时间：2024-03-06 14:34:59
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇生物工程研究进展，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
人类对野生药用植物资源不加限制地开采使得其遗传多样性受到了严重的破坏，药用植物的大规模规范化种植不仅可有效缓解这一矛盾，同时还能解决中药材产品加工过程中与质量不稳定因素有关的诸多问题。传统的育种方法结合分子标记辅助育种技术已培育出了许多优质的中草药品种，在药用植物组织培养和利用遗传转化等生物工程技术改造其活性成分的代谢途径等方面也取得了很大的进展。为了进一步推广药用植物的规范化种植，还亟需对中草药市场需求进行合理地预测以及正确引导人们对草药制品的消费观念。
【关键词】 生物工程； 药用植物； 商业化种植
Abstract： Harvesting herbals from the wild is causing loss of its genetic persity，domestic cultivation is a viable alternation and offers the opportunity to overcome the problems that are inherent in herbal extracts. Conventional plant-breeding methods can improve both agronomic and medicinal traits， and molecular marker assisted breeding will be used increasingly. There has been significant progress in the use of tissue culture and genetic transformation to alter pathways for the biosynthesis of target metabolites. Obstacles to bringing medicinal plants into successful commercial cultivation include the difficulty of predicting which extracts will remain marketable and the likely market preference for what is seen as naturally sourced extracts.
Key words：Biotechnology； Medicinal plant； Commercial cultivation
据世界卫生组织估计，在发达国家人们日常消费的保健类产品中，中草药来源的占了近80％，它们所使用的植物原料绝大部分依赖于野生的自然资源。在全世界近5万种药用植物中，将近1/5物种的生存正在受到威胁，其中由于人类无节制地开采而接近灭绝的物种有熊果Arcostaphylos uva-ursa、卡瓦胡椒Piper methysticum和光果甘草Glycyrrhiza glabra等［1］。
药用植物的供求矛盾引起了人们对药用物种遗传多样性降低和生境退化的不断关注，虽然通过加强监管可以对某些物种提供一定程度的保护，但更加可行的办法是对药用植物进行大规模的规范化人工种植。人工种植还为生物工程技术在中药材产品加工过程中的应用提供了舞台，如鉴定药材原料的质量、检测基因型和表型变异、提高药材有效成分的稳定性、控制有毒和污染物含量等。这不仅有利于种植者根据市场需求合理地调整栽培对象和实现定量生产，还可获得质量稳定的产品。在欧美等国，包括银杏Ginkgo biloba和贯叶连翘Hypericum perforatum在内的一些市场销量较高的品种，其野生资源受到的威胁反而最小，原因就在于它们都已进行了大规模的人工种植。对于一些当前还不太引人关注的品种进行投资，尤其是那些多年生的物种，为了降低潜在的市场风险，对未来市场的需求进行预测也是非常必要的。
1 药用植物栽培技术
较低的发芽率和对生境的特别要求使得许多药用植物的栽培十分困难，这也对种植者的专业技能提出了更高的要求。发芽率较低通常是由于种子受到机械损伤或真菌感染而引起的，这一问题可通过提供最适的保藏条件来解决，例如在对西洋参Panax quinquefolium生长条件的研究中发现，使用改进的土层保护方法进行处理可明显提高种子的发芽率和生长速度，且在任何时候均可发芽。另外，对于那些常规条件下很难培育的品种，采用人工授粉和液体培养的方法对它们的成功种植往往起到非常关键的作用，
2 优良品种的选育
传统育种技术在药用植物品种的改良方面有着广泛的用途。最近，一种激光斑点（Laser speckle）技术被用于在植物生长早期对期望的性状进行测定，这是一种通过比较激光照射前后种子表面所产生斑点的差异而对其活性进行预测的方法，该项技术的使用可显著缩短育种所需的时间［2］。育种者通过预先对接近于期望标准的基因型进行筛选，还可对药用植物中活性和毒性成分的含量进行控制，从而达到了简化分离工艺和降低生产成本的目的。
遗传标记辅助育种是传统作物育种技术的延伸，它以检测与性状直接相关的等位基因或与之紧密连锁的DNA序列为基础，可在早期就鉴别出期望的基因型从而加速育种的过程。随着水稻和拟南芥全基因组测序计划的完成，以及以苜蓿、番茄和白杨树为代表的一些模式物种的基因组资源的快速增长，为比较遗传学技术在作物育种中的应用提供了机会。研究者可利用不同物种中功能基因DNA序列的相似性，将某一个物种的DNA探针用来鉴定近缘物种基因组中同源的序列，从而达到快速鉴定功能基因及与之连锁的遗传标记的目的。
至今，利用分子标记对药用植物进行改良的报道仍相对较少，成功的例子如：AFLP和微卫星标记在大麻遗传育种［3］和法医鉴定［4］中的应用；利用ISSR分子标记技术研究药用植物野生或栽培种群的遗传多样性；Mandolino［5］对大麻酯（Cannabinoid）生物合成途径中两个关键酶的基因序列进行了测定； Delabays等利用青蒿素（Artemisinin）的遗传特性，开发出了其特异的分子标签（Molecular tags）用于标记辅助育种。有理由相信，随着比较基因组学研究的进一步深入，还将对药用植物的研究和开发产生更加普遍的影响。
3 农艺性状的改造
通过改造DNA序列来调控植物的基因表达在当前已有一定的研究基础，抗除草剂、抗虫、抗病等转基因品种的开发仍然是当前药用植物生物工程研究中的重要领域之一。有报道，Choi等［6］通过转化膦丝菌素（Phosphinothricin）乙酰转移酶基因，获得了抗除草剂双丙氨膦（Bialaphos）和固杀草（Glufosinate）的转基因颠茄Atropa belladonna。Punja等［7］利用原生质体融合技术还得到了抗杀虫剂的龙葵Solanum nigrum和抗真菌病害的西洋参。
此外，生物工程技术在调控植物的生长发育方面也有广阔的利用价值。Lee［8］将根瘤脓杆菌的rol基因转入到蒲公英中，明显提高了其微繁的毛状根培养物的发育速度；Kang等在蒿属Artemisia植物中表达细菌ipt基因，不仅促进了其内源的植物细胞分裂素等一系列激素的生成，还提高了叶绿素和青蒿素的产量。
4 活性成分含量的控制
对一般的农作物进行基因调控的首要目标是改造与疾病抗性和生长发育有关的农艺学特征，而对于药用植物来说，通过改造其生物合成途径而提高活性成分的含量则处于最重要的地位。Stevenson等用根瘤脓杆菌基因转化薄荷的毛状根培养物，不仅提高了其毛状根中必需油成分的含量，还增强了其抵抗真菌感染的能力。其它在药用植物上成功应用的例子还包括罂粟、蒲公英、紫杉、紫锥菊（Echinacea）、玄参和毛地黄（Digitalis）等［9］。
为了提高药效、降低有毒物质的含量和提高收获物中化学成分的稳定性，有必要对药用植物的生长条件进行严格地控制。植物中次生代谢物的累积与温度、光照（如抗氧化剂）、协迫（如脯氨酸）、感染（如类黄碱素Flavanoids）和食草（如生物碱）等外界因素的影响有密切的关系。例如，在高加索生长的颠茄中生物碱的含量为1.3％，瑞典生长的只有0.3％；阴生的胡椒薄荷Mentha piperata中必需油的总量及其薄荷醇的含量均比光照条件下生长的要低；与较高温度条件下生长的罂粟相比，较低温度下生长的罂粟中含有更多的吗啡，而生物碱的含量却低些。另外，次生代谢物的累积还与土壤中的微生物群落和营养成分有关。
提高活性成分的含量是药用植物遗传控制的首要目标，但是目前人们对活性化合物生物合成途径的了解还很少，只有为数不多的合成酶的基因被分离出来，这对应用途径工程技术进行药用植物育种提出了严峻的挑战。Zhang等［10］通过过量表达东莨菪碱（Scopolamine）生物合成途径中催化两个限速反应的合成酶的基因，使得天仙子Hyoscyamus niger毛状根培养物中该化合物的产量提高了将近9倍；Robbins等［11］将天仙子中编码莨菪碱羧化酶的基因转化到颠茄中，也使得东莨菪碱（前体物为莨菪碱）的产量明显提高；Chitty［12］在篙属植物中通过过量表达法尼基（Farnesyl）二磷酸合成酶的基因而将青蒿素的产量提高为原来的3倍。在针对催化某一特定限速反应的酶的研究中，利用转录因子能够开启和关闭整个次级代谢途径的性质对其进行遗传改造，已经成为了一种新的研究药用植物途径工程的思路。
5 问题与展望
药用植物作为药物使用最大的吸引力之一在于它的“纯天然”性质，由此也产生了两种极端的看法：一部分人理所当然地认为它是安全的和最好的，另一部分人则认为用基因工程技术对农作物进行改造是非常“不符合自然规律的”，后者则体现在许多消费者对转基因植物的恐惧和排斥上。即使不考虑此类由转基因植物所带来的潜在的生态风险，消费者仍然有权利拒绝接受与以转基因为代表的生物工程技术有关联的任何药用植物产品。
另外还有一个常被人忽视的问题是，随着药用植物人工种植技术的推广，其对应的野生资源也将具有更高的商业价值，因而对其进行的破坏性挖掘活动可能会更加严重。此外，在药用植物种质资源的保护及其知识产权的归属等方面也有许多棘手的问题有待解决。
