生物常用的研究方法范文

导语：如何才能写好一篇生物常用的研究方法，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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多糖是由多个单糖基及糖苷键相连接而成的高聚物，一般是20个以上的单糖聚合而成，广泛存在于动物细胞膜，高等植物和微生物的细胞壁中，是构成生命的四大基本物质之一，同维持生命活动密切相关。蛋白质、核酸和多糖最重要的三种生物大分子，由于多糖的结构难以控制比蛋白质和核酸复杂得多，再加上人们早期只把多糖看作细胞结构成分和食物来源，使得人们对多糖的研究成为“生物化学中最后一个前言”。如100多年前，德国著名科学家就开始了糖类的研究。目前，以多糖结构、功能和药用价值为核心的糖工程被认为是继蛋白质工程、基因工程后生物化学和分子生物学领域中最后一个巨大的科学前沿。

目前，世界各国政府对多糖的生物学研究给予高度重视。1986年美国能源部资助佐治亚大学创建了复合糖研究中心，建立复合糖数据库。牛津大学Dwek教授在1988年提出糖生物学这个名词，这标志着糖生物学这一新的分支学科的诞生。日本于1989年创办了《糖科学与糖工程动态》杂志，出版了专著《糖工程学》。同年日本政府科学技术厅提出“糖工程基础与应用研究推进战略”。1990年E-选凝素的发现将糖生物学推向了生命科学的前沿。欧盟于1994-1998年发起“欧洲糖类研究开发网络”计划。糖生物学的时代正在加速来临，甚至有人预计，如同20世纪，蛋白质、肤类、氨基酸与核酸时代一样，21世纪应当是多糖生命科学的时代。

糖类的研究工作和蛋白质、核酸的研究工作相比，在我国还是一个薄弱的环节。我国在多糖方面的研究始于20世纪70年代，但近年来发展迅速，在全国第一次糖的生化学术会议后，《糖复合物的生化研究技术》出版，标志着我国在糖化学方面的研究工作已经有了一个较好的开端网。1996年我国将“糖生物学”列为国家重点课题。研究的对象包括植物类、动物、真菌类、细菌、地衣等；研究范围涉及多糖的分离纯化、理化性质、结构分析、免疫学、药理学以及临床应用等，其中对免疫提高作用机理的研究已经深入到分子、受体水平；研究的方法涉及化学、物理、生物学、医药学等诸多领域。我国地大物博，糖类资源也很丰富，而且有些真菌多糖还对生物体具有独特的生理作用，可以作为药用资源。

今后一个时期内，多糖的研究有以下几个趋势：从单味中药多糖的研究向中药复方多糖体系的研究发展；从单一免疫系统作用的研究向神经内分泌免疫网络作用的研究发展；从药品向食品、从治疗向保健发展。经过半个多世纪的发展，活性多糖的研究取得了重大进展。建立了一系列活性多糖的提取、纯化方法、生物活性测试方法、结构分析方法，发现了许多具有重要生理活性的多糖，研究的广度和深度在不断发展。随着多糖化学和糖生物学的深入研究，活性多糖将会进入一个新时代，将为人类的健康和安全提供更为有力的帮助。

2多糖的研究方法

2.1多糖的来源

多糖来源十分丰富，广泛存在于动物、植物、微生物（细菌和真菌）和海藻中（如植物的种子、茎和叶，动物粘液，昆虫及甲壳动物的壳真菌，细菌的胞内外等），从动植物器官组织、菌类及微生物发酵产物中可得到不同种类的多糖。按其来源可分为高等植物多糖、动物多糖、微生物多糖、藻类多糖。其中研究较早且最多的是从细菌中得到的各种荚膜多糖，它在医学上主要用于疫苗。1984年，苏联人在荷兰召开的第十二次国际碳水化合物讨论会上报道了用合成特定结构的荚膜多糖作疫苗，引起与会者的极大兴趣，此后有关真菌多糖的研究逐渐深入和广泛，如酵母菌多糖、食用菌多糖，特别是食用菌多糖的研究，取得了很大进展，其中以香菇多糖研究的较为深入。1969年，日本人千原首次报道从香菇中分离出一种抗肿瘤多糖，轰动了整个医学、药学界，之后掀起一股从食用或药用真菌中寻找抗肿瘤成分的热潮。另外，植物多糖的开发也倍受人们的青睐，由于我国是中药的起源之地，而糖类是中药材中普遍存在的成分，在对各种中药材的化学成分研究的过程中，人们都少不了对其中多糖的关注。植物多糖研究得比较深入的是稻草多糖、麦秸多糖、竹多糖、刺五茄多糖。海藻多糖虽然研究得不多，但其前途也是很光明的。到目前为止，已有300多种多糖化合物从天然产物中被分离出来。

2.2多糖的提取、分离纯化

2.2.1多糖的提取

多糖是极性大分子化合物，常用的提取方法有：热水浸提法、稀碱浸提法、酸浸提法和酶法。前三种为化学方法，酶法为生物方法。稀酸提取时，时间宜短、温度不宜超过50℃。一般植物多糖提取多采取热水浸提法。在提取多糖之前，首先要根据多糖的存在方式及提取部位的不同，决定在提取之前是否作预处理。动物多糖和微生物的细胞内多糖的组织细胞多有脂质包围，一般需先加入醇或醚进行回流脱脂，释放多糖，然后依多糖性质（如酸碱性、胞内或胞壁多糖）再将脱脂后的残渣采用以水为主体的溶剂（冷水、热水、稀盐或稀碱水、或热的稀盐或稀碱水）等溶液提取。溶剂性质、浸提温度、时间等均影响提取效果。现在，提取多糖还多采用酶法，常用的酶有纤维素酶、果胶酶、蛋白酶及其复合酶。

2.2.2多糖的分离

采用以上方法提取的多糖中常含有无机盐、大分子蛋白质、木质素、色素及醇不溶的小分子有机物等杂质，必须分别除去，将这些杂质除去的过程，一般称为多糖的分离。工业化生产中一般采取透析法、离子交换、凝胶过滤或超滤法除去这些杂质。对于大分子杂质，可用酶法、乙醇、丙酮溶剂沉淀法或络合物法除去。

脱蛋白质.

由于原料组成中均含有一定量的蛋白质，因此在多糖的提取工艺中，脱除蛋白质是分离多糖的重要步骤。常用的方法有：Sevag法，三氟三氯乙烷法，三氯乙酸法，酶法或酶法与Sevag法结合，等电点沉淀法。

Sevag法，利用蛋白质在氯仿中变性的特点，用氯仿：戊醇=5：1或4：1的二元溶剂体系按1：5加入到多糖提取液中，混合物经剧烈振摇后离心，蛋白质与氯仿-戊醇生成凝胶物而分离，分去水层和溶剂层交界处的变性蛋白质。此法条件温和，但是效率不高，一般要脱除5次左右方可除尽蛋白质。酶法或酶法与Seveg法结合，用蛋白酶将蛋白质水解，再通过透析、凝胶过滤或超滤除去，是目前认为较好的脱蛋白质的方法。

三氟三氯乙烷法，将三氟三氯乙烷按1：1的比例加到多糖提取液中，在低温下搅拌约10min，离心得上层水层，水层继续用上述方法处理几次即得。此法效率高，但因溶剂沸点低，易挥发，不能大量使用。

三氯乙酸法，利用三氯乙酸沉淀蛋白质的原理，用3%-30%三氯乙酸，在低温下搅拌加入到多糖提取液中，直至溶液不再继续混浊为止离心弃沉淀，即可达到脱蛋白的目的。存在于溶液中的三氯乙酸经中和后，通过透析或超滤等方法除去。此法较为剧烈，会破坏含呋喃糖残基的多糖但效率高，操作简单，植物多糖多采用此法。

等电点沉淀法，逐步调节粗糖溶液pH至酸性（PH=2-5），可以有效除去大部分酸性蛋白质。其优点是适合于工业化生产，为防止在酸性条件下某些基团或糖普键被破坏，宜在低温下进行。

脱色

对于植物多糖可能会含有酚类化合物而颜色较深，而从动物和微生物等中提取的多糖也会带有不同深浅的颜色，对多糖进行脱色处理可使多糖的应用范围更加广泛。常用的脱色方法有：离子交换法、氧化法、技术络合物法、吸附法（纤维素、硅藻土、活性炭等）。一般情况下，可以用活性炭处理脱色，但活性炭会吸附多糖，造成多糖损失。DEAE-纤维素是目前最常用的脱色方法，通过离子交换柱不仅达到脱色目的，而且可以进行多糖的分离。H2O2作为一种氧化脱色剂，浓度不宜过高且在低温下进行，否则会引起多糖的降解。

2.2.3多糖的纯化

上述经过脱蛋白、脱色和去除小分子杂质的提取液是含多种组分的多糖混合物，即是多分散性的。其不均一性表现在化学组成、聚合度、分子形状等的不同。要得到单一的多糖组分，还需要进行纯化。通常采取的纯化方法有以下几种。

