可降解高分子材料的降解途径范文

导语：如何才能写好一篇可降解高分子材料的降解途径，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。

篇1

【关键词】 高分子材料 可降解 循环利用

1 生物可降解高分子材料的含义及降解机理

生物可降解高分子材料是指在一定的时间和一定的条件下，能被微生物或其分泌物在酶或化学分解作用下发生降解的高分子材料。生物可降解的机理大致有以下三种方式：生物的细胞增长使物质发生机械性破坏；微生物对聚合物作用产生新的物质；酶的直接作用，即微生物侵蚀高聚物从而导致裂解。一般认为，高分子材料的生物可降解是经过两个过程进行的。首先，微生物向体外分泌水解酶和材料表面结合，通过水解切断高分子链，生成分子量小于500的小分子量的化合物；然后，降解的生成物被微生物摄入人体内，经过种种的代谢路线，合成为微生物体物或转化为微生物活动的能量，最终都转化为水和二氧化碳。因此，生物可降解并非单一机理，而是一个复杂的生物物理、生物化学协同作用，相互促进的物理化学过程。到目前为止，有关生物可降解的机理尚未完全阐述清楚。除了生物可降解外，高分子材料在机体内的降解还被描述为生物吸收、生物侵蚀及生物劣化等。生物可降解高分子材料的降解除与材料本身性能有关外，还与材料温度、酶、PH值、微生物等外部环境有关。

2 生物可降解高分子材料的类型

按材料来源，生物可降解高分子材料可分为天然高分子和人工合成高分子两大类。按用途分类，有医用和非医用生物可降解高分子材料两大类。按合成方法可分为如下几种类型。

2.1 微生物生产型

通过微生物合成的高分子物质。这类高分子主要有微生物聚酯和微生物多糖，具有生物可降解性，可用于制造不污染环境的生物可降解塑料。

2.2 合成高分子型

脂肪族聚酯具有较好的生物可降解性。但其熔点低，强度及耐热性差，无法应用。芳香族聚酯（PET）和聚酰胺的熔点较高，强度好，是应用价值很高的工程塑料，但没有生物可降解性。将脂肪族和芳香族聚酯（或聚酰胺）制成一定结构的共聚物，这种共聚物具有良好的性能，又有一定的生物可降解性。

2.3 天然高分子型

自然界中存在的纤维素、甲壳素和木质素等均属可降解天然高分子，这些高分子可被微生物完全降解，但因纤维素等存在物理性能上的不足，由其单独制成的薄膜的耐水性、强度均达不到要求，因此，它大多与其它高分子，如由甲壳质制得的脱乙酰基多糖等共同混制。

2.4 掺混型

在没有生物可降解的高分子材料中，掺混一定量的生物可降解的高分子化合物，使所得产品具有相当程度的生物可降解性，这就制成了掺合型生物可降解高分子材料，但这种材料不能完全生物可降解。

3 生物可降解高分子材料的研发

3.1 传统方法

传统利用生物可降解高分子材料的方法主要包括：天然高分子的改造法、化学合成法和微生物发酵法等。（1）天然高分子的改造法。通过化学修饰和共混等方法，对自然界中存在大量的多糖类高分子，如淀粉、纤维素、甲壳素等能被生物可降解的天然高分子进行改性，可以合成生物可降解高分子材料。此法虽然原料充足，但一般不易成型加工，而且产量小，限制了它们的应用。②化学合成法。模拟天然高分子的化学结构，从简单的小分子出发制备分子链上含有酯基、酰胺基、肽基的聚合物，这些高分子化合物结构单元中含有易被生物可降解的化学结构或是在高分子链中嵌入易生物可降解的链段。化学合成法反应条件苛刻，副产品多，工艺复杂，成本较高。（2）微生物发酵法。许多生物能以某些有机物为碳源，通过代谢分泌出聚酯或聚糖类高分子。但利用微生物发酵法合成产物的分离有一定困难，且仍有一些副产品。

3.2 酶促合成

用酶促法合成生物可降解高分子材料，得益于非水酶学的发展，酶在有机介质中表现出了与其在水溶液中不同的性质，并拥有了催化一些特殊反应的能力，从而显示出了许多水相中所没有的特点。

3.3 酶促合成法与化学合成法结合使用

酶促合成法具有高的位置及立体选择性，而化学聚合则能有效的提高聚合物的分子量，因此，为了提高聚合效率，许多研究者已开始用酶促法与化学法联合使用来合成生物可降解高分子材料。

4 结语

随着高分子材料合成与加工的技术进步，生物可降解高分子材料在各行业得到广泛、深入的应用。生物可降解高分子材料助剂、树脂原料和加工机械一起组成了生物可降解高分子加工的三大基本要素。此外，加工工艺水平、配方技术以及相关配套服务设施也成为完美展现制品性能的不可或缺的因素。我国生物可降解高分子材料工业起步较晚，发展迟缓，难以适应目前的发展趋势，必须借助行业发展，探索一条具有中国特色的工业之路。在消化、吸收、仿制国外先进品种和技术的基础上，针对不同行业要求和特点，开发出高效、多功能、复合化、低（无）毒、低（无）污染、专用化的生物可降解高分子品种，提高规模化生产和管理能力，改变目前行业规模小、品种少、性能老化且雷同、针对性（专用性）差、性能价格比明显低于国外同类产品、创新能力低下、污染严重、无序竞争的局面，一些新型功能的生物可降解高分子材料的发展时间不长，消费量较低，却带来了产业新的突破点和增长点，丰富完善了整个体系，其高技术含量和巨大的增幅显示了强大的生命力，创造一个投入产出比明显高于其他化工产品的新产业。

篇2

（一）知识脉络

本节教材在学生学习了淀粉、纤维素、蛋白质等天然有机高分子化合物之后，很自然地过渡到学习合成有机高分子化合物，首先介绍有机高分子化合物的相对分子质量，然后初浅地以聚乙烯、聚氯乙烯为例介绍有机高分子化合物的结构与基本性质，合成高分子化合物在溶剂中的溶解和在不同温度时的性能变化等性质是与合成高分子化合物的科学研究及生产加工密切相关的；最后简单介绍了常见高分子塑料、橡胶、纤维中某些有代表性的品种。

（二）知识框架

（三）新教材的主要特点：

新教材依然保持紧密联系实际和新的化学知识从生活和生产实际切入的风格，也注意了紧密联系学生已学过的知识如烯烃的加成反应、羧酸的酯化反应等，以帮助他们理解高分子化合物的性质、正确书写重要高聚物加聚反应的化学方程式，复习巩固已学的有机化学知识，也为他们选择后续的选修模块“有机化学基础”奠定必要基础。

二．教学目标

（一）知识与技能目标

1.引导学生初步认识有机高分子化合物的结构、性质及其应用，学会书写重要加聚反应的化学方程式，了解合成高分子化合物的主要类别及其在生产、生活、现代科技发展中的广泛应用。

2.引导学生学习和认识由塑料废弃物所造成的白色污染和防治、消除白色污染的途径和方法，培养他们的绿色化学思想和环境意识，提高他们的科学素养。

3.通过多样化的学习活动（自主检索、收集、分类比较、展示等）使学生了解塑料、合成橡胶、合成纤维的主要品种以及它们的原料来源与石油化工、煤化工的密切联系，同时提高他们的学习能力，丰富他们的学习方式。

（二）过程与方法目标

1.让学生通过网络、书籍等途径收集各种各样的材料及图片、实物，课堂上采用互动式教学，激发学生探究有机合成材料的组成、性能的兴趣。。

2、通过“迁移•应用”、“交流•研讨”、“活动•探究”等活动，提高学生分析、联想、类比、迁移以及概括的能力。

（四）情感态度与价值观目的

1、通过“迁移•应用”、“交流•研讨”、“活动•探究”活动，激发学生探索未知知识的兴趣，让他们享受到探究未知世界的乐趣。

2.引导学生学习和认识由塑料废弃物所造成的白色污染和防治、消除白色污染的途径和方法，培养他们的绿色化学思想和环境意识，提高他们的科学素养。

三、教学重点、难点

（一）知识上重点、难点

重要高聚物的加聚反应及其化学方程式

（三）方法上重点、难点

有机高分子化合物的结构与性质的关系的理解

四、教学准备

（十二）学生准备

1.课前让学生通过网络、书籍等途径收集各种各样的材料及图片、实物。

2.收集有关废弃塑料造成的白色污染、危害及其防治方法的资料。

（十三）教师准备

教学媒体、课件；准备“活动•探究”实验用品。

五、教学方法

问题激疑、实验探究、交流讨论、

六、课时安排

3课时

七、教学过程

第一课时

【引入】人类的生产和生活离不开各种各样的材料，请同学们根据自己收集的资料结合已有的知识对材料进行分类。

【点评】课前让学生通过网络、书籍等途径收集各种各样的材料及图片、实物，课堂上采用互动式教学。

【交流、投影】

无机非金属材料（如：晶体硅、硅酸盐材料等）

无机材料

无机金属材料（包括金属和合金）

材料天然有机高分子材料（如：棉花、羊毛、蚕丝、天然橡胶等）

有机材料合成有机高分子材料（如：塑料、涂料、合成纤维、合成橡胶等）

新型有机高分子材料（如：高分子分离膜等）

【联想、质疑】在日常生活中，你一定接触过许多塑料、合成橡胶、合成纤维制品。你能举例说明吗？它们是什么原料制造的？它们具有哪些优于天然材料的性能？

【点评】通过回忆生活中的常识激发学生探究有机合成材料的组成、性能的兴趣。

【练习】计算葡萄糖和硬脂酸甘油酯的相对分子质量。

【质疑】经计算，它们的相对分子质量分别为180和890。数值已经不小，但是，我们仍称它们为低分子化合物，简称小分子；那么，什么是高分子化合物或高分子呢？

【讲述】如果有机化合物的相对分子质量达到几万到几百万，我们就称它们为有机高分子化合物，简称高分子或聚合物。像以前所学过的淀粉、纤维素、蛋白质等物质都属于有机高分子化合物。有机高分子化合物的结构有哪些特点呢？

【引题、板书】一、有机高分子化合物

1.有机高分子化合物的结构特点

【讲述】有机高分子化合物虽然相对分子质量很大，但是它们的结构并不复杂，通常是由简单的结构单元连接而成的，例如，聚乙烯是由结构单元重复连接而成的，聚氯乙烯是由结构单元重复连接

而成的，其中的n表示结构单元重复的次数。

【投影讲述】高分子中的结构单元连接成长链，这就是通常所说的高分子的线型结构。具有线型结构的高分子，可以不带支链，也可以带支链。高分子链上如果有能起反应的原子或原子团，当这些原子或原子团发生反应时，高分子链之间将形成化学键，产生一定的交联形成网状结构，这就是高分子的体型结构。

【过渡】由于有机高分子化合物的相对分子质量大及其结构的特点，因而使它们具有与小分子不同的一些性质。

【活动、探究】将教材的“观察•思考”涉及的实验改成学生分组实验（2～4人一组）。

1.从废旧轮胎上刮下的一些橡胶粉末约0.5g放入试管中，加入5mL汽油，观察粉末能否溶解。

2.取内径比实验室用导气胶管外径稍大的试管，胶管与试管等长。向试管中加入少量汽油后，将胶管插入试管，再用滴管向胶管内孔中滴满汽油，稍侯，可见胶管伸长。

3.取一小块聚乙烯塑料碎片，用酒精灯加热直至熔化时停止加热，等冷却后再加热，反复几次后点燃，观察变化的全过程。

【交流、讨论、板书】2.有机高分子化合物的主要性质

⑴溶解性：难溶于水，在有机溶剂中也只能溶胀并极缓慢。

⑵热塑性和热固性

⑶电绝缘性

⑷不耐高温易燃烧

【讲述】聚乙烯塑料受热到一定温度范围时，开始变软，直到熔化成流动的液体。冷却后又变为固体。加热后又熔化，这种现象就是线型高分子的热塑性。有些体型高分子一经加工成型就不会受热熔化，因而具有热固性，如酚醛树脂。高分子化合物中的原子是以共价键结合的，因此它们一般不导电。

