔子。1500年以来,世界各国动植物的交流,有些已成为当地的有害动植物。至于转基因作物脱离当地农业生态系统后有可能引发:第一,转基因作物使自生作物成为严重的杂草问题;第二,转基因作物通过杂交后产生杂种;第三,转基因作物影响食物安全。任何一种转基因作物都存在对生态环境产生冲击的可能性。 未来20年,随着世界人口的增长,农业将经历具有重大意义的革新。毫无疑问,生物技术作为科学和技术在这场变革中将起到关键性的作用。原则上讲,生物技术本身有能力帮助人们提高农业生产力和保护环境,但在实践中,生物技术作为环境保护的人其作用相对来说是微乎其微的。人们对它在环境保护以及促进人类进步中的作用仍将拭目以待。 生物技术论文:浅论现代生物技术发展带来的伦理问题 生物技术是一门由多学科综合的新兴科学,就生物科学而言,它包括了微生物、生物化学、细胞生物学、免疫学、育种学等几乎所有与生命科学有挂的学科,特别是现代分子生物学的最新理论和成果更是生物技术发展的基础。随着生物技术的发展,人们可以对生物体进行不同层次的设计、控制、改造或模拟,产生巨大生产力的同时,也带来了生物物种伦理的问题,引起了人们的高度关注和深思。 论文关键词:生物技术;伦理问题;思考 21世纪是生命科学的世纪,生物技术的发展对人类和社会的影响深远。而生物技术引发的伦理问题,已成为世界的焦点议题。如何合理的应用生物技术造福人类和社会,是众多学者和科学家急需解决的问题。 一、现代生物技术研究的新进展 进入21世纪,生物技术正处于发展成熟阶段,生物技术的应用已经渗透到我们生活中许多与生物无关的角落。生物技术的发展至今已经揭示了许多生命现象的本质及其规律,但生命现象极其复杂,目前仍有许多课题有待深入研究和探索。目前在克隆、胚胎干细胞、转基因食品、人类基因组计划、组织工程等研究和实际应用等领域取得了成果。 (一)克隆技术。克隆原意是无性繁殖,即由同一个祖先细胞分裂繁殖而形成的纯细胞系,该细胞系中每个细胞的基因都是相同的。克隆技术首先用于动物,动物克隆就是通过无性繁殖方式,由动物细胞产生的遗传形状相同的动物个体。克隆羊多莉是首例克隆成功的动物。动物克隆为我们进一步揭示生命的奥妙及人类的自我认识展现了全新的视野。 (二)胚胎干细胞。干细胞是生物体在生长发育过程中起“主干”作用的高度未分化细胞,它具有自我更新、高度增殖和多向分化的潜能。干细胞分为三大类:全能干细胞、多能干细胞和专能干细胞。全能干细胞之所以全能,是指它可以分化成人体全部细胞类型,进而构建心、肝、肾、肺等多种组织和器官,最终发育成一个完整的个体。全能干细胞再进一步分裂、分化中又形成了各种多能干细胞。多能干细胞具有分化为多种细胞组织的潜能,但是却失去了发育成完整个体的能力。 (三)转基因食品。转基因食品是利用生物技术将某些生物的基因转移到其他物种中去,从而改造生物的遗传物质,使其在性质、消费品质等方面向人类所需要的目标转变。以转基因生物为直接食品或以这种生物为原料,加工出来的食品都被称为转基因食品。转基因食品在欧美应进入人们的日常生活中。有资料表明,在欧洲,玉米钻心虫每年要毁坏4000万吨玉米,占世界玉米总产量的7%,但是如果把分离出来的抗钻心虫基因植入玉米中去,就可培育出抗虫害的玉米,这种玉米就是转基因食品。 二、现代技术发展引发的伦理问题 (一)关于克隆人的争议。从“多莉”羊的克隆成功,待几年来其他克隆动物的尝试,克隆技术正不断发展。目前科学界把对人体的克隆分为治疗性克隆和生殖性克隆。科学界和伦理界对治疗性克隆普遍支持。但生殖性克隆,即克隆完整的人则遭到很大的抵制。克隆人给伦理道德方面带来了巨大的冲击,对现有的社会关系、家庭结构造成了巨大的冲击。另外,克隆人的身份难以认定,使人伦关系发生模糊、混乱乃至颠倒,进而冲击传统的家庭观以及权利与义务观。 (二)胚盘干细胞研究中的生命伦理问题。由于胚盘干细胞的制备是离不开人类卵子、胚盘以及克隆技术的,而卵子与胚盘在一些不同的国家和宗教界被视为是生命的起源,与活着的婴儿没有什么不同,所以在许多国家是被严格禁止的。坚持认为可以用人类胚胎做实验的人认为:1、早期胚胎仅是一团细胞,尚难称其为人的一条生命,从胚泡内细胞培养成人的胚胎干细胞,并没有杀死细胞,只是改变细胞的命运;2、培养胚盘干细胞是用于治疗现在还无法治愈的组织坏死性疾病,让病人恢复健康,完全是合乎人类伦理道德。 (三)转基因食品的潜在危险。对转基因食品发展有两种态度:支持者极力宣传其带给人类充足的粮食和新型抗病虫策略;反对者则强调人为地用基因技术改变神武,会给人体健康和环境带来危害。基因表达调控是个复杂的生命现象。目前,人类对基因的活动实施了解还不够透彻,还没有十足的把握控制基因中组后的结果。1993年英国的一份报告列出了一些人们对于转基因食品应用的来努力方面的主要担忧:1、人类基因转入食品动物,如将人类基因因子与凝血的蛋白质的基因转入绵羊中;2、某些宗教团体禁止食用的动物基因转入他们通常食用的动物中,这可能触怒犹太人和穆斯林,列入将猪的基因转入绵羊;3、动物基因转入植物中,可能会引起一些素食者的特别关注。 三、现代生物技术发展存在的伦理问题对策 现代生物技术的飞速发展,引发诸多伦理问题,发人深思。为了促进生物技术的和谐发展,应采取相应对策和措施。科学预言,21世纪是生物技术发展的黄金时期,全国普及大众伦理学知识尤为重要,设置伦理学咨询机构,利用各种媒体宣传伦理学知识,增强大众的伦理学意识,提高全民族的整体伦理水平。同时,我们还应改变传统伦理观念,发展中国特色的生命伦理学。总体上,生命伦理学应和国际生命伦理学保持一致,但又要保持中国的特色。另外,培养生命伦理专业人才,解决人才匮乏的局面。生命伦理学的发展任道重远,生命伦理学人才匮乏问题需要解决,设置生命伦理学专业,加快专业人才培养规模势在必行,特别应注重研究生、博士生的培养。 四、结语 现代生物技术的高速发展再给人类和社会带来积极影响的同时,必然会出现各种各样的问题。其中,导致的伦理问题尤其受人们的重视。我们应该正确看待这些问题的发生,并应用学习的科学知识尽力将其引导到好的方面发展。因此,我们任道而重远,希望通过我们的努力使现代生物技术应用给人类带来更多的实惠。 生物技术论文:医疗器械方面的生物技术 1功能性生物材料 组织损伤的情况不同,使用的胶原材料也有较大的区别,如骨组织损伤进行修复时,一般使用脱钙的骨胶原(DBM);肌肉、皮肤或者外周神经损伤,进行修复时一般使用胶原膜(CM);如果属于中枢神经损伤需要修复,则应使用有序的胶原材料(LOCS)。 另外功能性胶原生物材料对于不同的组织损伤的再生有良好的效果,包括CBD-PDGF,其能够活化胶原膜,使得皮肤组织能够再生修复;CBD-BMP-2的作用在于活化脱钙骨胶原DBM,使得骨损伤得到修复;CBD-BDNF对于有序的胶原材料LOCS有着良好的活化作用等。 2生物技术运用于心血管器械方面 生物技术运用于心血管方面,主要是利用天然的组织修复身体的病变部位,或者使用选择性的合成材料代替病变组织,具体的运用分为以下几点: (1)在生物技术研究的初期,医疗器械的的适用范围较小,一般是人体生命垂危时才会使用。近年来医疗领域在植入性合成聚合物的研究方面逐步深入,且研发了各种心脏的辅助器材; (2)心脏瓣膜的发展,使得生物瓣膜、机械性的修复瓣膜得到了广泛的使用,每年将瓣膜植入身体的人群数量逐年增加,常见的瓣膜类型包括嵌入盘、嵌入球、倾斜盘等; (3)永久性植入心脏的辅助装置、临时性植入心脏的辅助装置、人造心脏等,也逐步获得了较好的效果,该类装置能够使得衰竭的循环系统或者心脏保持基本的正常功能,且能够有效减少心脏负担,优化心脏的供氧情况; (4)血氧发生器也属于该类器械,其主要分为膜型、鼓泡型、空心纤维型等不同类型。 在氧发生器的开发方面,模型氧发生器是最为关键的技术,该氧发生器与人体吸气过程中的生理条件极为接近。如果人体的血液的功能由于疾病而减低,可以利用相应的的PVC、PTFE玻璃纸等生物材料制作成膜式氧合器没维持机体的功能正常。 3生物酶的运用 生物酶在医疗器械的运用主要是清洗器械,在自动清洗剂中添加适量的生物酶,其对于医疗器械上多种污渍生物酶的清洁效果十分明显,包括血渍、蛋白质污渍生物酶等。由于上述物质会限制微生物与灭菌因子的接触,需要该类技术进行彻底的清洁。利用生物酶将医疗器械进行浸泡,时间为三分钟,其即会将把污渍分解成细小的碎粒,脱离物品的表面,医疗器械得到彻底的清洗。该生物酶清洁医疗器械,优点在于清洁效果良好,不会对器械产生腐蚀,且能够使得器械的使用寿命更长。 生物技术论文:生物技术制药实验教学的改进 【摘要】生物技术制药是一门发展日新月异的综合性应用学科。本学科实验技术要求较高、但是实验教学相对滞后,尚需改进。教师在实验教学过程中通过突出理论教学中的实验内容、预习以往的实验技术、重点突出制药工艺密切相关的实验、以及加强各种实验技术的相互结合等多种改进方法,可以达到加强实验教学、提高学生专业素质的目的。本文介绍上述几种实验教学改进方法在生物技术制药教学中的应用以及一些个人体会,从而提高教学质量。 【关键词】实验教学 生物技术制药 生物技术制药是一门集生物学、医学、药学基础理论和先进技术为一体综合性学科,同工业生产联系紧密。自1971年世界第一家生物技术制药公司(Cetus)成立至今,现代生物技术制药已走完了近四十年的路程,已有近百种生物技术药品陆续完成临床试验,投产上市。二十一世纪又将是生物技术制药蓬勃发展的重要历史时期。但是,同生物技术制药产业形成巨大反差的是生物技术制药的基本知识普及较差,教学活动相对滞后。虽然国内已有数十家高校开展生物技术制药课程,普及相关的基本知识,培养生物技术制药专业人才,但是教学效果并不十分令人满意。造成上述问题的主要原因是由生物技术制药学科本身的特点所造成的。生物技术制药是一门综合应用学科,实验技术所占比重较大。而相关技术,像分子生物学、免疫学、药物化学等基本技术已在上述学科教学中有所涉及。这就造成相应的实验技术在生物技术制药教学中的脱节。学生相关的基本技术已经了解,但是同生物技术制药的具体内容联系不上,更无法谈到后期的产业化应用。所以,在生物技术制药教学中应该重视实验教学,在实验教学中应该重视同药物生产的联系。为了实现上述目标,我们可从如下方面着手。 1 理论教学中强调相应实验方法的基本原理、影响因素及注意事项 生物技术制药是一门应用学科,所以在理论教学中也要体现“实用”这个原则。生物技术制药主要分为基因工程制药、抗体制药、酶工程制药以及后期的发酵工艺和纯化工艺。由于是一门产业化的综合工程,所以涵盖内容多、涉及面广,每个分支工程都可以作为一门独立学科。在实际的教学中,对于刚刚入门的大学本科药学专业学生,让他们在较短时间内掌握一门制药工艺的基础理论和基本技术不切实际。所以在实际教学中,我们可以从浩如烟海的基础理论中精选出同各种主要工艺密切联系的实验方法作为教学重点,结合多媒体手段主要阐述相应方法的基本原理、影响因素及注意事项。比如讲述基因工程制药的基础知识时,我们可以重点讲述基因工程制药的基本原理、影响因素及注意事项。其基本原理可以用分、切、接、转、筛这五个字进行概括,简单明了、便于记忆。同时结合动态的flash课件加深学生的感官印象,便于理解。学生会在短时间内对基因工程制药的基本原理有一个简明的概念。当讲述基因工程制药的影响因素和注意事项时,我们可以联系平时药物的生产过程。比如阐述诱导程序对基因工程药物产量的影响时,我们可以介绍工业生产中采用高热气体瞬时升温,这样可以避免大量热休克蛋白的产生,利于提高目标蛋白的产量和后期纯化。同时结合常人洗澡时,高温造成体内热休克蛋白增加这一事实加深学生的理解。这样既可以使学生从浩如烟海的枯燥理论知识中摆脱出来,增加学生的学习兴趣,还可以为后期的实验教学做好铺垫,一举两得。 2 实验教学前预习已往的实验技术 预习是诸多教学中的基本环节,生物技术制药实验教学中的预习尤其重要。由于生物技术制药所涉及的很多技术,比如分子克隆操作、杂交瘤制备、细菌发酵培养等都是分子生物学、免疫学或者细胞生物学的基本技术,所以在生物技术制药的实验教学中其基本原理和基本技术将不会赘述。但是很多学生对其相关内容掌握不够,这就造成在讲述生物技术制药实验时,学生对以往知识未免生疏,而对新知识又疏于理解。所以在进行生物技术制药的实验教学前,应该对以往学过的相关技术的基本内容进行简要复习,巩固学生对相关知识的理解,同时也起到导课的作用,利于后续药物生产相关实验教学的开展。比如当讲授发酵工艺这一部分时,我们可以预先复习一下细菌的基本特性、生长周期、生长代谢特点等一系列微生物学知识,这样既引起学生的共鸣、复习以往知识,还可以很自然的过渡到发酵工艺学教学部分,讲述发酵工艺学的基本原理以及诸多对细菌发酵的影响因素。可见预习对生物技术制药的实验教学至关重要。 3 重点学习同各种制药工艺密切相关的实验技术 同理论内容一样,生物技术制药涉及的实验内容同样庞大。在平时的实验教学中同样需要精挑细选,重点突出。介绍每一分支的制药工艺时,精选1到2个主干的实验技术,这样既为学生理清生物技术制药实验教学的脉络,还可以使绝大部分学生在有限的教学时间内对生物技术制药的实验操作有一基本了解,达到教学目的。而素质较好的学生还可以此实验教学为主干,继续进行扩充学习。 4 注意各种实验在生物技术制药中的横向联系,相互结合 实验教学的最终目的是为了加强对相关知识的理解,从而更好的应用于实践。而实际的生物制药往往是众多生物制药技术的有机结合,单独的一门技术无法完成从药物生产到后期的鉴定这一综合过程[4]。这就需要我们在掌握各种实验技术的基础之上,了解各项技术的适用范围、优势和劣势,从而能够在实际的药物生产过程中将各项技术有机结合、灵活应用。这一概念我们在实验教学之初就应灌输给学生,使他们在掌握知识过程中有针对性的思考,去发现问题、解决问题,加深对知识的理解。比如进行生物药物纯化工艺的实验教学时,我们重点介绍各种纯化技术的原理、适用条件以及操作技术,同时提醒学生高质量的纯化效果需要各种纯化技术的有机结合。常规实验教学完成之后,我们将会增加各种纯化技术的结合应用这一部分。让学生合理应用已经学过的各种纯化技术设计实验,分离相同的目标蛋白。最后对比不同设计方案的纯化效果,组织学生进行讨论。这样既能培养学生的动手能力和统筹能力,又能加强学生对相关纯化技术的理解和应用,使其在未来工作中更有竞争力。可见各种实验技术的相互结合是生物技术制药从实验教学到实际应用的一个重要环节,是培养学生实际动手能力的一个必备手段。 总之,生物技术实验在生物技术制药教学中占有十分重要的地位,通过突出理论教学中的实验内 容、预习已知的实验技术、重点学习制药工艺密切相关的实验、以及加强各种实验技术在生物技术制药中的相互结合等多种方法,可以达到培养基础牢、素质高、能力强的生物制药专业人才的目的。 生物技术论文:对生物技术自动化生产的研究 1材料与方法 1.1主要试验材料江苏洋河酒厂股份公司制曲车间提供的已粉碎的成品大曲。1.2主要试验设备恒温振荡摇床;霉菌培养箱;离心机;恒温振荡水浴锅;圆盘制曲机;PCR扩增仪;智能蛋白质多维纯化系统;分子筛;凝胶成像分析系统。1.3试验培养基培养基:细菌培养基、放线菌培养基、酵母培养基、霉菌培养基。微生物的分离参照文献[5]的方法进行。1.4蛋白质的纯化、酶活参照文献[6-8]的方法。 2结果与讨论 2.1洋河传统大曲中的微生物体系经过多级富集、分离、纯化与鉴定,并将从洋河传统包包曲中分离得到的主体微生物与文献报道的传统浓香型大曲中的主体微生物进行了比较,结果见表1由表1可知,洋河包包曲中的主体微生物与报道的浓香型大曲主体微生物存在一定差异。这主要归结于传统浓香型大曲,其制曲“顶火温度”一般不超过60℃;洋河大曲虽然是浓香型大曲,但为了达到突出绵柔风味的目的,酿酒使用的不是严格意义上的浓香型中温大曲,而是中高温大曲,其制曲“顶火温度”可高达58~62℃。当然,这也与洋河酒厂当地特殊的自然环境有一定关系。2.2洋河传统大曲中的主体水解酶系通过对本厂传统大曲进行多样检测分析,确定其主体酶———糖化酶、液化酶和酸性蛋白酶的活力,并与检索得到的酱香型与清香型酒用曲进行比较[9-11],结果见表2。表2将洋河酒厂传统大曲主体水解酶系与报道的酱香、浓香与清香酒所用大曲进行了比较。可见,3种类型大曲随着制曲品温的升高,成品曲的糖化酶和液化酶活力明显降低,而酸性蛋白酶活力具有明显上升的趋势,浓香型曲的酶活均位于清香型大曲和酱香型大曲之间。由于洋河酒厂大曲“顶火温度”在60℃左右,占顶火时间可达6~8d,最终使成品曲糖化酶活力大大降低,液化酶和酸性蛋白酶活力也较浓香型大曲低。本厂大曲总体水解酶活力低于浓香大曲的平均水平,尤其是糖化力与酸性蛋白酶。与此同时,前期的大量研究表明,酸性蛋白酶活力对酒体有显着影响。所以,进一步提高与优化大曲水解酶活力是下一步研究的重点。2.3现代大曲工艺主体微生物的确定通过对传统大曲主体微生物和酶系的研究,本研究确定了3株霉菌、3株细菌、2株酵母作为主体微生物,表3列出了所使用的8株菌及其生理学特征。大曲是一个含有多菌系、多酶系与复杂香气物质的整体。正如之前报道的一样,大曲中的微生物常常是一种菌产多种酶、多个菌产一种酶、多个菌产多种复合香气。因此,在得到理想水解酶的同时,要赋予现代大曲同样复杂的香气物质,必须采用多菌种发酵工艺。而多菌种的纯种培养工艺还是要与传统大曲生料发酵工艺相结合。2.4现代大曲生产工艺在对传统制曲工艺进行深入的探索与分析后,结合现代生物技术,经过多次反复的试验与论证,最终确定采用90∶10的制曲配方,以及免压曲、免翻动的多菌种混合生料现代制曲工艺,大曲培养时间为9d,得到了较为理想的中试结果。将中试曲样检验指标与本厂传统包包曲的检测指标进行比较,结果见表4。由表4可知,现代制曲工艺排除了传统制曲中压曲和翻曲等繁琐而劳动强度大的工艺,避免了环境对产品质量的影响,并将制曲周期缩短到9d,而且各项指标都达到或优于传统大曲。图1是传统曲与小试现代曲的照片。从图1可知,生物曲菌丝相对于传统曲更为饱满,这主要是由于生物曲内在未经压曲的条件下,拥有更多的空间供菌丝生长的缘故。同时,在较短的时间内,生物制曲工艺使曲香达到了令人满意的程度。该中试的成功,使我们对传统大曲的制备工艺有了更为深入的认识,也为现代制曲项目的推进奠定了坚实的数据基础和理论基础。 3总结 大曲传统发酵工艺周期为4个月,消耗大量的人力物力,由于外界菌系随季节变化较大,产品质量受多种因素影响,不易控制,致使大曲产品质量不稳。利用现代生物技术,实现大曲生产机械化、自动化和信息化是目前大曲生产的发展方向和必经之路。本项目在传统大曲工艺的基础上,通过对影响其品质的微生物体系、多酶体系及其成香机制的研究与验证,将现代纯种培养生物技术与传统生料发酵工艺相结合,缩短了生产周期,实现了大曲生产的连续可控化。该项研究成果的推广无论是对提高大曲生产效率,还是对推动白酒行业科技进步都具有深远的意义。 生物技术论文:生物技术在未来农业中的角色 一、生物技术给农业带来的益处 广义上讲,生物技术是利用有机体、死细胞、活细胞以及细胞内含物,采用特殊的过程生产出特殊的产品应作到农业、医药以及环境修复治理中,尤其是70年代基因工程的出现,它能改变、取代物种的基因。 生物技术在农作物中已有广泛的应用。最初通过遗传工程获得而进入市场的作物是:玉米、大豆和棉花。它们经转基因后具有抗除草剂和棉铃虫的能力。这种玉米、大豆和棉花从Bt细菌获得基因,经遗传改良后具有防虫害的能力。利用Bt细菌获得经遗传改良的作物的潜力是相当大的。例如:美国有200万hm2的Bt棉花,澳大利亚有40万hm2,两者各相当于2.5亿美元价值。如果将Bt玉米引种在美国1000万hm2的土地上,只要增产5%,就意味着能增加3.5亿美元收入。这项技术进一步促进了Bt制剂控制虫害在商业上的应用。除此之外,还有许多经转入特定基因的玉米品种,这些品种能同时抗除草剂和一些虫害。 生物技术在畜牧业上应用所获得的益处与在农作物上相似。一方面,生物技术有助于提高畜禽的生命力以及消灭竞争者。促进畜禽生长的物质有生长激素以及促进其生长的调节剂,这些物质可由基因工程而获得。如利用鼠类基因(该基因能促进角蛋白的形成)能获得了经遗传改良的绵羊,这种绵羊比普通棉羊产毛量能提高6%左右。另一方面,生物技术在提高农作物产量、质量的同时,有助于提高畜牧业的生产力发展水平。例如,通过控制饲料作物体内碳水化合物含量可提高畜牧业生产力;利用基因调控技术可以提高包括豆科作物在内一些作物的蛋白质含量,减少饲料作物中难消化的木质素含量等。达比等人已生产出一种转基因三叶草,可应用于澳大利亚绵羊牧场。该基因来自向日葵,经转基因的三叶草能制造富含氨基酸的蛋白质,该蛋白质经食物链进入绵羊体内,进而能提高产毛量。 生物技术给人类带来的益处也包括在生态和环境两个方面。利用生物技术提高现有农业生态系统的生产力可以减低农业向原始的、自然、半自然生态系统扩张的要求,因此,它有助于有人类保存、保护地球上仅有的自然生态系统及其资源,有助于人们未来再利用其中的基因资源开发新的产品。 生物技术已用于生产抗虫害、抗除草剂作物。正如前面所述,一些转基因棉花、玉米、大豆等具有抗虫害、抗除草剂的能力。1995年人们可以在市场上购买到转基因马铃薯,这种马铃薯能产生水晶蛋白,而水晶蛋白对科伦那多马铃薯甲虫有毒害作用。这些转基因作物能减少杀虫剂的用量,降低杀虫剂及其残留物对食物链、水体造成污染,从而有利于保护生态环境。 在许多农业生产区,土壤氮素可利用量是制约农业生产力提高的一个重要因子。而一高科技农业生产区使用人造氮肥是以牺牲生态环境为代价的。制造氮肥要利用大量能源,据统计,英联邦农场平均投入的能源大约有50%来自肥料。由施用肥料而产生的温度气体(二氧气化碳、氮氧化合物等)不可避免地促进地球气候变暖。除此之外,农业土壤的氮素流失是水体富营养化的主要原因。 生物技术的利用能为这些问题的解决提供潜在的、真正有价值的帮助。 同样,人们可以利用真菌来提高土壤养分的有效性。温莱指出:特定的真菌类能促进土壤养分的释放,从而促进作物生长;真菌也能通过分解有机物质(例如纤维素等)释放出糖类,促进固氮菌的生长。进一步提高土壤养分有效性的可能,包括获得转基因细菌和真菌,以进一步增强它们制造养分和释放土壤养分的能力。转基因作物的最终目标是使作物本身能够自行固氮,避免、减少使用人造肥料,从而减少对生态环境的破坏。这在目前尚不可能,但在将来却有望实现这个目标。 二、生物技术带来的不利 从经济角度上讲,生物技术带来的不利并不明显,然而,它会引起发达国家与发展中国家贫富差距进一步扩大。因为,生物技术公司主要集中在发达国家,发达国家可以通过输出生物技术产品而获得利润。与此同时,发展中国家由于技术、及其产品还远没有被广泛接受。 生物技术可能引起生产方式和人类健康的退变。这种情奖品可能会随着需要特定处理的转基因作物的出现而产生,特别是抗除草剂的转基因作物出现。农民必须从同一公司购买种子和除草剂,否则除草剂起不了作用。同样的问题也可能在需人造肥料的转基因作物上出现,这些转基因作物会取代传统的依靠有机肥的作物,后者在发展中国家是很普遍的,并且也有利于环境保护。生物技术在食品上的应用对发展中国家的农民也会造成许多困难。生物技术也会对人类的健康制造麻烦。近年来在英国已有这方面的报道。特别是当能引发人体过敏反应的基因转入农作物时,例如,坚果能引发人体过敏反应,若它的基因被导入其他作物,则有可能其他作物也会引起人体过敏。为了预防起见,转基因作物产品必须经免疫测定筛选后才能利用。 生物技术也可能引发环境问题。人们利用生物技术生产出抗旱、耐盐、抗病虫害作物同时,也导致生物多样性遭受严重破坏,甚至导致一些物种灭绝。这一结果是由于生物技术促进农作物向它原本不适应的地域扩张而造成的。生物技术同样加速土壤侵蚀和沙漠化。农业,尤其是耕作农业的扩张会增加除草剂、杀虫剂、人造肥料的使用,农业中不断投入的能源促进全球变暖。与此同时,氮素生物化学循环的改变也加剧了水体的富营养化,直接影响人类和动植物的生存。 另一个令人担心的是:转基因植物、动物、微生物脱离当地农业生态系统所造成的危害。许多有意或无意的动植物引起当地严重的生态问题。最明显的例子是澳洲引进的兔子。1500年以来,世界各国动植物的交流,有些已成为当地的有害动植物。至于转基因作物脱离当地农业生态系统后有可能引发:第一,转基因作物使自生作物成为严重的杂草问题;第二,转基因作物通过杂交后产生杂种;第三,转基因作物影响食物安全。任何一种转基因作物都存在对生态环境产生冲击的可能性。 未来20年,随着世界人口的增长,农业将经历具有重大意义的革新。毫无疑问,生物技术作为科学和技术在这场变革中将起到关键性的作用。原则上讲,生物技术本身有能力帮助人们提高农业生产力和保护环境,但在实践中,生物技术作为环境保护的人其作用相对来说是微乎其微的。人们对它在环境保护以及促进人类进步中的作用仍将拭目以待。 生物技术论文:农业生产生物技术 1植物遗传工程 目前的植物基因工程可通过生物载体细胞注射、基因枪高速细胞子弹轰击等技术向几乎所有的植物输入外来植物基因。以前导入植物体的外源基因只限于外源报告标记基因,抗卡那霉素和抗潮湿链霉素基因。最近已导人了BUR等抗除草剂基因、镶嵌病毒外壳基因、鸡蛋蛋白基因、豆血红蛋白基因和谷酞胺酶合成基因。此外,抗病、抗虫基因的导入也有所报道,对于控制单宁合成的酶基因已被克隆。 目前关于植物—病原物相互关系的分子生物学研究主要着眼于病原物基因工程,即从病原菌中或植物本身克隆制备出致病基因与调节基因,以及获得病原物的特异性DN段用于病原分类及病害检测。 自1986年首次获得能抗烟草花叶病毒的转基因烟草植株后,目前已利用基因工程获得许多抗病毒植株,如抗花叶病毒首楷,抗花叶病毒黄瓜,抗X病毒和Y病毒马铃薯等。 生物诱导广泛应用于植物对真菌、病毒及类病毒、细菌等病原物抗性的诱导,在烟草、黄瓜、西瓜、甜菜、马铃薯、小麦、苹果、番茄、棉花、水稻等诸多植物中已见报道。生物诱导包括:用非病原菌诱导,用异种病原菌诱导,用弱致病力菌株诱导,用热杀死的病原菌诱导等方法,诱导对病原菌的抗性。 生物技术创造了越来越多的基因植物,如消除了腐烂基因的耐贮存番茄,抗病虫害长颈南瓜,抗虫害转基因土豆,抗棉铃虫棉花,抗白叶枯病转基因水稻等等。 植物细胞工程包括茎尖脱毒、快速繁殖、花药、小抱子培养、染色体工程、单倍体育种、原生质体培养、细胞融合等技术。 植物细胞融合技术可克服远缘杂交中的不亲和障碍,更加广泛地组合起多种植物的优良遗传性状,从而培养出理想的植物新品种。脱毒快速繁殖技术在经济作物、花卉、果树上应用效益显着,快速繁殖成功的植物已有四百多种,其中甘蔗、菊花、康乃馨、草萄、兰花等等已投入生产。 在作物育种方面,用花药培养和染色体工程育种等技术与常规育种技术结合的方法已培育出许多具有特殊抗性、耐性的优良新品种,利用花药培养技术获得纯合基因型已在小麦、水稻等谷类作物上广泛应用。以原生质体培养再生植株方面,近几年内取得了突飞猛进的进展。一些作物如赤豆、大豆、刀豆、棉花、油菜等重要经济作物已成功地从原生质体再生成植株,特别是一直认为难以培养的禾谷类,如水稻、大麦、小麦、谷子、高粱的原生质体培养都已相继突破。木本植物成功的例子也逐渐增加。药用植物与真菌原生质体培养的进展也十分迅速。以上的成就,为利用原生质体的遗传操作改良农作物打下了坚实的基础。 利用原生质体融合获得体细胞杂种,最近又研究出了利用卡那霉素和潮湿链霉素的抗性互补来选择杂种细胞的方法。中国在单倍体研究上一直处于国际领先水平,原生质体培养及细胞融合研究也趋于国际同类研究水平。 2动物遗传工程 动物细胞培养中胚胎移植(ET)技术对提高动物的生产率和繁殖力有重要意义,世界范围内已加以多方面的研究利用。ET技术已在兔、马、猪、牛、羊等动物上相继成功,但只有牛的ET技术达到了非手术利用阶段,所以牛胚胎移植进入商品化,在美国、加拿大、日本等国推广较大。日本已利用ET技术扩繁可提供精子用于人工授精的种公牛,1992年全日本的奶公牛有8。%以Erf分娩育成。通过ET技术可使母牛分娩双胞胎或多胞胎,这种一胚多产的核移技术在日本已获成功。 中国的单克隆抗体研究始于八十年代,至今已研制成功几干种单克隆抗体应用于畜禽疫病。在禽畜的性状选择育种上,采用DNA指纹鉴定技术识别DN段可加速选择过程。 微生物工程的微生物农业和微生物开发,部分解决了养殖业的饲料问题。用微生物发酵生产单细胞蛋白饲料,在前苏联年产量约为130万吨,美国年产80万吨;以米糠为基础,添加含杆菌、链球菌、酵母菌等微生物作为饲料添加剂喂养猪、牛、鸡,能够分解禽畜粪中的有害气体,减少环境污染,提高饲料吸收率,提高肉、奶产量。此外,近年来通过生物技术在食用菌的遗传育种学上获得了广泛的重视。通过原生质体培养,用PEG法和电场诱导法为诱导突变体和远缘杂交开辟了一条新的途径,涉及的菇种有香菇、平菇、金针菇、木耳、草菇等。 3生物固氮 菌根菌对植物生育的促进作用近年来逐年受到关注。菌根菌的菌丝可以帮助作物根毛吸收范围更大的土体中的移动速度缓慢的磷酸盐离子和钾离子。VA菌根菌不但可以改善土壤环境,促进作物对养分的吸收,而且对抗御作物的某些土传性真菌病害具有十分重要的作用。 VA菌根真菌与根瘤菌双接种对绿豆、蚕豆、花生、大豆等作物具有良好的生长效应。科学家对豆科植物-一根瘤菌共生固氮的研究从经典的生态学、生理学和遗传学研究步入了分子生物学领域。在根瘤菌方面,已确认有结瘤和固氮两个基因组参与完成共生固氮作用。 4生物防治 由于地球环境日益恶化,生物防治植物病虫害的方法受到重视,生物防治包括天敌防治和微生物制剂防治。微生物制剂包括细菌制剂、病毒制剂和真菌制剂。细菌制剂以苏云金杆菌(BT)为主。现在全世界已有60多种BT制剂工业化商品,能有效防治150多种鳞翅目害虫,年产量达8000吨左右。BT杀虫剂与其它微生物农药相比,具有选择性高、混用性强、毒力强、速效、无污染等优点,因而广受欢迎。植物细菌杀菌剂是以放线菌类的链霉菌属为基础制成的,防治菜豆、大豆和其它作物的细菌病害,可使细菌病害感染率下降7。%。目前正进行基因筛选组合,以制出广谱新菌种,获得BT基因导入植株中培养出抗病虫植株。利用目前的优良菌种,培育出不产芽抱,只产晶体的高效菌株是正在开发的新技术。 病毒生物制剂是以核型多角体病毒(NPV)的颗粒体病毒为基础制成的,目前已生产出防治甘蓝夜蛾、棉铃虫、黄地老虎、美国白蛾等害虫的病毒制剂。真菌生物制剂中有蜡蚁轮枝菌制剂用于防治温室白粉虱;白僵菌制剂防治马铃薯甲虫和温室烟蓟马;座壳抱菌制剂防治黄瓜温室白粉虱;木霉菌制剂防治根腐及其它植物病害; 单端抱霉素防治黄瓜白粉病;腔蠢盘抱剂防治白粉病等。 随着生物技术的发展,农业对生物技术日见倚重,到2000年,运用生物技术和其它增产措施将占世界粮食增产的5/6,农业中出现的问题最终也将由生物工程来解决。 生物技术论文:注意现代农业生物技术发展的新趋势 在当今世界各国纷纷建立以基因为核心的知识产权保护,抢占21世纪国际生物技术制高点的新形势下,参加北京“国际周”现代农业高层论坛的专家呼吁,要密切关注现代农业生物技术领域日益显现的研究成果商品化、研究方式规模化和基因资源争夺白热化的趋势,在即将到来的生物世纪里,真正占据自己的位置。 农业生物技术的主要研究内容包括:增强农作物以及畜禽鱼的抗性、品质改良、提高产量和生产具有特殊用途的物质等。其中以转基因作物的研究和运用最为重要,发展最快。根据统计资料,到2000年,全世界转基因作物推广面积达4420万公顷,比1996年增长了25倍;种植转基因作物的国家从1996年的6个增加到2000年的13个。这其中美国的转基因作物种植面积最广,达到了3030万公顷,占68%;其次为阿根廷,1000万公顷,占23%;加拿大300万公顷,占7%;我国为50万公顷,占1%。 根据有关专家的看法,现代农业生物技术的最新发展趋势表现为: ——研究成果商品化产业化进程加速。目前,农业生物技术作为一项高新技术产业在发达国家业已形成,并处于一个高速发展时期。有关专家预测,本世纪生物技术产品在国际贸易中的份额将达到10%以上,而现代农业生物技术又将占相当的比重。世界银行下属机构预测世界范围内转基因作物产业的交易额为2000年20亿美元,2005年60亿美元,2010年200亿美元;国际农业生物技术应用机构(ISAAA)的预测则分别为30亿美元、80亿美元和280亿美元。 ——研究方式集约化、规模化明显。在政府以及公共机构对现代农业生物技术进行投资研究的同时,众多私有企业也开始注意到这一领域将是继计算机和网络技术之后的又一个潜力巨大的经济增长点,私人公司已逐步成为农业生物技术的研究主体。以美国为例,民营机构1992年对这一领域的投资为5.95亿美元,而1999年则达到15亿美元。与此同时,世界范围内出现了生物技术企业领域的兼并和收购狂潮,并购金额从1997年的12.37亿美元陡然升至1999年的138亿美元。一些资产过百亿美元的巨型跨国公司由此形成,过去分散的研究基地也随之向集中化规模化发展。 据业内人士分析,促成公司并购的原因,一方面是为合理利用资源、降低生产成本、优化人员组合,而更重要的原因,则是因为现代农业生物技术产业是一个高技术、高投入、高风险、长周期的产业,小公司在资金、技术、以及抗风险能力上均难以独立对农业生物技术产品进行研发和推广。只有强强联手的大型现代农业生物技术企业才能有效占领市场,与其它企业抗衡。 ——基因资源争夺呈白热化。在商业利益驱使下,发达国家各主要生物技术公司对生物资源及其知识产权展开了激烈争!夺,其核心就是对基因的争夺。谁掌握了基因,谁就掌握了生物技术的制高点,就掌握了未来竞争的主动权。有专家称,转基因植物技术知识产权很可能就是未来国际贸易中市场准入、贸易壁垒问题产生的主要原因。 有报道表明,为了获取我国丰富的生物基因组资源,国外公司已在我国境内悄悄地开展活动。中国农科院的专家指出,基因资源是有限的、可视专利的战略资源,是可持续发展的重要保障。不建立自己的生物信息技术平台,指望在别人的公益性研究完成后捡便宜的想法,会对我国生物技术产业和可持续性发展带来不可估量的隐患。加快生物资源信息化的研究,保护、利用和开发我国丰富的生物多样性资源是当务之急。 生物技术论文:现代生物技术伦理价值冲突的哲学思考 对科学和技术做整体评价,简单地断言它是天使或者魔鬼,都容易陷入某种片面性。对于不同境遇下具有不同需要的主体而言,科学和技术具有不同的价值和意义。对于科学和技术研发、运用的具体问题研究,无疑会丰富和加深我们对于科学和技术的全面理解。以下对现代生物技术伦理价值冲突的哲学思考,就是这种具体问题的分析。 现代生物技术,不论是异种移植、基因技术还是生命克隆,可能引发各种各样的伦理问题。这些伦理问题的形成可以归结为现代生物技术操作的几个基本特征,这就是现代生物技术对自然秩序的入侵,个体的完美要求与社会平衡间的冲突,人的“非人化”或说是人成为机器,人性的技术化所致的人的身心二元论的消解。 一、现代生物技术,特别是人类基因组计划的初步完成,标志着人类历史由认识客体、改造客体的时代转向认识主体、改造主体的新时代。 对于主体的改造不同于对客体的改造,他所引起的社会、伦理问题不再是技术应用之后的间接的渐进表现,而是现代生物技术的具体研究就直接关涉尖锐的社会伦理价值观念冲突、社会冲突。按照基督教的创世说,人是上帝的造物,分享着神的灵性。但是,随着技术的每一进步,首先是自然的“祛魅”,而后是上帝的废黜,“上帝死了”;而今,该轮到人了。人类是大自然的自然进化结果,现在我们要对这自然之果进行人为的基因改造,这实际上是斩断了人的自然进化之根。基因技术是否是上帝为人类创造的第二个禁果?如果说第一个禁果是“智慧之果”,那么,这第二个禁果又意味着什么呢? 二、基因技术的应用,更多的是为了弥补个体缺陷,追求个人的完美,但由此引发社会问题,社会的完善经受考验。我们有理由申辩,个体缺陷的弥补就是对于人类完美的提高;但是,问题在于人类基因的完美只能算是人类的生物性完美,并不一定意味着人类的社会性完美,也不意味着人类幸福水平的一定提高。随着人们对于基因的逐渐认识,基因技术水平的不断提高,人们不断找到人的性格、行为背后的基因原因,犯罪、暴力、强奸似乎都有一定的基因根据,好像一切“都是基因惹的祸”。基因工程、克隆技术似乎可以成为人们解决一切问题的最终有效办法,人们的家庭观、人生观、价值观、世界观及其以往的社会规范、生存法则都受到从未有过的强烈冲击,人们曾为之努力、奋斗的信念、理想都不再像以往那样激动人心。在奥林匹克运动中,违禁药物的服用被认为是一种违背奥林匹克精神的丑恶行为,随着基因技术的发展,今后的奥林匹克运动会是不是还要做运动员的基因检测,到底什么人(具有怎样的基因的人)可以、有资格参加奥林匹克运动会;是不是没有基因限制,所有的人包括克隆人都能够在赛场上“公平”的竞争呢?现在我们有万众注目的世界杯比赛,有机器人足球比赛,那么,克隆人参加哪一个运动会合适呢?根据不同科学家的不同算法,一般认为借助基因技术人类寿命在最近几十年里,有望达到120岁或者更多。长寿是我们的梦想,但人类寿命的迅速大幅度提高确实带来一定的社会问题,甚至可以说是社会灾难。个体过长的寿命会延缓类的进化,会造成社会发展的相对停滞。“个体过于长寿会带来人满为患的威胁和上下几代人之间的对立,为争夺有限的资源和空间,上下几代人之间可能进行大量的畸形竞争。”([1],p.45) 三、人的“非人化”或说是人成为机器,必须引起我们的高度警醒。如果说拉美特里在18世纪只是把人类比为机器,那现代技术则可以把人实际改造成为机器。什么是人?人既是生物实体,又是精神载体;既具有自然属性,又具有社会属性;人是躯体与大脑的统一,是体、理、情三者的统一,是自然、社会与思维三大领域的结合部。如果我们用技术手段破坏了人的上述这些本质特征,那就是使人“非人化”。也有的学者不把这看作是人的“非人化”,而是看作人的进化的新形式。丁长青指出:“机器体系在有机化、人格化的过程中,不仅获得了生命的基本特征和进化能力,而且远远超过了人类本体进化的速度和程度,这就是以工具为代表的科学技术所开辟的人类体外进化之路。”([2],p.22)随着人的体外进化的不断加速,人不断感受到来自于自身创造的人工自然的压迫、威胁,人必须优化自身本体。从起初的保胎与胎教、医疗和手术、人工授精与试管婴儿到现代的基因工程、克隆技术都是人优化自身的手段,也是人的本体进化的形式。丁长青把人的自身优化看作是对于人的体外进化的抗衡,看作是人的进化形式的协调统一。现代技术对于人体自身的改造到底是人的进化的新形式,还是人的“非人化”,这只能是以人的本质为标准。人的本质不但具有变异性,同时也有相当的稳定性,体、理、情的统一是人类的本质特征,是不能割裂的。 四、基因科技导致人的身心二元论的消解。林德宏先生指出,人是物质精神的统一体,具有物质精神二象性。([3],pp.4-6)“对基因科技来说,一方面它实际能够干预的只是人的自然体,而这却是人的主观能动性的表现;另一方面,它干预的对象又是人的整体本质及主观性的自然基础。”“如同在人的身心关系中,心常常把身作为奴隶来实现许多与身无关的愿望并为害于身,科技也开始把人性作为支配的对象,并必然使人性物化、分化和异化。”([4],p.25)基因技术的滥用使人身归附于人心,人的心身二元对立被消解了,人的本质上的统一性与完整性被破坏了。对于人身的基因操作,既是人的自由发挥,同时也是技术理性的张扬、疯狂。基因技术的滥用应当说只是人性的技术消解的第一步,当人的意识控制技术进一步提高,人的主观精神也实现了技术操控时,人的身心两方面就完全消融在技术理性之中,真正的人也就将不复存在。 五、从生命伦理学到生命哲学,从更高的层次感悟生命。生命伦理学(bioethics)诞生于二十世纪50、60年代。生命伦理学是用伦理学方法,在跨学科和文化的条件下,对生命科学和医疗保健的伦理纬度,包括道德见解、决定、行动、政策,进行系统研究。生命伦理学重在探究行动的规范:应该做什么、不应该做什么和应该如何做。生命伦理学经常采用的是道义论和后果论两种理论方法,但都存在着一定的问题。([5],pp.31-33)道义论的问题是:(1)处于伦理推理顶端的原则从哪里来?如何得到辩护?(2)每一个病人都处于特殊的情景下,临床原则不可能从原则演绎出来,而必须在特殊情景下权衡有关方面不同的价值和利益。后果论的问题是:(1)不同的后果间难以比较、取舍,特别是对于不同文化背景、价值取向的人来说,更是如此。(2)固守后果论原则,会带来某些让人难以接受的后果。我们能否接受让一个智商很低但身体健康的人移植器官给五位对社会有重大贡献而器官衰竭的精英呢?显然不能,因为人只能用作目的,而不是手段,这就是道义论的解释。后果论对付这一反例的办法是,后果不仅是衡量某一具体行动的后果,而是同时衡量坚持或破坏某一伦理原则的后果。在这里我们看到了道义论与后果论的相互纠缠,不能够截然分开。判断某一行动是否道德,要在具体的情景之下对道义论与后果论作灵活的运用。正是在道义论和后果论的基本原理基础上,形成了生命伦理学的基本原则:不伤害(non-maleficence) 、有利(beneficence)、尊重(respect)和公正(justice)。现代生命技术是伟大的力量,有时又是可怕的力量。生命伦理学以及有关的政策和法律都是对这种力量的社会控制,但这种社会控制应该与发展自由的、创造性的科学研究相平衡,促进现代技术的人性化发展。 从伦理学的范围考察生命技术,主要讨论的是现代生命技术的利弊,应不应该以及如何发展现代生命技术。但是生命伦理学的伦理规范的哲学依据只有在生命哲学的层次上才能得到更为广泛和深刻的论证。生命哲学作为一种哲学流派产生于19世纪末20世纪初,特别是柏格森的生命哲学,其产生就是为了维护和防止人的自由意志被机械决定论所剥夺。柏格森认为机械论和目的论有同样的缺点:都以为世界上没有根本新的事物。机械论把未来看成蕴涵在过去当中,而目的论既然认为要达到的目的是事先能够知道的,所以否定结果中包含着任何根本新的事物。“柏格森虽然对目的论比对机械论要同情,他的见解跟这两种见解都相反,他主张进化如同艺术家的作品,是真正创造性的。”([6],p.348)柏格森指出,意识试图组织物质,使之作自由的工具,这样,它乃坠如陷阱:自动性和必然性尾随于自由之后,自由终于被窒息。只有在人那里,链条被打断,人的头脑能够以另一种习惯对抗任何一种已经形成的习惯,使必然性和必然性作斗争。如果我们的行动出自我们整个人格,是那人格的表现,我们则是自由的;因此,真正的自由行动在我们的生活中是罕见的。终极的人生之道是一切人在任一时刻都能同样实行的创造,是靠自己对自己的创造,是人格的不断丰富,这种丰富不靠人格从外界提取的因素,却依赖它促使产生于自身的因素。([7],pp.632-633)我们在柏格森的生命哲学里可以看到,他对于生命的意志、人的自由、进化的创造的讴歌,对于依赖完整人格打破理性统治所寄予的厚望。探索基因时代生命的意义以及引导人们追求精神的崇高性、创造性,是现代生命哲学的中心观点。面向基因技术的现代生命哲学的主要内容有:首先,针对现代生物技术引发的一系列人生困惑,确定如何对待人的本质、人的尊严、人生的意义等生命哲学问题。其次,要深入挖掘传统生命哲学(如狄尔泰、柏格森等)的有益成分。第三,探索建立精神科学的可能性。 生物技术论文:中药生物技术教学内容和知识体系构建初探 作者:史仁玖,李艳玲,苗苗,王建美 【摘要】 生物技术是生命科学中发展最快的一门学科,其在中药学领域的应用,将会对传统中药学的研究带来新的生机。文章从构建课程内容与知识体系,构建实验教学内容和体系,理论联系实际,重视实践教学内容等方面探讨构建中药生物技术教学内容及知识体系,从而培养学生的独立思考、综合分析能力、科学思维能力和创新意识,全面提高学生的综合素质,为将来参加工作打下坚实的基础。 【关键词】 中药学 生物技术 知识体系 中药生物技术是中药学和生物制药相关专业本科及研究生的一门必修课,是一门新兴的复合型学科,利用生物技术的思路和方法,解决中药现代化研究与产业化开发中面临的难题。中药生物技术大量应用现代生物学的理论并综合利用了如生物化学、细胞和分子生物学、基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、化学工程等现代科学的研究方法和手段,所以被列入高技术的范畴[1]。目前,国内开设该课程的院校不多,因此,中药生物技术教学内容和知识体系的构建是一种新的尝试,也是对传统中药学和生物技术教学思路的转变和教学内容的扩展。 1 课程内容与知识体系的构建 1.1 教学内容的构思课程目标是确定课程知识体系的主要依据,中药生物技术的教学目的是通过课程学习,使学生了解生物技术的原理和生物技术领域发展的动态以及生物技术在中药学中的应用,开阔学生的视野和知识面,优化知识结构,提高学生适应中药学现代化发展的能力;掌握现代生物工程和技术方法在中药学中的应用技术,培养学生把所学知识灵活应用到生产实践中的思维模式;力求培养学生动手能力,理论联系实际地培养学生的独立思考、综合分析能力、科学思维能力和创新意识,全面提高学生的综合素质。 中药生物技术课程涉及的知识面广,内容多,包括基因工程、植物细胞工程、酶工程、发酵工程以及生物转化基本理论和技术方法[2]。主要体现在4个方面:一是利用基因工程、细胞工程技术对中药资源的改造与改良;二是利用发酵工程、酶工程技术将药用植物原材料加工成商品,如用发酵法生产的虫草菌丝体、灵芝菌丝体等发酵制品;三是利用生物技术产品进行二次开发,形成新的产品,如许多功能性的低聚糖、保健食品添加剂等;四是利用酶工艺、发酵技术、生物反应器等对传统中药加工工艺进行改造,降低能耗,提高产率,改善中药品质等。 1.2 教学内容的组织 1.2.1 以生物技术在中药学应用中的发展组织教学内容目前,生物技术在中药中的应用还十分局限,除了在细胞工程和发酵工程方面有一定进展以外,基因工程刚刚起步,而酶工程和蛋白质工程尚未涉及。教学内容着重讨论基因工程、细胞工程及发酵工程等技术在中药基础和应用中的研究,突出“生物技术”与“中药学”的有机结合。教学过程中需要把握每节课的重点和难点内容,不能把中药生物技术讲成了生物技术,需要突出中药学的相关内容,重点介绍生物技术在中药药物的研究和开发中的应用。 1.2.2 教学内容的融合教学内容的选择要具有系统性、基础性、科学性、实用性和先进性,中药生物技术与很多课程有着密切的联系,如药用植物学、中药学、微生物学、生物化学、分子生物学、免疫学、生物分离工程、发酵工程、细胞工程、酶工程、基因工程等课程。因此,在教学过程中,需要注重中药生物技术与各个学科之间的密切联系,对重复的教学内容,尽量在授课时少讲或不讲,引导学生复习相关学科知识,安排学生专题讨论,加深学生对基本原理和概念的理解,以提高教学效率和教学效果。例如,基因工程技术与中药研究的内容学习,分子生物学基础知识部分安排学生自学,基因工程原理部分我们安排一个学习小组准备了学习课件,在课堂上精讲30 min,然后各小组课堂讨论。教学重点讨论药用植物基因工程,中药分子鉴定技术和基因芯片在中药研究中的应用。以论文文献为例,详细讲授材料处理、实验方法、结果分析及讨论,以期培养学生的科研思路、实验设计及生产应用技术,提高在工作中解决实际问题的能力和培养创新能力[3]。 1.2.3 及时增加新资料,扩展教学内容现代生物技术和中药学的发展日新月异,仅仅依靠教材知识很难跟得上发展的速度,这样学生在毕业后很难满足社会和科技发展的需求,所以需要教师通过阅览国内外专业期刊、网站,将国内外最新的相关科研成果和技术及时地介绍给学生,使教学内容更加充实,使学生了解到当前中药生物技术最前沿的知识,从听课过程中受到更多启迪,获得学科领域中的热点问题、实用研究技术和思维方法,以扩大自己的知识面,开拓视野,增强了学生自我学习的兴趣,如我们在讲述药用植物内生真菌时及时介绍“神七”搭载可产抗恶性肿瘤药物生物原料的植物内生真菌,黑龙江大学生命科学学院“抗癌药物紫杉醇产生菌的分离与工程菌株的构建”课题等。教学中,我们在围绕主教材完成教学大纲的同时,力求将国内外基因组学研究的最新成果、最新技术与方法、最新热点课题与方向、相关专业网站等及时介绍给学生,内容不在于知识全和系统性,而重在突出学科领域新、特、尖内容。此外,我校及我系每年有关中药学、生物技术、生物工程、制药学及中药生物技术的学术报告、讲座不少于十几场,这对课堂教学内容是一个很好的拓展。 2 实验教学内容和体系的构建 中药生物技术实验课程主要目的使学生更好地理解中药研究生产相关生物技术原理,培养学生运用相关技术方法的能力。因此,中药生物技术实验设计要充分体现该课程所具有的应用性、广泛性和综合性的显著特点。使所开设的每一个实验都有一个完整的、系统的技术路线,采用多种生物工程技术方法完成实验,学生通过实验可以全面了解某一中药生物技术产品或某一综合技术方法的特点与关键环节,加强学生对中药生物技术原理与技术全面、深刻的理解。 中药生物技术实验涉及的植物细胞工程、基因工程、发酵工程、酶工程等实验技术在前期的专业课程学习过程中已经学习训练,所以我们结合目前生物技术在中药学较成熟研究应用,我们教师相关的科研课题和实验条件设计实验项目。实验以基因工程、植物细胞工程和发酵技术在中药中应用的基本操作、基本技能为基础,从加强基础、培养能力、提高素质的教学目标出发,精选实验,优化实验教学内容,力求在培养学生动手能力的同时,理论联系实际地培养学生的独立思考、综合分析能力、科学思维能力和创新意识,全面提高学生的综合素质。我们设计相应三个综合性实验项目培养学生的实验设计和学习实验技术。每个实验项目包括两部分实验内容。药用植物马齿苋组织培养包括植物ms培养基的配置和马齿苋组织培养技术;泰山蛹虫草发酵包括泰山蛹虫草菌丝体发酵和泰山蛹虫草菌丝体多糖提取;丹参分子标记鉴定技术包括白花丹参和紫花丹参dna提取及丹参rapd实验。实验教学效果表明该课程实验的设定培养了学生的综合素质和创新意识,我们三届毕业论文中与中药生物技术相关的题目占30%以上。这些实验项目的开设对弥补传统的验证性实验项目的不足和提高学生分析与解决问题的能力方面具有非常重要意义。 3 理论联系实际,重视实践教学内容 面对当前激烈的市场竞争和人才培养模式的转变,高等教育的新形势对传统的教学理念提出了挑战,如何培养和提高学生的综合素质已成为当前高校教学发展的新趋势。与其他一些基础学科不同,中药生物技术培养学生的创新能力也必须从实践教学入手,在实践中培养学生综合运用所学知识分析问题、解决实际问题的能力,使其养成良好的工作作风。 3.1 实验室开放及课外兴趣小组鼓励学生利用课余时间参加实验室开放活动,让学生提早得到充分的科学研究综合训练,以利于培养创新型人才。在学生正在进行专业课学习时,除了必修的实验课外,鼓励同学进入实验室观摩学习,逐渐训练学生实验技术的规范性、熟练程度。每学期我们针对中药生物技术开放实验室和兴趣小组设定一些题目,如二氧化碳超临界萃取丹参药用成分,泰山蛹虫草菌丝体发酵条件优化,泰山四大名药分子标记鉴定,丹参活性成分合成关键酶的克隆,马齿苋的组织培养及悬浮细胞培养等一些与中药生物技术相关的科研课题,可以帮助其选择有兴趣的合适方向课题,积极参与其中,为以后的毕业课题和就业选择打下早期基础。从毕业生的考研和就业发现,参与实验室工作比较多的同学在考研面试和就业专业面试中优势明显。 3.2 生产见习生产见习是中药生物技术教学中的重要实践性环节,是与课堂教学相互渗透又各有重点的子系统,是中药生物技术进行直观教学的一种重要方法。我们利用周末走进生产企业、研究所等工作领域,不仅加深了感性认识,并且对以后的工作选择也具有前瞻性和指导性的作用。我们每届学生都要到泰安市的制药企业参观,与中药生物技术相关的如四维制药的泰山赤灵芝菌丝体发酵工艺,泰山药用植物种植园道地药材种植,泰安中信灵芝科技开发有限公司赤灵芝破壁孢子粉加工,泰安山东中药技术学院中药炮制车间等。 3.3 引导学生参加科研部分学习好、能力强的学生在导师的指导下,申请主持了泰安市大学生创新科研计划课题,或者参与部分教师承担的国家和省部级创新项目及企业合作项目的研究,使学生了解到不同学科的实验技术、科研方法,开阔学科视野,拓宽思维空间;尽可能增加应用性、设计性实验,提高学生科研水平,积极加强与校内实践基地、校办企业、实习实践基地单位的合作联系,为学生构建更广阔的实践平台。 生物技术论文:浅谈农业种植中生物技术的应用 生物技术,就是针对生物机体或生物部分器官、组织以及细胞利用先进的生物工程原理,对生物体进行改造,从而促进人类所需产品的生产。生物技术是一门对生物体进行改造和利用的技术,生物技术涉及到生物学、生物化学、遗传学、细胞学等学科知识,对于人类发展具有极高的研究价值。生物技术在农业种植中的应用,能够有效提升农作物产量,促进农作物产品质量的改善,对于我国农业发展具有非常大的帮助作用。 1 我国农业生物技术的发展概况?随着我国科学技术的不断发展,农业生物技术的不断完善和成熟,很大程度上促进了我国农业产业发展,促进了我国农业经济的有效提升。