（l）分级沉淀法

利用不同分子量的多糖在不同浓度低级醇或低级酮中的溶解性不同的原理，逐步提高溶液中醇或酮的浓度，使不同组分的多糖依分子量由大至小的顺序分级沉淀可达到纯化的目的。

（2）季铵盐沉淀法

根据长链季铵盐能与酸性多糖形成不溶性多糖化合物的特性，以分离酸性和中性多糖常用的季铵盐是十六烷基三甲基嗅化钱（CTAB）及其碱（CTA-OH）和十六烷基吡啶（CPC）。实验时应严格控制多糖混合物的pH值小于9且无硼砂存在，否则中性多糖也会沉淀出来。通常CTAB或CPC水溶液的浓度为1%-10%（W/V），在搅拌下滴加于0.1-1%（W/V）的多糖溶液中，这时酸性多糖即能从中性多糖中沉淀出来。根据形成的沉淀能溶于不同的盐溶液、酸溶液和有机溶剂中的性质，使多糖游离出来。

（3）离子交换层析法

利用不同多糖分子电荷密度不同，而与离子交换剂中的离子或某些基团发生电性结合。其亲和力随多糖结构与电离性质而异，一般随着分子中酸性基团的增加而增强，线状分子、分子量较大的多糖亲和力较强，支链多糖较直链多糖更易吸收。常用的离子交换剂有树脂类、纤维素类和葡聚糖类。阴离子交换柱层析法适用于各种酸性、中性多糖和糖胺聚糖的分离纯化。在pH6.0时，酸性多糖能吸附于交换介质上，中性多糖不能吸附，然后用pH相同但离子强度不同的缓冲溶液将酸性强弱不同的酸性多糖分别洗脱下来，但如果柱子为碱性，则中性多糖也能吸附。但中性多糖不能与硼砂形成络合物，所以可将柱子处理成硼砂型的，用不同浓度的硼砂溶液洗脱，也能将不同的中性多糖分离开来。检测手段一般沿用苯酚-硫酸法，也常用LKB柱层析系统，用比旋光度、示差折光及紫外检测器，各组分的峰位自动记录，分离效果好且方便。

（4）凝胶柱层析

常用的凝胶有葡聚糖凝胶（Sephadex）、琼脂糖凝胶（Sepharose）以及Sephacryl。以不同浓度的盐溶液和缓冲液作为洗脱剂，其离子浓度不低于0.02mol/L，通过凝胶柱层析多糖可分为不同分子大小的糖。本法除进行多糖分级外，还可以用于小分子杂质的去除，或者在乙醇沉淀法进行分级后，再根据分子大小进一步分级。

（5）盐析法

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关键词：生物材料；整形外科；生物性能

生物材料是用于人体组织与器官诊断、修复或增进其功能的一类高技术人造材料。整形外科又称修复外科或成形外科，是外科学一个分支，以手术进行自体或外体组织移植治疗皮肤、肌肉及骨骼等器官先天、后天获得的创伤、疾病，修复组织缺损、畸形，改善或再造生理功能或外貌，生物材料是整形外科常用的材料，没有理想的生物医用材料就无法保证整形的安全与效果[1]。随着社会观念的转变，整形外科收治患者特别是因美容需要患者逐年增多，但使用生物材料事故频发，因此探讨生物材料在整形外科中的适用性及安全性非常必要。本次研究以某院整形外科应用生物材料进行诊疗活动患者293例作为研究对象，观察探讨生物材料的适用性与安全性。

1资料与方法

1.1一般资料某院整形外科2007年1月～2012年12月收治并应用生物材料进行治疗的患者1428例。

1.2方法采用回顾性的分析方法统计患者年龄、手术原因、性别、并发症、应用生物材料等基本资料，收集该院近年来收到患者有关感染与并发反馈。

1.3统计学处理本次研究当中的所有数据均采用SPSS17.0统计软件进行处理，计量资料采用均数±标准差（x±s）表示，计数资料采用率（%）表示。

2结果

2.1应用生物材料情况2007～2012年整形外科应用生物材料消费者逐年增多，2012年相较于2007年增长1106.98%，年增长161.74%；主要生物材料为透明质酸、自体组织、羟基磷灰石、胶原及聚乳酸，年增长率均在140%以上，其中自体组织增长最迅速，年增幅236.12%，其次为透明质酸达到161.84%,见表1。

2.2消费者基本情况2007年～2012年女性消费者比重不断上升，2007年占69.77%，至2012年占87.02%，其比重以每年4.5%的速度递增，同期因美容于整形外科应用生物材料比重不断上升，2007年占65.89%，2012年占83.51%，比重年递增4.85%；同时患者平均年龄呈逐年下降趋势,见表2。

2.3不良反应不良反应包括感染、患者自觉不适等（本次研究统计复查、反馈不良，包括往年患者）；2007年～2012年不良反应发生率逐年上升，年增长139.22%；羟基磷灰石不良反应发生率最高为16.91%，其次为胶原15.82%，自体组织最低2.18%，见表3。

3讨论

整形外科发展至今，目前常用的生物材料无论来自于自体，还是异体，活性或非活性，天然或人造，均各有优缺[2]。以隆鼻整形手术为例，目前常用的生物整形材料包括造牙材料、固体硅胶、人工骨材料、自身组织。造牙材料，主要应用于隆鼻，生物相容性较好，但需要充足的术前准备，操作困难；固体硅胶因生物相容性好、价格低廉、长远预后较好，是临床常用隆鼻材料；人工骨材料，具有生物相容性好、副作用少、使用方便、价格低廉等优点，广泛应用于骨科、口腔整形；自体组织，选择自体组织以修补需要整形之处，对于相对复杂、病情严重、需要较好的生物相容性整形适用性较强，但因从其它部位截取，可能给提取处造成损伤[3]。

目前因美容需要至整形外科应用生物材料患者逐渐增多，后者更关注生物材料生物适应性，如硬度、是否变形等，以达到良好的美容效果，即重形而不重质[4]。据统计整形外科90%以上消费者出于美容目的进行整容，其中28.6%注重医师的技能水平与素质，15.2%注重设备，12.1%关注卫生安全，而关注材料安全不足5%[5]。消费者注重服务水平、质量，忽视卫生安全，整形外科生物材料市场投其所好，加上缺乏行业规划、标准与法律制度保障，整形外科生物材料市场较为混乱，以次充好现象普遍存在，整形质量良莠不齐，给患者带来巨大的伤害，不利于生物材料技术的进步推广。

本次研究中因美容需要女性患者比重增长迅速，且年龄趋于年轻化，凸显出患者整形美容缺乏理性。医疗机构虽然技术、材料已相对成熟，部分患者医疗安全意识提高，选择生物相容性好的自体组织、透明质酸者逐渐增多，但仍不可避免的产生不良反应，并随着时间的推移愈加突显。

参考文献：

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[3]何淑漫，周健.抗凝血生物材料[J].化学进展，2010，22(4):110-111.

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[关键词]微生物 分子生态学 RFLP DGGE Real-Time PCR

[中图分类号] Q938.1 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-2-267-1

0引言

微生物分子生态学是利用分子生态技术手段研究微生物与环境之间相互关系及其相互作用规律的科学，主要研究微生物生态学基础理论问题。

1微生物分子生态学常用分析方法

1.1寡核苷酸探针检测

该方法利用目标核酸序列与特异性探针特异性互补的特点，检测荧光标记的特定DNA序列[1]。探针为一段特定方式标记的核酸序列，具有较高灵敏度。做种群鉴定时选用DNA制备探针，利用cDNA避免繁琐的克隆程序，确保探针与种内全部菌株杂交。除此之外，cDNA探针若具有表型特异性，则可检测某一特定表型是否存在。

1.2 DNA-DNA杂交

DNA-DNA杂交针对微生物整体基因组的重组[1]，为检测DNA序列相似性提供可能性。该方法基于高温双链DNA解链、低温复性与碱基配对可转移的特点，通过温度等条件控制形成杂交DNA，检测其杂交率。由于来源不同的两条DNA单键难以配对重组，DNA杂交率可用于估计序列相似度。

1.3 16SrRNA序列分析

该方法在微生物分类学研究中最为常用[2]。微生物16SrRNA基因由保守区与可变区构成。可变区具有种属特异性，不同种属微生物间存在较大差异；保守区为所有微生物共有基因序列。微生物进化过程中，基因序列基本不变化，因此可根据保守区基因序列设计通用引物，或根据可变区基因序列设计特定引物，从而分析不同微生物的进化距离及亲缘关系。

1.4 编码蛋白质基因

该方法利用基因序列控制合成蛋白质[3]。微生物代谢过程实质为生物酶催化作用下的一系列氧化还原反应，而不同功能微生物的催化反应酶具有一定特异性，因此编码功能蛋白的基因不同，主要用于研究特定功能微生物，尤其在毒理学方面。