【小结】结构决定性质，性质决定用途，正因为有机高分子化合物有以上的主要性质，决定了高分子材料在国民经济发展和现代科学技术中的重要作用。

作业：探究活动：学生分为若干小组通过去图书馆、上网查阅资料探究以下问题：

1．我们身边有哪些高分子化合物；

2．高分子化合物对工农业生产和生活有哪些重要作用；

3．了解高分子化合物的新发展，例如可导电的高分子材料、可降解塑料等。

并动员学生运用所学知识回答下列问题：

1．为什么聚乙烯塑料凉鞋破裂可以热补，而电木插座不能热修补。

2．装苯的试剂瓶不能用普通的胶塞的原因。

3．家贸市场上出售的香油的胶塞为什么要用玻璃纸包起来，如果不包起来会出现什么后果。

第二课时

【联想、质疑】现在，人们在日常生活中经常与塑料打交道，工农业生产和国防建设也大量使用塑料。那么，究竟什么是塑料？它们是怎样制成的？

【讲述】塑料的主要成分是被称为合成树脂的有机高分子化合物。例如，聚乙烯就是生产聚乙烯塑料的合成树脂。聚乙烯是以石油化工产品乙烯为原料，在适宜的温度、压强和引发剂存在的条件下发生反应而制得的。反应时，乙烯分子中碳碳双键中的一个键断裂，然后相互两两加成而聚成含n个结构单元的相对分子质量达几万以上的聚乙烯树脂。

【板书】二、塑料

【讲述】讲述聚合反应和加聚反应的概念。

【讲述、投影】塑料与合成树脂

⑴塑料是由合成树脂及填料、增塑剂、稳定剂、色料、防老剂等添加剂组成的。

⑵树脂是指还没有跟各种添加剂混合的高聚物。

⑶有些塑料基本上是由合成树脂所组成的，不含或少含其它添加剂，如有机玻璃等。

【迁移、应用】氯乙烯、苯乙烯、四氟乙烯在引发剂作用下经过聚合反应所得聚合物都是重要的合成树脂。⑴它们为什么和乙烯一样，也能发生加聚反应？⑵写出化学反应式。

【交流、讨论】组织学生交流讨论聚合反应的书写技巧，尤其苯乙烯的聚合反应，可以适当点拨：将苯基（—C6H5）当作支链，使双键碳原子作为端点碳原子，以便于两两加成聚合。

【阅读】塑料王与工程塑料ABS的用途。

【过渡】聚乙烯是当今世界上产量最大的塑料产品，它有着广泛的应用。

【阅读、讨论】聚乙烯的性质和用途。

【讲述】塑料工业的发展，极大地提高了人们的生活质量，但是这些结构稳定、难以分解的塑料废弃物的急剧增加也带来了严重的环境问题。全世界每年产生数千万吨的废旧塑料，比如聚乙烯、聚苯乙烯等它们聚集在海洋里、地面上、土壤中，造成白色污染。白色污染已成为困扰人类社会的一大公害。减少与消除白色污染既要全社会共同努力，从我做起，少用并及时回收、再生，也要依靠科技，生产可降解的塑料。

【指导阅读】塑料的回收利用与可降解塑料。

作业：探究活动：

1.收集有关废弃塑料造成的白色污染、危害及其防治方法，在各社区进行宣传或提出倡议。

2.课外实验，参照教材第97页动手实践的方法进行废旧塑料裂解得燃气与燃油的实验。

3.收集橡胶制品的图片

第三课时

【引题】今天我们讨论第二大合成材料合成橡胶。

三、合成橡胶

【展示】展示课前同学们收集的橡胶制品的图片。

【交流、研讨】结合你已有的知识和生活常识思考：

1.橡胶的特性是什么？由此决定着它有哪些用途？

2.根据来源和组成不同，常用的橡胶有哪几种？

【讲述】构成橡胶的高分子链在无外力作用时呈卷曲状，而且有柔性，受外力时可伸直，但取消外力后又可恢复原状，因此橡胶是具有高弹性的高分子化合物。根据来源和组成不同，橡胶可分为天然橡胶和合成橡胶。合成橡胶往往具有高弹性、绝缘性以及耐油、耐酸碱、耐高温或低温等特性，因此具有广泛的应用。

【讲述】顺丁橡胶是化学家们最早模拟天然橡胶制得的合成橡胶，它具有较高的耐磨性，广泛用于制造轮胎、耐寒制品及胶鞋、胶布、海绵胶等。利用工具栏讲解顺丁橡胶的合成，并以顺丁橡胶的高分子链的卷曲认识橡胶的高弹性。

【质疑】为什么实验室的橡胶管在空气中易老化？为什么盛酸的试剂瓶要用玻璃塞？

【过渡】常用的橡胶除天然橡胶、顺丁橡胶外还有其它的通用橡胶。

【阅读、讲述】阅读表3-4-1几种常用橡胶的性能和用途，以说明当今合成橡胶的广泛应用，以及“挑战者”航天飞机失事的悲惨事件就是由于橡胶密封圈失灵造成的。

【过渡】接下来讨论第三大合成材料合成纤维。

【交流、研讨】生活中你们知道哪些是纤维制品呢？棉花、羊毛、蚕丝与锦纶、涤纶有何区别？纤维素是如何分类的？

【投影、讲述】1.纤维素分类

纤维素：棉、麻

天然纤维蛋白质：丝、毛

纤维人造纤维：人造棉、人造丝

化学纤维合成纤维：锦纶、腈纶

篇3

国际生物降解聚合物学术讨论会(InternationalSymposiumonBIOdegradablepoly-Iner:)于1995年n月14一15日在日本东京举行，主要讨论生物降解聚合物的设计、合成、性质及其应用。与会者150余人。会议收集论文近70篇，有20位世界著名专家、学者作了特遨报告.会议分PHA(生物聚酷)生产的生物学及生物技术、PHA的合成与生物降解、分子设计与生物降解等专题进行讨论。徽生物合成的聚合物，一般称为生物聚合物(Bi叩olymer)，具有可完全生物降解的特征。在废弃的合成高分子材料产品对环境造成日益严重污染的今天，开发出与通用高分子材料性能相似，且又可完全生物降解的生物聚合物已成为高分子材料科学与工程，以及生物工程领域的热点之一。本文主要介绍采用生物技术进行生物聚合物研究的最新进展。

1生物梁合物的主要种类与结构

生物体内合成的大分子物质，均可称为生物聚合物，如蛋白质、核酸、淀粉等。这里所说的生物聚合物，是指由徽生物合成的聚醋，它是不同于蛋白质、核酸、淀粉的一类新的天然高分子物质。徽生物合成的聚醋，因既具有生物可降解性，又具有通用高分子材料的可加工性而受到人们的关注。这种由徽生物合成的聚醋，统称为聚经墓链烷酸醋(氏lyhydroxyalkanoate，简称PHA)，许多细菌都能在体内合成和积累PHA.在细菌细胞缺乏营养物质时，将水解PHA以摄取养料.现已发现百余种细菌具有合成和积累PHA的功能，并已从20多种细菌中克隆出了PHA合成醉的结构基因。最近又发现合成与积累PHA的细菌可分为两组，一组以八女口左矛阴es翻tr’功hus为代表，主要合成C:~CS单体单元的短链PHA;另一组以尸，-己动”洲a，。酝卯俐二，为代表，可合成具有C‘~cl‘的中等链长的PHA单元。PHA实际上包括一系列的聚酷，最常见的聚醋与它们的结构如下:甲墓侧链聚经墓T酸醋[Poly(卜hydroxybutyrate)，pHB〕（图略）这种结构特征有利于A在环境中的降解证明，PHA能被环境中广泛存在的某些细菌所降解.这些细菌可分泌出PHA的解菜I或水解醉。

2PHA的生物合成

在限载而碳像充足的条件下，许多好暇或厌氧菌都可合成和积爪亚徽米大小、由PHA（图略）一般情况下，PHB在细胞中积爪约为细胞干t的0%一30%，在限载情况下，一些A-:璐必“‘盯和月以‘aligen毋s菌株可积爪自身干!90%的PHB.对PH旧的生物合成过程的研究表明，Pl王B的“建筑块”是乙陇一辅醉A，并以图5和图6的途径进行合成。合成的PH卫分子t的大小取决于细曹的种类，也与分离方法有关.若分离方法沮和，如用溶荆萃取，或直接分离出天然的PHB东粒，则可获得高分子t的PHB，分子t可从10万至上百万，甚至更高.研究还表明，在一个PHB硕位中，往往包含，几千个PHB分子，并发现在可合成PHB细，的一个细胞内，至少有1800。个PHB聚合醉分子，而且在PHB的积累过程中始终保持着这一数量在限氮、限磷培养基中加入有萄精和丙酸，A女口左g翻esotroPhu，菌可合成和积累PH-BV.PHBV中的HB对HV的单体比可用有萄糖对丙酸的比率加以调节，而PHBV的机械性能和热塑性直接依赖于聚醋中HB和HV的比例。

3生物技术

在PHA合成中的应用生物聚合物将成为下世纪重要的工业材料，PHA的大规模生产就成为实现这一目标而迫切需要解决的首要间题。为了提高细菌对PHA的合成能力，80年代后期，科学界已逐渐开始采用徽生物技术，用基因工程的方法解决这一问题，其过程（图略）由PHB的生物合成过程可知，该过程涉及到3种醉:卜酮硫解醉，乙酞乙酞一辅醉A，PHB合成酶。这3种酶是使合成PHB得以实现的生物催化剂。即是说，在合成PHB细菌的染色体DNA上存在着对应于这3种醉的基因。日本的T.Yamane等人已从尸ara~，d活月泣七叹方“n:菌中克隆出这3种基因，分别表示为PhbA，PhbB和Ph扫C，并分析了这3种基因的核昔酸顺序，确定了3种墓因所编码的醉的氛墓酸组成及分子（图略）对醉结构的分析表明，来像于尸a、~。J胡it八fiea。中的户阴硫解阵与乙曦乙跳一辅醉A与来自其他菌种的这两种醉有，较高的氮基破同像性，同探性分别为“.7%与74.0%.对PhbA和phbB基因的结构及表达研究表明，在重组的大肠杆菌中沪劫峨和州幼B墓因能同时被转录，而且只能在PhbA墓因的上游检侧到启动子活性，因而断定这两个墓因形成了一个操纵子.phbC基因则与户肋A和PhbB墓因操纵子间隔10kb的核昔破.户舰(墓因的开放阅读框架前是一段启动子序列和一核抢体结合位点，开放阅读框架之后是转录终止子。对PhbC墓因表达的研究，是将启动子、Ph扫C开放阅读框架和终止子的整个系统擂人一高拷贝、且具有广泛宿主菌适应性的载体，再导进尸，J翻.戊命。。，，结果使，体内积早的PHAt有较大幅度犷提高.如以正一戊醉为原料，积早的PHA的t是原始出发菌的2.4倍。在基因工程中，提高外撅墓因表达水平的方法很多，较常用的是选排强的启动子，提商羞因的转录水平，从而提高墓因表达产物的产t。日本N.Toyoda等人为了提高PHB合成相关基因在光自养型菌种伪“”砧叫州a中的表达水平，提高PHB的产t，首先用启动子探针型穿梭质粒从光自养型细菌勿.echococcoPcc7942中克隆出了强启动子，用该强启动子与户肋A，PhbB和Ph扫C，以及合适的克隆载体进行了体外，组，再将盆组体导入伪口，砧配才叮匆，构建了墓因工程菌，希望户劫叭，Ph五B和Ph夕C墓因能在其中高拷贝表达，产生更多的PHB合成醉，合成出更多的P妇旧.日本K.Kataoka等则致力于寻找可高拷贝复制的质粒，他们从足阿“爪拍昭“:sP.MA4筛选出pMA4质粒，采用电冲击法将pMA4导入匆”ech~，sP.MA19蔺株，发现pMA4在.勺月echococc“:sP.MA19中的拷贝数达300以上.若以这种高拷贝质位做毅体，嵌人与PHB合成相关的3种墓因，再克隆进入MA19菌株，就可能使PHB的产t有较大幅度的提高。奥地利维也纳大学的科学家们在以荃因工程中最常见的大肠杆菌为宿主，，组建能合成PHB的基因工程菌的同时，在重组体中还引人了曦菌体的热教溶解签因，使细菌易裂解而自动释放出PHB，大大简化了提取时所要求的苛刻条件和过程.也降低了成本。

4PHB解二研究

在对Pl犯合成醉进行研究的同时，对PHB解琅醉和水解醉也进行了研究.日本T.Tan业等人从湖水中筛选出对PHB有解获作用的菌株，从该菌中分离出PHB解聚酶。醉的分子量约为50000，最适作用pH为9.0，温度37℃，可将PHB分解成3一经基丁酸的单体或二聚体。然后又以粘性质粒pWE15为载体，以大肠杆菌为宿主菌，从c.acid例Ora二:YM1609中克隆出PHB解聚酶基因。该塞因约由2.9kb核昔酸组成。由转化菌中获得的PHB解聚酶与出发菌c.acid门oransYM16o生的PHB解聚醉在分子量、醉比活性和底物专一性上都十分相似。日本的M.Nojiri和K.Kasuya等分别采用基因工程技术，对来自Alcalig翻esfaecalisTl中的PHB解聚酶基因进行研究时发现，PHB解聚酶基因编码着488个氨基酸，其中包含着一段由27个氮基酸残墓组成的信号肚.酶结构上存在着两个功能区，一个是起催化作用的区域;另一个是与底物相结合的区域。通过定位突变，确定了酶的活性中心为位于肤链上的第139位的丝氮酸。另外，由第51位和95位半肤氨酸构成的双硫键在维持酶的生物活性所具有的构象中起重要作用.PHB水解酶在PHB的生物降解中同样具有重要的作用。日本K.Zhang等已从尸。-己俐，a:sp.Al中同时分离出PHB解聚酶与水解酶。水解酶能将PHB水解成D(一)一3一经基丁酸醋的低聚物。该酶的分子量为72000，作用pH为7.0~8.5.克隆该酶基因并做基因结构分析后发现，该酶基因的开放阅读框架由2112个核昔酸组成。M.Shiraki等则从Alcali-gene，faecalisTl中分离出与从尸seudomonassP.Al中发现的相同功能的PHB水解酶基因，基因长3kb，位于PHB解聚酶基因的下游，酶的分子量为70000.

