生物质能利用途径篇1
乳酸细菌广泛分布于自然界中，是一类利用可发酵碳水化合物产生大量乳酸的细菌通称。传统发酵乳食品中分离的乳酸菌一般被认为是安全的细菌，早在人们认识乳酸菌之前，就已将其广泛应用于发酵酸乳、制作奶酪、食品防腐、保藏等方面。这些乳酸菌在酸奶发酵过程中产生多种代谢产物，包括乳酸、胞外多糖、风味物质以及人体营养所必需的多种维生素等。这些菌体及其代谢产物具有改善乳制品的风味，提高制品营养价值，调节肠道菌群平衡，维持和保证肠道菌群最佳优势组合及稳定性，抑制肿瘤和免疫赋活等生理功能[1]。酸奶是以新鲜的牛奶为原料，经过2种或2种以上的乳酸菌发酵制成的产品。目前，主要应用于酸奶制造的乳酸菌发酵剂有保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌。这2种发酵剂在酸奶发酵过程中相互作用，产生的代谢产物赋予发酵乳特有的风味、质地、口感和营养价値。发酵乳中风味物质的成分及含量受诸多因素的影响，其风味物质的形成主要受原料中成分、加工过程中条件变化及发酵剂种类的影响。为了提高乳酸菌在发酵过程中生产主要风味物质乙醛、双乙酰的能力，国内外一些学者对乳酸菌合成乙醛、双乙酰的代谢途径及其代谢调控方式开展了大量的研究工作。这篇综述主要描述了乳酸菌在酸奶发酵过程中产生的风味物质，以及主要风味物质乙醛、双乙酰的代谢途径和其调控机制。
1酸奶发酵剂生产的风味物质
乳酸菌在碳水化合物的代谢过程中能生产乙醛、丙酮、乙偶姻、双乙酰等多种挥发性芳香化合物[2]。这些风味物质主要由挥发性、非挥发性酸以及羰基化合物组成，其中，羰基化合物对发酵乳的风味有显著影响。在单一乳酸菌发酵的发酵乳中，主要羰基化合物的含量为乙醛(2.0~41.0μg/mL)、双乙酰(0.2~2.3μg/mL)、乙偶姻(2.2~28.2μg/mL)、乙醇(0.2~9.9μg/mL)以及丙酮(1.8~3.4μg/mL)[2]。这些羰基化合物在发酵乳中的含量和种类决定着产品的风味。在酸奶的发酵过程中乳酸菌生产的风味物质种类繁多，除上述风味物质之外，还有很多生产量很低的芳香化合物。这些芳香化合物因为嗅觉阈值的差异，很难评价它们在形成酸奶风味中的作用。ott等[3]在酸奶中首次发现了有强烈气味的1-辛烯-3-酮、1-壬烯-3-酮、3-甲硫基丙醛、2-甲基四氢噻吩-3-酮、2e-壬烯醛以及愈疮木酚等6种化合物。在这项研究中，作者首次使用光谱分析法鉴定了1-壬烯-3-酮。1-壬烯-3-酮在酸奶中的含量很低，但由于1-壬烯-3-酮在酸乳中很低的香气阈值并不影响该化合物在形成酸奶风味中的作用。乙醛是乳酸菌在酸奶发酵过程中产生的特征风味物质，在酸奶中的含量要远远高于其他挥发性芳香化合物。目前，国内生产的酸奶主要是以乙醛风味为主的醛香性酸奶。在形成发酵乳制品的滋味与香味的风味物质中，双乙酰(又名丁二酮)也被认为是起关键作用的重要芳香化合物之一，是奶油、干酪、奶酪、酸奶以及很多需要奶油味的非乳产品中的一种重要风味物质。一般认为，酸奶中主要风味物质乙醛由保加利亚乳杆菌发酵产生，双乙酰由嗜热链球菌发酵产生[4]。当酸奶中乙醛含量低时，双乙酰在发酵乳中占主导地位，形成具有独特奶香味的发酵乳[5]。Rysstad等[6]发现在山羊乳酸奶中乙醛含量明显低于普通酸奶，而双乙酰的含量和普通酸奶中的双乙酰的含量基本相同，说明在山羊乳酸奶的风味物质中，双乙酰是起关键作用的重要芳香化合物。目前，关于酸奶风味物质的代谢调控研究主要集中在乙醛、双乙酰等主要的风味物质上。
2乙醛的合成途径及其基因调控
发酵乳中乙醛的含量是评价酸奶质量的重要指标之一。早在1950年pette等[7]就提出了乙醛是形成酸奶风味物质的主要成分。Hamdan等[8]也得出了类似结论，指出高浓度的乙醛是形成酸奶良好风味的重要前提。Sandine等[9]报道了在发酵乳中乙醛的浓度只有高于8mg/L时，才能产生具有良好风味的发酵乳。发酵剂菌株的质量和活力对酸奶质量及酸奶中风味物质的含量起着关键性的作用。利用基因工程和代谢工程技术改良现有的发酵剂菌株，构建高产乙醛的菌株，是国内外研究学者关注的焦点之一。
2.1乙醛的合成途径
在乳酸菌生产乳酸的发酵过程中，乙醛可由氨基酸、核酸及丙酮酸代谢产生(图1)。在乳酸菌的碳代谢过程中，丙酮酸是重要的代谢中间产物。乳糖经糖酵解途径生成丙酮酸，丙酮酸在丙酮酸脱羧酶(pDC)的催化作用下合成乙醛。丙酮酸还可在甲酸裂解酶(pFi)和丙酮酸脱氢酶(pDH)的催化作用下，转化成乙酰辅酶a，生成的乙酰辅酶a在乙醛脱氢酶(aDH)的催化作用下，生成乙醛。在酸奶发酵过程中乳酸菌生产乙醛的代谢途径和菌体自身的酶有关。例如丙酮酸脱羧酶多发现于酿酒酵母和运动发酵单胞菌中，在酸奶发酵剂保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌中几乎没有关于丙酮酸脱羧酶的报道。Raya等[10]在2株保加利亚乳杆菌和2株嗜热链球菌中，都没有检测出丙酮酸脱羧酶活性。说明在酸奶发酵过程中，丙酮酸生成乙醛或丙酮酸经由乙酰辅酶a生成乙醛的代谢途径可能不存在。脱氧核糖5-磷酸在脱氧核糖醛缩酶(DeRa)的催化作用下生成乙醛和3-磷酸甘油醛，并且这个催化过程是可逆的。很多菌种都有关于具有脱氧核糖醛缩酶的报道。Kim等[11]对来源于类芽孢杆菌的脱氧核糖醛缩酶做了详细研究。该酶和来源于地芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌的脱氧核糖醛缩酶有很高的同源性。酶学性质测定的结果表明，当培养基中乙醛浓度为100mmol/L时，脱氧核糖5-磷酸的产量达到最高，说明脱氧核糖醛缩酶能催化脱氧核糖5-磷酸和乙醛之间的转化。Raya等[10]也报道了在保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌的发酵过程中检测出明显的脱氧核糖醛缩酶活性，说明在酸奶发酵过程中，脱氧核糖5-磷酸生成乙醛的代谢途径可能存在。在酸奶发酵过程中有些氨基酸先转化成中间体代谢产物丙酮酸然后合成乙醛，但也有些氨基酸如苏氨酸在苏氨酸醛缩酶(ta)酶的催化作用下可直接降解生成乙醛。其中，苏氨酸生成乙醛被认为是乳酸菌生产乙醛的主要代谢途径。苏氨酸醛缩酶广泛存在于自然界生物体内，在保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌中均有关于具有苏氨酸醛缩酶活性的报道。国内外一些研究学者把研究乙醛代谢途径的焦点集中在苏氨酸醛缩酶上，对苏氨酸醛缩酶的调控做了大量的研究工作。在乙醛的代谢途径中，乙醛在乙醛还原酶(aLDH)催化作用下生成乙醇，降低酸奶中乙醛的含量。Koo等[12]对肠膜明串珠菌的乙醛还原酶和乙醛脱氢酶做了详细的研究。认为在肠膜明串珠菌中，乙醛还原酶和乙醛脱氢酶醛是一个多功能酶(醛醇脱氢酶，aDHe)，编码醛醇脱氢酶的adhe基因全长2685bp，编码886个氨基酸，序列分析的结果表明该酶的氨基酸序列和其他已发表的氨基酸序列有很高的相似性。在推导出的醛醇脱氢酶氨基酸序列上发现2个保守区域，分别编码乙醇脱氢酶(aDH)和乙醛还原酶(aLDH)。Koo等[12]还将adhe基因克隆到表达质粒中，然后转入到escherichiacoliBL21，构建了醛醇脱氢酶基因工程菌。酶活检测结果表明，醛醇脱氢酶具有乙醇脱氢酶和乙醛还原酶的活性。在其他乳酸菌中也有很多关于乙醛还原酶和乙醛脱氢酶活性的报道。Raya等[10]在2株保加利亚乳杆菌和2株嗜热链球菌的发酵过程中都没有发现明显的乙醛脱氢酶活性，但从其他2株嗜热链球菌中却检测出明显的乙醛还原酶活性。说明在一些嗜热链球菌中，生产的乙醛有可能作为中间产物在乙醛还原酶的催化作用下被还原成乙醇，从而降低发酵乳中风味物质的含量。
2.2乙醛的基因调控
苏氨酸在苏氨酸醛缩酶的催化作用下生成乙醛的代谢通路被认为是乳酸菌生成乙醛的主要代谢途径，受到国内外一些研究学者的广泛关注。Chaves等[13]报道了在嗜热链球菌中，具有苏氨酸醛缩酶活性的丝氨酸羟甲基转移酶(SHmt)能催化苏氨酸和甘氨酸、乙醛之间的相互转化。Chaves等在培养基中补充适量的L-苏氨酸，发酵后乙醛的含量明显增加，说明在这项研究中使用的嗜热链球菌具有苏氨酸醛缩酶的活性，在发酵过程中能过分解过量的L-苏氨酸生成乙醛。在这项研究中作者还构建了编码SHmt的glya基因缺陷菌株，发现glya基因缺陷菌株在酸奶发酵过程中乙醛生成量明显低于野生菌株，说明苏氨酸生成乙醛的代谢途径是乳酸菌生产乙醛的主要代谢途径。苏氨酸醛缩酶的活性很不稳定，容易受外界条件的影响。Lees等[14]报道了当培养温度从30℃上升到37℃或42℃时，嗜热链球菌苏氨酸醛缩酶的活力明显下降，而保加利亚乳杆菌苏氨酸醛缩酶具有耐热性，在42℃的培养条件下，依然能保持很高的活力。酸奶的发酵一般是在43℃培养温度下进行，在这个培养温度下，保加利亚乳杆菌苏氨酸醛缩酶的活力要高于嗜热链球菌苏氨酸醛缩酶的活力，一般认为酸奶发酵过程中生产的乙醛主要来源于保加利亚乳杆菌。在乙醛代谢途径中，还有一些关键酶在乙醛代谢过程中起着调控作用。Bongers等[15]在乳酸乳球菌中成功地表达了来源于运动发酵单胞菌中的pdc基因(编码丙酮酸脱羧酶)和来源于乳酸乳球菌的nox基因(编码naDH氧化酶)，大幅度提高了发酵乳中乙醛的产量。目前，对乙醛基因工程方面的研究主要集中在glya、pdc、nox等几个主要基因的调控上。在一些乳制品中，在发酵过程中产生的乙醛容易被乙醛还原酶还原成乙醇，降低了乳制品中乙醛的含量。因此，利用现代生物技术改变乳酸菌中乙醛的代谢通路，在筛选、构建乙醛还原酶缺陷型菌株的基础上，过量表达一些关键基因，可以提高乳制品中乙醛的产量。当然，这些尝试也为酸奶、奶酪等乳制品的开发提供广阔前景。
3双乙酰的合成途径及其基因调控
双乙酰作为酸奶中主要风味物质，在形成酸奶风味中起着重要作用。双乙酰一般由嗜温乳酸球菌生产，包括乳酸乳球菌丁二酮亚种、肠膜明串珠菌肠膜亚种、链球菌和热链球菌等[4]。但也有学者认为在酸奶发酵过程中保加利亚乳杆菌是生产双乙酰的主要菌株[8]。目前，关于乳酸菌风味物质双乙酰的研究工作大多集中于双乙酰的合成途径及其产量调控上。
3.1双乙酰的合成途径