2微生物分子生态学常用技术

2.1限制性片段长度多态性分析（RFLP）

在RFLP分析过程中，以所提取的微生物DNA为模版，利用特异性引物进行聚合酶链式反应（PCR）得微生物16SrRNA序列，将其连接到载体，转至大肠杆菌感受态细胞，通过挑取克隆子，进而获取质粒DNA来实现克隆文库构建。不同微生物DNA序列不同，进而酶切位点不同，因此利用特异性限制性内切酶消化，可得到长短不一、数目不同的限制性酶切片段，琼脂糖凝胶电泳分离得到呈现多态性的图谱，进而获取环境微生物群落结构信息[4]。

2.2变性梯度凝胶电泳技术（DGGE）

DGGE是一种检测DNA突变的电泳技术，根据DNA在不同浓度的变性剂中解链行为的不同而导致电泳迁移率发生变化，从而将碱基组成不同的DN段分开。该技术具有以下优点：①检测极限低、速度快；②结果准确可靠；③无需微生物的培养；④可同时检测多种微生物。但其存在以下局限性：无法获取样品中全部微生物DNA，而DNA回收率越低，重复性越低；不均等扩增造成结果代表性低；敏感度较低，采样和样品处理会对结果产生影响。

2.3荧光定量PCR技术（Real-Time PCR）

Real-Time PCR为微生物生态学研究的定量分析方法，通过荧光染料或荧光标记的特异性的探针，标记跟踪PCR产物，实时在线监测反应过程，结合相应的软件分析产物，计算模板浓度。该技术具有以下优点：①利用扩增产物数量与荧光信号强度成对应关系的原理，实时检测PCR反应进程，避免了终点定量重现性差；②自动化程度高，操作安全、简单，可避免产物被污染；③检测特异性强，灵敏度与精确度高；④可实现多重扩增。其缺点在于无法对不确定对象进行分析。

3结论与展望

微生物分子生态学克服了传统培养法的不足，为全面掌握微生物多样性提供了可能。若将各方法结合，以便掌握更为全面的信息，可更好揭示微生物对环境变化的影响，预示环境变化趋势，为从微观方面改善环境提供依据。

参考文献

[1]杨霞，陈陆，王川庆.16SrRNA基因序列分析技术在细菌分类中应用的研究进展[J].西北农林科技大学学报（自然科学版），2008，36（2）：55-60.

[2]邓小宽，张新宜，田敏.现代生物技术在分子微生物生态学中的应用[J].国外医药（抗生素分册），2006，27（4）：164-170.

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关键词：蛋白质-蛋白质对接；分子动力学模拟；蛋白质-蛋白质相互作用

Abstract：Proteins that play a critical role in many cellular processes often perform their functions by interacting with other proteins. Therefore， the studies of protein-protein interactions are vital to exploring the essence of life， understanding the mechanism of diseases and developing new drugs to improve human health. With the sustained development of bioinformatics， more and more computational methods have been applied to structural and functional research of proteins. Protein-protein docking and molecular dynamics simulation are both widely applied to the studies of protein-protein interactions. This article reviews the theory of computational methods， softwares and the application in protein-protein interactions.

Key words：Protein-protein docking； Molecular dynamics simulation； Protein-protein interactions

众所周知，蛋白质在生物进程中扮演着重要的角色。蛋白质通过与其他生物大分子（如蛋白质，DNA和RNA）相互作用介导细胞内各种重要的生理过程，如基因的复制、转录、翻译以及细胞周期调控、信号转导、免疫反应等，其中，蛋白质-蛋白质相互作用尤为常见。因此蛋白质-蛋白质相互作用的研究有助于人们探明其细胞内功能，从而了解各种疾病发生机制，为进一步的新药研发提供帮助。目前为止，研究蛋白质-蛋白质相互作用主要有酵母双杂交、免疫共沉淀、亲和色谱、质谱、核磁共振等多种实验方法，这些技术为蛋白质相互作用研究做出了重要贡献，积累了宝贵的数据资源。

随着计算机处理能力的不断提升，生物信息学的理论模拟方法得到迅速发展和广泛应用。生物信息学整合数学，物理，化学，信息学等众多学科的优势，以计算模拟手段进行生物学相关研究。自Janin和同事们[1]首次运用自动化对接算法预测牛胰蛋白酶抑制剂-胰蛋白酶复合物3D结构至今，蛋白质-蛋白质对接领域已取得很大进步。该方法常用于蛋白质结构及功能研究，分析配体与蛋白质间或者蛋白质-蛋白质间的相互作用模式，便于研究者从原子水平探究受体-配体间作用机制。分子动力学模拟在诞生至今的几十年中不断随着计算机软硬件技术的快速提升而愈加发展完善，已经成为研究蛋白质、核酸等生物大分子的结构和动力学特性的重要工具。本文将对蛋白质-蛋白质对接和分子动力学模拟的基本原理及其在蛋白质间相互作用研究中的应用进行简要概述。

1 蛋白质-蛋白质对接

准确的蛋白质-蛋白质复合物结构是进行蛋白质-蛋白质相互作用研究的基础。然而，通过实验方法测定蛋白质-蛋白质复合物结构比测定单个蛋白质更加困难。随着计算机水平的不断发展，人们开始希望用计算模拟手段来预测蛋白质复合物的真实结构，并希望从原子层面来分析蛋白质-蛋白质相互作用的内部机制。蛋白质-蛋白质分子对接是一种常用的方法。它是指利用两个单体蛋白质的三维空间结构，来预测蛋白质-蛋白质复合物结构。解决蛋白质对接问题有两个关键因素：打分函数和搜索算法[2]。打分函数应能够区分出正确的或近似正确的蛋白质对接复合物，而且搜索算法需严格地探索由相互作用的蛋白质形成的巨大构象空间。

1.1打分函数 蛋白质-蛋白质对接可以被归类为一个全局最优化问题，其主要目的是找到蛋白质分子间最稳定关联结构。使用打分函数是准确评估结合蛋白间的相互作用所必需的。打分函数有两个作用：构象采集和母板选择及精制。打分函数的根本目的是从错误的对接取向中区分出正确或近似正确的对接取向。打分函数主要有两种类型：基于物理原理的函数和基于实验知识的函数。通常，基于物理原理的能量函数用分子力场如CHARMM[3]和AMBER[4]描述蛋白质-蛋白质相互作用。

打分函数可能包括几何学与化学的互补，静电力、范德华力和氢键的相互作用以及解相关能量项。最常用的打分函数是形状互补。经常将形状互补与FFT算法联合应用于详尽的全局搜索。静电场在带电粒子或极性分子间的相互作用中扮演着重要角色。泊松-玻尔兹曼方程常被用来解决从原子水平获得溶剂化生物分子系统的静电电位问题。打分函数包括了极其重要的离散和核心相互作用，通常用范德华力相互作用来描述。

1.2搜索算法 搜索算法的主要目的就是在势能图上定位最稳定的状态。对接复合物可能解的构象搜索可通过两种不同的方案执行。第一种方案是进行全空间搜索，第二种是随机地或按一定顺序只搜索局部空间。快速傅里叶变换是最为著名的用于全空间的搜索算法之一。Katchalski-Katzi[5]和助手首次将快速傅里叶变换法用于蛋白质对接，确定受体配体间几何契合。该方法被应用于许多程序，如GRAMM[6]， FTDock[7]，3D-Dock[8]以及ZDock[9]。局部搜索算法包括模拟退火，蒙特卡洛法及遗传算法等。Vieth和助手们[10]发现分子动力学法最适于进行大空间搜索，而遗传算法比其他算法更适合进行小空间搜索。大多数情况下，蒙特卡洛算法和分子动力学算法都用来进行蛋白质柔性处理。

1.3对接过程 蛋白质-蛋白质对接一般通用的过程包括：①尽可能多的从全局或局部搜索中生成对接复合物；②筛选和评估复合物；③精制和重排。这三步可被细分为更多步。第一步完成刚体的全局搜索，尽可能多的生成对接蛋白质-蛋白质构象。在第二步中，采用生物或实验信息和打分函数来扫描并评估第一步得到的对接复合物。错误对接复合物的得分比接近X射线结构复合物的得分高是很常见的，许多得分高的结构并不实际存在。应过滤掉这些不实际存在的结构，将剩下的对接复合物进行评估。第三步涉及到侧链及可能骨架的柔性。柔性处理时主要进行重排侧链。

2 分子动力学模拟

分子动力学模拟是一门利用经典力学来模拟大分子体系运动的方法，它综合了数学、统计物理、化学、计算机等多门学科的内容。分子力场是分子动力学模拟的基础。它采用简单的函数来描述分子能量与结构之间的关系。分子力场的基本函数形式包括了原子之间的成键相互作用与非键相互作用。非键相互作用主要包含了范德华力与长程静电力。

2.1分子动力学模拟过程 分子动力学模拟的步骤主要包括了四步：第一步是确定初始构象，初始构象尽量选越接近模拟系统的结构越好，通常是能量较低的构象。通常采用分子力学方法对其构象进行优化；第二步平衡相过程，在前一步中已经确定的模拟体系将进行平衡相过程。在构建平衡相的过程中，须对其构象以及温度等参数进行调控并加以监控，还要判断体系是否已经达到平衡；第三步生产相过程，模拟体系中的分子以及构成分子的原子开始根据初始速度运动，此时根据牛顿力学和预先给定的粒子间相互作用势来对各个粒子的运动轨迹进行计算，并从这个过程中抽取计算分析时所需要的数据和样本；第四步将对计算结果进行深入分析处理。