目前,生物技术在农业种植领域的贡献最为巨大,有效的提升了我国农作物产品产量及质量,很好的解决了我国食品生产问题,提高了我国农产品在国际农产品市场中的综合竞争力。但是,由于我国生物技术起步较晚,虽然发展速度较快,短暂的时间内已取得较为满意的成就,但是同发达国家相比仍然存在一定的差距。目前,随着我国生物工程研究技术的提出和落实以及国家相关政策的有力扶持,我国生物技术取得突破性进展,抗虫棉技术的研制以及植物基因组研究、转基因植物研究都处于世界领先水平,在发展中的生物技术暴露出了严重的发展不平衡问题,部分项目的研究力度不够,研究经费不足,使得我国生物技术发展道路仍旧十分漫长。 2 生物技术在农业种植中的应用 2.1促进了我国农作物产量的提升?由于我国人口数量较大,土地耕种面积不足,使得粮食产量问题成为制约我国经济发展的重要因素。随着我国生物技术的发展和利用,有效促进了我国农作物产量问题,改善了我国农村居民的经济收入状况,促进了我国市场经济的快速发展。目前,我国生物技术在水稻种植领域的应用效果最为明显,实现了水稻产业的倍数增长,有效的提升了我国水稻年产量,缓解了我国粮食压力,加快了我国农业生产力的提升速度。 2.2促进了我国农产品质量的提升?随着我国市场经济的快速发展,我国城市居民的生活质量水平也得到了显著的提升,居民消费观念的不断转变,使得居民消费方向由数量消费逐渐演变为质量消费,强调农业产品数量的同时,更加强调农业产品的营养价值和食用安全性。生物技术在农业种植领域的利用,有效提升了我国农产品综合质量,解决了我国农业产品优质和高产的矛盾,提高了我国农产品的市场竞争力。其中,中单3701、中单9409、以及云优19等转基因蛋白玉米品种,在普通玉米产量基础上增产8%~15%,籽粒的硬度达到3.5以上,赖氨酸的含量达到0.4%以上,蛋白质含量维持10~12%,使得蛋白玉米营养丰富,产量逐渐提高,有效的提升了我国玉米产品的市场竞争力,促进了我国农业产业的快速发展。 2.3促进了我国农作物的抗虫性和抗病性?病虫害影响农作物产量的重要因素是病虫害问题,造成了农作物产量的快速下降,造成了农作物的大量死亡,因此,提高我国农业作物产量,促进我国农业产业发展的重要工作便是对病虫害问题的解决。通过先进的生物技术,我国部分转基因作物已经成功具有良好抗虫性和抗药性,确保了我国农作物产量的稳步提升。如新型转基因马铃薯的成功研制,使得马铃薯作物在受到克伦那多马铃薯甲虫的侵害时,能够自身分泌水晶蛋白这一物质,从而对克伦那多甲虫进行毒害,避免病虫害问题对作物产量的影响。同时,农作物抗虫性和抗药性的提升,有效的降低了农药及杀虫剂的用量,降低了农药和杀虫剂残留物对农产品质量的影响,降低了农药和杀虫剂对水资源的污染,提高农产品产量的同时,确保了环境保护工作的有效开展。 2.4促进了农作物对土壤养分的利用效率?农作物的生产离不开养分的有效供给,作物缺少必要的生长元素,就会造成作物生长效率的降低,导致农作物产量的降低。为确保农作物产量,氮、磷、钾肥的使用在农业生产过程中是必不可少的,就相关数据显示,农作物种植过程中作物能源的来源50%依靠肥料。由于肥料的过度使用,导致温度气体的大量排放,加剧了地球温室效应。同时,农业生产过程中肥料的大肆应用,是导致水体富营养化的罪魁祸首。?生物技术的应用,有效提升了农作物对土壤养分的利用效率,降低了农作物对肥料的依赖,从而有效降低了种植过程中肥料的使用,降低了肥料对环境的危害。如部分转基因作物,能够通过根部相关结果加强对营养元素的固定和收集,提高了对土壤养分的应用,促进了植物的快速生长。同时,通过对特定真菌的研究和应用,加速了种植区域内土壤养分的生成,提高了土壤中养分含量,有效减少了对人造肥料的应用,减少了人造肥料对环境的破坏。 3 总结?生物技术对农业发展具有非常积极的促进作用,加强生物技术的有效利用,能够有效提升作物的产量和质量,提升作物的抗虫性和抗药性,降低了人造肥料对环境的危害,实现农业产业经济快速发展的同时,确保了生态环境的稳定性。因此,应该加强生物技术的研究力度,加快生物技术产业化发展,以实现我国农业现代化水平发展速度,促进我国农业现代化改革。 生物技术论文:探讨农业种植中生物技术的推广及应用 随着科学技术的发展,生物技术也得到了不断地进步,生物技术在农业种植中的应用和推广,实现了我国农业的可持续发展。 1 农业种植中生物技术的推广及应用-转基因技术 转基因技术,简单来讲,就是在生物体外对dna分子进行人工剪切、拼接,对基因进行改造和重新组合,再导入生物体内使导入的基因得以表达。其中,其核心技术就是提取目的基因——将需要的基因从供体生物的细胞内提取出来,从而达到最终目的。其中还有一个关键的环节就是对多细胞生物的检测,将每个受体细胞单独培养并诱导发育成完整个体,检测这些个体是否摄入目的基因,摄入的基因是否表达(是否表现出相应的性状)。淘汰无变化的个体,保留有相应变化的个体进一步培养、研究。 在当前的农业生产中,转基因技术是目前应用最为广泛的一种生物技术。转基因技术的应用,对农业种植的育种有着极为重要的作用和意义,其可以将某一种作物的优良基因转移到另一种完全不具亲缘关系的作物品种当中,使得作物产量和质量得到提高。 目前被较广泛提取使用的植物目的基因主要有:苏云金杆菌抗虫基因、种子贮藏蛋白基因、植物抗病基因等。例:用棉铃饲喂棉铃虫,如虫吃后不出现中毒症状,说明未摄入目的基因或摄入目的基因未表达,如虫吃后中毒死亡,则说明摄入了抗虫基因并得到表达。 因此,通过转基因技术的应用,使得农作物的品种得到改良,目前,随着科学技术和生物技术的发展,其应用也不断呈现广泛应用的趋势。首先,目前,转基因植物的种植规模在不断地扩大,根据相关数据分析,目前采用转基因技术种植面积已经达到了全球耕地面积的16%。 此外,还有杂交育种技术的应用。简单来讲,就是在生物的体细胞中,控制同一性状的遗传因子成对存在,不相融合,在形成配子时成对的遗传因子发生分离,分离后的遗传因子分别进入不同的配子中,随配子遗传给后代。其也是一种极为常见的生物种植技术,杂交育种技术与转基因技术相比,其操作方式更为简单,而且这种技术的推广时间也比较早,目前,对于杂交技术的应用已经有了丰富的经验,这些技术的应用都使得农业种植的难度降低。 2 农业种植中生物技术的推广及应用-组织培养技术 在农业种植中,对于组织培养技术的应用,其主要是建立细胞的全能性的基础之上的,通过人工的诱导,保证植物组织在无菌状态下进行良好的发育,最终发育成为完整植株的一种生物技术。组织培养技术的利用,不仅可以增加植物繁殖的速度,而且更为重要的是能够在有限的时间内,培育出更多优良的植物品种。此外,利用组织培养技术,可以有效地防止病毒对作物幼苗的侵害,保证种苗无病毒,促进良种经济作物的快速推广。在应用组织培养技术要注意以下几点:首先,要保证在植物组织培养中温度、光照、湿度等各种环境条件,培养基组成、ph值、渗透压等各种化学环境条件,使得能够有效地促进组织培养育苗的生长和发育。另外,在进行初代培养外植体的时候,对于褐变做好处理。褐变,主要就是指外植体在接种后,其表面开始褐变,有时甚至会使整个培养基褐变的现象。它的出现是由于植物组织中的多酚氧化酶被激活,而使细胞的代谢发生变化所致。在褐变过程中,会产生醌类物质,它们多呈棕褐色,当扩散到培养基后,就会抑制其他酶的活性,从而影响所接种外植体的培养。所以一定要加强对这个环节的处理。第三,关于植物组织的初代培养。初代培养旨在获得无菌材料和无性繁殖系。即接种某种外植体后,最初的几代培养。在初代培养时,用诱导或分化培养基,即培养基中含有较多的细胞分裂素和少量的生长素。初代培养建立的无性繁殖系包括:茎梢、芽丛、胚状体和原球茎等。 3 农业种植中生物技术的推广及应用-采用生物技术制作生物农药 生物农药,简单来讲,就是利用生物新陈代谢的产物,将其作为制作农药制品的有效成分,改变传统形式通过化学手段制作农药的方法,即可以起到良好的保护环境的作用,另外,还可以达到良好的使用效果,更加重要的是提高了植株的耐药性,所以,利用生物技术制作农药具有深远的影响。 在基因工程药品的生产中,许多药品的生产是从生物组织中提取的。受材料来源限制产量有限,其价格往往十分昂贵。微生物生长迅速,容易控制,适于大规模工业化生产。因此,我们可以将生物合成相应药物成分的基因导入微生物细胞内,让它们产生相应的药物,不但能解决产量问题,还能大大降低生产成本。例如:转黄瓜抗青枯病基因的甜椒、转鱼抗寒基因的番茄、转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯、不会引起过敏的转基因大豆等等。 因此,生物农药技术,避免了对环境造成的污染,利于农业的可持续发展。 4 总结 总而言之,生物技术已经在农业中得到了广泛的推广和应用,有效地改善我国目前的农业现状,提高了农作物抵抗能力,提高农业产量,积极推进我国农业的发展,实现了农业的可持续发展。 生物技术论文:现代生物技术在食品领域中的应用研究 摘要: 现代 生物学和分子生物学的 发展 ,对基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程等现代生物技术工程产生重要影响, 其在食品发酵生产中的应用越来越广。本文阐述了基因工程、细胞工程、酶工程等现代生物技术在食品发酵业的应用。 关键词:生物技术;基因工程;细胞工程 现代生物技术的迅猛发展,成就非凡,推动着 科学 的进步,促进着 经济 的发展,改变着人类的生活与思维,影响着人类社会的发展进程。现代生物技术的成果越来越广泛地应用于医药、食品、能源、化工、轻工和环境保护等诸多领域。生物技术是21世纪高新技术革命的核心内容,具有巨大的经济效益及潜在的生产力。专家预测,到2010~2020年,生物技术产业将逐步成为世界经济体系的支柱产业之一。生物技术是以生命科学为基础,利用生物机体、生物系统创造新物种,并与工程原理相结合加工生产生物制品的综合性科学技术。现代生物技术则包括基因工程、蛋白质工程、细胞工程、酶工程和发酵工程等领域。在我国的食品 工业 中,生物技术工业化产品占有相当大的比重;近年,酒类和新型发酵产品以及酿造产品的产值占食品工业总产值的17%。现代生物技术在食品发酵领域中有广阔市场和发展前景,本文主要阐述现代生物技术在食品发酵生产中的应用。 一、基因工程技术在食品发酵生产中的应用 基因工程技术是现代生物技术的核心内容,采用类似工程设计的方法,按照人类的特殊需要将具有遗传性的目的基因在离体条件下进行剪切、组合、拼接,再将人工重组的基因通过载体导入受体细胞,进行无性繁殖,并使目的基因在受体细胞中高速表达,产生出人类所需要的产品或组建成新的生物类型。 发酵工业的关键是优良菌株的获取,除选用常用的诱变、杂交和原生质体融合等传统方法外,还可与基因工程结合,进行改造生产菌种。 (一)改良面包酵母菌的性能 面包酵母是最早采用基因工程改造的食品微生物。将优良酶基因转入面包酵母菌中后,其含有的麦芽糖透性酶及麦芽糖的含量比普通面包酵母显著提高,面包加工中产生二氧化碳气体量提高,应用改良后的酵母菌种可生产出膨润松软的面包。 (二)改良酿酒酵母菌的性能 利用基因工程技术培育出新的酿酒酵母菌株,用以改进传统的酿酒工艺,并使之多样化。采用基因工程技术将大麦中的淀粉酶基因转入啤酒酵母中后,即可直接利用淀粉发酵,使生产流程缩短,工序简化,革新啤酒生产工艺。目前,已成功地选育出分解β-葡聚糖和分解糊精的啤酒酵母菌株、嗜杀啤酒酵母菌株,提高生香物质含量的啤酒酵母菌株。 (三) 改良乳酸菌发酵剂的性能 乳酸菌是一类能代谢产生乳酸,降低发酵产品ph值的一类微生物。乳酸菌基因表达系统分为组成型表达和受控表达两种类型,其中受控表达系统包括糖诱导系统、nisin诱导系统、ph 诱导系统和噬菌体衍生系统。相对于乳酸乳球菌和嗜热链球菌而言,德氏乳杆菌的基因研究比较缺乏,但是已经发现质粒pn42和pjbl2用于构建德氏乳杆菌的克隆载体。有研究发现乳酸菌基因突变有2种方法:第一种方法涉及(同源或异源的)可独立复制的转座子,第二种方法是依赖于克隆的基因组dna 片断和染色体上的同源部位的重组整合而获得。通过基因工程得到的乳酸菌发酵剂具有优良的发酵性能,产双乙酰能力、蛋白水解能力、胞外多糖的稳定形成能力、抗杂菌和病原菌的能力较强。 二、细胞工程技术在食品发酵生产中的应用 细胞工程是生物工程主要组成之一,出现于20世纪70年代末至80 年代初,是在细胞水平上改变细胞的遗传特性或通过大规模细胞培养以获得人们所需物质的技术过程。细胞工程主要有细胞培养、细胞融合及细胞代谢物的生产等。细胞融合是在外力(诱导剂或促融剂)作用下,使两个或两个以上的异源(种、属间) 细胞或原生质体相互接触,从而发生膜融合、胞质融合和核融合并形成杂种细胞的现象。细胞融合技术是一种改良微生物发酵菌种的有效方法,主要用于改良微生物菌种特性、提高目的产物的产量、使菌种获得新的性状、合成新产物等。与基因工程技术结合,使对遗传物质进一步修饰提供了多样的可能性。例如日本味之素公司应用细胞融合技术使产生氨基酸的短杆菌杂交,获得比原产量高3倍的赖氨酸产生菌和苏氨酸高产新菌株。酿酒酵母和糖化酵母的种间杂交,分离子后代中个别菌株具有糖化和发酵的双重能力。日本国税厅酿造试验所用该技术获得了优良的高性能谢利酵母来酿制西班牙谢利白葡萄酒获得了成功。目前,微生物细胞融合的对象已扩展到酵母、霉菌、细菌、放线菌等多种微生物的种间以至属间,不断培育出用于各种领域的新菌种。 三、酶工程技术在食品发酵生产中的应用 酶是活细胞产生的具有高效催化功能、高度专一性和高度受控性的一类特殊生物催化剂。酶工程是 现代 生物技术的一个重要组成部分,酶工程又称酶反应技术,是在一定的生物反应器内,利用生物酶作为催化剂,使某些物质定向转化的工艺技术,包括酶的研制与生产,酶和细胞或细胞器的固定化技术,酶分子的修饰改造,以及生物传感器等。酶工程技术在发酵生产中主要用于两个方面,一是用酶技术处理发酵原料,有利于发酵过程的进行。如啤酒酿制过程,主要原料麦芽的质量欠佳或大麦、大米等辅助原料使用量较大时,会造成淀粉酶、俘一葡聚糖酶、纤维素酶的活力不足,使糖化不充分、蛋白质降解不足,从而减慢发酵速度,影响啤酒的风味和收率。使用微生物淀粉酶、蛋白酶、一葡聚糖酶等制剂,可补充麦芽中酶活力不足的缺陷,提高麦汁的可发酵度和麦汁糖化的组分,缩短糖化时间,减少麦皮中色素、单宁等不良杂质在糖化过程中浸出,从而降低麦汁色泽。二是用酶来处理发酵菌种的代谢产物,缩短发酵过程,促进发酵风味的形成。啤酒中的双乙酰是影响啤酒风味的主要因素,是判断啤酒成熟的主要指标。当啤酒中双乙酰的浓度超过阈值时,就会产生一种不愉快的馊酸味。双乙酰是由酵母繁殖时生成的α-乙酰乳酸和α-乙酰羟基丁酸氧化脱羧而成的,一般在啤酒发酵后期还原双乙酰需要约5~10d 的时间。崔进梅等报道,发酵罐中加入α-乙酰乳酸脱羧酶能催化α-乙酰乳酸直接形成羧基丁酮,可缩短发酵周期,减少双乙酰含量。 四、小结 在食品发酵生产中应用生物技术可以提高发酵剂的性能,缩短发酵周期,丰富发酵制品的种类。不仅提高了产品档次和附加值,生产出符合不同消费者需要的保健制品,而且在有利于加速食品加 工业 的 发展 。随着生化技术的日益发展,相信会开发出更多物美价廉的发酵制品,使生物加工技术在食品发酵工业中的应用更加广泛。 生物技术论文:关于蛋白质化学和生物技术的研究 摘要] 在最近几年的生物研究技术和生物工程的相关领域已经被越来越多的人所关注。每个国家与每个国家的蛋白质化学技术与生物技术的研究都是不同的,各有各的特点。本文对蛋白质化学以及生物技术进行了详细的研究。 [关键词] 蛋白质化学;生物技术;研究;分析 本文就蛋白质化学以及生物技术做一综述,现分析如下: 1 蛋白质化学生物技术研究 蛋白质生物技术的主要任务之一就是要通过变化的蛋白质表达量,来寻找疾病潜在的诊断标志物。另一方面,蛋白质是生物体内的执行者,许多生物学过程、蛋白质降解、细胞之间的识别,都是依据蛋白质传递的信息来完成的[1]。 1.1 对蛋白质的化学标签 标签就是要将能够区分的元素差异的物质引入到差异样本中去,利用质谱分析得到的信息,将相对量的差异区分显示出来。化学标签的主要作用就是:便于目标蛋白的定位、追踪、纯化以及结构和相互作用研究[2-3]。 1.1.1 体内的标记体内的标记,也可以称为是代谢的标记。就是利用含有稳定的同位素,饲料对动物进行喂养和培养,将标签成功的引入。15n和13c是比较常用的稳定的同位素[4-5]。 1.1.2 氨基酸标记氨基酸的标记就是将氨基酸碳原子和氢原子替换成为稳定的元素,然后再将这样稳定的氨基酸加入到某种培养基中,这样细胞就会将氨基酸加入到蛋白质中引入的标记[6-8]。 1.1.3 体外的标记体外的标记主要分为酶解前、酶解时和酶解后三个标记。酶解前标记是将含有差异试剂标记在蛋白质的某个部位上,采用icat的技术,进行等量的混合后酶解,最后通过链亲和素的柱子富集这些标记的肽段,利用质谱分析差异。酶解时标记,就是在内切酶作用下,蛋白质发生酶解。酶解后标记,有些标记试剂适用于在蛋白质酶解成肽段后标记,酶解后标记就是指蛋白质在酶解后对形成的肽段进行标记,这样酶解后标记就派上了用场[9]。 1.2 化学标记的优缺点和应用问题 定量标记主要就是分体内标记和体外标记,对于体外标记技术分析的范围比较广,外标记技术适合于各种条件的标记,无论是从组织、体液到细胞样品均可以。而对于体内标记而言,无法实现完全标记,主要就是取决于蛋白质的代谢问题。化学标记来分析蛋白质是比较有发展前景的学科,许多的疾病与蛋白质也有一定的联系。最近,结合稳定同位素标记和差异技术分析了磷酸化蛋白,一共分析出了8 000多个磷酸化的位点[10-11]。 化学标记的不足:是在理论上,可能使融合蛋白不稳定,改变或使融合蛋白的功能丧失。在实验中表明,当应用较大的亲和纯化标记,常会发现细菌的融合蛋白产物的功能钝化。一个表位附加标记对融合蛋白质的行为影响是多变的,且依赖于该蛋白质的结构。 2 各个国家对蛋白质化学和生物技术的研究 德国美因兹大学的哈密特·斯托科教授的报告介绍了传统的著名医学植物萝芙木碱利血平最近几年提供的有关单贴吲哚生物碱的生物合成的详细内容。日本神户学院大学的冈田芳男教授也做了关于含有2,6-二甲基-l-酪氨酸和 pyrazinone的阿片类似物的设计和报告。日本东京大学的野水本雄教授的报告是关于细胞黏附性多肽一壳聚糖基质:这一种新型多功能生物材料,组织工程要求移植到组织的细胞,需要修复和再生[12]。 3 结语 蛋白质是生命的物质基础,没有蛋白质就没有生命。因此,它是与生命及与各种形式的生命活动紧密联系在一起的物质。机体中的每一个细胞和所有重要组成部分都有蛋白质参与。最近几年各国的管理人员更加重视对蛋白质的研究和探索。 生物技术论文:我国生物技术及产业发展的战略与若干对策 1 抓住机遇,加速我国生物技术及其产业的发展 近20年来,我国生物技术取得了长足的发展,培养了一支约2 万人的从事生物技术研究、开发、生产和管理的科技队伍,其中有一批留学海外学成回国的中青年生物技术专家;建立了相当数量的研究开发机构及产业化基地;初步形成了医药生物技术、农业生物技术、轻化工生物技术、海洋生物技术等门类齐全的生物技术研究、开发、生产的体系。作出了一批具有较高水平的生物技术研究开发成果,开发出一批生物技术产品并投放市场。继1996~1997年第一个基因工程产品上市的高潮之后,预计在2003~2005年我国将出现生物技术产品上市的第二个高潮。由此可见,与其它高技术领域相比,我国的生物技术总体水平及产业化程度与国际先进水平的差距明显缩小。在我国重要的高技术领域中,从目前基础条件、资源优势和发展态势来看,生物技术最有希望取得创新性进展,最具参与国际市场竞争的潜力。因此,建议国家将发展生物技术及其产业作为21世纪加速发展我国高技术产业、提高国际竞争能力的“突破口”。把握有利时机,进一步把发展生物技术及其产业放在突出的战略地位,力争在21世纪的前10年内使我国生物技术及产业跻身于世界先进行列。 2 制定发展战略、明确战略目标、 选择发展模式总体战略 我国的生物技术及产业发展应改变以往跟踪为主的战略,实施积极创新为主集成应用的战略方针。基于目前我国生物技术及产业发展的实际状况、水平和能力,在未来10~15年内,我国宜采取“立足创新、集成应用、需求导向、重点突破”的发展战略。 关于集成应用,主要是指把现有的已成熟的先进技术(不管这些技术源自何处)组合集成起来运用于生物技术的研究开发和产品生产。充分借助和合理利用现代科学技术所取得的成就,对于我国生物技术产业以及其他高技术产业的发展都十分重要。 1)战略目标 21世纪初我国生物技术及产业的发展目标应定位在:努力提高生物技术在我国国民经济和社会发展中的贡献率,增强我国生物技术的创新能力和国际竞争能力;争取在21世纪初的10年内,使我国生物技术的整体水平跻身于世界先进行列,生物技术新兴产业发展成为我国的支柱产业之一。 2)发展模式 我们认为,在未来10~15年内,我国的生物技术及产业发展宜采取“政府引导,企业为主,官、产、学、研、资相结合”的发展模式。 众所周知,产、学、研的结合是促进科技进步,加速科技长入经济,提高研究开发效率的良好方式。结合现阶段我国实际情况,为保障生物技术及产业得以迅速发展,政府的作用十分重要。政府应该对全局研究开发及产业化的发展方向、目标、策略和措施进行系统的规划和设计,对各类各层次不同机构的研究开发工作给予重要的引导;对于一些重要的领域,国家应给予一定的资金支持,可以更加有效地引导企业界、金融界以及地方政府的资金和支持,各方面力量形成的合力将加速国家目标的实现。 高技术是基于多种学科的综合技术,而高技术产业则必须加上科学的经营管理和营销策略。发展高技术产业只有以企业为主,才能有效地将分离的科学与技术、科技与产业、产品与市场紧密地有机地联系在一起。同时生物技术产业的发展需要技术资本和金融资本的联合运作。没有一个良好的资本市场,生物技术产业将难以迅速发展。 3 主要对策 1)健全和完善管理体制、加强整体协调、形成优势集成 总体而言,我国目前尚没有全国性统管生物技术研究开发及产业化的组织管理机构,缺乏全局性的战略部署。目前国家各类科研计划虽然都在不同程度上注重基础性创新性研究,但在具体实施和操作过程中,往往倾向于选择短期能产生效益的研究项目,导致创新的源头匮乏。更为严重的是,各类计划之间缺乏必要的沟通与协调,各部门、地方自成一体、封闭运行,导致科研力量分散,形不成合力,而且造成低水平重复。 现阶段我国正处在从计划经济向市场经济过渡的转轨期。发展我国的生物技术及其产业,必须结合我国具体国情,同时运用计划和市场两种资源配置的调节手段,采取“两弹一星”+利益捆绑的新机制,盘活我国技术、设备与设施、人才等方面的存量,使各方面的优势系统有效地集成;必须同时调动国家、地方和企业以及科技人员的内动力和凝聚力;必须下决心解决部门地方条块分割、低水平重复的顽症。为此,建议国家适时成立全国性的组织管理机构,对全国生物技术及产业发展进行总体规划和协调指导,从而做到整体协调,避免多头指挥和政出多门,实现决策、协调和实施系统的统一、简便和高效。 2)进行战略布局,形成产业聚集区 国外生物技术及其产业发展的经验表明,在一些地理、交通、信息、政策等环境较好的地域,容易形成生物技术研究开发和产业的“聚集区”。这种“聚集”促进了不同研究开发领域的交流与合作,不仅加速了生物技术研发及产业的发展,同时通过“聚集”进一步吸引人才、技术和资金,起到了“聚集”带动“聚集”的作用,形成了 良性发展的循环。根据目前我国生物技术及产业发展情况,结合现有国家级高技术产业开发区,可选择技术力量比较雄厚、投资环境好并已有一定生物技术产业基础的上海、北京、广东(深圳)、长春等地作为生物技术产业化基地,给予更为优惠的财政和税收扶持政策。 集中力量有选择地发展3~5个生物技术产业聚集区(如以北京为中心的京津冀聚集区、 以上海为中心的江浙沪聚集区、以深圳为中心的粤港聚集区、以长春为中心的长沈大聚集区等),发挥生物技术产业发展的聚集效应,尽快形成较大的生物技术产业规模。对上述生物技术产业聚集区,国家应积极发挥引导作用,充分调动地方和企业界的积极性,以国家重大项目为纽带,促进优势互补的联合与协作,逐步形成既有合作(包括跨国和跨地区合作)又有竞争的社会化的生物技术研发与生产的格局。 3)选择部分重点产品,目标定位国际市场 对于某些我国有较好基础、接近或达到国际先进水平或是我国有资源优势的技术领域,例如转基因动物反应器、转基因植物、功能基因组、生物芯片、组织工程、中药等领域,应选择部分重大项目,目标瞄准国际市场,通过运用优势集成、整体设计、分段实施的操作方式,加大协同攻关力度,尽快将一批拥有自主知识产权的生物技术和产品推向国际市场,增强并确立我国生物技术及产业的国际竞争能力和地位。 4)建立国家生物技术重大项目孵化器 我国科技成果转化难、转化率低制约了高科技产业的发展,影响了科技作为第一生产力作用的发挥,已成为普遍关注的问题。生物技术因其自身的综合性、多学科特点,生物技术转化更具有特殊性。在目前我国资本市场尚不完善的条件下,孵化器的作用尤为重要。孵化器的作用是,通过与研究开发机构建立广泛联系,并有力地引导企业介入,密切生物技术上下游的结合,有效地使单一技术的突破尽快孵化为成熟配套的技术和工艺,向产业进行技术转移和辐射,从而加速具有商业前景的技术和产品尽快形成商品化和产业化。为此,应在已有的工作基础上,择优建立数个生物技术国家重大项目孵化器,结合具有自主知识产权、独特性的生物技术重大项目和重大产业工程的实施,力争在5~10 年内开发出一批具有自主知识产权和国际竞争力的重大生物技术产品,同时走出一条生物技术成果转化的成功之路。 5)加强生物技术产业相关技术及装备的产业化及国际化 我国在生物技术及产业发展所需的重要仪器、设备、试剂等支撑技术与装备方面十分落后,主要依靠国外进口。在国外,生物技术的支撑技术与装备本身就是一个巨大的产业,其产值占生物技术产业总产值的20%以上。生物技术的支撑技术与装备具有两大特点,一是涉及多学科、多技术领域的交叉;二是绝大多数生产经营专用仪器、装备的公司都拥有国际市场,只有占有国际市场才能在国际竞争中生存和发展。目前我国尚不具备自主研制和生产并占有国际市场的能力。因此,对重要的生物技术仪器、设备和装备,应采取“桑塔纳”模式,走与国外大公司合资合作的发展道路。第一步通过合资合作,引进建设组装线或生产线,这样一方面可以迅速提高技术水平和管理水平,另一方面可以与外国公司共同参与国际竞争;第二步加速引进技术的消化吸收,逐步加大国产化比重,同时加强新型号、新设备的研制开发,进而逐步增强参与国际竞争的能力。在此方面,应注意避免自己闭门造车、封闭发展,所开发的产品性能不稳定,测出的数据不可靠,别人不用,自己也不用的尴尬局面。 6)大力发展生物技术中介组织 国外成功经验表明,中介组织在高技术产业发展过程中发挥了重要作用,中介组织是创新体系的重要组成部分。我国应大力发展从事生物技术信息咨询、技术评估(包括生物安全评估)、专利(特别是国外专利)、投融资等方面的中介机构。 我们认为,应尽快组建生物技术产业协会。组建生物技术产业协会有利于信息沟通和协作,有利于规范市场和公平竞争,亦可避免不必要的重复,有利于逐步形成社会化发展的格局。协会组成以企业法人和高级主管为主,吸纳大学和研究机构的技术、管理、营销专家参加。政府主管部门可以通过协会进行全局性组织协调工作。 7)充分利用和合理保护我国丰富的生物资源 我国国土辽阔,特殊的地理、气候、人口、人文、历史以及多民族等原因,使我国具有丰富的动物、植物、微生物及人类遗传资源,包括历史悠久的中医药宝库,为我国在生物技术领域的研究开发提供了得天独厚的有利条件。但从目前情况看,我国在生物资源的保护和利用方面还存在着明显的不足。大量的生物资源没有得到有效的保护和利用,甚至一些重要的资源流失严重。例如,我国虽有丰富的微生物资源,但由于资金和管理上的一些因素,导致研究、保藏和开发工作都处于非常困难的境地,至今没有一个明确的主管部门,也没有一部微生物资源管理的法规。因此,建议国家有关部门象重视人类遗传资源一样高度重视对所有生物资源的保护和利用。一方面应抓紧制定和完善有关各类生物资 源管理的法规和规章制度;另一方面应尽快建立健全国家生物资源的保藏及服务体系,其中包括细胞库、菌种库、毒种库、种质库、信息库等。此项工作可在相关计划的基础上,给予专项经费支持。虽然需要花费一定的资金,但这是一项具有战略意义的基础性工作,因此必将起到事半功倍的效果。 8)加强国际合作,建立战略联盟 发展我国生物技术及产业要充分重视利用海外资源,特别是信息及人才资源。在这方面,即使是十分发达的美国也不例外,十分重视利用国外的信息,并吸引别国的优秀人才为其服务。我国除应采取相关措施积极吸引海外留学生和科学家回国为国效力外,还应选择重大技术领域,在国外建立联合工作站。863计划生物领域在“八五”、 “九五”期间已试行,效果良好。实践表明这是实现技术跨越的有效途径。国家应积极引导支持有条件的科研机构和企业,特别是企业在国外建立研究开发机构,这样将会大大提高信息采集、技术引进、智力引进、人才培养和国际合作与交流乃至产品出口的效率。 9)高度重视人才的培养和引进 高技术的竞争归根结底是人才的竞争。为参与21世纪生物技术国际竞争,培养优秀人才是一项十分重要而紧迫的战略任务。目前我国的教育体制和课程设置不适应生物技术及产业发展的要求。生物技术是多学科交叉的综合性技术,生物技术人才的培养要注重掌握广泛的知识以及多种相关技术技能。因此,建议在大学本科阶段,增设专门的生物技术课程,课程的内容包括广泛的相关领域的综合性知识。同时在研究生阶段,应开设有关管理和经营方面的课程。没有多学科的交叉汇集就没有生物技术的发展;没有管理和经营的理念就没有生物技术产业的发展。同时还应特别重视毕业后的在职教育,及时扩展新知识。特别需要强调的是,应注意培养既懂科技又懂经营与管理的两栖人才。建议国家设立专门的奖学金,资助具有博士学位或高级技术职称的人才,同时选拔具有丰富经验或担任一定的行政领导职务的优秀中青年骨干进修mba 课程,包括遴选其中部分突出人才赴海外攻读mba学位。 在充分发挥现有国内生物技术人才重要作用的同时,应积极引导和吸引海外留学生和科学家回国发展,这是一项涉及人才资源争夺的战略任务。建议国家有关部门制定出台更加明确的有关鼓励和吸引海外留学生和华人科学家回国发展的具体政策措施。 生物技术论文:当前生物技术产业发展存在的问题及对策 摘要:生物技术是现代生物学发展及其与相关学科交差融和的产物,生物技术以其独有的活力和发展潜力已经成为一个国家新的经济增长点。但是当前生物技术产业的发展还存在着非常多的问题。因此,可以通过健全和完善管理体制、进行战略布局调整,加强企业队伍建设、以市场为主导,重点突破、加大政府投资,完善建立产业政策扶持等措施来加快当前的生物技术产业发展。 关键词:生物技术 产业发展 问题 对策 一、 生物技术概论 生物技术是现代生物学发展及其与相关学科交差融和的产物,其核心是以dna重组技术为中心的基因工程,还包括微生物工程、生化工程、细胞工程及生物制品等领域。生物技术,可视为一种运用生物体来制造产品的科学与技术,虽然生物技术这项专有名词是在七十年代才开始正式出现,但生物技术应用却可追溯至远古时代。例如,神农氏尝百草是中国历史上利用植物在医药应用上的最早记载,足见生物技术观念与应用早已存在人类日常生活之中。 为加快生物技术产业的发展,我国始终把生物技术列为国家重大科技计划,政府大幅度增加了研发投入,同时鼓励国家加大科技投入,取得了较好的效果,获得了一批具有知识产权的新基因,新表达系统、生物工程、药物进入了创制阶段,建立了一系列关键平台技术,动植物转基因技术已经成熟,杂交水稻大面积推广,抗基因的棉花、番茄已经进入了商业化的发展,有数十种基因药物已经进入了实用化阶段。 另外 ,通过对高产、优质、抗逆的动植物新品种,新型药物、疫苗和基因治疗,蛋白质工程三大主题的研究开发,以增产粮食为战略重点和发展生物技术药物产业为突破口,为生物高技术产业的形成奠定了良好的基础,并在遗传工程农作物的培育方面走在世界前列。 二、 生物技术产业发展现状 首先,生物技术生产发展快速,涉足领域不断深入。我国生物技术起源于80年代,到2000年销售产值已经达到200亿元人民币,平均增长33.58%。同时,生物技术产业涉及的领域是非常广泛的。并且还再继续扩展深入。 其次,生物技术产业取得了重大成就。世界上出现了一批影响未来的重大技术:人类基因组学或蛋白质组学、干细胞技术与组织工程、生物信息学、转基因技术、克隆技术、生物芯片或蛋白芯片或组织芯片、基因治疗与细胞治疗、反义核酸技术、单抗技术等对现代生命科学及生物技术产业产生了巨大的影响。 最后,生物技术企业不断发展壮大。由于生物技术前景广阔,发展潜力巨大。我国从事生物技术产品开发的企业,如雨后春笋,不断涌现。 另外,生物技术产业格局从治病为主向治病、保健、提高生活质量的健康产业过渡。兼并重组愈演愈烈,大企业愈来愈大,协作型竞争已经成为当今生物技术产业的主流; 三、 生物技术产业发展存在的问题 首先,自主知识产权过少,产业化能力很低。目前,我国在生物技术产业及产业发展所需的重要仪器、设备、试剂主要依靠国外进口。生物技术产业的技术与装备还相当欠缺。目前我国尚不具备自主研制和生产并占有国际市场的能力。我国的生物技术产业和其他的发达国家的生物技术产业比较起来,我们的技术还很低,并且很多的研究成果都还是在实验室,还没有走出转化为现实生产力的大门。如何加快将开发研究出来的生物技术成果转化为现实的生产力,提高产业化能力,是当前我国生物技术产业要充分重视的一个大问题。 其次,投入严重不足,并且投入渠道单一。生物技术产业是资金密集型产业,是高投入、高风险和高回报的产业,因此,资金短缺是首先要解决的问题。在国家加大生产技术投资力度的同时,还要充分利用银行贷款以及尚待健全的风险资金市场,寻找各种资金渠道。政府应制定优惠政策,鼓励企业参与生物技术的研究与开发。目前,我国企业资本融通渠道只有创业者个人出资,上市公司、民营企业投资,政府的风险投资,国家科技部的中小企业担保基金,中小企业科技创新基金五种。其中上市公司、民营企业的投资因为上面所说的缺乏对无形资产的认识和认可,导致他们常常希望在所投资的企业中依靠他们所提供的有形资本来控股,严重地打击了创业者的积极性。 最后,产业化人才缺乏,研发与产业化脱节。生物技术产业的发展同样离不开人才。由于研究开发人员培养周期长,大量优秀的科研人员滞留在国外,国内缺乏优秀人才,尤其缺少技术兼经营型人才。此外,我国现有生物技术人才偏重于理论研究,产业化人才相对缺乏,在我国生物技术产业发展中,常出现实验室里的科研成果难以产业化,或产业化成本很高而无经济价值。 四、 生物技术产业发展的对策 首先,健全和完善管理体制。发展我国的生物技术产业,必须结合我国具体国情,同时运用政府和市场两种资源配置的调节手段,盘活我国技术、设备与设施、人才等方面的存量,使各方面的优势系统有效地集成。必须同时调动国家、地方和企业以及科技人员的内动力和凝聚力,须下决心解决部门地方条块分割、低水平重复的顽症。为此,建议国家适时成立全国性的组织管理机构,对全国生物技术产业及产业发展进行总体规划和协调指导,从而做到整体协调、避免多头指挥和政出多门,实现决策、协调和实施系统的统一、简便和高效。 其次,进行战略布局调整,加强企业队伍建设。根据目前我国生物技术产业及产业发展情况,结合现有国家级高技术产业开发区,可选择技术力量比较雄厚、投资环境好并已有一定生物技术产业基础的地方作为生物技术产业化基地,给予更为优惠的财政和税收扶持政策。 培养专门的企业人才,成立专门的开发生产企业或机构。就生物技术来说,我国已经有了很大成绩,但是在研究、开发、生产、销售四个环节中,研究和开发环节还存在很大的缺陷。因此需要下力气建立一只强大的研究,开发队伍。 再次,以市场为主导,重点突破。努力开拓生物技术产品市场,开发和生产符合生物技术市场需求的产品。生物技术市场对生物技术产品的需求将会极大的促进生物技术产业的迅速发展。世界生物技术都在迅猛发展,但是不同的国家有不同的研究重点和方向。就以我们中国来说,中国的生物技术最有权威的是植物细胞工程育种、植物快繁和脱毒苗生产等植物生物技术上。发挥我国的优势,保持技术的最前沿,可以大大的促进生物技术产业发展的领域。 最后,加大政府投资,完善建立产业政策扶持 通过与研究开发机构建立广泛联系,并有力地引导企业介入,密切生物技术产业上下游的结合,有效地使单一技术向产业进行技术转移和辐射,从而加速具有商业前景的技术和产品尽快形成商品化和产业化。政府要制定一系列保护和鼓励生物技术发展的政策和法律。通过制定法律加强合作研究、鼓励发明创新和促进技术转移。还可以通过融资渠道来实现对生物技术产业的扶持,其中包括拨款或资助,大公司出资、成立基金会、贷款、风险投资等。政府直接投资的变化是调整研发投入结构,提高民用研究与发展投入,特别是民用高技术开发投入,以提高经济竞争力。投入的重点是风险大、民间投资有困难的重大长期研究课题。另外,政府对生物技术产业的扶持还有一个非常重要的方面,就是促进合作研究开发。政府可以将国有研发成果下放,鼓励产、学、研合作。 生物技术论文:现代生物技术在油菜育种中的应用 摘要:介绍了植物组织培养技术、重组dna技术和分子标记在油菜育种中的应用。植物组织培养技术已日趋成熟,应用在了油菜的单倍体育种、远缘杂交和染色体诱变等方面;重组dna技术在油菜抗除草剂,抗虫和抗病等方面已发挥巨大作用;随着基因饱和度的增加,基因图谱与物理图谱的建立,分子标记将有望在提高选择效率,培育好的油菜品种方面发挥大的作用。 油菜是世界四大主要油料作物之一,属十字花科芸薹属,包括甘蓝型油菜、芥菜型油菜、白菜型油菜3个栽培种。多年来,油菜生产国政府和科学工作者均十分重视油菜的生产和科研工作。从70年代开始发展起来的现代生物技术则给动植物品种改良带来了一场革命,把育种技术从宏观水平提高到微观水平,以植物组织(细胞)培养技术、重组dna技术、分子标记技术为主体的现代生物技术已成为作物品种改良的前导技术。本文就生物技术在油菜育种中的应用加以综述。 1、植物组织培养 植物组织培养是指植物的离体细胞、组织或器官在人工培养基上的生长、维持或分化。组织培养的全部实践都是以细胞的全能性和体细胞有丝分裂的均等性为依据的。植物组织培养根据外植体来源和培养目标的不同分为愈伤组织培养,器官培养,分生组织培养,细胞培养和原生质体培养及融合等类型。组织培养作为一种新的手段,对植物改良有重要价值。 1.1单倍体育种技术 控制和改变植物染色体倍数来达到选育优良品种的技术,其中最突出的是单倍体育种。以花药为外植体组织培养获得单倍体个体,无论花粉来源于纯合体还是杂合体,经加倍后即纯化,为加速育种进程提供了前所未有的机会。目前,花药培养已在200多个植物种中获得成功,中外学者对影响花药培养的内外因素进行了广泛深入的研究,运用花药培养已经获得新品种的重要作物有水稻、小麦和大麦等,通过花药培养也获得了一批纯合玉米自交系。甘蓝型油菜通过花药均获得单倍体植株,进而加倍,已成为常规育种的重要辅助技术。 1.2通过胚培养克服远缘杂交不亲和性和杂种后代的自交不亲和性,拓宽种质范围 远缘杂交是植物育种的二个重要方面。通过远缘杂交,可以获得品种间杂交难以得到的变异类型。通过栽培种和野生种间的杂交,还可以从野生种那里获得如抗病性和对恶劣环境适应性等经济性状。但远缘杂交也存在许多困难。其中之一是杂种胚乳不能正常发育,杂种胚也会因饥饿死亡。在芸薹属、萝卜属等作物上,远缘杂交均有成功的报道,我国也有不少成功的例子,如甘蓝型油菜与兰花籽、诸葛菜的种属间杂交等。 1.3原生质体培养及融合技术 植物原生质体是指用特殊方法脱去细胞壁的、裸露的、有生活力的原生质团。这种裸露细胞在适当的外界条件下,还可以形成细胞壁,进行有丝分裂,形成愈伤组织和诱发再生植株,因而仍然具有细胞的全能性。原生质体培养就是指以这种裸露细胞作为外植体所进行的离体培养。原生质培养的主要目的是实现远缘物种的体细胞杂交和外源染色体、dna或细胞器的导入,以这种生物学手段对植物进行改良。在植物育种上应用最多而且期望最高的是体细胞杂交。 体细胞杂交又称原生质体融合,是指2种原生质体间的杂交。它不是雌雄配子间的结合,而是具有完整遗传物质的体细胞之间的融合。因此,杂交的产物一异型核细胞或异核体中将包含有双亲体细胞中染色体数的总和及全部细胞质。当然,由于自然的原因,由杂种细胞再生成的杂种植株内,染色体数目和细胞器的组成以及其它细胞质成分还有不同程度的变化,因而大大增加了后代的变异。此外,由于人为的控制,也会使杂种细胞内的遗传物质发生某种变化,例如体细胞杂交过程中有意识地去除(或杀死)某一亲本的细胞核,得到的将是具有l个亲本细胞核和2个亲本细胞质的杂种细胞,通常把这种细胞称为胞质杂种。 关于原生质体融合技术,自carlson(1972)获得第l个烟草体细胞杂种以来,到80年代中期报道有15个种内组合,38个种间组合,13个属间组合的体细胞杂种植株。大多数属于茄科植物,十字花科只有少数。据不完全统计,到90年代,通过体细胞杂交技术又增添了再生植株的种内杂种14个,种间62个,属间47个,并有2个科间组合的胞质杂种分化出植株。油菜的原生质体融合在70年代也开始了尝试,如拟南芥菜和白菜型油菜原生质体融合获得了自然界不存在的属间体细胞杂种一拟南芥油菜。banneret等通过种间杂交将ogura在萝卜中发现的雄性不育性胞质转移到甘蓝和甘蓝型油菜中。pelletier等通过体细胞融合的方法产生雄性不育的甘蓝型油菜胞质杂种,从而得到优良的没有缺点的雄性不育系。heyn通过油菜雄性不育和raphanobrassica(萝卜×甘蓝型油菜杂交的双二倍体)种间杂交,将恢复基因从萝卜导入到甘蓝型油菜中,pelletier等选择得到了具有改良的最佳胞质杂种组胞质全恢复植株,这类种质具有一个显性恢复等位的基因,近年来,通过不断改良,萝卜胞质三系已接近生产和利用阶段。 1.4诱发与筛选遗传变异,转移创造抗逆、抗药、抗病性突变 因为组织培养改变了细胞分裂的正常周期,使异染色质dna复制更加延迟,从而使带有异染色质区的染色体在细胞分裂过程中发生断裂、引起染色体畸变,诱发转座因子。因此,在组织培养条件下,无论有无诱变剂存在,都有较高的突变率,再生植株中存在着丰富的遗传变异。由于组织培养的环境条件可以严格地加以控制,我们就有可能模拟出各种自然灾害条件,如培养基中nacl的浓度、ph值、添加对某些作物危害最大的流行病菌毒素或者最有效的除莠剂等,组成各种特异性选择培养基,从而筛选出具有对特殊自然灾害抗性、抗药性或抗病性细胞系或再生株,为作物改良提供宝贵的基因来源或种质资源。 2、植物基因工程技术 基因工程即重组dna技术,或分子克隆。是一种外科手术式的遗传操作。它不是通过一般传统的有性杂交方法,而是采取类似于工程建设的方法,按照预先设计的蓝图,借助于实验室的技术,将某种生物的基因或基因组转移到另一种生物中去,使后者定向地获得新的遗传性状,成为新的类型。用重组dna技术实现对某一植物的改造,大体上要经过以下5个步骤:①从某种特定的生物中获取外源dna或目的基因; ②从原核生物中获取目的基因的载体并进行改造;③用限制性内切酶将载体切开,用连接酶把目的基因连接到载体上,获得dna重组体;④以欲改造的植株作受体,使重组dna进入受体细胞,即实现外源dna的转化; ⑤被转化的受体细胞再生完整植株,外源dna在受体内表达。 利用基因工程技术可以改良作物蛋白质成分,提高作物中必需的氨基酸含量,脂肪酸组成,培养抗病毒、抗虫及抗逆境植株,在当前农业生产中已经显示出巨大的经济效益。因此,倍受重视,已经成为研究人员多,投资大,进展快并极富活力的生物技术产业,并展示出在未来农业生产中的诱人前景,是我国"863"计划的重点项目。 近年来,油菜基因工程研究已蓬勃开展,据不完全统计,1985-1991年,十字花科基因工程研究共23篇,其中油菜占13篇。在加拿大,1992年全国转基因植物试验共205个,其中油菜164个。在这164个试验中,抗除草剂试验159个,抗病试验l个,改变蛋白质试验1个,提高含油量的试验l个。 2.1抗除草剂 将除草剂耐性引入农作物是增加对除草剂选择性及完全性的一条新途径。在油菜基因工程中,对抗草甘磷的epsp合成酶(5-enolpyruvylshikimate-3-phosphatesynthase)突变基因的导入取得成效。草甘磷(glyphosate)是一种非选择性的广谱除草剂,它是通过抑制epsp合成酶的活性而阻断芳香族氨基酸的合成,最终导致受试植物死亡。 目前已从e·coli分离出一个突变株,它含有抗草甘磷的epsp合成酶的突变基因,将其引入到作物中,当使用草甘磷时,作物不受损害。由于草甘磷无毒,无残留,易分解,不污染环境,因此,人们对抗草甘磷的epsp合成酶基因的遗传操作十分重视。目前加拿大已有2个抗草甘磷的转基因油菜品系,多加1992一1994年加拿大油菜品种联合试验,这些品系在产量方面与当前品种相当,但品质和抗性加强。 2.2抗虫 培养抗虫植物是基因工程的一个重要应用领域,不仅对改良作物具有重要意义,同时对种子工业和农业化学也有不可低估的影响。在抗虫方面,主要是通过克隆编码。将苏云金芽孢杆菌(bocillas thuringiensis)即b·t·的毒素蛋白基因(也称杀虫晶体蛋白基因)转移到植物细胞中,从而获得抗虫的转基因植株。目前已将其转入到烟草、番茄、棉花中。在姜芸薹抗虫基因工程中,已将苏云金杆菌毒蛋白基因转入油菜、花椰菜、花茎甘蓝,结球甘蓝中。 利用一些蛋白酶抑制剂基因,也可获得抗虫植株。如英国已克服了豇豆的胰蛋白酶抑制剂基因,将该基因转入植株,就产生抑制剂,能破坏虫体胰蛋白酶的活性。害虫食转基因植株后,便因消化不良而死亡。 2.3抗病性 病毒对植物的危害是农业生产上损失最大的病害之一,目前普遍采用的控制和避杀传毒昆虫、选育带有抗病基因的品种、生产脱毒苗以及接种病态的弱毒株系以达到交叉保护的作用等常规方法,均或多或少存在限制因素,导致效果欠佳或产生相反的效果。利用植物工程防治病毒的方法有以下几种。 ①病毒外壳蛋白基因的导入:即利用导入的外壳蛋白基因形成交叉保护,防止或减轻病毒危害,已经获得的抗病毒转基因蔬菜作物有番茄、马铃薯、辣椒等。美国于1986年获得了转化tmv外壳蛋白基因的番茄植株,在大田试验条件下,有tmv外壳蛋白的番茄接种tmv后只有5%的植株发病,产量不减,而对照植株发病率达99%,减产26%~35%。已经成功转化的病毒外壳蛋白基因还有马铃薯x病毒(pvx)、马铃薯y病毒(pvy)、黄瓜花叶病毒(cmv)和大豆花叶病毒(smv)等。 ②病毒卫星rna的crna导入:1986年英国科学家把cmv的卫星rna转成cdna。再将它转进植物中去,第l次获得了抗cmv的工程植株。我国学者赵淑珍也获得了类似的转基因植株。 ③病毒的反义rna:日本科学家1993年已将cmv反义rna基因导入到辣椒中并探索反义技术在抗病毒育种上的应用价值。其抗病机理就是将病毒的基因组反向结合在启动子上,转入植株,使转基因植株编码出反义基因的rna,当外源rna病毒侵入时,反义rna便与之形成互补,构成双链结构,从而阻止病毒复制,减轻病毒危害。 除上述3种方法外,还可以利用植物自己编码的抗病基因以及利用病毒上的其它基因等方法进行抗病品种的育种。 2.4品质改良 据davies(1992)报道,在脂肪酸代谢过程中催化不饱和反应的酶为质体中18碳酰基载体蛋白脱氢酶。将其反义rna基因导入油菜和芜菁。结果使转基因植物中饱和的18碳烷酸含量由2%提高到40%,增加20倍。但油脂含量仅为正常种子的一半。另据kuntzon等报道,由加州月桂树分离得到的月桂酸酰基载体蛋白硫酯酶基因导入油菜中,使转基因油菜种子油中月桂酸(13碳饱和脂肪酸)含量高达50%。此外,据krebbeors等(1991)、stayton等(1991)、altenbach等(1992)报道,通过根瘤农杆苗导入拟南芥和豌豆2s白蛋白基因和巴西坚果富含甲硫氨酸种子蛋白基因,使转基因油菜蛋白质总量成倍增加,甲硫氨酸和赖氨酸含量显著提高。这些事实都说明,提高基因工程改良种子中油脂和蛋白质组成是可能的。 2.5自交不亲和性的转变 自交不亲和性(si)有孢子体和配子体2个主要系统,孢子体不亲和系统是不亲和花粉管在柱头表面生长停滞,配子体不亲和系统是不亲和花粉长出花粉管,花粉管生长停滞一般发生在进入柱头之后。甘蓝(brassica oleracea)仅孢子体系统,其s一座位(s-locus)含有2个多态基因(polymorphic genes)。即s一座位糖蛋白(slg)和s一受体激酶(spk)基因,两者是分离的,相隔约200kb。srk基因中一个类似于slg的结构区域,一个假定的穿膜结构区域和一个激酶结构区域。 甘蓝型油菜(brassica napus)属于自交亲和性的植物,将其slg基因转入自交不亲和性的甘蓝(brassica oleracea)后,甘蓝即变成自交亲和株。这可能是甘蓝的slg基因在受到有益抑制,引起柱头发生变化造成。 2.6育性 决定植物育性的ta29基因及转基因杂种油菜已取得突破性进展。ta29核酸酶基因最先是由goldberg r·b·在烟草花器中发现的。这一基因转至油菜等作物中可以表达。据marlani c·等研究,外源的ta29核酸酶基因在绒毡层中专一表达时,致使绒毡层细胞败育,而绒毡层细胞主要是为花粉粒发育提高营养的,败育后导致花粉发育不正常而表现为雄性不育。为了达到育性的恢复,marlani c·又设计了用绒毡层专一启动子与ta29核酸抑制物基因构成融匣?虻既胫参铮?肷鲜龅既?a29核酸酶基因后得到的雄性不育株杂交,在f1代中,由于ta29核酸抑制物基因表达,抑制了ta29核酸酶的活性,从而恢复可育。 为了使基因工程雄性不育可保护下去,mariani c·又设计了将ta29核酸酶基因与bar基因(编码抗除草剂磷化黄酮的ppt乙酰转移酶)串联在一起的转化植物。这一转基因雄性不育植物当与正常油菜杂交时产生的后代即可用除草剂处理,选择性杀死可育株而保留不育株。现在比利时pgs公司(1993)已利用这一套材料生产杂种。 3、分子标记 分子标记(molecular marker)是指与特定基因或标记连锁的一段经过扩增并可检测出的dna序列。经典的分子标记rflp(限制性片段长度多态性)至今仅l0多年的历史,但人们利用它已构建了数以百计的植物分子标记遗传连锁图。后来发展了基于pcr技术的各种分子标记,如ssr、rapd、scar、aflp等等。这些分子标记各有千秋,已有许多专文予以介绍。这里仅就分子标记在辅助作物育种中的功用概述之。 从本质上看,分子标记与构建经典细胞遗传连锁图的形态学标记和生化标记是一致的。所不同的是与后两者相比较,前者直接反映了dna序列上的变异,并在数量上具有无限性,因此在辅助作物育种上有更广泛的用途。 3.1作物品种资源的dna指纹分析 这种分析不仅将导致对遗传资源本质的评价、归类和利用,还将在品种的纯度测定和品种知识产权保护上发挥作用。 3.2标记重要基因 有些重要基因,如抗病基因检测不仅很费时,还受植物发育阶段的限制。利用与这些基因紧密连锁的分子标记,无疑有助于在育种过程中对特定基因型的选择。如果利用分子标记与目的基因之间的连做关系,构建出类似于细胞遗传图的分子标记遗传连锁图,那么分子标记还将有下述用途: ①辅助回交育种 回交育种中需要解决的问题之一是连锁累赘。利用分子标记可能检测到在目的基因两侧各发生了一次交换的个体,因而可以仅经过二、三次回交,便可达到常规回交育种中回交上10次也达不到的目的。 ②全基因组选择 借助于饱和的分子标记连锁图,可以对各预选单株的整个基因组组成进行分析。在此基础上选择出不仅具有多个目标性状,且遗传基础最为理想的个体。 ③杂种优势分析和预测 杂种优势来源于dna的杂合性,分子标记第一次提供了准确判断杂交组合dna杂合性的手段,从而也第一次有可能从dna水平预测杂种优势。利用分子标记,还可人工培育出在dna序列的重要片段可能高度杂合的亲本,从而配制出超优势的f1组合。 4、结语 处于世纪之交的现代植物育种学是以组织培养、分子克隆和分子标记3大生物技术同育种实践紧密渗透为特征的。组织培养技术已日趋成熟,成为油菜常规育种的重要辅助手段,随着基因图谱的饱和度日益提高,以及rflp标记图谱,基于pcr标记图谱、物理图谱间对应关系的建立,育种家在不久的将来有望利用分子标记来提高选择效率,更快地培育出更好的品种。基因工程除在抗除草剂、抗病、抗虫等方面发挥巨大的作用外,在创造新的雄性不育材料、充分利用杂种优势方面亦展现出诱人的前景。 生物技术论文:生物技术专业实践教学的改革与实践 摘要为提高实践教学质量,调动学生的学习自主性,锻炼学生的实践能力,培养学生的创新精神和创新能力,重庆文理学院通过对生物技术专业实践特点的研讨,对原有的实践教学体系进行改革和创新,构建了新的实践教学体系,实施效果显著。 