在乳酸菌中生成双乙酰的代谢途径主要有柠檬酸代谢途径和糖酵解代谢途经。一些乳酸菌特别是乳球菌能利用乳糖、柠檬酸生成丙酮酸，再合成双乙酰(图1)。在乳糖合成双乙酰的代谢途径中，过量的丙酮酸在α-乙酰乳酸合成酶(α-aLS)的作用下合成α-乙酰乳酸乳酸。α-乙酰乳酸在酸性条件下，化学氧化脱羧生成双乙酰。双乙酰很不稳定，在双乙酰还原酶(aR)的催化作用被还原为乙偶姻。在柠檬酸生成双乙酰的代谢途径中，丙酮酸和α-乙酰乳酸是重要的中间产物。柠檬酸在柠檬酸裂解酶的催化作用下生成草酰乙酸，草酰乙酸可直接生成α-乙酰乳酸，也可通过脱羧反应生成丙酮酸。丙酮酸进一步脱羧生成活性乙醛(乙醛-tpp)，活性乙醛与丙酮酸在α-乙酰乳酸合成酶作用下合成α-乙酰乳酸,通过化学氧化脱羧作用生成双乙酰。α-乙酰乳酸也可在α-乙酰乳酸脱羧酶(α-aLDC)的作用下脱羧生成乙偶姻。由于牛奶中柠檬酸的含量很低，一般认为发酵乳中的双乙酰主要通过糖酵解代谢途径生成。
3.2双乙酰的基因调控
在酸奶发酵过程中双乙酰产量和几个关键酶的活力密切相关，这些酶包括：柠檬酸裂解酶(aCLY)、草酰乙酸脱羧酶(oXaD)、α-乙酰合成酶、naDH氧化酶(noX)、α-乙酰乳酸脱羧酶、双乙酰还原酶等。运用分子生物学技术使这些酶失活或超量表达，能增加中间产物丙酮酸、α-乙酰乳酸的积累，能改变双乙酰代谢途径，提高双乙酰的产量。其中，国内外一些学者为了改变α-乙酰乳酸流向乙偶姻的代谢通路，把研究的重点集中在筛选、构建一些α-乙酰乳酸脱羧酶缺陷型菌株上。aymes等[16]用随机诱变的方法筛选出α-乙酰乳酸脱羧酶缺陷型的乳酸乳球菌丁二酮亚种菌株，在厌氧条件下，双乙酰的产量要远远高于野生菌株双乙酰的产量。monnet等[17]为提高嗜热链球菌双乙酰的产量，在添加α-酮基丁酸、亮氨酸或α-酮基丁酸、亮氨酸、异亮氨酸的培养基上，用定向突变方法挑选出α-乙酰乳酸脱羧酶缺陷型的嗜热链球菌。在微氧条件下，α-乙酰乳酸脱羧酶缺陷型菌株双乙酰的产量比野生菌株提高了近3倍。一些研究学者在筛选、构建α-乙酰乳酸脱羧酶缺陷型菌株的基础上，还对上述的一些调控双乙酰生产的关键基因进行超量表达，运用联合调控等方法对提高双乙酰的产量进行了尝试。Hugenholtz等[18]在α-乙酰乳酸脱羧酶缺陷型的乳酸乳球菌中，在有氧条件下超量表达调控naDH氧化酶的nox基因，大幅度提高了双乙酰的产量。目前关于双乙酰的基因调控的研究大多集中在糖酵解、柠檬酸代谢途径的一些关键基因的调控上，随着这些研究的深入应该能生产出更多符合消费者需求的新产品。
生物质能利用途径篇2
关键词：油菜素内酯;生物合成;信号转导;进展
中图分类号：Q94文献标志码：a文章编号：1674-9324（2015）19-0111-02
油菜素内酯（brassinosteroids，BR）作为一类甾醇类激素，在植物体内广泛分布。油菜素内酯在植物的种子发芽、根茎伸长生长、光形态建成、维管束分化、向性建成和生殖发育等发育和生长过程中起到重大的作用，同时BR还具有增强植物抵抗高温、低温和高盐等不利生长条件的功能。
一、油菜素内酯的生理功能
将表油菜素内酯（24-eBL）施用植物时，植物的组织、器官表现出一系列的生理反应。已有的研究表明，BR不仅能改变植物内源激素的平衡、酶的活性以及膜电位，刺激植物细胞的伸长生长，还能刺激Dna复制、Rna转录及蛋白质的翻译，增强乙烯的合成和光调活性等。
1.细胞伸长。BR可促进黄瓜的下胚轴、豌豆和绿豆的上胚轴、单子叶植物的中胚轴和胚芽鞘及幼苗茎的伸长，植物幼嫩的营养器官对BR响应尤其明显。BR通过调控植物细胞液泡膜H+-atpase的组装，促进液泡吸收水分，从而引起细胞的快速伸长生长。Yang等的研究表明，油菜素内酯的转录因子BeSl可直接与全部的拟南芥纤维素合成酶基因的启动子区域结合，开启这些基因表达。
2.细胞分裂。同时向中国大白菜使用3种激素时，将刺激细胞团和细胞簇的形成，增强原生质体的分裂的速度。Hu等利用拟南芥悬浮细胞det2首次研究BR对细胞分裂的影响，发现BR能提高周期蛋白基因CycD3――一种D型植物细胞周期蛋白基因的表达。一般来说，通过CycD3途径，BR能刺激细胞分裂，CtK也能通过激活CycD3蛋白而刺激细胞分裂，而且BR在拟南芥的B悬浮细胞与愈伤组织中具有CtK的功能。
3.细胞分化。通过观察拟南芥cpd突变体茎的横切面，显示茎的形成层分化不对等，且另外的韧皮部细胞在形成层以外形成，与拟南芥dwf7-1突变体的表型相同。另外突变体维管束的数目减少到6个，而野生型有8个。Cano-Delgado等报道两个BR受体BRL1和BRL3在导管组织异性表达，而且突变体brl1表现出异常的韧皮部/木质部分化比率。
4.根系生长。外源添加低浓度的BR有利于不定根的形成和主根的生长，同时还可以诱导侧根的形成，BR和生长素对于侧根的形成具有正向作用，并且对于侧根的形成可能是部分由脂酶a完成的;而高浓度BR会阻碍侧根形成和主根生长。目前认为，BR促进根发育可能是通过调节生长素极性运输实现的。BR促进植株顶端生长素的运输，是侧根发育所必须的。
二、油菜素内酯的生物合成
通过给植物幼苗和培养的细胞饲喂标记物，利用GC/mS研究代谢产物，基本阐明了由鲨烯（squalene）前体最终生成BR的反应过程。鲨烯还原生成Campestanol时，在侧链和甾醇体上经过氧化、羟化步骤，同时在C-6位酮基化（在C-22、C-23、C-2和C-3位置的修饰前和后进行酮基化）。反应的两个途径分别叫早期C-6氧化前途径与晚期C-6氧化后途径。在早期C6氧化途径，作为BR生物合成的开始，芸苔甾醇（campesterol）通过加氧、羟化、氧化变成6-氧芸苔甾烷醇（6-oxocampestanol），6-氧芸苔甾烷醇再进行羟化生成茶甾酮，茶甾酮继续脱水、羟化生成香蒲甾醇，最终形成油菜素内酯和油菜素甾酮。通过研究水稻和烟草幼苗及培养细胞，证实了6-脱氧油菜素甾酮可以直接生成油菜素甾酮，表明在许多植物中也存在晚期C6氧化途径，这是BR生物合成的另一途径。除了水稻和烟草外，菊芋和拟南芥也存在早期和晚期C6氧化途径。研究还显示，在不同光质下，BR的生物合成和代谢途径可能有差异，在黑暗中可能启动早期C6氧化途径，在光下主要进行后期C6氧化途径。
三、油菜素内酯的信号转导
近年来，通过生物化学和分子生物学等技术，人们利用BR突变体研究BR信号转导过程，取得了极大的进展。
1.BR信号在质膜上的感知。在高等植物中，BRi1是BR主要的受体。突变掉番茄、水稻、以及大豆中的BRi1将导致BR不敏感的表型。BRi1是BR信号在质膜上感知的主要成分，BRi1的胞外区直接参与了BR的信号识别。最近的研究显示，C-末端的磷酸化程度与BRi1的活性直接相关，且BRi1的激活必需要BR的参与。作为负调控因子的BRi1蛋白C-末端，主要调节该蛋白的活性。BaK1能够与BRi1形成异源二聚体，参与BR的信号转导过程，BaK1不影响BR和BRi1的结合。在豇豆原生质体中，Russinova等利用FRet（fluorescenceresonanceenergytransfer）技术，发现BRi1可结合成同源二聚体于质膜上，在质膜上BRi1和BaK1可生成异源二聚体。BaK1在BR信号传导中的作用机制还不十分清楚。
BRS1在BR信号转导途径的前期发挥功能。当过表达的BRS1基因可以互补bri1-9和bri1-5的表型，bri1-9和bri1-5都是BRS1的胞外域突变体，但不能互补bri1-5/dwf4-1和bri1-1（为胞内域突变体）双突变的表型，所以，BRS1的活性和BR的生物合成及对BRS1发挥其作用非常关键。BRS1有很强的水解活力，位于胞外。ttL和tRip-1是BRS1的两个下游信号分子。tRip-1的特异位点可被体外重组的BRS1胞内激酶域磷酸化，经过体内免疫共沉淀实验，同时证实他们可相互作用，由此推测tRip-1可能是胞质BRS1的底物，调控植物的生长发育。BK11与BRS1互作，对BR信号传递途径进行负调控。BKi1作为BRS1分子的底物，当胞质中甾类分子浓度较低时，位于质膜上的BKi1与BRS1的同源二聚体互作，进而抑制BaK1与BRS1的相互作用，抑制BR信号转导途径。当BRS1的胞外域与甾类分子结合后，BRS1被诱导产生磷酸化及活化，然后活化的BRS1与BKi1分离，最终BR信号转导途径被激活。
2.BR从细胞膜表面受体到细胞核的信号转导传递途径。Bin2作为BR信号转导的负调控因子。利用Bin2-GFp研究显示，Bin2既可以定位在细胞质中与细胞膜上，还可以定位于细胞核中。Bin2对BR信号在细胞内的传递起负调控作用，但BaK1和BRi1皆不能与Bin2互作，使Bin2蛋白磷酸化。通过遗传筛选，发现BZR1和BZR2/BeS1是Bin2的底物。BZR1和BeS1是BR信号途径下游特异的调控因子。BZR1作为BR合成的调控蛋白定位于细胞核内。BZR1是一种具有调节下游生长反应及BR生物合成双重功能的转录抑制因子。具有双重功能的BZR1说明它在BR信号转导途径中起到重要的调控作用。BZR2/BeS1作为转录激活因子，也定位于细胞核内。最近的研究显示，SaUR-like基因的启动子中的e-box（CanntG）可与BeS1结合，BeS1被位于细胞核内的Bin2磷酸化，致使磷酸化的BeS1丧失与响应基因启动子结合的能力，从而影响其转录活性，因此，调控的关键是BeS1的磷酸化。作为一种白，BSU1能够对BeS1的磷酸化进行调控。与Bin2蛋白的功能相反，通过阻碍BeS1的磷酸化，BSU1导致去磷酸化的BeS1积累，然后抑制bin1和bri2的表型缺陷。
四、讨论
虽然BR分子生物学已取得很大进展，但仍然有许多地方需要深入研究。BR生物合成途径中各环节的酶未完全确定;Bin2的活性调控机理，BeS1和BZR1及其他家族成员对目的基因调控和BR分子的合成和降解途径也需要进一步的研究;BR与植物激素间相互作用，相互影响以及调节植物生长发育的进程也需要进一步的阐明。通过研究不敏感和敏感BR突变体，克隆出大量的BR生物合成、信号转导和调控相关的基因，可为我们寻找到更多的与BR对植物生长发育和调控作用有关的信息。
参考文献：
[1]mandavan.plantgrowth-promotingbrassinosteroids[J].annuRevplantphysiolplantmolBiol，1988，39（1）：23-52.