2.2研究进展及常用软件 Tajkhorshid等成功的模拟了水分子通过不同通道亚型的过程[11]。Xu等在水溶液和磷脂双层中对β淀粉样多肽进行了多次长时间分子动力学模拟，发现在生物膜和有机溶剂中以α螺旋为主，在水溶液中则以无规则卷曲为主[12]。京都大学医学研究科的岩田想[13]成功分析了存在于细胞的，负责将物质运送到细胞内的一种蛋白Mhp1的构造，运用该结果通过在计算机上模拟，在分子层次上弄清了Mhp1将物质运往细胞内的机制。

目前，用于分子动力学模拟的软件越来越成熟。较为常用的主要有：GROMACS，NAMD， AMBER，CHARMM，TINKER、LAMMPS等。GROMACS[14]是用户界面友好的分子动力学模拟软件，模拟中的参数条件和基本功能已经趋于成熟，里面包含多种力场，非常适用于模拟生物大分子这种复杂体系。同时由于其速度快，在非生物体系统中也得到了广泛的应用。AMBER[15]不仅是一个程序，而是包含了从体系准备到动力学模拟，再到轨迹分析等一系列程序的集合。同时，AMBER 还是一系列力场的名称，这些力场涵盖了蛋白质、核酸、糖类、脂类等众多生物大分子。NAMD同样适用于模拟计算蛋白质、核酸等生物大分子体系，而且并行计算效率非常高。

3 展望

目前，蛋白质分子对接及分子动力学模拟等计算手段虽然已广泛用于蛋白质-蛋白质间相互作用的相关研究，但还是存在一些值得改进的地方。例如，蛋白质-蛋白质对接过程中，蛋白质柔性的相关处理，构象搜索的合理性及打分函数的准确度；分子动力学模拟中力场的种类和所研究体系的匹配度等。随着计算机技术不断的发展，这些生物信息学方法有待进一步优化和相关软件需要进一步完善，从而使其更适用于蛋白质等生物大分子的模拟研究。总之，将生物信息学方法与传统实验手段相结合来进行蛋白质间相互作用等生物大分子体系研究，是一条有待进一步发展的有效途径。

参考文献：

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篇5

关键词：心肌细胞；细胞培养；三维培养

Abstract：Cell culture is one of the most commonly used and the most important techniques in the biomedical research. In this paper， the classical cardiomyocyte culture methods and the latest progress in this field are reviewed.

Key words：Cardiomyocyte；Cell culture；Three-dimensional cultivation

细胞是生物体结构和功能的基本单位，也是疾病发生和转归的基础。因此，细胞是生物医学研究中最重要的环节。在体细胞研究存在诸多局限性，如成本高、影响因素复杂、可重复性差等，为解决这些困难，离体细胞培养技术应运而生。细胞培养（cell culture）是细胞在离体条件下的克隆性增殖过程，具有成本低、周期短、数量多、单克隆性、条件可控等诸多优势。可以说，细胞培养技术是生物医学研究中最基础最重要的技术之一。本文仅就心肌细胞培养技术及其进展作一浅述。

1经典心肌细胞培养模型

鼠心肌细胞是心肌细胞培养最常用的材料，包括未成熟心肌细胞（immature cardiomyocyte，ICM）和成熟心肌细胞（adult cardiomyocyte，ACM）两种。ICM培养技术是由Harary等在1960年建立的[1]，经过后人改进形成了经典的Simpson培养法[2]。ICM主要来源于胚胎鼠和乳鼠，以出生3 d内的乳鼠心室肌细胞最常用。ACM相互间有大量闰盘和外基质紧密相连，又没有分裂增殖能力，其分离和培养比ICM要困难得多，直到上世纪60年代才通过逆行主动脉生物酶灌注法分离出单个ACM[3]，但是当时ACM因置于生理浓度钙溶液中而迅速死亡，这个现象被称为"钙反常（calcium paradox）"[4]。1976年， Powell首次报道了分离活性的钙耐受成熟心室肌细胞的技术[5]。Jacobson则在1977年首次成功培养出ACM。

经典的心肌细胞培养技术包括细胞分离、纯化、接种、培养和传代培养等步骤。

1.1心肌细胞的分离 ICM的分离一般采用组织块消化法，即将心肌组织剪成小碎块，然后加入消化分离液将心肌细胞和非心肌细胞分开。消化分离液的主要成分是生物酶，常用的有胰蛋白酶、胶原酶和透明质酸酶[6]，其中胰蛋白酶作用最强，但也最容易损伤心肌细胞；胶原酶作用温和；透明质酸酶作用弱，不宜单用。目前多采用两种或三种消化酶联合，以胰蛋白酶和胶原酶Ⅰ联合最常用。消化分离液中可加入牛血清白蛋白以保护心肌细胞，提高细胞质量[7]；也可加入脱氧核糖核酸酶，防止DNA聚积在心肌组织表面而影响分离效率[6，8]；乙二胺四乙酸（EDTA）是一种常用的螯合剂，能吸附溶液中的Ca2+、Mg2+等金属离子而促进细胞分离（细胞间粘附因子发挥作用需有上述金属离子存在），而且对细胞功能影响极小[9]，故加入EDTA可进一步提高分离效率，但是EDTA不能被血清中和，后续必须洗净，以免影响细胞贴壁。心肌细胞分离后加入含胎牛血清的培养液以终止消化，即得到初步的心肌细胞悬液[10]。在实际操作中，消化分离液的酶类、酶浓度、温度、搅拌转速及时间长短等因素相互影响、相互制约，需要反复摸索才能得到最佳方案。

ACM的分离方法相对更复杂，主要有组织浸泡法、贴块培养法和离体心脏生物酶灌注法。效果最好和最常用的是离体心脏生物酶灌注法，又称为Langendorff离体心脏灌注法，是Oscar Langendorff在1895年发明的[11]，经过预热、消毒、洗涤、经升主动脉逆灌消化酶溶液循环灌流、震荡释放心肌细胞和梯度复钙等步骤，最终得到活性的单个ACM[12，13]。

1.2心肌细胞的纯化 心肌组织由多种细胞构成，以心肌细胞和成纤维细胞样细胞数量最多。在体外培养的特殊环境中，非心肌细胞对心肌细胞的影响是巨大的，主要表现在：①非心肌细胞贴壁和生长增殖能力更强，容易成为优势细胞，通过空间竞争、分泌抑制因子等机制影响心肌细胞的生长增殖和功能[14，15]；②非心肌细胞对干预因素的反应与心肌细胞不同，影响实验结果。因此，细胞分离后的纯化是必要的。常用的纯化方法有差速贴壁法和化学试剂法，主要是除去成纤维细胞样细胞：①差速贴壁法利用不同细胞贴壁速度的不同（心肌细胞贴壁较慢）进行分离和纯化。通过差速贴壁法纯化的心肌细胞纯度可达到90%以上[16，17]，且操作简单、成本低、对心肌细胞影响小，但缺点是作用时间短，不能单独用于长时间培养的实验；②化学试剂法利用某些化学试剂对不同细胞的抑制强度不同来达到纯化目的。5-溴脱氧尿嘧啶核苷可明显抑制成纤维细胞样细胞增殖，而对心肌细胞影响小，是心肌细胞纯化常用的试剂[18，19]。化学试剂能够持续起作用，但缺点是对心肌细胞可能具有潜在影响。在实际操作中，差速贴壁法和化学试剂法常联用。

1.3心肌细胞接种和培养 细胞培养基分天然培养基和合成培养基两种，后者更常用。心肌细胞常用的培养基有DMEM、M199、MEM、EMEM等。为了促进细胞贴壁，培养基中可加入促吸附因子（Ⅰ型胶原、Ⅵ型胶原、层粘连蛋白、纤连蛋白等）；为了预防细菌污染，有时加入抗生素[20]。细胞密度是影响细胞生长、增殖、分化表型、生存时间等的重要因素，接种密度需根据实验目的而定，如果是为了观察单个细胞的行为，密度宜较低，一般为1～2×105/mL；如果是为了获取细胞产物，密度则宜较高，一般为5～6×105/mL[21]。接种在多孔培养板时，应放弃周边孔并加入空白培养基以避免"边缘效应"。

ACM的培养比较复杂，分为去分化法和快速吸附法两种[22]。去分化法使用含血清培养基培养，研究表明[23]，通过该法培养的ACM在超微结构、分子水平和电生理水平表型上都发生了"去分化（dedifferentiation）（向胎儿表型的逆转）"，因此被称为"去分化法"。去分化法的优点是细胞存活时间较长，达数周到数月，缺点是发生了表型逆转而且逆转程度尚不明确[24]，也正因为如此，现在多采用快速吸附法。快速吸附法是将ACM接种在经促吸附因子预处理过的基质上，使用无血清培养基培养。ACM可在接种3 h内吸附到培养基质上，并且始终保持急性分离时的柱形、纹状形态，也不会自发性收缩，尤其适用于分子生物学和电生理试验[25]。快速吸附法的缺点是细胞存活时间较短，只有1～2 w。