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关键词:马铃薯；组织特异性；启动子；PCR
随着基因工程技术的迅猛发展及日趋成熟，该技术在植物遗传育种及性状改良等应用方面日益显示出极高的价值。启动子基因工程载体的主要构成原件，是调控基因表达的“开关”，对外源基因的表达水平影响很大，无论是基础研究还是应用研究，人们都希望能够充分利用启动子来准确控制外源基因在植物体内的表达[1～4]。组织特异性启动子又称为器官特异性启动子，在该启动子调控下，外源基因的表达一般只发生在某些特定的器官或组织部位，并往往表现出发育调节的特性。其最大的优点是它所启动的外源基因在受体中仅在需要的部位特异表达，从而克服了组成型启动子启动的外源基因在受体植物中非特异、持续、高效表达所造成的浪费，增加转基因的效果[5]，因此人们对特异性启动子的研究和应用越来越重视[5～8]。基于此，该研究开展了马铃薯块茎组织特异性启动子GBSS的克隆及序列分析，为下一步实现外源目的基因在马铃薯块茎中的特异表达奠定基础。
1 材料与方法
1.1 试验材料
陇薯3号马铃薯试管苗，由延安大学生命科学学院提供。试剂 pEGM-T vector购买于北京泽平科技有限责任公司。限制性内切酶、连接酶、Taq酶均购自上海生物工程公司；寡核苷酸引物由上海生工生物技术公司合成；其他生化试剂和常规试剂均为国产分析纯。
1.2 试验方法
①马铃薯总DNA的提取 取马铃薯试管苗叶片，采用CTAB法[9]提取马铃薯总DNA。
②目的片段的扩增 在Genebank中查找已公布的马铃薯块茎patatin启动子序列并利用Oligo 6.0软件设计PCR扩增引物命名为G1（5' GTG GAA CGG AGA CAT GTT ATG A 3'）、G2（5' CGC ATG AAA TCA GAA ATA ATT GG 3'）；以所提取的DNA为模板，G1、G2作引物，在25 ?滋L的反应体系（含Taq酶缓冲液、dNTP、Taq酶）中，95℃ 5 min、95℃ 40 s、54℃ 50 s、72℃ 60 s扩增30个循环，72℃保温10 min。取5 ?滋L PCR扩增产物进行电泳检测，将扩增的单一条带进行回收。
③PCR产物与T载体的连接及鉴定 取上述PCR回收产物与T载体连接，采用热激法转化大肠杆菌DH5α，并进行蓝白斑筛选，将经PCR鉴定的阳性质粒DNA用SacⅠ、XhoⅠ进行双酶切鉴定，将所得阳性重组子命名为pGEM-TG，并送往上海生物工程公司测序。
④序列分析 序列同源性分析采用DNAman软件完成，启动子序列调控元件分析利用植物顺势调控元件数据库PLACE[10]和PlantCare[11]完成。
2 结果与分析
2.1 目的片段的扩增结果
以马铃薯总DNA为模板扩增所得产物经1%琼脂糖凝胶电泳检测，得到大小约为600 bp的DN段（图1），条带单一、整齐、明亮。
2.2 重组质粒的PCR检测及酶切鉴定
以初步筛选出来的质粒DNA为模板进行PCR扩增及经SacⅠ/XhoⅠ双酶切后电泳检测，均获得大小约为600 bp的单一明亮条带（图2），片段大小与预期一致，表明外源DN段已经连接到T载体上。
2.3 测序结果
将所克隆的马铃薯启动子与Genebank中的马铃薯GBSS启动子序列进行对比分析表明（图3），克隆到的序列大小为599 bp，与Genebank中已公布GBSS启动子序列的同源性为99.67%，说明GBSS启动子区序列呈现高度保守。
3 小结与讨论
我们所克隆的马铃薯块茎组织特异性启动子大小为599 bp，片段内AT碱基含量较高，占59.6%。采用PLACE及PlantCare在线数据库对其进行预测分析，结果显示（图3）：整个序列共有5个CAAT-box，分别在54，119，145，486 bp及578 bp处出现。CAAT-box一般决定着启动子的起始频率，5个CAAT-box表明该序列可能有较高的启动频率。561 bp处有TATA-box（TTTTA），其功能是保证转录得以精确起始；在207 bp及461 bp处分别有AT1-motif和12 bp回文序列，为马铃薯块茎光效应的顺式作用元件；在69 bp处有淀粉酶基因5'-上游保守序列（TAACAAA）；在239 bp处有种子储藏蛋白基因启动子核心序列（CTAACAC）；457 bp处有CTCTT结构，该序列具有根瘤细胞组织特异启动活性保守序列；515~535 bp处有6个CACT磷酸烯醇丙酮酸羧基酶基因顺式调控元件。以上序列分析表明，克隆的片段不仅具有完整的启动子表达调控元件，还具有可能与组织特异性相关的特异序列（如TAACAAA、CTAACAC、CTCTT及CACT等序列），而这些特异序列可能是基因特异表达所必须
的[10～12]。
在植物基因工程研究中，利用组织特异性启动子不仅能使目的基因的表达产物在一定器官或组织部位积累，增加区域表达量，同时也可以避免植物营养的不必要浪费，并表现出发育调节的特性。Iglesias A A等[13]试验表明，将组成型表达的花椰菜花叶病毒启动子和大肠杆菌ADPG焦磷酸化酶 （AGPP）的表达载体转入马铃薯植株中，淀粉的颗粒形态发生了变化，显微镜下可以看到淀粉颗粒出现了裂痕，但在马铃薯块茎特异表达启动子patatin的控制下，淀粉形态却没有发生任何改变。而对马铃薯品质的改良，归根结底是对贮藏器官――块茎中的基因表达进行调控，因此，我们已经克隆到的patatin基因启动子及本次克隆到的GBSS启动子，将作为一种重要的顺式作用元件，为其在马铃薯品质改良的基因工程研究中进一步应用奠定基础。
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Cloning and Sequencing the GBSS of Potato Tuber Tissue-specific Promoter Region
CHEN Guoliang, CHEN Zongli, QI Xiangying, HE Xiaolong
( College of Life Science, Yan'an University/Shanxi Engineering & Technological Research Center for Conversation & Utilization of Regional Biological Resources, Yan'an, Shanxi 716000 )
[关键词] 森林病虫害 防治 可持续控制
[中图分类号] S763 [文献标识码] A [文章编号] 1003-1650（2017）02-0096-01
保护森林环境和促进林业发展是国家生态建设永恒的主题。林业的可持续发展在生态建设中占有重要位置。森林病虫害防治是实现林业可持续发展的重要保证。本人对森林病虫害发生特点、防治研究进展，展望森林保护的发展趋势，提出初步建议。
1 森林病虫害发生和危害有逐渐加重的趋势
树木从苗木、幼树到成林，以及采伐后的木材及木材制品，整个个过程中有多种害虫为害。目前，随着全球气候变暖及大面积人工纯林的增加，森林虫害的发生、传播蔓延和危害有加剧的趋势。在加拿大的纽芬兰省，1977―1985年，仅云杉色卷蛾Choristoneura/102Uerana的为害就造成黑云杉死亡的林木蓄积达300万公顷，相当于纽芬兰岛针叶树总蓄积量的15%。在美国和加拿大，舞毒蛾Lymantriadispar、黄杉毒蛾Orgyiapseudotsugata的为害使大面积林木叶子被食，造成树木直接死亡或树势衰弱，导致小蠹虫、天牛等周期性害虫发生。由松褐天牛Monochamusspp.传播的松材线虫病，从美国传播到中国，已导致大面积松林枯死，造成了严重的经济损失。
2 防治特点
2.1 病虫害综合防治技术得到了普遍应用
采用化学药剂、营林措施、天敌等综合防治技术得到了普遍应用，从最初的“审慎地利用选择出的化学药剂，并与非化学物及方法相结合……”发展到现在的“利用具有选择性的杀虫剂和植物性杀虫剂，利用基因工程技术培育的抗虫品系，天敌的释放，化学信息物质的测定、合成与保护和利用天敌”等方法与措施的利用，害虫综合防治技术得到了普遍应用。
2.2 信息技术广泛应用于森林昆虫监测
计算机已广泛应用于森林害虫的预测预报、决策支持系统的建立、综合管理的决策模型以及信息管理上。GIS、RS、GPS、红外摄影技术、航空录像技术，在美国和加拿大已用于森林病虫害和火灾的检测监测上，大大提高了森林病虫害的管理水平。克服了大面积、大范围森林病虫害调查困难的问题，不但可以调查出病虫害发生的面积、方位，而且能够监测出其发生为害程度以及病虫害的种类，为进一步的防治奠定了基础。
2.3 生物工程技术研究进展迅速
利用生物工程技术已将Bt杀虫基因导入树木中，获得了多种毒性蛋白得到表达的抗食叶害虫的植株，如欧黑12杨等。利用DNA指纹技术进行森林昆虫的分类，尤其是一些相似种的鉴定。
为了解决天敌昆虫对化学农药敏感的问题，目前，已将某些昆虫的抗药性基因转入天敌昆虫体内，提高了天敌的抗药性，增强了天敌的竞争力、寄生力和捕食力。
2.4 生物防治M一步加强
生物防治是森林害虫持续控制的有效方法，主要利用害虫的病原微生物病毒、细菌、真菌，利用捕食性和寄生性天敌昆虫，以及益螨、寄生性线虫、立克次体和原生动物等。已有12个国家商品化生产赤眼蜂用于防治农林害虫。我国东北地区，森林病虫害生物防治最成功的范例是通过人工大量繁殖赤眼蜂对落叶松毛虫进行生物防治。
2.5 利用昆虫发育调节剂防治害虫
昆虫发育调节剂（insectgrowthregulators）是生物体合成的化合物，分为3大类：（1）激素类似物，如保幼激素（juvenilehormoneanalog）、脱皮激素（ecdysoneanalog）；（2）酶抑制剂（enzymeinhibitors）；（3）天然合成物（naturalproducts）。保幼激素在加拿大防治冷杉球蚜取得了很好的防治效果。酶抑制剂类型的药物主要有灭幼脲类（如灭幼脲1号 diflubenzuron），近年来，它们的使用一直在增加，防治舞毒蛾，65%的防治面积用的是灭幼脲。
2.6 化学信息素的利用
