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開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇生物工程研究進展，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
人類對野生藥用植物資源不加限制地開采使得其遺傳多樣性受到了嚴重的破壞，藥用植物的大規模規范化種植不僅可有效緩解這一矛盾，同時還能解決中藥材產品加工過程中與質量不穩定因素有關的諸多問題。傳統的育種方法結合分子標記輔助育種技術已培育出了許多優質的中草藥品種，在藥用植物組織培養和利用遺傳轉化等生物工程技術改造其活性成分的代謝途徑等方面也取得了很大的進展。為了進一步推廣藥用植物的規范化種植，還亟需對中草藥市場需求進行合理地預測以及正確引導人們對草藥制品的消費觀念。
【關鍵詞】 生物工程； 藥用植物； 商業化種植
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
據世界衛生組織估計，在發達國家人們日常消費的保健類產品中，中草藥來源的占了近80％，它們所使用的植物原料絕大部分依賴于野生的自然資源。在全世界近5萬種藥用植物中，將近1/5物種的生存正在受到威脅，其中由于人類無節制地開采而接近滅絕的物種有熊果Arcostaphylos uva-ursa、卡瓦胡椒Piper methysticum和光果甘草Glycyrrhiza glabra等［1］。
藥用植物的供求矛盾引起了人們對藥用物種遺傳多樣性降低和生境退化的不斷關注，雖然通過加強監管可以對某些物種提供一定程度的保護，但更加可行的辦法是對藥用植物進行大規模的規范化人工種植。人工種植還為生物工程技術在中藥材產品加工過程中的應用提供了舞臺，如鑒定藥材原料的質量、檢測基因型和表型變異、提高藥材有效成分的穩定性、控制有毒和污染物含量等。這不僅有利于種植者根據市場需求合理地調整栽培對象和實現定量生產，還可獲得質量穩定的產品。在歐美等國，包括銀杏Ginkgo biloba和貫葉連翹Hypericum perforatum在內的一些市場銷量較高的品種，其野生資源受到的威脅反而最小，原因就在于它們都已進行了大規模的人工種植。對于一些當前還不太引人關注的品種進行投資，尤其是那些多年生的物種，為了降低潛在的市場風險，對未來市場的需求進行預測也是非常必要的。
1 藥用植物栽培技術
較低的發芽率和對生境的特別要求使得許多藥用植物的栽培十分困難，這也對種植者的專業技能提出了更高的要求。發芽率較低通常是由于種子受到機械損傷或真菌感染而引起的，這一問題可通過提供最適的保藏條件來解決，例如在對西洋參Panax quinquefolium生長條件的研究中發現，使用改進的土層保護方法進行處理可明顯提高種子的發芽率和生長速度，且在任何時候均可發芽。另外，對于那些常規條件下很難培育的品種，采用人工授粉和液體培養的方法對它們的成功種植往往起到非常關鍵的作用，
2 優良品種的選育
傳統育種技術在藥用植物品種的改良方面有著廣泛的用途。最近，一種激光斑點（Laser speckle）技術被用于在植物生長早期對期望的性狀進行測定，這是一種通過比較激光照射前后種子表面所產生斑點的差異而對其活性進行預測的方法，該項技術的使用可顯著縮短育種所需的時間［2］。育種者通過預先對接近于期望標準的基因型進行篩選，還可對藥用植物中活性和毒性成分的含量進行控制，從而達到了簡化分離工藝和降低生產成本的目的。
遺傳標記輔助育種是傳統作物育種技術的延伸，它以檢測與性狀直接相關的等位基因或與之緊密連鎖的DNA序列為基礎，可在早期就鑒別出期望的基因型從而加速育種的過程。隨著水稻和擬南芥全基因組測序計劃的完成，以及以苜蓿、番茄和白楊樹為代表的一些模式物種的基因組資源的快速增長，為比較遺傳學技術在作物育種中的應用提供了機會。研究者可利用不同物種中功能基因DNA序列的相似性，將某一個物種的DNA探針用來鑒定近緣物種基因組中同源的序列，從而達到快速鑒定功能基因及與之連鎖的遺傳標記的目的。
至今，利用分子標記對藥用植物進行改良的報道仍相對較少，成功的例子如：AFLP和微衛星標記在大麻遺傳育種［3］和法醫鑒定［4］中的應用；利用ISSR分子標記技術研究藥用植物野生或栽培種群的遺傳多樣性；Mandolino［5］對大麻酯（Cannabinoid）生物合成途徑中兩個關鍵酶的基因序列進行了測定； Delabays等利用青蒿素（Artemisinin）的遺傳特性，開發出了其特異的分子標簽（Molecular tags）用于標記輔助育種。有理由相信，隨著比較基因組學研究的進一步深入，還將對藥用植物的研究和開發產生更加普遍的影響。
3 農藝性狀的改造
通過改造DNA序列來調控植物的基因表達在當前已有一定的研究基礎，抗除草劑、抗蟲、抗病等轉基因品種的開發仍然是當前藥用植物生物工程研究中的重要領域之一。有報道，Choi等［6］通過轉化膦絲菌素（Phosphinothricin）乙酰轉移酶基因，獲得了抗除草劑雙丙氨膦（Bialaphos）和固殺草（Glufosinate）的轉基因顛茄Atropa belladonna。Punja等［7］利用原生質體融合技術還得到了抗殺蟲劑的龍葵Solanum nigrum和抗真菌病害的西洋參。
此外，生物工程技術在調控植物的生長發育方面也有廣闊的利用價值。Lee［8］將根瘤膿桿菌的rol基因轉入到蒲公英中，明顯提高了其微繁的毛狀根培養物的發育速度；Kang等在蒿屬Artemisia植物中表達細菌ipt基因，不僅促進了其內源的植物細胞分裂素等一系列激素的生成，還提高了葉綠素和青蒿素的產量。
4 活性成分含量的控制
對一般的農作物進行基因調控的首要目標是改造與疾病抗性和生長發育有關的農藝學特征，而對于藥用植物來說，通過改造其生物合成途徑而提高活性成分的含量則處于最重要的地位。Stevenson等用根瘤膿桿菌基因轉化薄荷的毛狀根培養物，不僅提高了其毛狀根中必需油成分的含量，還增強了其抵抗真菌感染的能力。其它在藥用植物上成功應用的例子還包括罌粟、蒲公英、紫杉、紫錐菊（Echinacea）、玄參和毛地黃（Digitalis）等［9］。
為了提高藥效、降低有毒物質的含量和提高收獲物中化學成分的穩定性，有必要對藥用植物的生長條件進行嚴格地控制。植物中次生代謝物的累積與溫度、光照（如抗氧化劑）、協迫（如脯氨酸）、感染（如類黃堿素Flavanoids）和食草（如生物堿）等外界因素的影響有密切的關系。例如，在高加索生長的顛茄中生物堿的含量為1.3％，瑞典生長的只有0.3％；陰生的胡椒薄荷Mentha piperata中必需油的總量及其薄荷醇的含量均比光照條件下生長的要低；與較高溫度條件下生長的罌粟相比，較低溫度下生長的罌粟中含有更多的嗎啡，而生物堿的含量卻低些。另外，次生代謝物的累積還與土壤中的微生物群落和營養成分有關。
提高活性成分的含量是藥用植物遺傳控制的首要目標，但是目前人們對活性化合物生物合成途徑的了解還很少，只有為數不多的合成酶的基因被分離出來，這對應用途徑工程技術進行藥用植物育種提出了嚴峻的挑戰。Zhang等［10］通過過量表達東莨菪堿（Scopolamine）生物合成途徑中催化兩個限速反應的合成酶的基因，使得天仙子Hyoscyamus niger毛狀根培養物中該化合物的產量提高了將近9倍；Robbins等［11］將天仙子中編碼莨菪堿羧化酶的基因轉化到顛茄中，也使得東莨菪堿（前體物為莨菪堿）的產量明顯提高；Chitty［12］在篙屬植物中通過過量表達法尼基（Farnesyl）二磷酸合成酶的基因而將青蒿素的產量提高為原來的3倍。在針對催化某一特定限速反應的酶的研究中，利用轉錄因子能夠開啟和關閉整個次級代謝途徑的性質對其進行遺傳改造，已經成為了一種新的研究藥用植物途徑工程的思路。
5 問題與展望
藥用植物作為藥物使用最大的吸引力之一在于它的“純天然”性質，由此也產生了兩種極端的看法：一部分人理所當然地認為它是安全的和最好的，另一部分人則認為用基因工程技術對農作物進行改造是非常“不符合自然規律的”，后者則體現在許多消費者對轉基因植物的恐懼和排斥上。即使不考慮此類由轉基因植物所帶來的潛在的生態風險，消費者仍然有權利拒絕接受與以轉基因為代表的生物工程技術有關聯的任何藥用植物產品。
另外還有一個常被人忽視的問題是，隨著藥用植物人工種植技術的推廣，其對應的野生資源也將具有更高的商業價值，因而對其進行的破壞性挖掘活動可能會更加嚴重。此外，在藥用植物種質資源的保護及其知識產權的歸屬等方面也有許多棘手的問題有待解決。
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關鍵詞:馬鈴薯；組織特異性；啟動子；PCR
隨著基因工程技術的迅猛發展及日趨成熟，該技術在植物遺傳育種及性狀改良等應用方面日益顯示出極高的價值。啟動子基因工程載體的主要構成原件，是調控基因表達的“開關”，對外源基因的表達水平影響很大，無論是基礎研究還是應用研究，人們都希望能夠充分利用啟動子來準確控制外源基因在植物體內的表達[1～4]。組織特異性啟動子又稱為器官特異性啟動子，在該啟動子調控下，外源基因的表達一般只發生在某些特定的器官或組織部位，并往往表現出發育調節的特性。其最大的優點是它所啟動的外源基因在受體中僅在需要的部位特異表達，從而克服了組成型啟動子啟動的外源基因在受體植物中非特異、持續、高效表達所造成的浪費，增加轉基因的效果[5]，因此人們對特異性啟動子的研究和應用越來越重視[5～8]。基于此，該研究開展了馬鈴薯塊莖組織特異性啟動子GBSS的克隆及序列分析，為下一步實現外源目的基因在馬鈴薯塊莖中的特異表達奠定基礎。
1 材料與方法
1.1 試驗材料
隴薯3號馬鈴薯試管苗，由延安大學生命科學學院提供。試劑 pEGM-T vector購買于北京澤平科技有限責任公司。限制性內切酶、連接酶、Taq酶均購自上海生物工程公司；寡核苷酸引物由上海生工生物技術公司合成；其他生化試劑和常規試劑均為國產分析純。