1.4 ICM的传代培养 ICM具有分裂能力，为了调节细胞密度，有时需要传代培养。传代培养实质上是将原代细胞收集起来稀释后重新接种和培养的过程。由于心肌细胞是贴壁生长的，传代培养的关键是使细胞脱壁、分离成细胞悬液，分离方法主要有两种：①生物酶法：加入低浓度（0.01%～0.05%）胰蛋白酶溶液使细胞分离；②机械法：通过吸管的刮吹使细胞分离。

2心肌细胞三维培养技术

经典的心肌细胞培养模型，细胞接种在二维基质中，与在体的三维环境完全不同，势必导致细胞在结构和功能上发生一系列适应性改变，影响科学研究的效果。所以，人们迫切需要一种既能尽量保留在体细胞的结构和功能特点、又具有体外培养优势的技术。随着生物、材料、纳米、组织工程等学科的快速发展，细胞三维培养技术应运而生了[26]。

刘霞等用三维的PLGA泡沫支架材料培养乳鼠心肌细胞，观察到心肌细胞形成了心肌组织样结构，超微结构保持良好，代谢活性也较二维培养更高[27]。刘兴茂等将乳鼠心肌细胞接种于鼠尾胶原膜三维支架中培养，并与二维培养作横向比较，发现三维培养的心肌细胞保持了良好的形态和功能[28]。Eschenhagen等将鸡胚心肌细胞接种到胶原凝胶上，观察到心肌细胞形成了可收缩的网络结构[29]。Hussain等将乳鼠心肌细胞与成纤维细胞共同接种于经层粘连蛋白处理过的生物活性壳聚糖纳米纤维三维支架中，发现心肌细胞能长期维持在体的形态和功能，形成同步化收缩[30]。

总之，心肌细胞三维培养技术还方兴未艾，是未来的发展方向之一。

3结论

心肌细胞培养技术已走过半个多世纪的历史，广泛应用于电生理、信号通路、细胞凋亡以及药物安全性评价和新药筛选等领域，为生物医学的发展作出了巨大贡献。同时，随着三维培养、反义寡核苷酸和基因转染等新技术手段的涌现，心肌细胞培养技术又是历久弥新、蒸蒸日上，必将为人类的健康事业更立新功。

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篇6

生物教学方法包括教法和学法两种，教法主要有语言的方法（包括讲授法、谈话法、读书指导法及讨论法），直观的方法（包括演示法、参观法），实习的方法（包括实验法、练习法、实习法）及培养学生能力的方法。教师不仅要熟练掌握教法，还要对学法进行正确指导。以下主要介绍几种基础生物学的常用教法：

讲授法

讲授法是教师运用口头语言系统地向学生传授知识的一种方法。它既可用来传授新知识，又可用来巩固旧知识，且其它教学方法的运用，常要与讲授法配合。因此讲授法是生物学教学常用的方法。

讲授法的优点是：可以使教师的主导作用得到充分的发挥。使学生在短时期内就获得大量系统的知识；教师合乎逻辑的分析、论证、生动形象的描述以及善于设疑、解疑等，都有利于发展学生的智力和进行思想教育。但这种方法的缺点是学生无充分机会对所学内容作出反馈，学生的主动性不易发挥。

讲授法包括讲述、讲解、讲读、讲演等方法，而生物学则主要采用讲述法和讲解法。

讲述法是教师向学生叙述事实材料或描绘所讲对象、现象的方法。生物学中的形态、结构、生活习性、分类及应用等知识，属于对生物界对象或现象描述的性质，一般都采用讲述法。实验、实习、参观等的指导也常用此法。初中低年级采用较普遍。

讲解法是教师向学生说明、解释或论证概念、原理、规律的方法。生物学中的生理功能（包括生长和生殖发育）、遗传变异、生命起源和生物进化、生态学等知识。属于对生物界自然现象说明、解释或科学论证，一般采用讲解法。中学高年级尤高中多采用。

讲授法的基本要求：

一、科学性和思想性。

二、系统性。

三、启发性和趣味性。

四、语言要清晰、准确、精练，并要生动、形象，有感染力，机动性。

五、要运用好板书。

谈话法

谈话法也叫问答法，是教师根据学生已有知识、经验提问，并引导学生独立思考，从而获得知识的一种师生相互交谈的教学方法。谈话法的优点是能充分激发学生的思维活动，有利于发展学生的语言表达能力；对教师来说，可对不同学生提不同的问题，做到因材施教，并能直接了解学生的学习情况，及时检查、提高教学效果。此法一般适用于从已知到未知，要求学生有一定的知识基础。有时也可利用合乎逻辑的思维，从当堂了解的现象、事实和规律，去比较、推导、归纳以解决新的问题。此法不适于从未知到已知，因此，不是所有教学内容任何情况下都可采用谈话法。

谈话法在生物学教学中应用较广泛。就教学环节来看，传授新知识、检查复习、巩固新知识、参观及实习的指导性和总结性谈话均可用。这些环节中进行演示和观察时应用尤多。就教学对象来看，年级越低，采用此法的比重越大。有的国家进行初中生物学教学，主要采用此法，因为初中生的年纪小，自我控制注意力的能力较差，不能长时间集中听取讲述。

话法根据在不同教学环节的运用，可分为三种：一是启发式谈话，用于传授新知识。教师借助提问，启发学生已有知识或经验，或演示的教具和实验，或对课文的分析综合，经独立思考回答问题。二是问答式谈话，用于检查复习和巩固知识，教师就已学的内容提问，由学生回忆和运用已学的知识。三是指导性或总结性谈话，用于参观、实习、实验等教学实践之前后，通过谈话以指导学生顺利完成独立作业或总结活动收获。谈话法的基本要求有：一、要充分准备;二、要妥善组织；

讨论法

讨论法又称课堂讨论，是在教师指导下，由全班或小组成员围绕某一中心问题发表自己的看法，从而进行相互学习的一种方法。上海育才中学创造的"读读，议议,练练，讲讲"教学法，其中"议议"，就是采用讨论法。讨论法的优点是：可以互相启发，互相补充，集思广益，从而获得比较完整、深刻的认识和知识；通过对问题的相互争论，可以活跃思想，激发学习热情和兴趣，调动学习的主动积极性；经过共同切磋琢磨，有助于培养学生独立分析问题、解决问题的能力以及培养语言表达能力；讨论还有利于生物教学联系实际，包括联系自然、生产和生活实际。此外，讨论中有时会提出一些教师未考虑到的新问题、新见解，这可促进教师进一步提高教学水平。

讨论法在生物教学中，一般应用于教师讲述后、独立自学后、实验和复习后。这种方法要求学生有一定的知识基础，有一定的自学能力和独立思考能力，因此，高年级应用较多。讨论方法应灵活多样，可以小组先讨论，再在全班交锋；可以小组先讨论，再选中心发言人在全班发言；可按题分组讨论；也可按相反意见分两组辩论；还可由教师直接组织全班讨论。初中不宜讨论整堂课，适于在上课中讨论一两个问题。若分组讨论，最好按前后两桌四人为小组，以免课堂混乱，同时这四人中要有学习好。中、差的学生，既可相应启发，又能保证讨论顺利进行。讨论法有以下基本要求：

一、明确讨论课题

二、写好讨论发言提纲

三、讨论时要引导、点拨

四、讨论结束应小结

演示法

演示法是教师陈示生物或标本、挂图、模型等直观教具，或进行示范性实验来说明或验证所传授知识的方法。这种方法通常是配合讲授法、谈话法使用的。生物学是研究生命现象及其活动规律的一门学科，其研究对象是动物、植物、人体等具体的生物，而演示法直观性强，它在生物教学中具有如下重要意义：

一是能使学生形象、生动地感知生物及其生命现象，为形成正确的概念和掌握原理打好基础。

二是能激发学生的学习兴趣，集中学生的注意力，调动学生学习的主动性，有利于加深、巩固所学的生物学知识。

三是能引导学生对具体生物及其生命现象进行观察份比，分析综合，有助于培养学生的观察能力和思维能力。

中学生物学演示物即直观手段多种多样，常用的主要有：

一、活的生物、标本和模型、"模具"

二、挂图、黑板画

三、演示实验

现代化教学手段辅助教学法

现代化教学手段，是指利用投影仪、电影、电视、电子计算机等，作为师生教学互相传递信息的工具、媒体或设备。是现代科学技术在教学领域中的运用，是整个教育现代化的一个重要标志。其优越性集中表现为教学效率的提高，在中学生物学教学中，突出表现以下作用：