[2]YangCJ，ZhangC，LuYn，etal..themechanismsofBrassinosteroids'action：FromSignaltransductiontoplantDevelopment[J].molplant.2011，4（4）：588-600.
[3]nakajiman，Shidaa，toyamaS.effectsofbrassinosteroidoncelldivisionandcolonyformationofChinesecabbagemesophyllprotoplasts[J].JpnJCropSci，1996（65）：114-118.
[4]HuY，BaoF，LiJ.promotiveeffectofbrassinosteroidsoncelldivisioninvolvesadistinctCycD3-inductionpathwayinarabidopsis[J].plantJ，2000，24（5）：693-701.
[5]Szekeresm，nemethK，Koncz-KalmanZ.BrassinosteroidsrescuethedeficiencyofCYp90，acytochromep450controllingcellelongationandde-etiolationinarabidopsis[J].Cell，1996，85（2）：171-182.
生物质能利用途径篇3
关键字：可持续性；环境与发展；环境规划；生态规划；环境可持续发展论文
1从最优化值到最小—最大值：环境与发展的可持续性规划途径
关于方法论总起来说可以分为两类：即最大—最优化途径(maximization-optimizationapproaches)和最小—最大约束途径(minimax-constraintapproaches)。每类途径又可根据经济和生态指标进一步划分，形成一个2×2方阵的方法类型。
环境与发展规划中的可持续途径[1]
项目最大—最优化途径最小—最大约束途径经济指标目标：追求经济效益，使社会总效益与社会总成本之差值达到最大
方法：各类经济学优化方法目标：避免很高的社会成本
方法：包括最低安全指标（SafeminiumuStandards）、可持续限制（SustainableConstraints）、预警原则（precautionaryprinciples）、发展阈限（Developmentthreshold）等生态指标目标：追求生态适宜性和最佳关系
方法：生态适宜性分析目标：避免生态的不可逆恶化
方法：包括承载力（CarryingCapacity）、顶极环境阈限（Ultimateenvironmentalthresholds）等
生态最优化途径和经济最大效益途径都基于理性模式，依赖于完全的信息并相信基于科学知识，人们能制定一个最好方案。而最小—最大值约束途径的一个共同点是追求回避最坏结果的出现，而不是追求最佳状态。最小—最大值的概念取之于搏弈论中的最重要原理，即最小—最大值原理[2、3]，它用来说明竞争双方为保障各自最低利益所应采取的战略。最小—最大值是一种平衡点，这一原理提倡对政策与策略进行多角度的或双向的选择，这种选择实质上是一种反复辩护的过程，本文所取之义就是在保障自身最低安全水平条件下，允许对方寻求最大利益的一种战略。
2最大—最优化途径
2.1经济最大效益途径
在经济最大效益途径中，货币价值被用来计量自然资产和人造资产，基本指标是成本效益。它根据成本—效益模式，分析和追求环境资源保护与利用的最大社会效益，允许以人造资产来取代被消耗的环境资产。如果这样，只要最大地获取自然资本与人为资本的总和，我们的后代就可以得到最大的利益，也就是说当代人的经济活动肯定可以使后代人的生活更好而不是更差。这一途径在环境的可持续性利用中的有效性已引起越来越多学者的怀疑和反对[4、5]。理由包括：
(1)它用货币价值来衡量环境资产的成本或效益可能导致“定量偏差”(quantitativebi-as),因为估价大多基于人的偏好，即“支付意愿”(willinesstopay)。一个合理的环境计价必须依赖于完全的信息背景，但这种背景往往是不存在的。今日的杂草也许正是明日的癌症良药。
(2)它假设自然资产是可以用人为资产来取代的。这样一来，所谓的可持续性就被误以为可以通过维护最大的人为资产和自然资产之和来实现，而不是通过保护环境资产来取得。
(3)它把效益作为人类代际之间以及人与其它物种之间环境资产分配的唯一决定指标。但实际上，成本—效益分析模型只能反映当代人的此时此地的偏好，而不是下一代人的、更不是其它物种的偏好。
所以，以经济最优化和经济效益指标无法指导可持续环境与发展的规划。
2.2生态最适途径
生态最适途径基于资源的适宜性和可行性分析，包括地质、水文、土壤和植被等等的分析。规划的目标是寻求土地利用和人类活动的生态最适性。通过景观规划师i.mcHarg的“自然设计”(designwithnature)[6],这一途径被系统化而成为本世纪规划史在方法论上的一个重大发展。mcHarg把该方法总结为“所有系统都追求生存与成功。这种状态可以描述为负熵—适应—健康。其对立面则是正熵—不适应—病态。要达到第一种状态，系统需要找到最适的环境，使环境适应自己，也使自己适应于环境”[7]。景观规划的目标是寻求一个生态最适的土地和资源利用状态。这时，对景观的每一种利用都反映景观本身的内在价值，而这种内在价值可以通过对所在地进行系统的科学分析来发掘。正如mcHarg所相信的“我们可以因此判别生态系统、机体和土地利用的合适环境。环境在本质上越适合于它们，适应过程所做的功就越小。这种适合是一种创造，这是一种最大效益—最小成本的途径”[6]。在这里，我们可以看出生态最适途径与经济最大效益途径在本质上遵循同样的理性思维。
生态最适模式在景观及环境规划界产生了极大的影响，并广为应用。但其弱点也很明显。它被作为自然决定论和技术崇拜论的模式而遭到许多学者的严厉批评。认为，这一模式对解决问题并无益处反而有误导之嫌。
经济最优化和生态最适化模型都相信人类的知识可以为人类寻求一条明确无误的、最佳的行动路线，认为这正是规划所要遵循的。完全的信息和系统的科学研究是取得这一目标充分必要的条件。这一规划的理性模式早已受到人们的怀疑[9、10]。人类的知识往往有其不完善性和不确定性。有人甚至认为知识尚不能完全告诉我们应该做什么[11]。这种观点得到Simon的认知学研究的支持[12]。他认为人们在解决复杂问题时存在着许多局限性。没有一个决策过程完全符合理性的原则。人类并不需要完全的信息和同时考虑所有可能方案后再作决策。人类并不追求最优，而是追求满意的、并且基本上是可行的途径。
尽管经济最优化和生态最适化都遵循理性模式，而实际上两者所导致的结果是不能兼容的[13]，经济上的最优化途径并不是生态上的最适途径，在许多情况下甚至是相矛盾的。由于对这种矛盾的认识，人们提出众多的通过限制经济发展来保证生态过程和环境健康的途径。
3最小—最大约束途径
3.1对经济过程的限制
最低安全标准(SaFeminimUmStanDaRD,简称SmS)是经济学家提出的众多关于限制经济活动和发展的概念之一。最早由CiRiaCY-wantRUp[14]提出，用来解决濒危物种的保护问题。这一概念试图阐明怎样避免经济发展所带来的最坏状态，如物种的灭绝。这种最糟状态是不可逆的，而其社会损失又是不可确定的。SmS认为物种是一种可再生的资源，但其可再生性只存在于一定阈限之内。一旦超出这一阈限，资源的进一步利用就造成不可逆的后果，导致人类可利用资源库的枯竭。由于社会和自然的不确定性，这种不可逆的后果是不可知的。防止这种灾难后果或最坏后果的一个办法是采用最低安全标准。利用这一标准，使足够的栖息地得以保护。SmS实际上来源于搏弈论的最小—最大值原理[2、3]。
假设社会必须在两种可能的选择中取其一：一是建水坝，从而获得电力，但导致濒危物种的灭绝；二是根据SmS，不建水坝，从而保存了濒危物，但丧失了电力。再假设，可以获得的电力价值为X；而濒危物种对未来的价值有两种可能性：可能性一，价值为0；可能性二，价值巨大，为Y。这样，两种政策选择与濒危物种价值的两种可能性构成最大社会损失（表2)
策略选择可能性一十的社会损失可能性二时的社会损失最大社会损失
由表2可以看出，在采取建坝政策时，最大的社会损失发生在濒危生物对未来具有巨大价值Y的情况下，此时的损失为Y；在采取SmS的不建坝政策时，最大的社会损失出现在濒危生物对未来并无价值的情况下，此时的损失为X。最终选择哪一个政策，取决于Y与X的大小比较。如果X这一最小—最大值原理没有把利益的代际之间的分配考虑进去，也缺乏可变通性。对此BiSHop[15]提出了一条改进原则：除非社会利益的损失大到无法接受，SmS都应该被选择。至于多大的损失被认为是“不可接受的大”的问题，不仅仅应从经济上来分析，还应从伦理上来分析当代人会愿意承受多大的损失而不去向后代强加某种不确定的环境阴影。有人认为，SmS概念可以直接应用于所有可再生资源的保护和利用规划问题。因为它允许现代人有限制地使用自然资源，同时能保护它们为后代所享用。SmS也能间接减少不可再生资源的利用而鼓励资源的节制利用[4]。
生物质能利用途径篇4
【关键词】思想政治教育;途径;主导;理论课;社会科学课程
什么样的思想政治教育途径是最有价值的?”是思想政治教育学界关注的话题，它有助于确定思想政治教育的侧重点。在“思想政治理论课是思想政治教育的主渠道”的论断下，凸显了思想政治理论课作为主导途径的地位。而事实上，思想政治理论课并不能离开高校大量的哲学社会科学(特指不包括思想政治理论课在内的哲学社会科学课程，下同)与自然科学课程而独自达到思想政治教育的目的。因此，在强调其主渠道的同时，亦应对其他学科课程予一定的重视。教学是学校教育的常规教育形式，而课堂教学又是教学的主要途径，思想政治教育亦当如此。故，我们应当将课堂教学形式作为思想政治教育的主导途径，而将其他教学形式作为非主导途径。
1思想政治教育的主导途径
思想政治教育的主导途径是指大量承担思想政治教育任务并对大学生思想品德发展起引导作用的思想政治教育途径。一方面，它在数量上占优势;另一方面，这种途径有特别的价值，即其具有引导大学生形成社会主义主流价值观的功能。从外延上看，它包括思想政治理论课、形势与政策课、哲学社会科学课程及自然科学课程，也就是说，它包括了课堂教学的全部内容，体现了我们将课堂教学作为思想政治教育的主导途径的意图。以上课程可分为2类：一是思想政治理论课;二是学科课程(不包括思想政治理论课，下同)。鉴于形势与政策课与思想政治理论课相似，强烈体现了国家的意志，它具备思想政治理论课的特性，是准思想政治理论课，故而，它可归为思想政治理论课。