关键词生物技术专业;实践教学;改革 2002年经重庆市教委批准,重庆文理学院设立生物技术专业,几年来,生物技术专业以培养德、智、体全面发展的高素质应用型人才为目标,以深化实践教学改革、合理设置实验课程体系、优化师资队伍结构、改善实践教学条件为措施进行专业建设,使生物技术实践教学的软硬件条件得到了较大改善。在实验设置和内容方面也进行了一系列的改革,构建了“以专业实验技术为龙头、基础实验技术为基础、模块实验技术为补充”新的实践教学体系。 1生物技术专业实践教学体系建设的原则 长期以来,国内各高校的生物技术专业因成立背景不同,办学特色不同,在实践教学各个环节设置方面各有偏重。近些年来情况有了一些变化,随着生物技术产业对人才要求的不断提高,各校交流的加强,对生物技术专业的内涵及外延有了较为一致的认识。从2005年开始,按照“国内领先和国际先进”生物技术专业的实验课程建设要求,结合重庆文理学院具体情况,对生物技术专业实践教学进行了改革,在课程优化目标方面,主要考虑以下3个方面: (1)就业市场对人才的要求。生物技术是一种高新技术,可以应用于农业、工业、食品、医药、微生物等领域,市场需求范围广。这要求以通才教育为基础,培养厚基础、高素质、能力强的应用型人才,形成核心竞争力。唯有如此,才能使学生在就业市场上展现出较强的竞争优势。因此,应该培养基础扎实、知识面广、技术过硬的应用型人才。 (2)结合学科理论和实践的发展趋势。生物技术是生命科学中发展最为活跃的领域,高新技术不断被发现,为生物学以及其他学科的发展提供了重要的理论依据和研究手段。同时,生物技术也是一门实践性很强的学科,要求学生具有较为扎实的生物科学基本理论、基本知识和较系统的生物技术理论与实验技能,了解生物技术领域的前沿和发展动态,具有较强的创新意识与实践能力。因此,应将最新生物技术科研成果和学术前沿发展趋势引入到教学当中,使学生了解和掌握最新的生物技术,并提高其解决科学难题的能力。 (3)学生自主意识和主观能动性。生物技术实验教学是重要的实践教学环节,它不仅仅是对理论的验证,还是培养学生动手能力、应变能力、创新能力及科学思维的重要手段[1]。生物技术实验教学的改革与探索,重在发挥学生在实验教学中的主体地位,充分尊重学生的兴趣和特长,重视学生的个性发展,促使学生养成自我约束、主动学习、不断进步的优良学风[2]。实验课堂应改变由教师“抱着学生走”的实验方式,以学生为中心,在实验中留给学生较多的独立思考的空间,有利于学生拓宽思路,使学生产生压力,并将压力转变为动力,最终提高学生的动手能力和分析能力。 综合以上各个方面,高等教育应当以学生的个人发展为出发点,形成专业的培养目标,并围绕这一目标进行课程建设和改革。为了实现这一目标,要求学生通过对基础知识体系的学习,形成自我学习的能力。 2生物技术专业实验建设的框架 生物技术是生命科学的前沿和尖端学科,发展日新月异,新技术、新设备、新成果层出不穷,只有不断更新知识,才能紧跟前沿[3]。生物技术专业无论是设备投入还是实验耗材相对较高,要求高校必须加大投入,才能确保实验教学的质量,而加强实验教学的关键是要有一个功能齐全、设备先进的实验室[4]。 首先,围绕专业培养目标,以实践性教学环节为中心,对专业人才知识和技能结构进行整体分析和设计,使课程实验、课程设计、生产实习、毕业设计等主要实践教学环节形成4大模块,使这些模块既分工明确、各有侧重,又相互联系,有机地组成一个不可分割、相互渗透的整体。与理论教学相互配合,以基本技能为基础,专业技能为重点,突出知识的联系性和综合性特点,注重技术应用和创新能力的培养,构建相对完善的具有专业特色的实践教学体系。 其次,结合学科优势,打造创新性综合实验体系。综合实验体系除贯穿基本技能训练体系以外,根据重庆文理学院的专业特色,开设一些具显示度的、切合实验室规模的、包含完整生物制药环节的综合性大实验。充分培养学生的综合实验技能,并与课程理论体系配套,为学生提供初步技能实训的机会。实验规模的生产装置与布局反映了现代生物技术的特点,并充分利用重庆文理学院现有的生物教学中心技术优势,在实验内涵上体现多学科的交叉与应用,反映科研、生产、工艺一体化研究的思想。 最后,依托重庆文理学院建设重点学科的背景,创建柔性技能型实践平台。生物技术专业实验室的建设体现了教学与科研的充分结合。利用学科资源,校级重点实验室、重庆市生物工程中心都直接参与本科实践教学。开设植物组织培养、水产动物良种选育、基因工程、酶工程4个方面的设计型、研究型开放实验,供学生选做。学生依据自身的个性特点可选择感兴趣的实验,实验的内容也根据学科的发展不断调整、提炼最新的研究成果,体现出整个实验系统适应学科发展及个性培养的柔性。通过研究设计型实验环节,让学生体会生物材料的多样性,感受现代生物技术在科学研究和生产实践中的应用,对专业有一个更全面和深刻的认识。 3构建多层次的实践教学体系 实验教学体系是生物技术实践教学体系的重要部分。实验教学体系建设包括实验教学内容、实验教学方法和手段、实验教学队伍和实验室装备等的建设。其中教学内容是实验教学的基本依据,是学生获得实验技能的根本[5]。实践教学内容与体系是围绕着生物技术专业的培养目标制定和建立的,注重学生动手能力、创新能力、实践能力的培养。设立基础实验技术系列、专业实验技术系列和模块实验技术系列3大类别实验课程,明确本专业基本技能点、专业技能点和行业综合技能点要求。以实验技能性质分类为主线,整合实验课程,使学生明确每项技能的训练目标。 基础实验技术系列涵盖生物学和实验技术的核心,是学生必须掌握的基本训练环节,这一层次也称为基础核心实验。专业技术实验系列涵盖生物技术大实验以及发酵工程、植物组织培养、生物技术制药等方面的设计研究型实验,实验内容提前公布,学生可以结合自己的兴趣进行选择,专业技术实验系列中学生可部分或全部完成从实验方案设计、实验准备直至实验结果获取的全过程,培养学生的综合实验能力。在学生进行上述2个层次专业实验技能训练的同时,对一部分较为优秀的同学安排创新实验环节的训练,创新实验反映学科发展方向及研究热点并带有探索性,参加创新实验的学生可以提前进入实验室,并可以免修部分相关的综合实验。 实践教学体系的实施从2005年开始,学院对教学计划及实验室管理模式也进行相应的调整。在教学计划方面,集中时间安排综合性实验,并建立了互动的实验教学信息化平台,开发出集管理、预习、信息反馈为一体的实验管理信息系统,挂在校园网上供学生实验选题、预习、实验室准备、管理之用等。 4实验教学改革的实施效果 实践教学的改革是个永恒的主题,生物技术专业在近几年的改革实践中虽然已取得明显的成效。 首先,实验课教学更趋合理。实验教学改革实施过程中,实验教学内容的改革主要遵循创新性、系统性、连贯性、综合性的原则,从直观性、验证性和巩固性实验向创新能力培养的实验过渡的原则。在实验内容的选择上,适当减少验证性实验内容,增加定量分析试验和大实验,引入学生自主性实验。在实验内容的顺序安排上由浅到深,相互渗透,循序渐进。实验内容调整后的特点实验内容更加符合生物技术专业需求,内容的分布更趋合理,实验内容的改革有利于学生实验能力、实验效果的提高和创新精神的培养,使学生可以掌握更多的实验技术和方法。 其次,培养了学生的科学素养和创新意识。专业技术实验和创新实验环节得到了大大加强,综合性实验由原来的2个增加至10个。开设创新性开放实验机制,有兴趣的学生随时都可以申请开放实验项目,进入实验室进行实验研究。使学生从被动学习逐步转向主动学习,从被动接受教学到主动去探索寻求科学实践知识。许多学生不满足于实验、实习课程的学习,自发组织各种科技兴趣小组,在老师的指导下,从大二开始就介入教师的科研项目,结合教师的科研项目开展课外科技立项活动。通过这种训练方式,学生的动手能力、综合问题的分析能力得到了有效的提高。 再次,将科技前沿融入到实验教学环节。通过大纲的制定、教材的编写以及课程的合理安排,明确了教学思路,学生易于接受、反映良好。通过理论教学和实践教学的有机结合,丰富了课堂教学内容,加深了学生对生物技术理论课程知识的系统理解,提高了学习积极性,激发了求知欲和探索精神,培养了创新思维方法和能力,为他们将来从事科研工作、开发利用资源生产生化产品提供了思路、奠定了理论基础。同时,还将科学发展的前沿和热点渗透到本科实验教学中,部分实验内容直接来源于最新的科研成果,提高自身素质和教学水平。 最后,增强了学生专业学习积极性和主动性。本科学生到科研实验室后,从课题的选择到实验的设计等过程都以学生为主,教师仅做必要的指导,在进行课题研究的时候,专业理论在课题研究中得到应用,让学生专业学习不再枯燥与抽象,特别是课题研究一步步取得进展,解决了一个个难题,让学生获得成功感,学生学习的效能感得到了加强,这些都促使学生学生学习方式从“要我学”到“我要学”,从被动接受到主动探索新知的转变。
化学与健康论文:生物化学课教学与心理健康教育的结合 摘要:高职学生正处于青少年向成年过渡的重要时期,随着学习生活由普通教育向职业教育转变,发展方向由升学为主向就业为主转变,面临职业竞争日趋激烈和就业压力日益加大的环境变化,他们在自我意识、人际交往、求职择业以及成长、学习和生活等方面难免产生各种各样的心理困惑。本文就高职生物化学课教学与心理健康教育的有机结合进行阐述,指出专业课教师在学科教学中有机结合心理健康教育,是促进高职学生思想道德素质、科学文化素质和心理健康素质协调发展的重要途径。 关键词:高职;生物化学;心理健康 在大力弘扬工匠精神的今天,高职学生不仅要掌握专业技能与知识,还要具备过硬的素养,树立健康向上的意识。《中共中央国务院关于进一步加强和改进大学生思想政治教育的意见》中明确表示,高等学校各门课程都具有育人功能,所有教师都负有育人职责。为了贯彻国家的教育方针,落实中央的精神,教育部印发的《中等职业学校学生心理健康教育指导纲要》更是提出明确要求,心理素质培养与职业教育培养目标相结合;在实习实训中渗透心理健康教育。为了有效促进高职学生思想道德素质、科学文化素质和心理健康素质的协调发展,教师在学科教学中有机结合心理健康教育,必将成为行之有效的途径。 一、遵从心理规律,营造和谐课堂 教师既要具备专业知识素养,又要掌握心理学常识,在课堂中营造积极向上、人人平等、轻松愉悦的和谐氛围。充分发挥学生的主观能动性,鼓励学生积极思考,主动求知,不断获得学习成就感,激发起学生的学习兴趣和热情,使他们迈进更广阔的知识海洋。要用发展的眼光看待学生,多赞扬学生的可取之处,少批评强化学生的错误,帮助学生塑造梦想,建立信心。既要给不同层次的学生平等的锻炼机会,也要做到因材施教,对不同性格、不同层次的学生给予相应的帮助和指导。让每位学生感受到教师对他们的尊重和信任,从而营造和谐课堂,加强师生积极互动,提升教学效果。 二、在理论教学中,践行教书育人 教师在备课时要充分挖掘专业知识理论中能拓展到心理健康知识的内容。例如,在介绍氨基酸形成肽键的理论教学中,总结出不管何种氨基酸,都以α-氨基和α-羧基发生脱水缩合的规律。引导学生在解决问题和面临困难时,要理清思路,分清主次,专注重点,减少干扰。在介绍糖、脂、蛋白质、维生素等物质的功能时,把它们的优缺点对比介绍,帮助学生树立辩证思维,客观评价,学会多角度看问题。 三、在实践教学中,追求知行合一 纸上得来终觉浅,绝知此事要恭行。实验实训课是实现心理健康教育的重要环节。在实验实训课上,教师要求学生严格遵守实验室守则和安全注意事项,帮助学生树立规范和严谨的科学态度以及对公物、对人、对己的责任意识和自我保护意识。实验实训课上,教师鼓励学生边做边想,主动探索,不拘泥于教材,敢于质疑,勇于创新。实验实训课上,教师引导学生合理安排时间、器材、试剂等资源,培养计划和协调能力,同时,引导学生互帮互助、团结协作,培养他们的沟通交往能力。最终帮助学生在实践中达到科学素养和人文素养的共同提升。 四、小结 高职学生是宝贵的人才资源,是民族振兴的支柱,是祖国发展的希望。而高职学生正处于青少年向成年过渡的重要时期,随着学习生活由普通教育向职业教育转变,发展方向由升学为主向就业为主转变,面临职业竞争日趋激烈和就业压力日益加大的环境变化,他们在自我意识、人际交往、求职择业以及成长、学习和生活等方面难免产生各种各样的心理困惑,这应当引起高职学校的高度重视。如何在生物化学这门专业基础课的教学中巧妙渗透心理健康教育,根据教学内容和学生实际情况,探索出切实可行的方法,是教师义不容辞的责任。循序渐进,坚持不懈地推进高职生物化学教学与心理健康教育的有机结合,一定可以帮助学生在掌握生物化学知识的同时,树立自尊、自爱、自律、自强的健康心理和优秀品质,同时开发他们的潜能,提升他们的创新精神和实践能力,最终增强社会适应能力。 作者:诸戌娴 化学与健康论文:某生物医药与健康研究院化学楼的通风系统设计 [摘要] 通过对某生物医药与健康研究院化学楼的通风系统设计介绍,阐述了通风柜的各种类型、特点,通风柜排风系统风量、风压的计算,风机的选型,排风管材质的选择,通风系统的控制以及有机废气的处理方式。 [关键词] 化学实验室 实验室通风 通风柜 通风系统设计 有机废气处理 一、概述 该化学楼位于某生物医药与健康研究院广州科学城新建科研园区一期内,为新建建筑。主要从事化学新药的研究与实验,主要排放的废气为含挥发性有机化学物质的废气。该大楼共四层,每层建筑面积1110平方米,每层设七间化学实验室,每间设8台通风柜;首层为预留,二至四层共设二十一间化学实验室,共设168台通风柜。其中一间化学实验室(所有相同)平面布置如图一,共8台通风柜,每4台通风柜合用一排风系统,系统图见图二。 二、通风柜的种类及选型 通风柜是实验室中常见的一种局部排风设备,从其结构、使用条件、排风效果、安全经济等考虑,通风柜的种类有如下几种: 1、顶抽式通风柜,一般用于需加热的实验,实验过程中产生大量的热量,具有良好的排风效果;缺点是通风柜操作口处的风速不均匀,靠近台面处有旋涡气流产生。 2、狭缝式通风柜 在其顶部和后侧设有排风狭缝,后侧部分的狭缝,可设置一条或两条(在中部和下部)。由于上、中、下三个部位都设有排气口,气流流经狭缝时,会产生节流效应,变静压为动压,再变动压为静压,使通风柜内有一股较强的负压气流,使操作口处的风速达到均匀,产生良好的排风效果。 3、旁通式通风柜 通风柜排风量是按操作口全开时的截面积及设计风速来计算的,有时不需人操作时会把柜间关小些,由于排风量保持恒定,在操作口调节门下进气口的风速将变大。对有些实验操作如:用火加热,使火焰晃动,产生不利的影响。所以通风柜设置了旁通口解决以上问题,当操作口调节门上移开大时,旁通口被调节门阻档,不起旁通作用,空气由操作口直接进入通风柜;当调节门下移关闭时,旁通口开启,一部分空气从旁通流入柜内,使操作口风速基本稳定。 4、风幕式通风柜 也称补风型通风柜,把占总排风量70%左右的新风送到操作口,或送到通风柜内,专补给排风使用,其余30%左右的排风由室内空气补充。新风可根据实验要求来决定是否需要过滤、冷却、加热等处理。由于补风型通风柜排走的室内空气较少,保证安全情况下,节能,常用于有空调要求的实验室或洁净室。 三、通风系统的设计 1、通风柜排风量的确定,由公式计算: L=3600 FVβ m3/h 式中L―排风量(m3/h) F―操作口面积,按全部打开计算(m2,开口高取0.5m)。 V―操作口平均风速(m/s),无毒有害物,操作口吸风速度采用0.25~0.375 (m/s);有毒或有危险的有害物,操作口吸风速度采用0.4~0.5(m/s);极毒物或少量放射性有害物,操作口吸风速度采用0.5~0.6(m/s);本项目为第二类。 β―安全系数,取1.05~1.1 四台通风柜组合成一排风系统的风量计算如下: L=4×3600×1.8×0.5×0.5×1.1=7128m3/h 2、排风机风压的确定,首先计算系统阻力,再乘以1.1左右的余量,以克服使用过程中产生的不利因素。系统阻力由以下组成:风管沿程阻力+局部阻力+消声器阻力+净化处理装置终阻力。按排风管其中一套最长距离通风系统计算,排风机风压约935Pa 3、风机的选型,根据通风量、风压确定通风机的型号,选用玻璃钢离心风机BF4-72No4A,转速2900r/min,风机功率5.5kW。可满足要求。传动方式采用A式电动机直联传动,效率高,曲线平坦 性能稳定可靠,维护方便,使用寿命长。 4、排风管材质的选择,所有排风管道、阀门、软接均采用耐腐蚀型,常用管材有PVC圆管材、PP圆管材、硬聚氯乙烯板材方管,无机玻璃钢方管,除无机玻璃钢方管外,其它管材均非不燃材质。由于要穿越了不同的防火分区,项目采用厚度为25mm厚不燃无机玻璃钢风管,圆支管(不穿防火墙)采用优质圆形PVC管材。 四、排风有机废气处理 根据 《大气污染物综合排放标准》 (GB16297-1996?) 及 《环境空气质量标准》 (GB3095 ―1996)要求,所有废气的处理要达到国家规范的允许排放标准。实验室排放废气的处理常用的方法有中和法与吸附法,中和法用于无机类废气的处理,无机类废气体含成份有:HCL、HF1、NO、NO2、NH3、CL2、CO、SO2、SO3、H2S等,它处理方式是采用废气净化塔,通过对废气中可溶于某溶剂的吸收和洗涤,通过传热和传质使废气中的某种组分吸收到溶剂中;吸附法用于有机类废气的处理,有机类废气体含成份有:甲醛、甲醇、苯、甲烷、乙烷、乙炔等,它处理方式采用活性炭吸附箱,利用活性炭本身高强度的吸咐力,结合风机作用将有机废气分子吸咐住。 经征询化学实验室研究人员,化学实验过程中产生的废气主要为有机废气,并且根据业主方提供的环评报告要求“经活性碳吸附处理后通过通风管道高空排放,活性碳去除率一般在90%以上,本项目有机废气的排放经处理后可达标,可满足《广东省大气污染物排放限值标准》(DB44/27-2001)的要求。”。本项目废气处理采用抽屉式活性炭吸附箱,并在活性炭过滤前增加了初效过滤袋(G4),以增加活性炭寿命。 五、结束语 本文作者历经该项目从2007年土建开始设计,到2010年竣工投入使用。在设计此类项目中,还需注意以下几方面问题: 1、通风管道要与建筑专业的配合,现在很多科学实验室建筑不注意各种管网位置的预留,造成各种的管道设计的困难。该项目多达42套排风系统,通过与建筑专业的配合,在每层两间实验室之间建筑的中间设置排风井至天面,避免了过长的排风管道,隐藏了排风管道。 2、项目选择了补风旁通型定风量通风柜,由于地处广州,新风并未经冷、热处理,冬季补风带对着实验人员直吹,影响了人体的舒适性,经改进,封堵部分补风口,使补风尽量往通风柜两边补,并改造补风机控制方式,补风机可直接启停,关闭补风机时,由窗外自然补风。 3、由于共用了新风管道补风,调试时各通风柜补风不易平衡,经新风管阀门的调整,基本达到平衡,类似该类项目新风设计尽量单独引进,以便各通风柜补新风量的调节。 化学与健康论文:高中化学健康教育的实践与研究 【摘 要】随着社会的不断发展和进步,整个国民的健康都面临着严峻挑战,化学学科凭借着独特的优势,构建了自己的化学健康教育目标体系,并形成自己的教学模式,保障了人类的健康。 【关键词】高中化学;健康教育;实践与研究 健康教育是高中化学培养目标的一个重要内容,在高中化学的教材中,专门设置了一个主题就是“化学与健康”。健康教育已不仅是化学学科的发展要求,更是社会生活的发展趋势。所以,我们在进行化学教学的过程中,要积极进行健康教育,让学生通过化学知识的学习,认识化学处处与自己的健康有关,从而提高他们学习的积极性。 一、化学健康教育的内容目标体系 健康教育是涉及众多领域的教育主题,每个科目都不同程度的承载着健康教育的职责,但是,因为化学学科的特殊性,化学学科承载了较多的健康教育的责任,因为它化学与人类有着极为特殊的关系。化学关注环境,化学关注能源和材料等,这些也都是在关注人类生存,这些自然将化学与健康联系在了一起。 随着化学新课程改革的逐步深入,健康教育的内容在化学学科课程结构中逐步形成体系,也不断得到了强化。下表就概括了化学学科健康教育的内容标准: 1.内容:认识并欣赏化学科学对提高人类生活质量和促进社会发展的重要作用。 学习方式:讨论:合成氨、药物合成、合成材料、环境保护等对提高人类生活质量的影响。 所属模块和主题:化学1,认识化学学科 2.内容:了解氯、氮、硫、硅等非金属及其重要化合物的主要性质,认识其在生产中的应用和对生态环境的影响。 学习方式:无 所属模块和主题:化学1,主题:常见无机物及其应用 3.内容:认识食品中对人类健康有重要意义的常见有机物。 学习方式:讨论:食用油脂对人体健康的意义。 所属模块和主题:选修,主题1化学与健康 4.内容:说明氨基酸、蛋白质的结构和性质特点,能列举人体必需的氨基酸。 学习方式: 所属模块和主题:选修,主题1化学与健康 5.内容:通过实例了解人体必需的维生素的主要来源及其摄入途径。了解维生素在人体中的作用。 学习方式:调查:矿泉水中的微量元素及其作用。 所属模块和主题:选修,主题1化学与健康 6.内容:认识微量元素对人体健康的重要作用。 学习方式:查阅资料并讨论:铅、碘元素对人体健康的影响。 所属模块和主题:选修,主题1化学与健康 7.内容:了解合理摄入营养物质的重要性,认识营养均衡与人体健康的关系。 学习方式: 所属模块和主题:选修,主题1化学与健康 8.内容:了解人体新陈代谢过程中的某些生化反应。 学习方式: 所属模块和主题:选修,主题1化学与健康 9.内容:知道常见的食品添加剂的组成、性质和作用。 学习方式:查阅某些食品的标签,了解其中的营养成分和所含的添加剂。 所属模块和主题:选修,主题1化学与健康 10.内容:通过实例了解某些药物的主要成分和疗效。 学习方式:查阅资料:常用药物的成分、结构与疗效。 所属模块和主题:选修,主题1化学与健康 11.内容:举例说明生活中常用合成高分子材料的化学成分及其性能,评价高分子材料的使用对人类生活质量和环境质量的影响。 学习方式:查阅资料并讨论:复合材料的应用和发展前景。 所属模块和主题:选修,主题2生活中的材料 12.内容:知道主要的居室空气污染物;了解其对人体的危害。 学习方式:讨论:如何减少或避免甲醛等挥发性有机物、氡等对居室空气的 污染 所属模块和主题:选修,主题3化学与环境保护 13.内容:能说出氨基酸的组成、结构特点和主要化学性质,查阅资料了解氨基酸、蛋白质与人体健康的关系。 学习方式:阅读与讨论:蛋白质结构的复杂性。实验:蛋白质的性质。 所属模块和主题:5.有机化学基础,主题3糖类、氨基酸和蛋白质 从以上内容我们可以看到,化学健康教育的内容极为广泛,既包含了健康意识,也有健康知识,甚至还教会学生一些健康技能,这些都体系了化学学科与人类健康的密切关系,凸显了化学学科对保障人类健康的重要价值和作用。 二、化学健康教育的模式。 在上面内容可以看到,化学健康教育的内容,基本是通过讨论,阅读,查阅资料,实验等方式进行学习,这些学习方式体现了一个共同的特点就是“探究和体验”,还有一些内容需要教师自己决定和安排,我们也可以从“探究和体验”的方式进行设计。这种教学模式对学生树立健康意识,形成健康习惯,具有极大的促进作用。也就是说,化学健康教育适合这种教学模式,有利于教学效果的提高。 总之,健康教育关系到整个民族的身心健康,它不仅仅是化学学科的责任,更是我们每个人的义务。随着社会的不断发展和进步,整个国民的健康都面临着严峻挑战,化学学科凭借着独特的优势,发挥着重要的价值和作用,这就是构建化学健康教育的意义之所在。 化学与健康论文:心理健康教育在化学教学中的渗透与融合 摘要:在化学教学实践中,着眼于学生的全面发展,从化学学科教学的特点出发,结合心理健康教育理论,在化学教学中渗透心理健康教育,可以挖掘化学学科中的心理健康教育内容,探索实施心理健康教育的新途径,大幅度提高化学教学质量。 关键词:心理健康;化学教学;渗透与融合 新课程背景下,在化学教学实践中,着眼于学生的全面发展,从化学学科教学的特点出发,结合心理健康教育理论,在化学教学中渗透心理健康教育,可以挖掘化学学科中的心理健康教育内容,探索实施心理健康教育的新途径,大幅度提高化学教学质量。 《义务教育化学课程标准》提出,化学课程改革以提高学生的科学素养为主旨,通过知识与技能、过程与方法、情感态度价值观三个方面具体体现化学课程对学生科学素养的要求,以上三个维度无一例外需要依托心理规律去实现,特别是情感态度的获得和价值观的形成。知识掌握与心理发展是相辅相成的两个方面,学生心理发展在知识掌握中进行,而学生心理素质的发展又能有效促进知识的掌握,这已为许多研究所证实。抓住了学科教学这个关键,适时施行心理健康教育渗透,就能抓住实施心理健康教育的根本途径和主要阵地。可见,在化学学科教学中渗透与融合心理健康教育有重要的现实意义。 一、激发学习动机,提高自我效能 如果学生对学习缺乏真正的兴趣,学习的动力就不会持久;如果学习只是满足某种外在要求的手段,学生在学习中就难以体验到学习的快乐,这对学生长远发展是不利的。我们在教育过程中强调内部学习动机,但也要重视外部学习动机的作用。教师一方面应逐渐使外部动机作用转化为内部动机作用,另一方面又应利用外部动机作用使学生已经形成的内部动机作用处于持续的激起状态。因此,教师需要有意识地将学习的意义和价值巧妙地渗透在教学过程中,并在期待的学习行为发生后给予表扬和鼓励,这种强化就会激励学生在今后表现出更多期待的行为。如利用作业批改中的简短评语渗透心理健康教育,可以使学科渗透心理健康教育效果得以强化。老师在批改作业时巧妙运用简短评语,能使学生清楚认识自己的优缺点,调动学生的学习热情和积极性。短短的几字评语往往起到“拔动千斤”的作用。 二、有效应用心理学规律,不断提高化学教学艺术 心理学是描述规律的科学,教育自然要遵循科学,但应用科学规律则是艺术,有赖于教师们根据自己的特定情境去创造。心理学效应是对教育学、心理学知识的综合运用,只要我们细心体味,灵活运用,一点小小的知识也会产生奇妙的效果。 1.拉瓦赫效应---点燃孩子智慧的火花 拉瓦赫效应是指每一个学生因其生理、心理、潜质的差异,环境的不同,他们的学习潜能就不同。在教育教学过程中,我们要正视学生的个体差异,仔细观察、冷静分析,用心去寻找学生的长处并及时鼓励强化,用心去点燃孩子智慧的火花,激发孩子奋斗的动力。学生找到自己潜能的优势方向,经过努力就能取得显著的进步,通过进一步引导,把这一种成功的喜悦、奋斗的勇气、努力的动力移情到知识的学习上,就会带动学生不断进步。 2.引导学生进行积极归因,提高自我动机水平 学生对成败结果的归因不仅会带来不同的情绪情感体验,影响他们对未来成就的期望,而且会影响他们的行为表现和学业成绩。对学习进行正确的归因训练,可以提高学生对学习成绩成功的期望,使学生追求成功的动机增强,从而提高学生的自我动机水平。通过自我归因水平测试、归因理论的学习、案例分析以及自我探索等活动可以帮助学生更加清楚地认识自己的归因方式,学习积极的归因方式。美国著名心理学家布鲁纳说过:“学习者不应是信息的被动接受者,而应该是知识获取过程的主动参与者。”只有当学生亲身参与、主动探究,才能将所学知识内化到自己的知识体系之中。只有通过学生自主内省,才能真正达到掌握知识、提升能力、强化动机的目的。通过此次活动,学生们对教师更加信任和亲近,学习兴趣有所增强,学习方法更加科学,学习效率有所提高。 三、突出化学学科特点,找准渗透心理健康教育的切入点 1.充分利用化学学习内容的内在美,激发学生学习兴趣 化学实验是创造化学美的源泉,经常让学生在实验过程中欣赏感受化学美,提供学生审美创美的时间和空间,就会消除对化学的误解,激发探索化学的浓厚兴趣,产生热爱生活、愉悦和谐、乐观向上等积极情绪。例如在学习氢氧化钠与二氧化碳反应这一性质时,向学生展示二氧化碳与氢氧化钠溶液反应形成美丽的喷泉、使气球不吹自大等实验,学生啧啧称奇,学习兴趣得到充分激发,这时要求学生根据所学知识分析原理,他们的积极性十分高涨。 2.探究讨论,引导学生自主构建知识的意义 为更深层次激发学生学习化学的兴趣和参与意识,给学生创设研究问题的情景,让学生亲自去感受、探索问题,寻找解决问题的方法,让学生了解科学家的研究方法,根据已学知识来自己设计实验,完成实验,找出最佳方案,产生解决问题的满足感。放手让学生参与的做法激励了学生积极思考的意识,增强了化学实验思维能力,拓宽了学生的知识面,变被动、机械的学习为主动灵活的学习,学生动手能力也得到很大提高。学生对化学学科的兴趣由表及里,由浅入深,达到情感的升华,真正成为自身发展的需要。例如;实验探究溶液的酸碱度对头发的影响、酸雨对植物生长的影响等实验都可引导学生进行有效探索,达到更深层次培养学生学习兴趣的目的。 科学探究是初中化学的一种重要的学习方式,它为学生的合作与交流创造了一个很好的平台。而合作的意识和能力,是现代人所应具备的基本素质。科学探究的开展将努力创设有利于人际沟通与合作的教育环境,使学生学会交流和分享研究信息、创意及成果,发展乐于合作的团队精神。例如:在讲中和反应时,按以下步骤进行学习:①在试管中加入氢氧化钠溶液,向其中滴加稀盐酸并观察实验现象;②为探究氢氧化钠和稀盐酸是否发生了反应,现提供以下药品:氢氧化钠溶液、稀盐酸、石蕊溶液、酚酞溶液、pH试纸等,请各小组讨论,看那组找的方案多,由小组长记录每人的方案,然后以小组为单位,汇报各组的方案,在此基础上,让学生合作来做实验,这样的课堂气氛有利于培养学生的积极主动、坚持探究、合作与交流的能力。 化学与健康论文:人体内的化学元素与人体健康 【摘要】人体是由有机物、无机物组成,人体中除了C、H、O、N几种元素以水、糖类、油脂、蛋白质和维生素的形式存在外,其余的元素主要以无机盐的形式存在。体内的无机盐能调节人体的新陈代谢,促进身体健康。 【关键词】化学元素 人体健康 有些元素是构成人体组织的重要材料,并通过复杂的化学变化转化为人体的各个组成部分。人体本身是一个复杂的化学反应系统,生命现象就是一系列复杂的有机物相互制约、彼此协调的变化过程的体现。 一、人体内的化学元素 构成人体的元素很多。有些元素在人体内含量较多,如O、C、H、N、Ca、P、K、S、Na、Cl和Mg共11种元素,占人体体重的99%以上,属于常量元素。其它元素在人体内含量微小,仅占体重的1%不到,属于微量元素。其中F、I、Si、Cr、Cu、Mn、Fe、Co、Mo、Zn、V、Ni、Sn、Se共14种元素,是在人体正常生命活动中所必需的而含量又低于人体总量的0.01%的元素,称为必需微量元素;其中Al、Ba、Ti等人体内不必有的微量元素,称为非必需微量元素;其中Hg、Pb、Cd、Tl、Be等对人体有很大危害的元素,称为有害微量元素。 二、一些常量元素在人体内的生理功能 常量元素在人体中的主要生理作用是维持细胞内、外液的渗透压的平衡,调节体液的酸碱度,形成骨骼支撑组织,维持神经和肌肉细胞膜的生物兴奋性,传递信息使肌肉收缩,使血液凝固以及酶活化等。 1.碳、氮、氧、氢是人体必需的常量非金属元素 C、H、O、N几种元素以水、糖类、油脂、蛋白质和维生素的形式存在于体内。氮是构成蛋白质的重要元素,是人体的生命元素。蛋白质是构成细胞膜、细胞核、各种细胞器的主要成分。动植物体内的酶也是由蛋白质组成。此外,氮也是构成核酸、脑磷脂、卵磷脂、叶绿素、植物激素、维生素的重要成分。 2.钠、钾、镁、钙是人体必需的常量金属元素 Na+、K+、Mg2+、Ca2+四种离子占人体金属离子总量的99%。如果得不到足量的食盐,就会患缺钠症。主要症状是恶心、肌肉痉挛、神经紊乱等,严重时会导致死亡。 镁是体内多种酶的激活剂,对维持心肌正常生理功能有重要作用。钙是构成骨骼和牙齿的主要成分。钙和镁都能调节植物和动物体内磷酸盐的输送和沉积。钙能维持神经肌肉的正常兴奋和心跳规律,血钙增高可抑制神经肌肉的兴奋,血钙降低,则引起兴奋性增强而产生手足抽搐。 3.磷也是人体必需的常量元素,主要参与机体组成及能量代谢 人体骨骼,牙齿中的磷为钙量的一半,磷也是软组织的重要成分。此外,机体中的磷还有许多结构性的性能:贮存能量、活化物质、组成酶的成分、调节酸碱平衡。 三、微量元素在人的生命活动中有着十分重要的作用 微量元素与人类健康密切相关。已引起国内外营养界和医学界的普遍重视。 (一)必需微量元素的功能 人体正常生命活动中所必需的而含量又低于人体总量的0.01%的元素是必需微量元素。每种必需微量元素都有其特殊的生理功能。尽管它们在人体内含量极少,但它们对维持人体中的一些决定性的新陈代谢却是十分必要的。一旦缺少了这些必需的微量元素,人体就会出现疾病,甚至危及生命。 总的来说,必需微量元素在人体中的主要功能是:作为细胞和组织的成分、作为功能蛋白质的成分、维持身体内的渗透平衡、作为酶的激活物、参与神经脉冲的传递。 1.碘 通过甲状腺素发挥生理作用,维持中枢神经系统结构。是合成甲状腺激素的重要微量元素。 2.硅 硅元素在人体内,主要参与粘多糖的合成与代谢。人体缺硅,可导致关节硬化和动脉硬化,以及其它心血管疾病。 3.锌 是人体中最重要的微量元素之一,是直接参与免疫功能的重要生命相关元素,锌缺乏时,会引起食欲减退、免疫功能低下、眼睛呆滞无神、皮肤粗糙易感染、贫血、视力下降、毛发枯燥,甚至引起肝脾肿大,从而导致发育缓慢。 4.氟 是骨骼和牙齿的正常成分。可预防龋齿,防止老年人的骨质疏松。 5.钴 是维生素B12的重要组成部分。钴对蛋白质、脂肪、糖类代谢、血红蛋白的合成都具有重要的作用,并可扩张血管,降低血压。 6.铬 可预防高血压,防治糖尿病、高血脂胆石。铬元素 可协助胰岛素发挥作用,防止动脉硬化,促进蛋白质代谢合成,促进生长发育。但当铬含量增高,如长期吸入铬酸盐粉,可诱发肺癌。 7.铜 铜还与人体皮肤的弹性、润泽有密切的关系。其主要功能是参与造血过程;增强抗病能力;参与色素的形成。铜含量在体内减少时,会影响铁的吸收,导致铁的利用障碍,最终发生缺铁性贫血。 8.锰 能刺激免疫器官的细胞增值,大大提高具有吞噬、杀菌、抑癌、溶瘤作用的巨噬细胞的生存率。 9.硒 是免疫系统里抗癌的主要元素,可以直接杀伤肿瘤细胞。硒具有抗氧化,保护红细胞的功用。 10.铁 铁在人体中含量约为4―5克。铁在人体中的功能主要是参与血红蛋白的形成而促进造血。缺铁常常导致缺铁性贫血。 (二)非必须微量元素对人体的影响 1.铝(Al)是非人体必需元素。 2.砷(As)也是非人体必需元素。 3.硼(B)也是非人体必需元素。 (三)有害微量元素 还有一些微量元素对身体能造成伤害。如铊过高易患脱发症;汞污染能使人口齿不清、步态不稳、面部痴呆、耳聋眼瞎、全身麻木,最后神经失常,身体弯弓,高叫而死,损伤中枢神经系统。严重者合并性格改变,口腔炎症和双手震颤;铅能损坏所有体内器官,影响智力发育和骨骼发育,造成消化不良和内分泌失调,导致贫血、高血压和心律失常,破坏肾功能和免疫功能等;镉污染能使各个关节针刺般疼痛,轻微活动能引起多发病理骨折,最后衰弱疼痛而死。 由此看来,这些看来不起眼的元素,对人的健康有着举足轻重的作用。微量元素对人体特别重要,摄入量过多过少都能引起疾病。人体内各种元素含量都要保持一定的比例。 化学与健康论文:大学生自主文化学习的Flow体验与心理健康的关系研究 摘 要 采用特质流畅量表-2和自测心理健康量表对193名大学生进行调查。结果表明大学生自主文化学习中的Flow体验与心理健康之间显著正相关,Flow体验可以预测其心理健康水平。 关键词 自主学习 Flow体验 心理健康 Flow体验是指人们对某一活动产生浓厚兴趣并推动个体完全投入其中的一种积极情绪体验。具有技能挑战平衡、行动意识融合、清晰目标、明确反馈、全神贯注、控制感、自我意识丧失、时间变换、享受体验9项特征。以教育为背景的Flow体验研究很少,大学阶段的自主文化学习较为普遍,在教学目标的宏观调控及教师指导下,学习者要控制自己学习的能力,根据自身条件和需要制订并实现具体学习目标,因此探索大学生自主文化学习中的Flow体验更具现实意义。本研究将自主文化学习范围限定为上一门喜欢的课、完成一项有难度的作业或实验、看一本有价值的专著等。 有研究发现,Flow体验有助于提升幸福感,与降低压力、积极情绪、生活满意度之间显著正相关。由此看出,Flow体验与心理健康存在相关,本研究旨在探寻大学生自主文化学习中的Flow体验能否预测其心理健康水平。 1研究设计 1.1研究对象 对大学四个年级学生分层随机抽样,发放问卷280份,收回有效问卷193份。男生75人,女生118人;大一48人,大二47人,大三50人,大四48人。 1.2研究工具 1.2.1特质流畅量表-2 包含九个维度,33题,五点计分,本研究中问卷%Z系数为0.861。 1.2.2心理健康自测量表 包含正向情绪、心理症状和负向情绪、认知功能三个维度,15题,十点计分,重测信度为0.791,本研究中的%Z系数为0.859。 1.3 数据处理 采用SPSS进行数据统计分析。 2结果与分析 2.1 Flow体验与心理健康的性别差异比较 通过分析发现,Flow体验总分在性别上无显著差异,自我意识丧失、时间变换两个维度,男生得分显著高于女生,享受体验维度,男生得分显著低于女生。男女生心理健康差异不显著。 2.2年级差异比较 通过分析发现,Flow体验和心理健康总分在四个年级上均无显著差异,清晰目标维度,大四学生得分显著高于大一、大三;时间变换维度,大四学生得分显著低于大二、大三;心理症状和负向情绪维度,大四学生得分显著高于其余年级。 2.3 Flow体验与心理健康的关系 通过分析发现,Flow体验总分与心理健康总分显著正相关,Flow体验九个维度与心理健康三个维度间大部分也呈显著正相关。 2.4 Flow体验对心理健康的预测 以Flow体验的九个维度为预测变量,心理健康总分为结果变量,采用逐步进入法进行回归预测,得到回归方程: 心理健康=2.607+全神贯注*0.543+挑战–技能平衡*0.620+控制感*0.305-时间变换*0.2988。 该回归方程的决定系数R2=0.484,说明全神贯注、挑战技能平衡、控制感、时间变换四个维度对心理健康水平有预测作用。 3讨论 3.1不同性别、年级的Flow体验、心理健康特点 本研究被试以文科生居多,学习方法类似,且自主文化学习范围有所限定,因此Flow体验不存在性别差异。同时,女生喜欢结伴学习,男生擅长独立思考,因此男生更容易融入到学习中,降低对周围事物的关注,失去对时间的正确觉知,女生更愿意分享完成任务的喜悦感,并将其作为强化未来学习的最好鼓励。大四学生即将毕业,面临升学或求职的抉择,比起低年级学生,更明白自己想要什么,因此大四学生目标性更强。但是,时间有限任务重,他们对时间变换的感受就会低于其它年级。 大四学生比其他年级的心理症状和负向情绪少,说明近年来学校加强的心理健康教育起到一定作用,大四学生在人生转折点虽压力重重,但学习目标明确,Flow体验提供给个体幸福感、积极心理、低紧张度,加之四年来的相关社会实践,耐挫、耐压力性有所提高,而低年级学生对未来还处于迷茫状态,面对各种挑战不知所措。 3.2 Flow体验与心理健康的关系 Flow体验与心理健康显著正相关,即越能体会到Flow体验,心理健康水平越高。全神贯注、挑战技能平衡、控制感、时间变换四个维度对心理健康水平有预测作用,解释率达到48.4%。自主文化学习中,通过挑战有一定难度的任务,感受自己技能和挑战水平的平衡、掌控挑战任务的进展,以至于失去正确的时间知觉,这种体现自我价值实现的Flow体验增强了大学生的幸福感,使大学生对学习更满意、更乐观,有助于提高心理健康水平。研究者建议,学校教育不应仅是知识和技能的灌输,更应该注意培养自主学习的能力和良好的学习习惯;教育工作者应当为学生创造产生Flow体验的条件,激发学生Flow状态,从而提高和促进大学生的心理健康水平,促进学生的发展。 化学与健康论文:化学重金属元素与人体健康 摘 要: 城市土壤是经过人类活动长期干扰或直接“组装”,并在城市特殊的环境背景下发育起来的土壤,它与自然土壤和农业土壤相比,既继承了原有自然土壤的某些特征,又有其独特的成土环境和成土过程,表现出特殊的理化性质和土壤生物系特征。城市土壤由于能够作为接纳多种途径释放的重金属的汇总,因此,城市土壤中重金属含量的高低常常可以作为指示城市环境污染强弱的“示踪物”。 关键词: 城市土壤 重金属污染 人体健康 城市人口集中,工业发达,交通拥挤,人类活动影响强烈,城市土壤作为地球生物圈的一个组成部分,有一定的生态、环境和经济功能。城市土壤中污染物主要是重金属、多环芳烃和多氯联苯,其中以重金属污染最为严重,因此,城市土壤中重金属已被许多学者作为指示城市环境污染程度的一个非常有用的指标。 目前,对于重金属主要有以下几种看法:(1)重金属是指原子密度大于5.0g/cm■或6.0g/cm■的金属元素,这一大类元素大约有40种。(2)元素周期表中原子序数大于钙的金属元素,即从钪起为重金属。(3)重金属即为有毒金属。 上述三种定义都欠准确。例如,尽管金属铝的原子密度只有2.7g/cm■,但在对环境造成污染和对生物健康表现出极大的伤害酸性环境中,它的毒性随着溶解性的增加而增加。鱼鳃对铝离子中比较敏感,阿尔茨海默氏病是铝累积在脑中而引发的疾病。而某些元素的原子密度虽然大于5.0g/cm■或6.0g/cm■,但并没有表现出潜在的毒性。 重金属作为一类特殊的污染物,具有明显地不同于其他污染物的特点:第一,重金属在环境中不会被降解,主要通过沉淀—溶解、氧化—还原、络合或螯合作用、胶体形成、吸附—解吸等一系列物理、化学以及生物作用进行迁移转化,参与和干扰各种环境生物地球化学过程和物质循环过程,最终以一种或多种形态长期滞留在环境中,造成永久性的潜在危险。第二,有些重金属是生物生长发育所必需的营养素,这些因素具有很强的生物富集能力,只有超过一定浓度时,它们才被称为污染物,会产生更高的生物积累,并对生物的生长发育产生副作用;有些重金属为生物的生长发育非必需,它们具有与许多矿物营养因素相同或相似的外层电子层结构,能通过扩散和细胞膜渗透而进入生物体内,发生生物累积。这些金属在环境中只要微量存在,即可产生毒性效应,影响生物的生长发育。第三,环境的中某些重金属可在微生物的作用下转化为毒性更强的重金属化合物,如汞的甲基化作用。第四,重金属在进入生物体后,不易被排出,在生物链中的生物放大作用十分明显,在较高级的生物体内可成千上万倍地富集起来,然后通过食物链进入人体,在人体的某些器官中蓄积起来,造成慢性中毒,影响人体健康。 因此,土壤重金属污染不仅影响土壤的性质,而且关系到植物、动物甚至人类的健康,而且一旦土壤被重金属污染,就很难彻底消除。由于重金属污染物具有多源性、隐蔽性、一定程度的长距离传输性和污染后果的严重性等特征,因此应该特别注意防止土壤的重金属污染。 重金属元素进入城市土壤后,由于其迁移性极低和难以被微生物分解的特性而被累积于城市土壤中,然后通过风力、水力或植物等介质最终危及人类健康和恶化生态环境。在人体中,每时每刻都在进行着化学元素参与其间的高度精细的化学反应。化学元素不仅是构成人体的基本材料,而且在人体的生长、发育、疾病、死亡中起着非常重要的作用。人类在长期发展过程中,经过反复的适应与驯化,形成了具有调节自己的生理功能来适应不断变化的环境的能力。人类的疾病多是机体在化学性因素、物理因素和生物性因素作用下,功能、代谢及心态上发生的病理变化到一定程度所表现出来的特殊临床症状。 决定某种化学元素对人体有害或无害的重要因素,主要是元素的量。德国科学家在研究生物必需元素时,发现植物缺少某种元素不能成活,元素适量时茁壮生长,当元素过量时就显示出对植物的毒性,甚至死亡。重金属摄入人体内,一般不会发生器质性损伤,而是通过化合、置换、络合、氧化还原、协同或拮抗等化学的或生物化学反应,影响代谢过程或酶系统,所以毒性的潜伏期较长,往往经过几年或几十年时间才显示出对健康的病变。已有研究表明:某些有毒的重金属严重地影响人类健康。 重金属与人体健康的部分调查情况:(1)对人的肝有影响的是As、Be;(2)对人的肾有影响的是Cd、Hg、Pb;(3)对人的生殖有影响的是As、Cd、Cr、Hg、Mn、Pb、Se、Tl;(4)对人的神经有影响的是As、Hg、Mn、Ni、Pb、Sn、Tl;(5)对人的视觉有影响的是Hg、Pb;(6)对人的免疫有影响的是Ni;(7)对人的呼吸有影响的是Cr、Ni、V、Pt;(8)对人的皮肤有影响的是As、Cr、Ni;(9)对人的心血管有影响的是As、Cd、Pb;(10)对人的血液有影响的是As、Cu、Pb。 近一个世纪来,各国癌症发病率一直处于上升状态。特别是20世纪70年代以来,癌症的发病率在大多数国家居于前三位,病人人数逐年增多。近年来,世界卫生组织的报告认为引起癌症的主要原因是环境因素,因此,癌症病因及其防治成为科学研究的关系大致可以分为三类:已肯定具有致癌作用元素、可疑致癌元素和促癌元素。 重金属元素与癌的部分调查情况:(1)已被确定为致癌的元素有As、Cd、Hg、Ni、Pb、Cr、Sb;(2)可疑致癌的元素有Be、Co、Cd、Se、Tl、Zn;(3)促进致癌的元素有Cu、Mn。
中药制药论文:高新技术在中药制药领域应用的分析 摘 要:如今,人们对于中药制药质量要求越来越高,这也使中药制药面临了巨大的机遇和挑战,越来越多先进科学技术与专业设备出现在中药制药市场中。然而,我国目前中药制药领域中,高新技术得到了广泛的应用,高新技术的出现,不仅大大提高了中药制药生产的效率,还能够有效保障药品的安全卫生质量,对于中药制药行业的稳定发展有着重要的作用。因此,本文就具体介绍了高新技术在中药制药领域中的应用,并对其中存在的一些问题进行分析,总结出以下几点注意事项。 关键词:高新技术;中药制药;应用;分析 目前,高新技术受到了中药制药领域的高度重视,被广泛应用于中药制药过程中,取得非常好的效果。但是,就我国目前高新技术水平而言,虽然取得了一定的发展与进步,可总体来说尚不成熟,在实际的中药制药领域的应用中,仍旧存在很多的问题和不足,使得药品质量无法得到充足的保障,严重影响了中药制药的生产效率,这无疑会对中药制药领域产生一定的冲击。因此,本文以高新技术在中药制药领域的应用为主要内容,加少了几种不同类型的高新技术,提出一些自身的观点,仅供参考。 1 高新技术在中药制药工程中的应用与分析 1.1 泡制全浸润工艺与装备 一般情况下,我们对于中药的认识只存于表面,并不了解中药具体的制药过程。但是,在实际的中药的生产过程中,制药工艺非常繁琐,难度较大,这也导致大多数中药在制药过程中发生一些问题,使得药品的治疗效果受到一定的影响。其次,中药浸润工序是整个中药制药过程中最为关键的环节之一,制药人员必须要对浸润时间进行严格的控制,不能过长,也不能过短,充分保证药品的质量。因此,我们可以将先进的高新技术与设备应用到中药的泡制全浸润工艺中,以此来简化复杂的制药工艺,从而有效的降低制药生产工作的难度。此外,制药人员要对不同类型的药物进行分别处理,更根据药物的性质采取适合的制药工艺,并制定合理的浸润时间。 1.2 动态提取技术 结合目前我国中药制药生产过程现状而言,其中还存在很多的弊端,尤其是在进行重要药物的提取过程中,制药人员依旧延续了传统陈旧的提取方法,施工设备也非常滞后,这就导致药物的提出率不高,并不能发挥很好的治疗效果,从而严重制约了我国中药制药领域的发展。那么,如何才能提高中药的使用率,达到良好的治疗作用呢?那就必须将动态提出技术应用于中药制药的生产中,并对滞后的设备进行及时的更新,这样不仅能够充分保障药物的提出率,还大大提高了药物的使用率,使得我国中药制药领域真正满足于现代社会发展的需求。 1.3 仿生技术 仿生技术是从生物药剂学的角度模拟人口服给药及药物经胃、肠运转的原理,将药物研究与分子药物研究相结合,为经消化道给药的中药制剂设计的一种新的提取工艺技术。中药材粉末在一定的pH酸性水溶液提取,然后再用一定PH碱性水溶液提取,选择pH的最佳值和其他一些辅助条件和工艺参数。它主要是以生物学的相关理念为基础,从而对药物特性进行相应的分析,通过人体环境模拟的办法,来对中药药物生产的相关内容进行详细的分析和了解。而且在药物提纯的过程中,人们也可以采用仿生技术来对其进行相应的处理,从而使得药物在提取的过程中,药材的利用率得到了进一步的提升。 1.4 生物酶技术 与上述仿生技术使用一样,生物酶技术是借鉴了生物工程技术的酶工程技术来实现对中药的提取。生物酶是一种具有特殊催化性质的高效催化剂,大多数酶的主要构成成分是蛋白质,利用这项技术的优点在于,一方面多数植物中药的有效成分主要是靠生物酶的作用才能实现将其溶解出来,同时还可以借助酶的运输将药物的有效成分作用于细胞内部发挥药效。另一方面中药材在经过提取后其中还是含有一定量的杂质,如大分子的多糖、蛋白质、胶质类等,这些物质通过生物酶的催化都会将其降解而挥发出去。但是在使用生物酶技术时要注意,由于中药材包含的领域十分的广阔,包括了植物、动物、矿物质等物质,生物酶具有专一性,一种酶只能催化一种物质。 2 中药制剂应用高新技术应注意的问题 2.1重要活性成分或药物配比的关系 一种中药的发现,其中活性成分和要用部位的确定和使用,使之进一步成为确定的药物很重要,但是研究清楚每一味中草药植物中所含有的活性成分的种类、用药部位之间的量效关系在医学研究领域有着更重要的意义,因为这种研究和最终各项理论的确定为人类利用中药开拓了广泛的药物资源。目前,我国中医中药药性和药味组成之间的关系研究主要是从哲学的辩证态度的分析进行的,缺乏相关药物之间量效方面的深入研究。因此,我们在继承和发扬我国传统中医中药理论和处方方剂的基础上,要从理论研究与实验方式相结合的方式进行发展和研究。 2.2 中药产品的内在质量和技术含量问题 目前我国中药制药生产过程中常常出现农药超标、化学成分过多等质量问题,这些药品一旦投入市场中,将会极大威胁人们的身心健康,甚至还会引发其他的并发症,后果不堪设想。虽然现代中药制药领域中引入了更多的高新技术和施工设备。但是,中药产品内在质量问题仍是中药制药行业非常关注的问题,还需要相关技术人员更加深入的研究和开发,不断加强和完善高新技术,进一步提高高新技术水平,促进中药制药领域长期稳定的发展。因此,中药制药行业要高度重视中药产品内在质量和技术含量问题,对于农药超标和化学成分较高的中药药材进行分析调查,充分保障药物的使用质量,达到理想的治疗效果,从而大大缓解了患者的病痛情况,为我国中药制药行业做出巨大的贡献。 2.3 应用现代检测技术控制 为了提高中药制药产业的生产技术和质量控制水平,大力发展想指纹图谱技术和其他的相关控制技术是十分有必要的,在未来应采用更加先进的高新技术,例如薄层色谱、高效液相色谱、并与二极管阵列检测器、质谱联用等。 3 结束语 综上所述,可以得知,高新技术的出现,对于中药制药领域的生存和发展起到了重要的作用,不仅提高了中药制药的生产效率,还充分保障了药物的质量,减少了繁琐的制药工序,打破以往传统的中药制药生产方法,采取更多先进的制药技术,加大对高新技术的推广和应用,及时对制药设备进行优化和更新,使其能够充分满足于现代社会发展的需求,对药物内在质量进行严格的质量把关,根据不同类型的药物,采用适合的高新技术,确保药物能够起到绝佳的治疗效果,从而进一步提高我国高新技术水平,促进中药制药领域长期稳定的发展。 中药制药论文:中药中残留农药在制药工艺中的归属与去除 【摘要】目的:为了对三种不同提取技术状态之下人参药品之中所存在的农药残留归属进行了探讨。方法:采用水煎煮工艺及95%乙醉,50%乙醉加热回流工艺对人参有效成分进行提取后,用毛细管气相色语法测定煎煮(提取)液中的有机氛农药含量。结果:以95%醉提溶出率最高,50醉提溶出率次之,水煎过程溶出率最少。结论:醉提对中药材中有机氛农药有较高的溶出率,而水煎煮过程对中药材中有机氛农药的溶出率很低,残留农药大部分随药渣去除。因此情况允许的条件下应尽量采用水煎工艺提取药材中的有效成分,必须采用醉提工艺时应考虑去除提取过程伴随溶出的残留农药,以避免残留农药可能的安全风险。 【关键词】人参;有机氛农药;气相色谱;溶出率;提取转移率 人们在药物服用过程中,所涉及到的传统汤剂以及中成药,实质上都是利用醇提、水提等方式来提取出在中药材之中所存在的活性成分。下文主要是以人参根茎类的药材来作为测试样品,该药物在经过了醇提以及煎煮等不同的处理之后是,对其提取物之中所含有的有机氯农药残留溶出量进行测定,通过该措施,来我国中药药材之中残留农药处理研究工作提供科学合理的研究依据。 一、仪器与试荆 1.仪器。Agilent(6890N型)气相色谱仪(配备63Ni电子捕获检测器)、DB-1701石英毛细管柱(美国Agilent公司);索氏提取装置;回流装置,实验室组装;NE-1真空旋转浓缩仪(Eyela日本);离心机(丹东,82-1);电子分析天平(sartorius);HH-Z2水浴锅;电热套(河北新兴电器厂);群力TDGC-1调压器(北京调压器厂)。 2.试剂、材料。丙酮、石油醚、浓硫酸、乙醇均为北京化工厂分析纯,提取用水均为双蒸水。 