1.2 試驗方法
①馬鈴薯總DNA的提取 取馬鈴薯試管苗葉片，采用CTAB法[9]提取馬鈴薯總DNA。
②目的片段的擴增 在Genebank中查找已公布的馬鈴薯塊莖patatin啟動子序列并利用Oligo 6.0軟件設計PCR擴增引物命名為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為模板，G1、G2作引物，在25 ?滋L的反應體系（含Taq酶緩沖液、dNTP、Taq酶）中，95℃ 5 min、95℃ 40 s、54℃ 50 s、72℃ 60 s擴增30個循環，72℃保溫10 min。取5 ?滋L PCR擴增產物進行電泳檢測，將擴增的單一條帶進行回收。
③PCR產物與T載體的連接及鑒定 取上述PCR回收產物與T載體連接，采用熱激法轉化大腸桿菌DH5α，并進行藍白斑篩選，將經PCR鑒定的陽性質粒DNA用SacⅠ、XhoⅠ進行雙酶切鑒定，將所得陽性重組子命名為pGEM-TG，并送往上海生物工程公司測序。
④序列分析 序列同源性分析采用DNAman軟件完成，啟動子序列調控元件分析利用植物順勢調控元件數據庫PLACE[10]和PlantCare[11]完成。
2 結果與分析
2.1 目的片段的擴增結果
以馬鈴薯總DNA為模板擴增所得產物經1%瓊脂糖凝膠電泳檢測，得到大小約為600 bp的DN段（圖1），條帶單一、整齊、明亮。
2.2 重組質粒的PCR檢測及酶切鑒定
以初步篩選出來的質粒DNA為模板進行PCR擴增及經SacⅠ/XhoⅠ雙酶切后電泳檢測，均獲得大小約為600 bp的單一明亮條帶（圖2），片段大小與預期一致，表明外源DN段已經連接到T載體上。
2.3 測序結果
將所克隆的馬鈴薯啟動子與Genebank中的馬鈴薯GBSS啟動子序列進行對比分析表明（圖3），克隆到的序列大小為599 bp，與Genebank中已公布GBSS啟動子序列的同源性為99.67%，說明GBSS啟動子區序列呈現高度保守。
3 小結與討論
我們所克隆的馬鈴薯塊莖組織特異性啟動子大小為599 bp，片段內AT堿基含量較高，占59.6%。采用PLACE及PlantCare在線數據庫對其進行預測分析，結果顯示（圖3）：整個序列共有5個CAAT-box，分別在54，119，145，486 bp及578 bp處出現。CAAT-box一般決定著啟動子的起始頻率，5個CAAT-box表明該序列可能有較高的啟動頻率。561 bp處有TATA-box（TTTTA），其功能是保證轉錄得以精確起始；在207 bp及461 bp處分別有AT1-motif和12 bp回文序列，為馬鈴薯塊莖光效應的順式作用元件；在69 bp處有淀粉酶基因5'-上游保守序列（TAACAAA）；在239 bp處有種子儲藏蛋白基因啟動子核心序列（CTAACAC）；457 bp處有CTCTT結構，該序列具有根瘤細胞組織特異啟動活性保守序列；515~535 bp處有6個CACT磷酸烯醇丙酮酸羧基酶基因順式調控元件。以上序列分析表明，克隆的片段不僅具有完整的啟動子表達調控元件，還具有可能與組織特異性相關的特異序列（如TAACAAA、CTAACAC、CTCTT及CACT等序列），而這些特異序列可能是基因特異表達所必須
的[10～12]。
在植物基因工程研究中，利用組織特異性啟動子不僅能使目的基因的表達產物在一定器官或組織部位積累，增加區域表達量，同時也可以避免植物營養的不必要浪費，并表現出發育調節的特性。Iglesias A A等[13]試驗表明，將組成型表達的花椰菜花葉病毒啟動子和大腸桿菌ADPG焦磷酸化酶 （AGPP）的表達載體轉入馬鈴薯植株中，淀粉的顆粒形態發生了變化，顯微鏡下可以看到淀粉顆粒出現了裂痕，但在馬鈴薯塊莖特異表達啟動子patatin的控制下，淀粉形態卻沒有發生任何改變。而對馬鈴薯品質的改良，歸根結底是對貯藏器官――塊莖中的基因表達進行調控，因此，我們已經克隆到的patatin基因啟動子及本次克隆到的GBSS啟動子，將作為一種重要的順式作用元件，為其在馬鈴薯品質改良的基因工程研究中進一步應用奠定基礎。
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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 )
[關鍵詞] 森林病蟲害 防治 可持續控制
[中圖分類號] S763 [文獻標識碼] A [文章編號] 1003-1650（2017）02-0096-01
保護森林環境和促進林業發展是國家生態建設永恒的主題。林業的可持續發展在生態建設中占有重要位置。森林病蟲害防治是實現林業可持續發展的重要保證。本人對森林病蟲害發生特點、防治研究進展，展望森林保護的發展趨勢，提出初步建議。
1 森林病蟲害發生和危害有逐漸加重的趨勢
樹木從苗木、幼樹到成林，以及采伐后的木材及木材制品，整個個過程中有多種害蟲為害。目前，隨著全球氣候變暖及大面積人工純林的增加，森林蟲害的發生、傳播蔓延和危害有加劇的趨勢。在加拿大的紐芬蘭省，1977―1985年，僅云杉色卷蛾Choristoneura/102Uerana的為害就造成黑云杉死亡的林木蓄積達300萬公頃，相當于紐芬蘭島針葉樹總蓄積量的15%。在美國和加拿大，舞毒蛾Lymantriadispar、黃杉毒蛾Orgyiapseudotsugata的為害使大面積林木葉子被食，造成樹木直接死亡或樹勢衰弱，導致小蠹蟲、天牛等周期性害蟲發生。由松褐天牛Monochamusspp.傳播的松材線蟲病，從美國傳播到中國，已導致大面積松林枯死，造成了嚴重的經濟損失。
2 防治特點
2.1 病蟲害綜合防治技術得到了普遍應用
采用化學藥劑、營林措施、天敵等綜合防治技術得到了普遍應用，從最初的“審慎地利用選擇出的化學藥劑，并與非化學物及方法相結合……”發展到現在的“利用具有選擇性的殺蟲劑和植物性殺蟲劑，利用基因工程技術培育的抗蟲品系，天敵的釋放，化學信息物質的測定、合成與保護和利用天敵”等方法與措施的利用，害蟲綜合防治技術得到了普遍應用。
2.2 信息技術廣泛應用于森林昆蟲監測
計算機已廣泛應用于森林害蟲的預測預報、決策支持系統的建立、綜合管理的決策模型以及信息管理上。GIS、RS、GPS、紅外攝影技術、航空錄像技術，在美國和加拿大已用于森林病蟲害和火災的檢測監測上，大大提高了森林病蟲害的管理水平。克服了大面積、大范圍森林病蟲害調查困難的問題，不但可以調查出病蟲害發生的面積、方位，而且能夠監測出其發生為害程度以及病蟲害的種類，為進一步的防治奠定了基礎。
2.3 生物工程技術研究進展迅速
利用生物工程技術已將Bt殺蟲基因導入樹木中，獲得了多種毒性蛋白得到表達的抗食葉害蟲的植株，如歐黑12楊等。利用DNA指紋技術進行森林昆蟲的分類，尤其是一些相似種的鑒定。
為了解決天敵昆蟲對化學農藥敏感的問題，目前，已將某些昆蟲的抗藥性基因轉入天敵昆蟲體內，提高了天敵的抗藥性，增強了天敵的競爭力、寄生力和捕食力。
2.4 生物防治M一步加強
生物防治是森林害蟲持續控制的有效方法，主要利用害蟲的病原微生物病毒、細菌、真菌，利用捕食性和寄生性天敵昆蟲，以及益螨、寄生性線蟲、立克次體和原生動物等。已有12個國家商品化生產赤眼蜂用于防治農林害蟲。我國東北地區，森林病蟲害生物防治最成功的范例是通過人工大量繁殖赤眼蜂對落葉松毛蟲進行生物防治。
2.5 利用昆蟲發育調節劑防治害蟲
昆蟲發育調節劑（insectgrowthregulators）是生物體合成的化合物，分為3大類：（1）激素類似物，如保幼激素（juvenilehormoneanalog）、脫皮激素（ecdysoneanalog）；（2）酶抑制劑（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。酶抑制劑類型的藥物主要有滅幼脲類（如滅幼脲1號 diflubenzuron），近年來，它們的使用一直在增加，防治舞毒蛾，65%的防治面積用的是滅幼脲。
2.6 化學信息素的利用
昆蟲信息素作為綜合管理的一種手段，主要用來探查害蟲種類，監測發生數量，大量用于誘集，調節害蟲的種群數量，或使用迷向法干擾破壞害蟲正常的生活行為習性。在鱗翅目和膜翅目的食葉害蟲的防治中用的最多。美國和加拿大已合成了65種森林害蟲的性信息素用于防治上。德國、瑞典和加拿大已分離鑒定出了14種小蠹蟲的化學信息素。現在，美國、德國及北歐和北美洲許多國家利用多漏斗小蠹蟲誘捕器誘殺林間和貯木場的小蠹蟲，大大降低了小蠹蟲的種群數量。
3 森林病蟲害可持續控制技術展望
3.1 將把著眼點放在整個森林生態系統的管理上，通過改善、保護和增加森林生態系統的多樣性，提高森林中昆蟲的多樣性，使害蟲種群數量維持在很低的水平上。
3.2 先進的科學技術將應用于病蟲害的預測預報。準確預測預報害蟲的發生發展情況，利用多種先進的控制技術對病蟲害進行控制。
3.3 生物防治在害蟲防治中將占主導地位。通過天敵與寄主害蟲及林木之間關系的揭示，使天敵發揮對害蟲的長期、持久的控制作用。
3.4 抗蟲育種將取得新的進展。將會培育出抗多種害蟲的轉基因樹木品種，并不斷解決新出現的害蟲抗性問題。
3.5 生物工程技術將在害蟲防治中發揮作用。利用生物工程技術，構建具有殺蟲效力高、殺蟲速度快、轉化性強的生物工程菌用于害蟲的防治。
參考文獻
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關鍵詞：生物工程技術，藥用植物資源，瀕危植物
引言
生物工程是以生物學的理論和技術為基礎，聯合化工、機器、電子計算機等現代工程技術，充分運用分子生物學的最新成就，以生產大量有效代謝產品或施展它們獨特生理功能的一門新興技術。中國的中醫藥資源非常的豐富，但是國內外的需求量過大，導致中醫藥資源短缺問題日趨嚴重。
1 當前我國藥用植物資源現狀
1.1 中國藥用資源種類豐富