一、是可使学生充分感知所学生物学教学内容。由于现代化教学手段不受时间和空间的限制，直接和迅速表现生物界各种生物及其现象。可以化远为近，不可亲自涉历的海底生物或原始森林，可使学生如同身临其境；可以化古为今，已逝而不可返的古生物或石炭纪植物景观，可使之重现学生眼前；可以化长为短，生物界长时间的生长、发育过程及进化历程，可缩短为数分钟、几小时全部呈现。几个月甚至数年的生物实验，如不同色粒的玉米杂交，其结果片刻即可见。书本上根本听不到的鸟鸣、虎吼，也能清晰听见。

二、是使学生易于理解，便于记忆生物学知识。由于现代化教学手段可直观地揭示生物的本质和内在联系，创导学生从感性认识上升到理性认识。可以化抽象为具体，如消化，呼吸等生理作用，脊髓控制的膝跳反射，生态系统的物质循环，蛋白质的合成，许多不易见或见不到的生物现象，都可用动画或特技摄影-一呈现。三是可激发学生学习生物学兴趣，调动学生学习的积极性。这由于现代化教学手段使教学内容生动、形象、感染力强，还要求学生去看、去听，独立主动地接受信息。

生物学教学中常用的现代化教学手段有：投影仪、电影、电视、电子计算机等。

实验法

生物学是以实验为基础的科学。实验是人类认识和研究生物界的重要方法，也是生物学教学的一种重要教学方法。生物教学实验是教师指导学生运用一定的仪器设备、按照指定的条件去进行的生物实践活动。其目的在于引起所要求出现的对象或现象，以便观察、研究去获得或验证、巩固生物学知识。实验法不同于观察法，后者是在自然条件下，对研究对象进行系统、连续的观察，益作出准确、具体和详尽的记录，以全面、正确地掌握所要研究的情况。观察不必作实验，实验往往要观察。生物学实验可以向学生提供生物界的感性认识，从而深刻，巩固地掌握生物学知识；还能培养学生学习生物学的基本技能和观察、分析、综合及运用知识等能力；此外，还可激发学习生物学的兴趣，培养实事求是、严肃认真的科学态度。可见，实验是生物学的重要组成部分。现在世界各国都把加强实验教学作为生物教学改革、提高生物学教学质量的重要环节。我国中学生物学教学也逐步重视实验教学。各个中学应从各方面创造条件，改进和提高生物实验指导。

篇7

【关键词】污水处理；污水处理技术；研究进展

引言

我国目前水污染问题十分严重，伴随而来的是水资源的匮乏问题。因此运用有效的污水处理技术十分的紧迫.以下就常用的污水处理技术做一介绍。

一、常用的污水处理技术分析

1、物理处理法

物理处理法是运用年限最长的污水处理法，然而相关的处理技术在近年来没有太大的突破，工艺流程也几乎没有发生任何改变。但是值得注意的是，随着科学技术的飞速发展，物理处理法所采用的设备自动化程度越来越高，相关的机械设备功能日益全面，相应的研发体系也日益完善。近年来用于物理处理法的装置主要有格栅、格网、多尔沉砂池等。格栅按照形状的不同可以分为平面格栅和曲面格栅。使用物理处理法要经常对装置进行清洗工作，一般渣的主要方式有人工清渣和机械清渣两种，前者主要运用于流量小时，在设计过水面积的时候应当运用相对大的安全系数，以免清渣太频繁，浪费人力。筛网可以起到初次沉淀池的作用，在污水处理中长用到生物脱氮除磷工艺，可以在节约空间位置的同时高效利用碳源。

2、化学处理法与物理化学法

污水的化学处理法主要指的是利用化学反应的作用去除污水中的杂质。这种处理方法可以对难以生物降解的物质进行处理。常用的化学处理法主要有中和法、化学混凝法、化学沉淀法和氧化还原法。常用的物理化学法有吸附法、离子交换法、萃取法和膜析法。本文主要阐述化学混凝法和吸附法。化学混凝法主要作用于微小的悬浮固体以及胶体杂质。一般较大的颗粒悬浮物多用沉淀等方法除去，因为大颗粒悬浮物受重力作用大，然而微小固体和胶体会长期悬游，具有一定的稳定性。这是由于胶体微粒通常带有电荷，通常胶粒的电动电位很高，相互之间有斥力，而且距离越近，斥力越大。因此胶体微粒不易聚结，多是分散地悬游状。尽管化学混凝的机理至今尚未完全弄清楚，但是根据现阶段研究进展，可以断定它和杂质成分、浓度、水温、PH 等有关，根据压缩双电层作用和吸附架桥作用，产生微粒凝结现象。混凝法对混凝剂要求高，不仅要求混凝效果好，而且要环境友好，价格低廉。常用的混凝剂分为无机盐类和高分子两类，其中无机聚合混凝剂用量最多。用硫酸铝时，最佳的PH范围为6.5至7.5，高分子混凝剂的混凝效果受PH影响小。一般化学混凝法运用的设备主要是水泵混合、隔板混合和机械混合。吸附法的处理效果主要和溶质性质、 溶质分子大小等有关，吸附量会随着吸附剂表面积的增大而增加，不同的吸附剂在实际处理中会取得不同的效果。吸附操作主要分为间歇方式和连续方式两类，并且都遵循以下三个步骤：首先是流体和吸附剂接触，流体中的吸附质被吸附在吸附剂上，其次将已经吸附了吸附质的吸附剂和流体分离，最后实现吸附剂的再生过程。吸附剂处理法是传统的物理化学处理法，对进水的预处理有相当高的要求，并且吸附剂是价格十分昂贵的。

3、生物处理法

生物处理法主要依靠曝气池和二沉池来完成，原理是依靠微生物新陈代谢使污水中的有机物转变为二氧化碳和水。微生物的代谢过程分为异化和同化两个过程，这两个过程包含了众多复杂的物理化学反应。微生物一般可以依靠污水中的有机物和少量无机物作为营养物质，这些可以作为微生物营养源的物质称为基质。分解代谢是微生物利用基质的过程，也叫做生物氧化。笔者在这里主要探讨脱氮除磷的主要理论。生物脱氮过程主要经历氨化、硝化和反硝化的作用，氨化在好氧和厌氧的条件下均可正常进行，硝化作用则应在好氧条件在进行，反硝化在厌氧条件下进行。生物处理法将污水中一部分氮同化成为生物细胞的组成部分，称为同化作用，一般当进水氨氮浓度不高时，同化作用是生物脱氮的重要手段。生物除磷是在厌氧和好氧环境不停更替的环境下进行，利用PAOs的厌氧释磷和好氧超量吸磷的特性，可以降低污水中磷的含量，并且以大量富磷污泥进行排放。在生物除磷中还经常运用假单胞菌属、放线菌属等，聚磷菌有明显的除磷优势。采用生物处理法应当首先了解微生物的生长规律和生长坏境，采用的研究方法主要是分批培养法，可以在培养过程中获取营养物质随时间的消耗量，从而了解微生物的生长情况。微生物生产会经历延迟期、对数期、增长期、稳定期和衰亡期这五个阶段。污水处理应当着重控制微生物的生长期，此时能够取得最佳的处理效果。微生物生长需要充足的营养、合适的温度和PH值。曝气池作为一个反应器，应当符合相应的水力特征。一般将曝气池分为推流式、完全混合式、封闭环流式和序批式。曝气池的种类繁多，其中纯氧曝气池对于生物处理法有重要作用，这种曝气池可以使生物处理速度高，污泥有较好的沉淀效果，剩余污泥量小。此外纯氧曝气池并不改变微生物自身的形状，从而可以使微生物取得更好的处理效果。但是纯氧曝气池的缺点是设备复杂，容易出现故障，而且要及时地进行PH调节。二沉池主要有平流式、竖流式和辐流式。二沉池中主要有四个区：清水区、絮凝区、成层沉降区和污泥压缩区。采用生物处理法应当对环境因素（PH、温度）、工艺因素（反应区水力停留时间、污泥泥龄）和污水成分进行精确的控

制，一般城市用水的PH应当尽量控制在7.0左右。对污泥处理的回流上清液进行专门的加药沉淀处理也能使磷得到有效地控制。

二、污水处理技术的研究进展

1、高效率、低投入、低运行成本、成熟可靠、产泥量少且污泥达到稳定的污水处理工艺的研究

中国是一个发展中国家，经济发展水平相对落后，而面对中国日益严重的环境污染，建设大批的污水处理厂需要大量的投资和高额运行费，这对中国来说是一个沉重的负担。而目前中国的污水处理厂建设工作，则因为资金的缺乏很难开展，部分已建成的污水处理厂由于运行费用高昂或者缺乏专业的运行管理人员等原因而一直不能正常运行，因此对高效率、低投人、低运行成本、成熟可靠的污水处理工艺的研究是今后的一个重点研究方向。