思想政治理论课作为思想政治教育的主导途径之一是公认的结论。该途径系统地传授社会主义主导价值的思想政治。为充分发挥其作用，国家对思想政治理论课进行了学科建设、教材建设及师资队伍建设，并规定该课程为大学生的必修课。该课程具体落实马克思主义、邓小平理论及“三个代表”重要思想的“三进”工作，即“进教材、进课堂、进头脑”，做到“把建设有中国特色社会主义的思想观念和道德要求，不断的灌注到全体党员和干部群众的头脑之中，使人们懂得什么是对的，什么是错的，什么是可以做的，什么是不应该做的，什么是必须提倡的，什么是坚决反对的[1]。”可见，它体现了国家思想政治教育的意图，符合马克思主义的灌输理论。因此，它不仅是思想政治教育的主导途径之一，更是主导途径中的主渠道。
自赫尔巴特以来，学校确立的教学基本原则—教学的教育性原则，亦称思想性与科学性统一原则，揭示了教学具有教育性(即具有思想政治教育、德育功能)这一事实。美国课程论专家杰克逊提出的“隐蔽课程”概念的研究蓬勃发展，进一步向人们展示了学科课程对学生思想品德影响的广泛性与深刻性。我们可以将人们对现代德育途径认识的历程形象地描绘为：渗透在古典人文课程中的德育被自然科学课程从前门驱赶出去，但它却以教学和隐蔽课程的名义又从后门溜了回来。可以说，现代学校缺少的并不是思想政治教育，而是发现思想政治教育的眼光。由此，我们可以清楚地认识到，学校到处渗透着思想政治教育。学科课程这种间接的思想政治教育，事实上是对学生思想品德在数量上产生最大影响的途径，理由是：(1)各学科(包含自然科学)教材有丰富的思想政治教育内容;(2)学生在各学科的智力劳动中，在教师指导下可掌握一系列的优良品质;(3)学科教师的言传身教对学生在为人方面产生了一定的影响;(4)教学是一种班级集体活动，有助于学生在集体中成长。教学乃是教师教、学生学的统一活动，在活动中，学生掌握一定的知识、技能并形成道德品质。从学校的工作时间特征看，教学工作所占的时间最多，涉及的知识面最广。
与非主导途径意识形态是一种复杂的思想体系，通过政治法律思想、哲学、宗教、艺术和道德等形式表现出来，因此，绝大多数哲学社会科学课程都具有鲜明的意识形态。为保证国家正常秩序，任何政府都要维护其意识形态。我们要维护社会主义意识形态，就要坚持不懈地用马克思列宁主义、毛泽东思想、邓小平理论和“三个代表”重要思想武装大学生，深入开展党的基本理论、基本路线、基本纲领和基本经验教育，开展中国革命、建设和改革开放的历史教育，开展基本国情和形势政策教育，开展科学发展观教育。哲学社会科学课程根本不是什么“纯粹”的学术、“纯粹”的知识，因此，哲学社会科学课程成为了社会主义与资本主义意识形态的战场。作为思想政治教育的主体，哲学社会科学课程的教师应自觉执行国家思想政治教育的意图。由此可见，哲学社会科学课程担负着思想政治教育的重要职责，因而它亦是思想政治教育的主导途径之一。
2思想政治教育的非主导途径
思想政治教育的非主导途径是指承担一定数量的思想政治教育任务并能配合主导途径促进大学生思想品德发展的思想政治教育途径。它在发挥思想政治教育功能方面，数量上不占绝对优势而主要起到寓教于乐的作用，同时对学生思想品德的发展不起决定性作用。从外延上看，它包括以辅导员为主体开展的思想政治工作、社会实践、校园文化建设、网络思想政治工作、心理健康教育等方面。我们将思想政治教育的非主导途径分为如下4类：利用网络开展思想政治教育、发挥校园文化的育人作用、开展课外活动和班级集体生活。
利用网络开展思想政治教育是思想政治教育的新途径。网络正对人类的生产方式及生活方式产生重大而又深远的影响，同时也是社会主义与资本主义意识形态争夺的新战场。因此，应当高度重视发挥这一新事物对大学生思想品德的正面作用，加大利用网络开展思想政治教育步伐。思想政治教育工作队伍可以通过密切关注网上动态，了解大学生思想状况，加强同大学生的沟通与交流，及时回答和解决大学生提出的问题来开展思想政治教育工作。我们要按照“积极发展、加强管理、趋利避害、为我所用”的方针，一手抓建设，一手抓管理。首先要将校园网建设好、管理好，使网络成为弘扬主旋律、开展思想政治教育的重要手段。要利用校园网为大学生学习、生活提供服务，对大学生进行教育和引导，不断拓展大学生思想政治教育的渠道和空间。其次，建设好融思想性、知识性、趣味性和服务性于一体的主题教育网站或网页，积极开展生动活泼的网络思想政治教育活动，形成网上网下思想政治教育的合力。
发挥校园文化的育人作用是思想政治教育不容忽视的途径。校园文化具有重要的育人功能。一个学校的精神是该校校园文化的集中体现，优良的学校精神是塑造大学生良好品德的基础。反之，萎靡不振或者充满反叛精神的学校精神不可能引导学生走正确的人生道路。因此，以校风建设为核心，推进教风、学风、干部作风建设和校园育人环境的建设，促进学校精神的形成是发挥校园文化育人作用的重要举措。校园文化分为精神与物质两个方面，就物质方面而言，学校的物质环境包括各类建筑、校园美化、课室设置等物质与空间的布局，通常称为校舍。人类在学校教育出现的时期就已认识到校舍对学生的影响，现代教育学家对此作过不少精彩的论述。如教育社会学家科尔指出，物体在空间中的摆放并不是随心所欲的，房间以其物理形式表示着该场所与机构的精神灵魂。苏霍姆林斯基说：“一所好的学校连墙壁也能说话。”由此可见，校舍的建设往往体现了教育主体的教育思想、教育要求、教育内容、教育风格等，它们是物化了的学校主体精神。故而，长期生活在此种环境中的学生，对这一人化物质环境所包含的精神因素必然会有所感受，从而受到影响。因此，不能因客观物体不具有主观能动性，不如其他各类活动主体那样对学生主动施加思想品德影响而否认其思想政治教育的功能。
课外活动即以学科为中心的教学活动以外的教育实践活动，是实施思想政治教育的广泛途径。它与教学活动相对，主要不是从活动空间上，而是从教育内容的结构上把两者区分为课内与课外，前者以课程中的学科为单位，内容受教学计划和教学大纲规定;后者不受教学计划即可调整，内容也不受大纲限制，也不一定以学科为核心开展活动。因此，课外活动的“课”指的是课程(学科课程)，而不是课堂。故而教学计划内的专业课实习活动属于教学活动，此处不将其作为课外活动。它可分为日常与非日常课外活动两大类。前者是指学校或学生在通常情况下开展的课外活动，如文体活动、兴趣小组活动、传统的节假日活动。后者指大学生社会实践。通过这些活动，可以对学生的思想品德进行培养。如青年志愿者活动，可以培养学生服务他人和尊重他人的意识，提高其公民责任感和义务感;组织大学生到爱国主义教育基地参观，结合各自专业开展社会实践，活动结束后，学生在教师指导下交流心得体会，写出调查总结报告。这类活动做到了理论联系实际，取得了良好的教育效果。
班级集体生活是实施思想政治教育的重要途径。班级集体生活是指为建设与发展班级集体而开展的各种活动。这是从目标的角度来界定班级集体的，而不是把是否以班组为单位活动作为标准。我国学校目前普遍采用班级的教育教学组织形式，班级是学生的基层组织。同一年级学生，年龄相近，学业程度相同，有共同的目的和任务，有一致的需要。同班学生学习、劳动、活动等都在一起，相互影响，共同成长，逐步形成有共同思想基础、有统一纪律、有严密组织的集合体。这个集合体不仅具有鲜明的伦理价值，而且具有心理价值。好的班级集体为学生提供良好的心理环境，来自群体的推动与制约的力量有利于学生优良品质的形成。由此可见，班级集体生活一方面本身就是一种重要的教育力量;另一方面它又是教师对学生产生思想品德影响的重要助手和中介因素。因此，班级集体生活是实施思想政治教育的重要途径。
在杜威看来，学校本身就是社会的一部分，是社会的缩影，不是独立于社会之外的一个机构。因此，不能有两套伦理学原则，一套为校内生活，一套为校外生活[2]。可见，学生班级集体生活包含了社会道德，学生从中进行道德实践。在加强班级思想政治教育的情况下，该集体的伦理特征更加明显。集体生活中的行为模式、行为规范，无论是显性的还是隐性的，无时无刻都在影响着学生。因此，应当重视这一途径在思想政治教育中的作用。
由此可见，以上4种途径发挥了思想政治教育的功能，但是与主导途径相比，它们处于非主导途径的地位。
综上所述，思想政治教育的主导途径分为2类：一是思想政治理论课(含形势与政策课)，二是学科课程(包括哲学社会科学课程与自然科学课程)。思想政治理论课是主导途径中的主渠道，学科课程是主导途径中的非主渠道。非主导途径分为4类：利用网络开展思想政治教育、发挥校园文化的育人作用、课外活动、班级集体生活等。我们在强调主导途径的同时，亦应对其他非主导途径予一定的重视，两者结合以达到思想政治教育的目的。
参考文献
生物质能利用途径篇5
关键词：高中生物;理论联系实际;途径
生物学的理论知识和应用技术在人类社会、生活、生产等方面有着越来越广泛的应用。在高中生物教学过程中，适时联系生物在上述方面的应用实例可拓展学生的视野，同时相对于理论知识来说，学生对这些内容会比较感兴趣。另外，学生通过这些应用实例会看到所学知识的实际应用价值，会激发学习动力。笔者根据高中生物学科的特点、教学内容及教学需要，并结合自己多年的教学实践，总结出高中生物教学理论联系实际的六条途径。
一、联系大自然的途径
联系大自然的途径是指在教学中使用生物实物或以生物、自然环境及二者关系为例解释说明生物理论知识。例如：讲“细胞大小与物质运输的关系”时，将其与我国人口的生物学特征作类比。
在由实验得出细胞体积、相对表面积及物质运输效率的关系后，为加深学生对三者关系的印象，让学生试着解释我国北方人高大而南方人矮小的现象。
师：我们都知道我国北方人高大而南方人矮小，这是为什么？通过实验我们知道：细胞体积越大，相对表面积就越小，物质运输效率就越低。那你们能不能从这个角度对上述现象做出解释呢？
生：北方气温较低，北方人高大，相对表面积就较小，散热速率就慢;南方气温较高，南方人矮小，相对表面积就较大，散热速率就快。
师：回答得很好u那这反映了生物的什么特征呢？
生：反映了生物适应周围环境的特征。
师：好，请坐。
二、联系社会的途径