昆虫信息素作为综合管理的一种手段，主要用来探查害虫种类，监测发生数量，大量用于诱集，调节害虫的种群数量，或使用迷向法干扰破坏害虫正常的生活行为习性。在鳞翅目和膜翅目的食叶害虫的防治中用的最多。美国和加拿大已合成了65种森林害虫的性信息素用于防治上。德国、瑞典和加拿大已分离鉴定出了14种小蠹虫的化学信息素。现在，美国、德国及北欧和北美洲许多国家利用多漏斗小蠹虫诱捕器诱杀林间和贮木场的小蠹虫，大大降低了小蠹虫的种群数量。
3 森林病虫害可持续控制技术展望
3.1 将把着眼点放在整个森林生态系统的管理上，通过改善、保护和增加森林生态系统的多样性，提高森林中昆虫的多样性，使害虫种群数量维持在很低的水平上。
3.2 先进的科学技术将应用于病虫害的预测预报。准确预测预报害虫的发生发展情况，利用多种先进的控制技术对病虫害进行控制。
3.3 生物防治在害虫防治中将占主导地位。通过天敌与寄主害虫及林木之间关系的揭示，使天敌发挥对害虫的长期、持久的控制作用。
3.4 抗虫育种将取得新的进展。将会培育出抗多种害虫的转基因树木品种，并不断解决新出现的害虫抗性问题。
3.5 生物工程技术将在害虫防治中发挥作用。利用生物工程技术，构建具有杀虫效力高、杀虫速度快、转化性强的生物工程菌用于害虫的防治。
参考文献
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关键词：生物工程技术，药用植物资源，濒危植物
引言
生物工程是以生物学的理论和技术为基础，联合化工、机器、电子计算机等现代工程技术，充分运用分子生物学的最新成就，以生产大量有效代谢产品或施展它们独特生理功能的一门新兴技术。中国的中医药资源非常的丰富，但是国内外的需求量过大，导致中医药资源短缺问题日趋严重。
1 当前我国药用植物资源现状
1.1 中国药用资源种类丰富
中国是医药资源非常丰富的国家。从古代开始，便对中医药的培养栽培有着重大的发现，而且历史悠久，曾有“伏羲尝百药”、“神农尝百草”等记载。虽都属于传说，但由此可见中医药的利用是在人们日常生活中逐渐积累出来的。我国地域辽阔，跨越了多个季节带，对中医药的种植栽培有着很好的环境条件。全国已知种子植物约有25700种，很多植物都具备了药用价值，药用植物约11800种，20世纪80年代，经过调查发现我国的药用植物大多数都是野生资源。比如人参、杜仲、银杏等为我国所特有的野生药用资源。
1.2 我国药用资源的分布
由于地域的自然条件、气候类型、植物区系和自然资源的差异，我国的药用资源分布也有很大的差异性。药用资源地区分布从多至少依次为西南和中南地区（50～60%）、华东和西北地区（30%左右）、东北和华北地区（10%左右）。中医药资源的地形分布最多的为高原和山地，其次是丘陵区，之后是中原区。
2 我国生物工程发展现状
2.1我国生物技术产业发展现状
我国生物技术产业总体水遥遥领先于其他发展中国家。目前在我国生物技术活跃于我国的各个中医药资源领域，例如农业、医药、环保、轻化工等。在提高农牧业、提高人类健康水平和工业产量与质量改善环境的过程中起到了巨大的作用，我国生物技术产业经过近20年的发展取得了快速发展，为我国的社会发展和经济发展作出了重要贡献。目前约500家企业的技术研究涉及了现代生物技术、从业人员超过5万人，其中60%的企业涉及医药生物技术。
2.2 生物工程技术对药用资源所带来的帮助
生物工程技术对中医药资源栽培和保护，可以从两个方面进行，一方面通过工业化组织和器官培养的方法直接生产出植物具有活性的部分来解决工也用药所用植物的资源问题达到节约资源的目的，另一方面通过生物工程方法快速培育优质的种苗 ，与野生抚育和大田栽培相结合，使中医药的种群数量增加。在当前情况下，这两方面的工作是药用植物生 物技术最需要开展的工作。随着工作的不断深入，应该在对基因工程育种和活性成分相关的部分进行更加彻底的研究。产品那个人使该项技术更加的完善。
3 通过生物工程技术来获得药用植物的优质种苗
我们可以采用两种生物技术中的快速繁殖的方法，来快速的获取优质的种苗。第一种方法：通过体细胞胚的途径。第二种方法：利用药用植物的外植体诱导出愈伤组织途径。前者先培育出愈伤组织，然后通过愈伤组织来获得大量的体细胞胚，再由体细胞胚发育成大量的小植株。后者直接用药用植物来培育出愈伤组织，然后用愈伤组织培养出药用植物的根和其他部分。在培育愈伤组织和转移种苗的过程中要特别注意以下几点：
一是选择适合的环境条件来种植所需要的根，在适宜的条件下对植物进行诱导，在这些条件包括培养基、碳源、氮源、植物生长调节剂以及培养的温度和光照等要知道这些具体数据，需要经过很大的摸索。
二是外植体的选择。要选择则生长旺盛，有效成分高的外植体来培养愈伤组织，这样有利于愈伤组织的更好发育。
三是整个生物工程技术生产种苗最为关键的部分就是把培育出来的种苗如何更好地向田间转移，并且转移后能更好的生长。这个过程常在温室内进行 ，需要选择适宜的培育基质和炼苗时间，还有就是适当的施肥和浇水。选好这些条件，对炼苗的过程十分重要。
结语
全世界对药用植物的需求量非常的大，而中国则是最大的药用植物输出国。不仅如此而且药用资源是中国中医药发展的根本，所以说，对于中国来说应用生物工程技术对濒危植物进行保护更加显得十分重要。生物工程技术在药用植物资源上的应用前景主要反映为两个方面，一方面通过生物工程方法快速培育优质的种苗，与野生抚育和大田栽培相结合，达到增加种群数量的目的；另一方面通过工业化组织和器官培养的方法，直接生产药用植物的活性成分，用来解决工业用药用植物的原料问题，达到节约资源的目的。
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作者简介：
关键词 烟草节杆菌K9；发酵培养基；降解烟碱菌剂；响应面分析法
中图分类号 S572；S182 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）09-0289-03
据科学研究分析，烟草烟雾中含有的有毒有害成分高达数百种，包括烟碱、烟焦油、氧化碳、放射性物质等，同时烟草中还含有丙烯醛、氰化钾、甲醛、镍、汞、砷、氨、镉等对人体有致命危害的成分[1-2]。烟碱（尼古丁）是烟草中主要生物碱，卷烟中的尼古丁含量大约为1 mg/支。其具有神经毒性，烟碱对人的神经系统具有刺激作用，同时具有一定的麻痹作用，少量摄入烟碱会产生兴奋感，而大量摄入则会影响大脑皮质的神经活动，导致晕眩、呕吐等不良症状，使人的智力减退；烟碱会引起血管的痉挛症状，还会改变胃液的酸碱度；烟碱可刺激交感神经，引起血管内膜损害；并且因烟碱会增加血液黏度而使血管收缩，增加发生心脏病的几率，严重者甚至导致烟碱中毒死亡。研究表明，成年人摄入烟碱量为40～60 mg即可致死。若将1支雪茄烟或3支香烟所含有的尼古丁注入人的静脉内，3～5 min即可致死。因此，烟草制品中的烟碱含量对吸烟者的健康影响较大。与此同时，烟碱还具有令人可畏的成瘾性，包括生理成瘾性和心理成瘾性。生理成瘾性是指人体在吸入烟草烟雾后，其中的烟碱经过血液循环进入大脑，刺激脑部受体而释放出引起大脑兴奋的多巴胺，而随着刺激的增加，受体的敏感性降低，需要越来越多的烟碱的刺激才能产生兴奋，导致人体对烟草的依赖性增加。若停止吸烟，则血液中烟碱含量降低，导致兴奋度降低，生理降低，从而使人体产生一系列诸如头疼、焦虑、烦躁等不适症状，即产生戒断综合征，这也是戒烟难度较大的重要原因之一。
本文主要研究烟草节杆菌K9对于烟碱的降解培养基优化条件。烟草节杆菌K9[3]是降解烟碱的高效菌株，用NB培养基培养烟草节杆菌K9时，细胞浓度仅能达到7.4×108 cfu/mL左右，故为提高菌体浓度，对培养基进行相应优化，以获得高浓度的烟草节杆菌K9。研究以易于细菌生长的改良培养基为基础，利用单因素实验法对烟碱节杆菌的碳源、氮源和无机盐生长强化因子进行筛选，为研制烟草降碱菌剂奠定基础。
1 材料与方法
1.1 试验概况
本研究于2015年在安徽皖南烟叶有限责任公司技术中心实验室进行。供试菌株为烟草节杆菌K9，为云南省烟草农业科学院微生物实验室保存菌株。
1.2 试验设计与实施
先利用单因素实验方法筛选出K9的碳源、氮源和无机盐离子，再利用响应面法对其培养基进行优化，从而得出培养基最佳成分和浓度。然后进一步用响应面法中的旋转中心组合设计对其进行优化，以获得菌株生长的最佳培养浓度。
2 结果与分析
2.1 降碱菌K9在NB培养基中的生长曲线
以活菌数为衡量标准，每隔3 h取样1次，将样品稀释涂平板，培养48 h，检测活菌数，绘制降碱菌K9在NB培养基中的生长曲线（图1），可以看出降碱菌K9在NB培养基中连续培养48 h，在0～9 h为菌体的延滞期，菌体生长9 h之后进入对数生长期，菌体浓度迅速增长，42 h左右达到最高，为35×108 cfu/mL，48 h之后进入衰亡期。
2.2 降碱菌K9最适培养基的筛选
2.2.1 不同碳源、氮源对降碱菌生长的影响。不同碳源对降碱菌K9生长的影响结果见表1，可知最佳碳源为可溶性淀粉，菌浓度达到7.30×108 cfu/mL。不同氮源对降碱菌的影响结果见表2，可知最佳有机氮源为蛋白胨，菌浓度达到4.97×108 cfu/mL。最佳无机氮源为硝酸铵，菌浓度达到6.94×107 cfu/mL。而不添加氮源物质时降碱菌的生长情况最差，菌浓度仅为1.00×106 cfu/mL。因此，选定可溶性淀粉、蛋白胨和硝酸铵作为最佳的碳源、氮源进行响应面分析试验[1-4]。
2.2.2 不同无机盐离子对降碱菌生长的影响。
（1）无机盐单因子筛选。通过对无机盐培养基中的8种无机盐离子进行逐一筛选发现不同无机盐离子的有无对降碱菌生长的影响各不相同。从表3可知，当无机盐离子中无K2HPO4时菌浓度最小，为2.35×103 cfu/mL，说明该无机盐对降碱菌的生长影响最大，同理分别缺少ZnSO4・7H2O、MgSO4・7H2O、CaCl2、FeSO4・7H2O、MnSO4・5H2O时对降碱菌的生长影响较大。而缺少CuSO4和NaCl时对降碱菌的生长基本没有影响。因此，影响降碱菌生长的无机盐离子有K2HPO4、MgSO4・7H2O、FeSO4・7H2O、CaCl2、MnSO4・5H2O、ZnSO4・7H2O。然后用正交试验来进一步确定每种无机盐的含量[5-9]。
（2）正交试验确定无机盐的含量。通过对不同无机盐离子进行筛选，选取影响降碱菌生长的6种无机盐离子作为优化因素，每个因素选取5个水平，以菌浓度为优化指标按表4进行L25（56）的正交试验，结果见图2。由效应曲线图可以看出K2HPO4和MgSO4・7H2O 2种物质的含量没有达到最大值。