农药标准品:六六六(Benzene Hexachloride,BHC),包括a -BHC ,p-BHC,y-BHC,S-BHC四种异构体;滴滴涕(dichloro-diphenyl-trichloro ethane,DDT),包括p,p'-DDE,p,p'-DDD,p,p'-DDT, o,p'-DDT四种同系物;五氛硝基苯;四氯硝基苯;七氯;环氧七氯;抓丹;艾氏剂;硫丹,包括a一硫丹、p一硫丹两种异构体,均购自sigma公司,纯度 98%。配制成0.02p,g-mL-,的农药标准品。 在该试验之中,所使用的所有人参提取药材,都是在大量的测试样品之中,选择具有农药残留量最高的药品来进行的测试,同时,所选择的试验药材之中所含有的农药,几乎已经包含了所有可能被检测出来的不同种类的农药。 二、方法与结果 1.三种有效成分提取工艺 (1)水煎。精密称取充分混匀后的人参样品l0g,置于圆底烧瓶中,100mL蒸馏水浸泡半小时,首煎30min先武火煎沸腾,再改用文火保持沸腾状态),倒出首煎药汤。待稍冷却,加人60mL蒸馏水,复煎30min,方法同首煎。倒出复煎药汤。合并两次药汤,即得水煎药汤,此工艺过程为模仿通常的中药汤剂的煎煮过程。 (2)95%醉提。精密称取充分混匀后的人参样品Sg,加人SOmL95%乙醇,在800℃水浴锅中回流提取1h,倒出首提药汤。待稍冷却,加人30mL95%乙醇,回流1h0倒出复提药汤。合并两次药汤,即得95%醇提药汤。 (3)50%醉提。精密称取充分混匀后的人参样品Sg,加入SOmL50%乙醇,在800℃水浴锅中回流1h,倒出首提药汤。待稍冷却,加人30mL50%乙醇,回流1h。倒出复提药汤。合并两次药汤,即得50%醇提药汤。 2.有机氛农药含量测定 (1)色谱条件。DB-1701石英毛细管柱(30mx0.32mmx0.25wm,Agilent公司),载气为高纯氮气(纯度 99.999%),流速1.2mlJmin。进样口温度2000 ℃,进样口恒压8.即si,检测器温度3000℃,不分流方式。柱升温程序:初始温度为100℃,以250℃/min升至1900℃后,保持1min,以30℃/min升至2200℃后,保持2min,以100℃/min升至2700℃后,保持l0min。出峰时间为32.4min0进样量1wL,外标法定量,不分流进样。 三、讨论 在中药药材之中所出现的农药残留超标过量的情况下,有相当一部分研究学者针对中药药材农药残留量进行了大量的研究,但是针对经过提取之后的萃取成分所具有的农药残留量却没有进行针对性的研究。本篇文章主要是对药材在实际制药提取过程中的各个工序进行模拟,依据模拟所提出去的活性物质有机氯农药的含量,来对溶出率进行阐述,并且得出了以下几个方面结论。 在对中药药材进行提取的过程中,所使用的提取方式不同,其有机氯农药残留的溶出率也有着极大的不同,例如在使用乙醇提取法的过程中,其有机氯农药经过处理之后,拥有的溶出率较高,并且溶出率的提高是随着提取过程中的乙醇浓度的不断提升而提升,实现这一效果的主要原理就是由于有机氯农药能够充分溶解在极性数值较小的溶剂之中。并且从大量的研究结果来看,有机氯农药自身所具有的溶出率,在随着药材的增加而持续不断的提升。但是在实际操作的过程中,依据大量的档案记录情况来看,有机氯在乙醇影响之下所产生的实际结果,事实上和实验室所得到的结果有着一定的差距。在进行全面分析的过程中,可以明显的发现以下几个方面的原因:文献之中所存在的溶解程度,事实上都是在完全常温的状态之下来进行相应检测并且计算得出的,而在本文对有机氯溶出率进行模拟实验的过程中,其实验过程中所采用的模拟工艺条件是使用的800℃水浴,而在这一过程中,有机农药所呈现出来的溶出率是随着温度的提升而不断的提高;本次实验的过程中,其人参药材之中所包含的有机氯农药所具有的含量,达到了PPB的级别,但是在150ML的乙醇之中所呈现出来的溶解程度,却远远没有达到一个完全饱和的状态下;有机氯农药之中所包含的大量有效成分,在实际溶出的过程中,起到了极其重要的协同性效果,也就是说,只有有效成分的存在,才能够促使有机氯农药能够更好的溶出。 即便是使用完全相同的提取工艺,其中所存在的不同有机氯农业,也同样会直接呈现出不同状态的溶出率。导致这一现象出现的主要原因就是由于其中的有机氯农药所具有的性质,直接影响到了具体的试验结果。根据上文的试验结果来看,其中所包含的有机氯农药溶出率排序,由低到高的顺序主要为:BHC 结语 综上所述,依据本篇文章的实验理论,能够通过试验的结果来得出:在对如果更高的提取药材之中所存在的有效成分进行更高效提取的过程中,务必要针对药材的溶出率降低进行全面深入的研究,此外,还应当尽可能的减少有机溶剂在这一过程中的所进行的提取操作,而直接使用水提的方式来对药材之中所存在的活性成分进行提取。 中药制药论文:高新技术在中药制药领域应用的分析和探讨 【摘要】进入二十一世纪以来,在我国经济体系飞速发展的情况下,各个行业领域都得到了极大的发展。尤其是在我国的药品制造行业发展中,高科技技术的应用,促使我国的制药生产力得到了极大的提升。但是就我国的中药领域制药技术所呈现出来的现状观察来看,其中还存在着大量的问题没有加以解决,如果说这类问题无法加以解决,那么就必然会导致中药制药发展出现错误。本篇文章主要针对高新技术在中药制药领域之中的应用进行了全面详细的分析和探讨,以期为我国的重要制药领域发展作出贡献。 【关键词】高新技术;中药制药;领域;分析 在中药的制药领域中,从理论上来说,利用高新技术来进行生产,能够使得生产能力和质量都得到极大的提升,尤其是提升中药制药的高效性,高新技术能够起到良好的稳定、可靠性作用。同时,在实际利用高新技术的过程中,务必要对其中所涉及到的各方面技术加以改造,从而促使技术能够更加适合中药的制药生产。下文主要针对高新技术在中药制药领域之中的应用进行了全面详细的分析和探讨。 一、高新技术在中药制药工程中的应用与分析 1.泡制全浸润工艺与装备 中药制剂实际生产的过程中,主要是将中药进行清晰、切片、制造等几个繁杂的工序处理之后,再将其制造成为相应的药片,通过该方式进行生产的制剂可以直接使用在临床疾病的治疗过程中。而在中药制剂的制造加工过程中,所涉及到的最为重要的侵润工序,便是其中所涉及到的极为重要的环节,其侵润的具体时间不能够过长,也不能过短,要根据不同药材的特性进行把握。如果说应用高新技术来投入到重要制剂之中进行生产,其高新技术能够直接依据不同药材的不同特性、药性、部位等来对侵润的具体时间、温度进行调控。 2.动态提取技术 在中药的制药生产领域之中,药物的提纯技术,可以说是关乎药品质量高低的一个关键操作环节。就目前来说,我国使用极为广泛的技术便是利用水、乙醇的方式来进行沉降提纯,但是这类生产方式从目前的行业领域上来说,其设备较为落后,药物实际的提纯效率极低。而为了能够使得中药制药领域发展能够得到提升,使得提纯的成分和效率能够更加的充分,就必须要最大化的对药材本身进行利用,就必须要针对制药过程中所使用的相关技术进行提升结合,避免技术过于落后。动态提取技术技术在实际应用的过程中,实际上就指在进行提取的过程中,添加入适量的药材,同时采用机械化的方式来应用循环技术,这不仅能够切实有效的提升药物液体之中所存在的溶解程度,还能够在进行动态处理的过程中保持药物浓度差在一个合理的范围之内,从而最大限度的提升药物所具有的溶出效率。 3.仿生技术 仿生技术是从生物学上借鉴而来的一项技术,主要是指从生物药剂学的基础上,模拟药物在人体环境下经过整个身体机能的运作原理,将药物研究和分子技术的药物研究相结合,为药物服用后经过人体消化道和胃部给药的重要制剂设计开发的一种新的药物提纯的生产工艺。其基本原理是根据中药制剂在不同的酸碱环境不同的溶解度为标准,在一定的酸性环境下对其药物成分进行提纯,然后在用一定碱性的水溶液进行中和提纯,选着最佳的酸碱值,借用其他的提纯方法和辅助条件实现药物的提取。 4.生物酶技术 与上述仿生技术使用一样,生物酶技术是借鉴了生物工程技术的酶工程技术来实现对中药的提取。生物酶是一种具有特殊催化性质的高效催化剂,大多数酶的主要构成成分是蛋白质,利用这项技术的优点在于,一方面多数植物中药的有效成分主要是靠生物酶的作用才能实现将其溶解出来,同时还可以借助酶的运输将药物的有效成分作用于细胞内部发挥药效。另一方面中药材在经过提取后其中还是含有一定量的杂质,如大分子的多糖、蛋白质、胶质类等,这些物质通过生物酶的催化都会将其降解而挥发出去。但是在使用生物酶技术时要注意,由于中药材包含的领域十分的广阔,包括了植物、动物、矿物质等物质。 二、中药制剂应用高新技术应注意的问题 1.理论与实践相结合研究重要处方中的重要活性成分、部位或药物配比的关系 从一种中药之中,能够极为明显的发现其中所存在的重要部分以及所包含的活性成分,通过这一方式来确认药物自身所具有的重要性,是极为关键的环节。但是要对所有中药材所具有的成分、用药部分进行量效的确认,是医学研究过程中,必须要加以重视的一个问题。由于这方面的研究和涉及到的理论体系对于中药的制药发展来说,有着重大的联系,所以,我国目前在对中药自身的药性成分以及药味等方面进行研究的过程中,都是直接利用辩证的形式来对药物资源的应用途径进行分析,但是却没有专门针对各个不同药物之间所存在的量效进行切实的研究。因此,中药制剂在发展的过程中,务必要采取实验与理论相结合的方式,并且要在我国传统的中药处方以及医学理论上来进行发展研究。 2.中药产品的内在质量和技术含量是至关重要的问题 切实有效的解决这一问题的主要方式,就是对药物提取的过程中对所涉及到的各项标准进行强化、完善。就目前来说,我国在中药制药领域之中,极易出现的农药超标、中药制剂超标、中药生产效率控制等方面的现象,已经得到了极大的改善,也正是这方面的改善工作,才使得我国的中药制药生产得到了提升。但是仍然还存在着尚待解决的问题。中药制剂的质量可控的重点工作就是中药处方各中药制剂的药性如何确定、如何检测,除了采用指纹图谱技术之外还需要我们研究更为实用的新技术。农药残留问题和重金属超标问题应该从药材的种植源头抓起,中药制剂的理化性质包括溶解率、缓释等问题的改进和药物易吸湿、霉变的稳定性问题必须依靠先进的技术和可靠的设备得以改变。对于中药制剂在药性的最大化保留和药物性质的稳定问题上应尽量采用新技术和新设备进行生产,而固体制剂应该改变以往的传统的生产模式,同样应该采用高新技术和先进的生产设备,例如新制粒技术、包衣技术、固体分散技术、包合物技术、包囊技术等。 3.应用现代检测技术控制中药质量在当前的中药制药领域中 为了提高中药制药产业的生产技术和质量控制水平,大力发展想指纹图谱技术和其他的相关控制技术是十分有必要的,在未来应采用更加先进的高新技术,例如薄层色谱、高效液相色谱、气相色谱、毛细管电泳、并与二极管阵列检测器、质谱联用等。 三、结语 综上所述,在中药制药领域飞速发展的的过程中,其高新技术、设备的应用范围还会持续不断的扩大。而中药只要领域之中所使用的各方面技术,能够对于中药制剂的生产提供更高的生产效率以及质量,这对于中药制剂的繁荣发展来说,有着极其重要的作用。 中药制药论文:中药制药现代化和中药药剂学的发展讨论 【摘要】 中药作为中华民族优秀的文明成果, 造福了千千万万华夏儿女。在我国医药大发展的背景下, 中药制药的现代化和中药药剂学的发展也日益受到瞩目。中药制药现代化是中药实现现代化发展的重要基础和前提, 只有从生产工艺、中药原材料、中药药剂的剂型、中药制剂的现代化质量标准等上面着手, 多管齐下, 才能真正使得中药能够在最大效益上造福于人类。本文简述中药制药现代化和中药药剂学的发展历程, 争取能够为中药现代化发展提供参考。 【关键词】 中药制剂;中药制药现代化;中药药剂学;发展 中医中药是中华民族源远流长的文明成果, 也是医药学的重要组成部分。在我国发展史上, 中医中药为人们的健康和国家的发展做出了显著的贡献。而多年来, 由于中药对某些疾病所起到的特殊的治疗或缓解作用, 使得中药愈来愈受到世界范围内的医药专家的关注。尽管我国有着很丰富的道地药材, 但是由于我国中药制剂生产工艺、生产设备等方面的制约, 使得我国中药现代化水平还有待提高。如何在纷乱复杂的医药市场上, 抓住机遇, 稳中求进, 既能大力发展我国中药事业, 又能提升我国中药制剂的研发水平, 成为中药制剂现代化发展亟需解决的问题。 1 我国中药制药现代化和中药药剂学发展概述 “中药现代化”这个概念是1996年正式提出的, 经过十几年的发展, 中药现代化已经成为国家产业之一。中药现代化是指凭借传统中药的优势, 应用现代化的科技手段, 按照国际普遍认同的质量标准对中药进行研发、生产和使用, 以满足现代化的医药需求。中药现代化包括中药基础研究的现代化和中药制药的现代化[1]。这次主要探究的是中药制药的现代化, 而中药制药现代化的基础是中药生产的现代化, 核心是中药制剂的现代化。我国虽然有着很多道地药材, 但是随着环境污染和资源的不可持续利用, 我国药材目前存在着重金属含量超标、农药残留较大、资源量减少等诸多问题, 严重阻碍了我国中药的国际化发展。 中药制药现代化的发展也不能忽视中药制剂的现代化发展, 中药制剂与化学药制剂的单方药不同, 中药制剂多为复方制剂, 所用原料的成分极为复杂, 君臣佐使共同作用, 其中存在很多无用成分以及药物辅料淀粉等。这也使得中药制剂的毒副作用不明确, 增加了药物制剂质量控制的难度。我国中药制剂中较为普遍的是中成药, 并且其应用范围广、经济效益高, 易被人们接受, 尽管如此, 我国中药制剂中仍然存在许多问题, 比如生产工艺有待改进, 中成药质量标准不够明确, 中药剂型种类有待扩充等。为此, 增强我国中药研发生产中药物的提取和分离纯化技术, 能够有效的改善我国中药制剂水平的落后情况, 并且只有综合实现中药辅料、中药生产技术、中药质量标准、中药剂型的同时现代化才能最大程度上的实现中药制药现代化。 2 国外中药现代化发展概述 2. 1 德国中药发展概述 德国生物药手册中有40%左右的药物都是由植物原料制成的, 且73%的德国人使用过或者正在使用植物药物。大多数德国人在解决感冒、滋补和心血管疾病时会采用植物药物, 而这种用药环境极大地促进了德国植物药的发展, 德国很多现代药学研究方法和技术在世界上处于领先地位[2]。另外, 德国在植物药的生产方面也位列世界前列, 是全世界众多国家中上市植物药品种最多的国家之一。我国众多进口的“洋中药”种类中, 1/3以上都是来自德国, 并且在我国中药市场上有着较强的竞争力。 2. 2 美国中药发展概述 早些年, 由于美国食品与药品监督管理局要求药品的化学成分必须是成分明确的, 申请入境的复方制剂要阐述清楚每种化学成分的药理药效学作用, 并解释清楚他们之间的相互作用以及毒理学作用。而中药制剂大多成分复杂, 并且很难清楚明了的解释清楚其作用机理。为此, 中药及其制剂在美国的发展较为缓慢。从2004年开始, 随着《植物药研制指导原则》的, 美国逐渐允许具有多种化学成分的中药也可以作为药物, 但是必须保证其有效性和安全性。美国对于植物药的研发大多是由化学家进行, 主要是从植物药中分离各种成分, 找寻新的化合物结构以作进一步研究[3]。而美国生产的植物药品种大多是单方药, 一般以胶囊或片剂为主要剂型。 2. 3 日本中药发展概述 汉方是我国传统医药在日本的本土化结果, 并随着日本药学发展已经在日本形成了独特的体系。截至目前, 日本已经拥有900余种汉方药, 其份额在国际植物药市场上的占有率高达80%。虽然日本汉方药与我国中药的起源相同, 但是日本汉方药更注重对药物的稳定性、安全性和有效性进行研究, 为了提升对汉方药质量的高效控制, 汉方药制剂以颗粒剂和浸出物制剂为主[4]。另外, 由于汉方制剂大多数有明确的标准、药理研究及临床功效数据等, 所以在美国等国家的上市畅通无阻。这些原因都使得日本的汉方药成为我国中药的强大竞争对手。 3 中药在未来的发展前景 随着科学技术的发展和人们生活水平的提高, 人们对于药品的消费理念也会逐渐改善, 从对治疗疾病的需求型逐渐过渡到预防疾病的保健型。在世界药品市场上, 化学药、生物药和植物药三方鼎立, 药物种类处于多元发展的状态, 但是由于化学药具有明显的毒副作用, 这使得越来越多的人倾向使用天然药物或者绿色药物来治疗疾病或者预防保健[5], 这无疑给天然产物中草药的发展带来了新的契机。另外, 从2009年我国实施新医改以来, 我国医药市场逐步扩充, 并且政府对中医药职业的扶持力度也在逐渐加大, 中西医并重发展将成为未来医药发展的主题。在如此良好的环境下, 更应该大力发展我国中医药事业, 促进我国中药体制改革, 逐步提升我国中药企业的生产技术水平, 淘汰那些已经陈旧腐化的中医药管理制度, 健全中药质量控制标准, 以促进我国中药事业的蓬勃发展。 4 小结 中药作为我国医药发展中的重要组成部分, 为提升我国国民的身体健康水平发挥了巨大的作用。而实现中药制药的现代化将会更加促进我国中药行业的国际化发展, 增强我国中药的国际竞争能力。只有继承与创新并举, 把传统中药的优势和特色与现代化的生产工艺和质量控制标准相结合, 才能促进我国医药事业的蓬勃发展。 中药制药论文:中药制药专业人才培养模式与药都经济发展 摘 要: 随着中医药科技的不断发展,中医药产品在“绿色、环保、健康、自然”的呼声中再次受到全世界的高度关注,中医药产品有着广阔的发展空间。在世界药品市场上,中药材、中药制剂的需求量与日俱增,其中植物药(包括天然植物药和人工种植植物药)市场份额达到近300亿美元。然而,目前国际许多国家已经出现多种研究植物药的新思路,尤以日本、美国及部分欧洲国家为首,他们采用了最新的科学技术以及方法使得中药品在生产、质量控制等方面,处在了世界先进水平。 关键词: 中药专业;人才培养;本溪药都;地方经济 1 前言 随着中医药科技的不断发展,中医药产品在“绿色、环保、健康、自然”的呼声中再次受到全世界的高度关注,中医药产品有着广阔的发展空间。在世界药品市场上,中药材、中药制剂的需求量与日俱增,其中植物药(包括天然植物药和人工种植植物药)市场份额达到近300亿美元。然而,目前国际许多国家已经出现多种研究植物药的新思路,尤以日本、美国及部分欧洲国家为首,他们采用了最新的科学技术以及方法使得中药品在生产、质量控制等方面,处在了世界先进水平。但是,作为中药生产的故乡――中国,中药的出口情况不容乐观,出口份额相当低,且多为原料药,以低端产品为主。更加严峻是其他国家研制、开发的中医药产品已经进入我国市场,并走向世界市场,甚至在我国申请专利,这是对有着悠久中医药发展历史的我国的中医药产业的巨大挑战。面对日趋严峻而激烈的中医药市场的竞争,我国研制、开发现代新中药及生物医药产业已是迫不及待。但我国现阶段以中医药理论与技能为基础的中药制药人才及生物制药人才极度匮乏。基于此,结合本溪药都经济开发区开设以中医、中药为背景的具有中医药特色的中药制药及生物制药专业是非常必要。 2 中药制药生物制药专业的性质与产学结合 以中医药知识为基础,以现代先进的科学基本理论为指导的,具有中医药特色的中药制药及生物制药专业,以中药制药及生物制药为主要发展方向,在中职学生层面,专业设置应主要以培养适合药品生产企业需要的岗位操作工及岗位质量检查员为主要目标。中药制药及生物制药专业应分别将中药制药、生物制药领域中的先进设备结构、设备操作方法、设备操作过程中常见的问题、生产过程中的产品检验及岗位质量检查员各岗位检查项目作为课程设置的主要内容,以解决中药及生物药生产过程中的出现的问题和实施GMP生产操作。其目的是要求学生掌握扎实的中医药学、生物学、中药制剂技术、生物药制剂技术等多方面的专业知识,各种药品生产设备的操作,解决生产过程中出现的问题,以及药品生产过程中的药品质量控制。结合我校的的优势与药都企业建立长期可靠的产学交流。使学生将所学的技能更适合企业工作的需要。 3 培养模式的探索 制药的相关专业在我国部分高校及部分中职院校有所开设,但大多数院校主要注重于化学药品生产的研究,与以中医药理论为基础的中药制药及生物制药专业,在培养方向及学生所掌握的知识技能上有一定的差别。虽然各院校开设的课程主要注重于化学药专业知识的培养,但在学科建设上还是有很多值得借鉴之处的,为我校中药制药及生物制药专业人才培养模式的研究提供了参考。 对于中职院校来讲具有中医药基础的制药方面专业人才,中医药理论知识和实际动手操作能力都是其必须具备的能力。实际动手操作能力在人才培养过程中主要是通过实验、实训、工厂实习、技能大赛,毕业设计来进行培训的。一般的培养模式是在开设专业课的时候开设这一门专业课的相关实验、实训课,对理论课讲解的知识点、原理、方法等进行验证和巩固。 学生们在实验、实训室学习的条件毕竟是有限的,而且其规模也难以与工厂相比。在实践教学中,学生们在药品生产企业进行实习,工厂实习虽然很辛苦,但是学生们还是很认真刻苦,并且学习兴趣高于在校学习。学生们普遍认为,通过在药品生产企业的实习,加深了对专业的理解,使自己所应该掌握的专业技能更加熟练,能够适应将来的正式生产工作。 我校是中等职业技术学校,以培养学生动手实践能力为主。在专业设置上,本校的中药制药专业是本溪市第一个以中医药基础为背景的制药专业。专业已于1996年招生,目前在校学生近500人。专业开设至今,在校领导的关怀及相关老师的努力下,教学改革工作有了一定的积累,并取得相当大的成绩。对专业人才培养模式的研究与实施将会培养更多优秀的具有中医药特色的制药人才。对解决本溪药都地方药品生产企业生产人员,特别是具有中医药基础知识的技术工人匮乏,具有的现实意义和社会意义。将能更好地促进本溪市地方经济的发展,为辽宁省甚至全国的中医药企业提供后备人才力量。 4 结语 我认为在课程设置上,应加大中职学生实际动手操作能力的培养,制订相对完善的教学计划,进行针对性较强的具有中药特色的中药制药及生物制药专业药品生产技能人才培养。在教学方式上,应加强校企合作,实现资源共享,优势互补,提高教学质量,共同培养具有中医药基础的合格学生。尽可能安排学生到制药企业车间参观学习,增强学生感性认识,激发学生自主学习。在实践环节中,要实验、实训室相结合,实训室、工厂实习相结合,力求培养学生的实际操作能力和解决问题的能力。 中药制药论文:高新技术在中药制药领域应用的分析和探讨 摘 要:在现代化社会经济发展中,我国医药行业更加重视制药的质量和效率,尤其是中医制药的安全性。随着科学技术不断进步,许多高新技术和设备层出不穷,为我国重要制药领域带来了新的发展机遇,对提高了社会生产力、促进我国经济增长具有不可或缺的意义。在中药制药领域中应用高新技术,不仅能提高制药效率,还能确保药品的安全性。因此在中药制药中,应采用合理的高新技术,促进我国中药制药行业的健康发展。 关键词:高新技术;中药制药领域;应用分析 1 引言 就目前我国中药制药行业来讲,由于制药工艺、方法和模式落后,难以适应于当今社会经济以及该行业的发展,难以确保中药药品的质量和安全。为提高中药制药的质量和效率,采用先进的制药技术和设备,提升制药企业的生产效益和效率,实现中药制药的智能化和自动化控制,从而更好的顺应现代化医药事业的建设要求。但是由于传统制药思想观念、技术水平的制约,导致在采用高新技术制药过程存在一些问题,制约了中药制药质量和水平的提升。因此制药企业应加大对高新技术在中药制药领域应用的研究力度,使其更好的适应于制药生产过程,切实提高中药制药的效率和质量。 2 高新技术在中药制药领域应用的分析 2.1 泡制全浸润工艺和装备 近年来,人们越来越重视中药制药的发展,对中药制药的效率和质量提出了更好的要求。在中药制药生产中,采用泡制全浸润工艺和装备进行生产,通过中药清洗、切片、制造等生产工序,最终制造成相应的药片。在该方式下生产出来的制剂可以直接应用于治疗临床疾病中。浸润工序作为中药制剂制造过程中最重要的工序,在整个制药过程中发挥着巨大的作用,往往浸润时间的长短直接影响着最终制剂的治疗功效。因此浸润的实践不宜过长和过短,需要根据药材的实际特性进行设置。那么将高新技术应用与中药制药领域中,高新技术能根据药材的不同特性、药性等对浸润时间和温度进行掌控,从而确保最终制剂最大化治疗功效。 2.2 动态提取技术 在中药制药生产过程中,药物的提纯技术直接关系着最终生产药品的质量和功效。目前我国制药企业在中药制药过程中,普遍使用的药物提纯技术是通过乙醇、水的沉降方式进行提纯。但是该方式提纯设备落后,药物提纯效率和质量十分低,已经无法满足现代化中药制药行业的发展。为确保药物提纯成分和效率更加充分,就必须对药材进行充分利用,采用先进的药物提纯技术,避免因技术落后降低药物提纯效率。将动态提取技术应用于中药制药领域中,在药物提取过程中适当添加药材,采用机械化方式来应用循环技术,在提高药物液体溶解度的同时,将处于动态处理过程的药物浓度控制在合理的范围内,最大程度提高药物的溶出效率。 2.3 仿生技术 基于生物学药剂学基础,将仿生技术应用于中药制药领域中,通过模拟药物在人体环境中对整个身体机能运作的影响,与分子技术药物研究相结合,在药物服用后经过人体消化管和胃部给药的重要制剂基础上,开发出一种新的药物提纯生产工艺。该生产工艺是根据不同酸碱环境中,中药制剂溶解度不同的标准,在特定的碱性水溶液中进行中和提纯,在特定酸性环境中提纯药物成分,从而确保仿生技术在中药制药生产过程中的最佳酸碱值,从而确保生产的药品是符合多数人身体运行机理的,且不会对其造成其他有害影响的。仿生技术的应用大大提升了药材的利用率,促进了中药制药生产质量和水平的提高,从而保障中药制药企业最大化经济效益。 2.4 生物酶技术 生物酶技术是基于生物工程技术的酶工程进行中药提取的。生物酶是一种特殊的催化剂,其具有一定的高效性和科学性,多数酶的主要成分是蛋白质,这也是采用生物酶技术的优点所在。在植物中药制药中采用生物酶技术,在生物酶的作用下将其溶解出来,并依靠酶运输在细胞内发挥出药物有效成分的最大功效。同时中药材在提取后往往含有一定的杂质,比如蛋白质、多糖等,这种物质在生物酶的催化作用下都会被降解并挥发出去,提高了药物的纯度。由于中药材涉及到诸多领域,如动物、植物以及矿物质等,加上生物酶具有专一性,在采用生物酶技术进行提取时,应注意选择合适的生物酶种类,有利于提高中药制药的效率和精度,促进我国中药制药行业健康发展。 3 高新技术在中药制药应用中应注意的问题 3.1 理论和实践结合研究处方中药物之间的配比关系 对中药进行分析,可以发现其中存在的重要部分和所包含的活性成分,确定药物自身所具备的功效和治疗重要性,是非常关键的。在中药制药过程中,确定所有中药材具有的成分、用药部分,是目前医学研究中比较重要的问题,对整个中药制药理论体系及其发展具有深远的意义。但目前我国在这方面的研究,主要是利用辩证形式对药物资源应用进行分析,忽视了不同药物之间的量效的研究,针对这些发展瓶颈,采用理论和实践结合的方式,基于我国传统中药处方和医学理论展开研究,有利于推进我国高新技术在中药制药中的高效应用。 3.2 中药产品内在质量和技术含量的问题 在我国中药制药领域中,时常出现农药超标、中药制剂超标等现象,不仅影响了植物和动物的生长健康,还可能造成环境破坏,阻碍中药制药行业的发展。为切实解决中药产品内在质量和技术含量的问题,就必须不断完善药物提取中所涉及到的各项标准,从而提高我国中药制药的效率和质量。在中药制剂质量控制中,如何有效的检测处方中各中药制剂的药性,应采用先进的技术和设备,比如农药残留和重金属超标问题,需要依靠先进的技术和设备对中药材的理化性质进行检测,并有效的改变中药制剂的溶解率以及缓率等问题。 4 结束语 在科学技术飞速发展和进步的今天,我国中药制药行业涌现出了一些高新技术,在提高制药效率的同时,确保了药品的质量和安全。但在高新技术应用过程中,由于一些因素的干扰,导致制药过程存在一定的问题,制药企业应不断完善中药制药的相关标准和规范,加大高新技术的应用力度,从而促进中药制药水平更上一层楼,促进我国医药行业健康发展。 中药制药论文:以就业为导向的中药制药方向实验教学体系构建与实践 中药制药方向是北京城市学院中药学专业的一个方向,旨在为制药企业、科研院所、药品检验等部门培养从事中药制剂生产、中药质量分析与检测等工作的应用型人才。自开办此方向以来,学院一直致力于根据学生知识结构、能力与特点,培养适应中药制药领域人才需求的应用型专业人才。为更好地适应岗位需求,在实验教学体系的建设中,经过丰富的调研,构建了以就业为导向的中药制药方向的实验教学体系。 中药制药方向特色实验教学体系的构建 1.实验教学体系构建的总体思路 实验教学是整个教学体系中重要的组成部分,如何构建实验教学体系,建设一个什么样的实验教学体系,起着举足轻重的作用。中药学专业具有较强的学科综合性、技能实践性的特点[1],基于此,我们在构建实验教学体系时,立足于基础实验技术和专业实验能力的巩固与提高,协同创新思维和能力的培养。以“发展个性、因材施教”为基本原则,以“分层培养、启发创新”为基本教学思路,从人才培养目标和知识运用能力出发,设计构建学生在大学期间的整体实验教学体系,使培养的学生具备扎实的实验基本功、过硬的专业实验能力,具有创新意识和良好的团队协作能力。其具体思路如下: 一是实验教学体系整体性原则。中药制药方向传统的实验课程在内容设置上往往强调与理论课程的相应性,注重每门课程的独立完善与改革,从而造成教学内容重复、缺乏系统性及实验室资源浪费等问题。因此,在进行实验教学体系构建研究时,首先要系统地建设实验教学内容,理顺实验课程体系[2],改变过于与理论教学相应的状况,以中药学系统的整体功能为出发点确定各门实验课程的知识结构及相互之间的有机联系。根据学科的交叉性、相关性,将学生在校期间的实验课程作为一个整体进行统筹规划,调整实验内容,按多层次、循序渐进、开放式的思路,构建实验教学体系,从而发挥系统功能效应。 二是分层次、递进性、多样化教学模式。中药制药方向实验课程体系以应用性实践能力培养为核心,构建了基本技能、专业技能(包括专业基本技能和专业核心技能)、创新性训练三大模块。具体实验项目的设置划分为验证型、综合设计型、创新型三个层次。其中基本技能侧重实验基本操作,以验证性实验项目为主;专业技能注重专业技术的巩固与应用,以综合性设计性项目为主;创新性训练模块注重强调应用性教学、创新和新技术的应用,以设计性项目为主,培养学生的综合实践能力和创新思维。 实验教学体系的教学模式按上述实验内容层次划分,进行“递进式”的多样化教学。通过循序渐进地培养学生的基本技能、专业技能和创新意识能力,利于对不同层次学生开展针对性的培养,以满足不同层次的人才培养需求,创建多样化的培养模式。 三是依托实验中心优势资源,共享基础训练平台。中药制药方向依托的实验教学中心―中药与生物技术实验教学中心是北京市实验示范中心,拥有丰富的学科交叉和开放型团队的协作条件。实验中心通过科学整合原有的各个功能独立的实验室资源,构建了学生基本技能训练平台、化学基本技能训练平台和生命科学基本技能训练平台,满足了不同专业的实验训练需求,强化了各专业的基础实验教学。 中药制药方向通过充分利用实验中心各项训练平台、学科交叉与开放型团队的协作条件,在共性素质教育与能力培养的同时,科学合理地构筑专业核心实验课程体系,内容与结构设计反映了知识链、能力序列、学生层次的系统构思[3]。 四是实验室开放与学生创新训练、应用相结合。实验室平台是大学生创新训练的肥沃土壤,充分利用实验室开放条件,鼓励学生到开放实验室从事创新活动或开放性实验训练,提升学生实验技能与综合运用能力,培养创新意识,营造创新氛围,使学生在创新的环境中发挥自己的聪明才智。 2.中药制药方向实验教学体系的构建 以中药材、中药饮片和中成药质量检测等领域的知识、技术运用为核心,对中药制药方向实验课程设置进行一体化设计,对实验教学内容进行整合和优化,构建中药制药方向实验教学体系。(见下图) 图: 中药制药方向实验教学体系 其中,基本技能模块实验课程的开设,依托实验中心构建的基本技能训练平台和化学基本技能训练平台。基本技能训练平台主要训练学生显微镜技术、溶液配制、玻璃仪器洗涤使用、称量及实验室安全的训练内容,以实验中心所有实验室开放的形式,在一年级本、专科新生中进行。通过训练使学生所掌握的基本技能达到整齐划一,为进入下一轮的化学基本技能训练做好充足的准备。化学基本技能训练平台是将“无机化学”“分析化学”“有机化学”三门实验课程的教学重点与特色进行有机整合,作为基本验证层次 ,重新编写《化学基本技能训练》。面向生物技术、食品质量检测技术、中药学和药学专业开设的化学实验平台训练。 专业技能模块实验课程的设置,强调以就业岗位为导向,突出中药材、中药饮片、中成药质量检测技能。该模块按实验技能循序渐进设置有专业基本技能模块和专业核心技能模块两部分。其中专业基本技能模块依托实验中心开设的生命科学基本技能训练平台,该训练平台是拟合生物技术、中药学、食品检验技术专业的基础实验项目,以专业共性基础与个性基础相结合设置实验项目,以各专业共性项目为主,个性项目为辅,多为验证性实验,少为综合性实验项目。各专业在必修共性项目和专业个性项目的基础上,可以选修其它专业的个性项目,拓宽思路与视野。中药制药方向依托此平台开设了其中与药用植物学、微生物学、药理学、中药药理学、解剖生理学、仪器分析相关的训练项目及专业拓宽项目。突出使学生掌握中药显微技术、植物形态鉴别方法、仪器分析技术、微生物检验技术、中药药理实验技能,同时开拓了视野与思路。专业核心技能模块设置了“中药化学实验”“中药鉴定学实验”“中药药剂学实验”“中药质量检测技术”和“中药学综合性实验”课程。其中,“中药学综合性实验”课程是在前四个核心实验课程的基础上,为强化学生的实验教学环节,使学生能够掌握中药学实验的系统性、整体性理念,以实际应用为着眼点设计,将各门课程有机地联系起来设置的综合设计性实验课程。 创新性训练模块是为提高学生创新意识,对学有余力的学生开设的创新性实训项目。此项目的开设方式主要是以学生申请大学生创新性训练项目或参加教师主持的应用型研究等项目为主展开训练,培养学生实验技能的综合运用和创新意识。 如上所述,中药制药方向构建了由基本技能模块、专业技能模块(专业基本技能模块和专业核心技能)、创新性训练模块组成的,具有完整性、循序渐进性,有机结合、统筹协调的实验教学体系。 实验教学体系设置和运行的关键环节 实验课程体系中核心专业技能模块作为专业实验技能与能力运用的核心,在整个实验体系的设置与运行中是关键环节,对学生核心实验技能培养成败起着至关重要的作用。因此,如何科学有效地设计专业核心实验课程的实验项目并实施实验教学是重中之重。 根据中药化学、中药鉴定学、中药药剂学、中药质量检测技术核心实验课程学科教学内容特点,在实验项目的选择、建设上,注重典型性、特色性,突出学科特点。将基本技能层次、技能强化层次、综合设计层次教学内容进行有机整合,使同一系统的实验技能顺畅衔接,保证学科知识与方法的系统性、完整性及层次性。同时,打破以课程为单位组织进行的实验教学,有效地避免各课程开出的部分实验教学内容的重复性。从而激发学生兴趣,提高学生对所学专业知识的理解和实验技术的掌握。 另外,中药学综合性实验课程以中药材、中药饮片、中成药质量检测为核心,按照中药学应用型实验研究思路,选择了一些典型性的实验项目。例如,复方黄连素片、冠心丹参滴丸、山楂总黄酮分散片等,以《中国药典》为指导,建设了将各门实验课程联系起来的,模拟中药材质量检测、中药制剂制备与质量检测、药效评价的综合性设计性实验,构建了中药制药方向的特色实验教学“流水线”。 中药制药方向实验教学体系的特色与优势 1.形成特色实验教学培养体系 围绕中药生产、质量检测和应用的实践,在实验教学中通过基本技能模块―专业技能模块―创新性训练模块3个阶段的实验技能训练,巩固了学生实验基本技能,提高了其分析问题、解决问题的能力。逐步形成了基础实验、专业基本实验、核心技能实验、强化技能与思维形成的实验有机结合,循序渐进、统筹协调的实验教学体系。 2.多学科协作培养学生实验能力 充分利用实验中心学科门类齐全的优势,依托实验中心构建的各类训练平台,培养了学生扎实的实验基本功、拓宽了学生的视野。同时,也为专业核心实验技能的开展奠定了技术基础,提供了丰富的师资力量。 3.实施开放式实验教学 选择性的为中药制药方向的学生开设设计性综合应用型实验,并以实验室开放的形式实施,打破了实验课程课时的限制和“填鸭式”教学形式。在实验实施中,学生自主拟题设计并实施实验方案。在实验实施过程中,仪器的准备、试剂的配制、实验步骤的操作、实验结果的分析以及解决实验过程中出现的问题等均由学生负责,指导教师给予必要的指导。通过这种专业实验课的开放式实验教学,为中药制药方向的学生提供了一个专业互动的平台,使学生在实践中进一步深刻的理解理论知识,增强实验技能,培养了学生发现问题、分析问题和解决问题的能力,调动了学生的积极性和主动性,使学生受益匪浅,为学生就业奠定了坚实的基础。 实践效果 中药制药方向实验教学体系经过近两年的初步教学实践,激发了学生学习的主动性和积极性,实验教学效果明显得到提高,成绩显而易见。 一是实验教学体系从根本上解决了学生刚刚入学时实验基础参差不齐,学习比较被动、学习兴趣不高的问题。扎实了学生的基本实验技能,在专业核心实验课程中锻炼了学生独立实验能力和分析问题、解决问题的能力,使学生具备了较强的动手能力,感到身心轻松,游刃有余。 二是在有机结合、循序渐进、统筹协调的实验教学体系中,学生通过基础实验技能、专业基本技能、专业核心技能、创新思维的训练,能够很快胜任相应领域的工作岗位,并在就业岗位中显示出明显的竞争力。 三是创新性训练模块激发了学生运用所掌握的实验技能与思维挑战创新实验的热情,参加该项活动的学生人数逐年增加,并且发挥了学生的潜力,不断取得较好的成绩,获得国家级、北京市级大学生创新训练项目。 在教育教学方法“百花齐放”的今天,如何能够使实验教学对接学生的就业岗位,并达到预想的效果是任重而道远的使命。适合的实验教学体系能够培养学生扎实的、完整的实验技能,提高学生分析问题、综合解决问题的能力和创新能力的培养,提升学生的专业综合素质。同时,能够充分调动学生的学习积极性和乐趣,从而为就业岗位培养实验基础扎实、实践与创新能力强的高素质中药学应用型技术人才。 中药制药论文:现代中药制药工艺学的教学方法探索 摘要:从课程的准确定位、多元化教学、补充新的中药制药工艺技术以及全面评价等四个方面论述中药制药工艺学课程教学方法,提高专业课的授课质量进行探讨。 关键词:中药制药工艺学;中药现代化;教学方法 我过于上世纪90年代提出中药现代化,旨在继承和发扬我国中医药优势和特色,综合运用现代制药技术和手段,提供“安全、有效、稳定、可控”的中药产品。这既是提高中药竞争力和国际化的必由之路,也是中药发展的内在要求。实现中药现代化,不仅需要技术创新,也需要专业技术人员的培养;不仅需要科研院所的努力,更需要中药企业的积极参与。针对中药制药技术进行联合攻关,提高中药的质量和竞争力,现代中药制药工艺对于实现中药现代化具有举足轻重的作用。现代中药制药工艺涉及两个相辅相成的重要环节:中药原料药的生产工艺和中药制剂的生产工艺。其中本文所讨论的中药制药工艺主要是指中药原料药的生产工艺,涉及中药的前处理、中药有效成分的提取工艺、分离纯化工艺、浓缩工艺和干燥工艺,这也是决定现代中药质量的关键环节[1,2]。现代中药制药工艺学研究的对象是中药,涉及中药学、生药学、天然药物化学、中药制药工程等多门专业课的综合理论知识。中药制药工艺学与化学制药工艺学和生物制药工艺学的相通之处在于对现代制药技术的采用,但中药制药工艺又具有自身的显著特色:以中医理论为基础,新技术和手段的应用要围绕中医药理论进行,若离开这个基础,就成为植物药或天然药物。因此,在中药制药工艺学的教学中,要在中医药理论这个基础上,积极采用现代化的提取纯化工艺。 一、准确定位 中药制药工艺学是专业性课程,针对大三下学期或大四上学期的学生开设。所以在中药制药工艺学的教学工程中,要以专业性、技术性为导向,突出这门课的应用性。这门课以中药学、天然药物化学、制药工程学课程为基础,突出其综合性以及在日后中药生产中的桥梁作用。中药制药工艺学的落脚点是工艺技术,不能过于强调其基础原理。 二、多元化教学 虽然中药制药工艺学目前的发展总体上较化学制药和生物制药有所差距,但仍有不少发展良好的中药制药企业,积极采用新技术,实现了中药生产的升级换代。同时积极吸收现代化学制药与生物制药领域的先进技术,与中医药理论相结合,在保证中医特色的前提下,实现中药的现代化生产。这就需要高校为企业输送既懂传统中医药理论,又掌握现代制药工艺的专业人才,这对制药工程专业的教学,特别是中药制药工艺学提出了新的要求。该课程的教学,要立足课本,但也要根据实际需要采用多种资源提高教学成效。 1.充分利用网络资源。采用网络资源,特别是国际上植物药生产的工艺的相关资料,对于提高中药制药工艺学的教学质量非常重要。目前,限于课堂教学条件限制,学生不能从教材上直观地感受工艺过程。根据课堂教学的需要,选用一些直观、说明生产流程的视频讲义。水蒸气蒸馏法提取中药材的精油章节,可以利用flash演示加热、汽化、冷凝过程,同时播放水蒸气蒸馏提取薰衣草精油的视频,这比教材的示意图更加直观和富有吸引力。等视频网站有动态表现生产工艺的flash和视频资料,可以直观地表现工厂车间的生产流程和原理,同时增加学生的学习兴趣。 2.强化实践教学。工科专业的学生,在学习中药制药工艺学这门课之前,会有专业见习和实习的机会,充分利用这些机会,让学生在车间里最直接地认知中药生产工艺,同时,车间操作人员的现场操作也可以加深学生对工艺流程、参数设置的理解。充分利用学校资源和企业资源,将理论学习与基本训练结合起来,增强学生的专业技能,切实提高课堂教学的实际效果。切不可将见习或实习简单化、形式化,在开始实习前,老师要和车间的带教老师沟通好,在保证学生和生产安全的前提下,要让学生对生产流程有深入的了解,最好有一定的亲手操作的机会。同时利用学校的中试车间,让学生分组分批完成实验任务,让每个小组(3~4学生)都独立地完成提取、纯化、浓缩、干燥以及压片或灌装胶囊的中药制药流程。该课程配套的实验分为两部分:一次是集中实验,统一学习操作技能;一次是进入到中药或生药方向的课题组中,跟随研究生做实验,要求每位学生从提取、纯化、浓缩、干燥等环节中,挑1~2种练习。这部分实验需要和各课题组的负责人沟通好,虽然实行起来有难度,但效果较好。 三、充分吸收最新的工艺技术 目前所采用的教材对新技术、新工艺有所更新,但仍不充分。但目前在国家政策的支持下和研究院所的共同努力下,一些中药企业加大研发力度,对新技术和新工艺的采用比较积极,引进了一批较高技术含量的生产工艺。所以在教学中需要补充已经被企业采用或行将被企业采用的新的技术或手段。在这方面比较有代表性的是膜分离(浓缩)技术。比如一些中药企业采用无机陶瓷膜工艺代替传统的醇沉工艺,减少生产环节,缩短生产周期;减少乙醇使用量,对中药有效成份基本无截留,除杂彻底;无机膜性质稳定,再生方便等特点。与纤维滤膜组合使用,即可以延长滤膜的使用寿命,又可以提高药品品质。但关于无机陶瓷膜的介绍以及在中药生产中的应用,在目前的教材中较少,可以利用网络资源,及时补充到讲课材料中,使学生接触到代表中药制药工艺发展方向的新技术。采用有机超滤膜精制中药多糖类成分,较传统的水提醇沉工艺具有得糖率高、工序简省的优点,是非常具有前景的生产工艺。以香菇多糖的制备为例,可以从超滤原理、多糖分子截留、多糖的组成等几个方面介绍有机膜超滤工艺在中药多糖制备工艺中的应用。同时利用flash动画模拟超滤过程,多糖的电镜测定等手段直观的对比膜过滤与传统工艺的不同,让学生有更深入的理解。 四、全面评价教学效果 中药制药工艺学是一门突出技术工艺的专业课,不能当作理论课来讲授,在考察学生时也应兼顾课本知识和实际应用能力。因此考察环节中应该有一定比例的实验课环节,考察学生实际解决问题能力以及对中药制药工艺的理解。笔者在学习结束后设置了中药制药工艺学综合实验:银杏总黄酮的提取及滴丸制备,涉及微波、超声以及传统煎煮等不同的提取工艺,采用UV和HPLC定量法,考察不同工艺对总黄酮的提取效率的影响。比较大孔吸附树脂柱、膜分离以及醇沉工艺对总黄酮部位质量的影响。让学生不仅加深对课本知识的理解,而且锻炼工艺设计的能力。 现代中药制药工艺学是传统技术与现代技术的结合,在坚持传统中医药理论的基础上,积极采用现代的技术,特别是源于化学制药和生物制药领域的先进技术,对于提升中药的生产水平至关重要,毕竟,目前中药制药领域新技术的独立创新成果较少。在设置中药制药工艺学实验课时要兼顾中药学、中药制剂等传统学科和生物学、材料学、波普学等现代技术。既懂传统中医药理论,又掌握现代制药工艺的专业人才,是实现中药现代化的重要依赖,也是生产现代中药的重要保障。所以,现代中药制药工艺学的教学要立足课堂,联系实践,培养既有扎实理论功底,又有实际工艺设计能力的工学人才。 中药制药论文:高职中药制药专业职业分析与人才培养方案的制定 【摘要】高职院校的中药制药专业主要是以有效培养技能型的专业人才,用以服务于中药生产过程中的第一线工作为其人才的培养目标。而综合型的专业技能人才的培养,又必须在整合专业的基础上,对其职业进行有效的分析,迎合社会对该专业人才的需求程度,有效地制定出人才的培养方案。对高职院校中,其中药制药专业的职业岗位与人才的培养目标进行全面的分析,进而从实际课程的设置、专业的师资力量的培养等方面,对该专业的人才培养方案的制定,提出有效的建议。 【关键词】中药制药专业 职业分析 人才培养 一、引言 中药产业作为我国独特的民族性与战略性产业,近年来,其逐渐朝着现代化的发展方向发展。因此,就迫切需要一些综合型的专业技术人才,使其能够在医药教育、生产、科研等多个领域中从事相关的工作,从而有效地提高我国的中药产业的飞速发展。因此,在高职院校中,在对中药制药专业的职业分析的基础上,制定出有效的人才培养方案,全面地提供该专业学生的实践能力,满足社会对中药专业人才的需求,具有比较重要的意义。 二、高职中药制药专业的职业分析 在高职院校中,其中药制药专业属于一门将工学与药学有机地结合在一起的新型专业,具有较大的覆盖面与应用性,是用来连接医与药的重要桥梁,涉及到了中药制药行业中的多个领域,如新设备、新辅料等。同时,对于高职院校来说,其中药制药专业主要是培养一群具有专业的中医药理论知识以及相关的中药生产技能,并且具有将强的实践能力的人才,从而满足我国的众多中药生产企业对中药饮片、制剂等生产活动中对专业人才的需求。因此,在高职院校中的中药制药专业,就需要以培养这类人才为其教学目标,从而将学生培养成综合型的技术人才,如表1所示。 三、高职中药制药专业人才培养方案的制定 在上述的叙述中,我们已经知道,高职院校与我国传统的高等教育以及本科教育有所不同,其中药制药专业培养的是一群具有专业的中医药知识以及技能的综合型技术人才。然而目前,对于该专业的人才培养方案的制定中,对于学生的实践能力的培养并没有充分的贯彻到教学的各个环节,如在对该专业的人才培养定位上,仍是按照本科型的人才培养方案,忽视了中药制药专业的职业性与技术性特点;而在课程的设置上,也缺乏对学生职业技能的培养与专业素质的拓展,特别是对于实训课程,目前在高职院校内的中药制药专业的人才培养方案中没有对其重点突出,致使学生缺乏一定的实践技能。因此,针对这些问题,在充分了解中药制药专业的职业定位与人才的培养方案以后,在实际教学过程中,高职院校就可从以下几方面加以改进,从而制定出科学、合理的人才培养方案。 第一,在课程设置上的改进。在课程的设置中,高职院校要在中药制药专业的人才需求为基础,从岗位群出发,对相关岗位所需的能力要求进行分析,从而制定出符合本专业的课程与教学的计划。如在基础课程的设置方面,就需要本着“必需,够用”的原则,无需一味地强调各学科的系统性与完整性,只需要让学生充分了解本专业的基本特征与要求就可,并适当的加强诸如计算机、英语等基础性的课程与本专业的联系。而对于专业性的课程,就需要适当的加大对各课程的整合力度,遵循相关职业的操作管理规则,加强学生的动手实践能力,特别是对于一些实践性的课程教学,学校必须重点把握,通过模拟生产实习以及生产实习的形式,积极地提高学生的实践能力,从而提供其专业的技能。 第二,在教学模式上的改进。在实际的教学过程中,可以实施采用引导式的教学模式,本着“以学生为主体,教师为主导”的原则,以项目为载体,积极提高学生的动手能力。如高职院校可以积极贯彻“工学结合”的人才培养模式,加强学校与各相关企业的联系,为学生的实习与实践能力的培养提供场所,让学生在真实的环境中体会到相关职业的实际操作程序,实现预就业的目的,为毕业后的真正就业奠定坚实的基础。 第三,突出对专业师资力量的培养。在高职院校中,为了有效地实施重点培养实践性的专业人才的培养目标,必然对师资力量有了更高的要求,而这也就使高职教师面临着巨大的挑战。因此,在实际的教学过程中,中药制药专业的教师必须对其角色进行转变,改变传统教学模式下“知识的传播者”角色,让自己成为理论知识与实践能力同时具备的“职业指导者”的角色。而高职院校也必须加强对“双师型”教师的培养,制定一些专业教学的培养计划,不断地提高本校的专业师资力量,为人才的培养提供必要的保障。 第四,加强对实训资源的优化配置。实践教学的基地不仅是综合型的专业人才的培养摇篮,也是高职院校普遍的办学特色,它为专业技能人才的培养提供了必要的保障。因此,在高职院校中,需要在充分了解中药制药专业的教学计划与教学大纲的基础上,加强相关的实训基地建设,从而强化学生理论与实践的结合,提供学生的专业技能。同时,除了不断地加强学校实训基地的建设之外,还需要积极地完善对实训教学的质量评价与管理制度,对学生的实训结果进行有效的评价,可以帮助学生找到自己的不足,从而不断地得到提高。 四、结束语 综上所述,对于高职院校有关中药制药专业的人才培养方案的制定,需要在对该专业的职业岗位以及人才的培养目标等方面进行全面的分析以后,再根据实际情况,从教学模式和课程设置的改进以及师资力量与实训教学的强化等方面,有效地制定出科学、合理的人才培养方案,重点突出对学生实践能力的培养,以满足社会对专业的中医学人才的需要。 中药制药论文:试分析膜分离在中药制药中的应用进展 摘要:膜分离技术因其便于操作、过程易于控制以及无污染、能耗低等优势,在中药的制药过程中应用广泛,并产生了良好的经济与社会效益。加强膜分离技术的研究具有重要的现实意义。本文立足于膜分离技术及其在中药制药中的应用领域,着重分析了膜分离技术在中药的制药过程中的应用进展。 关键词:膜分离技术;中药制药;应用进展 一、膜分离技术及其在中药制药中的应用领域 (一)膜分离技术及其特点 膜分离技术是一种在化学位差以及外界能量的推动下,让混合物其中一部分组分通过选择性透过膜,而另一部分则被透过膜截留下来,并有机结合透过膜在分离混合物时,混合物的各组分具有不同的迁移率这一特性,从而实现分离混合物或对其展开浓缩以及提纯等目的新型分离技术。在膜分离过程中,没必要将新物质引入,而且分离中无相变化产生,因此对环境的污染较少,同时所消耗的能量较低,能有效的节约能源。此外,化学势能差以及压力差是膜分离的主要驱动力,其分析设备无运动部件,因此膜分离技术具有操作方便、结构简单、维修方便等特点。 (二)膜分离技术在中药制药中的应用领域 1.常规除杂。运用膜分离技术,可将热原、鞣质以及蛋白等中药内的大分子杂质去除。例如,运用膜分离技术中的微滤技术,进行何首乌水提液的精制,去除的固体杂质高达67%左右,可获得良好的精制效果; 2.有效成分提纯。当前,膜分离技术在中药的现代化生产中,在进行提纯植物有机酸与色素、黄酮类化合物等有效成分中应用广泛; 3.中药提取液浓缩。一般情况下,在多数的中药提取液中,其目标产物具有的浓度相对较低,要获得最终的产品,通常需要经过大比例干燥或浓缩才能实现。在中药提取液中运用膜分离技术,可将提取液中的无机盐类以及水去除,最终完成中药提取液的浓缩; 4.药酒与中药口服液生产。(1)在药酒的生产过程中,运用膜分离技术,利于除菌率以及澄明度的提高;且经过较长时间的贮存依然能保障药酒的性能;(2)在运用传统的水提醇沉法生产中药口服液的过程中,生产的产品具有较大的黏度,且含有大量絮状物、亚微粒等。在中药口服液的生产中,运用膜分离技术可增加口服液中的有效成分浓度,同时还利于中药口服液的澄明度的大幅提升; 5.中药注射剂、浸膏制备。(1)在中药浸膏制备过程中,采用膜分离技术,能有效缩减中药浸膏崩解时限,提高其崩解性能,并使浸膏中有效成分含量大幅提升,减小中药浸膏的体积;(2)相较于采取石硫醇法以及醇水法等传统方法进行中药注射剂的制备而言,应用膜分离技术可将热原以及杂质等有效去除,避免不良反应的产生,大幅提升制备产品的澄清度。同时,运用膜分离技术进行中药注射剂的制备还能产生脱色作用。 二、膜分离技术在中药制药中的应用进展分析 (一)微滤与超滤 可将微滤与超滤的过程看做是一个以膜为介质而展开过滤的过程,它主要是在压力差作用下,结合膜孔径大小而实施筛分的过程。混合液体在压力差作用下通过膜时,比膜孔径小的分子被富集起来,并截留住比膜孔径大的大分子物质,完成混合物分离。