联系社会的途径包括在教学中介绍生物学的理论知识或应用技术在社会中的应用实例和社会热点事件，还包括社会实践。
如在讲必修1中的蛋白质时学生很容易想到三聚氰胺事件，可能产生这样的疑问：为什么要向奶制品中添加三聚氰胺？因此，教师可在这方面作简单的介绍。
教师导入新课：从这节的题目我们看出本节的学习内容是蛋白质。我们对蛋白质并不陌生，它是很多食品的成分。你能列举出一些富含蛋白质的食品吗？
生：鸡蛋、豆腐、牛奶、奶粉……
师：好，同学们列举了很多。刚才听到奶粉，让我想到了三鹿奶粉的三聚氰胺事件。不法企业为什么会在奶粉中加入三聚氰胺呢？这是因为奶制品中蛋白质含量的测量是通过测定氮原子的含量来间接推算的。三聚氰胺是化工原料，不能用于食品加工，但由于它含氮量很高，成本很低，而且它呈白色、无味，所以很容易被用来造假。利益的驱使给婴幼儿们带来的是巨大的伤害，这个事件是发人深省的。
奶粉是婴幼儿的主要食物，那么其主要成分蛋白质人体中有着哪些重要作用呢？通过本节的学习你将找到答案。
三、联系生产的途径
联系生产的途径大体包括联系农业生产和工业生产。而生物工业产品有食品、医药保健品、生物能源等。所以联系生产的途径就是指联系农业生产、食品生产、医药保健品生产、生物能源开发等进行教学。
如教材介绍了基因工程在作物育种、畜牧养殖、药物研制、环境保护方面的应用实例，而没有基因工程在食品工业方面的应用实例，所以可补充介绍这方面的实例。
师：我们已经了解了基因工程在作物育种、畜牧养殖、药物研制、环境保护方面的应用，那基因工程在食品工业方面又有哪些应用呢？我们通过前面对蛋白质的学习了解到玉米、水稻等谷类蛋白质缺少赖氨酸，而通过基因工程就可以实现对谷类蛋白质的氨基酸组成及含量的改良，从而提高其营养价值。还有我们对豆类制品易腐败变味可能都有体会，所以可以用基因工程的方法改良豆类品质。
四、联系生活的途径
联系生活的途径是指在教学中将理论知识与学生的生活经验、生活现象、生活常识、医疗保健等联系起来。如列举生物学原理在生活中的应用，用生物理论知识解释生活常识和生活现象，将生活现象转化为生物知识。
如学习完细胞膜的功能后，联系焯菠菜水变绿的生活现象，巩固细胞膜控制物质进出细胞的功能。
师：我们已经知道了细胞膜有哪些功能，那有谁能告诉我焯菠菜水变绿的现象体现出的是细胞膜的什么功能？学生异口同声的地回答：细胞膜控制物质进出细胞的功能。
师：那为什么水会变绿呢？谁能解释一下？
生：因为只有活细胞的细胞膜才能控制物质进出细胞。焯菠菜时水温太高，细胞死亡，这时细胞膜不能控制物质进出细胞了，内部的色素就会出细胞，使水变绿。
师：回答地很好，请坐u看来大家掌握地不错。
五、联系自身的途径
联系自身的途径指的是将教学内容与学生及人类联系起来。联系的方式是多种多样的，如可以以人为例讲解理论知识，还可以让学生亲自参与游戏活动来加深对知识的理解。
如氨基酸形成蛋白质的过程既是教学重点也是教学难点。在讲完该过程后为帮助学生理解并加深印象，可让学生演示此过程，这样可使抽象的知识形象化。另外，由学生在演示过程中体验蛋白质的形成过程突破重难点，学生不仅会对其加深印象，还会找到学习乐趣。
六、联系科学史的途径
生物质能利用途径篇6
【摘要】高校教学改革势在必行。本文结合所教课程，探索在本科课堂教学中教师如何引导学生主动参与教学过程，提高学习兴趣，增强教学效果。
【关键词】光呼吸；教学；探索
teachingexplorationofphotorespirationinplantphysiology
CUiXing-gui(DepartmentofLifeScience,HengshuiUniversity,Hengshui,Hebei053000,China)
【abstract】
Collegeteachingreformisimperative.thisarticlecombiningwiththeteachingcourse,explorationintheundergraduatecourseinclassroomteaching,theteacherhowtoguidestudentstoactivelyparticipateinteachingprocess,improvethelearninginterest,Strengthentheteachingeffect.
【Keywords】photorespiration;teaching;exploration
作者简介：崔兴国，衡水学院生命科学系副教授。
【中图分类号】G257.37【文献标识码】B【文章编号】2095-3089(2012)06-0039-01
光呼吸是指植物绿色细胞在光下进行光合作用的同时发生的吸收o2、放出Co2的过程［1］，又称为乙醇酸氧化途径，是光合作用一章中不可缺少的内容，同时也是植物呼吸代谢的一条重要途径。就如何把交叉、抽象难于理解和记忆的光呼吸讲授清楚，我们进行了如下探索，提高了教学效果。
1立足与光合作用的联系认识光呼吸的发生
充分备课，找准切入点，是新内容顺利引入的关键，学生已明确光合作用碳同化过程，卡尔文循环（C3循环）是所有绿色植物固定Co2的途径，1.5-二磷酸核酮糖（RuBp）结合Co2的羧化反应由1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶（Rubisco）催化，正是由于此酶具有既可催化羧化反应还可催化加氧反应的双重催化活性，决定了RuBp与o2结合发生加氧反应产生乙醇酸的必然性，即发生光呼吸与光合作用是紧密联系在一起的，光呼吸和C3循环具有共同起始物质RuBp，共同的基金项目：衡水市教育科学研究“十二五”规划重点课题.衡水学院教育教学改革重点课题（编号：jg2012020）
起始部位叶绿体，共同的催化酶Rubisco。Rubisco处于光合作用的光合碳还原和光呼吸的光合碳氧化2个方向相反但又相互连锁的循环反应的交叉点，反应环境中的Co2和o2竞争Rubisco的同一活性部位，二者的相对浓度决定了Rubisco羧化酶的羧化作用与Rubisco的加氧酶的加氧作用其相对速率。按照这一思路，利用多媒体课件，引导学生学习乙醇酸的氧化过程，发现经过一系列变化乙醇酸转化为3-磷酸甘油酸（pGa）又进入C3循环，而且过程中释放的Co2可被C3途径作为原料重新利用，使学生对光呼吸和光合作用是相互依赖、相伴发生的认识明确。
2列举与线粒体呼吸的区别明确光呼吸的过程
采取教师引导，学生讨论的教学方式，可以活跃课堂气氛，提高学习兴趣。
植物正常的呼吸作用又称暗呼吸或线粒体呼吸，引导学生将两种呼吸的区别一一列出，有助于学生进行对比学习和记忆。二者区别主要表现在：（1）反应条件，顾名思义光呼吸是在光下才能发生；暗呼吸在光下、暗处均可进行。（2）反应部位，光呼吸在绿色细胞的叶绿体、过氧化体和线粒体三种细胞器中进行；暗呼吸在所有活细胞的线粒体和细胞质中进行。（3）呼吸底物，光呼吸是乙醇酸；暗呼吸是糖类。（4）代谢途径，光呼吸虽然需要在三种细胞器完成全过程，但它只有一条生物氧化途径，而暗呼吸有糖酵解、三羧酸循环、磷酸戊糖循环、乙醛酸循环和乙醇酸氧化途径。（5）能量变化，光呼吸过程消耗atp和naDpH；暗呼吸产生atp、naDpH和naDH。课堂上边提问边讨论，引导学生对比学习两种呼吸的特点，学生反应积极，兴趣高昂，效果很好。
3全面评价光呼吸的生理意义
从光呼吸的定义明确看出其呼吸的本质，光呼吸过程需要消耗atp和naDpH、释放光合作用碳同化固定的Co2，据测定C3植物的光呼吸可损失已固定碳素的30%，甚至更高，应用14C标记显示其释放的Co2还是来自碳同化新近合成的有机物，对植物是一种浪费，对增产是一种障碍。哲学思想认为存在的便是合理的，既然在空气中绿色植物光呼吸不可避免，定有其积极意义，教师趁势带领学生“历数”光呼吸对植物的“好处”吧。教材中主要从回收有机碳和消耗多余能量保护光合器官两方面体现其重要性，这里需要明确，在正常环境条件下，光反应产生的同化力会在碳同化过程中及时用掉，只有在强光、干旱、盐碱等逆境条件下才会出现光反应形成的同化力超过碳同化的需要，造成叶绿体内naDpH形式增多，naDp+形式不足，使得光激发产生的高能电子传递给分子氧机会增多，从而形成过多的超氧阴离子自由基，（活性氧）这些化学性质活泼的自由基，会破坏叶绿素和损伤光合膜结构，而我们正在讨论的光呼吸过程恰恰能消耗同化力，据计算每释放1分子Co2需耗损6.8个atp和3个naDpH，当然可以降低超氧自由基的形成，从而保护光合器官。除此之外光呼吸生物氧化过程中涉及多种氨基酸的形成和转化过程，如谷氨酸、甘氨酸、丝氨酸、羟基丙酮酸等，对绿色细胞的氨代谢具有补充作用，另外光呼吸氧化分解乙醇酸，避免了乙醇酸积累对细胞的毒害作用。全面评价光呼吸的生理功能，辩证思维，把握知识间的内在联系，可以使学生摆脱孤立静止的和片面的思维方式，掌握知识更加灵活。
4拓展知识了解降低光呼吸的途径
作为农业科学基础的植物生理学诞生于农业生产实践，又要服务于生产实践，为提高作物产量提供理论依据。已经明确C3植物为高光呼吸植物，C4植物为低光呼吸植物，有实验表明降低C3植物的光呼吸能大幅度提高产量［2］，目前人们致力于降低光呼吸的研究主要方面一是增大植物生长环境中Co2浓度。密闭的温室容易做到，相对较难做到的是大田环境提高Co2浓度，应注意合理密植、通风透光；深施碳酸氢铵肥料既补充氮素又释放Co2；增施有机肥促进土壤微生物生长多分解有机物释放Co2；利用植物秸秆发酵产生Co2的方法经济有效。二是寻找有效的光呼吸抑制剂。如亚硫酸氢钠、异烟肼、2，3-环氧丙酸等，可降低乙醇酸氧化酶的活性，抑制乙醇酸转变为乙醛酸，在大麦、水稻等植物试验有明显增产效果［3］。三是采用生物技术，培育高光效植物品种，利用转基因方法，将C4途径的关键酶如磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（pepC）编码基因导入C3植物使之成功表达，发挥C4途径固定Co2的pepC对Co2的高亲和力，成为目前育种的一条新途径。课时所限，课堂上不能展开太多，将本学科的前沿动态渗透到具体教学内容，旨在诱导、启迪学生在课余时间去图书馆、阅览室查阅有关资料，丰富知识，提高学习效果。
参考文献
［1］李合生.现代植物生理学［m］.北京:高等教育出版社,2012
生物质能利用途径篇7
关键词胰岛素剂型口服胰岛素
inS非注射途径给药