5PHA共聚醋的聚集态结构与生物降解性的关系

PHB是可生物降解的生物聚合物，但其生物降解仍受许多因素的影响。无论是采用PHB解聚酶，还是在天然降解环境，如活性污泥、堆肥、土壤中的降解均表明，其固体形态对这种可部分结晶的生物聚醋的降解影响很大。意大利的M.Scandola在研究PHB与其他材料共混后的生物降解性时发现，选用不同的高聚物组分与PHB共混，可形成一系列具有不同相态的共混体，即从完全相容到完全不相容。由于PHB的结晶度很高，以PHB为主的共混体系不仅在两组分不相容时含有PHB的晶相，而且当两组分在融体状态下完全相容，且共混体系的玻璃化转变温度低于室温的情况下，仍含有晶相。因此，在大多数情况下，以PHB为主的共混体，是一多相体系。这种共混体在PHB解聚酶的作用下或是在降解环境中，会发生如下现象:①对于不相容体系，PHB相的生物降解取决于PHB对酶的可接近性，PHB的暴礴表面及PHB区域的连通程度是生物降解的控制性步骤。由于共混体的相组成和共混条件强烈影响相分布，因而对生物降解的程度与速度也有控制作用.②对于相容体系，因为PHB与其他共混组分形成混合的无定形相(常与结晶PHB共存)，共混体的物理状态—无论是橡胶态还是玻璃态，都对共混体的生物降解起关键作用。只有当混合的无定形相是橡胶态时，才能观察到解聚现象，说明了PHB链段的活动性是酶作用的必要条件。徽生物合成共聚酷P(3HB一co一4HB)的生物降解与共聚物中的3HB与4HB有关。P(3HB~c。一4HB)的结构式是:（式略）日本J.sait。等人的研究表明，P(3HB一co一4HB)在活性污泥和海水中的生物降解性都很好.共聚醋3HB与4HB的比例不同，生物降解的程度也不同。P(3HB一co一93mol写4HB)的生物降解性最好，低结晶度的P(3HB一eo一14mol蚝4HB)与P(3HB一eo一41mol%4HB在25℃的活性污泥或海水中发生生物降解播要4周。在用PHB解聚醉进行降解研究时发现，P(3HB)的酶降解受制于薄膜的结晶度，P(3HB一co一4HB)薄膜的受破坏程度随粉其中4HB组分的增加而增大。美国M.M.Satowski等在用显徽观察、广角与小角X衍射、中子散射等方法研究PHA的形态与醉降解的关系时也指出，PHA的降解与其晶体结构有关，而PHA的晶体结构又受到共混与热处理的影响。因而应定t确定PHA的晶体结构，以控制降解速率。日本的H.Mitom。等还通过，0Co下射线预辐照，在PHB和P(H冬HV)上引发接枝甲墓丙烯酸甲醋、2一经乙基丙烯酸甲醋和丙烯酸。结果是:在PHB与P(HBHV)上辐照引发接枝甲基丙烯酸甲醋，会抑制其生物降解，接枝2一轻乙墓丙烯酸甲醋，会促进生物降解.由于PHB与丙烯酸接枝后亲水性大大提高，因而生物降解性比接枝2一经乙墓丙烯酸甲醋的生物降解性还好.研究还表明，辐照引发接枝主要集中在PHB及P(HB一HV)的无定形区，生物降解也主要发生在无定形区。

篇4

关键词：洋葱假单胞菌（Pseudomonas cepacia）；聚丁二酸丁二醇酯（PBS）；脂肪酶；优化

中图分类号：Q939.11+2；TQ925+.6 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）01-0184-04

Optimization of Production Conditions of the Lipase from Pseudomonas cepacia

WANG Xu-yuan，ZHANG Min，LI Cheng-tao，SHEN Ying-hui，WU Jing

（Key Laboratory of Auxiliary Chemistry & Technology for Chemical Industry， Ministry of Education， Shaanxi University of Science & Technology， Xi’an 710021， China）

Abstract： The colorimetric method of Rashid N p-nPP was used， and single factor and orthogonal experiments were applied to optimize the fermentation medium and culture conditions of Pseudomonas cepacia， in order to improve the production of lipase to improve the biodegradation rate of poly（butylene succinate）（PBS）. The results showed that the optimum medium contained 5.0 g/L rapeseed oil， 0.5 g/L yeast extract， 2.5 g/L emulsifier Tween-60， with the initial pH 8.0. The optimum culture conditions were 9% inoculation， culture temperature 35 ℃， shake rotation 130 r/min and culturing length 3 days. Under the optimum conditions， the lipase from Pseudomonas cepacia could reach 32.935 U/mL.

Key words： Pseudomonas cepacia； poly butylenes succinate （PBS）； lipase； optimization

收稿日期：2013-05-10

基金项目：陕西科技大学创新科研团队基金项目（TD10-01）；陕西科技大学研究生创新基金项目

作者简介：王旭愿（1990-），女，陕西西安人，在读硕士研究生，研究方向为微生物降解高分子材料，（电话）15309242538（电子信箱）

。

众所周知，大多数的传统塑料难以降解，且不易回收利用，其造成的环境污染引起了社会各界的广泛关注[1，2]。因此，人们投入了大量的精力去研究开发可生物降解的环境友好型材料，聚丁二酸丁二醇酯（PBS）具有良好的生物降解性和力学性能，因而受到了极大的关注[3-6]。PBS废弃后，在土壤微生物的作用下，可降解为低分子量物质，最终降解为对环境无污染的CO2和H2O[7]。在PBS的生物降解过程中，虽然其行为是由微生物主导，但直接起降解作用的是微生物代谢过程中所产生的脂肪酶，即在脂肪酶的作用下，PBS主链中的酯键发生水解断裂进而发生降解[8]。因此，提高微生物代谢生产脂肪酶的能力对于促进PBS降解，提高PBS降解速度有着十分重要的作用。

本研究是从洋葱假单胞菌出发，对1株代谢脂肪酶的菌株进行了培养基和发酵条件的优化，以提高其可降解PBS脂肪酶的代谢产量和活力，为后续微生物降解PBS基共聚物的研究提供了基础数据。

1 材料与方法

1.1 菌种

试验于2012年12月至2013年3月在陕西科技大学教育部轻化工助剂化学与技术重点实验室进行。洋葱假单胞菌（Pseudomonas cepacia）由本实验室自主分离筛选并鉴定保存。

1.2 培养基

菌种保存培养基：牛肉膏 0.3 g、蛋白胨 0.5 g、NaCl 0.5 g、琼脂2 g、蒸馏水100 mL、pH 7.0。

菌种活化培养基：牛肉膏 0.3 g、蛋白胨 0.5 g、NaCl 0.5 g、蒸馏水 100 mL、pH 7.0。

基础发酵培养基：菜子油 1 g、（NH4）2SO4 0.1 g、MgSO4·7H2O 0.05 g、KH2PO4 0.05 g、K2HPO4 0.05 g、蒸馏水 100 mL、pH 8.0。培养基于121 ℃下灭菌20 min备用。

将洋葱假单胞菌菌种接种到斜面保存培养基上，于37 ℃培养箱中培养24 h，然后用接种环挑取菌体接于活化培养基中，置于35 ℃，130 r/min摇床上培养24 h后，按6%接种量接入基础发酵培养基中，在250 mL锥形瓶中装100 mL基础发酵培养基，在同样条件下培养48 h。

1.3 方法

1.3.1 脂肪酶活性的测定 以酶活力为检测指标，将培养48 h后的发酵液于3 000 r/min下冷冻离心分离12 min，除去菌体，取其上层清液即粗酶液，于4 ℃下保存备用。采用Rashid N p-nPP比色法[9]测定发酵液中脂肪酶的活性。在上述条件下，每分钟水解产生1 μmol对硝基苯酚所需的酶量定义为1个酶活单位（U）。

1.3.2 洋葱假单胞菌产酶条件的单因素试验 从基础发酵培养基出发，研究不同碳源、氮源、培养温度、培养基初始pH、摇床转速、接种量、乳化剂及乳化剂含量对洋葱假单胞菌产脂肪酶的影响，并对其进行分析比较。

1.3.3 培养基优化正交试验 根据单因素试验结果，采用L9（34）正交试验优化发酵培养基各组分，正交试验设计因素和水平见表1。

1.3.4 发酵条件优化正交试验 根据单因素试验结果，选择接种量、温度、摇床转速和培养时间这4个发酵影响因素，采用L9（34）正交试验优化发酵条件，正交试验设计因素和水平见表2。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 不同碳源对洋葱假单胞菌代谢脂肪酶活性的影响 假单胞菌能利用的碳源种类很多[10]，本试验中选取了7种物质分别作为发酵培养基的惟一碳源。如图1所示，洋葱假单胞菌代谢脂肪酶的最适碳源为菜子油，以菜子油为碳源时洋葱假单胞菌代谢脂肪酶的活性最高，并且在3组平行试验中，脂肪酶活性相差不大，说明以菜子油为碳源时洋葱假单胞菌产酶量及酶活性较高且相对稳定，所以确定采用菜子油作为发酵培养基的碳源。

2.1.2 不同氮源对洋葱假单胞菌代谢脂肪酶活性的影响 氮素对微生物的生长发育有着重要意义，微生物利用氮素在细胞内合成氨基酸和碱基，进而合成蛋白质、核酸等细胞成分[10]。从图2可以看出，以酵母膏为氮源时，洋葱假单胞菌代谢脂肪酶的活性最高，而其他7种物质作为氮源时，酶活性均低于酵母膏为氮源时的酶活性，所以采用酵母膏作为洋葱假单胞菌发酵培养基的氮源。

2.1.3 不同培养温度对洋葱假单胞菌代谢脂肪酶活性的影响 培养温度的变化能够影响微生物体内许多生化反应，从图3中可以看出，洋葱假单胞菌代谢脂肪酶的活性随温度的升高呈先增加后减小的趋势，在培养温度为35 ℃时脂肪酶活性达到最高。说明在培养温度较低时，微生物生长缓慢，其新陈代谢作用所分泌的胞外脂肪酶量较小，而当培养温度高于最适培养温度时，微生物细胞功能急剧下降，易于衰老和死亡。

2.1.4 不同培养基初始pH对洋葱假单胞菌代谢脂肪酶活性的影响 环境的酸碱度与微生物的代谢生长和产酶关系密切，pH影响微生物原生质膜所带电荷的极性和渗透性等。由图4可知，洋葱假单胞菌代谢脂肪酶的活性随pH的增大呈先增加后减小的趋势，且在培养基pH为8.5时活性达到最高。由此可知，洋葱假单胞菌代谢的脂肪酶为碱性脂肪酶，这与国内外报道相符[11，12]。

2.1.5 不同摇床转速对洋葱假单胞菌代谢脂肪酶活性的影响 摇床转速的大小直接关系到发酵液溶氧量的多少，氧含量是影响微生物生长的因素之一，不同的微生物对氧的需求量不同。如图 5所示，洋葱假单胞菌代谢脂肪酶的活性在摇床转速为140 r/min时活性最高，并且在3次平行试验中，脂肪酶活性相差不大，故其最适摇床转速为140 r/min。随着摇床转速的增大，洋葱假单胞菌代谢脂肪酶的活性呈先增加后减小的趋势。说明转速过低时，通气量小，影响菌体的生长繁殖，营养物质难以被有效利用，而当转速过高时，通气量又太大，生长繁殖过快，菌体易过早进入死亡期，产生的脂肪酶较少，因此脂肪酶活性差。