在这一分离的过程中,由于分离膜上不断滞留了许多大分子物质,从而降低了膜的通量。加之阻塞以及浓差极化产生的膜污染问题,导致实际膜通量 (二)纳滤 在纳滤过程中,压力差是其主要的驱动力。在纳滤分离过程,所需的操作压力 (三)反渗透 反渗透主要是指实际高于溶液渗透压的压力于溶液一侧,并通过膜,使溶剂分子流向溶剂侧,并确保溶剂分子流向溶液侧的数量多于其向溶液侧透过的数量的过程。静压差(高于渗透压)以及选择性透过膜是反渗透必不可少的两个条件。在该过程中,操作压力通常为1.5MPa-10.5MPa,0.1nm-1.0nm为截留分子直径。在中药制药中,反渗透主要应用于浓缩药液、水回收利用以及脱除各类无机盐等。 在中药制药中,除以上的膜分离技术应用之外,膜蒸馏、分子印迹技术以及膜集成联用技术在中药的生产过程中也普遍应用。如,运用膜蒸馏技术精制中药,或在人参综合利用中,运用膜蒸馏技术进行人参露与洗参水的浓缩等。 膜分离过程具有分离效率高、可实现自动化与连续操作,而且分离过程简便等优势,使膜分离技术发展成为当前最为节能、高效的分离与浓缩技术之一。在中药制药中,运用膜分离技术,可有效降低生产成本,缩短中药生产周期,并获得良好的环境效益。此外,还可提高中药的附加值,在中药生产中产生了极大的推动作用。因此,在中药制药中,要立足于实际,推广运用膜分离技术,推动中药制药工业快速发展。 中药制药论文:现代工艺与技术在中药制药工程领域中的应用 【摘要】:随着经济社会不断发展,现代工艺和技术也在不断更新,中药为我国传统医药,用中药防病治病在我国具有悠久的历史。如何更好的发展好中药,应当引起业内重视。本文主要对现代工艺与技术在中药制药领域中的应用进行了探讨。意在抛砖引玉。 【关键词】中药;制药;工艺;技术;应用 近些年来,我国中药生产中的大桶煮提、大锅蒸熬及匾、勺、缸类生产器具当家的状况大为改善,进而出现不锈钢多功能提取罐、外循环蒸发、多效蒸发器,流化干燥器等设备,中成药的剂型也有较大的发展,由丸、散、膏、丹剂为主发展成为具有颗粒剂、片剂、胶囊剂、口服液及少量粉针等剂型。那么到现在为止,在中药制药领域又有哪些新技术、新设备应用到其中呢?现作如下综述: 1粉碎技术 利用超声粉碎、超低温粉碎等技术把原材料加工成微米甚至纳米级的微粉。细胞破壁率达95%以上。超微粉碎以剪切为主,得到超细粉体再进行提取。提高药物的吸收率、生物利用度,增强靶向性,主要用于一些贵重、稀有药材的粉碎[1]。其中超微粉碎技术在中药领域的应用将带来中药传统剂型的革新和发展,推动中药剂型现代化。以生药人药的传统剂型有汤剂、散剂、膏剂和丸剂等,超微粉碎技术的应用可以拓宽以生药人药的剂型,如片剂、胶囊剂、软膏剂、吸人剂、涂膜剂等,也可促进先进制剂技术(如固体分散技术和药物缓释技术)在这些生药剂型中的应用。 2浸提技术 2.1超临界流体萃取 利用超临界流体的独特溶解能力和物质在超临界流体中的溶解度对压力、温度的变化非常敏感的特性,通过升温、降压手段(或两者兼用)将超临界流体中所溶解的物质分离出来,达到分离提纯的目的,兼有精馏和萃取两种作用。超临界流体萃取由于可通过调控压力和温度,选择性地萃取某些成分,可以兼具提取和分离的功能,适用于提取分离挥发性成分、脂溶性物质、高热敏性物质及亲脂性、分子量较小物质的萃取,但对极性大、分子量大的物质如苷类、 多糖类 ,需要加夹带剂。 2.2超声提取 超声提取技术是以超声波辐射压强产生的骚动效应、空化效应和热效应引起机械搅拌、 加速扩散溶解的一种新型提取方法。超声提取能够增大物质分子运动频率和速度,增加溶剂穿透力,提高药物溶出速度和溶出次数,缩短提取时间,提高有效部位提取率,且瞬间稳定升高温度,对热不稳定成分影响较小。 2.3微波萃取 是指使用适合的溶剂在微波反应器中从天然药用植物、矿物、动物组织中提取各种化学成分的技术和方法。微波萃取的机理可从两方面考虑:一方面是微波射线自由透过透明的萃取介质,深入到生物材料的内部维管束和腺胞系统。由于吸收微波能,物料内部温度突然升高,在天然物料中的维管束和腺胞系统升温更快,保持此温度直至其内部压力超过细胞壁膨胀的能力,细胞破裂。位于细胞内的有效成分从细胞壁自由流出,传递到萃取溶剂里。另一方面,由于不同物质的tanδ值不同,对微波能的吸收程度也不同,微波可以对体系中不同组分进行选择性加热,从而使被萃取物质从基体或体系中分离出来,进入到萃取溶剂中。 2.4酶法提取 酶法的基本原理是选用合适的酶将中草药中的杂质(如淀粉、果胶、蛋白质等)予以分解除去,最大限度地提取中草药有效成分。酶法提取要求酶有极高的活性、高度的专一性和温和的反应条件。酶法提取的效果主要取决于酶的种类、用量、酶解时间、温度、酸碱度、物料细度、搅拌强度等多种因素。 2.5半仿生提取 半仿生提取法是将整体药物研究法与分子药物研究法相结合,从生物药剂学角度,模拟口服给药及药物经胃肠道转运的原理,为经消化道给药的中药制剂设计的一种新的提取工艺。具体做法是,将提取液的酸碱度加以生理模仿,先将药材用酸水提取,再以碱水提取,提取液分别滤过、浓缩,制成制剂。对提取液的最佳pH值和其它工艺参数的选择用一种或几种有效成分结合主要药理作用为指标用正交试验法、比例分割法进行优选。 2.6亚临界水萃取 常温常压下水是极性很大的溶剂,随着温度的升高,水的极性会降低,对中极性和非极性有机物的溶解能力也会增加,在适度的压力下,将水加热到100℃以上临界温度374℃以下的高温,水体仍然保持在液体状态,它的极性会随温度变化而改变,这种水称为亚临界水。亚临界水与常温常压下的水在性质上有较大差别,更类似于有机溶剂。当温度为250℃,压力10.0 MPa时,水的极性与甲醇相当。 2.7双水相萃取技术 将两种不同的水溶性聚合物的水溶液混合,当聚合物达到一定浓度,体系会分成互不相溶的两相,形成双水相体系。双水相体系的形成主要是由于高聚物之间的不相溶性即高聚物分子的空间阻碍作用,相互无法渗透,不能形成均一相,从而具有分离倾向。基于物质在双水相体系中的选择性分配,不同物质在特定的体系中有着不同的分配系数,当物质进入双水相体系后,在上相和下相间进行选择性分配,表现出一定的分配系数,从而达到分离纯化之目的。 2.8反胶团萃取 表面活性剂分子溶于非极性溶剂中自发形成的聚集体,其中表面活性剂的极性头朝内而非极性头朝外与有机溶液接触。胶团内可溶解少量水而形成微型水池,蛋白质、核酸、氨基酸等生物物质溶解在其中,由于胶团的屏蔽作用,这些生物物质不与有机溶液直接接触 ,起到保护生物物质的活性的作用,从而实现生物物质的溶解和分离[8]。 2.9液动分级逆流技术 液动分级逆流提取是工业生产技术,在提取方法上采用新工艺、新技术的产物,适合于动物类、矿物类、根茎类等原材料,进行常温或加温浸提、常温或加温动态提取、常温或加温阶段连续逆流提取。对各种药材的提取时间、提取温度、溶媒及溶媒用量、颗粒饮片尺寸、 提取单元组数、药效成分提取率等工艺参数等,可根据不同药材的特性进行优化。 3分离纯化技术 3.1膜分离 膜分离是以压力为推动力,根据体系中分子的大小和性状,通过膜的筛分作用,在分子水平上进行分离,可分离分子量为1000~1000000道尔顿的物质。起到精制、富集及浓缩的作用。目前,膜滤主要用于浓缩、分级、大分子溶液的净化等。 3.2大孔吸附树脂 大孔吸附树脂是由不含离子交换基团的由许多微观小球组成的多孔球状交联聚合物,是由有机单体加交联剂、致孔剂、分散剂等添加剂聚合而成。其理化性质稳定,不溶于酸、碱及有机溶媒,不受无机盐类及强离子低分子化合物存在的影响。它具有的吸附性是由于范德华力或产生氢键的结果。大孔吸附树脂具有的筛选性原理是由其本身的多孔结构所决定。 3.3分子蒸馏 由于物质挥发度不同,根据分子运动理论,液体混合物的分子受热后运动会加剧,当接受到足够的能量时,就会成为气体分子而从液面逸出,随着液面上方气体分子的增加,有一部分气体就会返回液面,在外界温度保持恒定的情况下,最终达到分子运动的动态平衡。不同种类分子的有效直径不同,故其平均自由度不同,其逸出液面后与其他分子碰撞的飞行距离不同。 3.4高效逆流色谱技术 高效逆流色谱是一类不用任何固态载体或支撑体的液 -液分配色谱,主要是利用在高速旋转状态产生的二维离心力场的作用下使两种互不相溶的溶剂快速有效的对流或分割,从而使样品能够在短时间内进行成千上万次萃取,根据样品中的物质分配系数的不同而进行分离的种方法。 4干燥技术 4.1喷雾干燥 喷雾器是喷雾干燥的关键部分。液体通过喷雾器分散成 10~60 μm的雾滴 ,提供了很大的蒸发面积(每m3溶液具有的表面积为 100~600m2) ,从而达到快速干燥的目的。对喷雾器的一般要求为:形成的雾粒均匀,结构简单,生产能力大,能量消耗低及操作容易等。 4.2冷冻干燥 冷冻干燥使被干燥的液体在极低的温度下 ,冷冻成固体;然后 ,在低温、 低压下利用水的升华性能 ,使冰升华汽化而除去 ,以达到干燥的目的。冷冻干燥法适用于绝大多数生物产品的干燥和浓缩 ,可以最大限度地保证生物产品的活性。冷冻干燥的干燥过程包括升华和解吸两个不同的步骤。 5β-环糊精包合技术 环糊精是一环状低聚糖化合物,外端亲水,内部疏水,既有水溶性又有脂溶性。药物经其包合后,可增加溶解度和溶出度,可防止药物的风化或挥发,防止氧化、光解、热解等, 提高药物的稳定性。该技术适用于挥发性及不稳定性药物的包合,如延参健胃胶囊中干姜挥发油的包合,冰片经包合后,解决了不稳定的问题。 6计算机应用技术 计算机辅助设计被誉为当代最杰出的工程技术成就之一。微机自控系统已普遍用于制药工业及制药机械的设计和生产,如高节能超临界萃取微机程控提取装置,口服液、大输液、针剂、软胶囊等的生产联动线,微机自控胶囊填充机等。 随着GMP的更高层次的要求,使用电脑和机器人控制的无人工厂已在日本、美国等一些发达国家中出现,药物生产在密闭的空间进行,不与人直接接触,仅需少数技术人员管理电脑和机器人,从而大大减少了污染,提高了产品质量。 相信经过我们一代又一代中医药人的努力,中医药事业的发展会越来越现代化,中医药产业会在世界医药产业中占有越来越重要的地位。 中药制药论文:中药制药中微波技术的应用 【摘要】随着我国经济飞速的发展,微波技术的应用也更加广泛,茶叶加工、植物油提炼等生产过程中都会看到微波技术的踪影。由于微波是一种交流高频电磁波,电流可以用来操控微波的发挥,功率密度也具备调控性,所以微波非常好控制。正是由于微波技术拥有操控性强、高性能低耗损的优势,因此在细胞有效物质的提炼过程中使用起来得心应手。微波技术的介入使中药制药技术得到了飞跃性的发展。目前,微波技术的应用范围越来越大,使用频率也越来越高。笔者在本文中,重点针对微波技术的基本原理、特性及其在中药制药过程中的应用进行探讨。 【关键词】微波技术;中药制药;应用 在以往的中药制药中,生产程序需要经历的浸提方法包括浸渍法、回流法、水蒸气蒸馏法等。而被用来干燥中成药和中成药材的方法包括沸腾干燥法、烘干法等。在消毒灭菌这一板块,主要依靠紫外线与干热灭菌等方法来完成[1]。随着我国科学技术的不断进步,微波技术在中药制药过程中起到了越来越重要的作用,中药制药结合微波技术后工作成果与效率均得到了提升。由于微波技术应用于重要配药中,可操作性强、工艺效率高,能够实现自主化生产,提高药材使用率,生产全过程节能减排,所的产物质量过硬,均已达标。微波技术使传统的中药制药技术获得了极大的突破,具有非常大的研究开发意义与价值。笔者在本文中,重点针对微波技术的基本原理、特性及其在中药制药过程中的应用进行探讨。具体分析如下所示。 1 微波技术的基本原理分析 1.1 微波的基本原理 微波技术之所以能够实现杀菌效果,主要是依赖于微生物产生的非生物效应与热效应。在交流高频电磁场的环境中,植物细胞内会生产大量热量,液泡因此产生膨胀,最终致使细胞壁中,有效成分细胞液的流出并融入进溶液里,在温度的催化下迅速扩散。这一提炼过程,主要是在微波能的作用下,致使目标产物细胞膜、细胞壁的破裂,使有效成分流出。其次是利用离子传导,产生撕裂以及相互摩擦,最终产生热效应[2]。而且,因为微波拥有一定的穿透力,加速了细胞内有效成分的浸出,使药物的提炼效率与质量得以提升。 1.2 关于微波特性的分析 微波拥有许多优良的特性,主要包括穿透力强、内热效应优、对生物有非生物效应,同时灭菌效果强。此外,由于微波是一种交流高频电磁波,电流可以用来操控微波的发挥,功率密度也具备调控性,所以微波非常好控制。在消毒灭菌这一板块,主要依靠紫外线与干热灭菌等方法来完成。随着我国科学技术的不断进步,微波技术在中药制药过程中起到了越来越重要的作用,中药制药结合微波技术后工作成果与效率均得到了提升。在中药制药过程中,只需对微波电流、时间与温度加以调控,就能够精确的掌控中药制药的反应过程。 2 微波技术应用于中药提取的相关分析 由于在提炼过程中,必须通过目标产物细胞膜、细胞壁的破裂,使有效成分流出,所以细胞破壁的操作过程十分关键。在实际操作中,这一过程重要为:通过微波加热致使细胞内部温度上升,细胞膜与细胞壁会在液态汽化的压力下,细胞表面将会出现细小的裂痕与孔洞。而细胞外的溶剂就趁机快速渗入细胞内,完全溶解后将释放大量包内产物[3-4]。因为微波技术拥有操控性强、高性能低耗损的优势,因此在细胞有效物质的提炼过程中使用起来得心应手。微波浸取技术拥有一定的选择性,能够提高工作效率,降低原料耗损度,提高有效物质的使用率。中药制药中的浸取技术,由于微波技术的结合[5],因此获得全面的革新,制药技术得以提升,因此微波技术具备应用价值,拥有推广并广泛投入应用的意义。 3 微波技术应用于中药炮制的相关分析 微波技术的介入,让中药制药加工过程与结果都取得了良好的反响。它能够有效节省制药时间,降低能源材料的耗损,提高现有材料的利用率,同时掌控性强,对生产药物的灭菌消毒效果佳,所以微波技术在中药制药生产中的应用,获得广大业内学者的认可与支持。值得一提的是,利用微波技术加工苦杏仁,既能有效杀死了苦杏仁酶,还能保障苦仁苷完整。相关实验结果显示,在炮制苦杏仁时,微波技术的杀菌效果显著,同时还能使含矸量不受影响,具备优良的保苷性,食用口感也更加松脆[6]。用蛤粉作为辅助材料,使用微波计术炮制阿胶丁的效果也非常好。 4 微波技术应用于中药材干燥的相关分析 微波技术的革新推动着中药制药技术的发展。微波的灭菌机理是:由于受到强度微波场的作用,物料中的菌体及虫类会因为分子极化弛豫,且吸收微波会使温度变高。当目标作用物的蛋白质性质发生变化后,其膨胀性、黏度、溶解度等均会产生相应的明显变化,同时失去生物活性。此外,微波的非热效应还具有灭菌作用,这是其他的常规物理灭菌法没有的。业内学者还对六味地黄丸进行了烘箱干燥与微波干燥的对比实验,实验结果显示,烘箱干燥出的产物,丹皮酚的含量好俗大,灭菌效果没有微波干燥法的效果好[7]。 5 结束语 随着我国科学技术的不断进步,微波技术在中药制药过程中起到了越来越重要的作用,中药制药结合微波技术后工作成果与效率均得到了提升。微波技术的介入使中药制药技术得到了飞跃性的发展。目前,微波技术的应用范围越来越大,使用频率也越来越高。由于微波技术应用于重要配药中,可操作性强、工艺效率高,能够实现自主化生产,提高药材使用率,生产全过程节能减排,所的产物质量过硬,均已达标。当前,微波技术在中药制药过程中举足轻重,具备应用价值,拥有推广并广泛投入应用的意义。 中药制药论文:中药制药专业“四位一体”人才培养模式的探索与实践 摘 要:本文从探讨新形势下职业教育模式的角度,提出了现代职业教育要体现以教师为主导、以学生为主体的具有综合素质和创新能力的现代教育理念,并大胆地进行探索与实践。它将制药企业的制剂生产线引进学校,采用企业管理模式建立专业性实训室,在教学过程中,教师严格按照企业岗位职业能力指导学生,生产出真实的产品,形成了“教师即是师傅,学生即是徒弟,作业即是产品,教室即是车间”的“四位一体”的新型教学模式。 关键词:“四位一体” 职业教育 教学模式 课 题:辽宁省职业技术教育学会2013-2014年度课题,课题编号LZY13436,课题名称:中职学校中药制药专业“四位一体”人才培养模式研究,课题负责人:周雪梅。 我国医药工业的快速发展使社会对制药类高级技能型人才的需求量不断增加,但由于医药行业的特殊性,医药企业受国家《药品管理法》《药品生产管理规范》(GMP法规)等相关制度、规范的制约,很难在正常生产过程中为相关院校承担起培养核心职业技能岗位人才的实践教学任务。学校要培养适合制药企业需求的技能型人才,但学生又缺少企业实践机会,这显然已成为制约中职制药类专业技能型人才培养的瓶颈。 基于此,笔者学校对中药制药专业人才培养模式进行了大胆尝试和改革,创新性地提出了中药制药专业“教师即是师傅,学生即是徒弟,作业即是产品,教室即是车间”的新型工学结合的“四位一体”模式。它将企业职业能力、岗位标准等融入到专业课程教学过程中,切实有效地提高学生的综合素质。使职业教育从培养能读、写、算的有知识的人,转变为心、手、脑并用的有较高职业技能和素养的专业人才,真正实现“以能力为本位,以学生为主体的素质教育”。这样既体现了学校专业建设的职业特色,也使这种新的人才培养模式更具有科学性和实用性,更受企业的欢迎。 一、实施过程 1.岗位职业能力调研 岗位职业能力调研旨在根据制药行业企业对人才规格、知识结构、技能水平及职业素养的需求来构建中药制药专业课程体系,核定教学内容、制定教学标准等,以提升中等职业中药制药专业的教学水平,提升该专业学生的综合素质和专业内涵,为制定“四位一体”人才培养目标提供客观依据,使构建的课程体系、教学内容、制定的标准,既符合现代职业教育的要求,也满足现代中药制药生产行业的需要。 调研采取问卷调查、走访调查相结合的方式,对本溪经济开发区、沈阳经济区及吉林等地制药企业发放问卷或实地走访。通过对问卷进行分析,了解到医药生产企业基层岗位设置主要有工艺员、技术员、安全员、设备员、材料员、质保员、车间化验员、仓库保管员、提取岗、浓缩岗、炮制岗、粉碎岗、干燥岗、制粒岗、压片岗、包衣岗、胶囊填充岗、制丸岗、制水岗、配液岗、铝塑泡罩岗、颗粒内包岗等。生产剂型主要集中在片剂、丸剂、胶囊剂、颗粒剂、散剂等固体制剂,口服液、搽剂、酒剂等液体制剂相对较少。从企业走访情况看出,生产企业对各种制剂工、提取工等基层岗位需求量大,要求专业操作技能较高,而其他如工艺员、技术员、设备员、车间化验员等人员需求较少。调查中也发现岗位操作工有时也需要对产品质量(外观、水分、密度等)进行一般性检测和分析,并要求他们有一定的对设备进行简单维护的能力,所以中药制药专业在培养学生时除了岗位职业能力外,还应适当加强药品质量检验及制药设备知识能力的培养。调研还显示,职业教育不仅要重视实践性教学及提高学生操作技能,更应注重培养学生分析问题的能力和应用能力,侧重培养学生将已有的设计、决策、规划等成果转换成产品的能力。 2.课程体系的构建 根据医药行业岗位职业能力调研结果,建立适合于“四位一体”人才培养模式的“就业导向型”课程体系。新的课程体系、课程标准和评价体系主要通过对岗位群进行分析,选取典型的工作任务,围绕职业岗位能力展开,强化生产实践技能培养,适当加大实验和实训课的比例。教学内容与岗位需求相适应,理论课设置与实训课相呼应,其授课比例更趋于合理,知识结构与实践安排更符合企业对综合素质强的高质量技能型人才的需求标准,减少课程内耗。课程标准更加突出实践性,学生学的就是职业岗位要用的。对学生的学业评价改变以往单一“理论知识”评价方式,以企业的岗位操作和职业素养作为评价的依据,实行知识(理论知识)、技能(操作技能)、素质(职业素质)、思想(道德品质)“四位一体”的综合评价体系。 3.专业核心校本教材建设 中专的学生基础比较薄弱,对教材的理解和掌握有一定的难度。中药制药专业聘请了中国药都的多位医药行业专家,通过大量的研讨与实地调研,将职业标准融入课程中,并与生产企业合作开发了适用于医药产业岗位职业需求的《中药固体制剂技术》《中药制剂技术实训教程》《药物制剂工职业能力手册》等核心课程校本教材和技能实训教材。实践证明,新教材的投入使用,大大提高了学生对专业知识的理解和掌握程度。 4.实训基地建设 建设融教学、培训和职业技能鉴定功能于一体的实训基地。成立了行业、企业专家参与的校内实训基地建设领导小组,制定规范化管理制度和运作机制,为实训基地科学有效运作和为实践教学服务创造条件。 实训基地按照企业的岗位工作内容、工作场景、工作要求建设,使学生进入真实的工作环境中,体验真实的场景,并可以应用实训室的制药设备,加工出真实的产品(如:丸剂、片剂、颗粒剂、胶囊剂等)。通过在实训基地的理实一体化的学习实践,最终达到职业技能鉴定的考核标准,使培养的学生能完全符合企业的岗位需求,达到学校培养与企业应用的无缝对接。 5.提升教师职业技能,打造新型职业教师队伍 采用“走出去,请进来”的方式,利用寒暑假,积极联系医药企业,送专业教师下企业顶岗实习。聘请专家、企业能工巧匠到校,对专业教师进行培训或到校从事兼职教学工作。通过加强理论学习及职场实习实践,引进企业管理模式,引导教师体会和建立“以岗位技能和人际合作技能为核心”的“有效教学”的教育观。通过工厂岗位实践、技术交流、技术比武等多种形式,全面提升教师的操作技能和在生产实践中解决问题的能力,培养一支综合素质强、能教学、能科研、能解决生产实际问题的职业型教师队伍。 6.探索新型教学方法 由于中专学生的年龄偏小,对社会认识不足,并且基础知识差距较大,有学习好、接受能力强、有表现欲的,也有基础差、不爱主动学习的,因此在实训课教学中运用“分层次”教学方法,将接受能力强、有表现欲的学生安排为实验实训组的组长,教师培训结束后,由组长再对组员进行再培训,充分调动学生学习积极性。 学生在实训室的真实环境中,以及老师的精心指导下,应用实训室的生产设备生产出各种剂型的产品。学生的作业即是生产出的产品。学生在操作中常常会提出各种问题,此时教师即是师傅,指导处理在生产过程中出现的各种问题。培训过程完全采用生产车间的工作流程,以技能训练为重点、以现代化教育技术为依托。在专业教学过程中,实现“教师为师傅、学生为学徒、教室为车间、作业为产品”的角色转换,把实训场所作为教学的重要阵地,形成符合职业教育规律的教学方法新体系。同时,培养学生认真钻研、规范操作、团结协作和开拓创新的职业素质。 7.探索基于实训过程的技能考核模式 传统的教学实训考核模式,由于考核重结果导致学生学习目标不明确,不能全面检验学生对技能的掌握程度,不利于调动学生的学习积极性,容易造成学业评价的不公平,失去考核的信度和效度。为消除现行实训教学考核模式的弊端,在不断探索和总结经验的基础上,提出基于实训过程的考核模式,变原有的阶段性考核为过程考核,做到实训教学考核全程化。考核内容以制药企业岗位能力为依据,包括理论知识、操作技能、记录填写等。 二、条件保障 生产性实训基地建设是“四位一体”教学模式的最基本条件,它创建的良好的职场环境有助于培养学生良好的职业习惯。而具有丰富生产实践经验的双师型教师队伍是“四位一体”教学模式转化为实际成果的有效桥梁。在“四位一体”教学模式下,老师必须改变教育教学观念,师生以企业生产活动为中心,边教边学边做,这样不仅能使学生掌握技能要点,还能培养他们自主学习、钻研探究的习惯,为今后的职业生涯发展打好基础。 三、实施成效 实施“四位一体”的教学模式,建立了企业管理摸式的“教、学、做”一体的实训教室,培养了一批优秀的双师型教师队伍,编制了以岗位能力为核心的实训教程。专业培训的优秀毕业生遍布中国药都的每一个医药企业。 2013年中药制药专业学生代表辽宁省参加全国“中药传统技能大赛”取得了三等奖的好成绩,某医药企业闻讯直接将这些学生聘任为药材库保管员。2009级学生在某医药企业GMP认证办公室工作,她在工作中所体现出来的态度和水平得到了该企业领导的一致好评,她本人也在实习报告中说,“虽然到了一个新的企业,但是在学校打下的坚实的理论和实践基础给了我太多的帮助”。某公司化验室唯一一名中专学历的职员,来自于笔者学校中药制药专业,这都是因为她在学校学习的过硬的化验技术和良好的职业素质。其他岗位的优秀员工不胜枚举,他们已遍布于中国药都各个生产企业,成为了企业发展的中流砥柱。 四、体会与思考 “四位一体”教学模式的改革,解决了中药制药专业人才培养中学生无法进入医药企业实习的难题,并有效地提高了专业人才的综合职业素质和岗位技能,实现了学校人才培养目标与生产企业人才需求目标的一致。但是这种生产性实训将消耗大量物料,同时生产出的大量教学产品,不能进入市场创造价值,这是有待于学校下一步研究和解决的难题。 中药制药论文:浅析中药制药的瓶颈及创新方法 【摘要】本文从当前我国中药制药技术领域的基本现状出发,浅要分析了中药在制药领域内遇到的若干瓶颈问题和亟待解决的重大技术需求。在此基础上提出了制药领域科技创新的战略方向。创新性的提出以“三化”即精密化、数字化、智能化为主要特征的中药制药技术,并对该科技工程的创新前景提出了建设性的建议。 【关键词】中药制药工程;制药方法;中药工业;转化科学 在我国生物医药产业中,中药工业是一个重要的组成部分,近年来更是升级为国家战略性的新兴产业。但由于受到发展时间短的历史原因及科技水平低的现实原因双重影响,导致我国在中药制药领域出现了桎梏的瓶颈,诸如市场竞争力弱、科技含量低等。为了解决这些问题也为了促进我国中药制药的战略发展,实现“低投入、高产出”的战略转变,故选择一些有潜力的中成药进行再次开发是及其必要的,从而完成制药技术的升级改造,以便更适合当前医疗市场的需求。 随着医疗市场的发展,一些中成药的质量问题备受关注。大众对中成药质量问题的关注促进了对中成药的质量分析,诸如多成分含量测定、色谱指纹图谱等检测方法在技术上走向成熟。例如在我国中药制药领域制药技艺还是水准较低、生产操作过程呈粗放式、制药设备智能化程度低、制药的技术革新意识较低、创新驱动力不足进而导致中药制药技术水平整体落后于时代的发展和需求[1]。因此,面对中药制药发展的困境和市场对中药制药的期望,自主创新发展中药制药工艺、推动该项技术的升级发展、实现科技战略创新、构建提高药品标准的新机制、加强对制药过程的检测及全程质量监测、确保产品的安全可靠、不仅具有巨大的医学价值更有利于推动我国中药制药产业的健康发展。 1制约中药制药发展的桎梏因素和技术诉求 1.1中成药产品的保证质量之难 按照国家药品局的指示,提高中药的制药质量标准是医疗工作者各项工作的重中之重。在此基础上对中药制药技术提出了六字真言,即“高标准、严要求”。“高标准”即是在研究中提高中成药的生产原料及质量放行的标准,将一些药量含有限制或者微量有毒有害的物质修订了检测的目标,纳入检测的范围。“严要求”就是严格控制制药工艺品的品质、提升制药工艺的水平。 1.2中成药的二次开发之难 人们往往重视的是药品的药效和作用机制的研究,因而导致对中成药的再次开发的研究技术较薄弱。再加之制药工艺品质低等技术因素导致中成药存在很大差异,例如同一生产产家不同批次生产的药物或者不同产家生产的同一款药物在化学组成成分上也存在较大差异。这些差异不仅会影响到药品的质量、药品药效的稳定性以及临床疗效甚至还极易会造成临床上的一些安全隐患。由此观之,中成药的二次开发之难是阻碍中成药进一步发展的桎梏因素。 1.3中成药制药过程节能之难 低碳经济是当前各行各业所追求的发展战略,如何促进中药制药过程中减少原材料的损耗、减少废品垃圾、提高能源利用率、提高生产设备的生产利用率、催生生产新工艺,是当前中成药发展过程中亟待解决的问题。 1.4保障中成药生产品质之难 中成药制药的各个环节密切关系到药品的质量,可以说制药工艺各个环节的精准操作是保障中成药生产品质的奠基石。然而,在我国当前的中药制药过程中,工艺操作却缺乏精准,有些工艺甚至呈现出粗放式。大部分生产企业的制药工艺参数还没有实现完全的自动化控制。综上所述的种种因素都成为了中药制药工艺品质的瓶颈。 1.5中成药生产质量检测风险之难 虽然在医疗领域出现中成药产品质量问题的事故层出不穷,但还是缺乏中成药生产质量事故预警的机制。根据生产需求,建立质量风险预警系统和风险评估机制,检测生产工艺的质量,对生产数据进行观察可以有效加强对生产质量全过程的监测[2]。 1.6中成药制药过程质量控制之难 中药的制药过程是及其复杂的,因而制药过程的质量控制也一直是中药质量控制领域内的瓶颈因素。控制技术整体水平较低、制药过程质量控制技术较落后、中间体质量检测指标尚不完善、制药信息的缺乏导致难以实现对制药整个过程的有效控制。因此推动中药制药过程质量的控制技术创新发展是中药制药领域内的当务之急。 2新时代中药制药核心技术的创新突破 改革开放以来经过广大医学工作者的辛苦努力和科学技术的日新月异的发展,在医学领域陆续发生了三次科技革命。第一代技术改革出现在20世纪70年代左右,出现了以“机械化和半机械化”为特征的技术变革。第二代技术革新起始于20世纪90年代,制药设备更新以“三化”为特点:自动化、管道化、半自动化。第三代中药制药技术抓住了新时代技术革新的浪潮,创新发展以“精密化、数字化及智能化”为制药技艺革新的目标,推动中药制药工艺实现跨越式发展[3]。通过对新一代中药制药技艺的探究发现,在新的时代诉求下,中药制药工艺力求在以下几个方面做出创新: 2.1中药制药过程分析技术的创新 中药制药技术一般是利用PAT技术实现对制药过程的有效监控。通过集成方式对制药过程进行化学、物理、数学和生物等风险监测,辨析出可能引发制药风险的因素,实现中成药质量的控制目标。 3中药制药科技创新构思 随着信息技术的发展和第三次科技革命的创新对中成药的制药技术突出了创新的技术诉求。我们应抓住这新一轮的技术革新机遇,自主创新实现中成药产业的快速发展。 第三次科技革命如火如荼的发展也深刻影响了制药工程的技术创新,生产系统的数字化和智能化将极大促进中成药工业技术的创新飞跃。大幅度提高中药质量,实现制药技术的升级更新,推动中成药走出中国走向世界。 中药制药论文:现代制药技术在中药生产中的应用分析 摘要:进入二十一世纪以来,我国的科学技术不断进步,现代制药技术不断深入。由于传统的思想,在药品的选择上,人们偏向于中药,所以对中药的生产和研究提出更高的要求。中药作为我国传统医学的精髓,对其进行现代化的发展是必然的选择。一般来说,中药研究的过程是采用先进的科学技术,对中药成分中有毒有害物质的去除,生产出副作用小、质量稳定的药品。目前,大多数的医药研究员都引入了现代制药技术,来提升我国传统中药的质量和作用,提高中药生产的效率。 关键词:现代制药技术 中药生产 应用分析 一、引言 目前,我国中药生产技术明显落后于其他制药技术,中药产业在我国制药市场中呈现下滑趋势。中药产业若想在激烈的制药市场中立足和发展,就必须不断的引入现代新技术,向高科技制药技术的水平和方向发展。随着我国加入世界贸易组织,我国的中药产业得到了较好的发展,大多数中药企业都投入大量资金,引入了现代化高新技术,这刺激和影响着传统的中药产业。现代化科学制药技术和各种制药新工艺、新设备的应用,使我国中药产业取得了举世瞩目的成就,也推进了中药制药剂量和药效稳定发展。 二、现代化中药制药技术实例概况分析 进入二十一世纪以来,中航建发在医药方面形成了自己的特色,拥有了一支专业的设计队伍。其医药工程项目设计主要涵盖生物制药、中药提取和医药制剂以及配套的设施等。特别是中药提取车间的工程项目设计,把国内外的先进制药技术和我国传统中药制药技术联系起来,不断的改革和完善,形成了一套全面的中药现代化生产技术体系,被国家发改委员会评为“高技术产业化示范工程项目”。 此制药项目占地面积达到3000多平方米,厂区分为两期工程进行规划和整理,一期工程建筑面积达到8000平方米,为双层,高度为18.75米,结构形式为钢筋混凝土结构。在整个厂房的布局中,规划了发酵车间、提取车间、交配电房、仓库以及办公区域等。各辅助生产区域采用岗位轮流的工作模式,在不影响工作有序进行的前提下,将厂房分为2层,方便工作人员的工作。 在设计中,将提取车间分成了三层,包括出渣层、操作层和投料层。在第三层可以布置同提取罐配套的冷凝器、冷却器;提取罐可以悬挂在第二层上,同时单效蒸发器也放置在第二层。整个设计工序方便操作、流程顺畅,既充分利用了空间,又减少了占地面积,降低了成本的投入。 图1 中药提取生产车间 三、现代化制药技术在中药生产中的设计和应用 在一个工程项目中,好的方案和规范是工程项目成功与否的重要基础,也是影响建设全过程有效的控制理论。在科学技术日新月异的今天,我国的中药制药现代化技术不断进步,促进了我国制药工艺和行业的快速发展,满足了各种各样的需要。 (1)采用自动化技术对固体进行发酵 现代化中药制药工艺突破了原来的生产技术,适应了国家和社会高新化、现代化的发现要求,使固体发酵工艺实现了技术创新。在工作设计和制度中,引入了先进的开发技术和单元操作技术,建立了一套适应国家先进水平的现代化自动生产线,以满足相应发酵环境下各种新工艺、新技术以及新设备的发酵工作和在不同自动化技术控制阶段的标准和理念。此技术有效的推动了中药制药技术的发展,使现代化先进制药技术广泛的应用在中药生产过程中,提高了中药生产效率,保证了中药药性和剂量。 (2)实现了中药胶囊有效成分的定量控制 目前,我国大多数制药企业为了实现质量控制现代化,在生产检查中采用了高效液相色谱法(HPLC)检测质控手段,它采用了高压输液泵、高灵敏度检测器和高效微粒固定相,能对液体混合物进行成分分离。超高效液相色谱-质谱联用、气相色谱-质谱联用方法在定量控制中的应用也越来越多。例如,三聚氰胺就可以用此法检测其含量。相关部门还制定了科学严格的质量标准,使中药制剂更具有安全性和稳定性。 图2 高效液相色谱法(HPLC) (3)中药的提取和制剂生产设备对生产过程进行全面的质量检测控制 生产工艺和质量控制直接关系着中药现代化的发展。单元制造技术系统集成的自动化全面质量检测控制生产线是该项目实现制药工艺现代化的重要工作之一。在此项目中,单元制造设备建立了提取、浓缩、干燥等操作系统,这些相互独立又相互连接的方式,使整个提取工艺流程实现连续化和物料转移管道化。 设计中,采用了国际先进水平的铝塑包装设备,提高了产品包装过程的质量控制;同时具备了在线检查和称重、自动去除不合格产品的功能,有效的增加了中药生产的效率和质量。设计中用到NT25型铝塑包装机,利用数字和红外线扫描,能精确的保证产品的质量参数,高效快速的控制质量,提高了中药生产技术水平和设备水平,进而推动了中药产业的稳定发展。 (4)高温、高湿的空调处理技术 在现代化制药技术中,中药生产流程非常的复杂。在生产过程中,提取工序使用大量的酒精,存在安全隐患和质量风险,应该在送风支路上设置防爆防火阀,并采用直流形式排风。如果外界自然空气能达到一定的使用要求,可以利用自然风,采用排风扇,实现变风量、变新风的运行。 (5)膜分离技术在中药提取、分离中的应用 膜分离技术是以选择性透过膜为分离介质,利用膜两侧的电位差、浓度差或者压力差,使原料选择性的透过膜,达到最佳的分离效果。在中药成分分离过程中,由于存在较多较大的杂质和胶体,不仅会对膜产生一定的破坏,也会对中药的提取、分离以及制造工作带来不必要的麻烦。因此可以在中药中加入絮凝剂,使部分悬浮颗粒发生沉淀,使其过滤,更好的被超滤膜分离,达到中药生产的最佳效果。由于该技术操作方便、污染小、成效高,能全面提高中药生产的质量,促进我国中药产业更好更快的发展。 四、结束语 此工程设计整体来讲,布局比较合理,各项工艺流程和设备都已经达到国内先进水平,其生产过程稳定可靠,有效的提高了中药生产的效率,保证了中药的剂量和药效。中药制药作为我国传统医学的精髓,运用现代制药技术进行生产是必然的选择。相关部门应该充分利用现代技术,调动科学力量,促进中药走向现代化、国际化的发展方向,为我国人民的健康做出应有的贡献。
中药论文:对中药材质量问题的思索 【关键词】 中药材 质量问题 分析 多年以来,在各国医学领域,人们对中医中药的认识都在不断提高,我国也在大力扶持中医中药事业的发展,中药越来越被更多的病人所接受,所以,中药材的需求量逐年上升。而由于各种原因,中药资源却在逐渐减少,有的品种甚至面临资源的严重匮乏。在经济利益的驱动下,一些不法商贩为了获得更高的经济利益,采取各种各样的不法手段,在中药材中掺假、混杂,以降低成本,所以中药材的质量越来越令人担忧,在患者治疗的过程中,中药成本是越来越高,我们更应该把药品质量放在首位,所以呼吁提高中药材的质量,加强中药材质量的监管,我们作为中药师责无旁贷。下面就本人在工作中发现的中药材质量存在的问题及分析做以总结: 1 实际工作中发现的中药材存在的问题 1.1 非药用部位掺入太多:例如:柴胡,由于货源较少,本来药用部位为伞形科植物柴胡或狭叶柴胡的干燥根[1],而在市场上销售的柴胡几乎全都掺有地上茎部分,有的甚至几乎成了全草;黄连,秋季采挖后除去须根和泥沙,干燥后撞去残留须根[2],市场上近几年价格较高,为了增加重量,大部分都带有黄连须根,鸡爪连的中间还夹杂有大量的泥土,有的髓部已高度木化;山茱芋,要求含核量不能超过3%[3],而市场上有的含核量高者具统计能达到15~20%。 1.2 杂质太大,灰尘含量严重超标:如:蒲公英、茵陈、金钱草等全草类药材,在产地采收时带入了大量的泥土,甚至石头,而在销售的过程中是不经过水洗的;再如地龙,药用部位应该是剖腹后去除内脏和泥沙,洗净干燥[4],而市场上销售的地龙,有的仅在中间剖开一个小口,而两头的泥土根本没有去除,有的甚至就不剖开直接入药,本人曾作过一次实验,取100克地龙用水洗净,晾干,再称仅有63克,像这样医生用药时精心计算出的用药剂量,如何能达到预期的治疗效果。 1.3 人为掺假,以此充彼:本人曾发现以续断饮片染成红色掺入丹参中出售;以十字花科植物大头菜的干燥成熟种子代替菟丝子出售;以党参种子、北葶苈子伪充芸香科植物佛手的干燥成熟果实出售;以菊科植物蜂斗菜的花蕾伪充菊科植物款冬的花蕾出售;车前子中掺入沙子等等。 1.4 炮制掺杂及炮制品质量不合格:例如市场上销售经过炮制的穿山甲的价格有的比生品的价格还要低,其中的原因就是在炮制的过程中加入了大量的白矾水或者盐水;市场上销售的全蝎,在炮制的过程中浸入了大量的盐和水,使其增加重量;相同重量的胎盘,体积能相差一半;临床上应用的乳香和没药,多用干炒法,很难去除其挥发油,达到免除致呕的目的。 1.5 将挥发油提取后,再按正品药材销售:本人曾亲自在市场上看到提取过的大茴在地上晾晒后,当正品大茴销售。 1.6 产地的原因,药品质量相差甚远:如青海的冬虫夏草与四川的冬虫夏草;进口血竭与国产血竭;海南沉香与其它产地的沉香的质量的差异很大。 1.7 冲服药物严重污染,卫生及细度不合格:市场销售的中药一般都没有经过水洗加工,对于一般煎煮者好一点,因为煎煮的过程即可达到消毒杀菌的目的,而对于需要冲服的药物就不一样了,如琥珀、三七粉等直接冲服的药物在采收、加工、运输、销售的过程中就很难保证不被污染,达到卫生学标准,而现行《中华人民共和国药典》中药材的检验标准是不要求生物检验;朱砂等一些质地较硬,需要水飞后冲服的药物,现在为图省事在炮制时已很少做到真正水飞炮制,而只是用机器打碎,这就很难保证其细度,影响人体吸收,也就难以达到预期的治疗效果。 1.8 药用部位区分不清:如当归入药时本应分归头、归尾、归身或者全当归,临床应根据治疗的需要而选择不同的药用部位[5],实际是临床上销售的几乎全是全当归,不管医生开什么,均是调剂全当归;还有苏梗、苏叶、和全紫苏也没有根据临床治疗的需要而分别调剂。 1.9 等外品或劣质药材作正品销售:药材经过挑选后,上等品高价出口或作他用,挑选后的药材低价在市场销售;有的甚至将非药用部位做药用部位用于制药行业,本人曾在市场见到商贩将筛出的连翘芯收集,因好奇问其收集起来有什么用途,商贩直言不讳地说有些小药厂收购。 1.10 正品货源紧张或价格较高,而用替代品:如黄狗肾代替海狗肾;水牛角代替羚羊角;人工牛黄代替天然牛黄等。 1.11 习惯以个入药的药材,大小无标准,而市场销售的大小差异较大:如蜈蚣,较大的有六寸到七寸,较小的有三寸到四寸,而按习惯用法以条去计算剂量,大条和小条所达到的效果肯定不一样;还有蛤蚧等大小亦有很大差异。 1.12 不能很好把握采摘时节:需嫩枝入药的,采摘时过老,木质化程度较高;需花蕾入药的,采摘时部分已开花;需霜后采摘的,不等霜后即被采收等。 1.13 水分含量严重超标:为增加重量,水分含量严重超标,一方面治疗剂量不能达到,一方面在存贮过程中容易引起霉变。 1.14 在实际工作中本人还经历过乌稍蛇的两种造假现象:一是将蛇腹腔内注入了大量的白石灰和水泥,以增加其重量;另一种造假方法是首先将蛇皮扒掉,将蛇肉剔除,然后再将蛇皮附着在剔除后乌蛇的骨架上,干燥后即成一体,一般是看不出的。 2 对于以上中药材销售中存在的质量问题,本人分析有以下几方面原因 2.1相关人员法律意识淡漠,以及职业道德的缺失,在经济利益的驱动下,就会铤而走险,做出违法及违犯职业道德的事情。 2.2中药产地来源混乱 2.2.1不同产地的同一品种中药材,因其温度、湿度、温差、日照时间、土壤化学成份、降水量等的不同,其有效成分的含量就有很大的差异,中药材最讲究的就是“道地”二字; 2.2.2入药品种混乱,同药异名、异药同名现象较为普遍,如《中药大辞典》中记载:茜草一药有64个不同的名称,玉竹有38个不同的名称,决明子有18个不同的名称,而不同的药材又有相同的名称,如壁虎又名天龙,而蜈蚣又名也叫天龙[6]。 2.2.3我国幅员辽阔,同一药材多基源情况较为普遍,各地又有不同的用药习惯,如大青叶在华东地区习惯用十字花科植物菘蓝的叶,东北地区习惯用蓼科植物蓼蓝的叶,华南和四川地区习惯用爵床科植物马蓝的叶,江西、湖南、贵州等地习惯用马鞭草科植物大青的叶,而四种大青叶所含的主要成分不尽相同,其临床疗效也一定不同。 2.3种植加工不规范 2.3.1目前,我国中药材种植还是以个体农户分散种植为主,科学化种植水平很低,缺乏规范化的种植质量控制标准,而中药材在种植过程中土壤的酸碱度及所含的化学成分、气候条件、日照时间、栽培方法、肥料、农药的使用等因素都会直接影响药材质量。 2.3.2产地加工及饮片加工不规范,该净选加工的不净选,水处理时造成有效成分的流失,切制饮片前混入了大量的非药用部位或杂质等。 2.3.3采收时令不规范。中药材品质的优劣决定于有效成分的含量,而中药材有效成分含量的高低与采收时间和方法密切相关,如槐米在花蕾期芦丁的含量最高,甘草在开花前期甘草甜素的含量最高,在实际采收时不能严格按照科学的采收时节,进而影响了药材的质量。 2.4炮制不规范 2.4.1切制饮片时应根据质地的不同而相应切制成薄片、厚片、段或者块,可实际操作中为图省事方便不能按要求切制。 2.4.2炮制品的太过或不及。中药炮制讲究的是适中,不及则功效难求,太过则气味反失,而实际操作中却不能很好把握,如杜仲炒炭要求是炒至断丝、表面焦黑色[7],而实际炒制时往往是外表炒成黑色,折之丝亦不易断,而全草类炒炭时往往容易炭化,动物的龟甲类淬时掌握不好往往不易使之酥脆。 2.4.3炮制品使用辅料及含水量过高或故意掺假,如盐全虫含盐及水均较多,穿山甲醋淬时醋里加白矾或加重粉,密炙药材含水量高等均影响了药材质量。 2.4.4贮藏运输不当:运输中包装破损,造成药材污染;贮存时温湿度控制不好,造成药材的霉变、虫蛀、泛油、变色、气味散失、风化、潮解、粘连、腐烂等,使药材的有效成分流失或变质。 2.4.5质量标准不统一,难于监管:由于中药材的品种混乱,质量没有统一的标准,有效成分只有定性检验而没有定量检验,再加上各地的用药习惯有较大差别,这些因素都给监管工作造成了一定的难度,监管工作的不到位又造成了中药市场的鱼目混杂,中药材质量难于保证。 3 针对中药材质量中所存在的问题,笔者提出以下想法和建议,仅供参考 3.1对经营、使用等各个环节的相关人员进行普法教育和职业道德教育,使人人都能树立起以人为本的思想意识,树立科学发展观,认识到质量是发展的前提保证,人民的利益高于一切,销售假药劣药都是违法行为。 3.2杜绝腐败现象,使采购人员能够恪尽职守,严把药品质量关,不能抱有睁只眼闭只眼的态度,不给那些不法商贩留下可乘之机。 3.3从源头抓起,在药材的种植、采收、贮存、销售各个环节把好药品质量关,做好产地的净选加工。 3.4对中药饮片实行商标注册,要解决中药饮片质量标准不统一,假劣产品来源不明,出问题后无法追踪等矛盾,有效手段是对饮片生产厂在实行许可证制度的基础上再实行商标注册管理,杜绝无厂牌、无商标饮片上市流通。规范中药材产地对药材的最佳采收期和加工方法是确保饮片质量的关键环节之一[8]。 3.5进一步完善中药材的质量标准,有效成分的含量不但有定性标准,还要有定量标准,达不到质量标准不允许销售,做到质量控制有法可依,有理可循。 3.6加大政府督查力度,切实发挥药品监督管理部门的职能作用,要以切实提高药品质量为目的,而不仅仅是流于形式,收取一定的费用,加大执法力度,发现违法行为要从严处理,情节严重者可吊销营业执照直至追究刑事责任。 4 小结 我国的中药材市场亟待规范,中药材的质量标准亟待完善,这关系到中医药的发展前景,影响到医药卫生事业的发展。每一个中药师及药剂管理人员都有责任和义务来关心这个问题,同时呼吁全社会来关注这个问题,为我们中医药事业的发展打下良好的基础。 中药论文:中药制剂及用药过程中应注意的问题 1 中药剂量 医生处方,医院制剂,工业生产的中成药绝大部分为中药复方,其主要来源为传统的古方(或有所加减)、民间验方、祖传秘方等,其中各味药的用量都有一个既定的标准,但是随着时间的推移,中药用量的增长,地道药源枯竭,生态环境的变化,野生到种植,以及替代用药等,使中药中的药用成分或多或少的发生了改变,有效成分含量的改变直接影响方剂的药效和疗效。因此中药“身份证”的建立是一项势在必行的工作,即根据中药的产地、其中所含有效成分一种或几种的含量指标,建立档案处方。制剂时根据此档案科学用量,才能使中药制剂达到应有的疗效。 2 中药煎煮 中药汤剂在临床用于急症时,疗效仅次于静脉给药,在用于慢性病、疑难杂症、滋补等时,是西药(即化学制剂)无法替代的,中药煎煮的好坏对疗效有直接的影响。除了传统的煎药方法应重视的诸多问题外,如今中药煎煮机和药液包装设备被广泛应用,更加卫生、便捷。但中药材煎煮火候很重要,煎煮机在操作上还存在一定的局限性。 3 中药服用 3.1大多数中药一日剂量分2~3次服,成药3次/d,使之维持一定的体内药物浓度,提高疗效,一般汤药宜饭前服用或空腹服用,滋补药如人参蜂王浆,十全大补汤,六味地黄丸等宜饭前服,以利充分吸收。 3.2消食导滞的健胃剂如健胃丸等宜饭后服用,以免刺激胃黏膜引起胃部不适。 3.3根据病情适时服药,如朱砂安神丸,酸枣仁汤等应睡前服,以利镇静安眠,速效救心丸等急救药物即时服用[1]。 4 中药毒副作用 人们普遍存在一种误区,认为中药无毒副作用,中药用量多一点并无大碍。 有些医生随便加大方药的用量、剂量,让患者超量服用;如今越来越多中药不良反应病例已引起各方面的关注,也提醒我们不可轻视中药的毒副作用。 5 中药与西药 5.1与西药合理联用可提高疗效,降低化学药物的用量和毒副作用,缩短疗程和促进体质恢复等,显示了极大的优点。①协同增效:补中益气汤、葛根汤等具有免疫调节作用的中药与抗胆碱酶药联用治疗肌无力疗效较好。具有保护肝脏和利胆作用的茵陈蒿汤等与西药利胆药联用,能相互增强作用;②降低西药的不良反应的芍药甘草汤等与解痉药联用,在提高疗效的同时,还能消除腹胀、便秘等不良反应;柴胡桂枝汤等与抗癫痫药联用,可减少抗癫痫药的用量,及肝损害、嗜睡等不良反应。 5.2中西药不合理联用,①降低药物疗效:含钙、镁、铁等金属离子的中药及中成药,不能与异烟肼联用,因异烟肼分子中含有肼类等功能团,与上述中药同服后,既会产生螯合效应,生成异烟肼与钙镁铁的螫合物,妨碍机体吸收;又能影响酶系统发挥干扰结核杆菌的代谢作用,从而降低疗效。酸性较强的中药及中成药不可与碱性较强的西药联用,因与碱性药物发生中和反应后,会降解或失去疗效;② 产生或增加不良反应:含有机酸类的中药及中成药,不能与磺胺类西药同服,因同服后易在肾小管中析出结晶,引起结晶尿、血尿,乃至尿闭、肾功能衰竭。含氰苷的中药不宜长期与镇咳类的西药如咳必清等联用。因氰苷在酸性条件下,经酶水解后产生的氢氰酸虽有止咳功效,但在一定程度上抑制呼吸中枢,咳必清等可加强其抑制作用,使呼吸功能受抑制[2]。 6 小结 推动中医药现代化必须按照《国家长期科学和技术发展规划纲要》的要求,重点开展中医基础理论创新及中医经验传承与挖掘。中药的疗效与西药的一个区别是对病体的整体调节,这个调节显然涉及免疫系统,借鉴西医免疫学已经取得的成果,有助于弄清楚这个问题,中西医、中西药互相取长补短才能实现双赢。合理用药是在充分考虑患者用药后获得的效益与承担的风险后所做的最佳选择,即使药效得到充分发挥,不良反应降至最低水平,也使药品费用更为合理。合理用药涉及到两个方面,一是医务工作者,即医师正确选用药品,护士正确给药,药师正确调剂并向患者解释药品的用法;二是患者是否依从指导,正确合理用药。 总之,中药合理用药的四要素为安全、有效、经济、适当。其中的“适当”包含了适当的时间、适当的剂量、适当的用药时间和适当的用药方法。中药服用的方法与疗效有着颇为重要的关系,准确的服用方法有助于疾病的康复,甚至可起到事半功倍的效果。古人依据“天人合一”的理论在这方面积累了很多经验。在中医学中,中药有各种制剂,而每种制剂服用方法不同,对疗效有明显影响。同时中药也有很多饮食禁忌,遵从这些原则,有助于疾病尽快痊愈。 中药论文:对中药饮片质量管理的探讨 长期以来,中药饮片在防病治病、药学保健等方面发挥着重要作用,是中医临床辨证施治必需的物质基础,是中成药和中药注射剂的重要原料,是中药行业的三大支柱产业之一。近年来,中药注射剂等新型中药剂型面临着严峻的考验,而中药饮片因其相对较高的安全性和相对较低的价格受到了群众的青睐。但是,中药饮片却因其药材品种、基源、加工、炮制及临床应用中存在着问题很难进一步提高,如何解决中药饮片存在的问题,是摆在我们面前的重要课题。 1、影响中药饮片质量的因素 1.1 中药材质量难以控制中药饮片是中药材按中医药理论、中药炮制方法,经过加工炮制后的可直接用于中医临床的中药。作为源头的中药材,其品质的差异直接影响着饮片的药用价值。自古以来,同名异物、同物异名的现象层出不穷,各地质量标准不统一,制约了中药材质量的标准化。在中药饮片的加工过程中,一些生产企业过分注重生产成本,选择以伪品、劣品代替优质中药材,如红参充高丽参,生晒参充西洋参,金环蛇、眼镜蛇等蛇的幼体充金钱白花蛇,柴桂充肉桂,地骨皮掺其他根皮等,从而使饮片的质量降低,其药物安全性也得不到保证。 1.2 饮片加工炮制缺乏有效监管中药饮片是中医药临床应用的物质载体。饮片的炮制方法是保证其归经、药性和发挥药效的重要手段。为获得利益的最大化,药农或药材经销商自行进行加工炮制,缺乏专业人员的指导,制约了饮片加工向规模化、集约化和科学化发展。至于对炮制品的定量和定性检测、对炮制用辅料的质量要求、饮片质量标准及卫生学检查等现代药品生产中必须执行的质量标准及要求,不是没有明确规定就是监控流于形式。中药饮片生产加工的粗放型、随意性没有得到有效遏制。 1.3 从业人员素质有待提高由于目前中药饮片加工企业的雇员大多是临时招募的外来务工人员。企业在招募员工时,普遍追求佣金低廉,而忽视了员工的整体素质。在零售药业,大多都提供免费的中药煎药业务,大多也是采用煎药机进行服务。但是,中药饮片的煎煮有不同的要求和规范,比如,附片先煎可大大降低乌头碱的毒性,薄荷后下可有效防止挥发油的流失,旋覆花采取包煎可避免由绒毛脱落混入汤液中刺激咽喉,引起咳嗽等。在实际过程中却少有员工注意到中药的先煎、后下、包煎等特殊煎煮方法,这给中药饮片能否安全使用和取得预期的疗效带来了隐患。 2、加强中药饮片质量建设的途径 作为防治疾病的药品,中药饮片应符合药品标准,即安全性、有效性、稳定性、可控性。药品质量稳定是安全、有效的前提。目前,我国的中药饮片生产还处于规模小、数量多、相对分散的状态,缺乏相应的质量标准和有效的监管手段。因此,要保证临床疗效和应用的安全性,切实提高中药饮片的品质,应从以下几个方面进行建设。 2.1 快速推进《中药材生产质量管理规范》(GAP)实施GAP是有效解决中药材质量问题的重要途径。 GAP对中药材的品种、产地、种植、采收、加工等一系列过程进行了规范及管理,是中药材生产总的指导原则。实施GAP的过程,也是对中药材品种、基源进行重新清理的过程,它从源头上确保了中药材的地道性和可控性。因此,全面推进实施GAP,发展绿色中药材,是保证中药饮片质量的关键。饮片加工企业在采购原料药环节中,应该优先购进通过GAP认证的基地生产的药材。其次,中药饮片加工企业在加工炮制过程中,必须严格按照《中药炮制规范》和标准操作规程对药材进行炮制,提高药材质量,降低药物毒性,从而保证饮片的有效性和安全性。 