⑴新型口服制剂:研究安全、方便、价廉、有效的非注射给药制剂以代替inS注射剂,将极大方便糖尿病患者,也越来越引起人们的重视。目前,研究者们主要利用诸如纳米粒、脂质体、微囊与微球等各种载体减少胃肠道对胰岛素的破坏和降解,并有效促进其吸收[2]。
纳米粒:以高分子材料为载体并加入酶抑制剂、保护剂和促吸收剂的纳米囊、纳米粒、脂质体或复乳等口服制剂,是目前胰岛素(inS)类药物的研究热点。脂质体:由于脂质体具有保护药物免受胃肠道蛋白酶的破坏,并促进药物在胃肠道主动转运的作用,其可作为胰岛素的载体以促进药物在胃肠道的吸收。微囊与微球:通过微囊和微球的包封,可以避免或减少胃肠道酶对胰岛素的降解作用,利于药物的口服吸收。
⑵经肺吸入给药:由于肺部的特殊组织学特征,使经肺吸人胰岛素成为最有可能替代传统皮下注射方式的给药途径。首先,对于有基础肺部疾病的糖尿病患者,以及儿童、孕妇,尚缺乏吸人性胰岛素有效性和安全性的证据;其次,吸人性胰岛素的费用高于传统皮下注射胰岛素。由于其相对生物利用度仅为10%,因此在使用时所需的剂量更高,费用也更高,如何改进装置,增加可吸收的有效剂量,提高其生物利用度以降低费用,是吸入性胰岛素面临的问题之一。此外,吸入性胰岛素所引起的肺功能减退、胰岛素抗体水平升高等问题是否对人体存在远期影响尚缺乏临床证据,其远期安全性仍然为人们所关注,还需要进行更多长期的临床安全性研究。
⑶鼻腔黏膜给药:鼻腔给药被认为是最有前景的替代途径之一,这主要是由于鼻腔给药具有下列优点:鼻黏膜仅由一层纤毛柱状上皮细胞构成,药物吸收有效面积大;上皮细胞下毛细血管丰富;药物经鼻腔毛细血管直接进入体循环,可避开肝脏首过效应。
针对上述局限性,当前胰岛素鼻腔给药的研究热点主要集中在黏膜吸附性制剂的开发上。该种制剂通常以具有良好生物相容性和黏附性的聚合物作为递药载体,经吸水膨胀后在鼻黏膜表面形成凝胶状物,可以降低黏膜纤毛清除速率,延长给药系统在鼻腔中的滞留及其与鼻黏膜的接触,并且保护药物不受鼻腔中酶的水解,从而促进药物的吸收[3]。
⑷腹腔内给药:腹腔内给药采用一种皮下腹膜入口装置,将它移植在脐上,埋在皮下,内部开口在腹腔,输液器开关在腹腔壁,通过该开关每日向腹腔内注射所需inS[4]。
⑸眼部给药:inS滴眼剂滴眼剂是一种简便易行的剂型,inS主要通过眼结膜和鼻泪管黏膜吸收进入体循环而达到降糖效果。一般眼内容量少,inS作用时间短,生物利用度低,因此人们致力于研究能延长inS作用时间的滴眼剂,并选择刺激性小的滴眼剂。
⑹口腔黏膜给药:颊黏膜的吸收表面积为100～200cm2,通透良好,蛋白酶活性较低,血管丰富。因此,颊黏膜给药也不失为肽类药物较适合的一种给药途径。颊黏膜给药制剂oral-lyn由重组人inS和吸收促进剂组成,配合Rapidmisttm装置,可将药物以高速、细小的雾状形式喷入口腔,给药后40～60分钟达到峰浓度,240分钟降至最低浓度。
⑺直肠给药:inS直肠栓剂是代替注射给药的重要途径之一。为了增加吸收,需要向其中加入吸收促进剂。直肠给药方法具有两大优点:①直肠内pH接近中性或微碱性,且水解酶活性低,药物极少被破坏;②可基本避免肝脏的首过效应。
⑻经皮给药:皮肤中的水解酶活性很低,可利于inS透皮给药,但这种大分子蛋白质一般难于穿透皮肤,离子导入技术可使其在电场作用下透过皮肤角质层而被吸收入血。角质层对大分子肽类药物的透皮吸收能力差,但只要措施得当,仍可透过皮肤发挥全身治疗作用。超声促渗技术可以显著提高药物经皮吸收,提高药物局部浓度,是经皮给药的一种极具潜力的替代方式。但超声促渗技术还有很多局限性,需要系统研究皮肤对超声波的耐受性和经皮渗透性,以及超声促渗技术与化学促进剂、离子导入、电穿孔技术的协同作用[5]。
讨论
随着inS给药系统新技术、新方法的不断发展,医护人员将有更多选择,各医院应加强继续教育,针对病人病情和需要,选择最适合的给药方式,满足个体化的治疗需要。此外,胰岛素各种给药途径均有良好的研究价值,给临床药学,药剂学的发展提供了良好的机遇。
参考文献
1Shaikhim,JadhavKR,GangaS,eta1.advancedapproachesininsulindelivery.CurrharmBiotechnol,2005,6(5):387-395.
2陈敏,魏东,等.胰岛素制剂的种类及进展与临床应用.四川大学华西医院,2002,9(2):4-6.
3KhafagyeS,morishitam,onukiY,etal.Currentchallengesinnon-invasiveinsulindeliverysystems:acomparativereview.advDrugRev,2007,59:1521.
生物质能利用途径篇8
【关键词】景观用水治理循环利用问题
1.景观用水总论
1.1生态景观用水定义
生态景观用水，意思就是用于生态景观并符合生态景观用水的水。生态景观用水一般要求清澈、无臭味、无污染。生态景观用水可以是来自大自然的符合生态景观用水的水资源，也可以是通过现代科技及设施处理的符合生态景观用水的水资源，还可以是应用于现代景观中的通过现代生物技术等使保持生态标准的水资源。
现代城市景观园林规划建设中，尤其现在越来越多的水景楼盘，小区内的人工湖、人工河内的水都需要有系统处理的。一般是用生物膜，想生物栅，生态浮岛等，人工湿地技术现在也已经很大程度上的用到景观水处理上来了。这些用水在使用过中都要尽量的接近生态标准。
1.2生态景观用水延伸
通过现代科技及设施处理的符合生态景观用水的水资源。如人工湖的用水，在水中养殖一些水生植物和动物使水体自净。而用于草坪的灌溉水中有没有有害物质，尤其是一些开放的绿地,要考虑在草地尤其是土壤中的有害物的残留，防止二次污染。需要统筹考虑生产生活用水和生态用水的关系在景观环境中，建造生态水系，为人们营造一个亲水的环境，也让这座城市因水更加美丽、更有灵气，得民心、顺民意。只是，这么多水从哪里来呢？城市水系对于改善地区生态环境、减轻城市热岛效应、净化空气、提升城市品位、排洪防涝等作用巨大。不过，建设城市水系首先要解决城市水源问题。而且，对水源的可行性一定要有长远评估，现在水源能满足需求并不代表将来也能满足。在缺水的环境下，要统筹考虑生产生活用水和生态用水的关系，不能顾此失彼。中水雨水帮忙解决景观用水，该怎样平衡生活生产用水和生态用水的关系呢？充分利用中水，是解决水源问题的有效途径。
水循环利用均是以中水为主的人工循环利用系统，未见在构建地表涵养水库的半天然循环利用的报道。水、地下水、污水作为水资源，创造性地开发了水循环利用系统，从根本上解决了缺水的问题。
2.水循环利用系统
自来水是市政提供的城市公共用水水源，利用水循环往复的原理，深层次发掘水可循环利用的特性，创立景观水循环利用系统。包括中水人工循环利用系统、地表涵养水半自然循环利用系统和地下水自然循环利用系统。
2.1中水人工循环利用系统
2.1.1系统构成中水循环利用系统是人工系统，污水经过再生处理、水库天然处理和二次处理，达到使用水标准，一部分回用，其余的中水进入地表涵养水循环系统，实现了水量基本平衡的使用循环。
2.1.2再生处理再生处理是中水循环系统的主体
出水目标达到中水设施管理办法中的中水标准和地面水环境质量标准的V类水体标准。再生处理是复合工艺。该工艺流程，实现了多种有效工艺的有机复合运行。分流取水器和综合池是新技术。分流取水器是针对污水量大于取水量的情况设计的中水取水专用技术，不需要动力和清渣。综合池在传统的调节池中实现了调节、水解酸化、厌氧脱氮、初次沉淀等功能。综合池中设兼氧段，第一氧化池为厌氧池，第二、三、四氧化池为好氧池，第四氧化池硝化混合液回流至综合池。达到同样的反硝化效果，低温效果更为明显。加填料的反硝化停留时间为不加填料的反硝化停留时间的11.8％,解磷后的污泥回流到第三氧化池前端，清液经化学除磷后回流到综合池，剩余污泥进人排出系统。这部分工艺是典型的除磷工艺。解磷池需要提供碳源作为解磷和增殖的能源。因聚磷菌容易吸收小分子有机物，尤其容易吸收低级脂肪酸类物质，而亚硝酸盐，特别是硝酸盐对聚磷菌解磷和增殖有较大的抑制作用。在综合池中首先设水解酸化段，既可以向解磷池中的聚磷菌提供含有大量低级脂肪酸类物质，又避免了大量亚硝酸盐和硝酸盐的产生。为了增加聚磷菌的含量，第三、四氧化池不填加填料，按活性污泥法运行。沉淀池出水加混凝剂和石灰消解液，进行絮凝反应和Ca，(po)沉淀反应，进一步去除悬浮物和Ca，(po)：沉淀物。
2.2地表涵养水半自然循环利用系统地表涵养循环指水在地面、地表土壤层和植物的循环过程，是半自然循环系统，是连接使用循环和地下循环的纽带，在水的循环过程中起到非常重要的作用。在水循环利用系统中。储水部位具有处理和储存两大功能，是安全可靠供水的重要保证。
2.2.1中水补水途径之一，中水一绿化一渗透一地表涵养储水部位；
途径之二，中水一水景一渗透一地表涵养储水部位；
途径之三，设置人工控制的地下补水支脉，形成中水一人工补水支脉一渗透一地表涵养水库，冬季补水源不足时开通本途径；
途径之四，中水一水库一人工河一渗透一地表涵养储水部位。
2.2.2循环补水地表循环是地表涵养水库的重要补水水源，循环越大，补水越多。循环之一直接绿化，即渗渠一绿化一渗透一径流一渗渠；循环之二直接使用，即渗渠—使用一中水系统一水景绿化一渗透一径流一渗渠；循环之三人工河，即渗渠一人工河一渗透一渗渠；循环之四人工循环，即渗渠一人工补水渠一渗透一渗渠。
2.2.3雨水补水雨水是雨季地表涵养储水部位的重要补水水源，包括空山水、屋面雨水、绿地雨水、道路雨水和流域雨水。
2.3地下自然循环利用系统
地下水的循环利用主要指区域内深水井的利用。深层地下水的循环过程是一个大区域的循环过程，属自然循环，地表水在自然循环过程中通过岩层裂缝和其他途径渗透，向深层地下水线和地下水源聚集地径流，到达地下储水结构，通过深井取水实现循环。深层地下水主要用于公建饮用水和直饮水。
结语
水在自然界不断往复循环，这是自然规律。利用水的循环规律，修复、强化、提升水的循环，深层次地开发利用水的循环，是解决城市用水供需矛盾的根本途径。自来水不是城市的惟一水源，利用污水、雨水、地表涵养水、地下水作为水资源，开发生态景观水循环利用系统，将成为一条更符合自然规律的、崭新的水综合利用模式，大大推动生态的发展，为水务事业做出积极的贡献。
参考文献：
[1]全球水循环与水资源程磊气象出版社.
