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人工濕地的植物種植一般在春季或者秋季進(jìn)行,管理及日常維護(hù),主要注意以下幾個方面。
1.1植物栽種初期的管理人工濕地植物栽種初期的管理首先是要保證它有較高的存活率,濕地植物栽種的最佳時節(jié)是春季,這種季節(jié),溫度合適,水源充足,植物容易成活。如冬季種植則應(yīng)做好防凍措施,如在夏季應(yīng)做好遮陽防曬。要根據(jù)實際情況采取措施確保栽種的植物能成活。
1.2控水為了讓人工濕地的植物根莖更好地向下生長,要對濕地的水位做好隨時的調(diào)控工作,促使植物根莖向下生長。
1.3及時收割植物人工濕地的植物生長時間比較快,不同的植物在不同的季節(jié),在其生長茂盛、成熟后應(yīng)對植物進(jìn)行及時收割,同時對收割下來的進(jìn)行合理處理和利用,避免造成其他污染或是避免落下的植物枝葉對濕地產(chǎn)生負(fù)荷。
1.4做好日常護(hù)理濕地內(nèi)的雜草應(yīng)及時做好清除工作,避免對濕地的生態(tài)系統(tǒng)造成破壞,防止腐爛等污染,如果遇見暴雨產(chǎn)生積水的情況,要注意對濕地進(jìn)行水疏通,避免植物死亡。
1.5冬季對植物的處理對于不耐寒的植物,要做好防寒工作,避免寒冬降臨對濕地的生態(tài)系統(tǒng)造成破壞,降低或是喪失去污能力。人工濕地的栽種,要根據(jù)季節(jié)和植物的生長周期進(jìn)行合理地選擇搭配,要讓植物在最短的時間內(nèi),增長最大化,覆蓋面積最大化,只有這樣才能達(dá)到最佳的去污效果。人工濕地的管理工作還包括維護(hù)濕地系統(tǒng)內(nèi)的生物多樣性,只有這樣對污水的處理效果才是最理想的。
1.6濕地中的微生物微生物在濕地對于凈化水中污染物有很重要的作用,科學(xué)表明微生物在BOD5、COD以及氮等降解的過程中起著重要作用。人工濕地中的微生物主要包括細(xì)菌、真菌和放線菌。其中,細(xì)菌在濕地微生物中數(shù)量最多,占基質(zhì)微生物總數(shù)量的70%~90%。
2人工濕地污水處理技術(shù)的基本類型
將人工濕地污水處理技術(shù)按照工程設(shè)計和水體狀況進(jìn)行分類,人工濕地污水處理技術(shù)總的來說可以分為3種。第一是表面流濕地,這種濕地是不需要砂礫等物質(zhì)來作為填料的。因此它的成本十分的低,但是這種濕地由于沒有填料所以不能夠承受住很大的負(fù)荷。第二是水平潛流濕地,這種濕地可以有效的去除水質(zhì)中的污染物,對凈化水體來說是最好的濕地,這種濕地受周圍環(huán)境影響也是比較小的,在任何季節(jié)都可以進(jìn)行使用。第三是垂直流濕地,這種濕地的效果是最好的,幾乎將前面兩種濕地的優(yōu)點都結(jié)合進(jìn)來,但是它有一個致命的缺點,那就是成本太高,因此還沒有被廣泛的使用。
2.1人工濕地的優(yōu)缺點優(yōu)點:投資成本少,處理效果好,對污染物的緩沖容量大,操作簡單,組合多樣性、針對性,獨特的綠化環(huán)境功能等。缺點:容易受到氣候的影響,占地面積大,容易出現(xiàn)飽和現(xiàn)象
2.2人工濕地構(gòu)造與工程設(shè)計
2.2.1人工濕地的構(gòu)造經(jīng)過理論研究和實驗證明,人工濕地底床的長度選在20~50m之間,同時要滿足長寬比例在3∶1以下,如果濕地底床的長度不夠,那么形成的濕地處理面積不大,達(dá)不到理想的污水處理效果,如果長度過大,較大面積的底床會導(dǎo)致水停滯情況,會讓污染物在時間的推移下,沉降到底部,底床如果面積太大的話,植物生產(chǎn)中所需要的水分會更多,有時會很難得到保證。因此,在設(shè)計中人工濕地的底床構(gòu)造要科學(xué)合理,要結(jié)合污水處理的目標(biāo)進(jìn)行科學(xué)的計算。
2.2.2人工濕地對給水的要求人工濕地的處理污水效果與水力停留時間有著直接性關(guān)系,如果時間設(shè)定不夠,對污水的處理效果將不是很理想,特別是對污水中氮和磷的處理,但是設(shè)定時間過長將會導(dǎo)致污水中的污染物在人工濕地中的滯留,這樣就會讓處理效果產(chǎn)生逆反。因此在設(shè)計時要注意到污水的量,濃度,污水中的污染物和人工濕地對污水的處理能力。
2.2.3防滲漏的設(shè)計人工濕地處理的污水如果滲漏到地下,將會對周圍的土壤和底下水資源產(chǎn)生污染影響,因此在人工濕地的技術(shù)工藝上要注重防滲漏的技術(shù)要求,通過人們的不斷研究和時間,得出了較多的防滲漏的技術(shù)措施。例如塑料薄膜防滲,水泥砂漿或混凝土防滲,黏土防滲等。
3結(jié)語
關(guān)鍵詞:森林病蟲害 概念 防治方法
森林是以喬木和其他木本植物為主體的生物群落。構(gòu)成這個群落的成分除喬木、灌木外,還包括其他植物、動物、微生物及其居住的環(huán)境。森林并非是樹木的簡單集合,而是有一定結(jié)構(gòu),各成分之間相互作用、彼此制約,并與外界環(huán)境發(fā)生密切聯(lián)系的極其復(fù)雜的集合體。森林的主要功能是:涵養(yǎng)水源、保持水土、凈化空氣、降低噪音、防風(fēng)固沙、改良土壤、調(diào)節(jié)氣候、減免自然災(zāi)害,保障農(nóng)牧業(yè)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn),維護(hù)生態(tài)平衡;另外,森林還可以為人類提供豐富的林副產(chǎn)品。
在建國初期,國家為了改變當(dāng)時惡劣的自然環(huán)境,投入了大批的財力、物力營造了廣袤的人工林。使得祖國的荒山禿嶺都披上了綠裝,也改善了人們居住的環(huán)境,使大部分人居住在如畫環(huán)境之中。但是,在人們慶幸生存環(huán)境改善之余,大面積的人工林也為人們帶來了不少的煩惱。因為人工林的特點是幾千公頃甚至幾萬公頃都是純林,這種單一的純林為森林病蟲害的發(fā)生發(fā)展創(chuàng)造了有利的條件,極易造成森林病蟲害的大面積發(fā)生,使得林木及林副產(chǎn)品減產(chǎn)、甚至絕收,更有甚者森林病蟲害會讓大片林木死亡,造成大量森林資源的浪費。因此,森林病蟲害的防治工作越來越受到林業(yè)工作者的高度重視。
一、森林病蟲害的概念
森林病害是指森林植物在其生長發(fā)育過程中或其產(chǎn)品和繁殖材料在儲存和運輸過程中,遭受其他生物的侵染或不適宜的環(huán)境條件影響,生理程序的正常功能受到干擾和破壞,從而導(dǎo)致植物生理上、組織上和形態(tài)上產(chǎn)生一系列不正常的狀態(tài),生長發(fā)育不良,甚至整株死亡,最終引起人類經(jīng)濟(jì)損失和其他損失的現(xiàn)象。
林木病害的類型有:一是侵染型病害。是由真菌、細(xì)菌、質(zhì)原體、病毒、寄生性種子植物、藻類、線蟲和螨蟲等侵染的病害,此種病具有傳染性。二是非侵染性病害。是由不適于林木正常生長的水分、溫度、光照、營養(yǎng)物質(zhì)、空氣污染等因素所引起的病害,這種病不具有傳染性。三是衰退病。是指按照特定順序出現(xiàn)的一系列生物和非生物因素綜合作用造成林木生長勢或生長潛能顯著下降,最終導(dǎo)致林木死亡的一種病。森林病害的發(fā)生必須要有植物和引起植物發(fā)病的因素,沒有這2個條件森林病害就無從發(fā)生。病害的發(fā)生可能是由一個因素或某些因素作用的結(jié)果。其中,直接引起病害發(fā)生的原因稱病原,間接因素稱誘因。病原按其性質(zhì)分為生物性病原和非生物性病原。
森林蟲害是一種非常普遍的自然災(zāi)害,是昆蟲在繁殖生長的過程中,取食植物的營養(yǎng)器官或吸食植物的汁液,造成林木所生產(chǎn)的營養(yǎng)減少或者是林木的營養(yǎng)物質(zhì)被林木害蟲取食,造成林木生長不良,使得木材及林副產(chǎn)品的產(chǎn)量下降,甚至使整株林木死亡。
二、防治方法
病害防治的基本方針是“預(yù)防為主,綜合治理”。病害防治的原則是在制定森林病害防治計劃和方案時,必須考慮三方面的因素,即生物性因素、生態(tài)因素、經(jīng)濟(jì)因素。森林病害防治的策略:一是杜絕和鏟除;二是免疫和抗病;三是保護(hù);四是治療。人們在對森林病害的防治過程中先后使用化學(xué)防治和生物防治。起初,人們?yōu)榱朔乐紊植『ζ毡椴捎没瘜W(xué)防治的方法,剛開始使用化學(xué)藥品的品種少,使用的劑量少,但取得的效果極好,森林病害發(fā)生的間隔期較長,防治的費用低。隨著時間的推移,大多數(shù)森林病害對化學(xué)藥劑產(chǎn)生了抗藥性,森林病蟲害發(fā)生的間隔期逐漸縮短,森林病蟲害防治的劑量加大,且效果降低,即成本加大,呈逐次上漲的趨勢。后來,人們利用微生物之間的拮抗作用對病原物進(jìn)行殺滅或抑制,即采取生物技術(shù)來實現(xiàn)對森林病害的防治。
森林病蟲害的防治方法很多,各種方法各有其優(yōu)點和局限性,單靠其中某一種措施往往不能達(dá)到防治的目的,有時還會引起其它的一些不良反應(yīng)。聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)有害生物綜合治理專家小組對綜合治理下了如下定義:害蟲綜合治理是一種防治方案,它能控制害蟲的發(fā)生,避免相互矛盾,盡量發(fā)揮有機(jī)地調(diào)和作用,保持經(jīng)濟(jì)允許水平之下的防治體系。
關(guān)鍵詞:生物教學(xué);人文素養(yǎng);滲透
生物是自然科學(xué)中的一門基礎(chǔ)學(xué)科,在生物教學(xué)中滲透人文教育,有著豐富、天然的素材。把人文素養(yǎng)的理念滲透在生物學(xué)科中,是新課改三維目標(biāo)中情感態(tài)度價值觀教育的目標(biāo)要求。
一、提高環(huán)境保護(hù)意識
目前,提高學(xué)生的環(huán)境保護(hù)意識已成為教師教學(xué)的當(dāng)務(wù)之急。新課改要求生物教學(xué)必須圍繞三維目標(biāo)來展開,情感態(tài)度價值觀教育就是要求在教學(xué)中涉及學(xué)生的思想價值觀教育。在中學(xué)生物課堂教學(xué)中,教師利用生態(tài)學(xué)知識和人與生物圈相互作用的知識來對學(xué)生進(jìn)行環(huán)境保護(hù)價值觀的教育。如,人教版普通高中教科書生物必修三《環(huán)境與穩(wěn)態(tài)》第六章就是“生態(tài)環(huán)境的保護(hù)”,其中第1節(jié)是“人口增長對生態(tài)環(huán)境的影響”,第2節(jié)是“保護(hù)我們共同的家園”。學(xué)習(xí)這兩節(jié)內(nèi)容可以讓學(xué)生通過課外調(diào)查、課堂討論來真切感受環(huán)境問題日益加劇給我們的生活帶來的影響。
二、樹立正確的科學(xué)觀
(一)科學(xué)看待DNA技術(shù)沃森和克里克在1953年提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu),此后這項技術(shù)得到迅速發(fā)展。生物技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了人類社會的發(fā)展,但也帶來一些問題。如,教師在組織學(xué)生學(xué)習(xí)“人的生殖”這一章后,就可向?qū)W生介紹“克隆技術(shù)”與“克隆人”,并請學(xué)生討論克隆人會給社會帶來什么后果。通過討論,讓學(xué)生充分認(rèn)識到:生物技術(shù)在造福人類的同時也給人類帶來了一些倫理道德方面的難題。(二)科學(xué)看待轉(zhuǎn)基因作物轉(zhuǎn)基因食品是當(dāng)前人們爭議較多的話題。在中學(xué)生物教學(xué)中,教師可以把全班學(xué)生分成兩大組,分別對轉(zhuǎn)基因作物的優(yōu)點和缺點進(jìn)行課外調(diào)查,課堂上組織學(xué)生以辯論賽的形式來展開,這樣使得學(xué)生充分認(rèn)識到:科學(xué)技術(shù)僅僅是一種生產(chǎn)工具,并不是全部,在運用科學(xué)技術(shù)的同時,也要播下人類文明的種子。