2.2 加快实施中药饮片批准文号制度《药品管理法》规定:生产新药或者已有国家标准的药品,须经国务院药品监督管理部门批准,并发给药品批准文号;但是,生产没有实施批准文号管理的中药材和中药饮片除外。虽然自2004年以来,中药饮片实施批准文号制度就被提到了日程上来,但是多年来,由于各种原因一直没有得到有效执行。因此,造成中药饮片市场准入门槛低,中药饮片厂大多规模小,相对分散,基础设施简陋,设备陈旧落后,许多中药材加工厂仍停留在手工作坊的生产方式,机械化、自动化程度低,人员素质整体水平不高。因此,加快对中药饮片批准文号的实施进度和力度,对于提高中药饮片的生产准入门槛有重要意义,从而促进中药饮片质量的提高。 2.3 建立和完善中药饮片质量标准中药饮片长期以来执行的三级标准,分别为《中国药典》、《全国中药饮片炮制规范》、《各省市中药饮片炮制规范》,其中国家标准仅收载了很少一部分中药饮片。同时,三种标准也不统一,如槐花炭的炮制工艺对火候便有不同的规定,北京、江西等地规定为武火炒至焦褐色,存性,而湖南、湖北等地则对火候无规定,安徽则规定为中火。因此,尽快统一中药饮片的质量标准,提高中药饮片的检验技术,是实现中药饮片现代化、规模化的重要方向。 2.4 不断提高从业人员专业技能不论是中药材GAP的生产,还是中药饮片的加工、炮制、煎煮、临床使用以及中药饮片质量标准的提高,批准文号的实施,归根结底都需要专业的中药人员来完成。因此,不断加强对专业中药人员的培养,对于改善中药饮片现状有着重要作用。目前,人才的培养可以通过企业合作定向培养应用型人才、高校接受企业委托培养在职专业人才以及建立在职定向研究生培养基地,培养实用性人才。 综上所述,中药饮片品质的保障需要从药材品种、种植、加工及使用等各个环节抓起,中药饮片的规范化发展需要企业及政府的齐抓共管,需要更多的中药专业人员参与其中。只有这样,才能保证中药饮片的质量与中药工业发展,保证饮片的有效性和安全性,使中医药这一传统医药更好地为人类健康服务。 中药论文:中药法象药理学说浅述 【摘要】 利用法象药理学说研究并揭开更多的中药奥秘,为现代临床服务。 【关键词】 取象比类;法象药理;法象用药 着名的科学家钱学森曾提出“唯象的中医学”概念,认为中医完全是从现象来总结、概括,而得出的系统的理论[1]。 1 取象比类 随着对中医思维方式研究的不断发展,唯象理论得到了进一步的重视,所谓唯象理论就是中医的“取象比类”,也就是获取某一类或几类事物的“象”,然后把这种“象”进行“比类”——类比、推理,得出一定结论的思维方法[1]。 “取象比类”一词出自《周易》,其中象有两种涵义:一是指卦相,即八卦和六十四卦;二是指物象,即八卦所象征的事物和六十四卦构成的物象。“取象比类”就是取八卦的象和他们所象征的事物进行运思,借某种直观的形象作为诱导物,触类旁通、引思联想,经过推导而得出相关的结论。《内经》曰:“天地万物者,不以数推,以象之谓也”,“援物比类,化之冥冥”,“不引比类,是知不明”,也就是常说的“取象比类”。“取象比类”的思维方法是古人的智慧结晶。 “取象比类”是中医逻辑思维的基础。中医的理论体系源远流长,几千年来由于历代医家悉心的临床观察和诊疗实践的升华,形成了中医独特的理论体系,使我们能参照前人的经验并应用于现代临床。“取象比类”的方法在中医理论中占有特殊的地位。 中医理论中的“取象比类”和现代控制论中的同构理论都是一种类比推理,中医的“取象比类”方法就是一种原始的同构方法,运用类比推理即“取象比类”推测说明阴阳、五行和人体各种生理、病理现象等,在中医学中是比比皆是,不胜枚举[2]。如中医基础理论之一五行学说的归属理论,就是“取象比类”推论演绎的具体体现。按五行各原始特性的原理,自然之木具有升发、条达之性,据逻辑推断,凡具有此类特性或类似此特性的事物或现象归属于木行。以春季而言,此季是万物生长旺盛的季节,日非一日,蒸蒸日上,这正与木之升发特性相近,理应归属木行。再如东方是日、月冉冉升起的地方,这也与木的特性恰好相似,而东方也就归属于木,诸如此理,不一胜数。中医取象比类法在中药理论中,作为一种独立的药性概念提出,即为法象药理。 2 法象药理 2.1 法象理论历史渊源 法象理论初步形成于宋代,当时受到宋儒理学的影响,大兴探讨药理之风。北宋末年的《圣济经》可为代表。在其“药理篇”一卷中就反映出当时的医药学者,观察动、植物之本性,探究物理造化之玄机,总结出“万物皆有法象”的思想,并对药物的药理作用进行推衍。法象理论兴盛于金元时期。宋代的药理研究,扩展了金元医家的学术视野。金元时期虽未出现代表性的大型综合本草着作,但各路医家风格各异,多重实用,使此时的本草学具有临床药物学的特征。在法象理论发展方面,当推李东垣的《药类法象》和《用药心法》,张元素的《珍珠囊》和《医学启源》,他们在宋人的基础上进一步探求药物奏效的原理,以药物形、色、气、味、体为主干,利用气化、运气和阴阳五行学说,建立了一整套法象药理模式,极大地丰富了中药的药理内容,使临床由经验用药向理论用药迈进了一步。 2.2 “药类法象”与法象用药 中药的药类法象理论模式,是把药物的基本性能、功效应用与其气味厚薄、阴阳寒热、采收时月、质地色泽、入药部位以及药材生熟等联系起来,认为物从其类,同形相趋,同气相求。如有“皮以治皮、节以治骨,核以治丸”,“子能明目”,以及“蔓藤舒筋脉,枝条达四肢”等多种说法。如五皮散治皮水,《成药便读》云其“皆用皮者,因病在皮,以皮行皮之意”,借以说明药用部位与病位的疗效关系。 前人总结出这样的一个规律,动物治病是“以情治病”,而植物是“以形治病”,这也是对法象药理的一个总结。所谓情是指动物活动时所生活的环境、习性及自身特点等,而植物的形态是指植物用药的部位,来源等内容,临床治疗的疾病与这些有密切的关系。比如桑螵蛸的特性就是以产卵多为其特点,而在临床上我们即可用之治疗不育不孕证。再如植物中凡藤类药物,几乎都有祛风除湿,舒筋活络止痹痛的作用等等。 法象药理认为药物的功用是由其形、色、味、体、质、所生之地、所成之时等自然特征决定的,在此理论指导下应用药物,称为法象用药。药类法象认为:药的四气五味与天之阴阳、六淫、四气相应,与地之五行、五季的生、长、化、收、藏相应,又与阴阳、升降浮沉相属,结合气味厚薄、功能,将药物分作风升生、热浮长、湿化成、燥降收、寒沉藏五大类。用药定分两(剂量与君、臣、佐的关系)、用药酒洗曝干(炮制药性)、用药根梢身例(入药部位药性)、用圆散药例(剂型药性)[3]。 可以看出,这些理论的基础都来自《内经》,但经过整理而条理化,形成这样的模式。以细辛、白芷两药用药法象为例:细辛“气温,味大辛,纯阳,性温。气厚于味,阳也。无毒。少阴经药,手少阴引经之药”。白芷“气温,味大辛,纯阳,无毒。气味俱轻,阳也。阳明经引经药。”气味厚薄为两药的主要区别[3]。利用这样的模式,可以描述、识别一个药物的主要药性轮廓,并为功能识别提供基础。尽管对于一个药物的记载不是很全面,特别是功能、主治方面的具体内容,但有了用药法象,可以引伸,可以推导,可以较全面地认识了解这种药物性能。这种以法象思想为前提阐释的药效理论,对于归纳辨证用药规律和联想记忆药物功用都起到了积极作用。 在药物、方剂的功效方面,中医运用类比方法来阐明药物和方剂的功效主治。如由观察到水蛭吸血处的血流不止现象,而推论其有活血作用;天麻能在风中独立不摇,故又名定风草,前人由此推论本品有息风,定惊之功效。 2.3 “药类法象”与升降浮沉 升降浮沉理论是中药药性理论基本内容之一,是指中药作用趋向。金人张元素坚持“药类法象”的认识方法,对前人所论“药物气味厚薄、寒热升降”之理论进行发挥,并绘有“药象阴阳图”。在药物分类方面,亦以先人气味厚薄之升降理论为依据,形成了以升降浮沉为中心的药类法象思想。如在《医学启源》中就将药物分列为“风升生”、“热浮长”、“湿化成”、“燥降收”、“寒沉藏”五大类,让人们用药时遵循“四时之度,五行化生,各顺其道,违则病生”之原则。李东垣承袭了张氏理论并加以完善,在《药类法象》和《用药心法》中都记载了用药法象与天地阴阳、气味厚薄清浊的关系,药味与升降关系的药性要旨等内容。李时珍亦格外推崇法象理论思想,认为张元素大扬医理,用药当须“顺时气而养天和”。这个时期与法象理论相伴而成的升降浮沉理论,是其第一阶段的理论内容,对后世中药养生保健思想的确立起了重要作用。随着中医对脏腑生理病理认识的发展,后世医家在法象理论的基础上,又确立了现代的升降浮沉理论思想,即以脏腑辨证为理论依据,相对于病势来阐述药物作用的趋向性。从而进一步丰富了药性理论内容。 3 总结 早在金元时期刘完素就提出综合药性的概念,综合药性不是单一药性,而是一个完整、独立的药性理论概念,专指综合多种药性反映出一种药物或一个方剂的总体药性,或者成为这一药物或方剂全面的、多 维、多层次的药性描述。这类总体的、全面的药性特征,有的文献称之为药物的法象[4]。 实际上,在综合药性这一理论上,自古看法有所不同,《医经小学》认为综合药性就是法象药理模式[6]。用药法象中所指的用药法象则是全部药性理论的总括。而另一种观点认为综合药性除了包括药理模式以外,还包括药母学说(辨药八法)、药队学说及气臭学说等[4]。这一问题有待我们进一步研究。 综上所述,“取类比象”及法象药理是古人常用的一种认识事物的方法,为中医学理论体系的形成作出了重大贡献。法象药理在一定的历史时期曾经盛行,理论也很完备,但是简单的类比导致认识上的局限性,也极大地限制了中医理论的深入发展。比如,夏天的知了在树上不断地叫,它的嗓音仍然那么洪亮,利用这一特性,蝉蜕被用来治疗音哑的病人,古人是这样认为的,今天我们都知道蝉的鸣叫是翅膀振动的声音,与咽喉没有关系。尽管蝉蜕确具有疗哑的功能,但在解释上与现代医学的科学性比较还是很牵强。因此,我们应该在天人整体观这一中医理论精髓的指导下,利用法象药理学说加以深入研究,揭开更多的中药奥秘,更好地为临床服务。 中药论文:中药炮制减毒方法研究 摘 要:[目的]分析研究中药炮制减毒方法和机制。[方法]对中药炮制各种减毒 方法如清炒法、加辅料法、加热法等进行具体方法和机制的探讨,以达到降低药 物毒性的目的。[结果]对毒性中药进行合理的加工炮制有效消除或降低了药物的毒性和毒副作用。[结论]对毒性中药进行合理的加工炮制能够有效消除或降低药物的毒性和毒副作用,提高用药安全性和有效性。 关键词:中药炮制;减毒方法;机制 毒性中药通常适用于“以毒攻毒”,早在《黄帝内经》中就有说明。当代中医学理论受到一定程度的忽视,导致出现了不少药物不良反应现象。事实上,对于很多毒性中药,用药前炮制排毒是一个必不可少的工序,这也是中医用药的特色之一。因此,中药炮制减毒越来越受到广大医护人员的重视。中药炮制去毒的具体方法很多,如净制去毒、水制去毒、加热去毒等,均是在中医理论基础上逐渐发展起来的独特加工技术,可消除或降低中药毒性,确保安全用药。 1 解毒原理 1.1改变中药毒性成分 这类药物像川乌、草乌含有的剧毒成分双酯型生物碱,通过蒸煮炮制,能够水解毒性成分中的酯键,变为单酯型生物碱或不含酯键的乌头原碱,削弱很大的毒性。 1.2减少毒性成分 这类药物像马钱子内含毒性成分生物碱,有导致使用者惊厥和死亡的危险,此药通过砂炒或油炸处理,能够使其部分生物碱被破坏;巴豆、千金子脂肪油为峻泻或毒性成分,可以通过去油制霜处理以达到降低毒性的目的[1]。 1.3采用辅料解毒 这类药物像半夏、天南星、白附子所含的毒性成分能够通过白矾、生姜制作而减小自身的毒性;藤黄毒性可通过豆腐同制消除,狼毒、商陆毒性可通过醋制来减小。 2炮制方法与机制 2.1加热去毒 2.1.1清炒法 加热对毒性成分有降低和破坏作用。如牵牛子毒性可通过清炒来减少,降低峻泻效果;莱菔子、瓜蒌仁的恶臭可通过清炒变香,便于患者服用;白果通过清炒可提高敛涩作用,减少毒性;花椒通过清炒可减缓辛散作用,排毒,长于温中散寒,驱虫止痛;炒焦川楝子能够降低毒性,使苦寒之性减缓,以免服用者出现滑肠。 2.1.2加辅料炒法 清炒过程中可能导致药物不均匀受热,影响药物炮制质量,对此可添加适量的同炒辅料。如马钱子含有马钱子碱,为该生物碱的有毒成分,其可以经过高温砂烫处理,该成分随之便被破坏或挥发出去,一般情况下,有毒成分的含量会减少11.5%~35.5%,从而降低了药物的毒性。又如斑蝥,虽然仅含1%~1.2%的斑蝥素,但此成分为剧毒,会对患者的皮肤和黏膜产生刺激并能够导致红肿疼痛、起疱等症状,通常对此采用米炒的方式减毒[2]。斑蝥素在一定的高温下会升华一部分,同时为米粒吸收一部分,从而降低毒素的含量。再者像刺猬皮、水蛭等和滑石粉同炒的话,能够起到减毒和消除异味的双重效果。 2.1.3其他加热法 某些中药毒性成分要经过很高的温度加热才能减毒,如干漆一般要通过高温煅才可以减小毒性及刺激性,而虻虫、蜈蚣一般利用焙法降毒和除臭。 2.2加辅料去毒 炮制毒性中药时,有时要添加辅料,如生姜汁、醋、甘草汁、白矾等。该方法减毒的机制有两点,一是吸附毒性成分,二是和毒性成分反应[3]。如芫花经醋制后,可以使芫花酯甲的含量得到减少而达到控制毒性的目的。又如甘遂、商陆、大戟、狼毒等,经醋制后,醋酸会和有毒成分反应生成无毒衍生物。半夏、天南星、白附子可通过明矾、石灰、生姜炮制,藤黄、硫黄可经豆腐制,蟾蜍可通过酒制减毒并变得温和。 2.2.1半夏的炮制 半夏的炮制在古代时就已经存在了汤洗、姜制、水煮、姜矾制、酒姜制等多种加工方法。半夏辛温有毒,不宜生食,否则,会导致服用者出现呕吐、咽喉肿痛等不良反应,且不排除失音的危险。常规处理方式为合并采用甘草、生姜、明矾、石灰乳长期浸泡或是加热。另外,姜的协同作用也不错,其在被水解过程中能够生成葡萄糖醛酸,该成分会与毒性成分产生反应。利用炮制的方法也对半夏用甘草去毒处理使用。 2.2.2大戟、芫花、甘遂 此三药均有毒,通常采用醋制法炮制。大戟含三萜类化合物及大戟苷等有毒成分,萜类化合物有刺激作用,能够与醋酸反应而消除;醋制芫花可减毒;生甘遂有比较强的泻下作用和毒性,醋制后均有所改观。 2.3制霜去毒 千金子、巴豆通常采用压榨去油取霜制。巴豆脂肪油含量高达40%~60%,为强烈的泻下药。1滴巴豆油可令服用者出现剧烈口腔刺激症状和胃肠炎,并有20滴导致服用者死亡的报道[4]。而制霜可以降低巴豆油的毒性。巴豆还内含巴豆毒蛋白,有剧毒,可以溶解红细胞,在加热后便失去活性。千金子制霜通过蒸霜效果最好,其次为热霜,再次为冷霜。 2.4水制去毒 干燥的药材饮片需通过水处理,药材吸水后能变软,便于切制。同时药材水处理后,其毒性也可随之被缓解。药物如天南星经过清水浸泡,其毒性会被溶解,达到降毒的目的。乌头、附子等有毒药材,常用的处理方法有水漂、米泔水浸、童便浸、火制、蒸煮及掺加辅料等。现代研究显示[5],该药存在亲脂性的双酯类生物碱,即乌头碱,具有极大的毒性,服用乌头碱2mg能致死。乌头碱在清水中加温到100℃能够除去一个酯键,生成苯甲酰乌头原碱,加热到160~170℃,可继续水解苯甲酰乌头原碱,生成毒性小、亲水性强的苯甲酸及乌头原碱。有相关报道,一种新的乌头类中药炮制方法已经出现,即于碱性缓冲溶液中浸泡中药乌头生品,碱性环境下其剧毒更宜水解,生成生物碱,毒性减小,在经过蒸锅加热继续减毒。这要比传统的炮制方法炮制的药物质量更佳,药性保留更好。 2.5净制去毒法 净制去毒法主要原理在于去掉药物的有毒部位以去毒,主要可分为以下三种: 2.5.1去心减毒 古语有云:“凡使麦门冬,须用肥大者,汤浸,抽去心,不尔,令人烦。”明代《寿世保元》中道“莲子食不去心,恐成卒暴霍乱”。可见,去心减毒方法在古时亦受重视。 2.5.2去芦减毒 《雷公炮炙论》在甘草项下载有“凡使,须去头尾尖处,其头尾吐人”。《修事指南》认为“去芦头者免吐”,均是去芦减毒方式的最好例证[6]。 2.5.3去头尾、足翅以去毒 对某些昆虫或动物类中药,在加工时,应该讲这类昆虫或动物的或头、或尾、或翅、或足等切除,主要目的就是去毒。如金钱白花蛇、蕲蛇类中药在加工时要切除头尾,而对于斑蝥、红娘子等需要进行切除头足翅等处理。在净制斑蝥时应当去除头足翅,使药效达到最佳。 3 讨 论 毒性中药炮制不仅需要丰富的理论知识,还要有熟练的炮制加工技术,才能取得满意的炮制效果。在中药减毒过程中,还要注意保留其有效成分,选择合适的炮制方法,控制好炮制条件,才可达到有效去毒存效的目的。 中药论文:浅谈中药的毒副作用及不良反应 【摘要】 正确认识中药的毒副作用及不良反应,趋利避害,在充分发挥中药防病治病的作用下减少伤害。合理用药,确保用药安全、有效。要认识不良反应发生的条件、规律,尽量防止和减少它们的发生。 【关键词】 中药;毒副作用;原因;合理用药 随着中药应用得越来越广泛,近年来对常用中药的不良反应的报道越来越多。比如云南白药中毒可引起少尿、无尿、血尿、蛋白尿、血尿素氮及肌酐增高,甚至发生急性肾衰竭而致死亡[1]。因此,中药毒副作用及不良反应不仅在于药物本身的毒性,也在于用药不当所造成的损害,可以说凡是药品,就会有不良反应发生的可能性。 1 原因分析 1.1 药材来源存在差异性 药物的种属和产地不同导致同名异物、同物异名现象普遍。如木通,有木通科植物木通和马兜铃科植物关木通之分,木通科植物木通无毒,而马兜铃科植物关木通可致急性肾功能衰竭[2]。临床应用时可因品种混乱,误用而导致中毒。 1.2 炮制不当或未经炮制 中药经过适当的炮制可以增加药效,消除或降低药物的毒性和副作用等。但不当的炮制也会使药物发生不良反应的机率上升。所以有“生熟异治”之说。但是,近年来忽视炮制工作,造成中药饮片质量下降的情况比较严重。这也是产生毒性的重要原因之一。如延胡索的有效成分是生物碱,水煎液溶出量甚少,醋炒后延胡索中生物碱与醋酸结合成易溶于水的醋酸盐,故水煎液中的总生物碱含量增加,镇痛作用加强,但对肝脏的潜在毒性作用也随之增加[3]。杜仲中含杜仲胶多,生杜仲煎出的有效成分甚少,炮制后则胶质破坏,故炒杜仲煎剂降低血压较生杜仲煎剂强,故应注意用药量的调整。川乌有大毒,经炮制后,保留了有效成分总生物碱,而降低了毒性成分双酯型生物碱的含量,降低了药物的毒副作用[2]。 1.3 药物配伍不合理 中药大多数为配伍用药,其制剂亦大部分有多种中药材配方制成。因此用药应遵循中医中药的配伍禁忌,充分考虑药物间的相互作用,除了掌握十八反十九畏,相须相使相畏相杀,相恶相反及妊娠禁忌外,也应注意到某些中药与西药注射液配伍应该谨慎。如朱砂等含汞成分的中药与西药溴化钾、碘化钾合用,可引起赤痢样大便,导致药源性肠炎。又如中成药消渴丸中,除含黄花、生地、花粉外,还含0.25g优降糖,故误认为纯中药制剂,应用中出现低血糖昏迷的报道较多[4]。另有报道称:六神丸与洋地黄强心苷合用易引起中毒反应[5]。安胃胶囊与硫酸亚铁或磷酸可待因等硫酸盐或硫酸盐同时并用,在胃肠道可产生难溶性化合物,影响上皮细胞膜对其的吸收。这是因为硫酸盐类药物或硫酸盐类药物与安胃胶囊相遇,由于离子间的相互作用,可能生成溶度积(KsP)较小的磷酸钙及硫酸钙,而产生沉淀影响其吸收,降低生物利用度,属于配伍禁忌[6]。山楂、五味子、乌梅、山茱萸与磺胺合用会引起血尿。甘草与水杨酸,同用使溃疡病发生率增加[7]。 1.4 药物有效成分是毒性成分及用量不当 马钱子的有效成分是毒性成分。例,一患者前后3次口服含制马钱子的中药粉末,其中制马钱子的含量分别为1g、1.5g、2g,前两次如此口服后未有任何不适症状,第3次口服后出现心慌、胸闷、抽搐、心律加快等症状,继而心跳骤停,经抢救无效死亡。马钱子主含生物碱,含士的宁约1.20%~2.20%,一成人次服士的宁5~10mg即可发生中毒现象,30mg可致死亡,而且其治疗剂量与中毒剂量十分接近。但在上例中,患者3次的用药量都超出了中毒量[9]。由此可见,在临床应用时对某些有毒的中药应严格控制剂量,确保临床用药的安全。 1.5 煎煮不当 一般认为长时间煎煮可以减毒,如附子先煎一小时,则毒性可以减少许多,但也有相反的情况,如山豆根煎煮时间越长,则副作用相应愈强。如雷公藤是治疗类风湿性关节炎的常用药物,研究表明,雷公藤的嫩叶、嫩苗、嫩枝及根部含雷公藤碱等多种生物碱,若煎煮时间不够对胃肠道有强烈的刺激作用,可引起剧烈腹痛、呕吐、腹泻、便血;吸收后对中枢系统有损害,可引起丘脑、中脑、延脑、小脑、脊髓等器官的严重营养不良性改变;肝脏、肾脏、心脏可发生出血、坏死[9]。 1.6 药不对证 依照中医药理论辨证施治的原则,才能保证用药安全,否则易造成伤害,即便是补益中药也应辨证施治。如用黄连、黄芩、黄柏和大黄组成的复方来治疗实热型细菌感染,符合“热者寒之”这一中医基本治则,但同是细菌感染,若为虚寒证,还用此方治疗,不仅疗效不佳,还会出现中毒症状。可见如违反辨证论治原则,就能导致不良反应的发生。此外医生应该在处方中使用规范的处方名,不使用俗名和简略名称,以免发生混淆。例如五加皮有南五加和北五加之分,常用的五加皮无毒具有与人参相似的作用,而北方加功效祛风湿,强筋骨,有小毒。如果医生在处方中没有明确是哪种五加皮,就容易用错药,发生不良反应[10]。 1.7 认识过失 有很多人认为中成药毒副作用小,可以放心长期使用。其实不然,“药三分毒”,任何药都有毒副作用。必须正确使用,才能减少或避免可能出现的毒副作用,例如苦寒之品,就不能长期使用,否则就可能导致苦寒败胃,损伤脾阳,出现不良反应[11]。 2 正确认识中药毒副作用及不良反应 为了确保用药安全,必须认识中药的毒性,了解毒性反应产生的原因,掌握中药中毒的解救方法和预防措施。前人是以偏性的强弱来解释有毒、无毒及毒性大小的。有毒药物的治疗剂量与中毒剂量比较接近或相当。因而治疗用药时安全度小,易引起中毒反应。无毒药物安全度较大,但并非绝对不会引起中毒反应。人参、艾叶、知母等都有产生中毒反应的报道,这与剂量过大或服用时间过长等有密切关系[12]。 3 科学地合理使用中药 在中国医药学几千年的发展中,形成了一套完整的独特的中医药理论体系,整体观念、辨证论治是中医治疗疾病的精髓。中医学非常重视人体本身的统一性和完整性,以及人与自然界的密切关系。辨证论治是临床的精华。由于证概括了病变的部位、原因、性质,以及邪正关系等反映出疾病发展过程中某一阶段的病理变化的本质,因而它比疾病更具体,比症状更深刻地揭示了病变的本质[13]。如果能够科学地掌握这个精髓,合理地使用中药,是完全可以避免、减少、降低中药的毒副作用及不良反应的。(1)辨证用药。辨证有误则药不对证,会使机体阴阳偏盛或偏衰,以致病情更趋严重。(2)合理配伍。合理的配伍有益于治疗,但应注意多种药物合用会因药物相互作用而增加不良反应的发生率。(3)按照病情决定用量,有些中药的活性与用量有关。(4)勿长期用药,避免慢性蓄积。中药活性成分含量低,作用缓和而持久,但慢性病人长期服用,往往随之产生不良反应。如长期服 用天王补心丹、朱砂安神丸、安宫牛黄丸、紫雪丹、至宝丹等,会因蓄积而出现慢性汞中毒等等。(5)强调药物的正确使用,提高医生用药水平、辨证施治,依法遣方用药,有效防止医源性疾病的发生。(6)深入开展药理、毒理研究,阐释产生毒副作用的机制并予以有效的预防。 中药论文:浅谈中药黄芩的药理作用 【摘要】 黄芩为多年生草本植物,入药部位为根,具有清热燥湿,泻火解毒,凉血活血,安胎的功效。近年来随着对其活性成分的深入研究,发现黄芩根提取物具有抗菌、抗病毒、抗肿瘤、解热镇痛、抗氧化及清除氧自由基和治疗心血管疾病等作用。 【关键词】 黄芩;黄芩苷;黄芩素;药理作用;综述 黄芩又名腐肠、泾芩、条芩等,多年生草本植物,根入药,性寒,味苦,归肺、胆、胃、大肠等经,具有清热燥湿、泄火清心、凉血活血等功效。近年来随着对其活性成分黄芩苷及黄芩素的深入研究,发现黄芩根提取物尤其是黄酮类化合物具有抗菌、抗病毒、抗肿瘤、解热镇痛、抗氧化及清除氧自由基和治疗心血管疾病等作用[1]。综合黄芩药理作用研究现状简述如下。 1 药理作用 1.1 抗菌、抗病毒 黄芩苷16ng/ml与苄基青霉素合用可使对新霉素和青霉素的金葡抗性株的最低有效浓度分别从125ng/ml和250ng/ml下降为4ng/ml和16ng/ml,并有量效关系对这类β内酰氨抗生素抗性株加用16ng/ml的黄芩苷,可恢复其抗菌作用,为临床合理应用这类抗生素提供了理论依据。黄芩苷在低于细胞毒浓度时可以抑制T细胞和HIV1型Env蛋白,而且在HIV1被吸附之初黄芩苷可以阻止其复制,其作用机制和主要环节在于干预HIV1攻击靶细胞,因此可开发成为新的抗艾滋病药物[2]。 1.2 抗肿瘤作用 黄芩茎叶总黄酮及野黄芩苷对肿瘤细胞活性有一定的抑制作用,黄芩茎叶总黄酮是黄芩茎叶的主要有效成分而野黄芩苷是黄芩茎叶总黄酮的主要单体成分,黄芩茎叶总黄酮及其主要单体成分野黄芩苷在25μg/ml浓度下对LA795细胞的活性抑制百分率分别为25%和9%[3]。 1.3 解热镇痛作用 黄芩血清及黄芩苷通过抑制单核细胞DNA,Pr合成及Ca2+内流,阻止内生致热源的产生,使其具有一定的解热作用。黄芩煎剂和浸剂都能够加强大脑皮层的抑制过程,黄芩苷可抑制小鼠自发活动,表现明显的镇静作用[4]。而从黄芩茎叶中提取分离的总黄酮,明显抑制醋酸引起小鼠扭体次数,提高钾离子透皮所致大鼠疼痛的域值,但作用弱于阿司匹林。 1.4 对自由基的作用 从黄芩中提取的黄芩苷元、黄芩苷和汉黄芩素,对紫外线照射产生的氧化作用都有明显的抑制作用。通过光照射对脂质过氧化作用比较黄芩苷抑制效应发现,黄芩提取物抑制脂质过氧化是通过减少缺氧状态下线粒体能量消耗,减少琥珀酸氧化的限制和保护线粒体膜的完整性外,黄芩苷元参与过氧化氢的代谢,抑制膜系统的氧化,降低脂质过氧化;黄芩苷对大鼠心肌缺血再灌注所致脂质过氧化损伤有较强的保护作用,降低心肌组织中MDA水平,提高SOD活性,保护Na+2K+2ATPase活力,降低血清肌酸激酶、乳酸脱氢酶活性。从黄芩中提取的黄酮(Bax)显示了对神经细胞株HT222细胞的抗氧化保护作用,HT222在葡萄糖氧化酶产生很低水平H2O2 24h就会死亡,而黄芩酮50mg/ml使细胞存活率升高85%±5%,它抑制HT222损伤是通过抑制细胞凋亡,利用大鼠胆管节扎或四氯化碳诱导纤维化模型发现。黄芩甲醇提取物显着降低肝羟脯氨酸和MDA水平,改善肝细胞形态学异常变化,具有抑制胆管和阻止四氯化碳诱导的肝纤维化和脂质过氧化作用[56]。从黄芩茎叶中提取的总黄酮,对不正常自由基代谢有较强的调节作用,用四氯化碳制备小鼠肝损伤和慢性铝中毒模型,发现黄芩茎叶总黄酮能够显着降低肝纤维化和脂质过氧化反应,调节不正常自由基代谢。神经细胞体外培养发现,含黄芩茎叶总黄酮的大鼠血清提高H2O2和KCN作用下PC12细胞存活率,抑制细胞脂质过氧化增加和SOD活性的降低,对H2O2损伤心肌细胞有同样的保护作用[78]。 1.5 对免疫系统的影响 贺海平等[910]分别对新发现的一种黄芩类黄酮3,5,6,72四羟基22,82二甲氧基黄酮(TDF)和黄芩中纯化的3′,5,6,72四羟基2′,82二甲氧基黄酮、2′,52二羟基6,6′,7,82四甲氧基黄酮、5,7,82三羟基黄酮、(2R,3R)22′,3,5,6′,72五羟基黄烷醇、黄芩甙和黄芩酮6种类黄酮成分的免疫药理作用进行了研究,检测这些黄酮对人体多形核细胞(PMN)、单个核细胞(MNC)的化学发光反应、化学趋向性和PHA诱导淋巴细胞增殖的影响结果显示,TDF本身不能激活PMN和MNC的氧呼吸爆发,对PMN和MNC无毒性作用,但当TDF与PMN或MNC预先孵育后,TDF能明显地抑制FMLP、OZ激活PMN、FMLP激活MNC的氧呼吸爆发,其抑制强度与孵育剂量成正比关系;TDF对PMN的抑制能力大于MNCTDF身对PMN和MNC没有明显的趋化作用,但PMN和MNC与TDF预先孵育后,PMN或MNC对ZAS的化学趋向性明显增强,对FMLP的化学趋向性不明显TDF浓度为1125×10-4~5×10-4mol/L时,能显着抑制PHA诱导的淋巴细胞增殖,抑制率达31%~100%除(2R,3R)22′,3,5,6′,72五羟基黄烷醇外,其他5种类黄酮均能抑制N2Fomyl2Met2Leu2Phe(FMLP)激活的PMN和MNC,或调理酵母多糖(OZ)激活的PMN产生的化学发光,也能显着地抑制PHA诱导的淋巴细胞增殖。TDF浓度为215×10-4mol/L时,其对化学发光的抑制率可达41%~99%;对淋巴细胞增殖的抑制率可达89%~99%。由此可见,从黄芩中分离出的类黄酮对PMN,MNC和淋巴细胞有不同的作用,这些作用可能与黄芩的抗炎和抗过敏作用有关系,也显示这些成分有可能成为新的抗炎或免疫抑制药物。 1.6 其他作用 黄芩苷对缺氧缺糖性心肌细胞损伤具有一定的保护作用,可明显地抑制AR的活性,并能有效地改善糖尿病患者周围神经传导速度[11]。体外酶动力学抑制实验中观察到黄芩苷对牛睾丸纯化AR(醛糖还原酶)的抑制类型属混合型抑制,其抑制常数Ki=510μg/ml;黄芩素还具有拮抗血管紧张素Ⅱ引起的血压增高的作用。因此,黄芩作为ARIS的应用意义很大,可望成为治疗糖尿病辅助药物,治疗因糖尿病引起的血压增高[12],黄芩黄酮可能通过有效清除亚硒酸钠间接产生的活性氧来防止白内障的发生,并使亚硒酸钠对晶状体抗氧化酶表达的影响得以消除[13],此外,黄芩及其有效成分还具有解热、保肝和防辐射、抑制凝血酶引起的血小板凝聚等作用。 2 结语及展望 黄芩及其有效成分黄酮类化合物具有广泛的药理活性,除了传统意义上的抗炎、抗变态、抗病毒以及解热和保肝等生物活性之外,近年来对其抗氧化、抗肿瘤和抗HIV21病毒的研究日趋深入,开发黄芩及其 活性成分作为抗血栓、降血压、治疗冠心病和糖尿病以及防治肿瘤和艾滋病药物的前景十分广阔。在黄芩成分药理作用的研究方面,得到系统研究并得以应用的多是黄芩中含量较高的黄酮类化合物,而大部分含量相对较低的黄酮类化合物,其药理特性未能得到充分的研究,其潜在的独特的药理作用也没有被发现利用。研究报道最多的都是正品黄芩,其他种类黄芩的研究报道很少,这些都可作为今后黄芩研究工作的方向。在充分发掘黄芩潜在药理作用的同时,还应注重研究黄芩黄酮类化合物所具有的药理活性的化学理论基础及其作用机制。 中药论文:中药产生不良反应的原因 【摘要】:中药被称为中国的国药,长久以来,人们对中药毒副作用了解很少,甚至错误地认为中药没有毒副作用。然而近年来,因使用中药而产生的不良反应甚至中毒致死的临床报道日渐增多。因此,为了减少中药不良反应的发生,提高用药安全,首先应了解中药产生毒副作用的原因。 【关键词】:中药;不良反应;原因 1. 药物自身的毒性及用量不当 《神农本草经》根据药物的有无毒性将药物分为上中下三品。上品为延年益寿药,无毒;中品为防疾补虚药,有毒无毒根据药量而定;下品为治病预疾的药物,多有毒性,不可久服。某些药物若使用不当会中毒甚至死亡。《中国中药杂志》曾报道过1例马钱子治疗椎间盘突出而致死亡的病例。患者前后三次口服含制马钱子的中药粉末,其中制马钱子的含量分别为1 g、1.5 g、2 g,前两次口服后未有任何不适症状,第三次口服后出现心慌、胸闷、抽搐、心率加快等症状,继而心搏骤停,经抢救无效死亡。马钱子主含生物碱,生品含士的宁[C21H22N2O2],约1.20%~2.20%,成人1次服士的宁5~10 mg即可发生中毒现象,30 mg可致死亡,而且其治疗剂量与中毒剂量十分接近。但在上例中,患者3次的用药量已超出了中毒量。由此可见,在临床应用时对某些有毒的中药应严格控制剂量。另外尽可能使用其炮制品,以马钱子为例,经油制(200 ℃~300 ℃)后,士的宁的含量即减低为0.58%,而经砂烫(200 ℃~300 ℃)后,即减为0.89%,制碳后则全部破坏。经研究表明,砂烫和油炸的炮制品总生物碱含量与生品相比只下降了7.9%和8.4%,而毒性却下降了48.5%和52.2%。因此,进行科学的炮制,可以达到减毒增效的目的,确保临床用药的安全。 2. 品种混用 中药来源广泛、品种繁多、成分复杂,而不同科属的同名中药在毒性上也有差异。20世纪末,比利时一家开业十多年的重要减肥中心因在药方中使用了木通、防己,结果出现了急性肾衰竭的病例,在西欧引起了极大震动。国内一些学者也指出木通等药材中含马兜铃酸,有导致急性肾衰并发展为终末期肾衰的危险,提出注意该药的肾毒性。但实际上,这是木通的科属不同造成的,关木通为马兜铃科植物,东北马兜铃酸亦称木通甲素,是关木通的主要成分之一,实验证明,人体静脉给药量大于1 mg/kg可导致肾损害,长时间低剂量给药可在体内蓄积。而川木通为毛茛科植物小木通或绣球藤的干燥藤茎,主要成分为绣球皂苷和糖苷等;木通来源于木通科植物木通或其同属植物的干燥藤茎,主含木通皂苷,有利尿作用,无肾毒性。《中药大辞典》和由国家中医药管理局主持编纂的《中华本草》认证其为正品,目前尚未见到后两类木通毒性的临床报道。由此可见,木通是否有肾毒性不能一概而论,临床在治疗肾病性水肿时,应尽量避免使用高毒低效的关木通,因其不含利尿的有效活性成分木通皂苷,却含肾毒性物质木通甲素、木兰花碱等。但目前临床上已很少使用木通科植物木通,药用量最广的却是关木通。在2000年版《中国药典》中收载了川木通和关木通,而竟未将正品木通收入其中,这是否科学值得探讨。 3. 药材未经炮制或炮制不当 未经炮制服用,也是引起中药不良反应的原因之一。如某患者因风湿性关节炎服草乌散,其中含未经炮制的生草乌2 g,出现肢麻、口唇紫绀、呼吸急促、四肢厥冷而入院急救脱险。炮制不当以朱砂为例,其加工时需要水飞,即不断加水研磨,才能得到红色细粉的正品,而现在采用机械加工,使用球磨机研磨后,所得细粉发黑,说明已有游离汞产生,会起中毒反应。 4. 配伍不当 中药配伍禁忌的"十八反、十九畏"中所列的药物不能混合使用,否则会产生毒性或严重的不良反应,另外有些中西药也有配伍不当的情况,导致药效降低,甚至产生不良反应。有资料表明,复方丹参注射液与0.9%氧化钠溶液合用会使不溶性微粒明显增多;双黄连与氨苄青霉素混合后颜色变深。在临床上中西药配伍治疗的情况日益增多,而中药注射液的出现,改变了传统的给药方式,为临床治疗疾病提供了更多的选择。但中西药配伍上处于无章可循状态,可能会有配伍不当的情况,导致药效降低,甚至产生不良反应,有资料表明,复方丹参注射液与0.9%氧化钠溶液合用会使不溶性微粒明显增多;刺五加注射液、参麦注射液与5%葡萄糖注射液混合后,混合液中2~10 μm的微粒数明显增加;清开灵注射液与青霉素配伍应用也出现多起不良反应。双黄连与氨苄青霉素混合后颜色变深。因此,对临床中西药的配伍,特别是注射用药时,还需要谨慎、小心,多做一些深入研究。 5. 用药不当或时间过长 用药方法、途径不当,中药煎服比较麻烦,医生应向患者详细介绍服药方法,使患者明确,以免发生意外。如某患者,因关节疼痛服药,其中有川乌、地龙、南星、生地等,因服药后大量饮酒,约90 min后出现肢体强直、阵发性抽搐、牙关紧闭、口唇紫绀,抢救无效死亡。一般毒性中药长时间煎煮可以降低毒性,如乌头宜久煎。但也有例外,如山豆根煎煮时间越长,毒性越强。很多中药服用时间过长,易出现依赖性和蓄积中毒。如以大黄为君药的排毒养颜胶囊长期服用会导致继发性便秘。服用朱砂安神丸可以降血压、安神,但服用过久,可以造成慢性汞蓄积中毒,损害肝肾功能。 6. 过敏反应 一般情况下使用中药较少发生过敏反应,但近年来也有相关的报道。北京鼓楼中医院曾报道过1例,4岁女孩因咳嗽,用急支糖浆配伍再林使用,结果发生过敏反应。患者眼睑及口唇肿胀,面部、躯干及四肢散在大小不等的红色丘疹,瘙痒,经抗过敏治疗后症状消失。6个月后患者再次服用急支糖浆,但未同时服用其他任何药品,但又发生同样的过敏反应,停药后自行消失。临床上急支糖浆的使用已有许多年,发生过敏反应的病例极其罕见,其致病机制尚待进一步研究。可能与患者为幼儿,而使用剂量偏高有关。因此建议生产厂家在说明书上对用药剂量进行量化,明确标明成人和儿童用量,避免出现"儿童减"或"遵医嘱"等概念模糊的文字,保证临床用药的安全。另外临床上对静脉滴注清开灵注射液产生过敏反应的报道已有多起,从资料分析,可能与药物组成、个体差异有关。静脉滴注路路通和刺五加注射液产生过敏反应的致病机制也可能与此有关。因此,临床上使用中药注射液也应注意观察,对产生过敏反应及时发现,及时停药,及时治疗,同时应进行中药不良反应的临床检测,确保用药的安全、合理、有效。 中药材在保管过程中因措施不当、方法不当,导致药材发霉、变质、生虫,或者在药材的生长加工过程中药物残留,重金属含量增高等因素,也是对人体造成危害的原因。在调剂过程中,如工作人员责任心不强,称量不准、配药失误也是发生毒性反应的因素。因此,医务工作者必须严格按照规章制度执行各项操作,防止不良反应的发生。 中药论文:论中药龙葵的有效化学成分的色谱 摘 要:本文具体探讨了药龙葵的有效化学成分的提取与色谱分析。 关键词:中药龙葵;茄胺;超声波;色谱;职称论文 1 材料与方法 1.1 实验仪器与材料 PHS-3C精密pH计(北京精密仪器有限公司);DZF-6050型真空干燥箱(北京三博科技有限公司);SENCO R型旋转蒸发器(北京生物创新技术有限公司);AY120电子天平(日本岛津有限公司);高效液相色谱仪(日本岛津有限公司);甲醇、乙醇、氯仿均为分析纯。 1.2 超声波辅助提取 称取龙葵样品,用v[Hcl]:v(乙醇)1:4溶液润湿24h后,龙葵与乙醇按1g:lOmL加入乙醇,在常温下采用超声波提取两次。过滤后合并滤液。滤液经减压蒸馏后得到黄绿色固体。用0.5mol/L的HCl溶解甾体类生物碱粗提物后,用氯仿萃取三次,去氯仿层,水相用NaOH溶液调节至pH为1O.5,用氯仿萃取三次,合并氯仿萃取液,蒸干后用甲醇溶解并定容至50mL,得到龙葵生物总碱的甲醇溶液。 1.3 茄胺的制备 将含生物总碱的甲醇溶液定量取出并减压蒸干后,残留物用40mLv[Hcl]:v(乙醇)1:1溶解,在100度下水解,水解后将溶液中乙醇蒸馏去除,余液用氯仿萃取三次,取酸水层。经NaOH溶液调节至pH为1O.5后,用氯仿萃取三次,合并氯仿萃取液,蒸干并用甲醇溶解,定容至50mL,得到茄胺的甲醇溶液。 1.4 色谱分析 经在紫外区全波段扫描确认标样茄胺在210hm处有最大吸收峰,因此,选定210hm作为茄胺的检测波长。色谱条件乙腈:水为55:45(水相pH用磷酸调节至2.7),流速为1.2mL/min。茄胺进样量20ug/mL-200 ug /mL时。进样量2(ug/mL)与峰面积之间呈良好的线性关系。 2 结果 2.1 提取效果 超声波辅助提取中草药有效成份具有快速、简易、提取效率高的特点。依据这个原则,本文选择实验条件温度为:25度,乙醇浓度为95%。在最佳的实验条件[!]下,茎叶内的茄胺的平均得率为0.42%,果实内的茄胺平均得率3.22%。称取3份龙葵果实样品,进行平行提取实验,计算茄胺产物的质量百分数以及同批样品的RSD值,结果表明,3个龙葵样品提出的茄胺平均质量分数为:2.53%,RSD值为:4.18%,证实提取工艺稳定、可靠。 2.2色谱效果 本文选择水解1h的甾体类生物碱样品作为考查对象,在未添加磷酸的条件下,色谱峰峰形严重拖尾,随着酸度的加强,峰形开始锐化,至pH2.7时,甾体类生物碱和茄胺已完全离子化.峰形尖锐,两类色谱峰分离度高。 3 讨论 结合现代医学的观点和手段,在中草药资源宝库中、特别是从确有疗效的中草药中,寻找和开始具有我国自主知识产权的抗癌新药不仅对促进人类的健康,而且对推进我国民族医药工业的发展和中药现代化具有十分重要的意义。龙葵是一年生草本,全草含澳洲茄碱、澳洲茄明碱、澳洲茄边碱等多种甾体类生物碱,它们的苷元主要为茄胺,生物碱含量以果实为最多,在未成熟的果实中含量最高,果实成熟后则消失。 龙葵含有丰富的药用和保健价值成分,具有消炎、抗菌、降压、抗癌等多种药用功能,但到目前为止,龙葵的资源利用率仍然比较低,有关其活性成分研究的报导更是一片空白。上个世纪,有人采用国外提取茄属植物的工艺,用薄层扫描色谱法测定了龙葵中茄碱的甙元茄胺的含量,发现龙葵果实中茄胺含量明显高于全草含量,并在未成熟的青果实中发现茄胺含量甚至高达4.2%,但有关龙葵中总生物碱提取工艺及总含量的快速测定方法尚未见报道。在本文结果显示中,超声波辅助醇提法提取龙葵甾体类生物碱具有操作简单、提取时间短的优点。同时其重复性好、稳定性与回收率高。 高效液相色谱近年来以其绝对优势广泛用于生物碱的分离和鉴定,尤其是由非极性固定想和极性流动相组成的反液相色谱系统(RP-HPLc)的应用约占90%,非极性固定相主要是以硅胶为基质的硅烷化反相键和相。本文研究并确定了高效液相色谱测定甾体类生物碱及其苷元茄胺的分析条件:紫外检测波长210hm。流动相选择乙腈:水为55:45(水相pH用磷酸调节至2.7),进行紫外、红外、质谱分析,证实其为龙葵甾体类生物碱的苷元茄胺。 中药论文:影响中药材质量的因素及解决措施 摘 要:中药材的相关知识是我们祖先留下的宝贵财富,我们有必要通过对它进行详细的研究以促进它的现代化发展,让它更好的为我们的医疗卫生事业做出贡献。中药材质量作为保障医疗效果的根本环节,对于病人病情的缓解和治疗有着决定性的影响。本文主要从中药材的种植、采收、加工、贮藏、销售来综合探讨中药材质量的影响因素以及具体的解决措施。 关键词:中药材;质量;影响因素;解决措施 近年来,中药材质量的降低严重影响到了祖国医学事业的现代化发展,如何保障中药材的质量已经成为我国相关部门、协会以及中医研究者共同关注的焦点。在当前振兴中医的关键时刻,我们必须将振兴中药材作为一个重要的部分来的对待。为了有效的遏制目前中药材市场上粗制滥造、假冒伪劣、以次充好等等现象的发生,提高中药材的质量应经成为一项刻不容缓的事情。下面我们就从中药材生产的各个环节来展开详细的探讨。 1 中药材的种植 我国地域辽阔、自然条件多种多样,这为各种性质中药材的生长提供了良好的自然条件,然而地域之间由于生长环境、光照、气候、水份以及土壤等等因素之间存在着不同程度上的差异,因此同一药材在不同地域的性质也存在一定的偏差。比如说河南焦作产的地黄与浙江产的地黄,其所含的主要成份环烯醚萜类就相差甚远;主产于青海、甘肃的大黄与产于黑龙江双城的大黄,两者所含的鞣质含量不同,前者对离体肠管具有兴奋的作用,而后者则会呈现出抑制的作用,虽然属于同一种药物,但两者的药效却大相径庭。再比如说,从内蒙古移植到湖北的黄芪,因为不含有可以药用的微量元素,因此不得不弃之不用。因此,古人有“凡用药必须择土地所宜者,则药力具,用之有据”的说法。 从种植上保障中药材的质量是最根本的做法,具体的措施主要有:首先,根据药材的性质选择适合的地理环境实施种植。其次,种植的过程中,要严格关注药材对于气候、土壤、光照的需求以及这些条件变化对药材带来的影响,切实保障药材有效成分的含量及稳定性。最后,药材移植的过程中,应该考虑原产地和移植地的条件差异,并做好药材的质量检验和成份检测工作。 2 中药材的采收 在我国众多的中医学古籍中,对于药材的种植和采集都有比较明细的论述。元代名医李东垣曾说过“凡诸草、木、虫产之有地,根、叶、花、实采之有时。失其地,则性味少异,失其时,则气味不全。”由此可见中药材质量与采集季节关系密切,因此我们在采集中药材时,必须依据植物“春生、夏长、秋实、冬藏”的生长规律以及药的具体作用,来选择最佳的采摘时节。通常情况下,根茎类的植物药材宜在秋季或者是早春采摘,茎叶类的药材宜在植物生长最茂盛或者是开花季节采摘,花类的药材则应该在含苞欲放的晴天早晨采摘,果实类的药材则应该在成熟或者是初熟的时候采摘,树皮、根皮类的药材应该在春夏间剥取等等,因为在最适宜的季节,才是药材有效成分最多的时候。现在中药材市场的管理混乱以及供求关系的严重影响,使得中药材采收的季节比较混乱,这给中药材的质量保障带来了很大的不利。 在中药材采收环节,我们保障其质量的主要措施有:首先,广泛的宣传中医药材的相关知识,让普通大众对中药材有更加充分的认识,从而引导市场向着良性的发展方向上前进,进而避免因为市场需求而混乱中药材的采摘时间。其次,加大对市场的监管力度,对于药效成分低的药材出售行为进行严厉打击,从而规范市场。最后,加强对药农的技术指导,同时建立起药材的集中出售保障机制,有效减少市场需求对药材种植和采摘的影响力度。 3 中药材的加工 明代陈嘉谟指出:“凡药贵在适中,不及时功效难求,太过则气味反失”。这句话在很大程度上说明了中药材加工对于其质量有着重要的影响。由于中药材大部分是自然界的植物和矿物,除了少量的可以鲜用之外,大部分的需要经过挑、捡、切、磨、炒、干燥、熏煮等等工艺加工之后,才能入药用。比如说大黄、牛膝之类的药物需要水润、切片之后才能作药用,如果侵润不当,有效成分就会流失,其药用质量就会大打折扣。而在中药的炒制过程中,则是更加的严格、讲究,不仅要注意外观的变化,对火的要求也有着明确的规定,比如说:炒碳用猛火、外黑里褐,炒焦用中火、外褐里黄,炒黄用文火、表面微黄,只有这样才能做到药性适中,进而满足治病的需求。与此同时,加工的过程中,还应该合理的选择辅料,加工的辅料多是由医生临床的需求决定的,主要的是对药性和药力进行科学的调整以适应病人的病情、身体状况等等。比如说,土炒白术以补脾、盐水制黄柏以入肾下焦之虚火。此外,加工过程中亦要依据“成品性状”严格区分切片的薄厚程度、制丝的粗细程度等等。 对于在加工过程中保障中药材质量的措施主要有:首先,建立健全中药材质量管理的相关法律、法规,并实施严格的监督管理。比如说,建立起认证管理制度、健全监督管理的组织机构和管理体制、制定相关法律等等。其次,加强中医药相关专业的规范教育,提高从业人员的素质水平。最后,加强对市场的监管,严厉打击中药材出售中的违法活动,对药材黑作坊、低劣加工窝点坚决予以清除。 4 中药材的贮藏 在中药材加工完毕以后,应该及时的进行包装、储藏。然而在储藏曝光的过程中,如果监管不当或者是外部条件发生较大变化,则容易发生虫蛀、受潮霉变、变色、异味等等现象,从而导致药材的质量发生变化,进而失去了药性和医疗作用。由于中药材没有固定的包装,很多药材的储藏也没有较为合理的场所或者是方式,毕竟中药材的种类太过于繁多,并且每种药材对于环境的综合要求也不尽相同,这就为其储藏保管带来了很大的难题。但是为了保障其在储藏中的质量,我们必须加大储藏管理的力度,以保证做到万无一失,将风险降到最低。 具体的措施主要有以下几个方面:首先,将各种中药材按照其保存的条件、要求进行明确的分类,根据分类有针对性的选择比较合适储藏位置。其次,建立储藏的查阅机制,定期或者是不定期的对储藏药材进行质量检验、药性检测等等。对于发生质量变异的及时进行处理,并对质量变异的原因进行科学的分析与调查。最后,重点关注储藏过程中的关键点。比如说大雨、老鼠、蛀虫的活跃季节、夏季返潮严重的季节等等。 5 中药材的市场销售 中药材市场销售是中药材从生产进入到临床使用的最重要环节之一,如果能够做好这个环节的工作,对于保障中医药用药安全以及杜绝伪劣中成药品进入到医疗体系有着重要的作用。目前在中药材销售的过程中,一些不法商贩为了谋取暴利,往往在药材中插入大量杂质或者是将提 取过有效成分的废弃药材掺入正品中出卖,也有不少以次充好、以假乱真的销售现象发生,这往往成为中药材质量低下的主要源头之一。与此同时,作为基层医院的药剂工作者,应该抵受住利益的诱惑,坚持合法渠道进药,严把质量关,坚决杜绝伪劣药品进入医疗体系中来。 对于市场销售环节的质量保障措施主要从两个方面着手:一方面,加强市场监管,利用法律武器坚决打击药材销售中的不法分子,一经查出、严厉制裁,为保障市场的正常秩序提供坚实的后盾。另一方面,加强对医疗机构中的存药进行严格的监管,并且要求其内部建立自身的监督管理体系,建立明确的责任制度,以立体式、综合型的保障体系,确保中药材在临床使用前的质量。 关于中药材质量的影响因素和解决措施,本文主要从以上几个方面进行简要的论述。具体的影响因素和解决措施还需要我们根据中药材从生产到进入临床的相关环节以及它自身的质量要求、外部环境来综合性的探讨。由于中药材质量管理是一项系统化的管理工程,因此,我们只有管理、控制好与其相关的每一个环节,才能切实做好其质量保障工作。 中药论文:试论中药龙葵的有效化学成分的色谱 摘 要:本文具体探讨了药龙葵的有效化学成分的提取与色谱分析。 关键词:中药龙葵;茄胺;超声波;色谱;职称论文 1 材料与方法 1.1 实验仪器与材料 PHS-3C精密pH计(北京精密仪器有限公司);DZF-6050型真空干燥箱(北京三博科技有限公司);SENCO R型旋转蒸发器(北京生物创新技术有限公司);AY120电子天平(日本岛津有限公司);高效液相色谱仪(日本岛津有限公司);甲醇、乙醇、氯仿均为分析纯。 1.2 超声波辅助提取 称取龙葵样品,用v[Hcl]:v(乙醇)1:4溶液润湿24h后,龙葵与乙醇按1g:lOmL加入乙醇,在常温下采用超声波提取两次。过滤后合并滤液。滤液经减压蒸馏后得到黄绿色固体。用0.5mol/L的HCl溶解甾体类生物碱粗提物后,用氯仿萃取三次,去氯仿层,水相用NaOH溶液调节至pH为1O.5,用氯仿萃取三次,合并氯仿萃取液,蒸干后用甲醇溶解并定容至50mL,得到龙葵生物总碱的甲醇溶液。 1.3 茄胺的制备 将含生物总碱的甲醇溶液定量取出并减压蒸干后,残留物用40mLv[Hcl]:v(乙醇)1:1溶解,在100度下水解,水解后将溶液中乙醇蒸馏去除,余液用氯仿萃取三次,取酸水层。经NaOH溶液调节至pH为1O.5后,用氯仿萃取三次,合并氯仿萃取液,蒸干并用甲醇溶解,定容至50mL,得到茄胺的甲醇溶液。 1.4 色谱分析 经在紫外区全波段扫描确认标样茄胺在210hm处有最大吸收峰,因此,选定210hm作为茄胺的检测波长。色谱条件乙腈:水为55:45(水相pH用磷酸调节至2.7),流速为1.2mL/min。茄胺进样量20ug/mL-200 ug /mL时。进样量2(ug/mL)与峰面积之间呈良好的线性关系。 2 结果 2.1 提取效果 超声波辅助提取中草药有效成份具有快速、简易、提取效率高的特点。依据这个原则,本文选择实验条件温度为:25度,乙醇浓度为95%。在最佳的实验条件下,茎叶内的茄胺的平均得率为0.42%,果实内的茄胺平均得率3.22%。称取3份龙葵果实样品,进行平行提取实验,计算茄胺产物的质量百分数以及同批样品的RSD值,结果表明,3个龙葵样品提出的茄胺平均质量分数为:2.53%,RSD值为:4.18%,证实提取工艺稳定、可靠。 2.2色谱效果 本文选择水解1h的甾体类生物碱样品作为考查对象,在未添加磷酸的条件下,色谱峰峰形严重拖尾,随着酸度的加强,峰形开始锐化,至pH2.7时,甾体类生物碱和茄胺已完全离子化.峰形尖锐,两类色谱峰分离度高。 3 讨论 结合现代医学的观点和手段,在中草药资源宝库中、特别是从确有疗效的中草药中,寻找和开始具有我国自主知识产权的抗癌新药不仅对促进人类的健康,而且对推进我国民族医药工业的发展和中药现代化具有十分重要的意义。龙葵是一年生草本,全草含澳洲茄碱、澳洲茄明碱、澳洲茄边碱等多种甾体类生物碱,它们的苷元主要为茄胺,生物碱含量以果实为最多,在未成熟的果实中含量最高,果实成熟后则消失。 龙葵含有丰富的药用和保健价值成分,具有消炎、抗菌、降压、抗癌等多种药用功能,但到目前为止,龙葵的资源利用率仍然比较低,有关其活性成分研究的报导更是一片空白。上个世纪,有人采用国外提取茄属植物的工艺,用薄层扫描色谱法测定了龙葵中茄碱的甙元茄胺的含量,发现龙葵果实中茄胺含量明显高于全草含量,并在未成熟的青果实中发现茄胺含量甚至高达4.2%,但有关龙葵中总生物碱提取工艺及总含量的快速测定方法尚未见报道。在本文结果显示中,超声波辅助醇提法提取龙葵甾体类生物碱具有操作简单、提取时间短的优点。同时其重复性好、稳定性与回收率高。 高效液相色谱近年来以其绝对优势广泛用于生物碱的分离和鉴定,尤其是由非极性固定想和极性流动相组成的反液相色谱系统(RP-HPLc)的应用约占90%,非极性固定相主要是以硅胶为基质的硅烷化反相键和相。本文研究并确定了高效液相色谱测定甾体类生物碱及其苷元茄胺的分析条件:紫外检测波长210hm。流动相选择乙腈:水为55:45(水相pH用磷酸调节至2.7),进行紫外、红外、质谱分析,证实其为龙葵甾体类生物碱的苷元茄胺。 赵晓琴,曾祥法.龙葵片对原发性肝癌治疗作用的临床研究[J].辽宁中医杂志,2011,29(II):671-672. 中药论文:试论中药材的储存与管理 摘 要:目的:中药材是中医临床防病与治疗的重要组成。中药的存储与管理的优劣直接会影响到中药药性发挥及疗效作用。认真做好中药材的存储与管理是确保中药材质量与治疗效果的有力保证。本院对中药材采用分类与特殊性质药材的一系列管理方法卓有成效,现报道如下。 关键词:常用中药材;分类储存 祖国医药是伟大的医学瑰宝,是中医临床的重要物质基础。 几千年来,中药对广大人民健康和民族繁衍昌盛作出了巨大贡献。因此,中药材(饮片)的储存与管理对中药保质、发挥效能有举足轻重的作用。笔者对常用中药材采用了中药药物与特殊药物密封,冷藏,石灰收湿,对抗存储一系列方法,杜绝了无故流失,减少了经济损失,取得了较为满意的成果,现将方法分述如下,供同道进一步探讨[1]。 1 易泛油的中药材储存与管理 易泛油的中药材分易泛油与较易泛油两类。 