2、对适用于小城镇污水处理厂工艺的研究

发展小城镇是中国城市化过程的必由之路，是具有中国特色的城市化道路的战略性选择。如果只注重大中城市的污水处理工程的建设，而忽视如此数量多的小城镇的污水治理，则中国的污水治理也不能达到预定目标。而对于小城镇的污水处理又面临一系列的问题，如资金短缺，运行管理人员缺乏，技术力量薄弱等。因此，小城镇的污水处理工艺应该是基建投资低、运行成本低、运行管理相对容易、运行可靠性高的工艺。目前对适用于小城镇污水处理厂工艺的研究方向是：根据小城镇的特点，从现有工艺中比选出适合小城镇污水处理厂的工艺，同时开发出适用于小城镇污水处理厂的新工艺。

3、具有脱氮除嶙功能的污水处理工艺仍是今后发展的重点

《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）对出水氮磷有明确的要求，因此已建城镇污水处理厂需要改建，以去除污水中的氮、磷污染物，使出水达到国家规定的排放标准，新建污水处理厂则须按照标准GB18918-2002来进行建设。目前，对污水生物脱氮除磷的机理、影响因素及工艺等的研究已是一个热点，并已提出一些新工艺及改革工艺，如MSBR、UCT等，并且积极引进国外新工艺，如OCO、OOC、AOR、AOE等。对于脱氮除磷工艺，今后的发展要求不仅仅局限于较高的氮磷去除率，而且也要求处理效果稳定、可靠、工艺控制调节灵活、投资运行费用节省。

结束语

总而言之，污水处理问题与人们的生活息息相关。有关部门、机构应当加强对污水处理技术的研究，争取用更新更好的技术进行污水处理，为社会带来优质的水资。

参考文献

[1]白冰霜.探索污水处理技术的研究进展[J].门窗.2015（01）.

[2]李少彬.我国污水处理行业发展远景展望[J]产业与科技论坛.2012（12）： 42-43.

[3]张国忠.关于污水处理技术的分析[J].房地产导刊.2013（24）：70-70.

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“教学目标是教师专业活动的灵魂,也是每堂课的方向,是判断教学是否有效的直接依据。”目标不等于目的,“目标表述的是基本的、共同的、可达到的教学标准,而不是无法实现的最高要求(理想)。”教学目标包括4个要素:行为主体、行为动词、行为条件和行为表现程度。教学目标的行为主体是学生而不是教师,因为教学体现的是学生的学;行为动词是指学生做什么,常用“提出”“概述”“叙述”等行为动词表示;行为条件是完成这个任务所需要的条件,如完成的时间、器材等;行为表现程度是要达到什么标准,如10名内学生能提出实验方案。教学设计应该有明确的、可以达成的教学目标,切忌目标空泛、行为主体混乱、简单问题复杂化等。

二、研究教学对象

对学生的分析是教学设计过程中的一个重要步骤。教学设计的目的是为了学生的学,教学目标能否实现,要体现在学生的认识和发展中。信息时代的来临,互联网技术的发展,彻底打破了传统教育对知识和知识标准的垄断。随着信息技术的广泛应用,学生的学习资源日渐丰富,这就要求我们重新认识教学对象,认识教学对象的知识需求和发展需求。因此,要取得教学设计的成功,必须熟知学生,了解学生的需求。研究教学对象就要研究他们的知识储备、学习兴趣和生活经验,根据他们的需求来设计教学。

三、确定教学内容

超越教材的前提是源于教材,要始终强调教材的基础性和主干作用。教师必须对教材有全面、准确的理解,真正弄懂教材的本义,尊重教材的价值取向。就生物知识而言,有事实性知识、方法性知识、应用性知识等,任何一类知识都不能遗漏。如在“细胞的分化”一节中,红细胞和心肌细胞的分化属于事实性知识;细胞分化的概念和细胞的全能性属于科学术语知识;胡萝卜韧皮部的细胞培养则属于应用性知识。在“光合作用的发现”一节中还存在方法性知识,如萨克斯实验的对照实验法、恩格尔曼实验所采用的实验观察法、鲁宾和卡门实验的同位素标记法等。不同知识在教学中应适时体现,以使学生在最适宜的时间保持最佳的学习和理解。在这个基础上结合学生的经验和时展去挖掘和追求对教材的延伸、拓展,去形成学生的个性化解读。“要给学生足够的信息量”,适当地拓宽教材是必要的,对教材内容进行拓宽有利于学生理解教材,开阔眼界。

四、体现科学课程的教学方式

新课程倡导探究性学习方式,其目的是学生能够积极主动地获取生物学知识,领悟科学研究方法。科学探究常用的方法是实验法。实验法研究的一般步骤是:发现并提出问题,收集与问题相关的信息,做出假设,设计并完成实验,记录和分析实验现象,得出结论等。这是一个比较连贯、完整的研究过程,可认为是“完全探究”的过程,是科学探究常用的形式,教学中一定要让学生获得“完全探究”的流程和方法,教师可以设计一些问题串让学生熟悉这种流程。例如,在“光合作用的发现”中的恩格尔曼实验,可让学生思考:恩格尔曼提出了怎样的假设?设计了怎样一个实验来验证假设?运用了什么研究方法?得到的科学结论是什么?我们要学习恩格尔曼实验中的哪些内容?……教师还要给学生说明恩格尔曼实验是一个“完全探究性”实验,让学生感受科学家的探究过程,体会科学家的思想。还有一些科学实验可能集中在提出问题、制定计划、分析结论等某一个方面,即“不完全探究”,这也是我们教学中常用的探究形式。

五、确定教学程序

教学过程是教师自己设计的,有什么样的教学程序就有什么样的课堂,就能实现什么样的教学目标。对同一节课,不同的教师有不同的处理方法,有不同的教学程序,但是生物课堂教学的程序一定要符合科学课程的要求,即理论与实际相结合,要创造各种条件让学生像科学家那样去“做科学”,以发展学生的智力,培养学生的生物科学素养。

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【关键词】土壤石油污染 化学治理 物理治理 生物治理

中图分类号:X55文献标识码:A文章编号:1003-8809(2010)-08-0002-01

随着经济的发展和能源的紧缺,石油在现代社会中占据着越来越重要的地位。石油的开采规模在不断的增加,应用越来越广泛。但是随着石油的大规模开采以及石油化工业的发展,石油及石油化工生产中的产生的环境问题也愈加严重,已经成为一个不容忽视的问题。

在石油和石化产业的开采和生产过程中以及在石油的运送过程中造成了一系列的环境问题:

首先,大量的石油物质泄露到周围的土地。含油物质进入土壤后,破坏土壤结构,降低土壤的透水性,同时含油物质中的反应基能够与土壤中的无机氮磷结合从而降低了土壤中有机质含量。最终破坏微生物的生存环境,影响微生物的生存,降低土壤的活性。

其次,是化工厂中的石油以及泄漏到土壤中的石油气体的挥发,会对周边的空气产生恶劣的影响,甚至直接影响到周围人群的身体健康。研究表明,部分脂溶性物质对神经系统有很大的副作用,而一些多环芳烃类物质则会直接影响肝、肾和心血管系统等的正常功能,甚至引起癌变。

再次,石油和石化产业还能够产生严重的水污染。针对石油污染愈加严重的现象,对于如何治理石油污染也进行了深入的研究并在具体的治理过程中积累了经验和教训。这里仅就石油引起的土壤石油污染的治理进行论述,以资参考。

根据在治理土壤石油污染中的原理的不同可以将治理方法分成:物理治理、化学治理和生物治理。

1、 土壤石油污染的物理治理

物理治理是利用土壤和污染物物理特性的不同,通过一些物理方法降低污染物对土壤的方法。土壤石油污染的物理方法主要有换土方法、焚烧方法和隔离方法。

换土方法顾名思义就是用有污染的土壤将污染的土壤换掉。这种方法适合重度污染且难以治理的土壤石油污染,但是这种治理方法显然没有将污染的土壤治理彻底、指标不治本。

焚烧法是根据石油类污染物易燃烧的性质,在高温条件下将污染物燃烧掉,从而实现土壤石油污染治理的目的。在焚烧法治理土壤石油污染的过程中,又会产生空气污染,且焚烧的面积不宜过大,这就使得焚烧法在治理土壤石油污染的过程中有了很大的局限。

隔离法只采用粘土或者采用惰性材料将被石油污染的土壤和没有污染的土壤隔离起来,这种方法只是暂时的防治了石油污染物的迁移、防治污染的扩展,并没有起到真正的污染治理的作用。

2 、土壤石油污染的化学治理

化学治理方法是指在土壤石油污染治理的过程中理由污染物和改良剂之间不同的化学性质通过发生化学反应来治理土壤石油污染的治理方法。主要的化学治理方法有:化学氧化方法、萃取方法和土壤洗涤方法。

化学氧化方法是利用向污染的土壤中喷洒或注入化学氧化剂,使其与污染物质发生化学反应从而改变污染物的化学性质来实现治理土壤石油污染治理的目的。使用化学氧化法治理污染土壤中常用的化学氧化剂主要有臭氧、过氧化氢、高锰酸钾、二氧化氯等。其中以二氧化氯的性价比最高。

萃取方法是依据相似兼容原理,对石油污染土壤中的石油进行萃取、回收,实现对污染土壤的治理的方法。但是萃取法有很大局限性,不仅要污染土壤中的石油含量高,而且代价高,不适宜大面积使用,不能彻底治理。