三、培養(yǎng)信心、耐心、恒心、責(zé)任心等意志品質(zhì)
信心、耐心、恒心、責(zé)任心等意志品質(zhì)是成功者必須具備的心理素質(zhì)。在普通高中生物教科書必修一《分子與細(xì)胞》第5章“細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用”的第3節(jié)“ATP的主要來源———細(xì)胞呼吸”中有個探究實驗:探究酵母菌細(xì)胞的兩種呼吸方式。在該實驗教學(xué)中,課前先把學(xué)生分為兩個小組,分別對酵母菌細(xì)胞在有氧和無氧條件下進(jìn)行探究。探究的第一步是設(shè)計實驗,讓學(xué)生滿懷信心。有的學(xué)生會設(shè)計出優(yōu)于教材上的實驗方案,可以把他(她)的方案拿出來和其他學(xué)生分享,這樣可以培養(yǎng)學(xué)生的自信心。另外,在做實驗的過程中會遇到意外,比如,在這個實驗中可能出現(xiàn)在有氧的條件下,在反應(yīng)后的培養(yǎng)液中滴加濃硫酸和重鉻酸,溶液會變成灰綠色。這與實驗的臆想結(jié)果是截然相反的。但為什么會出現(xiàn)這樣的結(jié)果呢?經(jīng)過學(xué)生的思考、討論和教師的分析,使學(xué)生了解到酒精并不是只在無氧呼吸中才能產(chǎn)生,在有氧呼吸過程中,氧氣不足的條件下也會產(chǎn)生酒精。通過這個實驗,既可以使學(xué)生學(xué)到酵母細(xì)胞的兩種呼吸方式,又能培養(yǎng)學(xué)生的信心、耐心、恒心和責(zé)任心等意志品質(zhì)。
四、感悟大自然中的生命之美
生物課從某些角度來說是一門生命的美育課。審美教育是素質(zhì)教育的重要內(nèi)容,所以,生物教師在教學(xué)中應(yīng)該注重引導(dǎo)學(xué)生,培養(yǎng)學(xué)生的審美素養(yǎng)。而且審美能力是循序漸進(jìn)的。比如,在初中生物教學(xué)中,教師可以通過“生物圈中的綠色植物”等章節(jié)培養(yǎng)學(xué)生感性化的、直觀化的審美能力,讓學(xué)生學(xué)會感受美;在高中教學(xué)中,可以通過“種群和群落”等章節(jié)培養(yǎng)學(xué)生理性化、藝術(shù)化的審美能力,讓學(xué)生感受到生命的神奇、偉大。
五、培養(yǎng)生命感,增強(qiáng)生命意識
在生物教學(xué)中,要充分發(fā)揮生物學(xué)科的優(yōu)勢,引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識生命的脆弱與堅韌,短暫與無窮,從而培養(yǎng)學(xué)生珍愛、尊重、關(guān)愛自己和他人的生命。黃沙滾滾的沙漠上生長著茂盛的仙人掌,不起眼的小種子也能破土而出,飛蛾為繁殖后代而不惜獻(xiàn)出自己的生命……這些充滿力量的畫面,使我們產(chǎn)生了對生命的敬畏。學(xué)生在感受大自然中生物美的同時,在精神上得到洗禮,并上升為一種哲學(xué)思考———我從哪里來?我該如何對待生命?這樣學(xué)生自然也就增強(qiáng)了生命意識。總之,生物科學(xué)是溫情的、關(guān)注生命價值的學(xué)科。中學(xué)生物教學(xué)只有具有人文素養(yǎng),才符合素質(zhì)教育的要求,才能潤澤學(xué)生的生命。
參考文獻(xiàn):
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關(guān)鍵詞:生物檢測;食品檢驗;應(yīng)用分析
中圖分類號:TB9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)科分類代碼:410.55 DOI:10.15988/j.cnki.1004-6941.2016.01.018
21世紀(jì),隨著經(jīng)濟(jì)和社會的高速發(fā)展,人民的生活水平和質(zhì)量也逐漸提高,食品質(zhì)量的安全保障的重要性也日趨凸顯,國家對食品安全問題也越來越重視,開始將許多先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)應(yīng)用于食品檢測中,從而保障人們的生活健康。其中生物技術(shù)由于其較之傳統(tǒng)的檢測技術(shù)更為的簡單快捷,且靈敏度高,穩(wěn)定性好,因此得到了廣泛的應(yīng)用。因此本文綜述了幾種常見的生物檢測技術(shù)在食品檢驗中的應(yīng)用,以期對國內(nèi)的食品安全檢測技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展有一定的參考意義。
1分子生物學(xué)方法在食品微生物檢測中的應(yīng)用研究
分子生物學(xué)方法主要是在分子水平上對細(xì)胞成分的理化性質(zhì)及其變化下的生命現(xiàn)象進(jìn)行研究,其常用的技術(shù)方法主要是DNA探針和PCR等技術(shù)。
1.1DNA探針法
DNA探針法的原理是:若兩條不同來源的核酸鏈之間具有互補(bǔ)的堿基序列,它們就能夠特異性的結(jié)合而成為一條分子雜交鏈。在已知其序列的DNA或RN斷上加上可識別的標(biāo)記(如用同位素標(biāo)記),就可制成DNA或RNA探針,用以檢測未知樣品中是否具有與其互補(bǔ)的序列。目前使用的DNA探針雜交方法總體上可以分為2類:一類液相雜交技術(shù),二是固相雜交技術(shù)。近年來DNA探針雜交技術(shù)在食品微生物檢測中的應(yīng)用研究相當(dāng)活躍,目前已可以用DNA探針檢測食品中的金黃色葡萄球菌、李斯特氏菌、志賀氏菌、沙門氏菌、大腸桿菌等。DNA探針雜交方法特異性和敏感性都比較高,且又沒有放射性,不需要檢測者再進(jìn)行復(fù)雜的培養(yǎng)來擴(kuò)增菌,節(jié)省了時間的同時也減少了毒力喪失的機(jī)會,并提高了檢測的準(zhǔn)確性,但其所選的探針必須是已知且特異的,所以目前難以普遍應(yīng)用推廣。
1.2PCR技術(shù)
PCR技術(shù)是以核苷酸的變性和復(fù)性為理論基礎(chǔ),然后通過DNA聚合酶的作用下,通過設(shè)計特異性的引物,可以使模板實現(xiàn)百萬倍的擴(kuò)增,從而實現(xiàn)對目的DNA進(jìn)行選擇性放大,及時性和準(zhǔn)確性較強(qiáng),所以在致病性食品微生物檢測中的作用越來越明顯,特別是對于那些樣品量較少的檢測,更是優(yōu)先選擇的檢測方法。但該檢測技術(shù)應(yīng)用的前提和關(guān)鍵是必須合理設(shè)計引物并準(zhǔn)確選擇靶序列,否則會使擴(kuò)增結(jié)果弱化,降低檢測的特異性和靈敏性,從而導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)假陰性或假陽性。由此發(fā)展而來的熒光定量PCR技術(shù)可定時定量檢測,即通過對PCR期間變化的熒光信號進(jìn)行直接測定,然后再通過專用軟件動態(tài)監(jiān)測并自動定量擴(kuò)增產(chǎn)物,以此獲得檢測結(jié)果。目前利用PCR方法可快速檢測食品中的單核細(xì)胞增生性李斯特氏菌、肉毒梭菌、沙門氏菌、弧菌、頑固性梭狀芽孢桿菌、葡萄球菌腸毒素等微生物。另外PCR技術(shù)還被用于轉(zhuǎn)基因食品的檢測。目前轉(zhuǎn)基因食品的檢測方法主要有三種:核酸檢測法、蛋白質(zhì)檢測法、酶活性檢測法。這三個方法雖然都有各自的特點和不足,而PCR卻仍然是最常用以及最適用的檢測轉(zhuǎn)基因食品的方法。這是由于PCR法不同于蛋白質(zhì)法和酶法,它可以應(yīng)用于加工后產(chǎn)品的檢測,即使蛋白質(zhì)已變性,而后兩者卻不能。PCR技術(shù)雖然對食品中致病微生物及轉(zhuǎn)基因成分的檢測特異性強(qiáng)、敏感度高、簡便快速,但也存在不少問題。PCR反應(yīng)極為靈敏,所以一旦樣品被污染就很容易出現(xiàn)假陽性。引物的合成和選擇也是PCR技術(shù)的應(yīng)用的一大障礙,且其結(jié)果受實用條件和靶序列的選擇的影響而會導(dǎo)致穩(wěn)定性降低。雖然實時熒光定量PCR在一定程度上克服了上述的缺點,但由于定量PCR儀價格昂貴,暫時也難以普遍推廣。
2免疫學(xué)方法
免疫學(xué)方法在食品檢測中常用的技術(shù)即酶聯(lián)免疫吸附試驗(ELASA),它的原理主要是將特異性抗體與固相載體聯(lián)結(jié),形成固相抗體。然后加入待測樣品。樣品中的抗原與固相抗體結(jié)合,形成固相抗原抗體復(fù)合物。這時再加入酶標(biāo)抗體則形使固相免疫復(fù)合物上的抗原與酶標(biāo)抗體結(jié)合,加底物顯色,即可通過比色,測知標(biāo)本中抗原的量。免疫學(xué)檢測方法主要用于食品中殘余農(nóng)藥和微生物污染的檢測,是食品檢測中十分常見的一種方法。該方法在食品檢測中的主要的優(yōu)勢是靈敏性強(qiáng)和準(zhǔn)確性高。并且應(yīng)用酶聯(lián)免疫分析檢測技術(shù)檢測蔬菜和水果當(dāng)中的難以檢測的菌劑噻菌靈,具有較高的敏感性,美國化學(xué)會也已將其作為分析農(nóng)藥殘留的主要方法之一,在我國該檢測方法也取得了一定的進(jìn)展,并在實際中得到一定程度的應(yīng)用。
3生物芯片檢測技術(shù)
在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天,食品貿(mào)易的進(jìn)出口不端增多,從而對高通量、高質(zhì)量的監(jiān)控體系和食品檢測的需求日趨凸顯,而生物芯片檢測技術(shù)的應(yīng)用,為食品檢測當(dāng)中檢疫和檢測方面最實用、最快速的高新技術(shù)。生物芯片的原理是將待測樣品加在芯片的表面,由于生物分子特異性親和反應(yīng)(如核酸雜交、抗原抗體反應(yīng)等),檢測樣品中的待測成分分別和芯片上固定化的生物識別分子結(jié)合反應(yīng),從而實現(xiàn)對樣品的分析和檢測。生物芯片技術(shù)的應(yīng)用,可以實現(xiàn)對食品所處的安全狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)的了解,并且對于進(jìn)出口食品監(jiān)管管理中的預(yù)警系統(tǒng)和快速反應(yīng)系統(tǒng)的建立,具有重要作用,應(yīng)用情景廣。
4生物傳感器技術(shù)