中國是醫藥資源非常豐富的國家。從古代開始，便對中醫藥的培養栽培有著重大的發現，而且歷史悠久，曾有“伏羲嘗百藥”、“神農嘗百草”等記載。雖都屬于傳說，但由此可見中醫藥的利用是在人們日常生活中逐漸積累出來的。我國地域遼闊，跨越了多個季節帶，對中醫藥的種植栽培有著很好的環境條件。全國已知種子植物約有25700種，很多植物都具備了藥用價值，藥用植物約11800種，20世紀80年代，經過調查發現我國的藥用植物大多數都是野生資源。比如人參、杜仲、銀杏等為我國所特有的野生藥用資源。
1.2 我國藥用資源的分布
由于地域的自然條件、氣候類型、植物區系和自然資源的差異，我國的藥用資源分布也有很大的差異性。藥用資源地區分布從多至少依次為西南和中南地區（50～60%）、華東和西北地區（30%左右）、東北和華北地區（10%左右）。中醫藥資源的地形分布最多的為高原和山地，其次是丘陵區，之后是中原區。
2 我國生物工程發展現狀
2.1我國生物技術產業發展現狀
我國生物技術產業總體水遙遙領先于其他發展中國家。目前在我國生物技術活躍于我國的各個中醫藥資源領域，例如農業、醫藥、環保、輕化工等。在提高農牧業、提高人類健康水平和工業產量與質量改善環境的過程中起到了巨大的作用，我國生物技術產業經過近20年的發展取得了快速發展，為我國的社會發展和經濟發展作出了重要貢獻。目前約500家企業的技術研究涉及了現代生物技術、從業人員超過5萬人，其中60%的企業涉及醫藥生物技術。
2.2 生物工程技術對藥用資源所帶來的幫助
生物工程技術對中醫藥資源栽培和保護，可以從兩個方面進行，一方面通過工業化組織和器官培養的方法直接生產出植物具有活性的部分來解決工也用藥所用植物的資源問題達到節約資源的目的，另一方面通過生物工程方法快速培育優質的種苗 ，與野生撫育和大田栽培相結合，使中醫藥的種群數量增加。在當前情況下，這兩方面的工作是藥用植物生 物技術最需要開展的工作。隨著工作的不斷深入，應該在對基因工程育種和活性成分相關的部分進行更加徹底的研究。產品那個人使該項技術更加的完善。
3 通過生物工程技術來獲得藥用植物的優質種苗
我們可以采用兩種生物技術中的快速繁殖的方法，來快速的獲取優質的種苗。第一種方法：通過體細胞胚的途徑。第二種方法：利用藥用植物的外植體誘導出愈傷組織途徑。前者先培育出愈傷組織，然后通過愈傷組織來獲得大量的體細胞胚，再由體細胞胚發育成大量的小植株。后者直接用藥用植物來培育出愈傷組織，然后用愈傷組織培養出藥用植物的根和其他部分。在培育愈傷組織和轉移種苗的過程中要特別注意以下幾點：
一是選擇適合的環境條件來種植所需要的根，在適宜的條件下對植物進行誘導，在這些條件包括培養基、碳源、氮源、植物生長調節劑以及培養的溫度和光照等要知道這些具體數據，需要經過很大的摸索。
二是外植體的選擇。要選擇則生長旺盛，有效成分高的外植體來培養愈傷組織，這樣有利于愈傷組織的更好發育。
三是整個生物工程技術生產種苗最為關鍵的部分就是把培育出來的種苗如何更好地向田間轉移，并且轉移后能更好的生長。這個過程常在溫室內進行 ，需要選擇適宜的培育基質和煉苗時間，還有就是適當的施肥和澆水。選好這些條件，對煉苗的過程十分重要。
結語
全世界對藥用植物的需求量非常的大，而中國則是最大的藥用植物輸出國。不僅如此而且藥用資源是中國中醫藥發展的根本，所以說，對于中國來說應用生物工程技術對瀕危植物進行保護更加顯得十分重要。生物工程技術在藥用植物資源上的應用前景主要反映為兩個方面，一方面通過生物工程方法快速培育優質的種苗，與野生撫育和大田栽培相結合，達到增加種群數量的目的；另一方面通過工業化組織和器官培養的方法，直接生產藥用植物的活性成分，用來解決工業用藥用植物的原料問題，達到節約資源的目的。
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作者簡介：
關鍵詞 煙草節桿菌K9；發酵培養基；降解煙堿菌劑；響應面分析法
中圖分類號 S572；S182 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）09-0289-03
據科學研究分析，煙草煙霧中含有的有毒有害成分高達數百種，包括煙堿、煙焦油、氧化碳、放射性物質等，同時煙草中還含有丙烯醛、氰化鉀、甲醛、鎳、汞、砷、氨、鎘等對人體有致命危害的成分[1-2]。煙堿（尼古丁）是煙草中主要生物堿，卷煙中的尼古丁含量大約為1 mg/支。其具有神經毒性，煙堿對人的神經系統具有刺激作用，同時具有一定的麻痹作用，少量攝入煙堿會產生興奮感，而大量攝入則會影響大腦皮質的神經活動，導致暈眩、嘔吐等不良癥狀，使人的智力減退；煙堿會引起血管的痙攣癥狀，還會改變胃液的酸堿度；煙堿可刺激交感神經，引起血管內膜損害；并且因煙堿會增加血液黏度而使血管收縮，增加發生心臟病的幾率，嚴重者甚至導致煙堿中毒死亡。研究表明，成年人攝入煙堿量為40～60 mg即可致死。若將1支雪茄煙或3支香煙所含有的尼古丁注入人的靜脈內，3～5 min即可致死。因此，煙草制品中的煙堿含量對吸煙者的健康影響較大。與此同時，煙堿還具有令人可畏的成癮性，包括生理成癮性和心理成癮性。生理成癮性是指人體在吸入煙草煙霧后，其中的煙堿經過血液循環進入大腦，刺激腦部受體而釋放出引起大腦興奮的多巴胺，而隨著刺激的增加，受體的敏感性降低，需要越來越多的煙堿的刺激才能產生興奮，導致人體對煙草的依賴性增加。若停止吸煙，則血液中煙堿含量降低，導致興奮度降低，生理降低，從而使人體產生一系列諸如頭疼、焦慮、煩躁等不適癥狀，即產生戒斷綜合征，這也是戒煙難度較大的重要原因之一。
本文主要研究煙草節桿菌K9對于煙堿的降解培養基優化條件。煙草節桿菌K9[3]是降解煙堿的高效菌株，用NB培養基培養煙草節桿菌K9時，細胞濃度僅能達到7.4×108 cfu/mL左右，故為提高菌體濃度，對培養基進行相應優化，以獲得高濃度的煙草節桿菌K9。研究以易于細菌生長的改良培養基為基礎，利用單因素實驗法對煙堿節桿菌的碳源、氮源和無機鹽生長強化因子進行篩選，為研制煙草降堿菌劑奠定基礎。
1 材料與方法
1.1 試驗概況
本研究于2015年在安徽皖南煙葉有限責任公司技術中心實驗室進行。供試菌株為煙草節桿菌K9，為云南省煙草農業科學院微生物實驗室保存菌株。
1.2 試驗設計與實施
先利用單因素實驗方法篩選出K9的碳源、氮源和無機鹽離子，再利用響應面法對其培養基進行優化，從而得出培養基最佳成分和濃度。然后進一步用響應面法中的旋轉中心組合設計對其進行優化，以獲得菌株生長的最佳培養濃度。
2 結果與分析
2.1 降堿菌K9在NB培養基中的生長曲線
以活菌數為衡量標準，每隔3 h取樣1次，將樣品稀釋涂平板，培養48 h，檢測活菌數，繪制降堿菌K9在NB培養基中的生長曲線（圖1），可以看出降堿菌K9在NB培養基中連續培養48 h，在0～9 h為菌體的延滯期，菌體生長9 h之后進入對數生長期，菌體濃度迅速增長，42 h左右達到最高，為35×108 cfu/mL，48 h之后進入衰亡期。
2.2 降堿菌K9最適培養基的篩選
2.2.1 不同碳源、氮源對降堿菌生長的影響。不同碳源對降堿菌K9生長的影響結果見表1，可知最佳碳源為可溶性淀粉，菌濃度達到7.30×108 cfu/mL。不同氮源對降堿菌的影響結果見表2，可知最佳有機氮源為蛋白胨，菌濃度達到4.97×108 cfu/mL。最佳無機氮源為硝酸銨，菌濃度達到6.94×107 cfu/mL。而不添加氮源物質時降堿菌的生長情況最差，菌濃度僅為1.00×106 cfu/mL。因此，選定可溶性淀粉、蛋白胨和硝酸銨作為最佳的碳源、氮源進行響應面分析試驗[1-4]。
2.2.2 不同無機鹽離子對降堿菌生長的影響。
（1）無機鹽單因子篩選。通過對無機鹽培養基中的8種無機鹽離子進行逐一篩選發現不同無機鹽離子的有無對降堿菌生長的影響各不相同。從表3可知，當無機鹽離子中無K2HPO4時菌濃度最小，為2.35×103 cfu/mL，說明該無機鹽對降堿菌的生長影響最大，同理分別缺少ZnSO4?7H2O、MgSO4?7H2O、CaCl2、FeSO4?7H2O、MnSO4?5H2O時對降堿菌的生長影響較大。而缺少CuSO4和NaCl時對降堿菌的生長基本沒有影響。因此，影響降堿菌生長的無機鹽離子有K2HPO4、MgSO4?7H2O、FeSO4?7H2O、CaCl2、MnSO4?5H2O、ZnSO4?7H2O。然后用正交試驗來進一步確定每種無機鹽的含量[5-9]。
（2）正交試驗確定無機鹽的含量。通過對不同無機鹽離子進行篩選，選取影響降堿菌生長的6種無機鹽離子作為優化因素，每個因素選取5個水平，以菌濃度為優化指標按表4進行L25（56）的正交試驗，結果見圖2。由效應曲線圖可以看出K2HPO4和MgSO4?7H2O 2種物質的含量沒有達到最大值。
（3）2種主要無機鹽進行篩選。選取K2HPO4的含量分別設4個水平，MgSO4?7H2O的含量分別設3個水平如表5所示。然后加入5%的可溶性淀粉和3%的硝酸銨制成100 mL的培養液，并調節pH值至7.2～7.4，裝入250 mL的三角瓶中。滅菌后分別接入8%的50 mL菌懸液在150 r/min的搖床上，28 ℃恒溫培養48 h后，進行菌落計數[10-12]。
由表5中結果可知，2種無機鹽的最佳組合為K2HPO4 0.15 g/L，MgSO4?7H2O 0.125 g/L，此時菌濃度為3.13×106 cfu/mL，遠大于其他組合。因此，無機鹽離子的最佳濃度為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 響應面分析優化煙草節桿菌K9培養基。進行K9菌體濃度多元二次模型方程的建立及檢驗，根據試驗設計進行了20組試驗，其結果見表6。
表6中，x1=（X1-25）/10；x2=（X2-5）/2；x3=（X3-5）/2。
對試驗數據進行二次多項回歸擬合，獲得K9菌體濃度的二次多項式回歸方程為：