（3）2种主要无机盐进行筛选。选取K2HPO4的含量分别设4个水平，MgSO4・7H2O的含量分别设3个水平如表5所示。然后加入5%的可溶性淀粉和3%的硝酸铵制成100 mL的培养液，并调节pH值至7.2～7.4，装入250 mL的三角瓶中。灭菌后分别接入8%的50 mL菌悬液在150 r/min的摇床上，28 ℃恒温培养48 h后，进行菌落计数[10-12]。
由表5中结果可知，2种无机盐的最佳组合为K2HPO4 0.15 g/L，MgSO4・7H2O 0.125 g/L，此时菌浓度为3.13×106 cfu/mL，远大于其他组合。因此，无机盐离子的最佳浓度为K2HPO4 0.15 g/L，MgSO4・7H2O 0.125 g/L，ZnSO4・7H2O 0.001 5 g/L，FeSO4・7H2O 0.001 g/L，CaCl2 0.005 g/L。
2.2.3 响应面分析优化烟草节杆菌K9培养基。进行K9菌体浓度多元二次模型方程的建立及检验，根据试验设计进行了20组试验，其结果见表6。
表6中，x1=（X1-25）/10；x2=（X2-5）/2；x3=（X3-5）/2。
对试验数据进行二次多项回归拟合，获得K9菌体浓度的二次多项式回归方程为：
Y=35.14-3.37x1+0.69x2-1.06x3-0.46x1x2-3.09x1x3-0.69 x2x3-2.87x12-5.63x22-1.70x32
式中，Y为预测响应值，x1、x2、x3分别为可溶性淀粉、蛋白胨以及硝酸铵的编码值。由K9菌体浓度的二次多项式回归方程得出K9的菌体浓度预测值（表6），方差分析结果见表7。
由表7可知，该模型极显著（P
3 结论与讨论
我国烤烟烟碱的平均含量为3%～4%，不同部位的烟叶中上部烟叶的烟碱含量最高，因而在叶组配方中一般因其烟碱含量较高而难以应用。近年来，随着消费者对自身健康的关注度提高，对于烟草的烟碱含量也有较高的要求。目前卷烟产品正在逐渐向低烟碱含量的方向发展，并且已经出现了许多降低烟草中烟碱含量的技术方法，包括一些农业技术措施及烟叶浸提法等，但是上述降低烟碱含量的技术方法在实施过程中也降低了烟草的综合品质，而应用微生物降解烟碱技术则具有高效且负面作用小的特点，因此研究利用微生物降低烟叶中的烟碱对于国内烟草业的发展具有重要意义。
本研究通过对菌体在NB培养基中的生长曲线的测定发现在NB培养基中菌体的延滞期时间相对较长，进入对数生长期时间也较长，考虑到菌体的最佳生长时间较长，一般为42 h，为了节省细菌培养所需要的时间以及培养细菌材料的使用，本试验采用制作菌悬液直接接入改良培养基中对碳氮源进行筛选。本次试验得到烟碱节杆菌的最佳培养基为无机盐离子（K2HPO4 0.15 g/L，MgSO4・7H2O 0.125 g/L，ZnSO4・7H2O 0.001 5 g/L，FeSO4・7H2O 0.001 g/L，CaCl2 0.005 g/L）+35.0 g/L可溶性淀粉+5.14 g/L蛋白胨+3.73 g/L硝酸铵。在优化试验条件下，得出K9菌体浓度为32.4×108 cfu/mL，比优化前用NB培养基得到的菌浓度（7.4×108 cfu/mL）提高了4.4倍，从而为研究真空冷冻干燥降烟碱菌剂奠定了基础。
由于烟碱的毒性较高，作为高毒性的化合物，能够有效降解烟碱的微生物种类不多。根据目前的研究结果，能够有效降解烟碱的菌类主要包括烟草节杆菌、争论产碱菌、球形节杆菌、噬烟碱节杆菌、恶臭假单胞菌、纤维单胞菌等，同时有相关报道称部分苍白杆菌属的细菌由于可以破坏芳香化合物的结构而具有降解烟碱的作用，但相关验证性试验结果未见报道，其降解烟碱的具体机理、作用及安全效果有待进一步研究。利用部分烟碱降解微生物能够代谢烟碱的生物特点，可以有效降低卷烟以及生活环境中的烟碱含量，全球各地的科研工作者已经开展了大量的相关研究，包括对代谢烟碱微生物的种类、代谢途径、分子生物学原理及酶学进行深入研究。自然界中的烟碱代谢微生物能够以烟碱作为碳源与氮源，其代谢过程是一个复杂的生理、生化过程，主要包括吡啶途径、吡咯途径、脱甲基化途径、吡啶途径与吡咯途径的混合途径等，不同的微生物种类其代谢途径也不同，并且据最新研究发现仍然存在未知的烟碱代谢途径，有待进一步探明。微生物对烟碱进行代谢的过程主要在于烟叶的醇化过程，不仅能降低烟碱的含量，减少刺激性，还能够增加烟草的香气，从而提高烟草的安全性。因此对降解烟碱微生物的研究意义显著[13-20]。
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关键词：发酵工程 教学 改革与实践
“发酵工程”是“轻工技术与工程”一级学科下的二级学科，在很多轻工类、生物工程类、农业类院校甚至综合性院校中设立。作为学科平台课和专业核心课，《发酵工程》是发酵工程、生物工程、微生物学、生物制药、生物化工等多专业的必修课，具有重要的地位。江南大学的发酵工程学科是国家重点学科，具有国家级精品课程《发酵工程》。本课程在江南大学一线老师一代又一代的努力下，从教学内容、教学方法、实践教学等不同方面作了大量的改革与探索，取得了非常突出的成绩，积累了丰富经验。下面就谈一谈这方面的情况。[1]
一、精选教学内容
目前国内同行应用较多的是2006年李艳主编的《发酵工程原理与技术》和2003年姚汝华主编的《微生物工程工艺原理》，这些教材面世时间较长，未能吸收发酵工程领域的最近前沿进展。针对这一情况，江南大学组织专家学者陆续编写了普通高等教育“十一五”国家级规划教材《发酵工程》（徐岩编，2011年出版），“十二五”国家级规划教材《发酵工程原理与技术》（陈坚、堵国成主编，2012年出版）和案例版生物工程系列规划教材《发酵工程》（许赣荣、胡鹏刚主编，2013年出版）。这些教材结合了发酵工程学科的最新研究进展，辅以大量生动案例、图文并茂，能够深入浅出的讲解发酵工程的原理和技术应用。江南大学在生物技术、生物工程、酿酒工程等多个本科专业中开设了《发酵工程》的课程，教务部门要求各一线教师选用最新的精品教材。因此，上述教材的出版为本校教师在教学上提供了关键的蓝本。[2]
《发酵工程》课程内容涉及到微生物的生理活动等知识，以及对微生物进行的理性和非理性改造等理论，同时牵涉到到化工分离单元操作等理论，这些理论在本课程讲授过程中不会非常详细的展开，因此需要学生具备微生物学、生物化学、分子生物学的基本理论知识。因此本校在课程日程上将《发酵工程》安排在上述课程之后，将不同课程相关知识点进行关联，并突出本课程的重点，增强了知识的延续性和交叉性，保证了学生学习效果。
在教学大纲制定上，以发酵过程的微生物学原理为主线，以发酵过程操作为顺序，制定教学计划和进度。在章节安排上，按照这样的顺序进行讲解：发酵过程的生物学和生物化学基础，原料预处理及无菌培养基制备，无菌空气制备，发酵过程控制和优化（包括发酵参数的影响和监测、发酵动力学和把发酵过程建模和优化、分阶段优化等控制技术）以及染菌防治，下游分离提取工艺，同时将固定化细胞发酵、基因工程菌发酵、固态发酵、动植物细胞培养和发酵经济学放在课程最后作为单独专题讲解。这样的讲解程序既讲清了发酵过程的原理和技术，又在顺序上与发酵过程操作程序很匹配，逻辑性很强;同时增加的专题是对前述发酵过程原理和技术的强化，又能引入生动的案例分析，趣味性较强。
二、优化教学方法和教学手段
随着计算机技术的发展，利用多媒体技术与网络教学资源进行课堂教学成为主流教学形式。首先在教学材料上，尽量减少文字，多采用图示、照片、音频和视频的素材，使教学ppt图文并茂、有声有色。与传统板书相比，一方面多媒体教学能减少写字、画图的时间从而提高效率，增加教学内容，特别是对发酵工程这样一门分量较重知识点较多的课程显得尤为重要;另一方面，发酵工程上的很多知识点如发酵设备无法通过文字和语言表达讲解清楚，因此照片甚至视频的出现就能很好解决这个问题;另外，通过不同感官刺激能显著增加学生的学习兴趣和学习效果。
在教学形式上，除了教师讲解以外，还应该增强学生自主学习。根据教学进度定期安排学生进行seminar。形式如下：将班级成员分成多个小组，每个小组由四五人组成，设立组长一名。每个小组根据课堂教师讲解的知识点自由选择案例准备材料，由组长安排分工合作，并上台讲解展示，在此过程中其他组别对其进行提问打分。通过这样一种形式，能够增强学生自主学习能力，学生为了准备材料会查阅很多资料，是对知识点的再次复习过程，同时也是理论结合实际，增强了学习效果。[3]
三、强化实践教学
实践教学是运用所学理论知识到实践过程的一种教学方式，是一种比较直观的教学形式，能强化理论教学效果，对培养学生的创新精神与实践能力有着特殊作用，因此要将实践教学和理论教学结合起来。一是在进行理论教学的同时进行现场参观并讲解等教学形式。江南大学拥有粮食发酵与工艺国家工程实验室、食品科学与技术国家重点实验室等平台，不仅具有发酵领域的各种先进设备和仪器，同时还拥有发酵过程中试车间。在学习理论知识的同时，现场参观、讲解这些设备的操作和实用，能显著增强学生学习效果。二是将实验环节和理论教学环节结合起来。通过精心设计实验内容，将经典的发酵案例和理论教学结合起来，使学生在实验过程中能明白发酵过程的生物学原理，并能熟练掌握发酵操作过程的关键技术。三是实习环节。江南大学和国内外众多发酵型企业保持良好合作关系，如茅台、五粮液、青岛啤酒、中粮等企业，可以安排学生利用暑期实践去工厂进行两个月的实训，熟悉发酵操作过程，巩固了课堂所学的理论知识。[4]
参考文献：
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[2]陈坚，堵国成.发酵工程[M].北京：化学工业出版社，2012
关键词：动物细胞；培养技术；进展
中图分类号： S85 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2011）-02-0178-1
动物细胞培养开始于上世纪初，由胚胎学技术衍生而来。1962年以后其规模开始增大，发展到现在已成为生物制品生产以及基因工程等领域必不可少的工具之一。利用动物细胞培养生产具有较高医用价值的酶、疫苗、单抗和生长因子等，已成为生物医药等高新技术产业的重要组成部分。在大规模培养动物细胞的过程中，最根本的是使培养细胞的条件达到最优化，尽可能降低或消除外界环境对细胞的影响，使细胞维持高存活力和高效表达。