生物傳感器技術(shù)是一種能夠在短時間內(nèi)分析大量的生物分子,從而使人們能夠快速準(zhǔn)確地獲取樣品中的多種信息的檢測技術(shù),檢測效率比傳統(tǒng)檢測手段有極大的提高。生物傳感器分為兩個部分,換能器和生物敏感膜。當(dāng)被分析物擴(kuò)散進(jìn)入固定化的生物敏感膜層,然后經(jīng)分子識別,其發(fā)生生物學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的信息繼而被相應(yīng)的化學(xué)換能器或物理換能器轉(zhuǎn)變成可定量以及可處理的電信號,然后再經(jīng)二次儀表放大并輸出,這樣就可以知道被測物的濃度。生物傳感器主要具有以下的特點:多樣性,因為生物反應(yīng)的是特異且多樣,所以理論上可以制成適應(yīng)于測定所有生物物質(zhì)的酶傳感器;無需添加試劑分析,除了緩沖液外,大多數(shù)酶傳感器不用再添加其他分析試劑;操作簡便,且可以重復(fù)、連續(xù)使用,也可以二次性使用。雖然生物傳感器技術(shù)具有其它檢測技術(shù)不能比擬的優(yōu)點,且正進(jìn)入大規(guī)模產(chǎn)業(yè)研究開發(fā)與應(yīng)用時期,可仍面臨著一些困難,主要有:生物傳感器所需費用較高,技術(shù)性較高且復(fù)雜,雜交特異性及自動化程度都還有待進(jìn)一步提高;另外結(jié)果的掃描、背景扣除、后期數(shù)據(jù)處理等技術(shù)目前也需要進(jìn)一步完善。但生物傳感器技術(shù)由于其平行性、大規(guī)模以及高通量的特點已成為食品安全檢測中一項先進(jìn)的基礎(chǔ)技術(shù)。將將生物芯片與傳統(tǒng)檢測方法結(jié)合的將會極大的拓展和發(fā)掘傳統(tǒng)檢測方法的發(fā)展?jié)摿Αl(fā)展空間,進(jìn)而推動檢測技術(shù)發(fā)展。
5結(jié)語
隨著我國對食品質(zhì)量安全越來越重視,對食品檢測技術(shù)的研究和應(yīng)用的投入也相應(yīng)的大幅提高。食品檢驗技術(shù)逐漸趨向于簡便、快捷、靈敏和微量化,而生物檢測因其獨特的優(yōu)勢,勢必在食品檢驗領(lǐng)域方興未艾,應(yīng)用前景廣闊。而生物技術(shù)的快速發(fā)展,也必將對生物檢測方法不斷補(bǔ)充和完善,相信生物檢測技術(shù)在食品檢驗中也將發(fā)揮越來越重要的作用。
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關(guān)鍵詞:細(xì)胞凋亡;檢測方法;分析評價
細(xì)胞凋亡(apoptosis)是細(xì)胞在一定的生理或病理狀態(tài)下,遵循自身的程序,自己結(jié)束自己生命的過程。細(xì)胞凋亡不受到外部損傷因素直接導(dǎo)致的被動改變而屬機(jī)體自身的生理活動,是由基因控制的、高度有序的細(xì)胞主動死亡過程,即程序性細(xì)胞死亡(programmed cell death,PCD)[1]。它貫穿從受精、發(fā)育、成熟、衰老的整個生命過程,近年來一直是生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域各專業(yè)的研究熱點。隨著研究細(xì)胞凋亡的方法不斷涌現(xiàn)和深入,分析手段日趨完善和成熟?,F(xiàn)將細(xì)胞凋亡檢測方法歸納如下。
1 形態(tài)學(xué)檢測
細(xì)胞凋亡是形態(tài)學(xué)名稱,其特征性改變包括細(xì)胞漿固縮、體積縮小、細(xì)胞皺縮以及細(xì)胞核致密等。一般認(rèn)為形態(tài)學(xué)變化是判斷有無細(xì)胞凋亡的基礎(chǔ)[2]。根據(jù)凋亡細(xì)胞固有形態(tài)特征,人們設(shè)計了多種不同的細(xì)胞凋亡形態(tài)學(xué)檢測方法,常用的有:普通顯微鏡觀察、熒光顯微鏡觀察、共聚焦激光掃描顯微鏡觀察、透射電子顯微鏡規(guī)察。普通光學(xué)顯微鏡只可以觀察到細(xì)胞凋亡的大體形態(tài)胞膜起泡現(xiàn)象和凋亡小體。但凋亡細(xì)胞的形態(tài)學(xué)變化大多發(fā)生在超微結(jié)構(gòu),因此用光鏡觀察難以令人滿意。通過電鏡可以觀察到有典型的凋亡細(xì)胞出現(xiàn),其特征是細(xì)胞核體積縮小,染色質(zhì)濃縮致密,并沿核膜分布形成新月體狀,細(xì)胞膜微絨毛消失,但細(xì)胞漿內(nèi)的各種細(xì)胞器基本正常。凋亡細(xì)胞的典型形態(tài)改變在透射電鏡下能夠得到最佳的體現(xiàn),為凋亡細(xì)胞判定提供了最可靠的依據(jù)。電鏡檢測細(xì)胞凋亡的缺點是:只能定性,不能定量;樣本制作處理過程復(fù)雜,設(shè)備相對昂貴,對檢查者的技術(shù)水平要求較高[3-4]。
2 DN段化檢測
2.1 DNA瓊脂糖凝膠電泳檢測法 細(xì)胞凋亡時,DNA在內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶的作用下.在核小體間被切割成180~200 bp整數(shù)倍的單核苷酸片段。DNA裂解是標(biāo)志細(xì)胞最終走向死亡的不可逆的重要過程。正?;罴?xì)胞的DNA凝膠電泳為一條區(qū)帶;而當(dāng)細(xì)胞凋亡時,由于DNA被裂解成單核小體和寡聚核小體,電泳時呈現(xiàn)特征性的"階梯狀"(1adder)條帶;而壞死細(xì)胞的DNA斷裂為無特征的雜亂片斷,利用此特征,既可確定細(xì)胞的凋亡,又可與壞死細(xì)胞區(qū)別。因此DNA凝膠電泳一度被認(rèn)為是判定細(xì)胞凋亡的金標(biāo)準(zhǔn)之一[5]。這種檢測方法簡便宜行,成本低。但缺乏定位性特征,靈敏性不高,但在作群體細(xì)胞凋亡分析時具有一定意義。本方法被廣泛應(yīng)用于作群體細(xì)胞凋亡分析中[6]。
2.2 EILSA法分析組蛋白 細(xì)胞凋亡的發(fā)生,是由于鈣-鎂依賴性核酸酶進(jìn)入核小體間切割DNA,產(chǎn)生180bp~200bp或其倍數(shù)的核小體片段。而核小體由于與組蛋白H2A、H2B、H3和H4形成緊密復(fù)合物而不被核酸內(nèi)切酶切割。采用雙抗體夾心酶免疫法,應(yīng)用小鼠抗DNA和抗組蛋白的單克隆抗體,與核小體片段形成夾心結(jié)構(gòu),可特異性檢測細(xì)胞溶解物中的核小體片段。此法具有需要設(shè)備簡單.敏感性高,所需細(xì)胞個數(shù)少等優(yōu)點。其缺點是不能精確測定凋亡發(fā)生絕對量和提供細(xì)胞的組織學(xué)定位。試驗過程中如果裂解細(xì)胞的時間過長可能導(dǎo)致細(xì)胞核中的DN段也被計算在內(nèi),進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)果偏高,因此不同的細(xì)胞系需要經(jīng)過數(shù)次摸索才能確定最佳檢測條件[7]。
2.3 DN段原位標(biāo)記法
2.3.1.原位缺口轉(zhuǎn)移(in situ nick-translation,ISNT)技術(shù) 細(xì)胞發(fā)生凋亡時,核酸內(nèi)切酶在DNA分子中導(dǎo)入切口,DNA多聚酶在切口部位表達(dá)外切酶活性,使核苷酸自5'向3'方向切去;同時以切口部位末端核苷酸的3'一OH為引物,利用DNA多聚酶I的聚合活性將未標(biāo)記的核苷酸用標(biāo)記的核苷酸進(jìn)行置換,切口沿DNA分子移動,同時水解5'末端,以修復(fù)DNA原位切口平移技術(shù)將標(biāo)記的核苷酸引入凋亡細(xì)胞的DNA,據(jù)此可檢測凋亡細(xì)胞。
3 流式細(xì)胞儀檢測法
流式細(xì)胞儀(FCM)是將流體噴射技術(shù)、激光光學(xué)技術(shù)、電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)等集為一體,用于細(xì)胞定量分析和進(jìn)行細(xì)胞分類研究的工具。此方法系通過熒光素如PI、hoechst 等親DNA的特性,分析懸浮細(xì)胞中DNA 含量的直方圖來判斷細(xì)胞凋亡。①PI 染色法:凋亡細(xì)胞經(jīng)PI 染色、流式細(xì)胞儀檢測,在正常細(xì)胞G1期的峰前增加1個特異性亞二倍體峰(sub-G1峰)俗稱"凋亡峰"。通過FCM測定DNA的含量還可以研究凋亡細(xì)胞的周期特異性。此方法的優(yōu)點是可定量檢測,靈敏度高。缺點是不能觀察S期和G2期凋亡的細(xì)胞,不能區(qū)別壞死細(xì)胞和凋亡細(xì)胞。②Hoechst-PI法:此法可克服PI 法的不足。hoechst被活細(xì)胞攝取后與DNA結(jié)合呈藍(lán)色熒光;PI使壞死細(xì)胞呈紅色熒光。因此,在直方圖上可根據(jù)紅藍(lán)兩種熒光判斷3種細(xì)胞:正常細(xì)胞呈弱藍(lán)、弱紅光;凋亡細(xì)胞呈強(qiáng)藍(lán)、弱紅光;壞死細(xì)胞呈弱藍(lán)、強(qiáng)紅光[9]。③Annexin V/PI法:在細(xì)胞凋亡早期位于細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)的磷脂酰絲氨酸(Ps)遷移至細(xì)胞膜外側(cè)。PS發(fā)生的變化即外露早于DNA斷裂,早于染色質(zhì)凝集及凋亡小體的形成,外露后成為免疫系統(tǒng)識別的標(biāo)志,能與高親和力的鈣依賴性的磷脂結(jié)合蛋白Annexin V結(jié)合,將Annexin V進(jìn)行熒光素(FITC、PE、ECFP)標(biāo)記可以檢測細(xì)胞凋亡,是最敏感的指標(biāo)之一,但壞死細(xì)胞Ps亦暴露于外表使Annexin V結(jié)合陽性,因此使用Annexin V這一參數(shù)不能區(qū)分壞死或凋亡,必須同時結(jié)合PI進(jìn)行凋亡細(xì)胞雙染后用流式細(xì)胞儀即可將凋亡細(xì)胞以及壞死細(xì)胞區(qū)分開來。結(jié)果判斷正常活細(xì)胞Anmxin-V、PI均低染;凋亡細(xì)胞Anmedn-V高染、PI低染;壞死細(xì)胞Anmxin-V、PI均高染。利用Annexin V/PI法,是目前檢測細(xì)胞凋亡最理想的方法。
4 細(xì)胞凋亡相關(guān)物質(zhì)的檢測
4.1 酶學(xué)檢測
4.1.1 半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(Caspases-3)活性檢測 細(xì)胞凋亡過程中有許多蛋白酶參與并相互協(xié)調(diào)以促進(jìn)凋亡的發(fā)生。在凋亡的起始和執(zhí)行過程中起關(guān)鍵作用的是半胱胺酸天冬氨酸酶(Caspases)。大多數(shù)凋亡都涉及Caspase-3的活化,它是關(guān)鍵的凋亡執(zhí)行分子.Caspase-3正常以酶原的形式存在于胞漿中,在凋亡早期階段被激活它通過分解去除DNA酶的一個負(fù)調(diào)節(jié)亞基而問接使之活化,實現(xiàn)了DNA的片段化,最終發(fā)生細(xì)胞凋亡。常采用熒光分光光度計檢測其活性。因活化的Caspase-3能夠特異切割DIE2V3D4-X底物,水解D4-X肽鍵,故設(shè)計出熒光物質(zhì)偶聯(lián)的短肽Ac_DEVDAMC。短肽被水解后釋放出的AMC能被激發(fā)發(fā)射熒光。根據(jù)釋放的AMC熒光強(qiáng)度大小,可測定Caspase-3活性,從而反映Caspase-3的活化度,以判斷細(xì)胞凋亡程度[10]。