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為預測響應值，x1、x2、x3分別為可溶性淀粉、蛋白胨以及硝酸銨的編碼值。由K9菌體濃度的二次多項式回歸方程得出K9的菌體濃度預測值（表6），方差分析結果見表7。
由表7可知，該模型極顯著（P
3 結論與討論
我國烤煙煙堿的平均含量為3%～4%，不同部位的煙葉中上部煙葉的煙堿含量最高，因而在葉組配方中一般因其煙堿含量較高而難以應用。近年來，隨著消費者對自身健康的關注度提高，對于煙草的煙堿含量也有較高的要求。目前卷煙產品正在逐漸向低煙堿含量的方向發展，并且已經出現了許多降低煙草中煙堿含量的技術方法，包括一些農業技術措施及煙葉浸提法等，但是上述降低煙堿含量的技術方法在實施過程中也降低了煙草的綜合品質，而應用微生物降解煙堿技術則具有高效且負面作用小的特點，因此研究利用微生物降低煙葉中的煙堿對于國內煙草業的發展具有重要意義。
本研究通過對菌體在NB培養基中的生長曲線的測定發現在NB培養基中菌體的延滯期時間相對較長，進入對數生長期時間也較長，考慮到菌體的最佳生長時間較長，一般為42 h，為了節省細菌培養所需要的時間以及培養細菌材料的使用，本試驗采用制作菌懸液直接接入改良培養基中對碳氮源進行篩選。本次試驗得到煙堿節桿菌的最佳培養基為無機鹽離子（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硝酸銨。在優化試驗條件下，得出K9菌體濃度為32.4×108 cfu/mL，比優化前用NB培養基得到的菌濃度（7.4×108 cfu/mL）提高了4.4倍，從而為研究真空冷凍干燥降煙堿菌劑奠定了基礎。
由于煙堿的毒性較高，作為高毒性的化合物，能夠有效降解煙堿的微生物種類不多。根據目前的研究結果，能夠有效降解煙堿的菌類主要包括煙草節桿菌、爭論產堿菌、球形節桿菌、噬煙堿節桿菌、惡臭假單胞菌、纖維單胞菌等，同時有相關報道稱部分蒼白桿菌屬的細菌由于可以破壞芳香化合物的結構而具有降解煙堿的作用，但相關驗證性試驗結果未見報道，其降解煙堿的具體機理、作用及安全效果有待進一步研究。利用部分煙堿降解微生物能夠代謝煙堿的生物特點，可以有效降低卷煙以及生活環境中的煙堿含量，全球各地的科研工作者已經開展了大量的相關研究，包括對代謝煙堿微生物的種類、代謝途徑、分子生物學原理及酶學進行深入研究。自然界中的煙堿代謝微生物能夠以煙堿作為碳源與氮源，其代謝過程是一個復雜的生理、生化過程，主要包括吡啶途徑、吡咯途徑、脫甲基化途徑、吡啶途徑與吡咯途徑的混合途徑等，不同的微生物種類其代謝途徑也不同，并且據最新研究發現仍然存在未知的煙堿代謝途徑，有待進一步探明。微生物對煙堿進行代謝的過程主要在于煙葉的醇化過程，不僅能降低煙堿的含量，減少刺激性，還能夠增加煙草的香氣，從而提高煙草的安全性。因此對降解煙堿微生物的研究意義顯著[13-20]。
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關鍵詞：發酵工程 教學 改革與實踐
“發酵工程”是“輕工技術與工程”一級學科下的二級學科，在很多輕工類、生物工程類、農業類院校甚至綜合性院校中設立。作為學科平臺課和專業核心課，《發酵工程》是發酵工程、生物工程、微生物學、生物制藥、生物化工等多專業的必修課，具有重要的地位。江南大學的發酵工程學科是國家重點學科，具有國家級精品課程《發酵工程》。本課程在江南大學一線老師一代又一代的努力下，從教學內容、教學方法、實踐教學等不同方面作了大量的改革與探索，取得了非常突出的成績，積累了豐富經驗。下面就談一談這方面的情況。[1]
一、精選教學內容
目前國內同行應用較多的是2006年李艷主編的《發酵工程原理與技術》和2003年姚汝華主編的《微生物工程工藝原理》，這些教材面世時間較長，未能吸收發酵工程領域的最近前沿進展。針對這一情況，江南大學組織專家學者陸續編寫了普通高等教育“十一五”國家級規劃教材《發酵工程》（徐巖編，2011年出版），“十二五”國家級規劃教材《發酵工程原理與技術》（陳堅、堵國成主編，2012年出版）和案例版生物工程系列規劃教材《發酵工程》（許贛榮、胡鵬剛主編，2013年出版）。這些教材結合了發酵工程學科的最新研究進展，輔以大量生動案例、圖文并茂，能夠深入淺出的講解發酵工程的原理和技術應用。江南大學在生物技術、生物工程、釀酒工程等多個本科專業中開設了《發酵工程》的課程，教務部門要求各一線教師選用最新的精品教材。因此，上述教材的出版為本校教師在教學上提供了關鍵的藍本。[2]
《發酵工程》課程內容涉及到微生物的生理活動等知識，以及對微生物進行的理性和非理性改造等理論，同時牽涉到到化工分離單元操作等理論，這些理論在本課程講授過程中不會非常詳細的展開，因此需要學生具備微生物學、生物化學、分子生物學的基本理論知識。因此本校在課程日程上將《發酵工程》安排在上述課程之后，將不同課程相關知識點進行關聯，并突出本課程的重點，增強了知識的延續性和交叉性，保證了學生學習效果。
在教學大綱制定上，以發酵過程的微生物學原理為主線，以發酵過程操作為順序，制定教學計劃和進度。在章節安排上，按照這樣的順序進行講解：發酵過程的生物學和生物化學基礎，原料預處理及無菌培養基制備，無菌空氣制備，發酵過程控制和優化（包括發酵參數的影響和監測、發酵動力學和把發酵過程建模和優化、分階段優化等控制技術）以及染菌防治，下游分離提取工藝，同時將固定化細胞發酵、基因工程菌發酵、固態發酵、動植物細胞培養和發酵經濟學放在課程最后作為單獨專題講解。這樣的講解程序既講清了發酵過程的原理和技術，又在順序上與發酵過程操作程序很匹配，邏輯性很強;同時增加的專題是對前述發酵過程原理和技術的強化，又能引入生動的案例分析，趣味性較強。
二、優化教學方法和教學手段
隨著計算機技術的發展，利用多媒體技術與網絡教學資源進行課堂教學成為主流教學形式。首先在教學材料上，盡量減少文字，多采用圖示、照片、音頻和視頻的素材，使教學ppt圖文并茂、有聲有色。與傳統板書相比，一方面多媒體教學能減少寫字、畫圖的時間從而提高效率，增加教學內容，特別是對發酵工程這樣一門分量較重知識點較多的課程顯得尤為重要;另一方面，發酵工程上的很多知識點如發酵設備無法通過文字和語言表達講解清楚，因此照片甚至視頻的出現就能很好解決這個問題;另外，通過不同感官刺激能顯著增加學生的學習興趣和學習效果。
在教學形式上，除了教師講解以外，還應該增強學生自主學習。根據教學進度定期安排學生進行seminar。形式如下：將班級成員分成多個小組，每個小組由四五人組成，設立組長一名。每個小組根據課堂教師講解的知識點自由選擇案例準備材料，由組長安排分工合作，并上臺講解展示，在此過程中其他組別對其進行提問打分。通過這樣一種形式，能夠增強學生自主學習能力，學生為了準備材料會查閱很多資料，是對知識點的再次復習過程，同時也是理論結合實際，增強了學習效果。[3]
三、強化實踐教學
實踐教學是運用所學理論知識到實踐過程的一種教學方式，是一種比較直觀的教學形式，能強化理論教學效果，對培養學生的創新精神與實踐能力有著特殊作用，因此要將實踐教學和理論教學結合起來。一是在進行理論教學的同時進行現場參觀并講解等教學形式。江南大學擁有糧食發酵與工藝國家工程實驗室、食品科學與技術國家重點實驗室等平臺，不僅具有發酵領域的各種先進設備和儀器，同時還擁有發酵過程中試車間。在學習理論知識的同時，現場參觀、講解這些設備的操作和實用，能顯著增強學生學習效果。二是將實驗環節和理論教學環節結合起來。通過精心設計實驗內容，將經典的發酵案例和理論教學結合起來，使學生在實驗過程中能明白發酵過程的生物學原理，并能熟練掌握發酵操作過程的關鍵技術。三是實習環節。江南大學和國內外眾多發酵型企業保持良好合作關系，如茅臺、五糧液、青島啤酒、中糧等企業，可以安排學生利用暑期實踐去工廠進行兩個月的實訓，熟悉發酵操作過程，鞏固了課堂所學的理論知識。[4]
參考文獻：
[1]徐巖.發酵工程[M].北京：高等教育出版社，2011
[2]陳堅，堵國成.發酵工程[M].北京：化學工業出版社，2012
關鍵詞：動物細胞；培養技術；進展
中圖分類號： S85 文獻標識碼：A 文章編號：1674-0432（2011）-02-0178-1
動物細胞培養開始于上世紀初，由胚胎學技術衍生而來。1962年以后其規模開始增大，發展到現在已成為生物制品生產以及基因工程等領域必不可少的工具之一。利用動物細胞培養生產具有較高醫用價值的酶、疫苗、單抗和生長因子等，已成為生物醫藥等高新技術產業的重要組成部分。在大規模培養動物細胞的過程中，最根本的是使培養細胞的條件達到最優化，盡可能降低或消除外界環境對細胞的影響，使細胞維持高存活力和高效表達。
1 細胞最適生長培養基的選擇
動物細胞培養基是細胞體外賴以生長、增殖、分化的重要因素。目前，動物細胞大規模培養中已經普遍使用無血清培養基，在此之前使用過天然培養基和合成培養基。無血清培養基在很多方面雖然都顯示了極其強大的優勢和發展前景，但無血清培養的應用誘發的細胞凋亡也成為了動物細胞無血清培養技術中亟待解決的問題。研究發現，在培養基中加入一些化合物，如金精三羧酸(Aurint ricarboxylic acid, ATA)、抗氧化劑和鋅離子等，可阻止因采用無血清培養基而導致的一定程度上的細胞凋亡。
2 生物反應器的選擇
2.1 機械攪拌式生物反應器 機械攪拌式生物反應器是一類研制較早、應用廣泛的生物反應器，主要包括培養罐、泵、馬達、管、閥及儀表等幾部分。
2.2 中空纖維管生物反應器 中空纖維管生物反應器的原理是泵動細胞培養液通過成束的合成空心纖維管 (毛細管)，提供了大量的細胞生長表面積，使細胞附著在毛細管內壁上生長，是一類開發較早且一直在改進的生物反應器。
2.3 氣升式生物反應器 氣升式生物反應器的原理是讓氣體混合物從底部經噴射管噴入反應器的中央導流管，使得中央導流管側的液體密度低于外部區域從而形成循環。
2.4 流化床生物反應器 流化床生物反應器的基本原理是培養液通過反應器垂直向上流動形成循環，一直供給細胞必需的營養成分，使細胞得以在微粒中生長，同時，不斷加入新鮮培養液并排出代謝廢物。