2.1.6 不同接种量对洋葱假单胞菌代谢脂肪酶活性的影响 接种量和培养物生长过程的延缓期长短呈反比[13]，一般工业上会采用较大的接种量来缩短延缓期。增加接种量，实际上是利用生物的一种群体效应，即通过种内的相互关系（如种内互助），使之更快地适应新环境，缩短生长过程的延缓期，从而缩短发酵周期。如图6所示，随着发酵瓶中接种量的增大，洋葱假单胞菌代谢脂肪酶的活性呈先增加后减小的趋势。洋葱假单胞菌代谢脂肪酶的活性在接种量为9%时最高。在接种量较小时，微生物发酵周期较长，脂肪酶的产率较低；当接种量高于最适接种量时，菌丝密集，空间与资源相对匮乏，营养物质不能满足菌体的生长需要，导致菌体代谢过程受阻，从而不利于微生物发酵产酶。

2.1.7 不同乳化剂对洋葱假单胞菌代谢脂肪酶活性的影响 乳化剂即表面活性剂，可以改善微生物细胞膜的通透性，使脂肪酶易于分泌到细胞外[11]，因此合适的乳化剂可提高生物的产酶量。从图7中可以看出，不同乳化剂对洋葱假单胞菌代谢脂肪酶的影响不同。向洋葱假单胞菌代谢脂肪酶的培养体系中分别添加Tween-60、Tween-80、明胶、Trinton X-100、阿拉伯胶、橄榄油乳化剂及Tween-60与Span-80按质量比1∶1复配而成的乳化剂时，可以不同程度地使脂肪酶活性增加且更加稳定，其中Tween-60对其促进作用最大。添加Span-80和十二烷基磺酸钠时，对脂肪酶则表现为抑制作用。

2.1.8 乳化剂含量对洋葱假单胞菌代谢脂肪酶活性的影响 在发酵培养基中添加不同浓度的非离子表面活性剂Tween-60来提高细胞膜的通透性，如图8所示，在一定范围内添加乳化剂Tween-60，脂肪酶活性比未添加的对照有较大的提高。当添加量低于0.30%时，脂肪酶活性随添加量质量分数的增加而提高，在0.30%时达到最大；当继续加大Tween-60用量时，脂肪酶活性开始出现下降，这可能是大剂量的Tween-60对菌体产生了一定的毒害，影响微生物的正常代谢活动及产酶。

2.2 正交试验结果

2.2.1 基础发酵培养基主要成分正交试验结果 根据单因素试验结果，选择菜子油为碳源，酵母膏为氮源，Tween-60为乳化剂，培养基正交试验优化结果见表3。通过直观分析可知，影响洋葱假单胞菌代谢脂肪酶的因素从大到小依次是A、C、B、D，即作为碳源的菜籽油对洋葱假单胞菌代谢脂肪酶的活性影响最大，其次是乳化剂，培养基初始pH影响最小，最优组合为A1B1C1D1，即菜子油5.0 g/L，酵母膏0.5 g/L，乳化剂Tween-60 2.5 g/L，培养基初始pH 8.0。

2.2.2 发酵条件正交试验结果 发酵条件正交试验结果见表4。通过直观分析可知，影响洋葱假单胞菌代谢脂肪酶活性的因素从大到小依次是H、E、G、F，即培养时间对脂肪酶活性影响最大，接种量次之，培养温度对酶活性的影响最小，所以选择脂肪酶活性最高的培养条件为接种量9%，培养温度35 ℃，摇床转速130 r/min，培养时间3 d，即E2F2G1H1。

3 小结

以洋葱假单胞菌为出发菌株，通过单因素和正交试验，得到洋葱假单胞菌生产脂肪酶的最优培养基组成为菜子油5.0 g/L、酵母膏0.5 g/L、MgSO4·7H2O 0.5 g/L、KH2PO4 0.5 g/L、K2HPO4 0.5 g/L、乳化剂Tween-60 2.5 g/L，pH 8.0。最佳培养条件为接种量9%、培养温度35 ℃、摇床转速130 r/min，发酵培养3 d。在此条件下，脂肪酶活性可达32.935 U/mL。同时，从发酵条件正交试验结果可以看出，适当延长培养时间对脂肪酶活力影响不大，但培养时间过长则会导致部分菌体丝自溶，培养基变黏稠，不利于脂肪酶的产生。

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篇5

论文摘要：目前应用于生物医学中的纳米材料的主要类型有纳米碳材料、纳米高分子材料、纳米复合材料等。纳米材料在生物医学的许多方面都有广泛的应用前景。



1应用于生物医学中的纳米材料的主要类型及其特性

1.1纳米碳材料

纳米碳材料主要包括碳纳米管、气相生长碳纤维也称为纳米碳纤维、类金刚石碳等。

碳纳米管有独特的孔状结构［1］，利用这一结构特性，将药物储存在碳纳米管中并通过一定的机制激发药物的释放，使可控药物变为现实。此外，碳纳米管还可用于复合材料的增强剂、电子探针（如观察蛋白质结构的AFM探针等）或显示针尖和场发射。纳米碳纤维通常是以过渡金属Fe、Co、Ni及其合金为催化剂，以低碳烃类化合物为碳源，氢气为载体，在873 K～1473 K的温度下生成，具有超常特性和良好的生物相溶性，在医学领域中有广泛的应用前景。类金刚石碳（简称DLC）是一种具有大量金刚石结构C—C键的碳氢聚合物，可以通过等离子体或离子束技术沉积在物体的表面形成纳米结构的薄膜，具有优秀的生物相溶性，尤其是血液相溶性。资料报道，与其他材料相比，类金刚石碳表面对纤维蛋白原的吸附程度降低，对白蛋白的吸附增强，血管内膜增生减少，因而类金刚石碳薄膜在心血管临床医学方面有重要的应用价值。

1.2纳米高分子材料

纳米高分子材料，也称高分子纳米微粒或高分子超微粒，粒径尺度在1 nm～1000 nm范围。这种粒子具有胶体性、稳定性和优异的吸附性能，可用于药物、基因传递和药物控释载体，以及免疫分析、介入性诊疗等方面。

1.3纳米复合材料

目前，研究和开发无机—无机、有机—无机、有机—有机及生物活性—非生物活性的纳米结构复合材料是获得性能优异的新一代功能复合材料的新途径，并逐步向智能化方向发展，在光、热、磁、力、声［2］等方面具有奇异的特性，因而在组织修复和移植等许多方面具有广阔的应用前景。国外已制备出纳米ZrO2增韧的氧化铝复合材料，用这种材料制成的人工髋骨和膝盖植入物的寿命可达30年之久［3］。研究表明，纳米羟基磷灰石胶原材料也是一种构建组织工程骨较好的支架材料［4］。此外，纳米羟基磷灰石粒子制成纳米抗癌药，还可杀死癌细胞，有效抑制肿瘤生长，而对正常细胞组织丝毫无损，这一研究成果引起国际的关注。北京医科大学等权威机构通过生物学试验证明，这种粒子可杀死人的肺癌、肝癌、食道癌等多种肿瘤细胞。

此外，在临床医学中，具有较高应用价值的还有纳米陶瓷材料，微乳液等等。

2纳米材料在生物医学应用中的前景

2.1用纳米材料进行细胞分离

利用纳米复合体性能稳定，一般不与胶体溶液和生物溶液反应的特性进行细胞分离在医疗临床诊断上有广阔的应用前景。20世纪80年代后，人们便将纳米SiO2包覆粒子均匀分散到含有多种细胞的聚乙烯吡咯烷酮胶体溶液中，使所需要的细胞很快分离出来。目前，生物芯片材料已成功运用于单细胞分离、基因突变分析、基因扩增与免疫分析（如在癌症等临床诊断中作为细胞内部信号的传感器［5］）。伦敦的儿科医院、挪威工科大学和美国喷气推进研究所利用纳米磁性粒子成功地进行了人体骨骼液中癌细胞的分离来治疗病患者［6］。美国科学家正在研究用这种技术在肿瘤早期的血液中检查癌细胞，实现癌症的早期诊断和治疗。

2.2用纳米材料进行细胞内部染色

比利时的De Mey博士等人利用乙醚的黄磷饱和溶液、抗坏血酸或柠檬酸钠把金从氯化金酸（HAuCl4）水溶液中还原出来形成金纳米粒子，（粒径的尺寸范围是3 nm～40 nm），将金纳米粒子与预先精制的抗体或单克隆抗体混合，利用不同抗体对细胞和骨骼内组织的敏感程度和亲和力的差异，选择抗体种类，制成多种金纳米粒子—抗体复合物。借助复合粒子分别与细胞内各种器官和骨骼系统结合而形成的复合物，在白光或单色光照射下呈现某种特征颜色（如10 nm的金粒子在光学显微镜下呈红色），从而给各种组织“贴上”了不同颜色的标签，为提高细胞内组织分辨率提供了各种急需的染色技术。

2.3纳米材料在医药方面的应用

2.3.1纳米粒子用作药物载体

一般来说，血液中红血球的大小为6000 nm～9000 nm，一般细菌的长度为2000 nm～3000 nm［7］，引起人体发病的病毒尺寸为80 nm～100 nm，而纳米包覆体尺寸约30 nm［8］，细胞尺寸更大，因而可利用纳米微粒制成特殊药物载体或新型抗体进行局部的定向治疗等。专利和文献资料的统计分析表明，作为药物载体的材料主要有金属纳米颗粒、无机非金属纳米颗粒、生物降解性高分子纳米颗粒和生物活性纳米颗粒。

磁性纳米颗粒作为药物载体，在外磁场的引导下集中于病患部位，进行定位病变治疗，利于提高药效，减少副作用。如采用金纳米颗粒制成金溶液，接上抗原或抗体，就能进行免疫学的间接凝聚实验，用于快速诊断［9］。生物降解性高分子纳米材料作为药物载体还可以植入到人体的某些特定组织部位，如子宫、阴道、口（颊、舌、齿）、上下呼吸道（鼻、肺）、以及眼、耳等［10］。这种给药方式避免了药物直接被消化系统和肝脏分解而代谢掉，并防止药物对全身的作用。如美国麻省理工学院的科学家已研制成以用生物降解性聚乳酸（PLA）制的微芯片为基础，能长时间配选精确剂量药物的药物投送系统，并已被批准用于人体。近年来生物可降解性高分子纳米粒子（NPs）在基因治疗中的DNA载体以及半衰期较短的大分子药物如蛋白质、多肽、基因等活性物质的口服释放载体方面具有广阔的应用前景。药物纳米载体技术将给恶性肿瘤、糖尿病和老年痴呆症的治疗带来变革。

2.3.2纳米抗菌药及创伤敷料

Ag+可使细胞膜上蛋白失去活性从而杀死细菌，添加纳米银粒子制成的医用敷料对诸如黄色葡萄球菌、大肠杆菌、绿浓杆菌等临床常见的40余种外科感染细菌有较好抑制作用。

2.3.3智能—靶向药物

在超临界高压下细胞会“变软”，而纳米生化材料微小易渗透，使医药家能改变细胞基因，因而纳米生化材料最有前景的应用是基因药物的开发。德国柏林医疗中心将铁氧体纳米粒子用葡萄糖分子包裹，在水中溶解后注入肿瘤部位，使癌细胞部位完全被磁场封闭，通电加热时温度达到47℃，慢慢杀死癌细胞。这种方法已在老鼠身上进行的实验中获得了初步成功［11］。美国密歇根大学正在研制一种仅20 nm的微型智能炸弹，能够通过识别癌细胞化学特征攻击癌细胞，甚至可钻入单个细胞内将它炸毁。

2.4纳米材料用于介入性诊疗

日本科学家利用纳米材料，开发出一种可测人或动物体内物质的新技术。科研人员使用的是一种纳米级微粒子，它可以同人或动物体内的物质反应产生光，研究人员用深入血管的光导纤维来检测反应所产生的光，经光谱分析就可以了解是何种物质及其特性和状态，初步实验已成功地检测出放进溶液中的神经传达物质乙酰胆碱。利用这一技术可以辨别身体内物质的特性，可以用来检测神经传递信号物质和测量人体内的血糖值及表示身体疲劳程度的乳酸值，并有助于糖尿病的诊断和治疗。

2.5纳米材料在人体组织方面的应用

纳米材料在生物医学领域的应用相当广泛，除上面所述内容外还有如基因治疗、细胞移植、人造皮肤和血管以及实现人工移植动物器官的可能。

目前，首次提出纳米医学的科学家之一詹姆斯贝克和他的同事已研制出一种树形分子的多聚物作为DNA导入细胞的有效载体，在大鼠实验中已取得初步成效，为基因治疗提供了一种更微观的新思路。