4.1.2 乙酰膽堿酯酶 乙酰膽堿酯酶(Acetylcholinesterase,AChE)是主要存在于神經(jīng)系統(tǒng)的一種水解酶,其經(jīng)典功能是水解神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿從而終止神經(jīng)沖動的傳遞[11]。張學(xué)軍等[12 ]發(fā)現(xiàn)乙酰膽堿在細(xì)胞凋亡追蹤起重要作用,他們以人肺成纖維細(xì)胞株、NIH/3T3小鼠、HEL、PC-3和牛肉皮細(xì)胞等為材料,用衰老凋亡或化療藥物誘導(dǎo)法誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,綜合流式細(xì)胞術(shù)、DNA電泳、形態(tài)學(xué)及TUNEL等方法檢測凋亡細(xì)胞,發(fā)現(xiàn)各類細(xì)胞在正常狀態(tài)下無AchE活性反應(yīng)。一旦發(fā)生凋亡,均具有AchE活性反應(yīng),從而建立了這一檢測凋亡細(xì)胞的新方法[13]。酶學(xué)檢測簡單、快速、方便,適合大量培養(yǎng)細(xì)胞的凋亡檢測,但不能定量和定位。
4.2 細(xì)胞凋亡相關(guān)基因水平的檢測 在細(xì)胞凋亡時有些基因表達(dá)異常,檢測這些特異基因的表達(dá)水平也成為檢測細(xì)胞凋亡的一種常用方法。據(jù)報道,F(xiàn)as蛋白結(jié)合受體后形成死亡介導(dǎo)信號復(fù)合體(DISC),能誘導(dǎo)癌細(xì)胞中的細(xì)胞毒性T細(xì)胞等靶細(xì)胞調(diào)亡[14]。Bcl-2和Bcl-XL作為抗凋亡的調(diào)節(jié)物,它們的表達(dá)水平比例決定細(xì)胞是凋亡還是存活[15]?,F(xiàn)多采用Northern雜交和RT-PCR對它們進(jìn)行檢測,隨著近年來熒光定量PCR技術(shù)的發(fā)展,用定量PCR來檢測基因表達(dá)水平較前者更快更準(zhǔn)確。
總之,目前檢測細(xì)胞凋亡的方法很多,但都有其自身的優(yōu)點和局限性。應(yīng)充分了解各種檢測方法的原理及應(yīng)用范圍,根據(jù)標(biāo)本綜合選擇幾種適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行檢測,??傻玫捷^準(zhǔn)確結(jié)果。在進(jìn)行細(xì)胞凋亡檢測的時候,要幾種方法進(jìn)行檢測,避免使用單一方法。例如:電鏡觀察仍是確定凋亡的最具權(quán)威的標(biāo)準(zhǔn).因此在凋亡定量控測之前應(yīng)先行電鏡觀察定性;PI染色流式細(xì)胞檢測法漏檢率及錯檢率均高.不適于凋亡定量觀察.但其方法簡便、價廉,適用于大批標(biāo)本的篩選預(yù)試驗;TUNEL法是目前最常用的凋亡檢測技術(shù).為避免壞死細(xì)胞的影響,應(yīng)先用熒光鏡檢以保證TUNEL染色細(xì)胞不存在壞死細(xì)胞,否則應(yīng)另選其它檢測方法。
綜上所述,只有幾種不同的檢測方法進(jìn)行綜合檢測得到的結(jié)果,才能真正的反映細(xì)胞發(fā)生凋亡的情況,進(jìn)而準(zhǔn)確的對其凋亡進(jìn)行定性和定量判定。相信伴隨著人類對凋亡機(jī)制更加深入的了解,操作簡單、敏感性高、成本低廉的細(xì)胞凋亡檢測方法會越來越多,也將對基礎(chǔ)細(xì)胞生物學(xué),生物醫(yī)學(xué)及臨床某些疾病的診斷及治療產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。
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脂肪酶(Ec.3.1.1.3)即三?;视王;饷?,可催化甘油三酯分解成甘油二酯、甘油單酯、甘油和脂肪酸,是一類特殊的酯鍵水解酶,脂肪酶以氨基酸為基本組成單位,一般只有一條多肽鏈,催化活性僅決定于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。目前,以生物催化為核心內(nèi)容的工業(yè)生物技術(shù)在支撐新世紀(jì)社會進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的技術(shù)體系中的地位已經(jīng)被提到空前的戰(zhàn)略高度[1],作為一種生物催化劑,脂肪酶具有一般催化劑高效性、高選擇性、反應(yīng)條件溫和等共同優(yōu)點,是綠色環(huán)保的催化劑,對于生化、食品等生活和生產(chǎn)的各個領(lǐng)域的科學(xué)發(fā)展,有著非常重要意義。
1 脂肪酶概述
脂肪酶于1834年被發(fā)現(xiàn),是生物體內(nèi)極其重要的代謝酶,在油、水界面和有機(jī)相中起作用,具有良好的立體選擇性,以長鏈脂肪酸酯為天然底物,能在聚合過程中能保持單體上的活性基團(tuán),1986年以來,Klibanov等人突破傳統(tǒng)酶學(xué)思想限制,對界面酶學(xué)和非水酶學(xué)方面取得了突破性研究成果,使脂肪酶在醫(yī)藥、食品、洗滌劑、材料合成、污水處理等方面均得到了應(yīng)用,在有機(jī)相中,脂肪酶還能催化酯合成、酯交換反應(yīng)、酯聚合反應(yīng)、肽合成和酰胺合成等,能在常溫常壓下,得到其他方法難以得到的產(chǎn)品。此外,脂肪酶來源廣泛、催化功能多,催化底物廣泛、環(huán)保高效,降低了生產(chǎn)成本,提高了經(jīng)濟(jì)效益。
2 脂肪酶的應(yīng)用
2.1 脂肪酶可催化合成可生物降解高分子
目前,人們所依賴的、在生產(chǎn)生活中使用的高分子材料,依然是難以進(jìn)行生物降解的材料,它們已經(jīng)給人們的日常生活和社會帶來了諸多的不便和危害,更嚴(yán)重的是對自然環(huán)境造成了極大的污染,在目前研究可降解材料的方法如天然高分子改造法,原料在受熱熔化前就開始分解,難以加工成型,只能通過溶液法加工,產(chǎn)量小,應(yīng)用范圍??;化學(xué)合成法一般在高溫高壓條件進(jìn)行反應(yīng),工藝復(fù)雜,副產(chǎn)品多,大部分催化劑帶有一定的毒性,成本高,生物相容性較差,相對于上述兩種方法,生物合成法則是利用酶來合成目標(biāo)產(chǎn)品,酶的反應(yīng)條件溫和,具有相對專一性,快速高效,成本較低,產(chǎn)品生物相容性好,能克服了上述兩種方法的缺點和微生物法代謝產(chǎn)物復(fù)雜,產(chǎn)物分離困難的劣勢,脂肪酶可以催化聚酯類可生物降解高分子的合成.在已知的研究中,脂肪酶已經(jīng)成功催化非手性羧酸衍生物、手性羧酸衍生物等方面有了成功的實例。Wang等[2]利用南極假絲酵母脂肪酶(CALB)高效區(qū)域選擇性酰化合成6-氮尿苷的5''-O-單酯,結(jié)果表明,不同類型的酰基供體對CALB的活性具有很重要的影響,以色列(Gutman)[4]研究小組以線性羥基酸甲酯做單體,用豬胰脂肪酶作為催化劑,在有機(jī)溶劑中合成了聚羥基酸甲酯,分子量提高到12KD左右,并制成了這種聚酯的薄膜制品。
2.2 脂肪酶在手性藥物拆分中的應(yīng)用
手性是與人們生活關(guān)系密切的自然界本質(zhì)屬性之一,對映體在自然界中普遍存在,在構(gòu)成生物體的基本物質(zhì)中,包括核酸、蛋白質(zhì)、糖類等分子都是手性分子,因此相關(guān)的許多藥物,包括農(nóng)藥和除草劑等也都是光學(xué)活性化合物,因為手性藥物進(jìn)入生物體內(nèi)后,其藥理和生理作用多與其和體內(nèi)靶分子之間的手性匹配和分子識別能力有關(guān)[3],手性新藥的開發(fā),即選擇合成路線中某一個手性中間體進(jìn)行不對稱合成或拆分,再合成單一的手性藥物,此法副產(chǎn)物少,容易對目標(biāo)產(chǎn)物進(jìn)行分離,常溫常壓下即可反應(yīng),減少了能源消耗和環(huán)境污染;脂肪酶的高度立體選擇性使制備的單一手性化合物光學(xué)純度較高,脂肪酶在手性藥物中的應(yīng)用愈加廣泛.脂肪酶可對環(huán)氧丙醇類手性藥物中間體、2-取代丙酸類手性中間體的拆分等藥物進(jìn)行拆分.日本田邊制藥成功地用脂肪酶拆分了外消旋的甲基-3-(4-甲氧基苯基)環(huán)氧丙酯,制備了(-)-(2R,3S)-3-(4-甲氧基苯基)環(huán)氧丙酰胺,它是生產(chǎn)硫氮卓酮(一種心血管藥物)的手性前體,非甾體抗炎藥物,如酮基布洛芬(keto-profen)、萘普生(naproxen)、布洛芬(ibuprofen)等的另一種非常重要的手性中間體2-芳基丙酸(CH3CHArCOOH)已經(jīng)實現(xiàn)工業(yè)化,英國的Chiroscience手性技術(shù)公司、西班牙Laboratories Menarini公司以實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。
2.3 在三甘酯結(jié)構(gòu)測定中的應(yīng)用
脂肪酶可根據(jù)其底物專一性來分類,例如:青霉(Penici
llium sp.)、米黑毛霉(Mucor miehei)所產(chǎn)脂肪酶作用于甘油1位和3位羥基,定義為1,3專一性脂肪酶;而柱狀假絲酵母(Candida cylindracea)、假單胞菌(Pseudomona sp.)及染色粘性菌(Chromobacterium viscosum)所產(chǎn)脂肪酶為隨機(jī)水解酶[4],并且白地霉(Geatrichum candium)產(chǎn)脂肪酶對順式不飽和脂肪酸,如油酸具有選擇性,而米黑毛霉(M.miehei)的脂肪酶則同樣不與多不飽和脂肪酸(PUFA),如γ-亞油酸和二十二碳六烯酸(DHA)作用,對脂肪激素敏感的脂肪酶則可優(yōu)先從三甘酯中釋放PUFA[10]。所以,用某種特定的脂肪酶催化不同類型的脂肪酸酯,從其水解產(chǎn)物可推測三甘酯的結(jié)構(gòu)。
2.4 脂肪酶在食品加工中的應(yīng)用
在焙烤食品、乳制品等食品加工產(chǎn)業(yè)中,脂肪酶的應(yīng)用范圍日益廣泛。如,在面包生面團(tuán)中加入脂肪酶可水解甘油三酯,改善面團(tuán)的流變學(xué)特性,增強(qiáng)面團(tuán)對發(fā)酵的耐受性,增大面包體積,改善面包芯的柔軟性和組織結(jié)構(gòu),且有二次增白作用;脂肪酶與葡萄糖氧化酶配合使用,能夠取代化學(xué)添加劑溴酸鉀,提高烘焙品質(zhì)、改善面包質(zhì)地、延長保質(zhì)期,在油脂加工方面,脂肪酶可以催化水解、酯交換、酯化等反應(yīng),脂肪酶還廣泛應(yīng)用于乳制品工業(yè)中,可以加強(qiáng)奶粉和奶酪的風(fēng)味、縮短成熟期、對乳脂和奶油進(jìn)行脂解改性等,其中脂肪酶作用于乳脂產(chǎn)生游離脂肪酸,進(jìn)而形成有揮發(fā)性的異戊醛、二乙酰、3-羥基丁酮等呈味物質(zhì),改善了奶酪風(fēng)味,并產(chǎn)生特殊香味[16]。此外,脂肪酶在肉制品加工過程中除去多余的脂肪,并改善產(chǎn)品的風(fēng)味等。
2.5 脂肪酶在制造生物柴油方面的應(yīng)用
現(xiàn)今社會,隨著人類對石油、燃?xì)獾炔豢稍偕茉吹囊蕾嚥粩嗉訌?qiáng),而太陽能、風(fēng)能地?zé)岬瓤稍偕Y源的應(yīng)用。還尚未成熟,以生物手段研發(fā)新的可再生能源就成為不可避免的一種具有較高可行性的手段,生物柴油就是其中一種,是指以可產(chǎn)生油料的動物、植物、微生物及各種油脂(如動物油脂、油料作物、工程微藻、垃圾油等)為原料,以合適的生物手段將其轉(zhuǎn)化成為再生性柴油燃料,而最典型的生物柴油是脂肪酸甲脂,利用合適的脂肪酶針對不同的原料進(jìn)行處理,控制反應(yīng)溫度、pH和水的溶質(zhì)含量,可達(dá)到較高的轉(zhuǎn)酯率。脂肪酶催化制備生物柴油是一些列的水解和酯化過程,三甘酯經(jīng)過兩步水解,最終產(chǎn)物為單甘酯和脂肪酸,脂肪酸與短鏈醇酯化還成為脂肪酸烷基酯,此過程不斷進(jìn)行至反應(yīng)完全,目前,南極假絲酵母、洋蔥假單胞菌、熒光假單胞菌和豬胰脂肪酶等均可用于催化制備生物柴油原料,主要包括游離脂肪酶法和固定化脂肪酶法。但由于脂肪酶較多適用于長鏈脂肪醇的轉(zhuǎn)酯化反應(yīng),對短鏈脂肪醇的效果不甚明顯,所需酶類的成本較高,可使用時間較短,重復(fù)利用率不高等缺點,目前國內(nèi)外都尚未將脂肪酶催化合成生物柴油進(jìn)行較大規(guī)?;墓I(yè)生產(chǎn)。