土壤洗涤方法是将污染土壤混入到洗涤剂中,利用洗涤剂、污染物不同的性质从水相中将部分污染物从土壤中分离出来最终实现对污染土壤的治理。但是土壤洗涤方法操作复杂且成本很高,因此也不适宜大范围的使用。

3 、生物治理方法

生物治理污染土壤的方法是指利用特定的生物吸收、降解土壤中的石油污染物,从而是想净化土壤、修复生态的治理方法。

3.1 利用微生物治理土壤石油污染的方法

微生物治理技术是一定的微生物,在可调控的环境条件下将有毒污染物转化为无毒污染物的处理技术。由于利用微生物方法处理环境污染时具有速度快、消耗低、效率高且无二次污染的显著优点,因此,对微生物治理方法研究较为成熟。在利用微生物治理土壤石油污染的过程中,根据是否取土又可以将微生物治理方法分成两类:原位生物修复方法和异位生物修复方法。原位生物修复方法是不取土在污染土壤所在地进行治理的方法,较为常用的方法有:生物培养法、生物通气法。异位生物修复方法是将污染土壤移至专门的地点进行治理的方法。常用的方法有:土壤堆腐法、生物反应器法。

3.2 利用植物自治理土壤石油污染的方法

此种方法是利用植物及其共存微生物体系对土壤中的石油污染物进行降解,从而实现清除土壤中的石油污染物目的。与其它的治理方法相比,利用植物治理的方法成本较低并且对周边的环境影响小在某种程度上还具有改善生态环境的功效。但是这种治理方法对于植物的选择有特殊的要求:首先,要有较强的对污染物质的吸收能力:其次,要有强大生命力和繁殖能力;再次,不能够影响人们的健康。

目前,我国虽已初步建立起了石油污染土壤修复的理论和技术体系,但这个体系还不成熟,尤其在微生物修复方面,尚缺乏全面的调查资料,更重要的是该体系中的大部分研究仍处于模拟实验阶段,还未找到一套可用于现场的、修复费用低、修复效率高、修复效果好、可操作性强的技术和工艺,石油污染土壤的修复技术仍需深入改革。

参考文献:

【1】 陆秀君,郭书海,孙清,等. 石油污染土壤的修复技术研究现状及展望[J ] . 沈阳农业大学学报,2003 ,34 (1) :63-67.

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关键词：污水污水 处理技术 工艺 趋势

油田污水主要包括原油脱出水、钻井污水及站内其它类型的含油污水。含油污水的不合理处理回注和排放会造成油田地面设施不能正常工作，导致地层堵塞而带来危害，同时污染环境，最终影响油田的安全生产。所以必须合理地处理和利用含油污水。

一、油田污水常用的处理方法

从注水水质标准和污水综合排放标准来看，不但项目较多而且各项指标要求都比较严格，若将污染比较严重的污水处理到注水水质或排放水水质要求的程度，必须同时采取多种处理方法。考虑到以上要求，目前常用的污水处理方法分为以下几类：

1.去除水中悬浮的杂质

一般悬浮的杂质包括：浮油和分散油、悬浮固体、乳化油及胶体固体物四类物质。悬浮物质中主要是含油类的物质。在去油的过程中可以实现对悬浮固体和胶体固体物的去除。目前常用的去除油污的方法有以下三种：

1.1物理法除油

主要包括立式除油罐除油、粗粒化除油及斜板除油等。在这个过程中也可以同时去除悬浮固体。

1.2混凝除油

投加混凝剂破除乳化油，同时使胶体固体破乳，将这两种物质同时去除。

1.3过滤

过滤主要是为了滤掉混凝后的悬浮固体，同时去除破乳后的油物。

2.加入一定量的添加剂

在污水处理过程中，加入一定量的防垢剂、缓蚀剂和杀菌剂，可以防止水结垢、腐蚀和大量的细菌繁殖，使净化水的各项指标达到要求。

2.1物理法除油

物理物除油包括自然除油、斜板（管）除油罐除油、粗粒化（聚结）除油、气浮法除油（去除悬浮物）及旋流除油等多种方法。自然除油主要采用重力分离技术，其原理是根据油和水的密度不同使油上浮到达油水分离的效果。这种方法的缺点是忽略了进出配水口水流的不均匀性、油珠颗粒上浮中的絮凝等因素，其操作流程不密闭，污水停留时间长，容积大，投资高。斜板除油是自然除油的一种改进，根据“浅池理论”的原理，将除油罐内沉降区加了波纹斜板，提高了除油效率。粗粒化除油是将污水经过填充物，使得油珠变大，便于沉降。此方法适合用于去除分散油。旋流除油是利用水和油的密度差，在液流调整旋转速度时受到不同的离心力的作用而实现油水分离的。

2.2混凝处理

在油田含油污水的处理过程中，一般使用混凝沉降法去除污水中的溶解油、分散油和乳化油，也可以同时去除其中的粉质悬浮固体和泥质，原理是使用物理方法或者化学方法加速以上提到的物质的分离，使其沉降。

一般混凝剂对水中的胶体颗粒的混凝作用包括电性中和、网扫作用和吸附桥架三种作用。可以根据混凝剂的种类，投放量，胶体粒子的性质等因素决定三种作用的主次。复合型混凝剂和无机高分子混凝剂应用越来越广泛，其不仅污水处理混凝净化效果好，而且只需要添加一种药剂，使得加药工序大大简化，节约基建投资，减少人力投资。

2.3过滤

将含油污水流过一个较厚而多孔的石英砂或者含有其他粒状物质的过滤床，杂质会留在这些介质的空隙里或介质上，使得含油污水进一步净化，这个过程叫做含油污水的过滤处理。在这个过程中，主要可以去除水中的悬浮物和胶体物质，同时还可以去除油类、细菌、铁氧化物及放射性颗粒等物质。过滤一般包括吸附、絮凝、沉淀和截留等几个步骤。

二、油田污水处理的工艺

油田注水水质处理工艺是根据水源、来水水质和注入层对水质的要求确定。一般对于高渗透油层，通常采用多种常规污水处理工艺，对于中、低渗透油层一般在常规处理的基础上进行深度处理，即进行二级或者三级过滤。目前各油田对注入高渗透油层的污水普遍采用三段处理工艺，自然沉降除油作为第一段处理工艺，第二段采用混凝沉降除油和悬浮物，最后一段使用石英砂进行过滤。该流程适用于原水水质较差的油田或区块，其主要工艺有重力式、压力式、浮选式及旋流式四种。中低渗透油藏的注水水质要求较高，需要对含油污水进行深度处理。各油田都采用常规处理后再进行一次、二次过滤，其工艺过程为含油污水常规处理工艺粗过滤精过滤。常用的深度处理工艺包括多次双向过滤流程，浮选-过滤深度流程及双滤料-滤芯过滤深度处理流程。

1.重力式污水处理工艺

污水处理流程的特点是含油污水依靠重力差流动，整个沉降、过滤过程为自流，无需动力泵。该流程的缺点是污水在站内停留时间长，占地面积大。

2.压力式污水处理工艺

该流程为原水进缓冲罐后，经提升泵增压进入粗粒化罐除油，再进入斜板沉降罐除乳化油和机械杂质，然后进入压力过滤罐除去悬浮物使水质达标。该工艺的特点是除油、过滤设备均为承压容器，可实现密闭隔氧，污水停留时间较短。缺点是适应水水量、水质变化能力减弱，当原水中泥沙含量高时，容易产生堵塞现象。

三、油田污水处理技术的发展趋势

随着高新技术在油田污水处理领域应用，油田污水处理技术也向多方面发展和延伸，再加上人们对油田污水处理后的利用越来越重视，导致油田污水处理技术的研究越来越多，其主要研究趋势包括

以下几个方面：

1.研制和开发新型水处理药剂

混凝剂的研究的主要方向达到混凝能力强、破乳速度快、快速沉降、絮凝体的体积小等特点。混凝剂近年采用的材料也越来越广泛，主要包括铁、硅及聚合铝等材料。混凝材料在有机方面也有很大研究，尤其是高聚物混凝剂的研究。

2.运用先进设备和高新技术

先进的设备例如横向流含油污水除油器，先进的技术例如光催化氧化技术和采用电絮凝技术等应用越来越广泛。超声波技术和微波技术的研究也成为重点方向。

3.使用生物处理技术

生物处理技术用于油田污水处理是比较有发展前景的新型技术。生物处理技术在含油污水处理主要体现在高效降解菌得研究与使用，其中以质粒育种菌和基因工程菌为代表的生物处理技术的研究与应用是今后污水生物处理技术的发展方向。

4.研究和推广膜分离技术

膜分离技术应用在油田污水处理方面的研究主要问题是开发质优价廉的新材料膜，减少膜污染，开发新型清洗剂和优化清洗方法。

参考文献

[1]王晓阳.石油化工企业含油污水处理及回用水处理工艺设计[J].工业用水与废水，2010，（4）.