1.1 易泛油的中药材。如天冬、麦冬、党参、牛膝、板蓝根、柏子仁、当归、郁李仁、杏仁、桃仁、胡桃仁、使君子仁等。 1.2 较易泛油的中药材。如太子参、北沙参、天葵子、九节菖蒲、巴戟天、金樱子、肉苁蓉、防风、胡黄连等。 1.3 必须按件少量或大件密封。可用缸、罐、桶、盛装,严格密封,使其与外界的光线和有害气体隔绝,保持药材(饮片)原汁原味,保持原有的质量,不致于发生虫蛀、霉变等损害。在管理上主要存放密封,操作上应在二到三月份进行(该节气气温较低,相对湿度不大)。 2 带粉性,易生虫的中药材的储存与管理易生虫的中药材或饮片很多,所含成分为淀粉、脂肪、蛋白质、糖类和挥发油等,如党参、陈皮、柏子仁等。此类药材可将石灰放入木箱及其他容器内,石灰约占容器的五分之一。用薄木板进行间隔,把药材放在隔板上,将容器口封严。在管理上注意容器的密封严紧,查有无破损,漏气。取用药材后即要严封。 3 易融化,怕热的中药材存储与管理易融化,怕热中药材容易粘连、变形,甚至融化,如乳香、冰片、白降香、青盐、秋石、肉桂、厚朴等。所以,防潮湿,保持干燥、阴凉最重要。一般都适合冷藏于冰箱。冷藏温度保持在 5 摄氏度左右。对冷藏的中药材(饮片)必须利用防潮场所加固后再冷藏为佳。在管理上要经常保持干燥,阴凉环境,货垛不受压,对怕潮的中药材不宜采用此法。 4 对抗性中药材存储与管理 此法是中药材存储的一种传统方法,为对抗法。 4.1 泽泻,山药与丹皮同储存。丹皮、泽泻,山药三者分层叠放或泽泻、山药各自与丹皮同储在一起,既可防泽泻、山药生虫,又可使丹皮不变色。 4.2 大蒜与芡实,薏苡仁与土鳖虫、斑蝥、全蝎、僵蚕同储。把生大蒜瓣用纱布包好放置于芡实与薏苡仁箱内可防虫,与土鳖虫、斑蝥、全蝎,僵蚕同储亦可防虫。 4.3 毕澄茄(又名山苍子)与动物类药材(蛇类)同储存。因毕澄茄有独特的辛辣气味能去除中药材中的黄曲霉素及其他霉菌。将中药材按顺序放进木箱,在木箱的四角和上、下层放适量纱布包好的毕澄茄封严,可防虫。 4.4 姜防蜂蜜涌潮。夏季受杂菌感染,蜂蜜发酵,体积膨大上涌叫涌潮。将生姜洗净晾干水分,切片撒于蜂蜜上盖严,可有效防止蜂蜜涌潮。 4.5 蜜拌桂圆、白酒防虫。桂圆肉加适量蜂蜜拌匀,倒入洁净的陶瓷缸内,密封或容器底部放置一碗蜂蜜,上架带孔的隔板,将肉桂置于隔板上加量储存可使肉桂不生霉。中药材瓜蒌、人参、枸杞放上带孔隔板封严,将白酒用碗盛放于隔板底下可防虫。 5 剧毒类中药材的储存与管理 剧毒类中药材可分大毒,有毒,小毒三类。大毒类(多指毒性大)如信石、马钱子、水银、巴豆、生川乌、生草乌。有毒类(多指毒性较大)如白附子、附子、生天南星、生半夏、洋金花、轻粉、甘遂、大戟、水蛭、商陆、全蝎、山豆根等。小毒类(多指毒性较小)如细辛、苦杏仁、鸦胆子、急性子、蛇床子、土鳖虫、吴茱萸等,均不能和其他中药材储存在一起。管理上要另立账户,专人保管,存放时要有标志。 6 易燃类中药材的储存与管理 对易燃药品,如火硝、硫磺、松香、海金沙应按其特性专柜内储存。管理上要注意远离电源、火源,专职保管。火硝、硫磺与干漆等放在一起稍有摩擦易燃烧引爆,因此,需特别注意检查,保养并配备灭火器、沙箱等消防设备。 7 易变色及散失气味的中药材储存与管理花、叶、全草及果实类药材中,由于质地较薄,个体细小,其所含的色素、叶绿素及挥发油可因温度、湿度、空气等影响而失去原有的色泽或气味,甚至发霉、生虫。在储存上不能与有特殊气味的中药材混合堆放。不应与吸潮、含水分较大、易生虫的中药材堆放一起。管理上要注意存放时间,做到先进先出。 8 贵重中药材储存与管理 犀角、人参、麝香、羚羊角、牛黄、冬虫夏草、虎骨、猴枣、豹骨、海狗肾、玳瑁、穿山甲等在储存中药容器密封,不能受潮,以防虫蛀,另需专人专职加锁保管。 9 小 结 为保障中药材的质量与药效,中药的储存与管理非常重要,选择药库必须干燥通风,库面地面不潮湿(如我们药库放在最高楼层上),必要时可以在地面上放置生石灰吸潮收湿。要保持库房内外清洁。在中药材出库上应先进先出,按批号发货,避免中药材过效期或变质而造成经济损失。当然,在中药材储存与管理上更需要有领导的重视,成立中药材管理监督小组,定期进行监测促进。要不断创新,使中药材(饮片)的储存与管理更加科学化、制度化、合理化及长效化。 中药论文:中药原料药的管理策略与现代中药管理学研究 中国中医药学历史悠久,源远流长,是中华民族优秀传统文化的重要组成部分,它在我国医疗卫生事业中有着不可替代的重要作用。中药是中医临床治病的武器,中药的疗效是中医赖以生存和发展的根本所在,中医、中药关系密切。中药主要由中药材、中药饮片和中成药三部分组成。中药饮片由中药材加工炮制而成,是中医辨证施治最基本、最重要的处方用药,是中成药的基本原料。但长期以来,在中药材、中药饮片这些中药原料药的流通、使用和管理中,没有严格将它按药品属性实施标准化、规范化管理,使其质量低劣,严重影响中医临床用药的安全和疗效,成为中医药事业发展的瓶颈,也成为我国中药走上国际市场的一个重大障碍。 1 存在问题 1.1 中药材专业市场管理不规范 2000年、2001 年国家药品监督管理局对河北安国等17个中药材专业市场进行抽验,平均不合格率分别为 30.5%、69.5%。主要存在问题有:(1)市场管理混乱、经营人员流动频繁、素质差,药材与饮片不分,药品与食用调味品不分。(2)超范围经营,17个中药材专业市场普遍销售饮片,有的还加工炮制饮片,甚至销售禁止销售的中药材和中西成药[1-2]。 1.2 中药材不合格率居高不下 (1)假劣品种严重,如用贝壳磨制成“珍珠”、用川楝子皮伪充山茱萸、海马肚里灌水泥、天麻中插入铁钉等。(2)屑末、杂质过多。(3)地区习用品超地域经营、流通等。 1.3 中药材炮制工艺不规范 全国没有统一的饮片质量标准和炮制工艺规范,难以保证饮片质量的稳定和可控。20世纪60年代各省、市及自治区制定和颁布了各地的中药材炮制规范,20世纪80年代卫生部也制定和颁布了全国中药材炮制规范,而实际上各地多在执行当地或本单位的炮制规范,各地各法、一药数法的情况相当普遍。如水蛭,浙江、上海和江苏的炮制方法都不同。 1.4 饮片生产经营市场混乱 据统计,全国有正规专业饮片生产企业576家,而目前市场上销售的饮片约有70%来自非专业饮片生产企业。虽然国家近几年陆续制定并颁布了有关中药饮片的法规和管理办法,但伪劣饮片生产仍屡禁不止。 1.5 饮片包装不规范 多数饮片仍用麻袋、编织袋、塑料袋等包装且随便堆放,既不卫生又易致药材变质;包装未注明商标、品名、规格、产地、日期,质量问题可塑性不强。 1.6 滥采滥种造成药材质量下降 中药材生产为抢先出售,不依时采制,严重影响药物的有效成分。如黄芪一般采制5~6年生品种,有的种植1年就采收;旋覆花采收过迟,花瓣松散、部分已成种子。异地引种栽培未充分考虑药材品种的生长习性,失去地道,影响药材质量,如2001年抽检的丹参栽培品外形粗大、白心,35批中有29批不合格,其丹参酮ⅡA只有0.04%,远低于0.20%的规定标准;陇中地区引种的川木香,无香无味。 1.7 药材资源流失,生态环境保护不足 我国虽然是一个中药材资源大国,但也是世界上生物多样性受到威胁和破坏最严重的国家之一。多年来中药出口多以药材资源(多为优质资源)为主,进口国利用这些相对廉价的药材资源,生产出高附加值的产品,再去占领包括我国在内的世界医药市场,获取高额利润。由于开发的盲目性,现已有不少药材品种因过度采挖而使其资源受到严重破坏,如甘草、冬虫夏草、紫草等。 1.8 中药重金属污染、农药残留量未引起足够重视 不少国家对此问题已反应强烈,重金属含量、农药残留量超标,已成为影响中药质量、信誉,阻碍中药走向世界的掣肘问题。德国魁茨汀中医院从我国进口一批中药饮片(共 106 种),因质量不合格而被禁用的就有 32 种,其中有11个品种重金属含量超标。 1.9 药名混乱,同名异物品种混用 如防己没有区分粉防己、广防己等。 1.10 其他 产地加工马虎,基层收购把关不严、伪劣充斥。 2 管理对策 中药原料药生产中的重数量轻质量,中药材炮制工艺的不统一,药材交易市场的遍地开花,无序经营,最终严重地影响了中药的质量,制约了中药产业的发展。中医药是我国拥有自主知识产权优势的少数学科领域之一。加入WTO,为我国传统医药学的发展带来了新的机遇和挑战。中药已出口到世界上的130多个国家和地区。世界原料植物药市场是个有巨大潜力的市场,目前的交易总额有500多亿美元,并以每年20%左右的速度递增,印度Exim银行认为世界原料植物药的交易总额可达800亿美元。尽管我国中药占国际传统药物市场的份额不低于25%,但由于受中药原料药等多因素的影响,中药的出口额仅占国际传统药物市场份额的3%左右。所以切实加强中药原料药的管理,用现代科技推动中药原料药质量的标准化、规范化,才能保证中药的质量,才能适应市场的需要,才有利于推动中药的产业化、规模化,最终实现中药的现代化、国际化[3-4]。 2.1 应规范中药材的种植行为 中药原料药来自自然,又多为人工分散采收,受天气、地域差别及人为因素影响大,很难保证其质量的稳定、均一性。中药原料药是中药科学和中药产业的物质基础,其质量取决于其生产过程。只有规范的生产才能得到质量稳定、可控的中药原料药,中药提取物、中成药的内在质量才能得到根本保证。因此必须按照《中药材生产质量管理规范》(GAP)、《药用植物及其制剂进出口绿色行业标准》和《中药材规范化种植研究项目实施指导原则及验收标准》的要求,规范中药材的种植生产[5]。 2.1.1 中药材的种植生产应按中药材产地适宜性优化原则,因地制宜、合理布局,选择空气、土壤、水质符合GAP 要求的环境,选择合格的种质和繁殖材料,精心栽培,科学管理。 2.1.2 药用植物的病虫害防治应选用生物防治 技术或选用高效、低毒、低残留的农药,禁用含氯、汞、砷、氟等的化学农药,以降低农药残留量;田间管理要做到合理施肥,科学搭配,减少重金属污染,保护生态环境。 2.1.3 禁止将中毒、感染疫病的动物加工成中药材。 2.2 应规范中药材的炮制工艺,尽快建立中药饮片的生产质量管理规范 中药炮制技术是我国历代医药学家在长期的医疗实践中逐步总结发展起来的一项具有传统特色的制药技术,饮片炮制工艺是我国中医药宝库的重要组成部分。 2.2.1 饮片炮制直接关系到药效,古人云“凡药制造,贵在适中,不及则功效难求,太过则气味反失”,如现代药理研究证明:酒炒黄芩对痢疾杆菌、炭疽杆菌及白色念珠菌的抑制作用比生品强等。生熟异治是中医用药的一个鲜明特点,饮片的炮制减毒、炮制增效、转变药性、引药归经等独特的工艺技术,是中医临床用药安全有效的根本保证,饮片的质量控制尤为重要。由此加强饮片炮制的规范化管理,尽快编制体现最新工艺和现代科学技术的全国饮片炮制标准,并将其纳入法制化管理的轨道,就更显必要和迫切。但因中药成分复杂,现还难以确定其各有效成分,加上我国幅员广阔,饮片使用有明显的地区习性,要统一全国的中药饮片炮制方法有困难。所以对非全国通用的地方习用品种,作为特殊情形可以制定相应省区的地方标准。如此,饮片炮制既不乏质量标准,又能适合我国国情,还可提高质量标准的可操作性[6]。 2.2.2 同其他药品一样,中药饮片的质量取决于其炮制的生产过程,只有规范的生产才能得到质量稳定、可控、安全有效的饮片。这就要求中药饮片的生产除了应有质量标准外,还要有规范的生产方法和操作工艺,以及符合条件的生产厂房设施、专业人员,即需建立中药饮片的生产质量管理规范(GPP)。通过GPP的建立,确立饮片生产的准入制度,对所生产的符合规范的中药饮片实施批准文号制度,从而规范目前混乱的饮片生产、经营秩序,提高饮片的质量。 2.2.3 饮片包装应标示商标、品名、规格、产地、日期、农药残留量和合格证等,提高饮片质量问题的可塑性。 2.3 应珍惜资源,保护生态环境 我国虽然地大物博,中药资源较丰富,但资源总是有限的,且中药资源的流失、毁坏并不轻。据有关资料显示,我国原有的中药资源有12 807种,近年来由于滥采滥挖,各种野生药材的产量和蕴藏量普遍下降,其中数十种已处于濒危状态,如甘草比20世纪50年代减少40%多。所以GAP规定野生中药材的采集应坚持“最大持续产量”原则。中药资源的保护和可持续利用,同其他资源保护一样,是一项系统的社会化工程,需要全社会的关注、重视和共同努力。首先,确定中药进出口外贸政策须兼顾中药资源的保护,必要时对出口配额进行限制。多年来,中药出口多以药材为主,这种以优质药材、牺牲生态环境为代价,换回的少量外汇确实发人深省。银杏是我国的珍稀药材品种,德国的银杏产品“EGB761”每吨售价2 000美元,而其原料70%要靠我国进口,我们的出口价 100美元都不足。其次,药用资源的开发利用,要从利于中医药产业的发展和民族的长远利益出发。对濒危、珍贵的中药材资源,应首先满足国内临床和生产所需,否则失去优质的药材资源将会严重影响国内中医药的研究和临床使用,以及中成药的质量。再次,要研究利用高新技术,探索保护濒危药材资源之路。如利用人工种植、细胞培养生产、基因工程,加快药源基地的建设、发展[7-8]。 2.4 加强法制建设,规范市场管理 自国家药监局组建以来,新修订的《药品管理法》、《药品管理法实施条例》和《中药材生产质量管理规范》等法规相继颁布,药品管理法规逐步完善。为了取得更明显的监管效果,在加强法制建设的同时,还应加强药品法规的宣传,提高贯彻力度,使药品的生产、经营、使用者都知法、懂法、守法。中药材专业市场应严格按照国务院及国家有关部门的规定守法经营,对非法药材药品集贸市场,要打破地方保护主义,坚决予以取缔。 中药论文:复发性口腔溃疡的中医中药治疗 复发性口腔溃疡属于中医中的口疮范畴,主要是以口腔内的舌、颊、唇、上腭等处的黏膜出现单个或者多个如豆粒大小的溃疡,呈灰白色或者浅黄色[1]。患者有局部的疼痛或刺激痛,具有反复发作的特点,给患者带来了较大的不适及危害。近年来,我院门诊对于复发性口腔溃疡使用中医辨证治疗,取得了良好的疗效,现报道如下。 1 资料与方法 1.1 一般资料 选取2010年1月至2012年1月在我院门诊就诊的60例患复发性口腔溃疡的患者,其中男26例,女34例;年龄9-79岁,平均年龄,34.6岁。患有复发性口腔溃疡史均在1.5年以上,其中轻者复发频率为2-3月1次,重者复发频率为1月2-3次;每次溃疡的发病时间为3-5天,甚者为连续发作数个月不等。 1.2 诊断标准 患者唇、舌、颊、软腭等角化差的口腔黏膜,见有圆形或者椭圆形的浅表性溃疡。损害表面覆有黄色或灰白色假膜;周边有约1mm的充血红晕带;中央凹陷,基底柔软,均具“黄、红、凹、痛”特征,自觉有明显的灼热疼痛感,当遇到刺激性的食物时疼痛加剧,影响患者的进食和说话,病程均在6个月以上,呈反复发作。所选患者均符合以上的诊断标准。根据患者的具体症状及情况和中医辨证分型,可分为心脾积热型、胃热阴虚型、脾胃气虚型、阴虚火旺型四大证型,具体的证型分布情况,见表1。 1.3 治疗方法 根据中医的辨证分型,采用相应的内服方药,在配合外敷进行治疗。 其中,心脾积热型的,方选清胃散合导赤散加减:黄连15g,生地黄12g、木通10g、生甘草梢10g、竹叶12g、金银花12g、桔梗10g、牛蒡子10g、当归身10g,牡丹皮10g,升麻10g。 胃热阴虚型,方选用玉女煎加减:石膏20g、熟地黄15g、麦冬10g、知母10g、牛膝15g。 脾胃气虚型,方选用补中益气汤加减:黄芪15g、党参15g、白术10g、炙甘草15g、当归10g、陈皮6g、升麻6g、柴胡12g、生姜9片、大枣6枚。 阴虚火旺型,方选用知柏地黄丸加减:熟地黄24g,山茱萸12g,干山药12g克,泽泻9g,茯苓9g(去皮),丹皮9g,知母24g,黄柏24g。 外敷:使用硼砂3g、薄荷3g、儿茶3g、冰片1.5g、青黛6g,混和研为细末,用棉签蘸少许敷细末涂敷患处,以覆盖溃疡处为度,1天3次,以10天作为1疗程,期间戒烟戒酒,并慎食辛辣等刺激性的食物。 按相应证型以上方剂,500ml煎水150ml服用,1日一剂,以7天为1疗程,连续服用3个疗程,配合外敷药治疗后统计疗效。在服用中药的期间,停止服用其他的药物。 1.4 疗效标准 根据中华口腔医学会制定的《复发性阿弗它溃疡疗效评价试行标准》[2]。痊愈:经治疗后,口腔溃疡停止复发大于1年;显效:经治疗后,口腔溃疡复发的间歇时间有所延长,溃疡发生的次数较前减少;有效:经治疗后,口腔溃疡复发的间歇时间延长,但溃疡发生的次数较前未有减少;无效:经治疗后,患者的口腔溃疡复发的间歇时间及发生次数均无改变。 2 结 果 经相应对症治疗后,60例患者中有34例治愈,12例显效,8例有效,6例无效,其中治愈率为56.67%,总有效率为90%。在服药过程中均未见患者有明显的副作用。具体预后情况,见表2。 3 讨 论 复发性口腔溃疡,是一种以口腔黏膜各部位反复发作的溃疡为特征,不伴有其他疾病体征,具有周期性、复发性、自限性特征,溃疡灼痛明显[3]。好发于唇、舌、颊、软腭等角化差的部位。常见为口腔黏膜处有圆形或椭圆形溃疡,具“黄、红、凹、痛”特征,即损害表面覆有黄色或灰白色假膜;周边有约1mm的充血红晕带;中央凹陷,基底柔软;灼痛明显。发作周期约数天或数月,具有不治而愈的自限性。目前病因不明,存在明显的个体差异。诱因可能是局部创伤、精神紧张、食物、药物、激素水平改变及维生素或微量元素缺乏[4]。系统性疾病、遗传、免疫及微生物在该病的发生发展中可能起重要作用。常可由患者失眠、烦燥、疲劳等出现病情加剧或者反复发作,因其反复发作、病程长,而对患者的身心健康造成了较大的危害。 复发性口腔溃疡在祖国医学中属于“口糜”、“口疳”、“口疮”等的范畴。中医学认为,其病因为多由饮食不节、内伤七情、劳倦内伤、外感六淫等因素导致患者的脏腑功能失调,热郁心脾,胃热阴虚,热久耗阴;或者肾阴亏虚,导致虚火上炎,虚火熏蒸口舌;或脾胃气虚,气不布津,营血不生,导致口舌失气血之濡养,导致实火虚火上熏蒸口舌而发为本病。 根据患者的发病体质、年龄、临床症状、舌象脉象等,经辨病与辨证相结合,可将此病分为心脾积热型、胃热阴虚型、脾胃气虚型、阴虚火旺型四大证型[5],各个证型具体的用药方解如下: 心脾积热型,多好发于青壮年,其症状明显,有剧烈的疼痛,因舌为心之苗,心火盛则烧灼口舌;脾胃有积热,热循足阳明经脉上攻所致,也会热灼口舌,发为口腔溃疡,治法为清心火、解脾胃热毒,选用清胃散合导赤散加减[6]。方主要用苦寒之黄连为君,直泻胃府之火。升麻为臣,清热解毒,升而能散,可宣达郁遏之伏火,有“火郁发之”之意,与黄连配伍,则泻火而无凉遏之弊,升麻得黄连,则散火而无升焰之虞。胃热则阴血亦必受损,故以生地凉血滋阴;丹皮凉血清热,皆为臣药。当归养血和血,为佐药。升麻兼以引经为使。金银花、牛蒡子清热解毒。诸药合用,共奏清胃凉血之效。 胃热阴虚型,采用清阳明之胃火,养阴生津为治法,选用玉女煎加减[7],方中石膏,知母清阳明有余之火为君;熟地黄补少阴不足之水,为臣;麦门冬滋阴生津为佐;牛膝导热引血下行,以降炎上之火为使。 脾胃气虚型,多见于多病体弱之人,主要以益气健脾为法,使用补中益气汤加减,方中黄芪补中益气、升阳固表为君;人参、白术、甘草甘温益气,补益脾胃为臣;陈皮调理气机,当归补血和营为佐;升麻、柴胡协同参、芪升举清阳为使。综合全方,一则补气健脾,使后天生化有源,脾胃气虚诸证自可痊愈。 阴虚火旺型,以滋阴降火,选用知柏地黄汤加减,方中以黄柏、知母清热降火,山茱萸滋养肝肾,熟地黄滋补肾阴,山药以健脾益气助脾之运化,泽泻、茯苓渗利脾湿、淡泄肾浊,牡丹皮以凉泄肝火。以上诸药合用,滋阴降火,补泄并举,以治疗复发性口腔溃疡。 由本次研究可见,60例患者的治愈率为56.67%,总有效率为90%。体现了中医药运用整体观及辨证分型治疗复发性口腔溃疡具有显着的疗效,其副作用少,在远期的治疗效果上显示出较大的优势,值得在临床上推广使用。
煤矿废水处理论文:煤矿矿井废水处理回用工艺比较研究 摘要:介绍了污水、废水处理资源化的最新技术和工艺,分析比较了三种工艺方案处理煤矿矿井废水的系统投资和运行成本,并探讨了反渗透水处理技术在煤矿矿井废水处理中应用的技术经济可行性.煤矿矿井废水处理回用的综合运行费用为:2.185-2.465元/吨。其中膜法的处理费用最低为:2.185元/吨。这样的价格对干旱缺水的西北地区是很有吸引力的。对矿井废水进行回收再利用,不但可以减少废水排放量,又可以使废水资源化,应该说,它是一种水资源再生的希望方法,也是我国实现水资源可持续利用的有效途径之一。 关键词:反渗透 电镀废水处理 回收利用 我国人口众多,淡水资源时空分布不均匀,水资源和社会经济发展不均衡;人口的不断增长又使水资源需求量逐年上升,工业的快速发展使水污染愈加严重,因此造成水资源缺短和水环境污染现象日趋严峻。目前,我国水资源供需矛盾比较突出,全国有300多个城市缺水,其中有114个城市严重缺水。21世纪我国水资源供需形势非常严峻,水资源危机将成为所有资源问题中最为严惩的问题。要解决这一难题,除水资源的科学管理和优化配量之外,充分发挥高新科技手段在水资源利用中的作用也是十分关键的。 近年来,我国每年排污水量约400-500亿M3,经处理后排放的仅15-25%,由于污水到处横流,使我国各大水源都产生不同程度的污染,水环境严重恶化[4]。所以,加强污水深度治理,使之不仅达标排放而且还可大量回用,非常必要,这对改善水环境、缓解水资源的不足,节约宝贵的水资源都是十分重要的。城市及工业污水经过深度处理后可用于农业灌溉、工业生产、城市景观、市政绿化、生活杂用、地下水回灌和补充地表水等方面的应用[8]。传统水处理技术能够消除部分污染物,将COD、BOD以及重金融等污染物指标降到安全排放标准或杂用(中水)标准,但无法完全消除排水中所含的微量溶解性污染物。采用反渗透膜技术可彻底去除这些污染物,实现严格意义下的污水再生。用传统处理工艺和膜技术集成,可将污水或废水变成不同水质标准的回用水,或使之循环回用,这样即缓解了供求矛盾,又减少了污染,还可促进环保产业的发展[6]。 1 污水废水资源化技术及应用简介 水环境质量的严重恶化和经济的高速发展,迫切要求有相应的污水废水资源化的技术。在这一领域中膜分离技术占有重要的位置和作用。膜分离作为一项高新技术在近40年来迅速发展成为产业化的高效节能分离技术过程。40多年,电渗析、反渗透、微滤、超滤、纳滤、渗透汽化,膜接触和膜反应过程相继发展起来,在能源、电子、石化、医药卫生、化工、轻工、食品、饮料行业和日常生活及环保领域等均获得广泛的应用,产生了显著的经济和社会效益。社会的需求使膜技术应允而生,也是社会的需求促使膜技术迅速发展,使膜技术不断创新、技术进步,完善,成为单元操作,成为集成过程中的关键[1] [9]。 1.1连续膜过滤技术(CMC) 中空纤维膜由于比表面积大,膜组件的装填密度大,所以设备紧凑;这种膜因纺制而成,工艺简单,所以生产成本一般低于其它的膜:由于没有支撑层均可以反向清洗,特别是一些耐污染性好,对氧化性清洗剂耐受性好的膜的出现,使得在大规模的污水处理工程中,中空纤维膜的应用有独特的优势[1] [7]。 CMF技术的核心是高抗污染膜以及与之相配合的膜清洗技术,可以实现对膜的不停机在线清洗清洗,从而做到对料液不间断连续处理,保证设备的连续高效运行。 CMF目前主要用于大型城市污水处理厂二沉池生水的深度处理回用,海水淡化或大型反渗透系统的预处理。地表水地下水净化、饮料澄清除浊等。 1.2膜生物反应器(MBR) 膜生物反应器是膜分离技术和生物技术结合的新工艺。用在污水废水处理领域,利用膜件进行固液分离,截留的污泥或杂质回流至(或保留)在生物反应器中,处理的清水透过膜排水,构成了污水处理的膜生物反应器系统,膜组件的作用相当于传统污水生物处理系统中的二沉池[4]。 MBR中使用的膜有平板膜、管式膜和中空纤维膜,目前主要以中空纤维膜为主。 生活污水经MBR处理后,生水水源已达到很高的水标准。此方法不仅限于处理生活污水,MBR技术也广泛地用于染色废水,洗毛废水、肉类加工污水等水处理系统。MBR系统的另一个特点是规模可大可小,小装置可用于一个家庭,大型装置日处理量可达数万立方米。 1.3反渗透技术(RO) 反渗透技术是20世纪60年代初发展起来的以压力为驱动力的膜分离技术。该技术是从海水、苦咸水淡化而发展起来的,通常称为“淡化技术”。由于反渗透技术具有无相变,组件化、流程简单,操作方便,占面积小、投资少,耗能低等优点,发展十分迅速。RO技术已广泛用于海水、苦咸水淡化,纯水、超纯水制备,化工分离、浓缩、提纯,废水资源化等领域。工程遍布电力、电子、化工、轻工、煤炭、环保、医药、食品等行业。 废水资源化是有开发增量淡水资源与保护环境双重目的。无机系列废水处理与海水苦咸水淡化采用同类装并具有较多共性工艺技术。RO可使废液中的铜、铅、汞、镍、锑、铍、砷、铬、硒、铵、锌等离子脱除除90-99%。 目前,反渗透技术在城市污水深度处理,一些工业废水深度处理方面的应用受到了高度重视,包括中水回用,污水处理厂二级出水的深度处理,经初级处理后的工业废水深度处理制取优质淡水。中东不少缺水国家,在大量采用反渗透海水淡化技术的同时,引入反渗透技技术处理二级污水,出水水质可达TDS ≤80mg/L,扩大了淡水资源。如中东地区、澳大利亚、新加坡等国都有这方面的大型工程实例[9]。 1.4集成膜过程污水深度处理方法 集成膜过程是将超滤/微滤与反渗透(或纳滤)结合使用,形成能够满足各咱回用目的的污水深度处理工艺。超滤、微滤可以作为独立的高级三级处理方法,也是反渗透过程理想的预处理工艺,抗污染能力强、性能优越的超滤、微滤单元代替了复杂的传统处理工艺,而且出水品质远高于三级出水指标,不但完全可以去除污水中的细菌和悬浮物,对COD、BOD也有一定的却除效果。在超滤、微滤之后使用的反渗透膜,其清洗周期由采用传统预处理工艺的3-4周增加到半年以上,膜寿命可延长到达-6年。膜集成污水再生工艺具有系统稳定、维护少、占地小、化学品用量少、流程简单和运行费用低等优点。 新一代中空纤维超滤(微滤)膜与传统产品相比,具有机械强度高、抗氧化、抗污染、高通量等特点,在运行工艺上,采用了低压操作、反冲清洗、气水冲洗等新技术,使得超滤膜装置能够在污染倾向极强的污水介质中保持稳定的性能,超滤膜的使用范围因此扩展到了能适应于多种复杂的介质环境,同时大大扩展了反渗透技术的应用范围,新一代的超滤膜及其系统应用技术的应用范围,新一代的超滤膜及其系统应用技术将膜技术带到了一个全新的时代,彻底改变了膜法水处理技术必须依托于复杂、精细的预处理系统的形象,使膜技术应用于二级出水、三级出水以及多种原废水等许多复杂的水质体系的深度处理。 1.5 传统处理方法 传统污水三级处理工艺,主要的工艺单元有石灰澄清、重碳酸化、絮凝、沉降、过滤和气浮等。根据具体污水排入物质的成分的不同,处理方式有所差异。传统处理工艺存在着工艺复杂、水利用率低、化学品消耗量大的弊病,而且由于无法彻底去除生物絮体及胶体物质,致使清洗频繁,影响了出水水质。 2结论 (1) 煤矿矿井废水处理回用的综合运行费用为:2.185-2.465元/吨。其中膜法的处理费用最低为:2.185元/吨。这样的价格对干旱缺水的西北地区是很有吸引力的。 (2)用膜法处理煤矿矿井废水并回用在技术上是完全可靠的,国内外都有成功经验。 (3)随着工业的快速发展,水资源的污染日益严重,缺水现象会越来越严重,工业废水的回收利用将会提到议事日程。 (4)从环境保护方面讲,对矿井废水进行回收再利用具有非常重要的环境意义。 (5)对矿井废水进行回收再利用,不但可以减少废水排放量,又可以使废水资源化,应该说,它是一种水资源再生的希望方法,也是我国实现水资源可持续利用的有效途径之一。 (6)膜法处理煤矿矿井废水并回用,不但在技术上和经济上都是可行的,经济和环境效益都非常显著。 煤矿废水处理论文:煤矿污废水处理论文 1煤矿污废水处理 1.1矿井水处理 煤矿矿井废水主要指煤炭井工开采或露天开采过程中涌出的地下水,以及采煤生产过程中洒水、降尘、灭火灌浆、消防及液压设备产生的含煤尘废水。矿井水主要分为含悬浮物矿井水、酸性矿井水、高矿化度矿井水、含铁锰矿井水四类。含悬浮物矿井水指悬浮物(煤粉、岩粉)≥50mg/L的矿井水,这类矿井水中含有较多煤粒(粉)、岩(石)粉等悬浮物,一般呈黑色,但其总硬度和矿化度并不高;酸性矿井水指pH≤6的矿井水;高矿化度矿井水是指矿化度无机盐总含量大于1000mg/L的矿井水,也称为苦咸水。含悬浮物矿井水的主要处理工艺为混凝沉淀(澄清)、过滤、消毒工艺,根据处理后矿井水的回用途径,后续工艺可选用超滤、反渗透工艺。磁悬浮矿井水净化技术、微砂技术属于科技创新技术,近年来逐渐开始应用于部分煤矿。酸性矿井水的处理方法主要包括人工湿地法、微生物法、中和法,其中人工湿地法与微生物法在国内应用极少,目前应用最广泛、技术最成熟的中和法为石灰乳中和法,基本工艺流程为中和、曝气预沉、混凝沉淀(澄清)、过滤消毒。高矿化度矿井水处理工艺分为净化处理和深度处理两个部分,净化处理技术与含悬浮物矿井水处理技术相同,主要采用混凝沉淀(澄清)过滤工艺,深度处理主要指反渗透脱盐处理。为防止反渗透膜降解和膜污堵,进水中的悬浮固体、尖锐颗粒、微溶盐类、微生物、氧化剂、有机物、油脂等污染物必须进行预处理。除铁方法主要有空气氧化法、化学氧化法和接触氧化法,除锰方法宜采用化学氧化剂氧化法,同时除铁除锰可采用化学氧化法或接触氧化法。井下采空区过滤净化技术指充分利用采空区矸石作为过滤、净化污水的载体,将井下排水直接注入采空区净化处理后,复用于井下生产,减轻了地面矿井水处理设施的处理压力,提高了矿井水处理水质,节约了污水处理费用。 1.2生活污水 煤矿生活污水主要来自矿区食堂、冲厕、洗浴等,污染物成分与市政污水类似,以洗浴水为主。矿区生活污水的有效处理方法主要是活性污泥法,包括CASS工艺、SBR工艺等。SBR法与传统活性污泥法相比:工艺简单,调节池体积小或不设,无二沉池和污泥回流,运行方式灵活,结构紧凑,占地少,基建、运行费用低;反应过程浓度梯度大,不易发生污泥膨胀;抗负荷冲击能力强,厌氧(缺氧)和好氧交替发生,同时脱氮除磷而不需额外增加反应器。CASS工艺的特点如下:CASS池对水量水质变化的适应性和操作的灵活性较高;系统运行的稳定性较高;周期内反应器以厌氧—缺氧—好氧—缺氧—厌氧的方式运行,有比较理想的脱氮除磷效果。针对矿区生活污水的水质和水量特点,选用以上两种方法均有较好的处理效果。2.3洗煤废水《清洁生产标准-煤炭采选业》(HJ446-2008)要求煤矿选煤水闭路循环,即洗煤水中的煤泥全部厂内机械回收,洗水全部复用。偶发排放要求执行《煤炭工业污染物排放标准》(GB20426-2006)。煤矿洗选厂根据洗选煤量建设煤泥浓缩池,通常一备两用,煤泥水进入浓缩池浓缩沉淀后,上清液复用于洗选车间,沉淀煤泥由压滤机压滤。 2煤矿污废水综合利用 提高煤矿污废水综合利用率,减少煤矿外排水量、或实现污废水零排放,是解决矿区水资源缺乏、水环境污染问题的关键。煤矿污废水综合利用途径主要包括煤炭洗选、井下生产用水、消防用水、绿化、防尘等用水;煤矿污废水经处理符合相关标准后,可以用于灌溉周边农田,进一步通过反渗透深度处理后,可用作居民生活用水。企业间用水优化协调工程是提高矿井水综合利用水平的重要途径之一。矿井水处理后作为矿区周边企业的工业补充用水,能够有效缓解整个区域水资源供需矛盾,减少水源水与地下水开采使用。 3存在问题 3.1矿井水处理工艺设计、设备选型问题。 部分煤矿矿井水处理工程在设计阶段对矿井涌水量及水质分析不足、设计参数直接参考地表水水质参数;设备选型不当,集中体现在煤泥压滤设备压滤能力不足、故障频繁;过滤设备过滤材质多采用塑料滤珠,容易吸附油脂结团堵塞,造成滤料更换频繁,运行成本高。 3.2生活污水处理工艺采用生物膜法(生物接触氧化法)的处理工艺运行效果欠佳。 煤矿生活污水以工人沐浴冲洗水为主,生活污水中COD浓度较低,约在100mg/l~150mg/l,有时甚至低于100mg/l,因此微生物经常出现养料不足,生物膜脱落的情况,出水水质达不到设计要求。 3.3污废水综合利用率偏低。 《清洁生产标准煤炭采选业》(环境保护部HJ446-2008)中对矿井水的回用率有明确要求,在水资源短缺矿区,清洁生产一级标准要求100%回用,二级标准要求≥95%,三级标准要求≥90%,目前很多矿区污废水回用水平偏低于清洁生产三级标准。尤其是部分煤矿矿井涌水量较大(超过10000m3/d),仅靠矿区自身用水无法提高污废水综合利用率。区域内企业间水资源协调利用较少,主要受限于周边企业分布距离,用水水质等原因。 作者:王莉娜 谢震震 单位:中国神华能源股份有限公司 山东山大能源环境有限公司 煤矿废水处理论文:煤矿各类废水处理及综合利用的途径 摘要:对煤矿各类废水的处理以及综合利用的工作主要包括矿井废水以及生活废水等几个方面。本文阐明煤矿各类废水处理与综合利用的方法以及在工作期间所存在的问题,以加强煤矿各类废水治理和再利用的水平。 关键词:煤矿;废水处理;综合利用 我国水资源匮乏的地区也是煤矿的主要聚集地,据统计,我国86个重要煤矿区有70%的煤矿处于缺水状态。长时间以来,水资源得不到保障,矿水没有有效的利用一直是困扰煤炭行业的难题。因此,加强煤矿各类废水处理及综合利用途径便成为一项非常重要的工作任务。 1煤矿废水处理 1.1矿井水处理 煤矿开采期间,容易出现矿井废水,或者因使用灭火灌浆、降尘等设备所形成的煤尘废水。其中,含悬浮矿井水、高矿化度矿井水、酸性矿井水等是矿井水的主要类型。通常情况下,含悬浮物矿井水中具有很多的煤粒、岩粉,而且它们的含量均≥50mg/L,颜色以黑色为主,硬度及矿化度较低;而pH值≤6的矿井水,则为酸性矿井水;高矿化度矿井水也被叫作苦咸水,通常无机盐含量不会低于1000mg/L。1.1.1含悬浮物矿井水在进行废水处理的时候通常采用混凝沉淀工艺,通过对矿井水处理结束后所使用的回收形式,随后采用反渗透工艺。其中微砂、磁悬浮矿井水净化等相关技术是近年来普遍采用的净化技术。1.1.2高矿化度矿井水净化以及深化处理是高矿化度矿井水处理的最主要方式。前者所采用的处理技术和上面所提到的含悬浮物矿井水一样,也是利用混凝沉淀工艺,同时进行反渗透脱盐处理。而若想避免膜污堵的情况发生,就一定要对悬浮固体、氧化剂等能够造成污染的生物采取预处理的方法。1.1.3酸性矿井水的处理方法人工湿地法、中和法等是此类矿井水的重要处理形式,人工湿地法在我国较少使用,当前使用比较普遍的废水处理方式主要是中和法,它的工艺流程则是曝气预沉、过滤消毒等。1.1.4其他处理方法空气、化学以及接触等氧化法是除铁普遍所使用的方法。在除锰的时候,主要使用化学氧化剂氧化法,该方法同样适用于除铁工作。 1.2生活污水 通常,矿区食堂、洗浴等地方容易形成生活污水,污染物构成和市政污水相同,都是主要来自于洗浴水。活性污泥法是煤矿生活污水的主要处理形式,主要有CASS工艺以及SBR工艺两种。和过去活性污泥法所采用的工艺不一样,SBR法显得更为简单,不用对调节池进行设置,无须很大的占地面积以及过高的运行经费;由于浓度梯度较大的原因,因此很难出现污泥膨胀的情况;另外,还具有较强的抗负荷功能。CASS工艺的特点为:水质变化适应能力强;操作系统非常稳定;脱氮除磷功能较强。 1.3洗煤废水 在有关煤炭清洁生产标准的条文中,明确规定了煤矿选煤的时候要采取闭路循环,也就是说用于洗煤的水要进行回收,然后经过处理后再进行复用。如果一些用水不得不进行排放,那么则要参照相关的排放标准合理排放。在创建煤泥浓缩池的时候,一定要通过洗选煤量的具体情况来做出决定,不过一般情况下,会采用一备两用的策略。在煤泥水经过浓缩池的沉淀之后,要用上清液进行清洗,沉淀煤泥则由压滤机进行压滤。 2存在的问题 2.1矿井水处理工艺设计、设备选型的问题 一些矿井水在被处理的时候,相关人员对水质情况不是很了解,设计参数主要来自地表水水质参数;没有选择合适的设备类型,在使用煤泥压滤设备工作期间,没有形成良好的压滤效果;在过滤工作中,塑料滤珠是主要被使用的材料,这种材料很有可能会对吸附油脂结团造成堵塞的情况,导致滤料经常需要更换,最终造成运行经费过高。 2.2生活废水处理工艺存在的问题 利用生物膜法处理生活废水很难取得理想的效果。通常情况下,沐浴水是煤矿生活污水形成的最主要原因。由于COD浓度在整个生活废水中的比例不高,造成微生物养料不够充足的情况,直接影响出水水质无法满足设计需求。 3煤矿废水的综合利用 加强煤矿废水的综合利用效果,降低煤矿的排水量,能够使矿区水资源匮乏以及水污染现象得到极大的缓解。其中,对煤炭进行清洗、在井下进行水生产、对用水进行绿化等工作是煤矿废水进行利用的最有效方式;煤矿废水的处理情况如果能够满足标准要求,那么就可以将它们使用到农田的灌溉工作当中,如果再进行更深层次的处理,就能够用作生活用水。每个单位之间如果能够做好协调工作,就能够加强煤矿废水的综合利用效果。在矿井水得到完善的处理以后,可以将它们作为周围企业的工业用水,解决煤矿区水资源匮乏的情况,同时还能够降低地下水的过度利用。对矿井水的综合利用,一定要从源头抓起,制定科学合理的保护水资源政策,降低矿井的涌水量;大力推行废水沉淀过滤方法,在矿井水经过处理后再用回到井下生产。另外,在工作期间,还要降低矿井水的地面处理量。在对矿井水进行处理的时候,一定要意识到里面含有的悬浮物粒径差别较大,沉降速度并不快,因此一定要正确的设置沉淀池的停留时间参数。在处理矿井水的工作中,处理煤泥水始终都是工作的难点,如果条件允许,最好把煤泥水放入洗煤厂的废水处理系统,然后和其他废水一起进行处理。而在使用板框压滤机的时候,一定要对煤泥水的特点和煤泥量有充分的了解,并且优化设备选型。充分利用所能用到的全部用水,并与煤矿废水的综合利用相结合,在需要的时候要充分的根据所处的地理位置的特点,合理地进行废水利用。在进行利用期间,不但要确保矿区能够得到用水,同时也要确保附近的企业也能够得到经过处理后的用水,这样就能够完成矿井水代替地表水的工作目标,企业还可以利用矿井水改善当地水资源的状况。 4结束语 目前对煤矿废水的处理以及综合利用的工作还存在一定的问题,想要更好地做好这方面的工作,就一定要降低煤矿的排水量,制定出科学合理的保护水资源的政策,充分利用所能用到的全部用水,与煤矿废水的综合利用相结合。在今后的工作中,相关工作者要积极努力,认真探索,争取制定出更为完善的方案,从而让煤矿废水的处理以及综合利用的水平迈向一个新的高度。 作者:林昊 陈晓艳 单位:内蒙古自治区环境科学研究院 煤矿废水处理论文:分析煤矿环境污染与废水处理技术 我国是采煤大国,能源的发展依赖于煤炭的利用。采煤过程中会产生一定量的废水,这些废水中含有许多化学物质,没有得到妥善处理会造成水资源的污染,环境污染更加严重。如何在平衡环境的过程中,妥善处理煤炭开发与废水处理问题,实现可持续发展,是我国面临的一个重大问题。 1煤矿企业问题的发生和分析 1.1采煤企业的环境状况 我国能源主要依赖于煤炭的开发,煤炭作为一种资源对于环境有许多方面的影响,如气体、废水、噪声、废石等方面的影响。我国作为一个采煤大国,煤炭成为我们的主要能源,煤炭产生的环境也是令我们较为头痛的一个重要问题。煤炭在生产、运输、利用等各个环节之中都产生了许多废水、废气,如SO2等问题,这些废水、废气排放到河流之中、大气之中,造成环境污染,也会造成我国环境的恶化,这种恶化很难逆转,所以对于煤炭的开采和处理之中,环境保护一直是个重大的命题。 1.2煤矿地表水的分析 我国煤矿企业中70%都缺水,其中40%严重缺水。我国煤矿主要集中在西北部地区,这里煤矿资源丰富,同时水资源缺乏。对于如何在不破坏水资源的基础上发展煤矿企业是一个迫在眉睫的问题,这种严重缺水的现象能够导致水资源的缺乏,也能够促使水资源在一定情况下都不能得到有效改善。在选择挖掘场地上,一般选择地势较高的地方,因为地势较高,水资源的采集较为便利。因为水资源得不到良好的利用,加剧了西北部地区水资源的进一步匮乏,这种趋势不能够使中国环境得到进一步改善,反而走向了恶性循环,造成环境进一步被破坏。 1.3煤矿地下水的分析 煤矿地下水问题,主要包括井下水污染,这种井下水污染造成的环境问题以及环境影响自不必说。因为许多井下水都会流经地下水,井下水会带走许多煤矿中的化学物质,这些化学物质给井下水带来了严重的污染,也污染了地下水,并且这种污染由于地下水治理的困难,非常容易对周围的环境产生严重影响。 2煤矿废水处理技术的价值 中国作为一个能源大国,煤炭是一个不可或缺的能源,但是煤炭产生的环境问题也是不容忽略的。而且煤矿开采的过程中会产生许多废水,对于废水的处理是一个棘手而且紧迫的问题,如果不能改善废水处理技术,造成带有有毒有害物质的废水流经河流,污染了饮用水,对于环境来说是一个致命的打击。煤炭开采过程中需要水资源,但是煤矿丰富的地区位于我国西北地区,煤矿的开采如果对于矿井水没有有效利用,对于矿井中产生的废水没有及时加以处理,对于环境来说是一种致命打击,也会造成环境的污染和严重破坏。合理有效利用矿井水,对于煤矿中产生的废水及时处理,不让这些废水流向河流,污染环境,可以提高矿井水资源的利用率,也能提高矿井的资源利用率。合理利用矿井水嫩巩固减少水资源的浪费和污染,为矿区经济发展提供良好的环境作为支撑,也能够让这些矿井中的水资源得到有效利用。水资源的利用率得到提高,水环境得到净化,实现了良性循环,对于中国环境治理问题有着极大的作用和意义,所以煤矿废水处理技术有着极高价值。 3探究矿井水处理技术的步骤 为了有效提高水资源的利用和环境的保护,我们应当选择合适的矿井水净化处理系统。例如应当对于矿井水采用曝气系统,由于矿井水有别于其他水,矿井水具有有机物质,所以采用曝气系统能够使矿井水中的有机物质发生氧化作用,能够将这些物质及时进行氧化,避免进入河流系统。还有采用混凝沉淀法,矿井水中拥有许多沉淀物,这些沉淀物都是一些固体物质,采用混凝沉淀法,能够让这些物质沉淀出来,避免污染河流。并且我们还可以进行消毒处理,对于矿井水中含有的有毒物质进行一定程序的消毒处理,这种消毒处理能够让有毒物质沉淀出来,才能保证矿井水的净化。出于对环境的重视,我国一直在提倡对于煤矿问题应当开发与保护同时并重,才能共同治理环境问题。所以对于煤矿企业的治理问题已经和环境保护同时并重,共同重视来保护环境。采用可持续发展的手段,并且逐渐开发和使用清洁能源,都是解决煤矿环境污染的重要举措。对于这些举措,我们应当不遗余力的支持,因为水资源污染不可逆转,一旦被污染,将会造成严重的经济问题,所以我们应当重视煤矿企业中的废水处理问题,才能促进环境的进一步发展,促进煤矿环境的改善,促进采煤企业的良性发展。 4结语 煤炭问题是一个不容忽视的问题,因为煤炭是我国能源的重要来源,对于煤炭问题而言,应当及时加以改善,否则,对于环境的破坏逐渐增大,这也会造成我国环境污染更加严重。所以,为了促进我国经济的可持续发展,为了促进环境友好型经济的发展,我国改善能源结构,改善煤矿企业的环境保护措施,促进我国环境的发展。 作者:高宏峰 单位:晋中职业技术学院 煤矿废水处理论文:高密度沉淀池用于煤矿矿井废水处理 摘要:本文简述了煤矿矿井废水污染因子和高密度沉淀池工艺的特点,分析了用高密度沉淀池工艺处理煤矿矿井废水的优点。采用高密度沉淀池工艺处理E矿区矿井废水工程实践表明,在PAC投加量20mg/l和PAM投加量1 mg/l条件下,处理后废水稳定达到悬浮物(SS) 关键词:煤矿矿井废水;高密度沉淀池 1煤矿矿井废水特点 煤矿矿井废水包括煤炭开采过程中地下地质性涌渗水、巷道为安全生产而排出的自然地下水,井下采煤生产过程中洒水、降尘、灭火灌浆、消防及液压设备产生的含煤尘废水等。矿井废水的特性取决于成煤的地质环境和煤系低层的矿物化学成分,其中井田水文地质条件及充水因素对于矿井开采过程矿井废水的水质、水量有决定性的影响。[1][2][3][4] 煤矿矿井水主要有以下特点: (1)悬浮物浓度高:通常高达200mg/l以上,若井底预沉降处理不好,可高达1000mg/l以上; (2)矿化度高:一般在1000mg/l以上,含有硫酸盐、重碳酸盐等; (3)硬度大:一般在25德国度以上,总硬度中永久硬度大于暂时硬度; (4)含有一定量COD。 几个典型矿井废水特性如表1: 表1煤矿矿井水水质特性表 从表1可知,煤矿矿井水主要特征污染物为悬浮物、COD和pH值。 2煤矿矿井废水处理工艺 因煤矿矿井废水主要特征污染物为悬浮物、COD和pH值,对煤矿矿井水的处理为对上述特征污染物的处理。 煤矿矿井废水中的COD主要由其悬浮物中的煤屑中碳分子的有机还原性所致,可以随悬浮物一起去除,不需要进行生化处理。构成矿井水悬浮物的主要成份是粒径极为细小的煤粉和岩尘,其特点是:含量不稳定,波动大,且悬浮物粒度小、比重轻、沉降速度慢,矾花形成困难,混凝沉降效果差,难以靠自然沉淀去除。 煤矿矿井废水处理目前主要采用沉淀、混凝沉淀、混凝沉淀+过滤和微絮凝过滤等工艺。一般处理后达标排排放时,采用沉淀或混凝沉淀工艺;处理后回用作生产用水或景观水时,多采用混凝、沉淀、过滤或微絮凝过滤工艺。 微絮凝只适用于悬浮物小于50mg/L的极少数矿井废水处理,当悬浮物含量大于50mg/L时,即会产生处理效率下降和出水不达标的情况。采用混凝、沉淀、过滤工艺处理矿井水时,混凝反应设施有涡流反应池、 穿孔旋流反应池、机械搅拌反应池等;沉淀设施常用的有平流式沉淀池、斜管沉淀池以及将混凝反应与沉淀结合在一起的机械加速澄清池、高效澄清池、一体化净水器等。 各种处理工艺均有其优缺点。“反应池+沉淀池”具有运行能耗低,设计灵活,操作管理简单等优点,但占地面积大,沉淀污泥易堵塞、耐冲击负荷小。机械加速澄清池出水水质较稳定、占地面积小、并能自动定时排泥的优点,但运行能耗高、机械设施多、设备维护量大。一体化净水器集沉淀和过滤为一体,具有设备体积小,安装方便等优点,但设备沉淀区容积小,单体处理量小,日常维护量大,设备寿命短,耐冲击负荷小,难以满足大水量矿井废水处理要求。 3高密度沉淀池废水处理工艺 高密度沉淀工艺是在传统的平流沉淀池的基础上,充分利用了动态混凝、加速絮凝原理和浅池理论,把混凝、强化絮凝、斜管沉淀三个过程进行优化,从而达到常规混凝沉淀技术无法比拟的性能。 加速絮凝技术是高密度沉淀池核心技术,其原理是在混凝阶段投加高密度的不溶介质颗粒(如细砂),利用介质的重力沉降及载体的吸附作用加快絮体的“生长”及沉淀,故又叫该技术为载体絮凝技术。加速絮凝技术通过向水中投加混凝剂(如PAC),使水中的悬浮物及胶体颗粒脱稳,然后投加高分子助凝剂和密度较大的载体颗粒,使脱稳后的杂质颗粒以载体为絮核,通过高分子链的架桥吸附作用以及微砂颗粒的沉积网捕作用,快速生成密度较大的矾花,从而大大缩短沉降时间,提高澄清池的处理能力,并有效应对高冲击负荷。 典型的高密度沉淀工艺有OTV―Kruger公司(威立雅水务集团的工程子公司)开发的Actiflo 高密度沉淀池和法国Degremont(得利满)公司开发的DensaDeg 高密度沉淀池。 Actiflo 高密度沉淀池工艺原理见图1。 图1Actiflo 高密度沉淀池工艺原理图 DensaDeg 高密度沉淀池工艺原理见图2。 图2DensaDeg 高密度沉淀池工艺原理图 4用高密度沉淀池处理煤矿矿井废水 煤矿矿井废水的特性决定了其处理关键为混凝沉淀工艺的选择。各种沉淀工艺用于煤矿矿井废水处理的优缺点对比见表2。 表2煤矿矿井废水处理各种沉淀工艺对比表 从表2比较中可见,从处理效率、造价、占地等方面综合比较,高密度沉淀池用于煤矿矿井废水处理有着最大优势。因煤矿矿井废水中含有高密度煤粒,高密度沉淀池用于煤矿矿井废水处理无需额外投加高密度的不溶介质颗粒,因此高密度沉淀池用于煤矿矿井废水处理比用于其它废水处理流程更简单、运行和维护成本更低。 5高密度沉淀池处理煤矿矿井废水实例 用高密度沉淀池处理表1中E矿区废水,处理前后各项指标对照见表3。 表3E矿区废水处理前后指标对照表 用高密度沉淀池处理E矿区废水主要技术经济指标: (1)处理水量300m3/h,采用2座钢制DensaDeg 高密度沉淀池; (2)反应区容积40 m3,停留时间15min; (3)沉淀分离区设备尺寸ø5100×5000,沉淀分离区水力表面负荷7.5m3/m2.h; (4)PAC投加量20mg/l,PAM投加量1 mg/l; (5)吨水处理成本0.28元。 调试运行过程存在主要问题及解决方案: ①矿井废水进水悬浮物浓度对处理效果影响大,进水悬浮物浓度小于100mg/l和大于1800mg/l时,出水悬浮物浓度均变大,主要原因是进水悬浮物浓度影响废水处理过程絮体的形成与沉淀,进水悬浮物浓度过高时可通过增设初沉来解决,过低时可通过回流部分污泥来解决; ②应根据废水进水悬浮物浓度调节PAC和PAM的加药量,尽可能地降低药耗,获得较好的沉降絮体; ③反应区的搅拌效果对出水水质影响大[5],吨水搅拌功率小于2KW时处理效果无法保证。 ④流量突变对出水悬浮物浓度影响较大,应尽量在合适的水流量下工作。应缓慢调整流量,以防止流量突变可能造成的污泥上浮。 6结论 煤矿矿井废水的特征污染因子为悬浮物、COD和pH值。悬浮物浓度高及部分悬浮物密度大的特点决定了高密度沉淀池特别适用于处理煤矿矿井废水。工程实践表明,采用该工艺处理E矿区矿井废水,在PAC投加量20mg/l和PAM投加量1 mg/l条件下,处理后废水稳定达到悬浮物(SS) 煤矿废水处理论文:煤矿废水处理中Al2O3 / PVDF复合膜的制备及机理研究 [摘 要] 目前国内主要能源煤炭在开采过程中产生的大量废水,主要运用聚偏氟乙烯复合膜加以治理。本文主要针对聚偏氟乙烯疏水性加以改进,通过在PVDF铸膜液加添加纳米Al2O3,对其作用机理加以研究,发现复合膜的水通量、截留率等均得到提高,从而拓宽了PVDF复合膜在煤炭废水中的应用。 [关键词] 煤矿废水; 聚偏氟乙烯; 复合膜; 制备; 机理 在我国目前的能源结构中煤炭仍然占到70%以上。而煤炭开采过程中排放大量废水,多半以上的煤矿未对产生废水进行有效处理就直接排放,对环境、尤其是水环境造成严重污染。上世纪90年代以来对煤炭废水治理尤为重视,许多新型处理技术应运而生,尤其是膜生物反应器。膜生物反应器是膜分离技术和生物技术结合的新工艺,在废水处理中得到广泛应用。膜生物器中要用到各种材质和形状的膜,聚偏氟乙烯(PVDF)是一种性能优良的高分子材料,具有良好的化学稳定性,因此,PVDF膜的研制受到国内外研究机构的关注。对于其他膜材料,PVDF膜的一个显著特征是疏水性强,是膜蒸馏[3,4]和膜吸收[5]等分离过程的理想材料。但是,也正因为其强疏水性而导致两个问题,一是分离过程需要较大的驱动力;二是容易受到蛋白质的污染而使膜通量快速下降。为了降低膜污染,延长寿命和提高通量,使其得到更广泛应用,PVDF膜的亲水化已成为其改性的主要内容。PVDF膜亲水化改性方法可概括地分为表面改性、共混改性和化学改性等。 本文报道在聚偏氟乙烯制膜液中添加纳米氧化铝对所制PVDF 中空纤维膜机理研究。 1 实验部分 1.1 试剂 聚偏氟乙烯,上海三爱富新材料股份有限公司。N,N-二甲基甲酰胺,中国联试化工试剂有限公司。聚乙二醇,分子量6000,中国福利企业华东公司。纳米氧化铝,浙江舟山明日纳米材料有限公司。牛血清白蛋白,分子量67000,中国医药集团上海化学试剂公司。 1.2 分析测试 采用紫外-可见分光光度计(美国VARIAN公司,型号CARY 100)对Al2O3/PVDF复合中空纤维膜和纯PVDF膜进行牛血清白蛋白的截留率的测定;用扫描电子显微镜(日本电子公司,型号JSM-6300)对复合膜的微观结构进行表征;用 等温氮气吸附仪(美国Coulter公司,型号SA3100)对膜孔径及其分布进行,利用泡压法测定膜的最大孔径;用傅立叶红外光谱仪(天津港东科技,型号FTIR)对纯PVDF膜和Al2O3/PVDF复合膜进行分析。 1.3 中空纤维膜的制备 将60克Al2O3添加到1000ml二甲基甲酰胺(DMF)中,加入一定量的聚乙二醇,经超声波分散,加入PVDF溶解后,得到铸膜液。经静置脱泡,制膜液经过滤后, 由计量泵注入喷丝头,在芯液的作用下,经喷丝头挤出的中空纤维膜在凝胶浴中固化成型。用水浸泡一定时间,经适当后处理,取出晾干待用。将所制得的Al2O3 / PVDF复合中空纤维膜记为样品A,采用相同的纺丝和后处理条件制备纯PVDF中空纤维膜,记为样品B。将所得的中空纤维制成膜组件,进行膜性能测试。 2 添加无机粒子对膜性能的影响 2.1 无机粒子对膜性能的影响 添加无机粒子对膜性能的影响。 表1为Al2O3/PVDF复合膜和纯PVDF膜的性能指标。可以看出,复合膜的最大孔径几乎是纯PVDF膜的最大孔径一半,而孔隙率却比纯PVDF膜低。这主要跟制备过程中在铸膜液中添加的无机纳米粒子Al2O3有关。采用干-湿纺丝法制备聚偏氟乙烯中空纤维膜时,微孔的形成是由于铸膜液中的溶剂和凝胶浴中的水进行交换时产生的应力引起,而Al2O3粒子的加入会有助于应力的消除,从而避免了大孔和缺陷的产生,因而表现为最大孔径减小,孔隙率下降,进而使复合膜的截留率提高。