3 前景展望
除上述以外,脂肪酶在生產(chǎn)生物柴油、生產(chǎn)日化制品、早脂肪酸化學(xué)、嗜酸耐熱菌種鑒定等多個方面具有不同程度的應(yīng)用,隨著酶品種的開發(fā),酶固定化技術(shù)的研究以及相應(yīng)生物反應(yīng)器的使用,脂肪酶在眾多領(lǐng)域的應(yīng)用將更快捷,具有廣闊的前景。
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關(guān)鍵詞: 污水處理;工藝;回用技術(shù);
中圖分類號:TU992文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A
引言:我國經(jīng)濟(jì)正處于快速發(fā)展時期,各種工業(yè)廢水大量產(chǎn)生。如果一些工業(yè)污水治理凈化不達(dá)標(biāo),就會造成水資源的污染。同時,隨著城市化進(jìn)程不斷加快,人口的不斷增加,也使得生活污水量增長迅速。城市污水處理是環(huán)境工程中的重要環(huán)節(jié),關(guān)系到建設(shè)環(huán)境友好型社會的進(jìn)程,關(guān)系到生態(tài)文明建設(shè)的步伐。受多種因素影響,我國城市污水處理形勢嚴(yán)峻,污水處理效果差,難以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn),在處理過程中又產(chǎn)生了噪聲、臭味的污染。因此,加強(qiáng)城市污水處理研究,對加快環(huán)境質(zhì)量改善和提高居民生活水平,有著十分重要的現(xiàn)實意義和生態(tài)效益。
一.城市污水處理影響因素
1.城市污水管網(wǎng)是城市污水處理系統(tǒng)中的重要組成部分。在新建地區(qū)排水系統(tǒng)一般采用分流制,根據(jù)當(dāng)?shù)匾?guī)劃的實施情況和經(jīng)濟(jì)情況分期建設(shè)?,F(xiàn)有合流制排水系統(tǒng)按照規(guī)劃的要求實現(xiàn)雨污分流改造,這樣不僅可以控制初期雨水污染,而且能有效減少由于雨水量過大造成的溢流。在降雨量較低的干旱地區(qū),可以考慮使用合流制排水系統(tǒng)。截流倍數(shù)較大時,會使截流干管、提升泵站以及污水廠的造價增加,同時造成進(jìn)入污水廠的污水水質(zhì)和水量在晴天和雨天時的差別很大,給運轉(zhuǎn)管理帶來較大的困難。因此,在污水處理廠工藝設(shè)計和設(shè)計參數(shù)的選擇上,應(yīng)對該水量、水質(zhì)變化進(jìn)行科學(xué)的分析和校核,并對各處理單元和關(guān)鍵工藝參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測和控制,確保出水水質(zhì)的合格。
2.在污水處理的過程中,會產(chǎn)生大量的污泥,其數(shù)量約占處理水量的3‰~5‰左右,是水處理工程中不可避免的副產(chǎn)物,而這些污泥中含有寄生蟲、病原體、重金屬等有毒有害物質(zhì),如若沒有得到科學(xué)化處理,甚至是隨意丟棄,勢必會對環(huán)境造成嚴(yán)重的二次污染,因此對污泥減量化,穩(wěn)定化,無害化處理處置是整個水處理系統(tǒng)不可缺少的環(huán)節(jié)。
3.污水處理廠的臭氣也會對環(huán)境造成二次污染。嚴(yán)重的氣味,不僅影響操作人員的健康,也給周圍的居民帶來環(huán)境污染。因此,應(yīng)根據(jù)環(huán)境影響評價的要求采取合理有效的除臭措施。例如:新建污水處理廠應(yīng)對污泥濃縮池、儲泥池、脫水機(jī)房、污泥儲運間采取封閉措施,通過補(bǔ)風(fēng)抽氣并送到除臭系統(tǒng)進(jìn)行除臭處理,達(dá)標(biāo)排放。
二.污水處理技術(shù)分析
從環(huán)境保護(hù)的角度出發(fā),污水處理廠工藝選擇應(yīng)采用資源利用率高、污染物產(chǎn)生量少、有利于綜合利用、能夠達(dá)到城市水污染控制目標(biāo)的清潔生產(chǎn)工藝。污水處理廠清潔生產(chǎn)的量化指標(biāo)包括處理單位水量占地面積、處理單位水量能耗(包括電、燃煤或燃?xì)?、燃油、蒸汽、壓縮空氣)、自用水率、污泥產(chǎn)生率等。
1.生物膜法
生物膜法是利用附著生長于某些固體物表面的微生物(即生物膜)進(jìn)行有機(jī)污水處理的方法。生物膜法包括生物接觸氧化法、生物轉(zhuǎn)盤、生物濾池(普通生物濾池、高負(fù)荷生物濾池、塔式生物濾池)等。
生物膜法的優(yōu)點是不產(chǎn)生污泥膨脹,產(chǎn)生的污泥量較少,抗沖擊負(fù)荷的能力較強(qiáng),運行管理較方便。缺點是處理后的水較渾濁,有機(jī)物去除率較低,需要較多的填料和填料支承結(jié)構(gòu)。
2.氧化溝工藝
氧化溝工藝是活性污泥法的變形工藝,溝中的微生物以廢水中的有機(jī)物為食物,并使之無機(jī)化。在氧化溝系統(tǒng)中,通過轉(zhuǎn)刷(轉(zhuǎn)盤或其他曝氣設(shè)備),使泥水混合物在環(huán)狀的渠內(nèi)循環(huán)流動,依靠轉(zhuǎn)刷推動廢水混合液流動并進(jìn)行曝氣。其基本特征是跑道型循環(huán)混合式曝氣池。氧化溝工藝具有工藝流程簡單,可以不設(shè)初沉池,污泥平均停留時間較長,剩余污泥量少,且剩余污泥在溝內(nèi)已經(jīng)得到一定程度穩(wěn)定,可不設(shè)污泥消化裝置;處理效果穩(wěn)定,出水水質(zhì)好;基建和運行費用低等特點。
3.污水的回用工藝
城市污水處理應(yīng)考慮與污水資源化目標(biāo)相結(jié)合,在城市污水處理過程中,經(jīng)處理達(dá)標(biāo)的污水可作為城市第二水資源回用于工業(yè)及市政清掃綠化,是解決水資源緊缺的一條有效途徑。在考慮污水處理廠規(guī)劃建設(shè)時,宜同步規(guī)劃污水回用工程的建設(shè)。在進(jìn)行污水回用工程評價時,需對回用污水用途做出分析,探究污水回用的可行性,并預(yù)測在污水回用過程中可能會出現(xiàn)的環(huán)境問題。城市污水處理過程中,污水回用的途徑是多方面的,大致可分為農(nóng)業(yè)用水(包括林、牧、漁業(yè))、城市雜用水、工業(yè)用水、環(huán)境用水和補(bǔ)充水源水。目前最先進(jìn)的處理工藝是采用膜技術(shù),如MBR工藝,MBR技術(shù)是國際上新興并迅速發(fā)展的一項水處理技術(shù),其特點是將膜分離技術(shù)與生物技術(shù)進(jìn)行了高效有機(jī)的結(jié)合,是用膜分離取代二沉池的沉淀分離。由于膜分離可以將全部微生物截留在反應(yīng)池中,可使曝氣內(nèi)污泥濃度提高到8000-10000mg/l,效率高、負(fù)荷大,在達(dá)到同樣處理效果的前提下曝氣池體積小,處理時間短,可節(jié)省占地面積。反應(yīng)器內(nèi)污泥齡長,剩余污泥少,運行管理方便。出水水質(zhì)良好且穩(wěn)定,可以直接回用。
三.一體化污水處理技術(shù)在城市污水處理中的應(yīng)用
1.一體化污水處理技術(shù)最重要的兩種類型
1)序批式活性污泥法(SBR)。該工藝是一種按照一定的時間順序間歇式操作的污水生物處理技術(shù),也是一種按間歇曝氣方式來運行的活性污泥污水處理技術(shù),反應(yīng)機(jī)理及去除污染物的機(jī)理與傳統(tǒng)的活性污泥法基本相同,只是運行方式有所不同。SBR按照進(jìn)水、曝氣、沉淀、排水、閑置等五個工序順序進(jìn)行,運行一次為一個周期,周而復(fù)始。可根據(jù)水量水質(zhì)的變化調(diào)整各時間段的時間,或根據(jù)需要調(diào)整或增減處理工序,以保證出水水質(zhì)符合要求。一般不設(shè)初沉池,生物降解和泥水分離在一個反應(yīng)器內(nèi)完成,處理流程短,占地小。
2)間歇式延時循環(huán)曝氣系統(tǒng)(ICEAS)。
該工藝是一種連續(xù)進(jìn)水的改進(jìn)型 SBR工藝,采用連續(xù)進(jìn)水(沉淀期和排水期保持不間斷進(jìn)水)和間歇排水的運行方式,有機(jī)物的降解消化作用、硝化和反硝化作用、除磷、固液分離等均在一個反應(yīng)池中進(jìn)行,無污泥回流和混合液的內(nèi)循環(huán),能耗低。此外,污泥齡長,污泥沉降性能好,剩余污泥少。
2.一體化污水處理技術(shù)的特點
一體化污水處理技術(shù)作為一種新型的污水處理技術(shù),對于我國國情而言,具有獨特的優(yōu)勢。采取中小規(guī)模的治理方式、分散式分布,符合我國人口分布特點和污水排放情況,可以更有效地實現(xiàn)污水的治理效果??傮w而言,一體化污水治理技術(shù)具有如下特點:
1)相對較低的治理成本。一體化污水處理技術(shù)對管網(wǎng)輸送建設(shè)要求不高,在進(jìn)行污水處理時對基礎(chǔ)設(shè)施的硬性要求也比較低,處理構(gòu)筑物設(shè)計簡單,可很方便地進(jìn)行施工,安裝運輸簡單。
2)運用廣泛,安裝方式多樣。一體化污水處理中設(shè)備可以有多種安裝方式,可以安裝于地面,也可以將設(shè)備埋于地下,多種安裝方式大大減少了占地面積,減少了對地表的破壞,減少了對特殊地形地貌的破壞,有助于當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)人文景觀的保護(hù)。
3)較高的污水處理效率。
經(jīng)過實踐檢驗,一體化污水處理工藝對污水可以實現(xiàn)循環(huán)利用,大大降低了污水的排放量。而且,排放出的污水更易達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn),相對于傳統(tǒng)污水處理方法更具技術(shù)優(yōu)勢。
四.結(jié)語
. 社會在前進(jìn),科學(xué)技術(shù)在發(fā)展,客觀環(huán)境也在不斷出現(xiàn)新情況、新問題,因此不僅在政治思想方面要與時俱進(jìn),科學(xué)技術(shù)也要與時俱進(jìn),不斷調(diào)整,不斷翻新,不斷前進(jìn)。污水處理工藝是環(huán)境建設(shè)重要技術(shù),應(yīng)十分重視規(guī)劃建設(shè)的合理性,切實做好環(huán)境影響評價,防止項目可能造成的二次污染和帶來的環(huán)境破壞,真正發(fā)揮其改善城市環(huán)境的作用。我們要不斷提高和完善污水處理技術(shù),研究開發(fā)行之有效的工藝技術(shù),從而達(dá)到水資源循環(huán)利用的目的。 參考文獻(xiàn):
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【關(guān)鍵詞】新課程;課堂教學(xué);教學(xué)策略;有效性