纳米生物学的设想，是在纳米尺度上应用生物学原理，发现新现象，研制可编程的分子机器人，也称纳米机器人。纳米机器人是纳米生物学中最具有诱惑力的内容，第一代纳米机器人是生物系统和机械系统的有机结合体，这种纳米机器人可注入人体血管内，进行健康检查和疾病治疗（疏通脑血管中的血栓，清除心脏脂肪沉积物，吞噬病菌，杀死癌细胞，监视体内的病变等）［12］；还可以用来进行人体器官的修复工作，比如作整容手术、从基因中除去有害的DNA，或把正常的DNA安装在基因中，使机体正常运行或使引起癌症的DNA突变发生逆转从而延长人的寿命。将由硅晶片制成的存储器（ROM）微型设备植入大脑中，与神经通路相连，可用以治疗帕金森氏症或其他神经性疾病。第二代纳米机器人是直接从原子或分子装配成具有特定功能的纳米尺度的分子装置，可以用其吞噬病毒，杀死癌细胞。第三代纳米机器人将包含有纳米计算机，是一种可以进行人机对话的装置。这种纳米机器人一旦问世将彻底改变人类的劳动和生活方式。

瑞典正在用多层聚合物和黄金制成医用微型机器人，目前实验已进入能让机器人捡起和移动肉眼看不见的玻璃珠的阶段［13］。

纳米材料所展示出的优异性能预示着它在生物医学工程领域，尤其在组织工程支架、人工器官材料、介入性诊疗器械、控制释放药物载体、血液净化、生物大分子分离等众多方面具有广泛的和诱人的应用前景。随着纳米技术在医学领域中的应用，临床医疗将变得节奏更快，效率更高，诊断检查更准确，治疗更有效。

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篇6

关键词：有机纳米材料；载体；核酸递送；壳聚糖；聚乙烯亚胺；多聚赖氨酸；树枝状聚合物

中图分类号：Q785文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2017）22-0001-04

自1983年首次研究获得转基因烟草以来，植物转基因技术迅速发展，至2015年全球转基因作物的种植面积已达到1.797亿hm2。植物基因传递系统——将外源基因导入植物细胞的方法，是植物生物技术中一个最基本的技术。目前可以使用不同的方法将外源基因导入植物基因组中[3]。根据转化过程中是否使用载体介导，通常可以分为载体介导转化和直接遗传转化。在常用的载体介导转基因方法中，农杆菌介导是最广泛使用的转化手段；基因枪法是另一种常用的转基因手段，但是转化率较低、会产生大量嵌合体等问题是限制其使用的主要瓶颈。将植物细胞酶解去壁后获得原生质体再进行遗传转化，也是一类常用的转基因方法，但原生质体再生完整植株的难度较大、稳定性差的特点限制了这种方法在植物转基因中的广泛应用。针对上述植物转基因技术的局限，研发新的转基因方法和挖掘新的基因载体成为现代基因工程研究中的热点，业界期待着植物转基因新理论和新技术的突破，来促进植物转基因技术及其相关产业的发展。相对于源自病毒基因改造的遗传转化载体，基于纳米材料构建的载体具有制备容易、稳定性好、容易修饰、生物和环境安全性高等优点，因此纳米生物技术已成为划时代、跨学科的研究重点[4]。

根据纳米材料的组成，可分为无机纳米材料和有机高分子纳米材料，其中无机纳米材料用作植物转基因载体开展得较早，已有较多介绍。本文重点介绍有机纳米材料载体转基因技术的特点，并结合其在植物基因转化研究中的应用实例阐述这些方法的优点及存在的问题，详见表1。

1天然高分子纳米基因载体

1.1壳聚糖（chitosan，简称CS）

壳聚糖是广泛分布于甲壳类动物、昆虫和真菌细胞壁中的甲壳质在碱作用下脱乙酰化后得到的氨基多糖。Mulligan等首次利用壳聚糖为载体把外源DNA运输到哺乳动物细胞内，壳聚糖纳米载体由于来源天然、生物相容性好、可生物降解、可溶性强、无毒等特点，在生物医学上成为研究较多的天然高分子纳米基因载体系统[5-6]。

在植物转基因研究中，壳聚糖纳米载体的研究处于刚刚起步阶段。宋瑜等用壳聚糖为基因载体，制备了CS/DNA纳米复合物，直接将绿色荧光蛋白基因（简称GFP）转化到拟南芥原生质体中，但转化效率很低，而且对细胞有毒害作用[7]。王凤华等用交联法制备了壳聚糖纳米颗粒，通过静电作用吸附质粒DNA后，用基因枪法转化洋葱细胞，观察到有8%的细胞转化成功并表达目的基因[8]。Wang等通过静电吸附作用将CS/DNA纳米颗粒和硒化镉量子点（简称QDs）纳米颗粒连接起来，制备了CS/DNA—QDs复合纳米颗粒[9]。这种复合纳米颗粒对外源基因具有显著的酶切保护作用，并实现了GFP转载基因在麻疯树细胞内的表达。

从上述研究结果来看，壳聚糖纳米载体在植物细胞中的转化效率较低，对去壁的植物细胞原生质体有一定的毒性。但壳聚糖作为一类天然的高分子聚合物，可以对其进行化学和生物学的修饰来提高它在生理溶液中的稳定性、基因转移的特异性和在细胞内逃逸的能力。壳聚糖被开发成为一类环境友好的新型植物基因工程介导物质具有较好的前景。

1.2淀粉

淀粉是一类价格便宜、产量丰富、可再生的天然材料，通过物理、化学或者酶解的方法可以大大改善它的性能。在医药领域，淀粉常被用作填充剂，由于它具有生物相容性和生物可降解性，也常被用作药物和基因载体系统。Xiao等利用反向微乳液法合成多聚赖氨酸-淀粉纳米颗粒，在乳腺癌细胞中成功地进行了转化试验[10]。Liu等研究表明，在利用超声波介导的基因转移试验中发现，多聚赖氨酸淀粉纳米基因载体能够保护DNA，使其不受超声波的影响，而裸露的DNA则会被超声波破坏[11]。Liu等在超声波的作用下，用多聚赖氨酸淀粉纳米颗粒将含有绿色荧光蛋白的质粒转入到盾叶薯蓣和水稻悬浮细胞中并实现了表达[12]。Wang等利用反向微乳液法合成磁性淀粉纳米颗粒，包封多聚赖氨酸，连接异硫氰酸荧光素（简称FITC），得到了既有荧光标记、又有磁性的双功能淀粉纳米颗粒，有望成为一种新型的基因载体[13]。

1.3细胞穿膜肽（cell-penetratingpeptides，简称CPPs）

细胞穿膜肽是一大类由10～30个氨基酸组成的短肽，具有很强的跨膜转运能力，能够携带多种活性物质进入细胞，而且可以导入几乎所有的细胞中[14]。由于细胞穿膜肽具有很强的跨膜转运能力，对细胞膜不会产生永久性损伤，在一定浓度范围内对宿主细胞无毒害作用。因此，细胞穿膜肽作为一种新型的药物输送工具和基因治疗的载体引起人们极大的关注和广泛的使用[15]。

在植物基因运载方面，近几年Lakshmanan等利用细胞穿膜肽载体分别将质粒DNA、dsRNA、dsDNA用注射渗透法转化烟草和拟南芥的叶片，可以实现外源基因在植物细胞内的瞬间表达或者快速、高效诱导基因沉默[16-18]。最近，Chuah等用含有线粒体定位肽的阳离子聚合物结合质粒DNA，单独或者同细胞穿膜肽再结合，用注射渗透法转化拟南芥叶片，孵育12h后，報告基因能够在拟南芥叶片表皮细胞的线粒体中表达[19]。从已有的研究报道可见，细胞穿膜肽作为基因载体可将质粒DNA、dsRNA、dsDNA转运进入完整的植物细胞或者某个特定的细胞器中并表达。未来经过优化和提高其转化率后，细胞穿膜肽这类信号肽类的载体有望成为又一类新兴的植物转基因载体，但其入胞机制特别是如何穿过植物细胞壁还值得进一步研究。

2合成的高分子纳米基因载体

除了利用天然高分子材料制备纳米基因载体之外，用人工合成的高分子材料制备纳米基因载体更具优势，合成和制备相对容易、经济，并且能够规模化生产。目前在植物基因转化中使用较多的由合成高分子材料制备的纳米载体包括聚乙烯亚胺（polyethylenimine，简称PEI）、多聚赖氨酸（poly-L-lyine，简称PLL）和树枝状聚合物。

2.1聚乙烯亚胺

聚乙烯亚胺是一种常用的阳离子聚合物，是动物细胞转基因中常用的体外或体内非病毒基因载体，主要以分支状或线状结构形式存在[20]。分支状聚乙烯亚胺含有伯胺、仲胺、叔胺，线状聚乙烯亚胺主要含有仲胺。这些氨基基团使分支状聚乙烯亚胺在较宽pH值范围内具有缓冲能力，即所谓的“质子海绵效应”，PEI/DNA复合物被细胞内吞后，引起外源质子内流，随后水分大量涌入导致内吞囊泡裂解、释放出的PEI/DNA复合物穿过核膜进入细胞核，通过这个过程完成基因转染[21-22]。由于PEI本身对动物细胞有一定的毒害作用，最近主要通过使用交联低分子量PEI或者将低分子量PEI和生物可分解的阴离子基团结合起来的方法来减少PEI载体对细胞的毒性，提高转染率[23]。在用于植物基因转染方面，Ying等以PEI（分子量25000）为载体介导含有绿色荧光蛋白的质粒在拟南芥原生质体中瞬间表达，转化率达到65%[24]。但PEI是否能进入有壁的植物细胞以及进入植物原生质体的机制尚有待进一步研究。

2.2多聚赖氨酸

多聚赖氨酸是一种以赖氨酸分子为重复单元的线状多肽结构，它最大的优点是易于对其结构进行修饰，因此常被用作修饰物结合到其他纳米材料的表面[25]。在生理条件下，多聚赖氨酸中的氨基被质子化，能与DNA通过静电作用结合，多聚赖氨酸与DNA能以不同的比例相结合，相应形成从50nm到700nm不同尺寸的微粒。由于多聚赖氨酸缺少等电点处于5～7之间的氨基基团，利用多聚赖氨酸作为基因载体时，须要额外提供辅助因子如加入融合肽或氯喹，以促使溶酶体或内吞体裂解。在植物中尚未见将多聚赖氨酸单独用作基因载体的报道，多是将其修饰在其他纳米材料表面用于结合质粒DNA[19，26]。

2.3树枝状聚合物

树枝状聚合物指的是一类以内核分子为中心，延伸出许多具有树枝状高度分枝结构的球形分子，常用的包括聚乙二胺、聚乙烯亚胺和聚酰胺树枝状聚合物[27]。其中，聚酰胺树枝状聚合物（polyamidoaminedendrimers，简称PAMAM）由于容易合成，也容易得到市售产品，成为一类广泛使用的基因运送聚合物载体。PAMAM的基本特点是分散指数较低，容易形成球形，不饱和双键数量多，表面功能特性易于控制等。树枝状聚合物通常是通过分支末端带正电荷的基团和DNA带负电荷的磷酸基团之间的静电作用相互结合，形成直径约为50nm的DNA-树枝状多聚复合物，能够保护DNA免受核酸酶的降解作用。在植物转基因研究中，Pasupathy等曾使用PAMAM将绿色荧光蛋白的质粒导入草坪草的愈伤组织细胞中，转化率可以达到48.5%[28]。

3高分子纳米载体的入胞机制

制备的纳米材料与基因耦合构建成的转基因载体，能否顺利穿过细胞壁进入植物细胞，是能否在植物转基因工程中应用的关键。而纳米载体的入胞机制和效率，受到纳米材料尺寸、表面理化性质、植物细胞壁特征、共孵育环境条件等诸多因素的影响。目前，已经成功将外源基因导入植物细胞的有机纳米载体有壳聚糖、淀粉纳米颗粒、细胞穿膜肽、聚乙烯亚胺等，揭示的纳米载体携带外源基因进入植物细胞的机制见图1。

首先，DNA或RNA等外源分子可以通过疏水作用、静电吸附作用或共价键结合等结合在纳米颗粒的表面或者封装在纳米颗粒的内部，形成装载有外源基因的纳米颗粒耦合物。载有外源基因的纳米颗粒耦合物可以通过2条途径将外源基因送进植物细胞并得到表达。一类是利用物理力或场对细胞施加的主动影响，如电激、超声波、基因枪、外加磁场或低能重离子束场，在细胞上同时形成一些可逆的瞬间通道，外源基因被直接送入到细胞质或细胞核内[29]；另一类是利用载有外源基因的纳米颗粒耦合物通过静电吸附等作用附着在植物组织或细胞的周围，然后经胞间连丝等细胞壁上的孔隙通过细胞壁，或者利用修饰过的工程纳米颗粒同细胞壁上受体的相互作用来扩大细胞壁的孔径以提高纳米颗粒的摄入[16]。穿过细胞壁后，大多数纳米颗粒耦合物载体通过细胞膜的内吞作用进入细胞质，有的可能通过细胞膜上的转运载体蛋白或者离子通道转运进入细胞质。Ghosh等认为，纳米载体携带的基因，进入到细胞以后，在细胞内源因素（如pH值刺激）和外源因素（如光刺激）的激发下释放出纳米载体所携带的遗传物质。显然内源的激发基因释放机制是按照生物学的方式运作的，而外源的激发基因释放机制则提供一种可以通过时间和空间控制释放基因的方法[30]。