同时将Al2O3粒子引入到PVDF体系中,由于粒子表面富含羟基,会改变中空纤维膜的亲水性能,因而表现为水通量的显著提高。 2.2 Al2O3 / PVDF复合膜的微观结构 从图a可以看出,Al2O3 / PVDF复合膜的结构是由外表面和内表面的两层指状孔和夹在中间的一层海绵孔组成,在膜的内表面上还覆盖了两层极薄的皮层。厚度约为1um。外表面的指状比较疏松,而且,内外两层指状孔的厚度也不一样,原因是在成膜的过程中,膜的外表面首先和空气接触,然后进入凝胶浴,铸膜液中的溶剂有了一个挥发的过程,而内表面却没有这样一个过程,溶剂直接和芯液进行交换,导致了内外孔结构的不同。从图b可以看到氧化铝粒子的痕迹,分散状态良好。在成膜的过程中,当溶剂进行交换时,在膜的内部会产生应力。由于添加了Al2O3纳米粒子,所产生的应力可以在未完全固化以前得到减小或消除,从而改变膜的孔结构,导致了膜的孔隙率变大,力学性能得到了提高。 2.3 纯PVDF及Al2O3 / PVDF复合中空纤维膜的FTIR分析 为考察氧化铝在聚偏氟乙烯基体中的存在状态,采用傅立叶红外光谱对纯PVDF及添加氧化铝的纳米颗粒的平板膜进行分析。 图2.1为纯PVDF膜的红外谱图,1073cm-1处的谱带为C-F键引起的,1177cm-1处的谱带归属于F-C-F键的振动,1275cm-1为CFn的吸收峰。而且它们都是发生了C-F伸缩振动。 图2.2为Al2O3 / PVDF复合膜的红外谱图,查Al2O3的标准谱图可知,585.27为Al2O3的吸收峰值。同样可以看出其它的吸收峰值都为PVDF的,这说明在该复合膜中氧化铝和聚偏氟乙烯也只是通过物理作用结合在了一起,没有发生任何化学作用。因此,我们所制备的复合膜既具备PVDF耐高温、耐腐蚀等优点,又可以提高其亲水性能。 3 结论 在采用相转化法制备聚偏氟乙烯微孔膜的过程中,由于在铸膜液中添加了氧化铝无机粒子,对膜孔的结构有了较明显的影响,其各项性能指标与纯PVDF膜相比有了显著的改善。最大孔径从0.75um减小到0.35um,截留率从3.36%提高到93.89%。复合膜的孔径分布窄、分离效率高。此外亲水性氧化铝粒子的引入,对于改善膜表面的抗污染性能。改性后的PVDF复合膜处理煤炭废水中的铜、铅、汞等重金属效果极佳,这样不仅拓宽该复合膜在煤矿废水处理 中的应用,更是给我国水资源保护提供宝贵的技术手段[6]。 煤矿废水处理论文:浅谈煤矿废水处理的现状及污水处理设备的应用问题 【摘 要】本文分析了煤矿废水处理的现状,并就煤矿污水处理工艺特点、设备工作原理及污水处理设备在煤矿废水处理中的应用情况进行了比较详细的论述。 【关键词】煤矿;废水处理;污水处理设备 引言 煤炭是我国重要的基础能源和原料,在国民经济中具有重要的战略地位,在我国一次能源结构中,煤炭占到70%以上。在煤炭开采过程中,要排放大量的煤矿废水。在排放过程中,由于受到煤粉、岩粉、有害物质及其它杂物等的污染,而成为煤矿废水。如果直接排放,会污染矿区环境。在煤矿水资源极为匮乏的条件下,矿井水直接排放,也是水资源的极大浪费。结合沃力环保在高悬浮物、酸性煤矿废水的回用技术优点,为煤炭开采行业量身定做煤矿废水回用解决方案。 1 煤矿废水处理的现状 一般来说,不同煤矿对出水的要求差异较大,应根据我国环保部门的要求确定处理程度,以确保出水水质。煤矿污水水质与一般城市污水性质类似,但不同于城市污水(城市污水中常包括部分工业废水)。其特征可概括为:水质水量变化较大,污染物浓度偏低,污水可生化性好,处理难度小。 煤矿污水处理厂设计时在80年代采用活性污泥法处理工艺的较多,由于污水中有机物含量太低,在运转过程中微生物得不到最低限度的营养物质,形不成活性污泥,运转不起来。氧化沟污水处理工艺,也存在同样的问题,回流活性污泥回流不起来,致使原氧化沟系统变成了附加曝气的带状平流沉淀池,达不到要求的处理目标。 (1)目前部分煤矿工业场地和居住区各建一座污水处理厂,两处征地,重复建设,投资增加,运行能耗高,管理费用高,技术力量分散,吨水处理成本高。一般来说,矿井工业场地和居住区相距不是很远,合建一座一定规模的污水处理厂更合理,考虑从居住区向工业场地排水,管道埋设太深,可在中间设置污水提升泵站,或者在工业场地与居住区中间地段征地建设污水处理厂。采取合建方式,不但可节省投资,且可大大降低运行成本。 (2)目前许多新建矿井设计中根据规范及全员效率,劳动定员数量较少,而实际建成后煤矿招聘大量的劳务人员,以及随着煤矿的发展,涌进大批的外来人员,使得煤矿的用水量增加,污水量也随之增大。因此,对于新建煤矿污水处理厂的设计,在建设规模时应考虑予留系数。 (3)由于煤矿污水水质水量变化较大,合理地确定设计的污水水量和污水水质,直接涉及工程的投资、运行费用和费用效益。生产污水与生活污水通盘考虑,不使留余地过大,避免增加投资、使设备闲置或低效运行。 2 煤矿污水处理设备在煤矿废水处理中的应用 2.1 工艺特点 煤矿废水设备运行稳定:对于矿产生产企业来说,生产设备都是24小时连续运行的。而作为与生产相配套的水处理设备,这点极其重要。本系统设备均采用PLC控制,减少人为干预因素。使设备故障率降到最低,保障生产设备的连续运行。 出水水质优:针对煤矿废水的特质。本系统出水浊度低,悬浮物含量少,色度低,出水都能达到回用的要求。完全满足生产和生活用水的要求,感官可与自来水相媲美。 运行费用低:平均吨煤矿废水处理费用为:0.40~0.5元,远远低于自来水的取水费。 占地面积小:是传统的加药混凝沉淀工艺占地面积的1/3。 操作简单:本设备采用集成化控制系统,避免异地操作的发生,操作简便易行。 2.2 煤矿废水处理设备工作原理 转鼓与螺旋以一定差速同向高速旋转,物料由进料管连续引入输料螺旋内筒,加速后进入转鼓,在离心力场作用下,较重的固相物沉积在转鼓壁上形成沉渣层。输料螺旋将沉积的固相物连续不断地推至转鼓锥端,经排渣口排出机外。较轻的液相物则形成内层液环,由转鼓大端溢流口连续溢出转鼓,经排液口排出机外。本机能在全速运转下,连续进料、分离、洗涤和卸料。具有结构紧凑、连续操作、运转平稳、适应性强、生产能力大、维修方便等特点。适合分离含固相物粒度大于0.005mm,浓度范围为2-40%的悬浮液。 煤矿废水处理工艺特点:(1)卧螺离心机利用离心沉降原理,使煤矿废水固液分离,由于没有滤网,不会引起堵塞;(2)离心机适用各类煤矿废水污泥的浓缩和脱水;(3)离心机在脱水过程中当进料浓度变化时,转鼓和螺旋的转差和扭矩会自动跟踪调整,所以可不设专人操作;(4)在离心机内,细小的污泥也能与煤矿废水分离,所以絮凝剂的投加量较少,一般混合污泥脱水时的加药量为:1.5kg/t(干泥),污泥回收率为95%以上,脱水后泥饼的含水率为40%以下;(5)离心机每立方米污泥脱水耗电为1kw/m3,运行时噪音为小于85db,全天24h连续运行除停机外,运行中不需清洗水;(6)离心机占用空间小,安装调试简单,配套设备仅有加药和进出料输送机,整机全密封操作,车间环境好;(7)离心机易损件为轴承和密封件,卸料螺旋推料器的维修周期一般在3年以上,进口名牌轴承和密封件可保证设备长时间高强度运行,正常的保养后可大大延长维修周期。 2.3 煤矿废水处理专用脱水机: 煤矿废水处理分离专用离心机,主机有柱-锥转鼓,螺旋卸料器、差速系统、轴承座、机座、罩壳、主付电机及电器系统构成。在离心机高速旋转而产生强大离心力的作用下,使得煤矿废水进行每天24小时的连续脱水。主电机通过三角皮带转动转鼓,通过行星齿轮差速器与付电机产生转鼓与螺旋差速实现煤矿废水分离和推料功能。离心机具有二种自动控制功能,即差转速控制和力矩控制,由于煤矿废水进料含固率可能会有波动,采用差转速控制系统是保证差转速稳定,达到泥浆干度恒定,采用恒力矩控制使离心机负荷处于稳定状态,使得分离效果或同絮凝剂使用时处于最佳状态,很好地保证离心机可靠安全运行。离心机具备优良的密封性能,煤矿废水分离处于全密封状态下工作,使得环境清洁干净。 2.4 离心分离法处理煤泥水 转鼓与螺旋以一定差速同向高速旋转,物料由进料管连续引入输料螺旋内筒,加速后进入转鼓,在离心力场作用下,较重的固相物沉积在转鼓壁上形成沉渣层。输料螺旋将沉积的固相物连续不断地推至转鼓锥端,经排渣口排出机外。较轻的液相物则形成内层液环,由转鼓大端溢流口连续溢出转鼓,经排液口排出机外。本机能在全速运转下,连续进料、分离、洗涤和卸料。具有结构紧凑、连续操作、运转平稳、适应性强、生产能力大、维修方便等特点。适合分离含固相物粒度大于0.005mm,浓度范围为2-40%的悬浮液。 煤矿废水处理论文:煤矿矿井废水处理中混凝沉淀过滤技术的应用 摘 要:阐述煤矿矿井废水处理回用的必要性及处理技术,重点介绍了某矿区矿井水处理技术的工艺流程及其特点。通过进行工艺及效益分析,认为该矿矿井水净化处理技术具有一定的推广应用前景。 关键词:矿井废水 过滤技术 回用 我国矿井水净化处理技术起始于上世纪70年代末,在煤矿矿井水处理工艺主要有:沉淀、混凝沉淀、混凝沉淀-过滤(混凝澄清过滤)等。构筑物有预沉调节池、反应沉淀池(或澄清池)、过滤池等。净化处理后出水可作工业用水或生活用水,通常出水直接排放的采用沉淀或混凝沉淀处理技术;出水做生产其它回用的采用混凝沉淀-过滤(混凝澄清过滤)处理技术;出水作为生活用水则过滤后须经过消毒处理。有些矿井水含盐量较高,处理后作为生活饮用水必须增加淡化处理。 1 工程概况 某矿区投资建设矿井水处理厂一座,主要处理煤炭行业的采煤废水,总处理水量52800 m3/d,工程总投资2318.342万元。设计悬浮物浓度:1000~2000mg/L,实际运行浓度:1000~1500 mg/L。 设计要求:总处理水量2200m3/h ,其中:900m3/h废水经处理后达到《煤炭工业污染物排放标准》(GB20426-2006)后直接排放;1300m3/h废水经处理后进行深度处理达到《生活饮用水标准》(GB5749-2006)作为当地生活饮用水。 2 工艺流程 本工程的主要处理对象是采区矿井涌水,主要污染物是悬浮物,这些悬浮物在一般自然澄清条件下无法实现固液分离,应选用物理化学处理工艺,采用物化处理也是最有效和最经济的。物化处理一般均采用混合、反应、沉淀、过滤处理工艺。 矿井通过明渠自流进入格栅井,在格栅井内去除水中大块漂浮物,再进入预沉调节池内进行预沉淀。预沉后的矿井水通过提升泵提升进入高效斜管沉淀池反应区,投加絮凝剂和混凝剂后,通过一级混合、两级絮凝反应后经过沉淀区沉降,使污泥沉降于池底,通过桁车式吸泥机输送至污泥浓缩池,出水(900m3/h)直接达标排放,其余(1300m3/h)进入中间水池待进行深度处理。 深度处理部分:将可达标排放的矿井水提升进入无阀滤池内进行过滤处理,出水经消毒后储存在清水池,作为生活饮用水供水水源。这样经过“絮凝—沉淀—过滤—消毒”的工艺处理后的出水达到生活饮用水要求。滤池反冲洗后水返回预沉调节池内进行再处理。 工艺流程框图如下: 3 项目的难点及解决办法 存在问题: (1)水量大,污染物浓度高。每天处理水量达52800m3/d,峰水季节每天处理量高达64000 m3/d,在煤矿行业也不多见,SS浓度达2000mg/L。 (2)污泥量大,污泥易板结,污泥的抽排及输送困难。污染物主要成分为细碎的煤矸石和煤粉,流动性差,稍微沉淀后即可板结,板结后污泥层可以载人。 (3)投药量大,加药点多。 (4)排泥点多,设计、管理困难。 解决方法: (1)矿井水主要水量为井下排出的地下水和消防、降尘洒水,来水流量主要随季节变化而变化,时变化系数低。设计中尽量减小预沉调节池的水力停留时间,并采用边刮边排泥的方式,尽量减少污泥在预沉调节池内沉降时间,沉降的污泥通过连续的刮泥机刮入污泥斗并通过渣浆泵及时抽走,保证污泥在高效斜管沉淀池反应区内进行污泥改性后在沉淀区沉降,防治污泥板结。排泥泵采用矿山宜采用专用渣浆泵,吸水和出水管路须加设高压水冲洗系统,防止管道堵塞。 (2)混凝系统宜采用三级机械搅拌反应池,可根据来水量和浓度调整水力反应强调,增强混凝效果,节省加药量,运行管理方便、灵活。 (3)药剂消耗量大,宜建立集中溶药系统,便于操作和药剂贮存。加药泵宜与对应加药点的供水泵联动,自动调整加药量,实现精确投加,节省能耗和保障运行效果。 (4)沉淀池宜采用高效斜板(管)沉淀池,减少占地面积。由于污泥量大,必须采取稳固的支撑措施,防止填料坍塌或变形。出水宜采用均布出水,增加沉淀效果。同时采用桁车式吸泥机排泥系统,通过虹吸和排泥泵两种方式排泥,虹吸连续运行,排泥泵定时开启,保证沉淀池不积泥,便于工程管理,节省电耗,降低运行成本。 (5)宜采用无阀滤池作为过滤系统,利用水力原理自动运行,降低操作管理和自动控制要求,并无需设立反冲洗水泵,出水水质好。 (6)必须防止预沉调节池和斜管沉淀池积泥,因此排泥量大,污泥浓度低。宜设立污泥浓缩措施,有效减少污泥量,可大幅度减少污泥脱水设施,达到降低工程造价或日常运行成本,降低操作管理难度。 (7)消毒剂宜采用二氧化氯,现制现用,高效快捷。余氯检测仪表自动控制消毒剂加药量,保障用水安全。 4 运行中应注意的问题 混凝剂的投加计量设备宜采用电磁流量计,可以随时调节投加量。混凝剂的投加量过大,混凝剂粘度大,不利于胶粒相互絮凝,影响混凝剂的混凝效果。 5 运行情况 该项目于2008年4月批准建设,2008年8月破土动工,2009年6月完成工程建设并投产,2009年12月份通过工程验收,运行情况良好。 验收监测结果:2009年7月1日~2日,环境保护局监测站对该项目验收监测,2009年12月15日监测报告结果表明:悬浮物、化学需氧量、硫化物类等指标均达到《煤炭工业污染物排放标准》(GB20426-2006)。2009年12月2日,省疾病控制中心对生活饮用水进行检测,于12月11日出具HJ2009-0295检测报告,检测报告结果表明:达到《生活饮用水标准》(GB5749-2006)。 6 效益分析 运行成本:排放水单位运行成本为0.21元/m3,生活饮用水单位运行成本为0.35元/m3。 年实现水资源回收利用1140万吨/年,按当地水价2.0元/吨计,年节约水费约2280万元;年回收煤泥约3.5万吨(含水率约80%),要以煤粉为主,返回矿区洗煤厂进行回收,可年创造收约450万元。 水资源的回收再利用,对改善当地及下游地区的生态环境和社会环境起着重要作用,对当地经济的可持续发展有着重要意义。此举,不但实现了环境保护、节能减排的重大突破,而且从根本上解决了矿区职工生活用水的困难。在2010年云贵川桂特大干旱的磨难中,该矿井水处理厂提供的饮用水成为了矿区及周边群众的基本用水保障。 7 结语 煤矿矿井水既是一种具有行业特点的污染源,又是一种宝贵的水资源。目前我国很多煤矿一方面严重缺水,另一方面未经处理直接外排,造成大量水资源的浪费和环境污染,在相当程度上制约了煤炭生产和矿区经济的可持续发展。因此,将煤矿矿井水处理后作为煤矿工业用水或生活用水,不仅解决了矿区缺水问题,而且充分利用了矿井水水资源,节省了地下水资源,具有明显经济、环境和社会效益。 煤矿废水处理论文:煤矿环境污染与废水处理技术探究 【摘 要】人类的文明和进步是伴随着对煤炭的开发和利用开始的,煤炭对人类起着不可磨灭的作用。伴随着人类社会不断的发展,人们对煤炭的需求日益加大,这也给矿区带来严重的生态问题。在开采煤炭时采取怎样的措施对环境的伤害减到最小,是我们需要思考的问题。清洁开采是新型的开采煤扩的方式,本文就着重对矿井水处理技术的工艺流程进行介绍,通过具体剖析,努力推广新的采矿技术。 【关键词】煤炭;环境;污染 随着全球环境的日益恶化,保护环境已成为全世界的职责,同时保护环境也是我国的基本国策之一,这符合我国的国情。保护环境是我国实行可持续发展的重要保障。众所周知,煤炭是不可再生能源也是不清洁能源,煤炭的开发和使用都会对环境造成污染。 1、煤炭的开采和利用对环境造成的污染 1.1废石污染。开采煤矿时煤矿生产的固体废弃物主要有半煤岩排出的矸石、煤矿筛选过程的洗矸等,但有些矿物质在露天时会散发出大量的烟尘、或者有害的气体,不仅对环境造成污染,对人体也有着极大的危害。有些矸石甚至会放射出重金属和放射性元素,不仅对矿区土表造成污染,还对矿区周围的水系污染。由于对矿区没有完善的保护措施,泥石流的地址灾害时有发生,不仅对矿区,还对人类的生命财产造成损害。 1.2气体污染。在新闻报道中我们不时会听到瓦斯爆炸的消息,我国瓦斯矿井占矿井总数一半左右,在矿井下作业过程中会有部分气体产生;井下机械作业时柴油动力机械也会排放尾气;以及煤炭本身释放的气体。总的来说井下混合着许多气体,这对矿井而言是不安全因素的来源。通常是将矿井下的气体排出井外,但即便如此,这些气体对大气环境也是有着严重污染的。井下的气体会有随时爆炸的危险,这样会造成矿工生命和财产安全。而排入大气中的气体会对环境造成严重污染,因此对井下的气体治理是迫切需要处理的问题。 1.3废水污染。煤炭开采由于是在地下进行,就避免不了有地下水的渗透,矿井水主要由地表水、地下水层中疏放水及为了避免开采煤矿产生粉尘使用的水等。这些矿井水都地表水系产生很大的威胁,由于煤炭本省含有矿物质,所以矿井下的水也含有有毒物质。再有矿井水在开采过程中,煤尘、粉尘等杂质混入矿井水中,致使矿井水不仅有害物质而且还很污浊。 1.4地表塌陷。煤炭事故发生的原因不止是瓦斯爆炸,还有一个常见原因就是地表塌陷。我国重点煤炭开采矿区主要就是长臂式开采,基本上是采用顶板支撑,以巩固地面。但开采煤炭会改变地质的构造,地表会有位移的可能,一旦地表受到大的变动就很容易造成地表塌陷的危险。据有关数据显示,一旦地表塌陷,煤矿区在深度和广度上都会有很大的危害。 1.5粉尘污染。煤炭开采挖掘工作都会产生许多粉尘,在矿井下这些粉尘有气体混合不仅有着极高的危险性,随时有爆炸的可能,还会污染井下的环境,影响工人的生存环境。如果将这些粉尘排出地面,也会对大气造成直接的污染。 2、处理矿井水的主要技术 我国是个依赖煤矿的大国,我国的能源主要使用煤炭,对煤炭的开采已有一段历史,对于煤炭开采过程产生的废水,如没有有效的处理废水的技术必定会对环境造成危害,也会浪费宝贵的水资源。其实开采煤矿会有大量的水,但这些水却不能直接使用,因此在我国有近半矿区是属于严重缺水的地区。这不仅影响了我国矿区人民的生活,也制约着煤炭的生产。随着经济不断发展,对煤炭的需求越来越大,开采煤炭的量也在不断加大,因此矿区地下水被人为过度开采。但是这些水在开采之后并没有很好的进行开发和管理,这对水资源是种严重的浪费行为。如果能采取措施对这些矿井水加以回收做净化处理,那么不仅节约了水资源同时也是走可持续发展的重要意义。 然而我国对矿井水处理的意识比较晚,由于对矿井水处理的意识不强,我国矿井水处理仍停留在初级阶段,没有对矿井水进行全面的治理。然而如果对水资源还不加以保护,那么势必会对经济的发展造成影响,因此治理矿井水已成为当务之急。目前我国对矿井水的主要处理方式就是沉淀处理,处理之后的水按用途分,还需要其他后续处理方法加工。如果是作为日常生活用水,那么还要经过化学处理,祛除有害的矿物质,只有这样才会合理利用水资源。 3、矿井水回收处理的前提 矿井水的形成特点可分为几类,包括煤矿开采过程地下水渗透到矿井中,为采矿而排出地面的地下水;也有机械生产时用于液压生产的煤尘废水等。矿井水水体复杂,不仅有原生态的地下水也有人们开采煤矿而使用过的废水,因此矿井水回收利用的难度也很大,由于本身水体含有的矿物质,矿井水的水量,所含的污染物性质等都影响着对矿井水的处理方式。其中混凝沉淀过滤技术是应用最广泛的技术。 4、矿井水处理技术的主要步骤 (1)曝气。由于矿井水含有复杂的杂质,其中有少许的有机物质,通过与空气接触,氧化有机物质。 (2)混凝沉淀。矿井水由于收到人为污染,会有一些悬浮的物质,这些悬浮物质需要使用化学物质综合反应,使之沉淀。废水沉淀通常在管道容器进行,使用化学物质产生沉淀后,将水进一步过滤,从而得到清水。 (3)活性炭吸附。之所以只用活性炭吸附是因为矿井废水复杂的成分决定的,有一种物质叫酚,它可以通过皮肤、口腔进入人体,只要少量便可危害人是健康,人一旦长期接触此类物质导致中毒,因此需要活性炭吸附。 (4)消毒。矿石废水虽经过多道工序处理,但如果是回收作为生活用水,必须要经过消毒,因为水中含有大量的细菌,只有经过消毒杀菌,水才不会对人体造成危害。 综上所述,开采煤炭虽然事关经济的发展,但开采煤炭过程产生的废水是必须采取措施进行处理的,这不仅是经济可持续发展的需要,也是环境保护的需要。 煤矿废水处理论文:浅谈煤矿环境污染与废水处理技术 摘要:煤炭的生产与利用在给人类文明和社会进步作出巨大贡献的同时,也给矿区带来了严重的环境问题。清洁开采就是在生产高质量煤炭的同时,采取综合治理措施,使煤炭开采过程中对环境的污染和破坏减小到最低程度。本文着重介绍了矿井水处理技术的工艺流程及其特点。通过进行工艺及效益分析,认为该矿矿井水处理技术具有一定的推广应用前景。 关键词:环境;污染 保护环境是我国的一项基本国策,是实现经济、社会和资源环境可持续发展战略的重要组成部分。煤炭是我国的主要能源,但煤炭又是“不清洁能源”,在开发过程中对环境产生严重污染。 1 煤炭开采对环境造成的污染与破坏主要有以下几个方面 1.1 废石污染。煤矿生产产生的固体废弃物主要是井下开掘岩巷、半煤岩巷排出的矸石、露天矿剥离物以及原煤洗选过程中的洗矸等。有些矸石山在自燃过程中排放大量的烟尘、S02、CO、H2S等有害气体,对矿区环境造成严重污染;个别地区矸石中还含有重金属以及放射性元素,污染了周围土壤和地表水系及地下水;有些地区因暴雨导致矸石山滑坡,甚至矸石山爆炸等事故,严重危害人民的生命财产安全,造成环境污染,矿区生态系统破坏严重。 1.2 气体污染。我国高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井约占40%左右,在井下作业过程中还产生部分有害气体,如井下使用的硝胺炸药在放炮过程中还产生CO、NO和NO2;柴油动力机械排放的废气中含有大量的NO和NO2;煤炭自燃产生CO、CO2等。为了井下安全,通常采用通风方式将井下的有害气体抽出矿井排入大气中。CH4及CO、CO2、NO、NO2、H2S等是造成大气污染和温室效应的有害源,严重影响地球的气候和生态环境,它们同时还是煤矿井下开采的灾害因素,由它引起造成人员伤亡的事故占矿井事故的1/3左右。因此,无论是从环境保护方面,还是从煤矿安全生产的角度,都迫切需要解决井下有害气体的治理问题。 1.3 废水污染。矿井水是煤矿排放量最大的一种废水,它对地表河流等水资源产生较大的污染。大部分矿区吨煤排水量为2-4m3,少数矿区吨煤排水量达数10m3,矿井水主要来自地表渗水、岩石孔隙水、地下含水层疏放水以及煤矿生产中防尘、灌浆、充填污水等。矿井水由于受开采、运输过程中散落的煤粉、岩粉、支架乳化液等杂物的混入以及煤中伴生物的分解氧化等,导致水体混浊。 1.4 地表塌陷。我国煤炭开采以井工开采为主,国有重点煤矿采用的采煤方法基本都是长壁式开采,全部用跨落法管理顶板,由于采动造成上覆岩层移动、变形、跨落,直至地表塌陷。据测定,缓倾斜、倾斜煤层开采,地表塌陷最大深度一般为煤层开采总厚度的0.7倍,塌陷面积是煤层开采面积的1.2倍左右。 1.5 噪声污染。我国矿井生产中普遍使用局部扇风机、风动或电动凿岩机、地面空气压缩机和矿井主扇等。这些设备都是矿山的主要噪声源,其噪声级达90dB以上,有的高达120dB,远远超过国家工业卫生标准,这不仅污染井下工作环境,而且易造成事故,地面噪声则污染周围的生活环境。 1.6 粉尘污染。井下掘进工作面、采煤工作面及运输转载点和卸载点产生的粉尘,不仅污染井下工作环境,而且给井下安全带来威胁,同时粉尘排至地面后对大气环境造成严重污染,极大地影响了矿区周围的生活环境。 2 矿井废水主要处理技术 煤炭在我国能源结构中占70%以上,煤炭开采过程中排放大量废水,若不经处理直接排放,势必对环境造成严重污染,同时造成水资源的大量浪费,无法实现循环经济的目标。据统计我国40%的矿区严重缺水,已制约了煤炭生产的发展。随着矿区对煤炭资源大规模的开发,地下水严重超采,地下水为大幅下降,开发、管理、利用好煤矿水资源,对煤炭工业可持续发展具有重要意义。矿井废水经治理后综合利用,不仅能起到一定的经济效益,也保护有限的水资源。 我国煤矿矿井水处理技术起始于上世纪70年代末,大多污水治理工作都只停留在为排放而治理。然而回用才是当今污水治理发展的必然趋势,将防治污染和回用结合起来,既可缓解水源供需矛盾,又可减轻地表水体受到污染。现国内使用的处理技术主要有:沉淀、混凝沉淀、混凝沉淀过滤等。处理后直接排放的矿井水,通常采用沉淀或混凝沉淀处理技术;处理后作为生产用水或其它用水的,通常采用混凝沉淀过滤处理技术;处理后作为生活用水,过滤后必须再经过除酚等对人体有害物质及消毒处理;有些含悬浮物的矿井水含盐量较高,处理后作为生活饮用水还必须在净化后再经过淡化处理。 3 矿井水处理回用的条件 矿井废水的产生及特点:煤矿矿井废水包括:煤炭开采过程中地下地质性涌渗水到巷道为安全生产而排出的自然地下水,井下采煤生产过程中洒水、降尘、灭火灌浆、消防及液压设备产生的含煤尘废水。因此,它既具有地下水特征,但又受到人为污染。矿井废水的特性取决于成煤的地质环境和煤系低层的矿物化学成分,其中井田水文地质条件及充水因素对于矿井开采过程矿井废水的水质、水量有决定性的影响。因此,对矿井废水处理要考虑开采过程中水质、水量的变化。以下介绍煤矿矿井废水处理中混凝沉淀过滤技术的应用。 4 矿井水处理技术主要处理单元 4.1 预沉池曝气 矿井废水中含有少量的有机物,通过曝气接触氧化去除废水中的有机物。另外,井下液压支柱等设备产生少量油类,通过气浮除油,使废水中油类达标。 4.2 混凝沉淀 煤矿矿井水主要污染物为悬浮物,处理悬浮物主要采用混凝沉淀法,用铝盐或铁盐做混凝剂,混凝剂混合方式采用管道混合器混合。混凝沉淀装置采用倒喇叭口作为反应区,水流在反应区中流速逐渐降低,使废水和混凝剂药液的反应在反应器中逐渐全部完成。完全反应的废水流出反应区后开始形成混凝状物质,经过布水区进入斜管填料,由于斜管填料采用PVC六角峰窝状填料,利用多层多格浅层沉淀,提高了沉淀效率。将絮状物沉淀到底部而被去除,清水从上部溢流排出。 4.3 砂滤净化 矿井废水经混凝沉淀后,水中还含有较小颗粒的悬浮物和胶体,利用砂滤设备将悬浮颗粒和胶体截留在滤料的表面和内部空隙中,它是混凝沉淀装置的后处理过程,同时也是活性炭吸附深度处理过程的预处理。砂滤罐为重力式无阀滤池,采用自动虹吸原理达到反冲洗,不需要人工单独管理,操作简便,管理和维护方便。砂滤罐通常采用不同等级的石英砂多层滤料。 4.4 活性炭吸附 该煤矿矿井废水主要含有挥发酚,酚类属于高毒物质,它可以通过皮肤、粘膜、口腔进入人体内,低浓度可使细胞蛋白变性,高浓度可使蛋白质沉淀。长期饮用被酚污染的水源,会引起蛋白质变性和凝固,引起头晕、出疹、贫血及各种神经症状,甚至中毒。处理中水用作生活饮用水,必须用活性炭吸附装置处理。活性炭的比表面积可达800~2000m2/g,具有很强的吸附能力。该装置采用连续式固定床吸附操作方式,活性炭吸附剂总厚度达3.5m,废水从上向下过滤,过滤速度在4~15m/h,接触时间一般不大于30~60min。随着运行时间的推移,活性炭吸附了大量的吸附质,达到饱和丧失吸附能力,活性炭需更换或再生。 4.5 消毒 废水中含有一定的病菌、大肠菌群,处理后回用于洗浴时,若不经过消毒,对人体皮肤伤害严重。所以矿井废水处理后作为生活用水必须经过消毒处理,本工艺采用二氧化氯消毒,现场用盐酸和氯酸钠反应产生二氧化氯,二氧化氯无毒、稳定、高效、杀菌能力是氯的5倍以上。 煤矿废水处理论文:煤矿井下废水处理工程实例与浅析 摘要:煤矿井下废水含有较高的悬浮物,采用水力循环澄清池+无阀滤池组合工艺,能有效的降低悬浮物,达到出水标准。 关键词:煤矿井下废水;悬浮物;水力循环澄清池;无阀滤池 1.概述 陕西某煤矿每天排放的废水量最大为9600 m³(每小时400m³)。原有的处理系统仅有一座集水池,有效容积为1254m³,作为沉淀池使用。池内也无排泥系统,日积月累,池内沉积大量煤粉后,集水池沉淀区域逐渐缩小,达不到沉淀效果,排放的废水严重污染周边了环境。 该公司为保护周边环境,响应国家环保节能的政策,决定对原有的污水处理系统进行改造,使排放废水达到环保要求。 2.进出水水质 根据环保要求,改造后的废水,执行《煤炭工业污染物排放标准》GB20426-2006排放标准,考虑到《渭河水系(陕西段)污水综合排放标准》DB61/224-2006中的污水排放要求,具体标准如下: 表1进水浓度及出水标准 检测指标 CODcr(mg/L) SS(mg/L) 石油类(mg/L) PH 进水浓度 出水标准 ≤100 ≤80 ≤1200 ≤50 ≤18 ≤5 6~9 6~9 3.改造工艺流程及简述 利用原有的集水池,将其改造成初沉池,初步去除废水中的部分煤粉,增加刮吸泥机,加强排泥措施,并回收煤泥;采用水力循环澄清池+无阀滤池的组合工艺,使废水最终达标。 图1改造后的工艺流程图 煤矿井下废水进入初沉池,大颗粒的煤粒沉淀至池底,上清液自流进入絮凝反应池;在絮凝反应池中加入混凝剂,通过机械搅拌使药剂和废水混合均匀;然后在提升泵的出口加入助凝剂,让废水中的细小煤粉絮凝成团,再通过高效沉淀池、无阀滤池,让废水澄清、过滤后,最后达标排放。 无阀滤池的反洗水收集至絮凝反应池,做循环处理; 初沉池煤泥通过刮吸泥机,将池底沉泥排至煤泥浓缩池;高效沉淀池沉淀的沉泥,通过静压排泥至煤泥浓缩池;最后煤泥由板框脱水机脱水后,煤泥回收利用,滤液回流至絮凝反应池,做循环处理。 4.主要构筑物及设备设计参数 (1)初沉池。原有集水池改建,尺寸:19.6m×16.0m×4.5m,分2格;增加排泥渠;增加刮吸泥机2台,跨度8米,行走功率:0.75kW;泵吸泥功率0.75kW。 (2)絮凝反应池。新建,钢筋混凝土结构。尺寸:6.0m×6.0m×3.5 m;有效水深3.0m;停留时间16分钟;潜水搅拌机1台,功率:1.5kW;叶片转速980r/min;叶片直径260mm。 (3)水力循环澄清池。新建,钢筋混凝土结构。尺寸:Φ12.0m×8.2m;2座;静压排泥系统每池各2套。 (4)无阀滤池。新建,钢筋混凝土结构。尺寸:4.0m×4.0m×4.85m;4座;承托层200mm;石英砂400mm;无烟煤300mm;长柄滤头2600个;现浇滤板4套。虹吸反冲洗装置4套。 (5)清水池。新建,钢筋混凝土结构,与絮凝反应池合建。尺寸:6.0m×6.0m×3.5m;有效容积108m³。池中设回用泵2台,1用1备;供无阀滤池强制反洗、脱水机房、加药间等地方用水。 (6)煤泥浓缩池。新建,钢筋混凝土结构。尺寸:Φ8.0m×5.0m;浓缩机1台,功率:0.55kW,周边线速度,2~3m/min;污泥泵2台,1用1备。 (7)泵房。新建,框架结构。尺寸:6.0m×3.0m;H=3.5m;卧式离心泵3台,2用1备。 (8)加药间及仓库。新建,框架结构。尺寸:6.0 m×6.0 m;H=3.5m;PAC、PAM加药系统各2套。 (9)控制室及值班室。新建,框架结构。尺寸:6.0 m×6.0 m;H=3.5m。 (10)脱水间。新建,框架结构。尺寸:9.0 m×6.0 m;H=5.0m;板框压滤机2台,过滤面积80;功率:2.2kW;房间内设置冲洗管。 5.系统调试及运行 5.1系统的调试主要在以下几个方面: (1)药剂的投加 控制好药剂投加量及加药点,既可以达到较好的运行效果,也能节省运行费用。在试验小试的基础上,通过实际运行,调节加药量。PAC加入絮凝反应池,通过搅拌机和废水混合均匀;PAM则加在提升泵的出口; (2)水力循环澄清池喉管的调节及排泥 水力循环澄清池调试前应注意喉管调节是否灵活,其喉管与喷嘴间距一般为2倍的喷嘴直径。 水力循环澄清池排泥方式为重力静压自动排泥,由泥位计反馈信号,控制电动阀门启闭;在调试中,通过在不同水位的取样管取样检测,确定合适的排泥泥位;每次的排泥时间控制在3min左右。 (3)无阀滤池 无阀滤池在调试运行过程中,主要通过监测水质,观察反洗系统是否正常;观察虹吸系统管道气密性是否完好。 5.2 系统运行 5.3 经过长时间运行后,发现系统存在一些不足: (1)初沉池 初沉池的泥由刮吸泥机排至排泥渠,然后通过管道流至煤泥浓缩池。但是污泥渠的污泥并不能完全的排净,部分煤泥沉积在渠中。因此在排泥渠中增加了冲洗装置,不定时的冲洗下排泥渠,会改善排泥效果。 (2)无阀滤池 无阀滤池的虹吸系统有时并不能很好的完成反洗功能,系统中的强制冲洗系统此时就应该启动;否则就会影响出水效果。 (3)煤泥浓缩池 煤泥浓缩池的煤泥要及时的进行脱水处理。不能因为板框压滤机的操作强度比较大,而减少煤泥浓缩池中煤泥的干化处理,从而造成回流的上清液悬浮物增加,增大了处理成本。 5.4 运行成本分析 该系统的运行成本主要为电费、药剂费、人工费;其系统的的用量在1230kW /天,电费按0.6元/kW计;药剂费按981元/天;人工费按60元/人.天(共按6人计算);其运行成本为:0.22元/吨。 6. 小结 (1)该工程总投资583万。系统利用原有的构筑物进行改造,并利用地形条件,使水流自上而下,减少提升次数,节省建造费用及运行费用。 (2)该工艺的主体系统为水力循环澄清池、无阀滤池,工艺成熟可靠,其结构形式也可参考标准图集进行建设;无阀滤池的滤板安装质量要求较高,可选择成套设备,由专业人员进行安装。 (3)经过调试和运行后,在水量稳定的情况下,PAC、PAM的加药量分别控制在34.5mg/l、1.2mg/l左右,出水效果较好。 (4)对于该系统的运行管理相当重要,特别是初沉池、水力循环澄清池和无阀滤池的运行管理;要经常检查无阀滤池的虹吸管道是否严密;时常检测出水水质,确保出水正常。 (5)对于重要部分的仪表,像泥位计等,尽量选用质量较好、精度较高的产品,以保证系统正常运行。 (6)煤矿井下废水悬浮物含量较多,污泥量很大。在污泥脱水上,采用板框压滤机,劳动强度较大,建议采用其他的劳动强度较小的设备。 (7)该工程运行正常后,出水达到排放标准,不仅保护了周边环境,而且回收了大量煤炭,也创造了一定经济效益。 煤矿废水处理论文:高密度沉淀池用于煤矿矿井废水处理 广州市环境保护工程设计院有限公司 摘要: 本文详细论述了煤矿矿井废水污染因子和高密度沉淀池工艺的特点,分析了用高密度沉淀池工艺处理煤矿矿井废水的优点。采用高密度沉淀池工艺处理E矿区矿井废水工程实践表明,在PAC投加量20mg/l和PAM投加量1 mg/l条件下,处理后废水稳定达到悬浮物(SS) 关键词:煤矿矿井废水,高密度沉淀池 1煤矿矿井废水特点 煤矿矿井废水包括煤炭开采过程中地下地质性涌渗水、巷道为安全生产而排出的自然地下水,井下采煤生产过程中洒水、降尘、灭火灌浆、消防及液压设备产生的含煤尘废水等。矿井废水的特性取决于成煤的地质环境和煤系低层的矿物化学成分,其中井田水文地质条件及充水因素对于矿井开采过程矿井废水的水质、水量有决定性的影响。[1][2][3][4] 煤矿矿井水主要有以下特点: (1) 悬浮物浓度高:通常高达200mg/l以上,若井底预沉降处理不好,可高达1000mg/l以上; (2) 矿化度高:一般在1000mg/l以上,含有硫酸盐、重碳酸盐等; (3) 硬度大:一般在25德国度以上,总硬度中永久硬度大于暂时硬度; (4) 含有一定量COD。 几个典型矿井废水特性如表1: 2煤矿矿井废水处理工艺 因煤矿矿井废水主要特征污染物为悬浮物、COD和pH值,对煤矿矿井水的处理为对上述特征污染物的处理。 煤矿矿井废水中的COD主要由其悬浮物中的煤屑中碳分子的有机还原性所致,可以随悬浮物一起去除,不需要进行生化处理。构成矿井水悬浮物的主要成份是粒径极为细小的煤粉和岩尘,其特点是:含量不稳定,波动大,且悬浮物粒度小、比重轻、沉降速度慢,矾花形成困难,混凝沉降效果差,难以靠自然沉淀去除。 煤矿矿井废水处理目前主要采用沉淀、混凝沉淀、混凝沉淀+过滤和微絮凝过滤等工艺。一般处理后达标排排放时,采用沉淀或混凝沉淀工艺;处理后回用作生产用水或景观水时,多采用混凝、沉淀、过滤或微絮凝过滤工艺。 微絮凝只适用于悬浮物小于50mg/L的极少数矿井废水处理,当悬浮物含量大于50mg/L时,即会产生处理效率下降和出水不达标的情况。采用混凝、沉淀、过滤工艺处理矿井水时,混凝反应设施有涡流反应池、 穿孔旋流反应池、机械搅拌反应池等;沉淀设施常用的有平流式沉淀池、斜管沉淀池以及将混凝反应与沉淀结合在一起的机械加速澄清池、高效澄清池、一体化净水器等。 各种处理工艺均有其优缺点。“反应池+沉淀池”具有运行能耗低,设计灵活,操作管理简单等优点,但占地面积大,沉淀污泥易堵塞、耐冲击负荷小。机械加速澄清池出水水质较稳定、占地面积小、并能自动定时排泥的优点,但运行能耗高、机械设施多、设备维护量大。一体化净水器集沉淀和过滤为一体,具有设备体积小,安装方便等优点,但设备沉淀区容积小,单体处理量小,日常维护量大,设备寿命短,耐冲击负荷小,难以满足大水量矿井废水处理要求。 3高密度沉淀池废水处理工艺 高密度沉淀工艺是在传统的平流沉淀池的基础上,充分利用了动态混凝、加速絮凝原理和浅池理论,把混凝、强化絮凝、斜管沉淀三个过程进行优化,从而达到常规混凝沉淀技术无法比拟的性能。 加速絮凝技术是高密度沉淀池核心技术,其原理是在混凝阶段投加高密度的不溶介质颗粒(如细砂),利用介质的重力沉降及载体的吸附作用加快絮体的“生长”及沉淀,故又叫该技术为载体絮凝技术。加速絮凝技术通过向水中投加混凝剂(如PAC),使水中的悬浮物及胶体颗粒脱稳,然后投加高分子助凝剂和密度较大的载体颗粒,使脱稳后的杂质颗粒以载体为絮核,通过高分子链的架桥吸附作用以及微砂颗粒的沉积网捕作用,快速生成密度较大的矾花,从而大大缩短沉降时间,提高澄清池的处理能力,并有效应对高冲击负荷。 典型的高密度沉淀工艺有OTV―Kruger公司(威立雅水务集团的工程子公司)开发的Actiflo 高密度沉淀池和法国Degremont(得利满)公司开发的DensaDeg 高密度沉淀池。 Actiflo 高密度沉淀池工艺原理见图1。 图2DensaDeg 高密度沉淀池工艺原理图 4用高密度沉淀池处理煤矿矿井废水 煤矿矿井废水的特性决定了其处理关键为混凝沉淀工艺的选择。各种沉淀工艺用于煤矿矿井废水处理的优缺点对比见表2。 从表2比较中可见,从处理效率、造价、占地等方面综合比较,高密度沉淀池用于煤矿矿井废水处理有着最大优势。因煤矿矿井废水中含有高密度煤粒,高密度沉淀池用于煤矿矿井废水处理无需额外投加高密度的不溶介质颗粒,因此高密度沉淀池用于煤矿矿井废水处理比用于其它废水处理流程更简单、运行和维护成本更低。 5高密度沉淀池处理煤矿矿井废水实例 用高密度沉淀池处理表1中E矿区废水,处理前后各项指标对照见表3。 用高密度沉淀池处理E矿区废水主要技术经济指标: (1) 处理水量300m3/h,采用2座钢制DensaDeg 高密度沉淀池; (2) 反应区容积40 m3,停留时间15min; (3) 沉淀分离区设备尺寸ø5100×5000,沉淀分离区水力表面负荷7.5m3/m2.h; (4) PAC投加量20mg/l,PAM投加量1 mg/l; (5) 吨水处理成本0.28元。 调试运行过程存在主要问题及解决方案: ①矿井废水进水悬浮物浓度对处理效果影响大,进水悬浮物浓度小于100mg/l和大于1800mg/l时,出水悬浮物浓度均变大,主要原因是进水悬浮物浓度影响废水处理过程絮体的形成与沉淀,进水悬浮物浓度过高时可通过增设初沉来解决,过低时可通过回流部分污泥来解决; ②应根据废水进水悬浮物浓度调节PAC和PAM的加药量,尽可能地降低药耗,获得较好的沉降絮体; ③反应区的搅拌效果对出水水质影响大[5],吨水搅拌功率小于2KW时处理效果无法保证。 ④流量突变对出水悬浮物浓度影响较大,应尽量在合适的水流量下工作。应缓慢调整流量,以防止流量突变可能造成的污泥上浮。 6结论 煤矿矿井废水的特征污染因子为悬浮物、COD和pH值。悬浮物浓度高及部分悬浮物密度大的特点决定了高密度沉淀池特别适用于处理煤矿矿井废水。工程实践表明,采用该工艺处理E矿区矿井废水,在PAC投加量20mg/l和PAM投加量1 mg/l条件下,处理后废水稳定达到悬浮物(SS) 注:文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
摘要: “生物分离工程”是一门理论性、应用性和逻辑性都很强的专业基础课。根据大健康背景下营养与保健品制造业的人才需求及工科院校的学生工学基础较强的特点,对“生化分离工程”的课程教学与实验教学进行了设计与探索,以期在有限的教学学时内使学生掌握“生化分离工程”的理论知识与实验技能,培养学生的创新思维,提高学生的创新能力。 关键词: 生化分离工程;大健康;教学改革;思维能力;创新能力 随着人口老龄化的加剧,治未病方法的普及,以及国人健康意识的提升,运用营养保健食品促进健康、改善疾病状况、减少药物副作用已经成为很多人的共识。未来,具有预防疾病和促进康复调节功能的保健品行业将具有巨大的发展空间[1]。但是,随着监管和市场准入的更加严格,未来的保健食品发展机遇和挑战并存。在大健康背景下,如何获取功效成分并有效保持其活性,是保健品行业战胜挑战、确保企业持续健康发展的基础。“生化分离工程”是分析从发酵液、酶反应液或动植物细胞培养液中分离、提取、纯化与精制生化产品的过程[2],是保健品生产的重要环节。它是食品科学与工程、生物工程、生物技术等专业的必修课程,亦是一门综合性、实践性、应用性、工程性极强的学科。该课程涉及数学、化学、物理学、生物学、工程学等相关背景知识,基础知识多、基本理论广,与生产联系非常紧密。但是,该课程教学学时少,而且未被列为考研专业课程,因此学生的学习兴趣不浓、积极性不高。如何在有限的教学学时内提高学生的学习兴趣与积极性,让学生理解、掌握“生化分离工程”的理论知识与实验技能,培养学生的创新思维和创新能力,培养适于大健康背景下保健品行业的专业人才,为大健康产业的发展提供智力支持,我们根据工科学校学生工科基础较强的特点,对“生化分离工程”的课程教学与实验教学进行了设计与探索。 1设计与探索课程教学模式,培养学生创新思维 “生化分离工程”课程主要讲授各种生物活性物质(保健品中的功效成分)中杂质的去除、分离、纯化和精制技术,通过对该课程的学习,要求学生能针对不同功效成分的特性,较好地运用各种分离技术来设计合理的提取、精制工艺路线,并能从理论上解释各种分离现象,提高分析问题和解决问题的能力,培养创新思维。理论学习是“生化分离工程”课程教学的基础,是学生动手能力培养和训练的基石[3]。可以说,“生化分离工程”课程实践教学质量的好坏直接关系到该课程教学的成败。课程教学的好坏,不仅取决于教师的教学水平,更取决于学生学习的积极性与主动性。因此,为提高课程教学质量,我们以大健康背景下培养学生的创新思维为主线,对课程教学模式进行了探索与精心设计。 (1)精选与丰富教材,结合实例,实现教学内容的创新 现代生物技术发展迅猛,生化分离方法层出不穷,但由于教材出版相对滞后,难以选定一本能及时反映现代生物分离技术的满意教材。我们根据曹学君的《现代生物分离工程》、严希康的《生化分离技术》等国内现有的教材,以及我们工科学校的办学思想和学生较强的工学基础等特点,选择了严希康的《生化分离技术》作为主要授课教材,以我国卫生部规定的保健食品原料(卫法监发[2002]51号)为实例原料,将授课内容分为以下5个模块:①难溶物的分离与去除,主要包括过滤、细胞破碎、离心、沉淀4个单元操作,以黄精多糖为例;②产品的粗提分离,主要包括萃取、吸附、离子交换3个单元操作,以葛根黄酮为例;③产品的纯化,主要包括层析、色谱、膜分离3个单元操作,以大蒜SOD为例;④产品的精制,主要包括结晶、干燥2个单元操作,以蛋白和多肽为例;⑤新型分离技术,主要包括分子蒸馏、顶空微萃取等分离技术,以薄荷精油为例。授课时详细讲述各单元分离过程的原理与分离系质量、热量、动量传递过程的基本规律,探求分离过程对原料的选择与设计、技术经济效果的评价与优化等基本方法。课后要求学生对分离技术在1~2种功效成分中的应用进行资料查阅、分析和总结,并在课堂时间对其作点评,实现教学内容创新的同时,培养了学生的科研意识和创新意识。 (2)采用交互式教学,调动学生创新动力 “生化分离工程”课程在大三下学期开设,学生已经掌握了物理、化学、微生物、数学、计算机等基础知识,具备了成人的思考能力和学习能力,这为交互式教学提供了便利条件。因此,在教学过程中,我们通过雨课堂,把一些较为简单的、定性的内容让学生自学、自讲。在该章节的讲授过程中,教师将自学内容的重点及难点有机结合到教学内容中,对自讲内容通过提问方式让学生回答有关思考题,同时师生共同讨论遇到的疑难问题。生化工程学科的发展日新月异,新型分离技术及新产品层出不穷,在课时有限的情况下,教师不可能在课堂上把所有的内容统统灌输给学生。我们在每个章节的课堂授课结束时,都安排一些结合本章重点和难点内容的小课题,如学完“萃取”一章,安排给学生“萃取技术在生物分离中的应用进展”课题,要求并指导学生查阅文献、分析资料及撰写小论文,最后分组讲解与讨论。学生在进行文献查阅的过程中,能了解萃取领域当前世界的最新发展动态,分析哪些功能成分适合用萃取技术制备,再结合教学内容,不仅加深了课堂内容的印象,而且对于实际使用过程中出现的萃取率低、分离过程缓慢等情况和解决方法也有所认识;同时赋予学生上台表现和被检验的机会,大大地调动了他们的创新动力。 (3)融汇科研实践经验,激发学生创新兴趣 为了激发学生创新兴趣,我们在教学过程中加强科研与教学的结合。在讲授理论课的过程中,首先,我们用自己的科研成果作为例子进行讲解,多媒体教学所用的图片中有我们科研过程中的一些典型的照片,并将自己在相关科研过程中积累的一些经验和注意事项在授课的过程中逐一加以传授。这样既增加了学生对科研的神秘感,拉近了学生与科研的距离,又激发了学生学习的兴趣,其次,我们还把自己的科研工作内容也带入课堂,结合教材内容加以分析,这对很多学生都有吸引力,对有意进一步深造的学生也具有引导作用。如在讲到色谱分离过程的时候,结合我们经常使用的离子交换色谱、纸色谱等操作方式的改进,以黄精多糖的纯化为例,引导学生深入思考,指出每一种分离方法的优劣,使学生深刻理解不同体系必须选择不同的分离方式,激发了学生的创新兴趣。(4)调动主观能动性思维,培养学生创新意识主观能动性思维包括发散性思维和收敛性思维。发散性思维通过教师提出问题,鼓励学生以解决问题为中心,不局限于一种传统方法,积极寻求多种解决方法的思维方式,是形成创造意识的基础。例如,在讲授“膜分离”一章时,我们鼓励学生尽可能多列举出增加膜通量的方法。学生纷纷提出自己的想法,如提高热侧溶液的温度,提高膜两侧的温差,增加水蒸气压差,增加进料流量,有同学还提出改进膜材料与结构等设想,思维极其活跃。但为了从众多可能的方案中优选出最佳的方法,则需要收敛性思维的指导。收敛性思维,是将发散性思维求同的思维。如前述的增加膜通量的几种方法,如何确定一种最优的方法呢?就要进行思维收敛,运用已有的知识,根据对膜蒸馏产物的要求,结合增加膜通量各种方法的能耗、设备投资、操作成本等的比较分析,选择最合适的方法。此外,“生化分离工程”是一门逻辑性很强的学科,它的许多结论往往需要经过一系列严谨的数学推导处理才能得到。因此,如果教师在授课过程有意识地调动、培养学生的创新思维,定能培养出思维敏捷的适于大健康产业需求的大学生人才。 2设计与改革实验教学模式,提高学生创新能力 “生化分离工程实验”是使学生理解和巩固“生化分离工程”理论知识的关键环节,是物质成分被分离实现工程放大的实践环节,也是培养高质量分离工程与技术人才的重要环节。根据物质分离的工艺方法具有模块化、选择性强、可替换性等特点,如何在“生化分离工程实验”课程中培养学生分析和解决问题的能力、实践创新能力以及科学研究能力,我们对实验教学模式进行了精心设计。 (1)重视基础实验,培养学生的基本实验技能 为了培养学生的基本实验技能,我们开设了以验证型、演示型和虚拟型实验为主的基础实验。“以教师为中心,以课本为中心”的验证型基础实验的目标是使学生学会教材中给定的一种方法,验证一个已知的事实,以加深对理论课堂的理解与巩固。如“PEG/(NH4)2SO4双水相系统中蛋白质分配系数的测定”验证型实验,通过试验测定实验数据,绘制双水相相图,分析牛血清白蛋白在PEG/(NH4)2SO4双水相系统中的分配行为,不仅使学生掌握了双水相相图的制作方法及蛋白质的测定方法,培养了基本实验操作技能,而且有助于学生对物质的双水相分离实验的理论背景和设计方法的理解。根据学校大型硬件设施紧缺的现状,我们将超临界萃取异黄酮、超声波提取香菇多糖、离子交换法制备软水、高效液相色谱仪结构及操作等设计为5~6人一组的演示型基础实验,在有限的学时里实现了每位学生都能进行实践操作的目的。为有效缓解高校在实验经费、场地、器材等方面面临的困难和压力,我们开设了四个虚拟型基础实验,包括薄层色谱法分离糖类物质、反胶束萃取技术提取胰蛋白酶、离子交换法制备软水、高效液相色谱仪结构及操作。借助于多媒体、仿真和虚拟现实等技术在计算机上进行的虚拟仿真实验提高了学生的学习兴趣,加深了对理论知识的理解,实现了课程教学目标。 (2)开设综合实验,培养学生综合实验技能 实践出真知,不与实践结合的理论只能是空洞的理论[4]。为了巩固学生的课程理论知识,培养学生综合实验技能,在完成基础实验的基础上,我们设计了8课时的综合实验。综合实验是由学生根据教师给定的实验模块、实验目的、实验要求和实验条件,自行设计方案并加以实现的实验。为充分发挥学生对实验的参与度、创造力和团队精神,以具有调节机体功能的功效成分为目标分离物,我们设计了10个备选实验模块:①植物黄酮的提取与纯化;②胞内SOD的提取与纯化;③发酵液中青霉素的分离与纯化;④发酵液中低聚糖的分离与纯化;⑤茶叶中茶多酚的分离与纯化;⑥发酵液中谷氨酸的分离与纯化;⑦生物多糖的分离与纯化;⑧花青素的提取与纯化;⑨绿原酸的分离与纯化;⑩成纤维细胞生长因子的分离和纯化。实践表明,学生根据自己的兴趣自行选择模块实验,积极性很高。例如,选择“花青素的提取与纯化”实验模块的同学,兴奋地看着大孔树脂魔术般地由白色变成红色,酒精洗脱则又由红色变成白色。我们发现,综合实验不但能够考核学生领悟和融合知识、掌握基本技能、科学思维和创新意识,而且能够提高学生运用所学的知识和技能,创造性地发现问题、分析问题和解决问题的能力。 (3)实施探索实验,提高学生创新实践能力 为了培养学生的逆向思维能力,鼓励他们大胆设想、创新,我们将传统的验证性实验设计为探索实验。探索实验是通过挖掘书本已有的实验内容,对某项或某个方面与某个领域有关的未知或未全知的问题,在学生不知道结论的情况下,通过教师创设问题情境,学生进行大胆设想、自主设计实验、独立实验操作、经过思考分析才能得出结论的实验,如在“超滤浓缩和分离谷光甘酞过氧化酶”的实验中,书中给出了一个标准的分离条件,为了提高学生的参与性和主动性,我们将实验题目改成“浓缩分离谷光甘酞过氧化酶的超滤条件的探索”,这样把验证性实验上升为探索实验,大大发挥了学生的能动性。探索实验把学生引入科学探索的新起点、新境界、新高度,让他们亲历“探索”过程,发现新问题,解决新矛盾,获取新成果,从中体会成功的喜悦与失败的考验,激发并维持旺盛的创新激情,形成创新思维,培养创新能力。“生化分离工程实验”教学中实践创新能力的培养,不在于一定要学生发现新的生物分离技术,而是根据学生现有的知识、能力基础,教师有意识地利用生化分离工程实验的特性,提出基础性、综合性及探索性问题,学生才有可能用已知的各种分离技术设计待分离物质的分离提纯方案,独立完成实验操作,培养创新意识,提高创新能力[5]。例如,盐析法沉淀蛋白质实验,教师可以提出蛋白质在保健品中的应用原则及盐析的原理等基础性问题,蛋白质的功效发挥机理及其分离方法的种类等综合性问题,以及蛋白质盐析条件等探索性问题。学生根据老师的提示,将能够更深刻地理解蛋白质初级分离纯化的方法,蛋白质高级分离纯化的方法,盐析沉淀在蛋白质高级分离纯化过程中的重要性等知识,进而设计多条脱盐处理工艺路线,并进行工艺优化筛选,从而掌握蛋白质分离技术的精髓。 3结论 “生化分离工程”是一门理论性、实用性都很强的专业基础课。在本门课的教学过程中,我们根据当前大健康背景下营养与保健品制造业对人才的要求,结合工科院校学生的特点,以培养学生的创新思维、提高学生创新能力为中心,不断改进课程教学和实验教学的内容与方法,激发学生的求知欲望和探索精神,使学生自觉、自愿地去学习更多的新知识,提出更多的新观点,这也要求教师进行更多创造性的科研活动,以便更好地传道授业解惑。 作者:罗水忠 潘利华 杨雪飞 郑志 王军辉 单位:合肥工业大学 食品与生物工程学院