高中生物新課程改革已在全國各個省市陸續(xù)推行。多數(shù)高中生物教師已經(jīng)開始接觸新課程的理念并努力在教學(xué)實踐中加以應(yīng)用,使生物課堂發(fā)生了一些可喜的變化。但在使用新教材的過程中也出現(xiàn)了不少的問題,比如明顯感到課時不夠,教師對教材內(nèi)容的變化不適應(yīng),對知識體系安排的不認(rèn)同,探究式教學(xué)開展難度大,新課程的評價方式與高考的目標(biāo)不一致等,最終導(dǎo)致教師教的累,學(xué)生學(xué)的苦,但學(xué)生卻沒有得到真正有效的發(fā)展。為了解決這些問題,探討和研究新課程背景下課堂教學(xué)有效性就顯得十分迫切與必要。
1. 課堂教學(xué)有效性的含義
教學(xué)的主陣地是課堂,有效教學(xué)的關(guān)鍵在于課堂教學(xué)的有效性,課堂教學(xué)有效性的核心就是課堂教學(xué)的效益,主要是指通過教師一段時間的課堂教學(xué)之后,學(xué)生獲得了具體進(jìn)步或發(fā)展。也就是說,學(xué)生有無進(jìn)步或發(fā)展是衡量課堂教學(xué)有沒有效益的唯一指標(biāo)。課堂教學(xué)有沒有效益,并不是看教師有沒有完成教學(xué)任務(wù)或教得認(rèn)不認(rèn)真、辛不辛苦,而是指學(xué)生有沒有學(xué)到什么或?qū)W生學(xué)得好不好。如果學(xué)生不想學(xué)或?qū)W了沒收獲,即使教師付出再多也是無效教學(xué),同樣,如果學(xué)生學(xué)得很辛苦,但沒有得到應(yīng)有的發(fā)展,也是無效或低效教學(xué)。
2. 提高課堂教學(xué)有效性的教學(xué)策略
教學(xué)策略是指教師教學(xué)時有計劃地引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí),從而達(dá)成教學(xué)目標(biāo)所采用的一切方法。它具有技能特性,又具有框架特點,在內(nèi)容構(gòu)成上具有3個層次:第1層次指影響教學(xué)處理的教育理念和價值觀傾向;第2層次是對達(dá)到特定目標(biāo)的教學(xué)方式的一般性規(guī)律的認(rèn)識;第3層次是具體的教學(xué)手段和方法。按教學(xué)活動的進(jìn)程可把教學(xué)分成準(zhǔn)備、實施與評價3個階段,每個階段都有一系列的策略。
2.1 教學(xué)的準(zhǔn)備階段。
做好教學(xué)前的準(zhǔn)備工作是提高教學(xué)有效性的基礎(chǔ),可從以下3個方面著手準(zhǔn)備。
(1)提高教學(xué)目標(biāo)的有效性 教學(xué)目標(biāo)是教師專業(yè)活動的靈魂,也是每堂課的方向,是判斷課堂教學(xué)是否有效的直接依據(jù)。因此,在撰寫教案時,力爭做到以下幾點:一是要有具體、明確、可操作性的教學(xué)目標(biāo),在確定知識目標(biāo)的同時還應(yīng)該充分關(guān)注到能力和情感態(tài)度價值觀等這些相對隱性的目標(biāo),才能符合新課程的理念。二是確定教學(xué)目標(biāo)時要給予學(xué)生足夠的信息量,同時要層次分明,突出重點,對知識的把握上要注意“三講”和“三不講”?!叭v”是指:只講容易混淆的知識,只講容易錯誤的知識和只講容易遺漏的知識;“三不講”是指:不講學(xué)生已會的知識,不講學(xué)生能自己學(xué)會的知識和不講學(xué)生怎么也學(xué)不會的知識。三是要厘清教材中事實性材料,概念,原理等知識的關(guān)系,在教學(xué)中要區(qū)別對待。
(2)提高備課工作的有效性 在備課過程中首先要做到整體備課,就是要理清某一節(jié)內(nèi)容在該模塊和章節(jié)中的地位和作用,并依據(jù)課標(biāo)把握教學(xué)尺度,特別是當(dāng)教師的教學(xué)理念與教材的編寫形式不統(tǒng)一時,應(yīng)更多關(guān)注課標(biāo)對該知識的要求,而不能過分依賴原有教學(xué)經(jīng)驗和知識標(biāo)準(zhǔn),否則會加重學(xué)生的負(fù)擔(dān)。其次根據(jù)具體的內(nèi)容在教學(xué)方法的選擇上要有所側(cè)重,比如《減數(shù)分裂》、《受精作用》采用的主要方法是演示觀察——理性分析——形成概念,《生物的進(jìn)化》采用的主要方法是資料分析和自主學(xué)習(xí)。第三就是借助集體的智慧,開展集體研討群策群力提高備課的質(zhì)量。
(3)提高學(xué)生預(yù)習(xí)的有效性 一是要求學(xué)生在課前進(jìn)行預(yù)習(xí);二是要對學(xué)生的預(yù)習(xí)進(jìn)行方法指導(dǎo)并養(yǎng)成習(xí)慣;三是要對預(yù)習(xí)提出明確的目標(biāo)要求,對有些較難的章節(jié)采取運用學(xué)案的方法進(jìn)行有效預(yù)習(xí)。
需要強(qiáng)調(diào)的是,教學(xué)準(zhǔn)備后的實施階段也不能呆板地貫徹計劃,而是要根據(jù)課堂實際情景、班上學(xué)生的現(xiàn)場反應(yīng)發(fā)揮教學(xué)機(jī)智進(jìn)行適時調(diào)整。
2.2 教學(xué)的實施階段。
(1)創(chuàng)設(shè)問題情境,引發(fā)學(xué)生的參與心理。在課堂教學(xué)中,教師要把教學(xué)過程變成學(xué)生發(fā)現(xiàn)知識的過程,而不是簡單獲取知識的過程。在生物教學(xué)中,教師必須創(chuàng)設(shè)有吸引力的問題情境,所謂問題情境是指學(xué)生利用已有知識不能解決問題時出現(xiàn),在教學(xué)中教師需創(chuàng)設(shè)有吸引力的問題情境,引發(fā)學(xué)生的參與心理,激發(fā)學(xué)生思維,使學(xué)生真正融入到學(xué)習(xí)活動之中。比如對于《光能利用率》和《光合作用效率》這兩個概念的教學(xué),如果直接講解學(xué)生就會對兩者理解不夠深入,在講解之前,如果教師提出一個問題“假如你有一塊土地,你有什么辦法能讓這塊土地的收成更多?”那學(xué)生會很感興趣,很快進(jìn)入這個問題并展開討論,提出各種措施,如施肥、密植、間作等等,然后教師再引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行歸納,哪些措施是提高的光能利用率,哪些措施是提高光合作用效率,這樣學(xué)生就能清楚的知道這兩個概念的區(qū)別聯(lián)系了。同時高中生物新課程的每一節(jié)內(nèi)容都有一個“問題探討”, 我們也可以很好利用以此來引入新課??傊趯嶋H教學(xué)中,都要盡量根據(jù)學(xué)生已有的知識、生活經(jīng)驗、心理特點來創(chuàng)設(shè)問題情境才能達(dá)到好的教學(xué)效果。
(2)課堂提問是實現(xiàn)課堂教學(xué)有效性的重要途徑。課堂教學(xué)離不開教師的提問,問題是學(xué)生探究生命現(xiàn)象和生物學(xué)過程的出發(fā)點,問題往往是教師提出、暗示或預(yù)先設(shè)計的,即便是學(xué)生自己提出的問題,多數(shù)情況下也是根據(jù)教師的教學(xué)設(shè)計逐步發(fā)現(xiàn)矛盾進(jìn)而提出的,還有一部分問題來源于教材,這都是教師用于教學(xué)的重要材料。而問題的有效創(chuàng)設(shè),是突破教學(xué)難點的最有效策略。對問題的有效設(shè)置應(yīng)該注意以下幾點:第一是對問題的指向性越具體,對學(xué)生的思考就越明確,教學(xué)效果就越好,比如進(jìn)行實驗《探究不同溫度和PH值對酶活性的影響》時,學(xué)生寫實驗方案會出現(xiàn)困難,此時需以問題串的形式來提示:“本實驗的變量是什么?用什么方法控制變量?對照組怎樣設(shè)置?探究PH影響,設(shè)定哪些數(shù)值?如何設(shè)定?探究溫度影響,設(shè)定哪些數(shù)值?如何設(shè)定?”。第二是問題應(yīng)該簡要綜合,讓學(xué)生的思考有必要。第三是多用“為什么、有哪些、怎么樣”等具有挑戰(zhàn)性的文字創(chuàng)設(shè)問題,能更有效地激發(fā)學(xué)生參與討論和學(xué)習(xí)。
其實,教師提問的關(guān)鍵在于思考性,并對全班學(xué)生要有吸引力,讓學(xué)生在課堂上都能開動腦筋,積極去思考問題、鉆研問題,從而且促進(jìn)思維能力的發(fā)展,千萬不要追求表面上、形式上的活躍。
(3)有效教學(xué)需要優(yōu)化教學(xué)方法。教學(xué)方法是實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的途徑,有效教學(xué)需要有效的教學(xué)方法來實現(xiàn)。但是,每種教學(xué)方法既有優(yōu)點又有缺點,某種教學(xué)方法有效地解決了某些問題,但解決另一問題則無效。例如,以探究活動為主的引導(dǎo)發(fā)現(xiàn)法,在啟發(fā)學(xué)生思維、培養(yǎng)學(xué)生能力、形成科學(xué)思想和方法等方面有優(yōu)勢,但難以保證學(xué)生在短時間獲得最多的知識,而且對于陳述性的知識,也沒有探究的必要;討論法具有多向信息交流、針對性強(qiáng)、便于調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)主動性的特點,但往往使知識缺少系統(tǒng)性;自學(xué)輔導(dǎo)法,有利于學(xué)生獨立活動,有利于培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力,但只適合于較簡單的學(xué)習(xí)內(nèi)容;而講解法雖然具有信息量大、系統(tǒng)、邏輯性強(qiáng)的優(yōu)點(這些優(yōu)點是其他方法所不及的,對于知識接受為主要目標(biāo)的課型,講解法也是高效的),但不利于調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性……總之,教學(xué)目標(biāo)的多重性、教學(xué)系統(tǒng)本身的復(fù)雜性、教學(xué)客觀條件的千差萬別和千變?nèi)f化,使得我們不可能找到適合于一切教學(xué)環(huán)境,符合每一特定教學(xué)情境的教學(xué)公式,一種方法的優(yōu)點,可能恰恰是另一方法的不足所在。因此,要提高課堂教學(xué)有效性,就必須發(fā)揮每一種教學(xué)方法的優(yōu)勢,克服其劣勢,實現(xiàn)教學(xué)方法的優(yōu)化與組合,使各種方法優(yōu)勢互補(bǔ),長短相濟(jì),立體結(jié)合。
例如,對于伴性遺傳的學(xué)習(xí),可以有兩種基本的方法:一是先給出學(xué)生伴性遺傳的具體實例,讓學(xué)生結(jié)合遺傳規(guī)律的相關(guān)知識,分析其可能的原因,揭示其本質(zhì);二是先給出性染色體及性染色體上的基因,然后要求學(xué)生分析這些基因是怎樣傳遞,基因的這種傳遞可能使后代的性狀遺傳表現(xiàn)出什么樣的特點和規(guī)律。第一種方法采用的是分析歸納的思路,第二種方法采用的是演繹推理的思路,兩種方法都是科學(xué)研究的重要方法,對學(xué)生能力的發(fā)展各有側(cè)重。因此,有效教學(xué)應(yīng)該是各種教學(xué)方法的優(yōu)化與有效組合,必須與特定的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教師個性特點以及具體的教學(xué)環(huán)境相適合。