2.5 一次性生物反應器 一次性生物反應器是由FDA認可并經過預先消毒的聚乙烯塑料箱組成，對生物體無害，箱中一部分填充培養基并接種細胞，其他部分是空氣。培養過程中空氣連續通過整個過濾器進入箱體，同時前后搖動箱體大大提高了培養液里的氧氣溶解量，也促使培養液均勻混合。現在常用于培養動物細胞和植物細胞，并非常適合生產病毒。
3 培養用微載體的選擇
大多數被培養的動物細胞都是貼壁依賴性細胞，而傳統的貼壁依賴性細胞的培養是通過轉瓶培養方式獲得，其操作繁雜重復，耗費空間和人力，所以在動物細胞的大規模培養中都使用微載體。理想的微載體應用有利于細胞的快速附著和擴展，有利于細胞高密度生長，允許細胞易于脫落。近年來開始使用的多孔微載體可提供大的表面積/體積比率和最大的細胞密度。然而，以該載體培養的一些細胞系卻緊緊貼在了微載體內，使其移動能力較差。因此，需要研制一種更好的培養方式，用來改善其表面特性和提高微孔的開放性，從而在增加細胞的移動性的同時提高了細胞貼壁率。
4 培養過程的在線監控
在大規模培養動物細胞中，生物離線取樣特別是產物濃度測定需要較長的時間，不能及時反映細胞生存環境中的各種參數變化。因此，在線過程監控就顯得非常重要，這樣可以創造適合細胞生存的最佳環境，減少培養過程中的污染。到現在為止，在細胞培養過程中已經能對溫度、pH值、溶解氧濃度進行在線分析并控制。此外，估測目前和未來生物反應過程中葡萄糖的吸收率和乳搪的生成率的軟件也已經研制成功，這使得對細胞大規模培養過程的狀態監控更加及時、準確。
5 細胞生長所需的最佳條件
影響細胞培養的主要因素有溫度、pH值、CO2、DO、葡萄糖、乳酸、氨、甲基乙二醛、培養基成分等。一般情況下，溫度一般為37℃，pH值在7.0-7.4之間，CO2水平為4-10%, DO維持在20-50%，葡萄糖是細胞培養過程中的能量的主要來源，需要維持在一定水平。乳酸、氨、甲基乙二醛等是動物細胞培養中的主要限制因素。在實際應用中，降低甲基乙二醛的濃度是通過降低葡萄糖用量來實現的。
6 動物細胞大規模培養的應用
最近幾年，動物細胞培養發展迅猛，能夠自由擴大培養并且已經用于工業化生產。許多生物活性物質、疫苗、載體，如藥用蛋白質、單克隆抗體、流感疫苗等，都能利用動物細胞大規模培養來獲得。這些高技術產品大致可分為：疫苗、干擾素、單克隆抗體、基因工程產品。動物細胞大規模培養技術今后向自動化、精巧化、大型化、高細胞密度、高目的產品產量發展。具體說來，就是開發細胞解離容易、細胞生長性能優良，并可以重復使用的廉價新型MC；研發更大規模的高無菌條件的生物反應器和剪切力較小、混合性能良好的攪拌系統；設計新型培養基以適合于各種體細胞株（系）的無血清、無蛋白培基；優化細胞解離工藝，降低細胞損傷；將其他領域的高、精、尖技術移植于本領域，從而提高大規模培養動物細胞的精巧化、自動化水平。
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關鍵詞：生物凈化 有機廢氣 應用 研究進展
中圖分類號：TQ9 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（b）-0144-02
工業生產常常會產生大量的有機廢氣，如不能進行對其進行有效地控制與治理，這些氣體必將嚴重的危害人類的生存環境和健康狀況，因此大力開展有機廢氣的綜合治理技術研究已經成為當代世界亟待解決的問題之一。
目前，有機廢氣的主要治理方法包括吸收法、吸附法、催化轉化法等。盡管上述方法具有一定的實操性，然而能耗高等問題也制約著這些方法的應用程度。
生物凈化有機廢氣技術是近年來發展起來的一項用于凈化低濃度有機廢氣的新型技術。經國外眾多研究表明，該技術實操性較強，且成本較低，因此是未來用于凈化低濃度有機廢氣的重要方法之一。
為了進一步推動該技術于我國的研究進程，筆者以下將從發展過程、工藝原理、基礎理論研究、主要設備及其特點、填料的選擇、菌種馴化、工程應用等方面對該技術的研究進展進行綜述，此外，還將分析說明其發展中存在的問題，并提出一些建議。
1 生物凈化廢氣技術的發展歷程
生物凈化有機廢氣技術的研究始于20世紀50年代，快速發展于80～90年代。德國和荷蘭是世界上首批較大規模的應用此項技術用于處理有機廢氣的國家[1]。日本、美國等地也已廣泛開展了該技術的工程應用，而我國對于該技術的研究還很欠缺。
2 生物凈化有機廢氣技術理論研究進展
生物法凈化有機廢氣的實質即利用微生物的生命活動，將廢氣中的有機組分降解、轉化為簡單的無機物（CO2、H2O）及細胞質等其它物質。具體而言，在微生物的生長過程中，需要消化吸收碳、氮、磷、氧等營養組分。生物凈化法便是通過向生物反應器中投加除待處理廢氣所含營養物質（即污染物質）以外的營養成分，從而保證微生物主動獲取待處理廢氣中所含的那部分污染物質作為機體生存的營養成分，最終達到去除廢氣中污染物質的目的。
至今為止，對于生物凈化有機廢氣技術的機理研究，學者們還未形成統一理論。目前，世界上公認影響較大的即荷蘭學者奧滕格拉夫（Ottengraf）依據傳統的氣體吸收雙膜理論所提出的生物膜理論（也可定義為“吸收—生物膜”理論）[2]。
3 主要凈化裝置及特點
目前，國內外主要有機廢氣生物凈化裝置包括生物過濾器（biofilter）、生物滴濾器（biotrickling filter/trickling）、生物洗刷塔（bioscrubber）等。其中應用最廣泛的是生物滴濾池和滴濾塔。
3.1 生物過濾器
生物過濾器內的固態介質一般使用土壤、堆肥、木屑等。其優點在于：設備少，操作簡單，成本低廉（其投資成本約為傳統處理技術，如吸附、吸收氧化等技術的1/10），處理效率高等；其缺點在于：反應條件較難控制，占地面積較大，處理效率不夠持續穩定、載體使用周期短等，且該工藝不適于處理較高濃度的廢氣和產酸廢氣。
3.2 生物滴濾器
在生物滴濾池中，微生物附著于惰性填料的表面并形成生物膜。有機廢氣從塔底進入反應器后，其中的有機物質則通過微生物的分解、代謝后轉化為小分子無機物質，凈化后的氣體從塔頂排出。其優點在于：設備少、操作簡單、壓降低、填料不易堵塞、處理效率高等。與生物過濾器相比，生物滴濾法的反應條件更易控制，因而微生物的活性更容易保持。其不足在于：填料比表面較小，運行成本較高，不適于處理水溶性差的化合物，此外結構和操作均比生物過濾器復雜，同時，營養物添加過量還易造成菌體大量繁殖，床層堵塞、壓降升高。為此，A.Laurenzis等人[3]在傳統的生物滴濾器中安裝攪拌裝置，以克服這一問題。生物滴濾器的介質可以采用陶瓷、塑料、粗碎石、陶瓷、活性炭、硅藻土等。
3.3 生物洗滌器
生物洗滌器一般是由洗滌器和生物反應器兩部分組成，洗滌器主要是物理溶解過程，生物反應器中一般采用好氧處理。該工藝有很多優點，如反應條件容易控制，壓降低，填料不易堵塞等；而缺點在于：設備多，需外加營養物，成本較高，填料比表面積小，對液相中菌體生長活動的控制比較困難，限制難溶氣體的處理效率等。因此生物洗滌器遠不如前兩者應用廣泛。
3.4 小結
不同成分、濃度及氣量的氣態污染物，各有其有效的生物凈化系統。生物滌氣塔適用于處理凈化廢氣量較小、污染物質濃度大、易溶解、生物代謝較慢的廢氣。對于氣量大、濃度低的廢氣可采用生物濾池處理系統。而負荷較高及污染物降解后會生成酸性物質的，則以生物滴濾池為好。膜反應器和活性污泥法目前使用還比較少，有待進一步的研究。
4 填料的選擇
填料是微生物的載體，其性能將直接影響微生物的生長環境，因此國內外研究者對此作了大量研究。
魏在山[4]等人采用不銹鋼環、瓷環、陶粒、塑料環、海藻石、輕質陶塊、煤渣等作為填料的試驗研究，結果表明這七種填料的凈化性能順序為：海藻石>輕質陶塊>陶粒>瓷環>不銹鋼環>煤渣>塑料環。
孫珮石[5]等對輕質陶塊、瓷環、不銹鋼環、塑料環4種填料進行實驗室選擇研究。結果表明：輕質陶塊是一種優質廉價的生物滴濾池適宜填料。
Woertz[6]等對聚氨酯泡沫塑料和珍珠巖作填料的性能進行了研究。結果以聚氨酯泡沫塑料為填料的生物濾池取得了更好的處理效果，這種填料同樣可以應用于生物滴濾池。
5 菌種馴化
在以往的生物凈化有機廢氣技術研究中，一般采用廢水處理所使用的菌群經目標污染物培育馴化后，直接用于有機廢氣的凈化處理，但往往難以達到預期的凈化效果，因此培育馴化廢氣凈化專用菌種尤其重要。
陳建孟[7]等人采用假細胞桿菌屬GD11菌株對生物滴濾池接種掛膜，成膜后的滴濾池可用來凈化二氯甲烷廢氣，其去除率達97.6%，最適宜的pH值7.0±0.5，溫度28.5±2℃，濃度為0.709 g/m3，EBRT為11.8 s。
孫珮石[8]等人用氣相培育馴化法培養獲得廢氣凈化專用菌種，由其掛膜制作的生物膜填料塔對廢氣中甲苯進行凈化。實驗結果表明，氣相培養法所得菌種對甲苯的凈化性能明顯優于液相培養法所得菌種。
6 現存問題及建議
生物凈化有機廢氣技術作為一項清潔、廉價的環境友好型技術在國外已經有近40年的應用歷史，但在國內卻仍處于起步階段，且對于各種廢氣的生物法處理研究發展也很不平衡（目前該技術研究應用大多為含氮、硫的無機氣體，對有機氣體的實際應用還很少報道）。基于此，筆者建議在以下幾個方面進一步深化、拓展有機廢氣生物凈化技術的研究。
（1）目前生物凈化廢氣技術還只適用于低濃度的簡單廢氣，且該技術的研究也大多集中于無機廢氣領域，對有機廢氣領域的研究還十分不足，因此建議進一步加強對前人研究較少或沒有研究過的對象的研究，同時注重有機混合物及揮發性有機物的研究。總之，應加寬生物處理廢氣的應用范圍。
（2）盡管國內外學者已經在填料方面做了很多研究，但針對廢氣治理領域的最佳填料還有待探索，因此建議加強重視對不同填料的性能的研究，提高填料的表面性質及其使用壽命。
（3）加強與其它優秀處理技術的結合，同時不斷改進設備結構，研究工藝條件，提高廢水中污染物的去除效率。開展新型生物反應器處理有機廢氣過程的局部性能研究，從微觀、局部、瞬態角度，從實驗、理論及數值模擬三方面揭示生物反應器中局部流體力學、傳質及生化反應性能參數的分布規律，為過程模擬優化設計、操作與控制及工程放大提供依據。