生物质能利用途径篇9
要想用生物质能源替代传统化石能源，必须获得足够的生物质资源，农业种植是最根本的途径。不同国家和地区根据自身资源状况，采用不同的生物质资源获取战略。巴西地处热带多雨区，种植甘蔗获取生物资源；美国耕地面积大，种植技术发达，种植玉米获取生物资源；北欧森林覆盖率高，管理良好，以木材作为主要生物资源。在中国，目前有关能源植物的报道，草本的有：甜高粱、油菜、蓖麻等；木本的有：麻疯树、黄连木等。但是，受实际土地资源及生态稳定状况制约，由森林或耕地进行大面积的能源植物种植，大规模、稳定地提供生物质能源几乎是不可能的。“合理利用劣质土地种植绿色植物，获取生物质资源，做到不与粮争地，不与林争山，确保生物质资源开发与粮食安全和生态安全相协调”，这是国家发改委2006年8月召开的全国生物质能开发利用工作会议确定的核心战略原则。在我国大致有三类劣质土地：沙地、内陆盐碱地、海洋空间，其中海洋空间又包括海滨滩涂和海洋水面。综合分析，未来发展海洋种植业解决生物质资源来源是可行的。因为受水资源的制约，内陆沙地和内陆盐碱地的利用是渺茫的。而海洋空间不论是海滨滩涂或是海水平面，都有充足的水资源，只不过盐度过高，一般作物难以生长。
根据生态工程学原理，充分利用生物适应性原理，发展耐盐植物就可以直接利用海洋空间获取生物资源。20世纪90年代，美国国家研究委员会国际事务办国际科技开发部（BoStiD）曾组织多国专家小组正式提出盐土农业发展计划，就是根据这一原理。盐土农业以获取食物为目标，目前的研究证明并不太理想，因为盐土作物含盐量和毒素，很难直接用于食品。但是，作为生物质资源开发就不存在这一问题。因此，我们提出发展海洋种植业提供生物质能源和材料。在短期内利用海涂资源发展高产盐生植物，应当是生物质资源获取的非常可行途径。在更远的未来，建设海平面漂浮平台，开拓海洋水面空间，发展高产盐土植物应当是最有潜力的生物质资源获取途径。该途径非常符合国家关于生物质资源开发，不与粮争地，不与林争山的战略原则，确保了生物质资源开发与粮食安全和生态安全相协调。本文拟通过互花米草利用及其产业链构建论述该途径的可行性。
2.材料和方法
2.1互花米草
互花米草（Spartinaalterniflora）属禾本科、虎尾草族、米草属（Spartina）的多年生海岸盐沼植物。互花米草原产美国东海岸，于20世纪80年代初引入中国，最初在江苏射阳和浙江温岭等沿海地区试种，是为防止海岸受侵蚀和加速陆地形成而引种的，促进了其在沿海地区的大面积引种。目前，北起辽宁盘山、南至广东电白的淤泥质海岸，都有互花米草间断分布，面积约80～100万亩(1亩=1/15hm2）。互花米草耐盐、耐淹，是仅有的少数能够直接生活在海水环境下的植物之一。本课题组的研究表明：互花米草不仅在海岸带和河口等广阔的潮间带淤泥质滩涂具有高度的适应性，甚至可以利用全海水灌溉在潮上带高盐土壤获得高产。
互花米草属于C4植物，具有高效的光合作用，因此具有高效的生产力。根据课题组在苏北和上海两地的多年研究，互花米草单位面积地上部分收获产量在苏北可以达到2.5～3.0kg/m2，即1600～2000kg/亩；上海地区可以达到3～5kg/m2，即2000～3333kg/亩。目前在良好田间管理的条件下，三大传统粮食作物及其单产(含秸秆产量）分别为：小麦500～600kg/亩，水稻600～1000kg/亩，玉米800～1200kg/亩。在没有任何人为管理投入的条件下，互花米草几乎达到传统作物良好田间管理产量的2～3倍。如果辅以人工肥水管理，互花米草可以获得更高的单位产量。
基于此，我们提出通过现代科学技术进行互花米草生物质资源的转化，使互花米草如此高效的生产力服务和造福于人民，促进沿海居民的经济、生活水平的提升。
2.2利用方法及其产业链构建
本文介绍一套互花米草利用方法及其产业链构建途径。其核心技术是利用现种互花米草为原料，进行沼气发酵预处理转化后，制造纸浆，并获取副产品：高纯度木质素和高效有机肥。该工艺体系涵盖了从原料收割、储存、预处理产能、纸浆制造到纸浆黑液资源化等纸浆制造的全部工艺环节。具体工艺系统见图1。
3.结果
3.1原料成分
互花米草生物质是一类成分非常复杂的有机质。根据课题组多年的研究，互花米草的化学构成指标大致为：灰分10%～13%，盐量（按naCl计）3%～5%，纤维素30%～35%，木质素18%～20%，半纤维素35%～40%，蛋白质5%～8%，粗脂肪2%～3%。但是，互花米草热水直接提出物仅为原料的15%～20%，含40%灰分和60%有机质。
3.2直接造纸和产沼气效果
实验室小试研究表明：（1）互花米草直接造纸只能获取35%～40%的纤维素，60%～65%的其他成分都进入造纸黑液。由于黑液中杂质大，黑液的碱回收或木质素的提取效益都比较差，同时互花米草生物质内在的n、p元素也溶进黑液，污染负荷非常大，处理费用高。（2）互花米草单独用于沼气发酵，由于厌氧微生物的自身特性，仅能够利用互花米草中的热抽提有机质、半纤维素的70%～80%，纤维素的10%，木质素基本不被利用。
3.3沼气发酵和造纸梯级转化
实验室小试表明：（1）沼气发酵过程中，灰分的70%～80%，n、p的80%～90%基本溶解，残渣中纤维素含量提高到50%以上，木质素含量提高到30%以上，材料的结构也得到改善。（2）用这种材料造纸，naoH用量由原来的16%降到12%，化学试剂消耗大幅降低。同时，按原料计算得浆率仍能够达到35%～38%，与原料直接造纸得浆率相近，但是纸浆透水性、白度和撕裂指数等特性明显得到改善。此外，由于灰分、半纤维素等在沼气发酵中被消耗，造纸黑液的木质素比例和纯度显著提高，商品特性得到显现。
4.讨论
4.1海涂资源直接利用潜力巨大
我国有丰富的海岸带盐土资源，总面积约217.04万公倾。目前海岸带盐土开发存在两个非常普遍的问题：一是只有围垦才能开发利用，这带来非常大的生态风险。另一方面，由于淡水资源短缺，已经围垦的土地不能及时开发利用，综合效益低下。以上海为例，2001～2004年上海市滩涂造地公司在南汇海滩通过三期工程总计围垦滩涂11万亩，但是由于盐度过高，目前基本处于抛荒状态。这些土地未来除部分规划为建设用地使用外，大部分将会因为自然脱盐较慢短期内不能直接农耕，继续处于抛荒状态。
直接进行海水灌溉种植互花米草，不仅能够利用现有80～100万亩的互花米草自然植被生物资源，同时也可以加速滩涂盐土资源的开发，获取生物质资源。如果通过海水直接浇灌开发利用目前滩涂资源的50%种植互花米草，每年可以新增纸浆原料资源3255.60万吨，可以年生产纸浆1500～1600万吨。
此外，利用互花米草作为造纸原料进行纸浆生产，还具有原料供给稳定，成本易于控制的优势。通过农作物秸秆和速生林的种植获取造纸原料需要与农民打交道，而中国目前的农业是联产承包，土地都在农民手中，与千千万万个农民谈判原料的价格，风险非常大，而且稳定性差。而目前海涂资源基本由国家土地管理部门管理，完全可以通过国家立项实现海涂资源的连片开发，资源量稳定，只存在生产成本，不存在原料购买的议价。
4.2技术创新使该工艺途径成为可能
本工艺所运用的生物酸化湿式储存和转化、厌氧发酵联合化学蒸煮纸浆制造工艺、造纸黑液木质素生物酸化提取等技术，同济大学生物质能源研究中心自2004年开始进行研究目前以上研究都已经完成了实验研究，工艺技术路线完全成熟，并申报了相关专利。小规模试验的参数可能与生产过程之间存在差异，仅需进一步扩大中试生产、校正工艺生产参数即可进行规模化生产。
生物酸化湿式储存既不同于传统的干燥保存，也不同于青贮湿式储存。其无火灾风险，且基本不耗能；储存设施简单，容易控制，可以在海滩进行简单施工，就地储存。因此，生物酸化湿式储存既安全，又经济。
生物酸化转化不同于传统的固体有机物沼气转化，也不同于固体有机物两相沼气发酵。传统固体有机质沼气发酵是把生物质在一个反应器中直接生成沼气，进出料难，效率低，管理不便；固体有机物两相沼气发酵把原料管理和微生物管理分置于两个反应器欲达到产酸与产气的分离，但是目前的研究表明产酸与产气的两相分离是很难实现的。因此，这种技术只是提高发酵效率，并没有降低管理难度，相反可能增加管理成本。
生物酸化转化技术通过发酵环境的调控，控制微生物群系，实现开放式产酸，不仅提高效率，而且降低基础设施投入和管理费用。此外，生物酸化转化的抽出物不仅可以用于沼气发酵，同时也可以用于其他生物发酵工程，拓展了生物质转化的途径。
利用厌氧生物酸化转化后的生物质进行纸浆制造，我们提出了厌氧生物转化与化学蒸煮联合纸浆制造新工艺，这一工艺特点是生物处理与化学物理处理相结合，利用生物方法消耗了原料中非纤维有机质，提高造纸原料的纤维含量，改善了原料的结构，不仅可以降低生产单位纸浆的污染负荷，而且可以降低生产单位纸浆的能源和化学试剂消耗量。
5.结论
互花米草是一种优良的耐盐植物，其生物量大，纤维质量高。互花米草的耐盐、耐淹，是仅有的少数能够直接生活在海水环境下的植物之一。不仅在海岸带和河口等广阔的潮间带淤泥质滩涂具有高度的适应性，而且可以利用全海水灌溉在潮上带高盐土壤获取高产。因此，在短期内利用海涂，在长远的未来，建设海平面漂浮平台，开拓海洋水面空间，直接种植互花米草。收获后的互花米草通过梯级转化，获取能源和纤维质生物材料，是最有潜力的生物质资源获取途径。该思想符合国家关于生物质资源开发，“不与粮争地，不与林争山”的战略原则；确保造纸原料开发与粮食安全和生态安全的相互协调。
（注：本项目提供的纸浆制造工艺体系所涉及的技术都已经完成试验过程，并已经申请7项专利）
生物质能利用途径篇10
关键词：应用型本科；食品生物化学；学习能力；教学实效
食品生物化学是食品科学、食品安全、酿酒等专业的专业基础课程，为相关专业的学习、研究提供通用的语言和方法，在学科体系中有承前启下作用。食品生物化学内容抽象、繁杂；知识点联系紧密，综合性较强；复杂的代谢反应环环相扣难以理清；是较难学习的课程之一。应用型本科院校的学生一般思路开阔但缺乏持之以恒的坚持；表现欲强但自我约束与管理能力较差；理想远大但基础知识不够扎实。课程特色与学生特点都要求教师在授课过程中运用一定的教学手段与方法帮助学生掌握生物化学的基本知识与技能，提高其学习能力与综合素质，助其成才。