有效的教學(xué)方法還應(yīng)該激發(fā)學(xué)生思維的積極參與。學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體,不論采用什么教學(xué)方法,都應(yīng)該有學(xué)生積極主動的參與。在教學(xué)過程中我們還要善用某些案例、學(xué)生解題過程中出現(xiàn)的錯誤和有難度梯度的練習(xí)等來激發(fā)學(xué)生的主動參與。
(4)有效教學(xué)需要合理使用教學(xué)手段。在教學(xué)過程中我們還應(yīng)該利用多種演示手段。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)代化教學(xué)手段已走進(jìn)課堂,與傳統(tǒng)教學(xué)相比這些手段使得宏觀與微觀、靜態(tài)與動態(tài)、抽象與直觀能夠輕易地實現(xiàn)相互轉(zhuǎn)化,通過聲音、圖畫、視頻等多種刺激,調(diào)動學(xué)生的多種感覺器官,具有直觀形象,動態(tài)交互,可重復(fù)等特點,對課堂教學(xué)有效性的落實起到了積極的作用。例如細(xì)胞分裂、蛋白質(zhì)合成等微觀世界的生命活動,基因工程、克隆等生物技術(shù),借助于多媒體的手段,可使這些生物學(xué)過程直觀明了。多媒體教學(xué)手段優(yōu)勢明顯,如果單一使用或使用不當(dāng)也有弊端,比如增加了備課量,操作比較機(jī)械,不能隨機(jī)生成,也不便教師的臨場發(fā)揮,而且在某種程度上阻塞了學(xué)生的想象空間,不利于培養(yǎng)學(xué)生的形象思維,信息量過大也容易形成信息污染,影響教學(xué)效果,不能實現(xiàn)課堂教學(xué)的有效性。因此對教學(xué)手段的確定應(yīng)該根據(jù)教學(xué)目標(biāo)合理選擇,教師都絕不能脫離教材內(nèi)容和學(xué)生實際,想當(dāng)然地使用某種教學(xué)手段,而不計成本不計后果,落入形式主義的泥淖。能用傳統(tǒng)教學(xué)手段解決的,能利用語言講清講透的,就不一定非用多媒體手段。搞形式主義,只會使課堂教學(xué)變成各種電教手段的演示會。真正的課堂教學(xué),負(fù)責(zé)任的課堂教學(xué),一切要以教學(xué)效果為準(zhǔn)繩,充分發(fā)揮傳統(tǒng)教學(xué)手段和多媒體教學(xué)手段各自的優(yōu)勢,力避兩種教學(xué)手段的不足,只有這樣,才能真正實現(xiàn)多媒體教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)手段的優(yōu)勢互補(bǔ),只有合理使用各種教學(xué)手段,才能使課堂教學(xué)發(fā)揮出最大的整體效益。
教學(xué)手段的合理使用還要把握好使用的時機(jī)。例如,對于一些生理過程的教學(xué),如果我們一開始就出示動畫進(jìn)行講解,對于學(xué)生的理解來說無疑是高效的,但學(xué)生同時也就失去了抽象思維的過程和機(jī)會。對于實驗性的內(nèi)容,如果我們一開始就將操作過程及結(jié)果進(jìn)行清晰的展示,這對實驗的順利完成無疑是十分有幫助的,但學(xué)生卻失去了在實驗過程中進(jìn)行嘗試,在觀察結(jié)果中進(jìn)行真?zhèn)伪鎰e的機(jī)會。學(xué)生的實驗也就成了照方抓藥,對實驗結(jié)果的觀察就成了一種形式。
2.3 教學(xué)的評價階段。
如果說教學(xué)準(zhǔn)備和教學(xué)實施是直接影響教學(xué)效益的因素,教學(xué)評價則是通過對前一階段的教學(xué)總結(jié),為提高下一階段的教學(xué)效益打下了基礎(chǔ)。而且評價行為應(yīng)該貫穿整個教學(xué)活動始終,在新課程改革的背景下教學(xué)評價應(yīng)以課程標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù),根據(jù)課程目標(biāo)和教學(xué)目標(biāo)來進(jìn)行。一方面要采取多種途徑對學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)行評價,比如紙筆測驗、實驗操作技能、科學(xué)發(fā)展史的學(xué)習(xí)感悟、專題綜述報告等,但在評價的過程中要客觀、公正、合理,以增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)自信心,提高學(xué)習(xí)生物學(xué)的興趣,激發(fā)學(xué)習(xí)的動力;另一方面還有教師的自我評價,主要是進(jìn)行及時有性的教學(xué)反思,總結(jié)出從教學(xué)設(shè)計到教學(xué)實施過程中出現(xiàn)的問題,分析對策,甚至可以進(jìn)行二次備課,以達(dá)到提高教學(xué)有效性的目的。
總之,要提高課堂教學(xué)的有效性,必須牢牢把握好新課程的基本理念,落實好三個維度,不斷改革課堂教學(xué),使全體學(xué)生都獲得一定的進(jìn)步和發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
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[2] 胡明,生物學(xué)教與學(xué)中——教法與學(xué)法的結(jié)合,東南大學(xué)出版社,2002
【關(guān)鍵詞】教學(xué)方法 互動 食用菌生產(chǎn) 運用
【中圖分類號】C41 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1009-9646(2008)08(b)-0030-02
在實施素質(zhì)教育的今天,從培養(yǎng)21世紀(jì)的建設(shè)事業(yè)人才的需要看,教育之目的不單單是傳授學(xué)生知識,更主要的是培養(yǎng)學(xué)生的素質(zhì)和能力。教師是課程的實施者,在教學(xué)中要把培養(yǎng)學(xué)生的素質(zhì)和能力放在首位,并且貫穿于整個教學(xué)活動中。使學(xué)生不僅從理論知識上得到抬升,更要在動手、動腦、收集資料、加工知識等個人綜合素質(zhì)上提高,使他們學(xué)會自我增長知識和生產(chǎn)知識,不斷提高自身的實踐能力和創(chuàng)新能力。可以看出,依靠傳統(tǒng)的教學(xué)方式來達(dá)到既提高學(xué)生的素質(zhì)又提高他們能力的目的是肯定走不通的,社會在變,學(xué)生在變,這就需要教師也發(fā)生改變,并不斷的改革自己的教學(xué)方法,因材而教,因人而教,并且要求教師與學(xué)生之間要充分的交流,師生在教與學(xué)的過程中充分的互動,讓教師教而有其法,學(xué)生學(xué)而得其道。所以,可以想象互動式教學(xué)必將成為高等教育教學(xué)發(fā)展的必然趨勢。所謂互動式教學(xué)是指尊重和確認(rèn)教育者的主體地位,教師和學(xué)生同為教學(xué)的主體,通過教師的引導(dǎo),學(xué)生的參與和適時角色的互換。使教師和學(xué)生在良好的合作中相互影響,相互促進(jìn),共同提高?;邮浇虒W(xué)的一個重要特征就是學(xué)生的參與性。它通過強(qiáng)調(diào)教師和學(xué)生的雙向交流,充分調(diào)動雙方的積極能動性,從而活躍課堂的氣氛,使教學(xué)順利的完成。
食用菌生產(chǎn)是我校一門面向全校的選修課程,每學(xué)年選修的學(xué)生達(dá)400人以上。隨著食用菌產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,近年來,社會對食用菌產(chǎn)業(yè)方面的人才需求非常大,如何為社會培養(yǎng)更多、更好的人才,是擺在食用菌科研教學(xué)人員面前的一項重要課題。多年來,在總學(xué)時減少的情況下,為了保證教學(xué)效果,我們在修訂教學(xué)內(nèi)容的同時,更不斷改進(jìn)教學(xué)方法,所做工作總結(jié)如下:
1 互動式教學(xué)方法運用于食用菌生產(chǎn)課程的必要性
教學(xué)方法是指在教學(xué)中為完成一定的教學(xué)目的、任務(wù)所采取的教學(xué)途徑或教學(xué)程序,是以解決教學(xué)任務(wù)為目的的師生間共同認(rèn)識和實踐的方法體系。傳統(tǒng)教學(xué)中運用最為普遍的一種教學(xué)方法是講授法,特點是通過教師的口頭語言表述、講解、講演等形式系統(tǒng)地向?qū)W生傳授知識的方法。其優(yōu)點是能夠在較短的時間內(nèi),有計劃、有目的地借助各種教學(xué)手段,傳授給學(xué)生較多的有關(guān)各種現(xiàn)象和過程的知識信息,教學(xué)效率相對較高,感染力也較強(qiáng)。但筆者在食用菌生產(chǎn)課程的教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn),講授法的缺點也是很明顯的。
首先,傳統(tǒng)的講授法不能適應(yīng)社會對大學(xué)實用型高級專業(yè)技術(shù)人才需求。高等教育是一種素質(zhì)教育,其培養(yǎng)目標(biāo)是向社會輸送一線的生產(chǎn)和管理人才,所以如果在教學(xué)過程僅僅運用傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)方法,而不注重學(xué)生的實踐能力和動手能力的培養(yǎng),那么將無法實現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo),學(xué)生也將因為既無學(xué)歷又無技能而不能達(dá)到用人單位的要求,使整個教育走入誤區(qū)。
其二,單一的講授法不能切合食用菌生產(chǎn)課程的特點。本門課程是在農(nóng)業(yè)微生物學(xué)、真菌學(xué)、蔬菜學(xué)、發(fā)酵工藝學(xué)、生物技術(shù)等科學(xué)相互交叉滲透而發(fā)展起來的一門新興的綜合性學(xué)科,是一門實踐性很的應(yīng)用學(xué)科,是種植類專業(yè)的一門實用技術(shù)課。本門課程開設(shè)的目的是,通過課程學(xué)習(xí)和實踐,要求學(xué)生能掌握食用菌的基礎(chǔ)理論知識、菌種生產(chǎn)技術(shù)、主要菌類的栽培技術(shù),為日后從事食用菌技術(shù)推廣、應(yīng)用及研究等工作奠定堅實基礎(chǔ)。不僅具備利用所學(xué)原理對生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行實踐及創(chuàng)新的能力,還要有帶領(lǐng)農(nóng)民勞動致富的能力。該門課程的知識和能力結(jié)構(gòu)都具有直觀性和應(yīng)用性,很多知識要點根本無法通過教師的講授和描述表現(xiàn)出來,如果不進(jìn)行教學(xué)方法的改革,不嘗試運用互動式教學(xué)方法,那么原本生動形象的知識,也會讓學(xué)生覺得索然無味。
其三,枯燥的講授法不能調(diào)動學(xué)生對實用性知識的學(xué)習(xí)興趣。由于講授法的信息傳輸方式只是“老師講,學(xué)生聽”,所以過多使用會造成學(xué)生思維和學(xué)習(xí)的被動,難以提起學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,使其感覺枯燥乏味;同時由于此方法主要以語言為媒介,所以無法給學(xué)生直觀的感受和直接的體驗,難以達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。