1 细胞最适生长培养基的选择
动物细胞培养基是细胞体外赖以生长、增殖、分化的重要因素。目前，动物细胞大规模培养中已经普遍使用无血清培养基，在此之前使用过天然培养基和合成培养基。无血清培养基在很多方面虽然都显示了极其强大的优势和发展前景，但无血清培养的应用诱发的细胞凋亡也成为了动物细胞无血清培养技术中亟待解决的问题。研究发现，在培养基中加入一些化合物，如金精三羧酸(Aurint ricarboxylic acid, ATA)、抗氧化剂和锌离子等，可阻止因采用无血清培养基而导致的一定程度上的细胞凋亡。
2 生物反应器的选择
2.1 机械搅拌式生物反应器 机械搅拌式生物反应器是一类研制较早、应用广泛的生物反应器，主要包括培养罐、泵、马达、管、阀及仪表等几部分。
2.2 中空纤维管生物反应器 中空纤维管生物反应器的原理是泵动细胞培养液通过成束的合成空心纤维管 (毛细管)，提供了大量的细胞生长表面积，使细胞附着在毛细管内壁上生长，是一类开发较早且一直在改进的生物反应器。
2.3 气升式生物反应器 气升式生物反应器的原理是让气体混合物从底部经喷射管喷入反应器的中央导流管，使得中央导流管侧的液体密度低于外部区域从而形成循环。
2.4 流化床生物反应器 流化床生物反应器的基本原理是培养液通过反应器垂直向上流动形成循环，一直供给细胞必需的营养成分，使细胞得以在微粒中生长，同时，不断加入新鲜培养液并排出代谢废物。
2.5 一次性生物反应器 一次性生物反应器是由FDA认可并经过预先消毒的聚乙烯塑料箱组成，对生物体无害，箱中一部分填充培养基并接种细胞，其他部分是空气。培养过程中空气连续通过整个过滤器进入箱体，同时前后摇动箱体大大提高了培养液里的氧气溶解量，也促使培养液均匀混合。现在常用于培养动物细胞和植物细胞，并非常适合生产病毒。
3 培养用微载体的选择
大多数被培养的动物细胞都是贴壁依赖性细胞，而传统的贴壁依赖性细胞的培养是通过转瓶培养方式获得，其操作繁杂重复，耗费空间和人力，所以在动物细胞的大规模培养中都使用微载体。理想的微载体应用有利于细胞的快速附着和扩展，有利于细胞高密度生长，允许细胞易于脱落。近年来开始使用的多孔微载体可提供大的表面积/体积比率和最大的细胞密度。然而，以该载体培养的一些细胞系却紧紧贴在了微载体内，使其移动能力较差。因此，需要研制一种更好的培养方式，用来改善其表面特性和提高微孔的开放性，从而在增加细胞的移动性的同时提高了细胞贴壁率。
4 培养过程的在线监控
在大规模培养动物细胞中，生物离线取样特别是产物浓度测定需要较长的时间，不能及时反映细胞生存环境中的各种参数变化。因此，在线过程监控就显得非常重要，这样可以创造适合细胞生存的最佳环境，减少培养过程中的污染。到现在为止，在细胞培养过程中已经能对温度、pH值、溶解氧浓度进行在线分析并控制。此外，估测目前和未来生物反应过程中葡萄糖的吸收率和乳搪的生成率的软件也已经研制成功，这使得对细胞大规模培养过程的状态监控更加及时、准确。
5 细胞生长所需的最佳条件
影响细胞培养的主要因素有温度、pH值、CO2、DO、葡萄糖、乳酸、氨、甲基乙二醛、培养基成分等。一般情况下，温度一般为37℃，pH值在7.0-7.4之间，CO2水平为4-10%, DO维持在20-50%，葡萄糖是细胞培养过程中的能量的主要来源，需要维持在一定水平。乳酸、氨、甲基乙二醛等是动物细胞培养中的主要限制因素。在实际应用中，降低甲基乙二醛的浓度是通过降低葡萄糖用量来实现的。
6 动物细胞大规模培养的应用
最近几年，动物细胞培养发展迅猛，能够自由扩大培养并且已经用于工业化生产。许多生物活性物质、疫苗、载体，如药用蛋白质、单克隆抗体、流感疫苗等，都能利用动物细胞大规模培养来获得。这些高技术产品大致可分为：疫苗、干扰素、单克隆抗体、基因工程产品。动物细胞大规模培养技术今后向自动化、精巧化、大型化、高细胞密度、高目的产品产量发展。具体说来，就是开发细胞解离容易、细胞生长性能优良，并可以重复使用的廉价新型MC；研发更大规模的高无菌条件的生物反应器和剪切力较小、混合性能良好的搅拌系统；设计新型培养基以适合于各种体细胞株（系）的无血清、无蛋白培基；优化细胞解离工艺，降低细胞损伤；将其他领域的高、精、尖技术移植于本领域，从而提高大规模培养动物细胞的精巧化、自动化水平。
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关键词：生物净化 有机废气 应用 研究进展
中图分类号：TQ9 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）12（b）-0144-02
工业生产常常会产生大量的有机废气，如不能进行对其进行有效地控制与治理，这些气体必将严重的危害人类的生存环境和健康状况，因此大力开展有机废气的综合治理技术研究已经成为当代世界亟待解决的问题之一。
目前，有机废气的主要治理方法包括吸收法、吸附法、催化转化法等。尽管上述方法具有一定的实操性，然而能耗高等问题也制约着这些方法的应用程度。
生物净化有机废气技术是近年来发展起来的一项用于净化低浓度有机废气的新型技术。经国外众多研究表明，该技术实操性较强，且成本较低，因此是未来用于净化低浓度有机废气的重要方法之一。
为了进一步推动该技术于我国的研究进程，笔者以下将从发展过程、工艺原理、基础理论研究、主要设备及其特点、填料的选择、菌种驯化、工程应用等方面对该技术的研究进展进行综述，此外，还将分析说明其发展中存在的问题，并提出一些建议。
1 生物净化废气技术的发展历程
生物净化有机废气技术的研究始于20世纪50年代，快速发展于80～90年代。德国和荷兰是世界上首批较大规模的应用此项技术用于处理有机废气的国家[1]。日本、美国等地也已广泛开展了该技术的工程应用，而我国对于该技术的研究还很欠缺。
2 生物净化有机废气技术理论研究进展
生物法净化有机废气的实质即利用微生物的生命活动，将废气中的有机组分降解、转化为简单的无机物（CO2、H2O）及细胞质等其它物质。具体而言，在微生物的生长过程中，需要消化吸收碳、氮、磷、氧等营养组分。生物净化法便是通过向生物反应器中投加除待处理废气所含营养物质（即污染物质）以外的营养成分，从而保证微生物主动获取待处理废气中所含的那部分污染物质作为机体生存的营养成分，最终达到去除废气中污染物质的目的。
至今为止，对于生物净化有机废气技术的机理研究，学者们还未形成统一理论。目前，世界上公认影响较大的即荷兰学者奥滕格拉夫（Ottengraf）依据传统的气体吸收双膜理论所提出的生物膜理论（也可定义为“吸收—生物膜”理论）[2]。
3 主要净化装置及特点
目前，国内外主要有机废气生物净化装置包括生物过滤器（biofilter）、生物滴滤器（biotrickling filter/trickling）、生物洗刷塔（bioscrubber）等。其中应用最广泛的是生物滴滤池和滴滤塔。
3.1 生物过滤器
生物过滤器内的固态介质一般使用土壤、堆肥、木屑等。其优点在于：设备少，操作简单，成本低廉（其投资成本约为传统处理技术，如吸附、吸收氧化等技术的1/10），处理效率高等；其缺点在于：反应条件较难控制，占地面积较大，处理效率不够持续稳定、载体使用周期短等，且该工艺不适于处理较高浓度的废气和产酸废气。
3.2 生物滴滤器
在生物滴滤池中，微生物附着于惰性填料的表面并形成生物膜。有机废气从塔底进入反应器后，其中的有机物质则通过微生物的分解、代谢后转化为小分子无机物质，净化后的气体从塔顶排出。其优点在于：设备少、操作简单、压降低、填料不易堵塞、处理效率高等。与生物过滤器相比，生物滴滤法的反应条件更易控制，因而微生物的活性更容易保持。其不足在于：填料比表面较小，运行成本较高，不适于处理水溶性差的化合物，此外结构和操作均比生物过滤器复杂，同时，营养物添加过量还易造成菌体大量繁殖，床层堵塞、压降升高。为此，A.Laurenzis等人[3]在传统的生物滴滤器中安装搅拌装置，以克服这一问题。生物滴滤器的介质可以采用陶瓷、塑料、粗碎石、陶瓷、活性炭、硅藻土等。
3.3 生物洗涤器
生物洗涤器一般是由洗涤器和生物反应器两部分组成，洗涤器主要是物理溶解过程，生物反应器中一般采用好氧处理。该工艺有很多优点，如反应条件容易控制，压降低，填料不易堵塞等；而缺点在于：设备多，需外加营养物，成本较高，填料比表面积小，对液相中菌体生长活动的控制比较困难，限制难溶气体的处理效率等。因此生物洗涤器远不如前两者应用广泛。
3.4 小结
不同成分、浓度及气量的气态污染物，各有其有效的生物净化系统。生物涤气塔适用于处理净化废气量较小、污染物质浓度大、易溶解、生物代谢较慢的废气。对于气量大、浓度低的废气可采用生物滤池处理系统。而负荷较高及污染物降解后会生成酸性物质的，则以生物滴滤池为好。膜反应器和活性污泥法目前使用还比较少，有待进一步的研究。
4 填料的选择
填料是微生物的载体，其性能将直接影响微生物的生长环境，因此国内外研究者对此作了大量研究。
魏在山[4]等人采用不锈钢环、瓷环、陶粒、塑料环、海藻石、轻质陶块、煤渣等作为填料的试验研究，结果表明这七种填料的净化性能顺序为：海藻石>轻质陶块>陶粒>瓷环>不锈钢环>煤渣>塑料环。
孙珮石[5]等对轻质陶块、瓷环、不锈钢环、塑料环4种填料进行实验室选择研究。结果表明：轻质陶块是一种优质廉价的生物滴滤池适宜填料。
Woertz[6]等对聚氨酯泡沫塑料和珍珠岩作填料的性能进行了研究。结果以聚氨酯泡沫塑料为填料的生物滤池取得了更好的处理效果，这种填料同样可以应用于生物滴滤池。
5 菌种驯化
在以往的生物净化有机废气技术研究中，一般采用废水处理所使用的菌群经目标污染物培育驯化后，直接用于有机废气的净化处理，但往往难以达到预期的净化效果，因此培育驯化废气净化专用菌种尤其重要。
陈建孟[7]等人采用假细胞杆菌属GD11菌株对生物滴滤池接种挂膜，成膜后的滴滤池可用来净化二氯甲烷废气，其去除率达97.6%，最适宜的pH值7.0±0.5，温度28.5±2℃，浓度为0.709 g/m3，EBRT为11.8 s。
孙珮石[8]等人用气相培育驯化法培养获得废气净化专用菌种，由其挂膜制作的生物膜填料塔对废气中甲苯进行净化。实验结果表明，气相培养法所得菌种对甲苯的净化性能明显优于液相培养法所得菌种。