其次，DNA导入细胞核并整合到植物基因组中發挥功能。一般来说，分子都是通过核孔复合物进入细胞核的。对于DNA是单独进入细胞核还是与纳米载体整合后一起进入细胞核仍无定论，目前主要有2种理论。一种是纳米载体在内涵体或细胞质中被溶解，然后释放DNA转运进核，同植物细胞的基因组发生非同源重组，从而整合到植物基因组上得以稳定表达；另一种是携带DNA的纳米载体直接到达细胞核表面，然后DNA转运进核，并离开基因载体还原成具有生物活性的DNA，最后经过转录、翻译步骤合成目标蛋白[31]。

4展望

虽然按照构成材料组成可以将纳米颗粒分为无机和有机2种，在纳米材料载体实际的制备和运用中，通常是充分利用各类材料的优势，使用的是复合型纳米材料。例如常在各类无机纳米颗粒和有机高分子材料的表面修饰上多聚赖氨酸、聚乙烯亚胺等高分子聚合物，甚至是再连接上量子点荧光标记或者加上细胞穿膜肽等靶分子，使其成为一个“超级复合纳米载体”——可以大量装载DNA、RNA等外源基因，高效定向地进入有壁的植物细胞实现外源基因的稳定表达。

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【关键词】 生物塑料 降解塑料 发展

石油资源的匮乏、生态环境的恶化是摆在人类面前的急需解决的两大问题。近年来，欧美日等发达国家和地区纷纷制定相关法规，采用禁止、限用、强制回收等措施限制不可降解塑料的使用，我国在2008年也出台了限塑令，同时鼓励生物塑料的应用和推广。生物塑料是治理塑料废弃物对环境污染及缓解石油资源矛盾的有效途径之一，是塑料产业未来的发展方向，市场前景十分广阔。

一、生物塑料的概念

生物塑料是生物基塑料和生物降解塑料的统称。生物基塑料的原料来源于可再生资源的碳，但不是所有的生物基塑料都是可降解和可堆肥的。生物降解塑料和可堆肥塑料是从产品功能角度，达到了科学公认的关于塑料和塑料产品的生物降解性能和可堆肥性能规范标准的生物降解聚合物。这些标准主要是欧洲的EN13432标准，美国的ASTM D6400标准，以及ISO 17088标准。也有部分生物降解塑料和可堆肥塑料是来源于石油基。

二、全球生物塑料产业发展特点

1、政策驱动生物塑料产业快速发展

据欧洲生物塑料协会统计，2011年全球生物塑料产量超过100万吨，预计到2015年将达到170万吨。越来越多的企业将生物塑料纳入到企业可持续发展计划中。该产业在发展初期，驱动力主要来自于政府政策推动，以欧美发达国家为主。1989年纽约市开始对生产厂家给予补贴，1996年美国设置了总统绿色化学挑战奖，2002年要求每一个联邦机构都必须制定生物塑料使用计划；德国禁止将含有大于5%有机物含量的固体废弃物掩埋地下，强制生产传统塑料袋的企业承担回收塑料袋的义务；日本给予购买环保产品消费者70%的政府补助，确定了到2020年20%的塑料袋来自可再生资源的目标。

2、原材料生产装置的制造逐渐转向亚洲和美洲

目前生物塑料的消费市场主要集中在欧美等经济发达地区，但近几年，在对原材料生产装置的投资集中于亚洲和美洲地区。2011年萘琪沃克公司与泰国PTT公司合作建设年产14万吨PLA生产装置；法国阿科玛和韩国CJCheilJedang公司合作在东南亚建设产能8万吨/年的生物蛋氨酸和硫代化学品工厂；荷兰Purac公司在泰国建设7.5万吨/年乳酸厂；巴西Braskem投资建设20万吨/年的绿色聚乙烯项目和年产能为40万吨的新工厂；美国Myriant公司在路易斯安娜州建设全球最大的生物基琥珀酸工厂，产能超过1万吨；法国BioAmber公司在北美建设生物琥珀酸和改性聚丁烯琥珀酸酯工厂。

3、应用领域逐渐高端化

随着性能增强，生物塑料向汽车、消费品电子、食品等高端耐用品领域延伸。日本本田、三菱、马自达、丰田等汽车制造中，从车底板垫、座垫、车门防擦板等多个零部件都有应用，丰田的一款车80%的内部部件由生物塑料制造，在笔记本电脑、手机、复印机等的外壳和零部件也广泛采用了生物塑料。2012年，英国以激光烧结生物塑料为原料采用3D打印技术建造了纤维尼龙结构房屋模型。

4、原材料种类趋于多样化

目前市场上的生物塑料多以玉米、小麦、甘蔗、植物秸秆等为原料，其中以玉米最多，但是这难以替代数量大、品种多的石油系列材料，因此众多研究机构及企业积极开发新的生物塑料。日本研发了木质生物系列塑料，提高了环境性能和材料特性。英国科学家利用地沟油作为原材料，合成了适于医疗应用的可降解生物塑料。巴西以发酵菌在甘蔗渣中发酵制造的PHA具有生物相容性，可用来生产药用胶囊。悉尼利用二氧化碳废气开发了PPC，可解决当前PPC生物塑料生产上的问题。新西兰正在研究基于肉类的Novatein生物塑料产品。

三、我国生物塑料产业现状

21世纪初，国内企业开始涉足生物塑料领域，现已初步建成了涵盖研究开发、生产加工、应用开发、市场推广、技术服务的全产业链，生物塑料正朝着以绿色资源化利用为特征的高效、高附加值、定向转化、功能化、综合利用、环境友好化、标准化等方向发展（生物基材料产业科技发展“十二五”专项规划）。

1、生物塑料产业出具规模

据统计，2012年我国仅生物降解塑料产业总产量约30万吨，三年复合增长率为27.3%，年产值3000万元以上企业超过40家，产值超过3亿元企业在5家以上。国内知名企业主要有：金发科技、齐翔腾达、鑫富药业、彩虹精化、扬农化工、大东南、浙江海正生物、武汉华丽环保、宁波天安生物等。

2、部分原材料生产技术处于国际领先

我国生物塑料的发展与其他制造业不同，不是在承接国际产能转移的基础上发展起来的，该领域的研发和工业化水平处于世界先进水平，多家高校和科研机构都进行了大量研究，如清华大学、上海同济大学、四川大学、南开大学、天津大学、天津工业生物研究所、中科院理化所和长春应化所等，研究成果为产业发展提供了技术保障。现已实现产业化的品种有聚乳酸、聚羟基烷酸酯、聚丁二酸丁二醇酯等，部分产品的生产工艺和技术还处于国际领先水平。

3、终端产品研发制造有待于进一步提高

目前国内从事降解塑料制品加工研究的力量尚显薄弱，大部分企业将关注的重点集中在材料合成上，而忽略了制品加工开发，一些制品在耐热、耐水及机械强度方面与传统塑料制品相差较远，而这一点恰恰是生物塑料能否大规模市场化的关键。

4、高端应用领域有待于开发

我国的生物降解塑料制品主要目标市场为：食物软硬包装、包装膜（袋）、垃圾袋、台布、餐具、地膜、育苗钵、发泡网等，电子、医疗、汽车等高端消费领域产品还不多。

5、国内市场普及率较低

与国外市场相比，生物塑料在国内市场还远未普及，主要原因在于成本高，是石油基塑料制品的2―10倍，国内消费者虽在环保意识上有所提高，但仍不愿意为此支付较高的费用。其次是产品性能，目前还无法完全满足消费者需求，石油基降解塑料性能比较稳定，而生物基降解塑料在性能上还存在不足。

6、政策对产业发展推动力不足，产品以出口为主

我国在新材料产业“十二五”发展规划、生物产业规划、可再生能源法、863计划中均有涉及，主要包括：基础研究、产业化示范工程、产品认证、市场激励等。但在具体实施上，政策的针对性和可操作性不强，使得国内生物塑料市场推广缓慢，企业想通过政策打开市场很难。国内大部分产品以出口为主，市场在外不利于行业的持续健康发展。

四、天津（生物）塑料产业发展现状

1、塑料企业集中度较高

天津市塑料产业，2012年规模以上企业302家，从业人员60867人。塑料产业主要集中在宝坻区、西青区、静海县，其中以宝坻区塑料产业规模最大，宝坻塑料制品工业区规划面积10.8平方公里，重点发展塑料原材料加工、农用塑料、工程塑料、塑料建材生产及塑料加工机械制造。

2、中小民营企业占主体地位

天津市塑料产业规模以上企业有302家，其中国有企业只有5家，国有企业工业总产值占地区工业总产值的4.6%，并呈逐年下降趋势（2011年为5.46%）；规模以上民营企业236家，工业总产值占地区工业总产值的94.54%。民营企业以小微企业为主，共255家。

3、环保、功能性是产业发展的主题

天津塑料产业在技术创新、产品创新方面取得了一定的成就，企业在产品研发中把握世界塑料发展趋势，在环保、提高性能方面投入了大量资金，开发了一批畅销国内外的塑料制品。比如：久大塑料制品公司的可回收环保购物袋、旭辉恒远公司的阻燃塑料包装袋、华庆百盛利用回收的废旧塑料再生制造的包装袋。

4、生物塑料是产业转型的重要方向

自上世纪90年代以来，天津传统塑料制品行业相对于我国华南、东南沿海的广东、浙江、江苏和上海等省市地区发展速度慢了一些，企业经营模式陈旧、规模偏小。同时，部分企业开始转至生物塑料领域，2008年国韵生物获得帝斯曼风险基金、崇德投资、中国环境基金、KPCB、北极光创投等七家共计2000万美元的投资，成立国内最大的PHA的生产基地。天津市塑料产业逐渐向生物塑料方向发展。

5、在生物塑料方面具备一定的研发基础

天津在生物塑料研究方面做了大量工作，取得了一系列的成果。天津工业生物技术研究所开发了以木薯为原料炼制丁二酸的生物合成技术，并与山东兰典生物科技股份有限公司合作实施“非粮原料生物炼制琥珀酸及生物基产品PBS产业化”项目，实现我国PBS下游产品规模化生产。天津大学理学院、南开大学生物活性材料研究教育部重点实验室等研究机构也在生物塑料领域各有建树。

五、天津市发展生物塑料产业的建议

1、加强生物塑料新产品开发研究

天津是较早开展生物塑料研究的地区之一，在生物材料研究方面取得了丰硕的成果，但主要研发方向是高分子材料，而先进成型工艺、高性能的结构设计和产品设计方面总体研发力量薄弱。加强新产品的开发是扩大生物塑料产业化的重要手段。一是要加强新产品应用研发，开发具有自主知识产权的创新型产品，围绕天津市塑料研究所开发医用生物塑料系列制品，引领生物塑料向高端化发展；二是要加大生物塑料制品加工研究，提高产品性能，促进产品的大规模市场化，降低成本以替代石油基塑料制品。

2、加大政策支持力度，推动塑料加工企业转型升级，

给予以生物塑料产品生产企业税收优惠、价格补贴、设立专项资金等政策，鼓励传统塑料制品企业向生物塑料制品转型，一是解决塑料产业的低迷，二是利用天津在塑料加工方面良好的产业基础，加强生物塑料制品加工能力。适当限制甚至分期分批禁止某些传统塑料制作的一次性非降解包装产品。

3、建立生物塑料研发平台，促进科研成果转化

加快突破生物基材料制造过程的生物合成、化学合成改性及树脂化、复合成型等关键技术，促进重要生物基材料低成本规模化生产与示范。依托天津大学、南开大学、天津工业大学等研究机构，构建生物基材料研发转化平台，促进研究机构科研成果向企业转化，提升企业科技创新能力，为生物塑料产业培育提供科技支撑。

4、市场推广先国外后国内，提高环保消费理念

生物塑料制品市场主要在欧美地区，采取先立足国外市场，逐渐培育国内市场的策略。价格高是影响我国市场推广的重要因素，我国消费者对价格的承受能力较差，国内市场尚未打开。提高消费者环保消费的理念对于打开国内市场至关重要。

【参考文献】

[1] 于浩强、张艳梅等：生物降解塑料的研究现状与发展前景[J].上海塑料，2012（1）.