（4）對新型高效生物反應器凈化有機廢氣開展中試及工業級試驗研究，使其成為新型、高效、經濟、實用的有機廢氣凈化新設備、新工藝和新技術。
（5）建議將生物工程技術（如激光誘變技術、基因重組技術、代謝工程、細胞固定化技術等）應用于有機廢氣處理中，通過傳統技術和現代生物技術的結合，開展高效優勢微生物菌種的分離篩選以獲得高效降解廢氣中污染物的微生物菌種。
（6）遺傳育種、馴化培養及其載體固定化技術研究，適合于特定有機物降解的細菌種類和接種方法有待研究。
盡管經過近20年的發展，以生物過濾器為代表的有機廢氣生物凈化技術已得到了一定程度的工業化應用，但目前各種有機廢氣生物凈化技術仍不同程度地存在不足，有待完善。不過，隨著生物工程技術的迅猛發展，化學工程與環境工程學科的進一步交叉、滲透、融合，有機廢氣生物凈化技術必將不斷注入新的活力，更好的應用于各個領域。
參考文獻
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關鍵詞：生物工；課堂教學；教學內容；教學方式
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）15-0031-03
本科教育是高等學校生存和運行的主旋律，沒有了本科教育，也許高校就不復存在了。時下有不少人認為成功的教育等于中國的基礎教育加上美國的高等教育。此語看似過于偏頗，但是也從另一個側面反映了我國的高等學校教育確實存在著嚴重的問題。從不同的角度我們都可以發現，現在的高校教育中，教學質量存在下滑的問題：本科的教學內容陳舊，無法適應人才的培養和社會的需要；教學方法落后，課堂教學模式比較單一；教師教學過程照本宣科，教學方式死板等。這些問題很大程度上影響了學生學習的主動性和創造性。當前，許多高校都提出改革的口號，推進教育產業化和市場化，從課程設置以及專業設置的角度對教育體制進行改革，也有不少學校在改革中取得了一些成績。但是，在教學方法特別是課堂教學改革上進展不大[1]。
一、教學改革的指導思想
隨著社會的發展和改革的深化，對于高校畢業生來說，就業的壓力越來越大。對于生物工程專業來說，現在的高校畢業生普遍存在著動手能力弱、基礎知識不扎實、缺乏創新意識、綜合能力不強等問題，如何通過高校教育培養學生的創新意識，提高學生的綜合能力擺在了每位高校教育工作者的面前。一方面，教師本身的素質高低決定了其是否能夠更好地培養學生自主學習的能力，幫助提高學生的實踐能力。另一方面，改變陳舊的教學方法，以提高學生的參與度，使更多的學生能夠參與到課堂教育中來也是高校教育改革的迫切任務。生物工程專業要求學生有非常強的工程能力和工程意識，如何提高學生的工程創新能力，是值得我們思考的問題。它要尋求一種行之有效的教學方法或教學模式，從微觀的角度找到一個突破口，即進行課堂教學改革。通過課堂教學的改革，使教學方式多樣化，教學內容更豐富，使所學知識和本學科研究的最新發展以及社會需要緊密結合。作為教學的對象，接受知識的主體，學生能夠在課堂中得到更多的發言和思考實踐機會，有利于培養學生的學習興趣和學習實踐能力。研究型教學的根本目的在于創新的教學和學習模式為學生的成才和發展服務。因此，通過改革，學生能夠切實地參與本學科研究前沿的某一個課題、某一項研究，增強了自我學習能力，提高自身素質，使學生在畢業后能夠更快地融入工作環境。
二、課堂教學改革
1.教學內容實用且緊跟學科前沿。科學研究要求科研人員有非常高的創新意識和創新能力，對于生物工程專業這個與創新緊密結合的專業，每一時每一刻都有新的發現、新的方法出現。如何能夠將當前學科的發展前沿與基礎理論知識有機地結合到一起是我們基于研究型的課堂教學改革的首要任務。跟據目前教學內容進行全面提升，我們采取了注重新和精的原則，及時將本學科的最新研究成果、前沿發展動態引入到課程教學中，提出一些尚未解決的新問題給學生供其思考，借以激發學生的創新思維和創造性學習的能力。作為一名高校的教師，教學是教師的本業也是基礎，當今許多高校存在兩種不同體制，將科研與教學分開，這是不正確的。高校教師決不能脫離科研而單純搞教學，單純搞科研而不參加教學的教師無法將他的研究成果授予學生，而單純搞教學的教師無法及時地接收該學科發展的前沿動態，無法給學生提供學科前沿進展，只有長期參加科研實踐的教師，才能使自己講課的內容更加貼近實際，更具有前沿性，更加生動，具有獨創性和啟發性。生物工程是一個與科學研究聯系非常緊密的學科，科研不僅可以激發教師的想象力和創造力，還可使教師掌握國內外相關領域的研究動態和研究熱點，掌握多種研究方法和先進儀器的使用，培養科學探索精神，從而極大地豐富自己的教學內容。這樣學生就可以潛意識地掌握科學研究的方法，養成科學研究的習慣，培養學生科學研究的精神。教師要經常深入工廠，了解生產實際問題，設立研究課題幫助企業提高生產效率。這樣，教師在教學中就能夠利用生產實踐中生動的例子來授課，可大大激發學生的學習興趣，培養學生解決實際問題的能力[2]。隨著現代科學技術的迅猛發展，科學知識是幾何級數增長的，這對學生來說壓力越來越大。近年來學校在教學的學時上不斷地減少，但是課堂的教學內容卻與日俱增，因此矛盾越來越突出。尤其是實驗性學科，實驗課要求有理論課作為支撐。針對理論課教學學時減少、教學內容多的矛盾，我們在教學內容上進行了調整。以加強通識教育、強化基礎課程教育為基礎，拓寬學生的專業口徑，在專業基礎課程如生物化學、分子生物學等課程中融入學科前沿理論知識，使學生掌握最前沿的專業基礎理論及工程基礎理論知識，提高學生的適應能力，增強學生就業的靈活性。通過加強學生的專業基礎、工程學基礎和基本技能訓練，培養基礎扎實，可在生物工程、輕工技術與工程、食品科學與工程、生物醫藥工程、環境工程等眾多工程學科專業領域一展身手的創新型生物工程人才。生物工程專業課程中存在許多交叉課程，如生物化學課程中會涵蓋部分分子生物學課程內容，發酵工程課程中涵蓋微生物課程內容，這就要求教師在教學中注意避免與相關學科課程的重復，節約學時，同時也要注意突出重點，保持知識的系統性和連貫性。一位優秀的教師首先要懂得如何對教學內容進行合理的取舍。另一方面，正是由于各個專業基礎課程之間存在不同程度的交叉，要求教師在授課時，注意與不同學科之間知識點的聯系，幫助學生將不同課程之間的知識點進行有效地聯系，提高學生的學習效率。這樣不僅逐漸培養了學生對一門課程知識點的提煉、分析，而且也培養了學生對不同課程之間知識點的歸納、綜合能力，也有助于學生對后續課程的學習。
2.課堂教學提倡理論與實踐結合。21世紀生物技術迅猛發展，增加了對應用型人才和工程技術人員的大量需求，特別是對生物技術上下游結合、產學研結合的高水平人才的需求。因此，這就要求高校為社會和經濟建設發展培養應用型的生物工程專業人才。但是至今為止，大多數生物工程專業畢業的本科生只有理論知識，沒有生產實踐經驗，需要很長一段時間的實踐才有真正投入生產。雖然目前我國科學家已經在國際先進技術及生物工程領域有了一席之地，也取得了一系列令人矚目的成績，但談到直接產業化相關的生物技術、生物工程下游技術，中國現階段的發展水平與國際先進水平相比仍存在很大差距[3]。這一方面與我國的許多科研工作者缺乏工程意識有很大關系，另一方面是因為國內各高等院校生物工程學科的教學和科研條件良莠不齊，教學理念比較落后，教學方式方法無法國際接軌，培養出來的大學生普遍缺乏創新意識，使得我國生物工程產業缺少自主開發核心技術的高端專業人才。根據課程教學改革問卷調查結果顯示，95.5%以上的學生傾向于理論與實踐相結合的教學方法，希望能走出課堂，走進企業，增加實踐動手能力的機會。通過在教學過程中設計不同的層次實踐教學以加強學生動手能力，提高學生創新素質。第一層次以驗證性實驗為主；第二層次以綜合性實驗為主；第三層次以開放性和創新性實驗為主。通過鼓勵學生自己申請立項進行實驗，側重培養學生的創新能力，使他們獲得從事本學科科學研究的初步能力。通過我校大學生創新計劃等各項培養學生創新實踐能力的項目，給予學生獨立完成或以小團隊形式完成某項科學研究項目的機會，鍛煉學生實際操作能力和實踐能力4]。為培養生物工程基本理論、基礎知識扎實，工程意識強、有較強實驗技能，能在科研機構、企業以及學校從事科學研究和工作的生物工程高級專門人才，我們不斷加強與行業內龍頭企業聯系，建立校外實踐教學基礎與實習基地。我校發酵工程優勢學科與青島啤酒集團、百威英博啤酒集團、江蘇大富豪啤酒有限公司等共建學生企業實習基地，這些實習基地不僅為學生提供了很好的企業工作環境，而且由于企業本身也有良好的科研環境，如青島啤酒集團建有國家唯一的啤酒研究國家重點實驗室，為學生提供高水平的科研平臺，幫助學生將理論與實踐很好地結合起來。我院生物工程專業學生尤其是發酵工程專業的學生都有機會到對口企業進行一段時間的實習，得到感性認識，進一步深化其理論知識的學習。學生通過實習，把理論與實踐相結合，豐富了專業知識，提高了分析問題和解決問題的能力，積累了工作經驗，增強了適應社會的能力，為畢業后從事本專業工作打下了基礎。生產實習基地也與學校實現了雙贏。同樣，教師的理論與實踐相結合的能力直接決定了課堂教學質量的高低，應當根據教學體系和課程體系的教學需要培養和引進理工結合的高層次人才。在學科建設經費和學院的支持下，對年輕教師特別是非生物背景或非工科背景的教師進行了全方位的培養，學院先后派出年輕教師50余人次到相關的食品廠、啤酒廠、酶制劑廠等進行實習鍛煉和學習。通過這種方式，顯著地提高了教師的實踐能力，在課堂教學的過程中這些能夠非常自然地將理論與實踐結合到一起，同時兼顧了本學科的發展前沿和動態，顯著地提高了課堂教學的效果。