6 现存问题及建议
生物净化有机废气技术作为一项清洁、廉价的环境友好型技术在国外已经有近40年的应用历史，但在国内却仍处于起步阶段，且对于各种废气的生物法处理研究发展也很不平衡（目前该技术研究应用大多为含氮、硫的无机气体，对有机气体的实际应用还很少报道）。基于此，笔者建议在以下几个方面进一步深化、拓展有机废气生物净化技术的研究。
（1）目前生物净化废气技术还只适用于低浓度的简单废气，且该技术的研究也大多集中于无机废气领域，对有机废气领域的研究还十分不足，因此建议进一步加强对前人研究较少或没有研究过的对象的研究，同时注重有机混合物及挥发性有机物的研究。总之，应加宽生物处理废气的应用范围。
（2）尽管国内外学者已经在填料方面做了很多研究，但针对废气治理领域的最佳填料还有待探索，因此建议加强重视对不同填料的性能的研究，提高填料的表面性质及其使用寿命。
（3）加强与其它优秀处理技术的结合，同时不断改进设备结构，研究工艺条件，提高废水中污染物的去除效率。开展新型生物反应器处理有机废气过程的局部性能研究，从微观、局部、瞬态角度，从实验、理论及数值模拟三方面揭示生物反应器中局部流体力学、传质及生化反应性能参数的分布规律，为过程模拟优化设计、操作与控制及工程放大提供依据。
（4）对新型高效生物反应器净化有机废气开展中试及工业级试验研究，使其成为新型、高效、经济、实用的有机废气净化新设备、新工艺和新技术。
（5）建议将生物工程技术（如激光诱变技术、基因重组技术、代谢工程、细胞固定化技术等）应用于有机废气处理中，通过传统技术和现代生物技术的结合，开展高效优势微生物菌种的分离筛选以获得高效降解废气中污染物的微生物菌种。
（6）遗传育种、驯化培养及其载体固定化技术研究，适合于特定有机物降解的细菌种类和接种方法有待研究。
尽管经过近20年的发展，以生物过滤器为代表的有机废气生物净化技术已得到了一定程度的工业化应用，但目前各种有机废气生物净化技术仍不同程度地存在不足，有待完善。不过，随着生物工程技术的迅猛发展，化学工程与环境工程学科的进一步交叉、渗透、融合，有机废气生物净化技术必将不断注入新的活力，更好的应用于各个领域。
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关键词：生物工；课堂教学；教学内容；教学方式
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）15-0031-03
本科教育是高等学校生存和运行的主旋律，没有了本科教育，也许高校就不复存在了。时下有不少人认为成功的教育等于中国的基础教育加上美国的高等教育。此语看似过于偏颇，但是也从另一个侧面反映了我国的高等学校教育确实存在着严重的问题。从不同的角度我们都可以发现，现在的高校教育中，教学质量存在下滑的问题：本科的教学内容陈旧，无法适应人才的培养和社会的需要；教学方法落后，课堂教学模式比较单一；教师教学过程照本宣科，教学方式死板等。这些问题很大程度上影响了学生学习的主动性和创造性。当前，许多高校都提出改革的口号，推进教育产业化和市场化，从课程设置以及专业设置的角度对教育体制进行改革，也有不少学校在改革中取得了一些成绩。但是，在教学方法特别是课堂教学改革上进展不大[1]。
一、教学改革的指导思想
随着社会的发展和改革的深化，对于高校毕业生来说，就业的压力越来越大。对于生物工程专业来说，现在的高校毕业生普遍存在着动手能力弱、基础知识不扎实、缺乏创新意识、综合能力不强等问题，如何通过高校教育培养学生的创新意识，提高学生的综合能力摆在了每位高校教育工作者的面前。一方面，教师本身的素质高低决定了其是否能够更好地培养学生自主学习的能力，帮助提高学生的实践能力。另一方面，改变陈旧的教学方法，以提高学生的参与度，使更多的学生能够参与到课堂教育中来也是高校教育改革的迫切任务。生物工程专业要求学生有非常强的工程能力和工程意识，如何提高学生的工程创新能力，是值得我们思考的问题。它要寻求一种行之有效的教学方法或教学模式，从微观的角度找到一个突破口，即进行课堂教学改革。通过课堂教学的改革，使教学方式多样化，教学内容更丰富，使所学知识和本学科研究的最新发展以及社会需要紧密结合。作为教学的对象，接受知识的主体，学生能够在课堂中得到更多的发言和思考实践机会，有利于培养学生的学习兴趣和学习实践能力。研究型教学的根本目的在于创新的教学和学习模式为学生的成才和发展服务。因此，通过改革，学生能够切实地参与本学科研究前沿的某一个课题、某一项研究，增强了自我学习能力，提高自身素质，使学生在毕业后能够更快地融入工作环境。
二、课堂教学改革
1.教学内容实用且紧跟学科前沿。科学研究要求科研人员有非常高的创新意识和创新能力，对于生物工程专业这个与创新紧密结合的专业，每一时每一刻都有新的发现、新的方法出现。如何能够将当前学科的发展前沿与基础理论知识有机地结合到一起是我们基于研究型的课堂教学改革的首要任务。跟据目前教学内容进行全面提升，我们采取了注重新和精的原则，及时将本学科的最新研究成果、前沿发展动态引入到课程教学中，提出一些尚未解决的新问题给学生供其思考，借以激发学生的创新思维和创造性学习的能力。作为一名高校的教师，教学是教师的本业也是基础，当今许多高校存在两种不同体制，将科研与教学分开，这是不正确的。高校教师决不能脱离科研而单纯搞教学，单纯搞科研而不参加教学的教师无法将他的研究成果授予学生，而单纯搞教学的教师无法及时地接收该学科发展的前沿动态，无法给学生提供学科前沿进展，只有长期参加科研实践的教师，才能使自己讲课的内容更加贴近实际，更具有前沿性，更加生动，具有独创性和启发性。生物工程是一个与科学研究联系非常紧密的学科，科研不仅可以激发教师的想象力和创造力，还可使教师掌握国内外相关领域的研究动态和研究热点，掌握多种研究方法和先进仪器的使用，培养科学探索精神，从而极大地丰富自己的教学内容。这样学生就可以潜意识地掌握科学研究的方法，养成科学研究的习惯，培养学生科学研究的精神。教师要经常深入工厂，了解生产实际问题，设立研究课题帮助企业提高生产效率。这样，教师在教学中就能够利用生产实践中生动的例子来授课，可大大激发学生的学习兴趣，培养学生解决实际问题的能力[2]。随着现代科学技术的迅猛发展，科学知识是几何级数增长的，这对学生来说压力越来越大。近年来学校在教学的学时上不断地减少，但是课堂的教学内容却与日俱增，因此矛盾越来越突出。尤其是实验性学科，实验课要求有理论课作为支撑。针对理论课教学学时减少、教学内容多的矛盾，我们在教学内容上进行了调整。以加强通识教育、强化基础课程教育为基础，拓宽学生的专业口径，在专业基础课程如生物化学、分子生物学等课程中融入学科前沿理论知识，使学生掌握最前沿的专业基础理论及工程基础理论知识，提高学生的适应能力，增强学生就业的灵活性。通过加强学生的专业基础、工程学基础和基本技能训练，培养基础扎实，可在生物工程、轻工技术与工程、食品科学与工程、生物医药工程、环境工程等众多工程学科专业领域一展身手的创新型生物工程人才。生物工程专业课程中存在许多交叉课程，如生物化学课程中会涵盖部分分子生物学课程内容，发酵工程课程中涵盖微生物课程内容，这就要求教师在教学中注意避免与相关学科课程的重复，节约学时，同时也要注意突出重点，保持知识的系统性和连贯性。一位优秀的教师首先要懂得如何对教学内容进行合理的取舍。另一方面，正是由于各个专业基础课程之间存在不同程度的交叉，要求教师在授课时，注意与不同学科之间知识点的联系，帮助学生将不同课程之间的知识点进行有效地联系，提高学生的学习效率。这样不仅逐渐培养了学生对一门课程知识点的提炼、分析，而且也培养了学生对不同课程之间知识点的归纳、综合能力，也有助于学生对后续课程的学习。
2.课堂教学提倡理论与实践结合。21世纪生物技术迅猛发展，增加了对应用型人才和工程技术人员的大量需求，特别是对生物技术上下游结合、产学研结合的高水平人才的需求。因此，这就要求高校为社会和经济建设发展培养应用型的生物工程专业人才。但是至今为止，大多数生物工程专业毕业的本科生只有理论知识，没有生产实践经验，需要很长一段时间的实践才有真正投入生产。虽然目前我国科学家已经在国际先进技术及生物工程领域有了一席之地，也取得了一系列令人瞩目的成绩，但谈到直接产业化相关的生物技术、生物工程下游技术，中国现阶段的发展水平与国际先进水平相比仍存在很大差距[3]。这一方面与我国的许多科研工作者缺乏工程意识有很大关系，另一方面是因为国内各高等院校生物工程学科的教学和科研条件良莠不齐，教学理念比较落后，教学方式方法无法国际接轨，培养出来的大学生普遍缺乏创新意识，使得我国生物工程产业缺少自主开发核心技术的高端专业人才。根据课程教学改革问卷调查结果显示，95.5%以上的学生倾向于理论与实践相结合的教学方法，希望能走出课堂，走进企业，增加实践动手能力的机会。通过在教学过程中设计不同的层次实践教学以加强学生动手能力，提高学生创新素质。第一层次以验证性实验为主；第二层次以综合性实验为主；第三层次以开放性和创新性实验为主。通过鼓励学生自己申请立项进行实验，侧重培养学生的创新能力，使他们获得从事本学科科学研究的初步能力。通过我校大学生创新计划等各项培养学生创新实践能力的项目，给予学生独立完成或以小团队形式完成某项科学研究项目的机会，锻炼学生实际操作能力和实践能力4]。为培养生物工程基本理论、基础知识扎实，工程意识强、有较强实验技能，能在科研机构、企业以及学校从事科学研究和工作的生物工程高级专门人才，我们不断加强与行业内龙头企业联系，建立校外实践教学基础与实习基地。我校发酵工程优势学科与青岛啤酒集团、百威英博啤酒集团、江苏大富豪啤酒有限公司等共建学生企业实习基地，这些实习基地不仅为学生提供了很好的企业工作环境，而且由于企业本身也有良好的科研环境，如青岛啤酒集团建有国家唯一的啤酒研究国家重点实验室，为学生提供高水平的科研平台，帮助学生将理论与实践很好地结合起来。我院生物工程专业学生尤其是发酵工程专业的学生都有机会到对口企业进行一段时间的实习，得到感性认识，进一步深化其理论知识的学习。学生通过实习，把理论与实践相结合，丰富了专业知识，提高了分析问题和解决问题的能力，积累了工作经验，增强了适应社会的能力，为毕业后从事本专业工作打下了基础。生产实习基地也与学校实现了双赢。同样，教师的理论与实践相结合的能力直接决定了课堂教学质量的高低，应当根据教学体系和课程体系的教学需要培养和引进理工结合的高层次人才。在学科建设经费和学院的支持下，对年轻教师特别是非生物背景或非工科背景的教师进行了全方位的培养，学院先后派出年轻教师50余人次到相关的食品厂、啤酒厂、酶制剂厂等进行实习锻炼和学习。通过这种方式，显著地提高了教师的实践能力，在课堂教学的过程中这些能够非常自然地将理论与实践结合到一起，同时兼顾了本学科的发展前沿和动态，显著地提高了课堂教学的效果。