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【关键词】 秸秆 塑料 橡胶 复合材料

1 引言

我国是一个农业大国，秸秆资源非常丰富，每年产量达数亿吨。据农业部项目专家预测，到2015年我国的秸秆总产量达到7.5亿吨。目前，我国利用农作物秸秆的主要途径有：秸秆还田，作为饲料使用，作为能源，作为工业原料，作为复合材料使用等。但是总的看来，秸秆的利用率还是较低，利用不科学，焚烧现象仍然存在。因此，科学合理利用秸秆资源具有重要的环保和经济价值。

农作物秸秆的化学成分主要含有纤维素、半纤维素和木质素。其中纤维素是秸秆纤维的主要成分，其分子量具有多分散性，性能不均一。X-射线研究认为，纤维素是由结晶区和无定形区交错连接而成的二相体系，其中还有许多的空隙，一般认为，天然纤维素的结晶度为70%左右，它具有较高的模量。因此，秸秆可作为一种天然高分子增强材料使用。它与许多无机及合成纤维相比有许多优点，如价廉、易得、密度低，具有较高的拉伸强度和模量，加工能耗小，而且具有可再生性和生态环境相容性，对环境污染及人体危害小。将天然农作物秸秆作为填料或增强材料的研究是当前复合材料领域中的研究热点。用天然植物纤维增强聚合物是一种新型的绿色环保型复合材料，符合生态环境要求，具有巨大的经济潜力。在国外，天然植物纤维增强复合材料已经被用于汽车工业、建筑业、运输业、航空业等。

2 秸秆复合材料

秸秆复合材料是以秸秆为原料，与塑料、橡胶、热固性树脂等其它材料进行复合，利用特定的生产工艺，生产出可用于环保、木塑产品生产的高品质、高附加值功能性的复合材料。目前，主要有秸秆/塑料复合材料、秸秆/橡胶复合材料、秸秆/水泥混凝土材料、秸秆功能复合材料、人造板材等。

2.1 秸秆/塑料复合材料

李忠明等运用秸秆与聚丙烯复合制备了能替代木材使用的复合材料。考察了秸秆含量、界面处理剂用量对复合材料力学性能、流动性及形态的影响。发现复合材料的拉伸强度和冲击强度随秸秆含量增加而下降，但下降幅度较小；耐热性随秸秆含量增加而升高。于F等为提高麦秸秆纤维与聚丙烯基体的界面结合力，采用了复合处理的方法，对麦秸秆表明进行处理，然后通过熔融共混、模压成型的方法成功制备了麦秸秆/聚丙烯复合材料，并研究了材料的力学性能，表明其有良好的应用前景，但是过程中会产生废水、废气造成新的污染，因此有待进一步研究和改进。杨鸣波等运用化学方法，对秸秆进行表面处理，然后与聚氯乙烯塑料进行混合，并制备了具有良好性能的秸秆/聚氯乙烯复合材料，并对其结构进行了微观表征，力学性能进行了研究。滕翠青等制备了秸秆纤维增强复合材料，并研究了其可降解性能，对其老化现象和使用寿命作了较为科学的评价。为秸秆纤维增强复合材料的应用提供科学的参考依据。许民等以麦秸、废旧聚丙烯为主要原料，研究麦秸/聚丙烯复合材料热力学性能及界面结合特性。刘飞虹等利用玉米秸秆粉体作为增强材料与聚乙烯通过挤出机进行复合，成功制备了结构粉体/聚乙烯复合材料，研究了复合材料的工艺可行性及力学性能。王宝利等以秸秆为主要原料，粉碎后与塑料混合后高温下模压，制备了各种不同粒度含量的秸秆模塑制品，并发现加入一定量的防水剂后，材料的耐水性能明显提高，能满足多种防水性能的要求。

2.2 秸秆/橡胶复合材料

橡胶作为一种应用广泛的高分子材料，具有很好的弹性和可填充性能。秸秆与橡胶有一定的相容性，可用于填充和改性橡胶材料，以降低橡胶的成本，改善橡胶的加工工艺性能。丛后罗等]将小麦秸秆粉碎后，分别与天然橡胶和丁腈橡胶共混，制备了秸秆/橡胶复合材料，并全面的研究了复合材料的工艺性能、力学性能、老化性能等。研究发现，秸秆的粒径、填量、表面性质等对复合材料的硫化时间、焦烧时间、拉伸强度、撕裂强度、硬度等工艺和力学性能有明显的影响。秸秆具有良好的填充效果，可以明显降低复合材料的成本。为秸秆在橡胶弹性材料中的应用作了初步地探索。

2.3 秸秆/水泥混凝土材料

肖力光等以东北地区当地的麦秸秆和玉米秸秆为主要原料，粉碎后，掺入到水泥中，制备了秸秆水泥复合材料混凝土，深入研究了材料的水泥和秸秆界面，基体相界面，秸秆与水泥的复合效果以及复合材料的力学性能等，研究结果表明，在界面剂的作用下，秸秆植物纤维和水泥之间取得了良好的界面效果，取得了具有良好性能的秸秆/水泥混凝土材料，为秸秆在建筑材料领用的应用做了较为全面的探讨。

2.4 秸秆功能复合材料

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1.过度包装泛滥

在商品销售过程中，常言道“三分卖产品，七分卖包装”，可见包装对于产品的销售价值具有无可替代的作用。然而，在市场需要浅析绿色理念下产品包装设计的发展屈贞财卢芳芳和消费者视觉需求的驱动下，产品包装设计走入过度包装的误区。过度包装是指包装设计采用过多的原材料，包装结构过大、过重，色彩设计过于华丽，制作成本过于昂贵，文字表述过于夸大，往往冠之以“第一”“之最”等。常见的如故意增加包装层数，大盒套小盒，尽管外观漂亮，却名不副实；有的产品很小，然而包装体积却很大，喧宾夺主；还有的商品采用实木、金属制品包装，大大增加了包装成本。过度包装不仅背离了包装本身的作用，而且污染环境，还造成巨大的资源浪费，严重损害消费者和社会的利益。

2.产品包装结构不合理

产品包装结构不合理主要体现在两个方面。一方面是指过度增大产品的内包装结构空间或将包装结构复杂化。每年中秋节，各种琳琅满目的月饼包装就是最好的例证。商家和设计师们设计的月饼盒包装很大、很华丽，经常是外面一个大盒子，里面仅有几个月饼，其他空间则被塑料泡沫或是别的填充物取代。而且月饼本身还有盒子，当拆完月饼本身的盒子后，还有塑料包装，拆完塑料包装后还有薄膜包装等，如此繁琐的包装结构不仅造成材料浪费，同时也给消费者带来不便。另外，也有商家打着绿色包装的旗号，为了企业的利益将各类包装材料堆积在一起，设计的包装结构层层叠叠。如高档保健品的包装，往往是将木材、金属、纸包装混搭，尽管看着很吸引人眼球，却极大地浪费资源，拆卸后的废弃物还污染环境。另一方面，现行的包装结构并没有考虑便利性和安全性这两大特点。如市面上出售的各类罐头、铁盒包装，尽管密封性很好，但是往往不容易开启，如果消费者是妇女、儿童，将会带来极大的不便。同时，有些铁质或塑料包装，极易划伤消费者，也会严重挫伤消费者的购买积极性。当代的设计只有迎合大众的消费需求，更加贴近现代人的生活，才能真正体现设计的社会责任。

3.产品包装材料不环保

2008年我国出台了影响甚大的“限塑令”，然而由于政策落实不到位，手提塑料袋、一次性泡沫饭盒、塑料食品包装等在餐厅、医院、商店及街头巷尾依旧随处可见，丢弃后形成大量难以处理的“白色污染”垃圾。塑料制品中残留有毒单体，如苯乙烯单体、氯乙烯单体、双酚A单体、丙烯腈单体、己内酰胺单体等，用其盛装食品时，极易迁移到食品中，人们食用后会引发各种病变。同时，各类食品包装都需要印刷，现行的印刷油墨往往含有VOC，不耐高温，当与食品直接接触后，极易迁移到食品上去，引发食品变质等现象，对人体健康造成严重危害。

4.产品包装设计缺乏创新

当前的设计行业，许多设计师在利益诱惑下，所设计的作品也大多是绚丽色彩和华丽说辞的堆积，很少有创意的思维。此外，为了吸引消费者的青睐，许多产品包装的视觉设计往往模仿品牌产品，视觉效果大同小异，图案与色彩接近名牌，然而却失去了设计的原动力。现代社会竞争越来越激烈，如果一味地模仿市场上已经成熟的包装设计，只是将其名称或图案稍加修改，在包装的视觉上毫无创意，轻则会惹来侵权的麻烦，重则会挫伤消费者的购买心理，严重制约包装设计的健康发展。

二、绿色设计理念的内涵

绿色设计源于20世纪60年代在美国兴起的反消费运动。到了90年代，随着全球性产业结构的调整和人类对客观认识的日益深化，在全球掀起了一股“绿色消费浪潮”。在这股“绿色浪潮”中，设计师们更多地以冷静、理性的思考来反省20世纪以来工业设计的历史进程，从而引出绿色设计概念。绿色设计也称为生态设计、环境设计、环境意识设计等，是指在产品及其生命周期全过程的设计中，要充分考虑对资源和环境的影响，在充分考虑产品的功能、质量、生命周期和成本的同时，要优化各相关因素，使产品及其生产过程对环境的总体负效应降到最小，使产品的各项性能指标符合绿色环保的要求。绿色设计一般具有四方面的内涵，即“4R1D”原则：Reduce（减量化）、Recycle（回收再利用）、Reuse（重复利用）、Recover（复原）和Degradable（可降解）。主要体现为：设计的材料最省，产生的废弃物最少，且节省资源和能源；易于回收再利用和再循环；废弃物燃烧产生新能源而不产生二次污染；设计的包装材料可自行分解，不污染环境。推行绿色设计的目标，就是要以保存最大限度的自然资源，形成最小数量的废弃物和最低限度的环境污染。

三、推行产品包装绿色设计的有效途径

1.注重人文关怀

功能是结构设计的前提，结构是功能实现的手段。包装结构的绿色设计，必须以设计的功能性和理性化为前提，不仅体现包装的本质功能（保护商品免受损坏，便于运输与仓储、促销），还要体现设计者对消费者的人文关怀，注重精神层面的价值。产品包装设计在消费者携带和使用过程中应尽量体现对使用者的关心，能够触动消费者内心的诉求，充分体现人性化设计原则，符合人机工程学。绿色设计注重人文关怀还体现在产品包装的便利性，能便于销售、携带和使用，便于开启、重封等。日常生活中，人们往往会遇到精美的包装却难以打开。如市面上的一些金属罐头包装，因开启困难，消费者经常要借助菜刀、钳子等工具才能打开包装，还容易割伤使用者。在绿色设计理念下，融入人性化设计要素，可在包装顶部增加一个开启的拉环，在不影响包装密封性的前提下轻易就能开启，从而赋予包装人性化内涵。在绿色设计的原则之下，设计者要了解产品的消费群体，调查其生活习惯、消费方式、文化层次、心理诉求以及喜好等，并以这些因素为起点，赋予产品包装设计的人性化，重点体现设计的人文关怀。

2.提倡趣味设计

趣味设计是在后现代语境背景下发展起来的，与现代主义的单调相对立，追求感性上的快乐。趣味设计具有追求自由和游戏精神，不拘泥于任何现状和世俗状态，表现出鲜活的生命力和自由的创造力。趣味性商品包装设计是指在包装的结构、功能、色彩等方面，运用能够吸引消费者眼球的元素，创造出带给消费者快乐的体验。在绿色设计理念的引领下，产品设计增加趣味性，不仅可以使产品从众多商品中脱颖而出，而且还能给消费者带来美的感受。趣味性表达手法是丰富多样的，关键在于准确表达情趣。最为常见的表现手法就是仿生的设计手法，设计者可以对树、草、花等原本没有感情的事物赋予它可爱的特征、精神与想法，运用夸张的手法，将设计者想要表达的情感展现出来，促成购买行为。绿色设计的目的在于服务人们生活，商品的包装设计增加趣味性，可以极大地提高人的视觉美感，从而给人带来物有所值的感觉。

3.把握消费心理

消费者的心理需求是产品销售的终极市场。人们的消费心理存在多维性和差异性，这就决定了产品包装设计必须要把握消费者的心理诉求。研究表明，能引起消费者共鸣的包装设计，具有强烈的视觉刺激感，可以迅速激发消费者的购买欲，从而促进产品的销售。因此，产品的绿色包装设计必须要调查消费群体特征，依据不同的消费人群设计不同的产品包装。比如，80后注重个人性格的张扬，怀旧成为他们的共识，设计作品时要注重融入一些感怀的元素，易调动他们的兴趣；90后则追求时尚、自由、个性，喜欢凸显潮流的造型，设计产品包装时需注重他们对“酷、炫”的文化追求。绿色设计理念下的商品包装设计只有准确把握和运用消费者的心理特性，才能最大限度地促进商品消费。