一、结合专业兼顾学生需求安排教学内容，解决学时有限的问题
《食品生物化学》的课程特点及知识容量要求有较多的学时（笔者认为理论课时至少应在60学时以上）才能比较详细、系统的讲解，实际情况是很多应用型本科院校生化的理论学时在40-50之间，甚至更少。在学时有限的情况下既要保证生物化学课程体系的完整性又要照顾学生深造的需要，必须对内容进行筛选，分清主次。《食品生物化学》内容可分为大分子物质结构与功能、物质代谢与调控、分子生物学三大块。结合食品类专业的后续课程和学生需求对内容进行如下安排：大分子物质结构与功能部分是讲授的重点，但要突出蛋白质、糖、脂类化学，核酸化学略讲；物质代谢部分有策略的讲解：不细讲每一步反应机理及每一条代谢途径，重点在途径的整体性及途径间的关联上（详见本文三（二）内容）；结合考研的需求分子生物学部分简略讲解；以应用实例为切入点适度介绍生物化学和分子生物学前沿知识与技术以拓展视野，激发学习兴趣。具体到每个章节，学时分配上应偏重于难点、重点部分，对于较易理解的知识模块，教师用启发式或问答式的教学方法让学生明确需要掌握的内容即可。单次授课容量由少增多循序渐进，力争做到让学生前期不厌学，后期能跟上。开始的2-3次课内容不易过多，这是因为学生对生化知识生疏，对老师教学方式、方法不熟悉，过多的内容易使学生手忙脚乱，进而厌学。随着教学的进展，教师可将进度加快到学生能接受的水平。
二、有效的教学方法与手段可帮助学生掌握生化知识
（一）实例教学法可提高学生学习兴趣
兴趣是主动学习的有效动力，实例教学是活跃课堂气氛的良好方法。食品加工、看病治病、健身美容等日常生活都有生物化学知识的应用，结合授课内容将这些知识适时穿来，即可提高学生的学习兴趣又可提升学生综合运用知识的能力。例如必需氨基酸与食品营养价值相结合，面包的疏松、弹性与蛋白质的分子结构相结合，减肥与物质代谢相结合等。通过这样的联系不但使生化知识经久难忘且让学生有学以致用的感觉，变被动学习为主动探索，教学效果必然会大大提高。
（二）学生主导课后总结、课前复习以巩固所学知识
多媒体课件的使用及动画、视频的有效组合使教学更直观与灵活，但授课内容却不能系统的呈现在学生面前，知识间逻辑层次也不清晰。故此，老师们一般在每次课结束前亲自总结授课内容帮助学生理清知识，这种被动的学习方式，容易使学生养成懒惰的习性。如果每次课让2-3名学生作一次“小老师”，描述授课内容，总结难点、重点，分析逻辑关系，不但能督促学生认真、用心听课，而且也有利于培养学生的思维习惯、提升学生的归纳总结能力。课前复习一般采用的提问方式容易使学生养成死记硬背的习惯，如果摆出“擂台”让学生提问，其他同学回答，不但能促进学生课下复习，更能刺激学生开动脑力、查阅资料以提出有水平的问题。这种学生主导的课后总结、课前复习充分利用了学生的表现欲，在帮助他们掌握知识的同时，也起到了拓展思维、提升语言组织能力的作用，为了保证课堂的实效性，总结与复习时间不易过长且与平时成绩相关联。
（三）开展自主课堂，提升学生学习能力
对生物化学内容中较易理解的部分可采取自主课堂的形式授课。例如维生素部分，内容简单、有序，网络资源丰富，生活实例较多，每一种维生素可独立成篇。因此，可把班级学生分成几个小组，每一组负责一种或几种维生素的讲解。要求学生自制课件、自己讲解，但教师对讲解的内容、课件提前把关以保证自主课堂的实效性与严肃性。自主课堂的开展可提高学生对文献材料的分析、理解能力，对知识的梳理能力，从而达到提高其学习能力的目的。
三、多途径、多方法，对学生“授之于渔”
（一）生化理念与思维的建立可提高学生归纳总结及理解能力
应用型本科的学生具有一定的学习能力但归纳总结能力较弱，个人认为帮助其建立生化理念、培养生化思维可起到事半功倍的效果。如物质结构、性质、功能间的关系“物质结构决定其性质，而性质是功能的基础。”该理念贯穿生物化学整个知识体系。因此在讲解大分子物质的结构与功能时，通过反复强调、实例讲解使学生理解其内涵。该理念的建立，将帮助学生理解掌握蛋白质结构与功能的关系、酶活性的改变、代谢的调控、基因表达与调控等抽象而具体的知识。物质代谢部分反应众多、途径交叉是生化的难点，但不变的定律是代谢一定与机体状态相适应，这种思维模式能帮助学生理解代谢途径间的联系与调控。生化理念的建立、生化思维的培养相当于给学生提供了一个有效的工具，帮助学生理解、掌握生化知识，提高学习效率。
（二）整体性、系统性概念的建立可提高学生联系、分析能力
《生物化学》是一门系统性很强的学科，特别是代谢部分，途径多，过程复杂，反应与反应之间、途径与途径之间是点点相连、环环相扣。学生要记住每一步代谢反应是非常困难的。结合食品科学类的课时安排、专业特点及考研需求，在授课时采用“纲举目张”的方式：强调每一代谢途径的整体而不是每一步具体反应过程与机理。如在讲葡萄糖的有氧氧化时会首先给出如图1。这样简单化的代谢途径因脉络清晰而便于学生记忆，此为“纲”。在具体讲解每一阶段时要求学生重点关注该阶段发生部位、关键性中间物、最终产物、重要的调控酶及所催化的反应（此为“目”）。糖代谢所有途径讲完后，以6-磷酸葡萄糖为中心点用一个简图把各途径联系起来。通过这样的复习、总结，不但强化了代谢的整体观，更有利于深入分析糖代谢间联系与调控。利用代谢与机体相适应的理念，通过糖代谢的总图，分析代谢途径间的联系与调控能有效帮助学生掌握代谢途径的生理意义及调控方式。用先总后分再总的方式推进，通过多次重复帮助学生理解记忆。三大营养物质代谢是生化的难点。如果以三羧酸循环为主线，给学生提供一个三大物质代谢的轮廓图，再以科学饮食和减肥为切入点，将三大物质代谢联系起来既能避免代谢的繁琐与枯燥又能激发学生学习兴趣，还能帮助学生进一步理解机体的整体性及知识间的关联性，提高其分析问题的能力。
（三）从细节着手理解基本概念的内涵可提高学生记忆能力
生物化学名词概念比较多，要牢记这些费时、费力。应用型本科的学生有一定的语言组织能力，老师一些小技巧的使用可帮助学生有效记忆。一些概念要教会学生从字面理解，如变构酶：变为“改变”，构为“结构”，联系结构与功能的关系，该名字的含义基本就清楚了；一些名词要强调几个关键点，如呼吸链：要求学生注意呼吸链的位置、包含的物质及作用，加上一定的文字组合就可记住该名词；一些名词需理解个别字，如“酶原”、“维生素原”、“糖原”等，对“原”字的理解是关键，结合“原”的意思“最初的、开始的”，这几个名词的内涵也就掌握了。这样的学习方法避免了死记硬背，引导学生灵活掌握知识，提升其记图1忆力。
四、利用实践教学，提高学生学习兴趣及综合素质
（一）实验内容体现“应用性”及“综合化”
生物化学是与实践密切相关的课程，因此实验项目的选择以“应用性”为主，实验技能即要包括生物化学的基本技能又要体现生化技术的应用，为此在具体的实验内容安排上以综合化的实验为主导。如“免疫球蛋白的提取、纯化与鉴定”综合性实验，将蛋白质的提取技术（盐析、有机溶剂沉淀）、脱盐技术（透析、超滤、层析等）和分析技术（包括分光光度测定、SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳分析）等一系列复杂的生物化学技术柔和在一起。通过训练，学生一方面掌握了大分子物质制备的基本技能，另一方面应用了当代的主要生化技能与手段。同时通过教学组织，引导学生把学习的重点从基本技术、基本技能的掌握逐渐延伸到基本方法、基本策略思想的学习上来。
（二）实验设计体现
“主动性”及“全面性”为了全面培养学生实验的基本技能，并调动其主动性与创造性，要求自行设计“核酸提取与鉴定”的实验方案并讲解。为了保证课堂实效并使更多的人参与其中，将学生分为几个小组，每个小组负责一部分，老师对学生的实验方案把关。学生查阅资料可将核酸的微量制备技术（包括有机溶剂抽提、高速离心、多聚酶链式反应）和分析技术（紫外分析、琼脂糖凝胶电泳分析技术）学会、吃透，使学生对实验技术有了更深入的了解；通过实验准备锻炼了学生的动手能力，使抽象的实验内容具体化和直观化；通过讲解实验过程培养了学生的逻辑思维能力。这样的训练在确保实验效果的同时提高了实验的复杂程度，培养了学生的创新的方法思维和创新意识。
五、建立教学反馈交流机制
俗话说“知己知彼，百战不殆”，教学也如此，一切教学手段都应建立在了解学生的基础上。因此利用课余时间在期初、期中、期末各安排一次与学生交流、反馈。方式可以以面对面进行也可以以书面问卷的形式进行。期初的交流主要是了解学生的知识基础和思维习惯以及对生物化学课程的要求与期待，通过了解学生制定本学期授课的基本内容与课堂设计；期中的交流重点在教师的教学方法与手段、内容的深浅、进度的快慢是否适合学生，学生能否掌握及理解，通过交流调整教学内容与手段；期末的交流是进行总结及反馈，为下次上课做准备。在整个教学过程中还要由QQ、微信平台对学生的学习状况进行实时监控，对学生的问题及时回答或解决。在交流的过程中，教师也应该让学生充分认识生化的学科特点、老师的要求及学生的学习方法，使学生也作出适当的调整更好的掌握生化基本知识与技能。面对应用型本科的学生，在课时有限的情况下，如何上好理论性强、内容繁杂的生物化学课对老师是一个极大的考验。教师应在教学过程中不断总结、反思，应用多种教学方法与手段，充分调动学生的能动性与创造力，创建和谐课堂增强教学效果。在教学过程中注重思维方式的培养与学习能力的提升不但有助于学生学好生物化学这门课，更有助于学生综合素质的提高。
参考文献：
[1]何金环，连艳鲜，王永芬.应用型本科动物生物化学核心课程建设[J].生命的化学，2015，35（3）：438-441.
[2]张鸣放.关于应用型本科教育若干基本问题的探讨[J].现代教育科学，2009（3）：1-4.
[3]吴建成，陈平，李志林.应用型本科公共基础课课程建设的主线[J].大学教育，2016（7）：17-19.
[4]熊伟，左绍远，等.对医学类本科专业医学生物化学的教学反思[J].基础医学教育，2015，17（7）：591-594.
[5]邓详宜，李婵娟，等.食品科学与工程专业生物化学教学体会——从应用型人才培养角度出发[J].生命的化学，2014，34（3）：419-422.