3.双向交流式课堂教学模式。多年来我国的高校教育基本上都是采用单向型的教学模式，学生“填鸭式”地被动接受知识，虽然有过许多的改革，但都没有从根本上解决这种“灌输式”的课堂教学模式，这与信息化的时代背景下科学技术迅猛发展的趋势极不相称。学生在学校学习的时间是非常短暂的，获得的知识是非常有限的，更多的是要在今后的实际工作中学，到社会大课堂中去学。因此，大学教育中教师一方面要将知识传授给学生，更重要的是培养学生如何主动获取知识的能力。不仅要授之以鱼，更重要的是授之以渔。现在的大学课堂普遍还是采用传统的教学方法，教师讲学生听，同时，由于教学资源的短缺，大多数专业基础课的讲授都采用大班上课的形式，在这种大班上课的课程中，这样灌输式的教学方式会导致绝大部分的学生打瞌睡、上网玩手机。一方面，我们减少了大班上课的课程，将大班分解成小班，在可能的情况下做到小班上课，提高学生的课堂注意力。另一方面，在课堂教学中，采取互动式、研究式的教学模式，教师在课堂上设置提问环节，或是专题讨论等教学手段，有效地调动学生学习的积极性，使学生能够跟随教师的教学思路，引导学生主动思考和学习。教学中，将教师的以教为主转移到学生的以学为主的轨道上来，促进学生学习方式的转变。即变被动接受式学习为主动探究式学习，把学习的主动权交给学生，充分挖掘学生的学习潜能。在教学方式的改革上，我们主要是在一些专业基础课（细胞生物学、生物化学、微生物学、分子生物学）和专业课（发酵工程、生化分离）中大量引入讨论和研究等方式，欢迎学生随时打断教师讲课来提问，活跃课堂气氛，使教学方法生动活泼。充分调动学生学习积极性，精简课程内容，改变在以往教学中唯恐讲不完、讲不全的做法，课堂中尽量讲得少、讲得精，留更多时间给学生课外去学习、研究。改革教学方法，采用学生自学辅导、提问、讨论等方式，将传统的单一灌输式教学改变为灵活多样、注重培养学生自学能力的教学方式，调动学生学习主动性，以取得更好的教学效果。课堂时间有限，因此，根据本学科的特点，在课堂结束之前可先把下一次课要讨论的科学问题在课件上展示，学生分组进行准备，带着问题自主学习教材，查阅文献等相关资料，了解并总结该专题的国内外研究进展、新成果、新热点和发展趋势等，撰写报告，通过电子邮件与教师进行交流。在下一次课堂上，每个小组的学生分别展示本小组学习讨论的结果，并进行各组之间的讨论，培养学生自主学习的能力。当然，这些科学问题需要教师事先精心设计，能够充分体现学习目标，同时锻炼学生的创新能力。通过这种方式使学生从被动学习转变为主动求知，扩大学生的知识面，培养学生的综合能力和自学能力，提高学生的文献检索能力和专业外语水平[5]。在信息技术飞速发展的今天，基本上所有学校都采用了多媒体教学的方式，但这也只能满足有限的课堂教学的需求。网络课堂成为了一种新型的课堂教学方式。借助于网络，学生与教师的交流更方便、更流畅。尤其是在一些需要实际操作的课程中，例如科技文献阅读课程，该课程是生物工程专业学生非常重要一门的专业课，也是学生以后从事科学研究的必要工具。采用网络教学的方式，教师可以给学生实时展示如何利用网络数据库来查找所需要的文献，同时也能够使学生在课堂中集中精力，提高学习兴趣。另外，网络课程也是网络教学的重要组成部分。网络课程内容非常丰富，涵盖了教学信息展示板块、课程展示板块、课外学习板块、师生互动板块、教学质量评价板块等。通过网络教学、网络讨论、网上答疑、师生信箱、教学评价等手段，增加师生之间的互动，增加了大量的新技术、新成果等资料，弥补课堂教学时间有限的缺点，扩大学生的知识面，大大地提高了教学的效果和质量。
21世纪的生物工程要求高校学生有较高的综合工程能力，在生物技术高速发展的背景下，新技术、新方法和新设备层出不穷，新的研究热点和学科不断涌现。为适应21世纪培养科技型、创新型、应用型生物工程专业人才的要求，在课堂教学中应更多地注重培养学生的理论与实践结合能力，培养学生的科学研究思维，提高学生的实际操作能力以及创新能力。改进教学内容，改革教学模式，推进人才培养与社会生产实践相结合。
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【关键词】壳聚糖；表面活性剂；研究及发展
壳聚糖是一种阳离子型聚电解质天然多糖，壳聚糖表面活性剂无毒、无公害，易于降解，不污染环境，同时具有良好的物理、化学性能。壳聚糖主要存在于甲壳素中。而甲壳素广泛存在于虾、蟹和昆虫的外壳中。壳聚糖又称壳多糖、可溶性甲壳质，是甲壳素脱去乙酰基的产物。
1、壳聚糖的表面活性
虽然壳聚糖自身没有很大的疏水基团，但在一定的pH值范围内，氨基质子化程度降低，从而壳聚糖分子链就表现出了疏水性。可通过酰化、羟基化、氰化、醚化、烷基化、酯化、酰亚胺化、成盐、螯合、水解、卤化、接枝与交联等反应，可制备壳聚糖类衍生物[1、2]。隋卫平等[3]将壳聚糖进行亲水和疏水改性，合成了（2-羟基-3丁氧基）-丙基羟丙基壳聚糖。结果表明，壳聚糖本身没有活性，但疏水改性后有具有明显的表面活性。
2、壳聚糖类表面活性剂的研究
壳聚糖的研究与开发已经涉及到很多领域壳。壳聚糖分子中存在羟基和氨基，可以通过对羟基和氨基进行化学改性，从而来改善其溶解性能[4]。范金石[5]通过壳聚糖降解水溶性――壳低聚糖为原料，分别与烷基缩水甘油醚、脂肪酰氯和环氧丙基长链烷基二甲基氯化铵反应得到了三个不同系列的新型壳低聚糖衍生物，而且涵盖了所有的表面活性剂――非离子型、阴离子型、阳离子型三类，再对合成的低聚糖表面活性剂的溶解性、表面活性、乳化性能、起泡性能、增溶性能等物理化学性能进行了深刻的研究。
3、壳聚糖类表面活性剂的发展趋势
壳聚糖类表面活性剂属于糖类表面活性剂，表现出良好的表面活性。该类表面活性剂无毒，无公害，有良好的pH稳定性能、抗氧化性能，因此可完全其应用于化妆品配方和食品中。用于发用制品能保持头发的光泽、柔软、易梳理和抗静电；用于化妆品中，能使皮肤具有良好的调理性能；因此可将其用于保湿润肤液、香波、浴乳、洗面奶等洗涤化妆品中。此外壳聚糖表面活性剂是纯天然的表面活性剂，具有良好的表面活性、乳化性、吸湿保湿性、增溶性、抗菌性等性质，可以在洗涤、医药、食品、化妆品、纺织印染、石油、环保等多种领域中得到广泛应用。
1）在食品上的研究进展
1.1壳聚糖可作为食品添加剂使用。由于壳聚糖本身无毒无害的优利特点，使壳聚糖可以作为食品添加的首选材料。在牛奶中加入适量的壳聚糖可以促性肠道杆菌的发育，从而间接促进乳糖酶的生长，因此更好的被人体吸收；此外食品中加入壳聚糖还可以畅通排毒效果[6]。
1.2壳聚糖在肉制品保鲜上的应用。在研究壳聚糖对肉类保鲜的研究时，最终发现一定质量分数范围和不同浓度的壳聚糖都有效对猪肉进行保鲜，最后达到肉类保鲜的效果[7、8]。
2）在生物工程方面的研究进展
Liu[9]等利用壳聚糖修饰电极测定神经传递素代谢物3，4一羟基苯乙酸，这种方法的特点是响应时间快，灵敏度高。Nishimura等研究对甲壳素衍生物的研究发现该衍生物可增强免疫系统功能；同时还发现壳聚糖硫酸酯还具有具有抗凝活性[10]。
3）在纺织工业的研究进展
随着我国经济的发展和人们对抗菌织物认识的提高，抗菌织物越来越受欢迎。因为壳聚糖具有生物降解性和生物兼容性，是非溶出型抗菌剂。因此在纺织工业发展前景很大。壳聚糖可作为织物的整理剂、上浆剂、印染助剂等使用，具有柔软性、耐燃、防静电、防霉等特点[11]。
4）在工业上的研究进展
由于我国具有丰富的甲壳素资源，有巨大的甲壳素、因此壳聚糖产品越来越受关注。而在有机硅中掺杂这壳聚糖的表面活性剂具有很好的催化性能。由于此种表面活性剂表面张力低，乳化作用大，润湿性好，增溶性能好，而且起到很好的起泡、稳泡和抑泡作用，现在已广泛于纺织、化妆品、涂料、农业化学品、医药、机械加工等行业。
5）在农业方面的研究进展
壳聚糖溶液可以减轻消除玉米的黑穗病，蒋挺大等[12]证实了：利用壳聚糖较强的抗菌能力，可将壳聚糖与蛋白混合来作为土壤的改良剂，这种改良剂易于可降解，可作为优质的肥料使用。有机硅壳聚糖表面活性剂对于农药技术带来根本性变革。此类表面活性剂可促进农药制剂附着、润湿、铺展及渗透能力，对农作物有关键作用。由于此类表面活性剂易于降解，因此减少农药的残余量，节省水源[13、14]。
4、市场前景及发展前途
壳聚糖作为一种无毒无害，易降解的纯天然生物有机资源。受到世界诸多国家科研工作者的广泛关注。例如：在日本，壳聚糖类食品作为唯一一种功能型保健食品；而欧洲及美国的营养学界则把壳聚糖称作六大要素（蛋白质、脂肪、糖类、维生素、无机盐和壳聚糖）之一，并且大量研制以壳聚糖为主要原料的保健食品，现以投放到市场中。
而我国拥有丰富甲壳素资源，发展壳聚糖产业具有得天独厚的优势。经年来，随着各国对壳聚糖的认识不断提高。研究不断深化，壳聚糖已应用于许多领域中，其中化妆品、食品工业等行业对壳聚糖的需求日益加快；壳聚糖在医药、化工、造纸、农业、环保、轻纺等领域中正在得到广泛的应用。
小结
随着人们生活水平的提高，表面活性剂已成为人们生活中不可或缺的日用品，而表面活性剂的种类也日益变得越来越多。表面活性剂的改性也成为所有研究人员研究方向。而壳聚糖表面活性剂是新型的，绿色的表面活性剂。具有性能优良、易生物降解、高效、安全等特点。
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1?低氧诱导因子1（hypoxia inducible factor 1，HIF-1）
HIF-1是20世纪90年代初，在研究低氧诱导的促红细胞生成素（erythropoietin，EPO）基因表达时，从细胞核提取物中发现的，是一种关键的平衡氧稳态和调节缺氧反应的转录因子[3]。在细胞低氧应答反应中起核心作用，其中PHD-VHL-HIF 轴有细胞氧平衡中心调控者的作用[4-5]。
2?SUMO（small ubiquitin-related modifier）