3.雙向交流式課堂教學模式。多年來我國的高校教育基本上都是采用單向型的教學模式，學生“填鴨式”地被動接受知識，雖然有過許多的改革，但都沒有從根本上解決這種“灌輸式”的課堂教學模式，這與信息化的時代背景下科學技術迅猛發展的趨勢極不相稱。學生在學校學習的時間是非常短暫的，獲得的知識是非常有限的，更多的是要在今后的實際工作中學，到社會大課堂中去學。因此，大學教育中教師一方面要將知識傳授給學生，更重要的是培養學生如何主動獲取知識的能力。不僅要授之以魚，更重要的是授之以漁。現在的大學課堂普遍還是采用傳統的教學方法，教師講學生聽，同時，由于教學資源的短缺，大多數專業基礎課的講授都采用大班上課的形式，在這種大班上課的課程中，這樣灌輸式的教學方式會導致絕大部分的學生打瞌睡、上網玩手機。一方面，我們減少了大班上課的課程，將大班分解成小班，在可能的情況下做到小班上課，提高學生的課堂注意力。另一方面，在課堂教學中，采取互動式、研究式的教學模式，教師在課堂上設置提問環節，或是專題討論等教學手段，有效地調動學生學習的積極性，使學生能夠跟隨教師的教學思路，引導學生主動思考和學習。教學中，將教師的以教為主轉移到學生的以學為主的軌道上來，促進學生學習方式的轉變。即變被動接受式學習為主動探究式學習，把學習的主動權交給學生，充分挖掘學生的學習潛能。在教學方式的改革上，我們主要是在一些專業基礎課（細胞生物學、生物化學、微生物學、分子生物學）和專業課（發酵工程、生化分離）中大量引入討論和研究等方式，歡迎學生隨時打斷教師講課來提問，活躍課堂氣氛，使教學方法生動活潑。充分調動學生學習積極性，精簡課程內容，改變在以往教學中唯恐講不完、講不全的做法，課堂中盡量講得少、講得精，留更多時間給學生課外去學習、研究。改革教學方法，采用學生自學輔導、提問、討論等方式，將傳統的單一灌輸式教學改變為靈活多樣、注重培養學生自學能力的教學方式，調動學生學習主動性，以取得更好的教學效果。課堂時間有限，因此，根據本學科的特點，在課堂結束之前可先把下一次課要討論的科學問題在課件上展示，學生分組進行準備，帶著問題自主學習教材，查閱文獻等相關資料，了解并總結該專題的國內外研究進展、新成果、新熱點和發展趨勢等，撰寫報告，通過電子郵件與教師進行交流。在下一次課堂上，每個小組的學生分別展示本小組學習討論的結果，并進行各組之間的討論，培養學生自主學習的能力。當然，這些科學問題需要教師事先精心設計，能夠充分體現學習目標，同時鍛煉學生的創新能力。通過這種方式使學生從被動學習轉變為主動求知，擴大學生的知識面，培養學生的綜合能力和自學能力，提高學生的文獻檢索能力和專業外語水平[5]。在信息技術飛速發展的今天，基本上所有學校都采用了多媒體教學的方式，但這也只能滿足有限的課堂教學的需求。網絡課堂成為了一種新型的課堂教學方式。借助于網絡，學生與教師的交流更方便、更流暢。尤其是在一些需要實際操作的課程中，例如科技文獻閱讀課程，該課程是生物工程專業學生非常重要一門的專業課，也是學生以后從事科學研究的必要工具。采用網絡教學的方式，教師可以給學生實時展示如何利用網絡數據庫來查找所需要的文獻，同時也能夠使學生在課堂中集中精力，提高學習興趣。另外，網絡課程也是網絡教學的重要組成部分。網絡課程內容非常豐富，涵蓋了教學信息展示板塊、課程展示板塊、課外學習板塊、師生互動板塊、教學質量評價板塊等。通過網絡教學、網絡討論、網上答疑、師生信箱、教學評價等手段，增加師生之間的互動，增加了大量的新技術、新成果等資料，彌補課堂教學時間有限的缺點，擴大學生的知識面，大大地提高了教學的效果和質量。
21世紀的生物工程要求高校學生有較高的綜合工程能力，在生物技術高速發展的背景下，新技術、新方法和新設備層出不窮，新的研究熱點和學科不斷涌現。為適應21世紀培養科技型、創新型、應用型生物工程專業人才的要求，在課堂教學中應更多地注重培養學生的理論與實踐結合能力，培養學生的科學研究思維，提高學生的實際操作能力以及創新能力。改進教學內容，改革教學模式，推進人才培養與社會生產實踐相結合。
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【關鍵詞】殼聚糖；表面活性劑；研究及發展
殼聚糖是一種陽離子型聚電解質天然多糖，殼聚糖表面活性劑無毒、無公害，易于降解，不污染環境，同時具有良好的物理、化學性能。殼聚糖主要存在于甲殼素中。而甲殼素廣泛存在于蝦、蟹和昆蟲的外殼中。殼聚糖又稱殼多糖、可溶性甲殼質，是甲殼素脫去乙酰基的產物。
1、殼聚糖的表面活性
雖然殼聚糖自身沒有很大的疏水基團，但在一定的pH值范圍內，氨基質子化程度降低，從而殼聚糖分子鏈就表現出了疏水性。可通過酰化、羥基化、氰化、醚化、烷基化、酯化、酰亞胺化、成鹽、螯合、水解、鹵化、接枝與交聯等反應，可制備殼聚糖類衍生物[1、2]。隋衛平等[3]將殼聚糖進行親水和疏水改性，合成了（2-羥基-3丁氧基）-丙基羥丙基殼聚糖。結果表明，殼聚糖本身沒有活性，但疏水改性后有具有明顯的表面活性。
2、殼聚糖類表面活性劑的研究
殼聚糖的研究與開發已經涉及到很多領域殼。殼聚糖分子中存在羥基和氨基，可以通過對羥基和氨基進行化學改性，從而來改善其溶解性能[4]。范金石[5]通過殼聚糖降解水溶性――殼低聚糖為原料，分別與烷基縮水甘油醚、脂肪酰氯和環氧丙基長鏈烷基二甲基氯化銨反應得到了三個不同系列的新型殼低聚糖衍生物，而且涵蓋了所有的表面活性劑――非離子型、陰離子型、陽離子型三類，再對合成的低聚糖表面活性劑的溶解性、表面活性、乳化性能、起泡性能、增溶性能等物理化學性能進行了深刻的研究。
3、殼聚糖類表面活性劑的發展趨勢
殼聚糖類表面活性劑屬于糖類表面活性劑，表現出良好的表面活性。該類表面活性劑無毒，無公害，有良好的pH穩定性能、抗氧化性能，因此可完全其應用于化妝品配方和食品中。用于發用制品能保持頭發的光澤、柔軟、易梳理和抗靜電；用于化妝品中，能使皮膚具有良好的調理性能；因此可將其用于保濕潤膚液、香波、浴乳、洗面奶等洗滌化妝品中。此外殼聚糖表面活性劑是純天然的表面活性劑，具有良好的表面活性、乳化性、吸濕保濕性、增溶性、抗菌性等性質，可以在洗滌、醫藥、食品、化妝品、紡織印染、石油、環保等多種領域中得到廣泛應用。
1）在食品上的研究進展
1.1殼聚糖可作為食品添加劑使用。由于殼聚糖本身無毒無害的優利特點，使殼聚糖可以作為食品添加的首選材料。在牛奶中加入適量的殼聚糖可以促性腸道桿菌的發育，從而間接促進乳糖酶的生長，因此更好的被人體吸收；此外食品中加入殼聚糖還可以暢通排毒效果[6]。
1.2殼聚糖在肉制品保鮮上的應用。在研究殼聚糖對肉類保鮮的研究時，最終發現一定質量分數范圍和不同濃度的殼聚糖都有效對豬肉進行保鮮，最后達到肉類保鮮的效果[7、8]。
2）在生物工程方面的研究進展
Liu[9]等利用殼聚糖修飾電極測定神經傳遞素代謝物3，4一羥基苯乙酸，這種方法的特點是響應時間快，靈敏度高。Nishimura等研究對甲殼素衍生物的研究發現該衍生物可增強免疫系統功能；同時還發現殼聚糖硫酸酯還具有具有抗凝活性[10]。
3）在紡織工業的研究進展
隨著我國經濟的發展和人們對抗菌織物認識的提高，抗菌織物越來越受歡迎。因為殼聚糖具有生物降解性和生物兼容性，是非溶出型抗菌劑。因此在紡織工業發展前景很大。殼聚糖可作為織物的整理劑、上漿劑、印染助劑等使用，具有柔軟性、耐燃、防靜電、防霉等特點[11]。
4）在工業上的研究進展
由于我國具有豐富的甲殼素資源，有巨大的甲殼素、因此殼聚糖產品越來越受關注。而在有機硅中摻雜這殼聚糖的表面活性劑具有很好的催化性能。由于此種表面活性劑表面張力低，乳化作用大，潤濕性好，增溶性能好，而且起到很好的起泡、穩泡和抑泡作用，現在已廣泛于紡織、化妝品、涂料、農業化學品、醫藥、機械加工等行業。
5）在農業方面的研究進展
殼聚糖溶液可以減輕消除玉米的黑穗病，蔣挺大等[12]證實了：利用殼聚糖較強的抗菌能力，可將殼聚糖與蛋白混合來作為土壤的改良劑，這種改良劑易于可降解，可作為優質的肥料使用。有機硅殼聚糖表面活性劑對于農藥技術帶來根本性變革。此類表面活性劑可促進農藥制劑附著、潤濕、鋪展及滲透能力，對農作物有關鍵作用。由于此類表面活性劑易于降解，因此減少農藥的殘余量，節省水源[13、14]。
4、市場前景及發展前途
殼聚糖作為一種無毒無害，易降解的純天然生物有機資源。受到世界諸多國家科研工作者的廣泛關注。例如：在日本，殼聚糖類食品作為唯一一種功能型保健食品；而歐洲及美國的營養學界則把殼聚糖稱作六大要素（蛋白質、脂肪、糖類、維生素、無機鹽和殼聚糖）之一，并且大量研制以殼聚糖為主要原料的保健食品，現以投放到市場中。
而我國擁有豐富甲殼素資源，發展殼聚糖產業具有得天獨厚的優勢。經年來，隨著各國對殼聚糖的認識不斷提高。研究不斷深化，殼聚糖已應用于許多領域中，其中化妝品、食品工業等行業對殼聚糖的需求日益加快；殼聚糖在醫藥、化工、造紙、農業、環保、輕紡等領域中正在得到廣泛的應用。
小結
隨著人們生活水平的提高，表面活性劑已成為人們生活中不可或缺的日用品，而表面活性劑的種類也日益變得越來越多。表面活性劑的改性也成為所有研究人員研究方向。而殼聚糖表面活性劑是新型的，綠色的表面活性劑。具有性能優良、易生物降解、高效、安全等特點。
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1?低氧誘導因子1（hypoxia inducible factor 1，HIF-1）
HIF-1是20世紀90年代初，在研究低氧誘導的促紅細胞生成素（erythropoietin，EPO）基因表達時，從細胞核提取物中發現的，是一種關鍵的平衡氧穩態和調節缺氧反應的轉錄因子[3]。在細胞低氧應答反應中起核心作用，其中PHD-VHL-HIF 軸有細胞氧平衡中心調控者的作用[4-5]。
2?SUMO（small ubiquitin-related modifier）
蛋白質修飾在細胞行為和個體生理活動中起著極其重要的作用，相關研究是近年來生物醫學研究的熱點之一。泛素化修飾是最廣泛的蛋白翻譯后修飾之一，參與了包括蛋白轉運、降解、細胞信號調控等諸多細胞生物學過程。細胞內蛋白質泛素化系統的調控和作用機制極為復雜，泛素連接酶底物的鑒定更是研究的關鍵點和瓶頸。泛素化與其他翻譯后修飾間的相互調控也已成為當前生命科學的研究熱點[6]。通過對SUMO蛋白3種亞型的研究，發現SUMO-1在哺乳動物的缺氧應激反應中有著重要的作用。本課題將重點圍繞SUMO-1缺氧應激反應的機制來研究SUMO與高原低氧和HIF-1的關系。