4.强调环保安全

绿色设计理念的提出，其本质就是环保安全，更好地为人类生活服务。随着现代科学技术的不断发展，产品包装设计的绿色化最终归结为包装材料的绿色化。这就要求在选用包装材料时，尽可能地选用环保的天然材料、无毒无害的绿色材料、以及可回收或降解的有机材料。在产品包装设计中，可充分利用竹、木、纸等原生态材料，扩大包装品种，提高技术含量。如采用干草包装土鸡蛋，简洁实用；用竹编箩筐放置食物，安全环保；用竹叶包裹粽子，清新飘香。设计的产品包装一般都需要印刷图案，这就需要采用绿色环保油墨。目前，进入市场的绿色油墨主要有大豆油墨、水性油墨、UV油墨及水性UV油墨等。这些环保油墨的投入使用，大大提升了产品包装的安全性，为未来商品包装的绿色发展指明了方向。可降解包装材料被认为是最具有发展前景的生态材料之一，对环境不造成污染。如玉米塑料，它是以玉米为原材料，从中提取生物高分子材料炼制而成。该塑料用于食品包装，被丢弃后容易被微生物分解，可用作有机肥料，促进植物生长。

四、结论

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改革开放30余年来，随着我国工业化进程的快速推进，大量开发化石资源，使用化石能源，推动了我国经济的高速发展，但也带来了严重的资源与环境问题。党的十把科学发展观作为我党和我国全面工作的指导思想，我们要落实科学发展观，使经济发展与资源环境相协调，就必须要发展生物质产业等低碳经济。要坚持走生产发展、生活富裕、生态良好的文明发展道路，大力建设生态文明，建设以资源环境承载力为基础、以自然规律为准则、以可持续发展为目标的资源节约型、环境友好型社会，实现速度和结构质量效益相统一，使人民在良好的生态环境中生产生活。这就需要我们发展生物质产业等低碳经济，保证生态环境的良好。发展生物质产业等低碳经济是贯彻落实科学发展观的必然选择和客观要求。

二、按科学发展观的要求认识发展生物质产业

的重要战略意义科学发展观的基本要求是以人为本，全面协调可持续发展。我们所追求的发展，不是片面的发展、不计代价的发展、竭泽而渔式的发展，而是全面的发展、协调的发展、可持续的发展、以人为本的发展。因此，我们推进发展，必须充分考虑资源和环境的承受能力，考虑发展过程中的能源、资源、环境及民生等突出问题。生物质产业紧扣“环境、能源、资源、三农”四大主题，具有重要的战略意义，切合科学发展观的内在要求。

（一）生物质产业是发展循环经济、保护环境、实现可持续发展的重要途径我国大气环境污染物的主要来源是工业化产品的生产和消费。我国主要依赖煤炭作为能源资源，煤炭占整个能源结构的70％以上，比全球平均只占25％的水平高出许多。废气排放中约有90%的二氧化硫和氮氧化物是能源生产和消费活动造成的。过分使用化石原料已造成严重的环境污染，减排温室气体和减缓全球大气变暖已成为人类的共识。目前我国二氧化硫和二氧化碳的排放量分别居于世界第一和第二位，预计到2020年，二氧化硫和氮氧化物的排放量将分别达到4000万吨和3500万吨，而环境容量仅分别为1620万吨和1880万吨；酸雨区面积已占到国土面积的30％左右。随着我国工业化和城市化进程的加快，汽车尾气排放造成的污染也在逐年加剧。2005年，我国汽车保有量超过3100万辆，机动车尾气排放已经成为大城市空气污染的重要来源，其中氮氧化物排放量已占总量的50%，一氧化碳占85%。中小城市机动车保有量日益增加，如不及时提高机动车尾气排放标准和燃油品质，到2015年，城市机动车污染物排放量将比2000年上升一倍。如果不对汽车尾气排放采取有效的治理措施，机动车排放对大气的污染将带来更加严重的后果。汽车尾气不仅直接威胁着人体健康，而且会造成巨大的经济损失。与此同时，大量的农林剩余物、畜禽粪便等有机废弃物，既是污染源又是潜在的农林生物质和绿色化工产品的原料资源。建立高效的农林生物质转化产业体系，不仅可以提供丰富的清洁替代材料、能源和绿色化学品，实现物质和能量的循环利用，还将带动荒山荒地、沙滩地、盐碱地等发展生物质资源，有利于减轻土壤侵蚀和水土流失，保护生物多样性，改善生态环境。生物质中有害物质(硫和灰分等)的含量仅为中质烟煤的1/10左右。同时，生物质二氧化碳的排放和吸收形成自然界碳循环，如生长1立方米木材可以吸收1.83吨二氧化碳、释放1.62吨氧气；热带森林吸收二氧化碳约11.5～36吨/a.ha，温带森林约为2.5～27吨，寒温带森林约为2.9～8.6吨。有数据表明，目前我国森林年均净增长活立木蓄积量4.97亿立方米，年净吸收9.09亿吨二氧化碳，其能源利用可实现二氧化碳零排放，扩大生物质资源利用是减排二氧化碳的最重要的途径，如能实现替代5000万吨石油的消费，每年可减排1.6亿吨二氧化碳。如果利用非粮食用地大量种植能源林、实现丁醇、生物汽油等生物质液体燃料规模化生产的话，以年产1亿吨计，每年二氧化碳减排量达3.7亿吨，实现5.5%的二氧化碳减排目标。

（二）发展生物质产业是调整能源结构、保障能源安全的重要措施我国已探明的人均煤炭、石油和天然气资源分别为世界平均值的42.5%、17.1%和13.2%。可以说我国是矿物质能源十分贫乏的国家。2007年我国一次能源消费总量约64.8亿吨标煤，约占全世界总能耗的16.8%。随着我国经济的快速发展，原油消费量及进口量持续快速增长，经济发展的能源压力越来越大。2011年我国原油消费量达到4.54亿吨，其中2.53亿吨靠进口，对外依存度高达56.5%。预计到2020年，中国石油消费量将达4.5～6.1亿吨，而国内的供应量只有1.8～2亿吨，缺口达2.5～4.3亿吨,­对外依存度将达76.9％。过分依赖进口原油，对我国能源和资源供应战略安全构成了潜在威胁，直接关系到我国经济的快速增长和社会的可持续发展。生物质资源是唯一可以转化成为气体、液体、固体能源和替代石油基化工产品的可再生资源，是人类赖以生存和发展的重要基础资源，将成为未来替代石油、天然气等化石资源的最佳选择。专家研究指出，中国有着丰富的生物质资源。据初步估计，我国仅现有的农林废弃物约合7.4亿吨标煤（实物量为15亿吨），可开发量约为4.6亿吨标煤；预测2020年将分别达到11.65亿吨和8.3亿吨标煤。因此，充分利用林业资源开发生物质能源，可以优化我国能源结构，减少对石化燃料的依赖，保障国家能源安全。目前，世界高分子材料的产量大约2亿吨/年，我国高分子材料中仅塑料生产就高达1900万吨，消耗约2000万吨石油资源；聚酯、聚醚多元醇用于制备聚氨酯节能保温材料全球总产量已超过1000万吨/年；表面活性剂全世界市场消费量已超过1000万吨，生物降解塑料（BDP）市场需求将每年增加30%，到2012年BDP的市场规模将超过150万吨。预计到2020年，生物基材料将替代10%～20%的化学材料。国内化石基合成材料(树脂、纤维和塑料等)总产量超过7000万吨，聚酯、聚醚多元醇年生产能力达150万吨，表面活性剂300万吨，增塑剂160万吨；可降解塑料在中国市场需求量将达400万吨。这些材料的制备主要依赖石油资源，生物基替代产品不足1%。[9-11]虽然我国具有煤炭资源优势，但从长远和战略上考虑，能源的多元化和发展生物质等可再生能源已是大势所趋，开发各种替代能源已成为我国及世界能源持续发展的紧迫课题。如果能推广“能源农业-能源林业-能源工业一体化发展模式”来发展生物质产业，使2020年的生物质资源总量达到15亿t/a标准煤，并将其中50%的资源用于生产液体燃料，届时可为我国石油市场提供2亿吨液体燃料；如果将当前农林废弃物产量的40％作为电站燃料，可发电3,000亿度，占目前我国总耗电量的20%以上。从而可有效地改善能源结构，缓解能源危机，促进能源向多元化方向发展。

（三）­发展生物质产业是促进农村经济发展，增加农民收入，建设社会主义新农村的重要举措，是以人为本的具体体现科学发展观的核心是以人为本，我国广大农村具有丰富的生物质资源，发展生物质产业可以促进农民收入增长，改善农民生活。“农林生物质综合开发利用”已被《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》列为农业重点领域的优先主题，强调要重点研究开发高效、低成本、大规模农林生物质的培育、收集与转化关键技术，沼气、固化与液化燃料等生物质能以及生物基新材料和化工产品等生产关键技术。其主要原因在于：一是有利于建设经济繁荣的新农村。生物质原料主要来源于农业生产，通过加快农林生物质资源转化，发展生物质产业可加速农业领域的拓展和延伸，加速农业和农村的工业化与城镇化进程，培育农业产业新的增长点，促进农业增长方式转变，实现农业增效、农民增收，为“三农”提供一个新的生产领域和增收渠道。同时边际性土地的利用，也将给农村经济和农民带来巨大的经济利益。二是有利于建设村容整洁、环境优美的新农村。畜禽粪便是我国水体的严重污染源，­我国有1.5亿亩农田覆盖地膜，5～7年后土壤肥力下降。通过对农林废弃物或污染物的资源转化，缓解了农村秸秆、畜禽粪便和石油基地膜等方面的污染，改善农村的人居环境，促进了农村卫生状况和生态环境的优化。三是有利于建设资源节约型的新农村。通过对可再生生物质资源的转化利用，拓展了资源利用途径，提高了资源利用水平，推进了资源节约和循环利用。四是有利于建设文明和谐的新农村。我国有9亿农村人口，约50％分布在山区、林区、沙区，约65%的农民生活仍然采用传统的烟熏火燎和低能效的直燃式，350万户偏远地区农村至今还没有用上电。将生物质资源转化成能源产品不仅将催生新兴的绿色新能源产业，同时将为农村提供电能、热能、生物可燃气等清洁能源，促进农民生活方式的改变，提高农民生活质量，建设文明和谐的新农村。如果通过生物质资源高效利用，全国每年50%的作物秸秆、40%的畜禽粪便、30%的林业废弃物，开发5%（约550万公顷）的边际性土地培育农林生物质资源，可以催生1000个生物质企业，带动500万农户，促进1000万农业劳动力转移，农民增收400亿元，使4000万农户生活用能效提高2-3倍。

（四）发展生物质产业是促进林业产业和林业生态两大体系建设协调发展的有效途径发展生物质产业可充分挖掘不适宜农耕的宜林荒山荒地的生产潜力，与林业生态工程建设相结合，实施能源林基地建设，培育适地适树的能源树种，加大抗逆能源林种植，具有保持生态平衡、降低水土流失、调节气候的作用。同时，能源林特别是木本燃料油植物具有规模化种植的巨大优势，建立木本燃料油植物基地可以一次投入，而受益期却长达40～50年，只采收果实或种子不砍伐树木，不会造成对生态系统的破坏。发展林业生物质能源，建立具有林业特色的“能源林基地—林业生物质能源加工”一体化的林业生物质能源工程产业链，可带动能源林业、特色资源原料林基地建设和新能源产业的大发展，拓展林业产业的领域，也对生态环境改善带来积极作用，从而促进完备的林业生态体系和发达的林业产业体系两大体系建设。

三、以科学发展观指导生物质产业的健康发展

（一）制定相关政策，鼓励和支持企业投资生物质产业生物质产业在现阶段主要是从生态环境、环境保护的角度出发,从中长期来看,将要弥补资源有限性的不足，目前社会效益远远大于经济效益。在目前发展阶段,需要国家的政策扶持和财力支撑。国家应在财政、税收、金融及研发投资方面制定优惠政策，鼓励企业投资生物质产业。

（二）强化科技自主创新，掌握关键技术，消除二次污染，实现绿色发展生物质产业是一项技术密集型产业。在科技创新体系的建设中，要把生物质产业领域的科技自主创新作为优先发展领域，重点加强优质速生生物质资源选育、栽培和示范基地建设，开发林业生物质能源及材料的高效低成本转化以及副产物综合利用技术。生物质产业是以生物质资源为原料通过化学及生物技术生产生物基产品的产业，不同的生物质利用技术在生产过程中会不同程度地对环境造成二次污染，如不能有效解决，必将降低市场竞争力，影响生物质产业的发展。必须要加大科技投入，减少二次污染的产生，实现绿色发展。