蛋白质修饰在细胞行为和个体生理活动中起着极其重要的作用，相关研究是近年来生物医学研究的热点之一。泛素化修饰是最广泛的蛋白翻译后修饰之一，参与了包括蛋白转运、降解、细胞信号调控等诸多细胞生物学过程。细胞内蛋白质泛素化系统的调控和作用机制极为复杂，泛素连接酶底物的鉴定更是研究的关键点和瓶颈。泛素化与其他翻译后修饰间的相互调控也已成为当前生命科学的研究热点[6]。通过对SUMO蛋白3种亚型的研究，发现SUMO-1在哺乳动物的缺氧应激反应中有着重要的作用。本课题将重点围绕SUMO-1缺氧应激反应的机制来研究SUMO与高原低氧和HIF-1的关系。
3?SUMO化与高原低氧
SUMO是一类结构与泛素类似的小分子蛋白，底物分子与SUMO共价结合的过程叫做SUMO化（SUMOylation）。SUMO与泛素在氨基酸序列上虽然只有18%相同，但在二级结构上有惊人的相似。因此SUMO化与泛素化途径基本相似，不同的是，SUMO化本身是一个动态可逆的过程，它并不促使蛋白质降解，反而是加强蛋白质的稳定或调节蛋白在细胞内的定位和分布，以及影响蛋白质的转录活性[7]。
通过SUMO-1在细胞核内定位等方法，已有实验结果表明，低氧能够上调SUMO?1的表达[8]。而细胞对高原缺氧应激的直接反应之一是在细胞内积聚低氧诱导因子-1，由此猜想SUMO蛋白对HIF?1的表达具有调控作用。那么SUMO对HIF-1有怎样的调控作用，又是怎样发挥作用的呢？
4?SUMO化调控HIF?1稳定性及机制
目前发现，SUMO化可通过竞争性抑制泛素化通路，提高多种核内蛋白质的稳定性。HIF?1发生SUMO化的靶点在HIF-1α亚基的氧依赖降解区域（oxygen-dependent degradation domain，ODDD）的Lys391，Lys477，Lys532上。同时ODDD也是乙酰化和羟基化作用的靶点，经乙酰化和羟基化修饰后的HIF?1可被pVHL识别并经泛素?蛋白酶体途径完成降解。
5?SUMO对HIF转录活性的影响
薛庆於等[8]利用筛选和建立的稳定表达SUMO?1细胞系，通过低氧培养，证明了在低氧应激过程SUMO-1可以稳定或者上调HIF-1α。即应用一系列不同缺失突变体的VEGF?Luc报告质粒分别转染HEK293细胞、得到稳定表达GFP和GFP-SUMO-1的HEK293细胞，并进行低氧和常氧培养。在低氧应激培养条件下，SUMO-1可以明显上调HIF?1的转录活性，而且这种转录上调的机制是通过促进HIF-1与低氧反应元件（hypoxia response element，HRE）的结合产物。相反，在去SUMO化酶SENP1缺陷的 MEF细胞，低氧处理几乎不积累HIF-1α[13]。
通过研究催化SUMO修饰的酶来研究SUMO与HIF-1的内在关系， SUMO化是一个动态的过程，即由SUMO修饰所特异的E1，E2和E3酶来催化，可逆反应则由一组被称为SENP的SUMO特异性蛋白酶来完成[14-16]。至今已鉴定了6个存在于人体细胞中的SENP家族成员，每一个成员具有不同的细胞内定位和底物特异性[17]。虽然对其生化特性进行了大量研究，但SENP在参与的细胞生命活动过程中的作用并未十分了解。早前，有研究认为SUMO与大量底物（或者酶作用物）的结合可调节从酵母到哺乳动物的众多细胞反应过程。大多数SUMO靶位点在细胞核中，包括转录因子、转录调节因子和染色体重构因子，这些蛋白质经SUMO化修饰可以改变其在细胞的定位和生物学活性[18]。田华等[19]研究显示，在大鼠肺动脉中度缺氧暴露后的SUMO化HIF-1α，通过VEGF的HIF-1α靶基因的转录，改善缺氧引起的肺动脉高压。SUMO化调节HIF1α活性有利于创伤愈合中血管新生。
6?展望
低氧可以上调SUMO-1的表达，SUMO-1并不引起靶蛋白降解，而是通过翻译后修饰，保护蛋白免受泛素化降解、影响细胞内的定位和蛋白与蛋白之间的相互作用。由SUMO-1介导的HIF-1α的翻译后修饰，可以调控HIF-1α的稳定性，并参与细胞内信号通路的调节[20]。但这种增强通过何种机制实现，有待进一步研究。尽管关于SUMO化修饰对HIF?1α稳定性和转录活性的影响结果仍存在争议[21]，可以肯定的是：SUMO化可使HIF?1的转录活性发生改变。我国西藏高原地区，低气压、低氧分压，易引起人体缺氧，导致高原病发生。在高原适应者机体会出现无氧代谢能力增强、毛细血管数量和密度增加等一系列与低氧诱导因子激活有关的适应性改变。由于HIF-1生成减少或降解增加是许多高原病的产生的原因，在高原低氧适应中的作用巨大，深入研究SUMO与高原低氧和H IF的关系显得极为重要，HIF-1α SUMO化可能是治疗高原病的分子靶点。另外HIF-1与肿瘤的发生、发展密切相关，抑制HIF?1活性可能是治疗癌症的良策。相信对高原低氧、SUMO蛋白和低氧诱导因子关系的日渐阐明，将为认识低氧性疾病和肿瘤的机制及治疗提供新的观点和措施，为临床医学、高原医学和航天医学做出重要贡献。
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关键词：蚕沙；甜叶菊渣；蚯蚓粪；育苗基质；西瓜
随着现代设施农业的快速发展，各种瓜果、蔬菜育苗工厂大量出现，对育苗基质的需求量也明显增加[1-5]。目前大部分育苗基质多采用泥炭或岩棉等材料配制而成，成本相对较高，加上泥炭和岩棉均为不可再生资源，目前已限制开采。如何利用地方各种废弃物资源生产育苗基质技术与产品的开发研究，已成为现代高效农业可持续发展的一个重要前提，相关产品及生产、使用技术研究与开发已经取得不少进展[6-12]。近年来，推荐使用蚯蚓粪替代泥炭等自然资源来配制作物育苗基质的研究报道已有不少[13-16]。初步试验研究表明，本地养蚕业废弃物蚕沙具有养分齐全、有效性高、活性物质丰富等优点；制糖业废弃物甜叶菊渣富含纤维素、半纤维素和少量木质素等有机物质，质地疏松，通透性良好；各种养殖场废弃物经蚯蚓转化产生的蚯蚓粪为多孔团粒结构，物理、化学和生物学性状优良。将以上三者按一定比例混合，再添加少量蛭石，可配制成通气持水、养分平衡、理化性状优良的复合育苗基质。该技术由东台市富春园瓜果蔬菜专业合作社、扬州瑞华环境与生物工程研究所有限公司与扬州大学联合研发，扬州瑞华环境与生物工程研究所有限公司试制生产。为检验其在西瓜育苗中的应用效果，笔者于2012年1～2月，设2个配方的复合基质与2种市售基质共4个处理进行大棚西瓜育苗试验，以期为西瓜工厂化育苗提供育苗基质产品及其相关育苗技术。
1 材料与方法
1.1 供试材料
西瓜品种为苏蜜西瓜，由江苏省农业科学院蔬菜所提供。播种前先晒种，剔除不饱满的种子后，用洁净的纱布包裹好，放在0.05%的高锰酸钾溶液中浸泡4小时，取出用清水冲洗，沥干水，备用。ESEV复合基质，由东台市富春园瓜果蔬菜专业合作社与扬州大学联合研制，扬州瑞华环境与生物工程研究所有限公司配制，蚕沙-甜叶菊渣-蚯蚓粪-蛭石配比包括ESEV1和ESEV2 2种（已申请国家发明专利）。作对照用的2种市售基质分别为江苏省淮安生产的“淮农”基质（CK1）和山东省寿光生产的“盛禾”基质（CK2）。
1.2 试验方法
试验于2012年1月12日～2012年2月15日在扬州大学实验农场盆栽试验场塑料大棚中进行。试验设2种复合基质与2种市售基质共4个处理，各处理6次重复。采用50孔标准穴盘直播，每穴播1粒，播种深度0.5cm，播后覆盖蛭石，浇透水，摆放在大棚中水泥苗床上。
1.3 测定项目
调查出苗时间、齐苗时间、出苗率、成苗率；播后35d（定植前）调查株高、茎粗、地上部干重和鲜重、地下部干重和鲜重。按下面公式计算壮苗指数：壮苗指数=茎粗（cm）/株高（cm）×全株干重（g）。
2 结果与分析
2.1 ESEV基质对西瓜出苗、成苗的影响
西瓜在播种4d后出苗，齐苗时间为6～9d。播种于ESEV基质中的西瓜齐苗时间为7～9d，播种于CK1基质中的西瓜齐苗时间为6～7d，播种于CK2基质中的西瓜齐苗时间为6～8d。西瓜在ESEV1和ESEV2基质中的出苗率分别为89.6%、88.2%，在CK1和CK2基质中的出苗率分别为87.7%、88.2%。西瓜在ESEV1和ESEV2基质中的成苗率分别为88.7%、87.9%，在CK1和CK2基质中的成苗率分别为87.1%、87.3%。4 个处理的出苗率、成苗率均无显著差异（表1）。
2.2 ESEV基质对西瓜苗生长的影响
2.2.1 西瓜苗的株高与茎粗。对各处理西瓜苗的株高和茎粗进行了测定，由表2可以看出，试验中ESEV基质育出的西瓜苗，株高、茎粗与CK1基本接近，都高于CK2，株高高出5.1%～8.1%，茎粗均高出10%以上。
2.2.2 西瓜苗的生物学产量。各处理西瓜苗的生物学产量的测定结果见表3，ESEV基质育出的西瓜苗的地上部鲜重和干重、地下部鲜重和干重，以及全株鲜重和干重均显著高于CK2，而与CK1差异不大。
2.2.3 ESEV基质对西瓜苗壮苗指数的影响。对各处理西瓜苗的壮苗指数进行计算，从表4可以看出，ESEV基质所育瓜苗的壮苗指数同样与CK1差异不显著，但都高于CK2在20%以上。
3 小结
（ 1） 将养蚕业废弃物蚕沙和制糖业废弃物甜叶菊渣经发酵可获得富含养分与有机质的腐熟物料；利用蚯蚓对各种养殖场废弃物进行转化产生多孔团粒结构，物理、化学和生物学性状优良的蚯蚓粪。将以上物料按一定比例混合，再添加少量蛭石，可配制成通气持水、养分平衡、理化性状优良的西瓜育苗基质。
（ 2） 从西瓜幼苗的生长来看，由于ESEV1基质不仅含有丰富的养分，而且有良好的通透性，可以较好地满足西瓜幼苗30～35d苗期生长对水、气、养分的需要，因此在西瓜育苗期间不需追肥。CK2基质可能由于养分不足或不够平衡，在生长到2周时幼苗出现黄化、生长缓慢现象。从对西瓜苗期生长的影响来看，ESEV1基质培育的西瓜幼苗表现为长相均匀、叶色浓绿、植株健壮、易于培育西瓜壮苗。
（ 3） 综合西瓜出苗、成苗、壮苗等情况，试验所用ESEV1、ESEV2、CK1和CK2 4种基质均适于西瓜穴盘育苗，易于培育壮苗。鉴于ESEV生产成本低廉，又有利于当地废弃物无害化、减量化和资源化，建议在进一步验证其效果的基础上，予以大面积推广使用。
（收稿：2012-12-02）
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