2 互動式教學(xué)方法的基本形式和特點
互動式教學(xué)方法又稱錯位式教學(xué)法,是西方教學(xué)中很早就推崇的一種方式。它與傳統(tǒng)的以教師為中心的注入式教學(xué)截然不同,在“以學(xué)生發(fā)展為本”的教育思想指導(dǎo)下,實現(xiàn)了以教師為中心的傳統(tǒng)教學(xué)方法向以學(xué)生為中心的現(xiàn)代教學(xué)方法的轉(zhuǎn)變,即由“老師講,學(xué)生聽”的純講授式的教學(xué)形式轉(zhuǎn)變?yōu)椤皫熒仓v,師生同聽”的教學(xué)形式。這種教學(xué)方法主張給學(xué)生更多的獨立思考與親身體驗的機(jī)會,使學(xué)生在親自實踐的過程中,體味接受知識的樂趣和掌握知識的成就感。
2.1 情景演示式
情景演示式是一種直觀性很強(qiáng)的互動教學(xué)形式,教師可以通過各種手段將學(xué)生帶入一定的食用菌生產(chǎn)環(huán)節(jié)中,讓學(xué)生身臨其境地接受知識和進(jìn)行訓(xùn)練。食用菌生產(chǎn)教學(xué)中可借助以下兩種演示方式來達(dá)到教學(xué)目的:一是教師在課堂上通過表情、動作來演示食用菌的部分生產(chǎn)過程,將抽象的理論知識給予直觀地具體反映,啟發(fā)學(xué)生的思維。如講到滅菌、接種、栽培、采菇等環(huán)節(jié)時,教師可先講操作注意事項,然后進(jìn)行示范,讓學(xué)生理解操作技術(shù)的要點所在,再讓學(xué)生親自操作,進(jìn)一步熟悉食用菌生產(chǎn)的操作過程;二是借助錄像、教學(xué)光盤、掛圖等直觀的教具在課堂教學(xué)中進(jìn)行演示,將直觀的知識通過直觀的形式傳授出來,這樣不僅可以激發(fā)學(xué)生興趣,還可以加深記憶,如講到食用菌的形態(tài)以及不同食用菌的栽培時利用此手段可以收到較好的教學(xué)效果。
2.2 案例分析式
案例分析式是一種幫助學(xué)生理解和掌握抽象知識的常用方法,這種方法通常針對與課程內(nèi)容有聯(lián)系的食用菌生產(chǎn)過程讓學(xué)生判斷、分析、說明。一方面可以加深學(xué)生對某一難點和抽象知識的理解,增強(qiáng)學(xué)生的判斷識別能力;另一方面也可以通過對某些棘手的問題的案例分析,讓學(xué)生提出自己的見解或解決方案,增強(qiáng)學(xué)生分析和解決問題的能力。例如在食用菌菌種質(zhì)量的鑒定判斷時,為了讓學(xué)生認(rèn)識到其重要性,可以通過一個由于菌種生產(chǎn)商菌種保藏不當(dāng),購買者鑒定不及時而造成的香菇生產(chǎn)失敗的案例,讓學(xué)生自己判斷分析,進(jìn)而達(dá)到教學(xué)目的。再如,雙孢蘑菇是一種普遍栽培的大宗食用菌,在四川省廣為栽培,同時,生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題也比較多,在講到該部分內(nèi)容的時候,可以借助雙孢蘑菇在生產(chǎn)中出現(xiàn)的成功和失敗兩方面的現(xiàn)實案例,讓學(xué)生體會到食用菌生產(chǎn)中細(xì)節(jié)的重要作用。案例教學(xué)的宗旨不僅是傳授給學(xué)生一定的知識,更重要的是通過引導(dǎo)學(xué)生對各種案例問題的思考和討論,提高其判斷識別能力,并激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性地解決問題的潛能。
2.3 診斷治療式
診斷治療式是指在教學(xué)過程中,當(dāng)發(fā)現(xiàn)學(xué)生存在學(xué)習(xí)困難和出現(xiàn)錯誤時,采用適當(dāng)?shù)姆椒?判斷和查明學(xué)生發(fā)生困難和出現(xiàn)錯誤的根本原因,并有針對性的進(jìn)行補(bǔ)救教學(xué)的一種互動式教學(xué)方法。食用菌生產(chǎn)課程中涉及到的很多知識和技能都是學(xué)生在生活中有所了解而又未必熟練規(guī)范的,如果系統(tǒng)地從每一個知識點講起,不僅會造成課堂時間分配緊張,而且會讓學(xué)生覺得老師在做重復(fù)勞動,難以提起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。比如講到食用菌的遺傳背景時,每位學(xué)生的專業(yè)不一樣,自身基礎(chǔ)也不一樣,對這個知識的理解出現(xiàn)了較大的偏差,統(tǒng)一要求有比較大的難度。在這個時候適當(dāng)?shù)牟捎迷\斷治療式教學(xué)方法。就可以像醫(yī)生治病一樣,先診斷出每個學(xué)生的“病情”,查明每個學(xué)生的“病因”,再對癥下藥,這樣學(xué)生就不會自己放棄,自己拋棄,對學(xué)習(xí)失去興趣。反而可以促使他們更加注重細(xì)節(jié),主動在課余時間查閱相關(guān)資料,加深對這些知識的認(rèn)識理解,積極預(yù)防“疾病”和配合教師“治療”疾病。
2.4 小組討論式
如果說情景演示式、案例分析式和診斷治療式三種互動式教學(xué)方式主要體現(xiàn)的是師生間的互動的話,那么小組討論的形式在某種程度上更能體現(xiàn)學(xué)生和學(xué)生間的互動和交流。此方式主要是在教學(xué)過程中,教師圍繞教學(xué)任務(wù),從學(xué)生實際出發(fā)??礈?zhǔn)時機(jī)拋出問題,采取組織學(xué)生分組討論,或者安排個別學(xué)生自己查閱大量資料,然后形成PPT課件,再在課堂上站在講臺上給同學(xué)們講解,教師在學(xué)生講完后給予點評,從而加深學(xué)生的理解認(rèn)識。食用菌生產(chǎn)課是一門面向全校的公共選修課,由于學(xué)生專業(yè)不一樣,基礎(chǔ)不一樣,往往造成他們對某些知識的迷茫。如在講到種質(zhì)資源多樣性對食用菌品種選育的重要性時,學(xué)生們的認(rèn)識往往不一致,這時可通過先把這個問題放下,安排個別學(xué)生去查閱相關(guān)方面的資料,然后做成課件,用學(xué)生自己的語言在下堂課給大家講解,教師在聽后進(jìn)行點評,也可以讓學(xué)生課堂分組討論。然后各組推薦代表發(fā)言,最后教師概括評點的方式完成教學(xué)。在此過程中,教師可以營造一種民主、寬松、生動、活躍的課堂氛圍,鼓勵學(xué)生主動地去探討問題,提出不同的觀點進(jìn)行爭論,由于學(xué)生看問題的角度不同,對問題的理解也不盡一樣,從而能使學(xué)生更全面地掌握知識。小組討論的互動教學(xué)形式有利于學(xué)生個性的發(fā)展與潛能的發(fā)揮,也便于學(xué)生與學(xué)生之間、教師與學(xué)生之間進(jìn)行交流,可以真正地讓學(xué)生“活”起來,“動”起來。
2.5 強(qiáng)化實踐環(huán)節(jié)
現(xiàn)代素質(zhì)教育不僅要求學(xué)生具有深厚的理論功底,更要求他們具有較強(qiáng)的動手能力。因此在注重傳授學(xué)生各種理論知識的同時,更要注重培養(yǎng)他們的實踐動手能力。實踐教學(xué)是現(xiàn)代素質(zhì)教育的重要環(huán)節(jié),是培養(yǎng)學(xué)生形成職業(yè)能力的重要教學(xué)手段。我校高度重視實踐教學(xué)在人才培養(yǎng)中的重要作用,積極為學(xué)生創(chuàng)造實踐學(xué)習(xí)的機(jī)會和場地。食用菌生產(chǎn)作為一門實踐性很強(qiáng)的課程,近年來,在總學(xué)時減少的情況下,我們降低了授課時數(shù),沒有減少實驗時數(shù)。為了確保食用菌生產(chǎn)的教學(xué)效果,我們努力為學(xué)生在校內(nèi)外創(chuàng)造更多地實踐機(jī)會。在校內(nèi)農(nóng)場建立食用菌教學(xué)科研實踐基地,并在基地開展創(chuàng)業(yè)計劃以及科研興趣小組,鼓勵學(xué)生在校內(nèi)自主創(chuàng)業(yè),為學(xué)生提供必要的生產(chǎn)設(shè)施和設(shè)備,實習(xí)基地提供菌種和材料,要求學(xué)生自己編制預(yù)算,制訂生產(chǎn)計劃,組織生產(chǎn)和銷售,最后寫出生產(chǎn)實習(xí)報告。另外我們利用教學(xué)、科研、科技服務(wù)等形式,先后與雅安草壩香菇場、成都污水處理廠(場)和大邑縣福建蘭田食用菌公司等公司企業(yè)建立起長期聯(lián)系,并以這些廠(場)作為實習(xí)場地,增加了學(xué)生的感性認(rèn)識和生產(chǎn)實際接觸的機(jī)會,增強(qiáng)了理論聯(lián)系實際的能力。
3 互動式教學(xué)方法在實際運用中的體會
3.1 “方法為內(nèi)容服務(wù)”,這是選擇教學(xué)方法的基本原則
互動式教學(xué)盡管有很多優(yōu)點,但是它不能無限制地推廣使用。在食用菌生產(chǎn)教學(xué)中,當(dāng)講授知識性較強(qiáng)的章節(jié)時,就不宜選擇情景演示或案例分析的方法,因為知識性章節(jié)涵蓋的內(nèi)容較多,且理論性較強(qiáng),課堂講授式更能夠體現(xiàn)其邏輯相關(guān)性,更容易使學(xué)生理解相關(guān)的概念和專業(yè)術(shù)語。相反,在講授技能性較強(qiáng)的章節(jié)時,就適宜選擇案例分析、情景模擬或小組討論的方法。所以互動式教學(xué)方法也要因授課內(nèi)容不同而選擇使用。
3.2 互動式教學(xué)對教師提出了更高的要求
在運用互動式教學(xué)方法的實踐中筆者體會到對授課教師來說,一方面,需要不斷提高自身理論修養(yǎng)和教學(xué)水平,提高駕馭課堂的能力。尤其是在備課時,要精心設(shè)計課堂活動的每一個環(huán)節(jié),充分考慮哪種互動形式在何時使用最有影響、最有效力;另一方面,還應(yīng)該具有充分的想象力、創(chuàng)造力和表現(xiàn)力,富有十足的愛心、細(xì)心和耐心,同時還要有號召力、感染力和激情。這樣才能將學(xué)生的興趣和注意力吸引到互動教學(xué)中來;再一個方面是要有豐富的實踐經(jīng)驗。有較強(qiáng)的解決、分析實際問題的能力。如果在小組討論中點評不到位、不深刻、不解渴,缺乏啟發(fā)性,勢必讓學(xué)生失望,打擊他們參與的積極性,進(jìn)而影響教學(xué)效果。綜上,在高等農(nóng)業(yè)院校的食用菌生產(chǎn)的課程教學(xué)中,互動式教學(xué)方法的運用是十分必要的,其最大的特點是實現(xiàn)了課堂教學(xué)重心的轉(zhuǎn)變,學(xué)生變成課堂的主角,而教師的任務(wù)是如何導(dǎo)演一臺精彩的演出。雖然其運用形式多樣而復(fù)雜,但實踐證明,該方法運用的教學(xué)效果是非常明顯的。所以我們教師要不斷提高自身的理論和實踐水平,在教學(xué)中更多運用互動式教學(xué)方法,更好地駕馭課堂,讓學(xué)生在生動活潑、緊湊有序的課堂氛圍中學(xué)習(xí)知識、掌握技能、提高素質(zhì),最終達(dá)到教師教而有其法,學(xué)生學(xué)而得其道的目的。
參考文獻(xiàn)
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