3?SUMO化與高原低氧
SUMO是一類結構與泛素類似的小分子蛋白，底物分子與SUMO共價結合的過程叫做SUMO化（SUMOylation）。SUMO與泛素在氨基酸序列上雖然只有18%相同，但在二級結構上有驚人的相似。因此SUMO化與泛素化途徑基本相似，不同的是，SUMO化本身是一個動態可逆的過程，它并不促使蛋白質降解，反而是加強蛋白質的穩定或調節蛋白在細胞內的定位和分布，以及影響蛋白質的轉錄活性[7]。
通過SUMO-1在細胞核內定位等方法，已有實驗結果表明，低氧能夠上調SUMO?1的表達[8]。而細胞對高原缺氧應激的直接反應之一是在細胞內積聚低氧誘導因子-1，由此猜想SUMO蛋白對HIF?1的表達具有調控作用。那么SUMO對HIF-1有怎樣的調控作用，又是怎樣發揮作用的呢？
4?SUMO化調控HIF?1穩定性及機制
目前發現，SUMO化可通過競爭性抑制泛素化通路，提高多種核內蛋白質的穩定性。HIF?1發生SUMO化的靶點在HIF-1α亞基的氧依賴降解區域（oxygen-dependent degradation domain，ODDD）的Lys391，Lys477，Lys532上。同時ODDD也是乙酰化和羥基化作用的靶點，經乙酰化和羥基化修飾后的HIF?1可被pVHL識別并經泛素?蛋白酶體途徑完成降解。
5?SUMO對HIF轉錄活性的影響
薛慶於等[8]利用篩選和建立的穩定表達SUMO?1細胞系，通過低氧培養，證明了在低氧應激過程SUMO-1可以穩定或者上調HIF-1α。即應用一系列不同缺失突變體的VEGF?Luc報告質粒分別轉染HEK293細胞、得到穩定表達GFP和GFP-SUMO-1的HEK293細胞，并進行低氧和常氧培養。在低氧應激培養條件下，SUMO-1可以明顯上調HIF?1的轉錄活性，而且這種轉錄上調的機制是通過促進HIF-1與低氧反應元件（hypoxia response element，HRE）的結合產物。相反，在去SUMO化酶SENP1缺陷的 MEF細胞，低氧處理幾乎不積累HIF-1α[13]。
通過研究催化SUMO修飾的酶來研究SUMO與HIF-1的內在關系， SUMO化是一個動態的過程，即由SUMO修飾所特異的E1，E2和E3酶來催化，可逆反應則由一組被稱為SENP的SUMO特異性蛋白酶來完成[14-16]。至今已鑒定了6個存在于人體細胞中的SENP家族成員，每一個成員具有不同的細胞內定位和底物特異性[17]。雖然對其生化特性進行了大量研究，但SENP在參與的細胞生命活動過程中的作用并未十分了解。早前，有研究認為SUMO與大量底物（或者酶作用物）的結合可調節從酵母到哺乳動物的眾多細胞反應過程。大多數SUMO靶位點在細胞核中，包括轉錄因子、轉錄調節因子和染色體重構因子，這些蛋白質經SUMO化修飾可以改變其在細胞的定位和生物學活性[18]。田華等[19]研究顯示，在大鼠肺動脈中度缺氧暴露后的SUMO化HIF-1α，通過VEGF的HIF-1α靶基因的轉錄，改善缺氧引起的肺動脈高壓。SUMO化調節HIF1α活性有利于創傷愈合中血管新生。
6?展望
低氧可以上調SUMO-1的表達，SUMO-1并不引起靶蛋白降解，而是通過翻譯后修飾，保護蛋白免受泛素化降解、影響細胞內的定位和蛋白與蛋白之間的相互作用。由SUMO-1介導的HIF-1α的翻譯后修飾，可以調控HIF-1α的穩定性，并參與細胞內信號通路的調節[20]。但這種增強通過何種機制實現，有待進一步研究。盡管關于SUMO化修飾對HIF?1α穩定性和轉錄活性的影響結果仍存在爭議[21]，可以肯定的是：SUMO化可使HIF?1的轉錄活性發生改變。我國西藏高原地區，低氣壓、低氧分壓，易引起人體缺氧，導致高原病發生。在高原適應者機體會出現無氧代謝能力增強、毛細血管數量和密度增加等一系列與低氧誘導因子激活有關的適應性改變。由于HIF-1生成減少或降解增加是許多高原病的產生的原因，在高原低氧適應中的作用巨大，深入研究SUMO與高原低氧和H IF的關系顯得極為重要，HIF-1α SUMO化可能是治療高原病的分子靶點。另外HIF-1與腫瘤的發生、發展密切相關，抑制HIF?1活性可能是治療癌癥的良策。相信對高原低氧、SUMO蛋白和低氧誘導因子關系的日漸闡明，將為認識低氧性疾病和腫瘤的機制及治療提供新的觀點和措施，為臨床醫學、高原醫學和航天醫學做出重要貢獻。
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關鍵詞：蠶沙；甜葉菊渣；蚯蚓糞；育苗基質；西瓜
隨著現代設施農業的快速發展，各種瓜果、蔬菜育苗工廠大量出現，對育苗基質的需求量也明顯增加[1-5]。目前大部分育苗基質多采用泥炭或巖棉等材料配制而成，成本相對較高，加上泥炭和巖棉均為不可再生資源，目前已限制開采。如何利用地方各種廢棄物資源生產育苗基質技術與產品的開發研究，已成為現代高效農業可持續發展的一個重要前提，相關產品及生產、使用技術研究與開發已經取得不少進展[6-12]。近年來，推薦使用蚯蚓糞替代泥炭等自然資源來配制作物育苗基質的研究報道已有不少[13-16]。初步試驗研究表明，本地養蠶業廢棄物蠶沙具有養分齊全、有效性高、活性物質豐富等優點；制糖業廢棄物甜葉菊渣富含纖維素、半纖維素和少量木質素等有機物質，質地疏松，通透性良好；各種養殖場廢棄物經蚯蚓轉化產生的蚯蚓糞為多孔團粒結構，物理、化學和生物學性狀優良。將以上三者按一定比例混合，再添加少量蛭石，可配制成通氣持水、養分平衡、理化性狀優良的復合育苗基質。該技術由東臺市富春園瓜果蔬菜專業合作社、揚州瑞華環境與生物工程研究所有限公司與揚州大學聯合研發，揚州瑞華環境與生物工程研究所有限公司試制生產。為檢驗其在西瓜育苗中的應用效果，筆者于2012年1～2月，設2個配方的復合基質與2種市售基質共4個處理進行大棚西瓜育苗試驗，以期為西瓜工廠化育苗提供育苗基質產品及其相關育苗技術。
1 材料與方法
1.1 供試材料
西瓜品種為蘇蜜西瓜，由江蘇省農業科學院蔬菜所提供。播種前先曬種，剔除不飽滿的種子后，用潔凈的紗布包裹好，放在0.05%的高錳酸鉀溶液中浸泡4小時，取出用清水沖洗，瀝干水，備用。ESEV復合基質，由東臺市富春園瓜果蔬菜專業合作社與揚州大學聯合研制，揚州瑞華環境與生物工程研究所有限公司配制，蠶沙-甜葉菊渣-蚯蚓糞-蛭石配比包括ESEV1和ESEV2 2種（已申請國家發明專利）。作對照用的2種市售基質分別為江蘇省淮安生產的“淮農”基質（CK1）和山東省壽光生產的“盛禾”基質（CK2）。
1.2 試驗方法
試驗于2012年1月12日～2012年2月15日在揚州大學實驗農場盆栽試驗場塑料大棚中進行。試驗設2種復合基質與2種市售基質共4個處理，各處理6次重復。采用50孔標準穴盤直播，每穴播1粒，播種深度0.5cm，播后覆蓋蛭石，澆透水，擺放在大棚中水泥苗床上。
1.3 測定項目
調查出苗時間、齊苗時間、出苗率、成苗率；播后35d（定植前）調查株高、莖粗、地上部干重和鮮重、地下部干重和鮮重。按下面公式計算壯苗指數：壯苗指數=莖粗（cm）/株高（cm）×全株干重（g）。
2 結果與分析
2.1 ESEV基質對西瓜出苗、成苗的影響
西瓜在播種4d后出苗，齊苗時間為6～9d。播種于ESEV基質中的西瓜齊苗時間為7～9d，播種于CK1基質中的西瓜齊苗時間為6～7d，播種于CK2基質中的西瓜齊苗時間為6～8d。西瓜在ESEV1和ESEV2基質中的出苗率分別為89.6%、88.2%，在CK1和CK2基質中的出苗率分別為87.7%、88.2%。西瓜在ESEV1和ESEV2基質中的成苗率分別為88.7%、87.9%，在CK1和CK2基質中的成苗率分別為87.1%、87.3%。4 個處理的出苗率、成苗率均無顯著差異（表1）。
2.2 ESEV基質對西瓜苗生長的影響
2.2.1 西瓜苗的株高與莖粗。對各處理西瓜苗的株高和莖粗進行了測定，由表2可以看出，試驗中ESEV基質育出的西瓜苗，株高、莖粗與CK1基本接近，都高于CK2，株高高出5.1%～8.1%，莖粗均高出10%以上。
2.2.2 西瓜苗的生物學產量。各處理西瓜苗的生物學產量的測定結果見表3，ESEV基質育出的西瓜苗的地上部鮮重和干重、地下部鮮重和干重，以及全株鮮重和干重均顯著高于CK2，而與CK1差異不大。
2.2.3 ESEV基質對西瓜苗壯苗指數的影響。對各處理西瓜苗的壯苗指數進行計算，從表4可以看出，ESEV基質所育瓜苗的壯苗指數同樣與CK1差異不顯著，但都高于CK2在20%以上。
3 小結
（ 1） 將養蠶業廢棄物蠶沙和制糖業廢棄物甜葉菊渣經發酵可獲得富含養分與有機質的腐熟物料；利用蚯蚓對各種養殖場廢棄物進行轉化產生多孔團粒結構，物理、化學和生物學性狀優良的蚯蚓糞。將以上物料按一定比例混合，再添加少量蛭石，可配制成通氣持水、養分平衡、理化性狀優良的西瓜育苗基質。
（ 2） 從西瓜幼苗的生長來看，由于ESEV1基質不僅含有豐富的養分，而且有良好的通透性，可以較好地滿足西瓜幼苗30～35d苗期生長對水、氣、養分的需要，因此在西瓜育苗期間不需追肥。CK2基質可能由于養分不足或不夠平衡，在生長到2周時幼苗出現黃化、生長緩慢現象。從對西瓜苗期生長的影響來看，ESEV1基質培育的西瓜幼苗表現為長相均勻、葉色濃綠、植株健壯、易于培育西瓜壯苗。
（ 3） 綜合西瓜出苗、成苗、壯苗等情況，試驗所用ESEV1、ESEV2、CK1和CK2 4種基質均適于西瓜穴盤育苗，易于培育壯苗。鑒于ESEV生產成本低廉，又有利于當地廢棄物無害化、減量化和資源化，建議在進一步驗證其效果的基礎上，予以大面積推廣使用。
（收稿：2012-12-02）
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