时间：2023-08-16 17:28:10
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇化学在生物中的应用，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
【关键词】化学知识；生物教学；应用；方法
生物教学与化学知识有着密不可分的联系，生物的基本特征是新陈代谢，而新陈代谢又是一个化学反应，因此，化学知识在生物教学中是不可或缺的组成部分，我们可以适当地将化学知识和生物知识结合起来，帮助学生对各类知识进行融会贯通，从而提高学生的学习效果。
一、化学知识与生物教学的联系
（一）生物体中有很多化学元素
在生物教学中，涉及到很多元素，这些元素与化学知识中的元素是相符的，在进行知识点的讲解时，能够将化学元素的特征引入到其中，从而帮助学生更好地掌握生物学知识。例如，在讲到细胞中的碳元素时，教师可以将化学中的碳元素特征引入到教学当中，让学生明确碳元素的存在与细胞特性的关系，也可以将其他物质中的碳元素与细胞中的碳元素含量进行对比，让学生能够加深对知识点的理解。
（二）生物体内有很多化学反应
很多生物现象的产生，都是化学反应的过程，例如光合作用就是叶绿素在光照的作用下与二氧化碳发生化学反应的过程；呼吸作用就是植物体内的叶绿素在光照的作用下产生的有机物与氧气反应产生的效果，在在生物教学中引入化学知识，能够让学生对生物现象的反应过程进行更加深刻的了解，更好地掌握生物的各种特性。
二、化学知识在生物教学中的应用方法
（一）在生物实验方面的应用
在生物教学当中，实验教学是非常重要的部分，能够让学生在实验过程中对教材中的知识亲手进行实验，从而更加深入地对生物知识进行掌握。在很多教学中都存在着“生化不分家”的说法，更加说明了化学知识在生物教学中的重要作用。在很多生物实验中，都需要使用化学器材进行操作，因此酒精灯的使用方法、显微镜的使用方法、量杯的使用方法、漏斗的使用方法等，都成为学生进行生物实验的必备知识。例如，在“绿叶在光下制造淀粉”的实验中，需要利用酒精、碘酒、烧杯等对与光发生反应的叶片进行隔水加热，从而使叶绿素溶解到酒精中，并将溶解完的黄白色叶片滴加碘液，在冲洗之后观察叶片的变化。在这个过程中，学生对基本的化学实验知识进行了学习，并将其应用到生物实验，学习了碘酒、酒精灯、烧杯等，从而能够让学生更好地认识到叶绿素在植物中的作用，并了解绿色在光下制造淀粉的全过程。在讲绿色植物的呼吸作用这节内容时，演示实验引入了二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，二氧化碳不支持燃烧，氧气具有助燃性等化学知识。在讲肺与外界气体交换时，引入了人吸入气体和呼出气体中氧气、二氧化碳含量的对比试验。这也是化学知识在生物实验教学中的应用。
（二）在生物理论教学中的应用
由于生物与化学在很多方面有类似的元素、类似的反应，因此在生物理论教学当中，一些较为抽象的问题可以适当加入化学知识，使学生能够更快地以化学思维来思考生物教学中的问题，使一些教学难点迎刃而解。例如，在学习光合反应的过程中，教师就可以引导学生，光合作用其实就是一个氧化还原反应，在反应过程中，所有的得失电子总数相等，因此，学生就可以很简单的掌握，如果一摩尔的葡萄糖想要完全氧化，就需要六摩尔的氧气参与，并且如果六摩尔氧气想要还原成为水，则需要二十四摩尔的氢离子。这就说明在有氧呼吸过程的第二阶段必须有6mol水参加反应生成20mol[H]，这样才能保证电子得失的平衡。通过对化学原理的分析，学生们掌握了光合作用的反应过程，从而在遇到相似问题的时候能够更快地进行联想和解答。
（三）化学方程式在其中的应用
细胞中的化学反应式生命特有的一种现象，用现在观点说是基因的选择性表达，是有一定的生物目的，如提供能量、形成某种物质参与机体的构建等，基本上都是有机反应，且都是在常温、常压下进行的酶促反应。而化学反（化学角度）是一种非生命现象的过程，不具有特定的生命目的，且大多数反应条件很苛刻。因此在书写生理反应式时要注意反应的情境，注明反应条件和目的，如以下七个反应是以能量代谢为目的：
光合作用：6CO2+12H2O ――C6H12O6+6H2O+6O2（条件叶绿体、光能）
有氧呼吸：C6H12O6+6O2+6H2O――6CO2+12H2O+能量（条件酶）
无氧呼吸：C6H12O6――2CO2+2C2H5OH+能量（条件酶）
C6H12O6――2C3H6O3+能量（条件酶）
ATP合成（ADP+Pi+能量――ATP+H2O（水可以不用写），（条件酶）
ATP分解 ATP+H2O（水可以不用写） ――ADP+Pi+能量（条件酶）
n（C6H10O6）（淀粉，纤维素）+nH2O――nC6H12O6 （条件酶）
以下三个反应式参与生命的物质组成：
n氨基酸――肽链+（n-1）H2O（条件酶）
n脱氧核苷酸――DNA+（n-2）H2O（条件DNA聚合酶）
n核糖核苷酸――RNA+（n-1）H2O（条件RNA聚合酶）
三、结语
总之，生物与化学之间有着非常密切的联系，但是当前很多教学当中，教师将学科之间的联系完全阻隔，仅仅对本学科的内容进行讲解，不对思维进行扩散，从而影响了学生发展自己的学习能力，培养自己的探索精神。作为教师，我们应认识到生物与化学在学科上的交叉之处，并积极对其共同点进行融合和发扬，在生物教学中对化学知识进行渗透，从而使学生在学习过程中善于对各类只是进行运用，实现思维的发散，从而有效提高生物教学的效果，促进学生全面发展。
参考文献：
[1]吴伟健，桂新春，颜冰楠. 讲授法在生物化学教学应用中的思考[J]. 广东职业技术教育与研究，2016，（04）：117-119.
[2]任君. CAI在高中生物与化学交叉知识教学中的应用及效果研究[D].内蒙古师范大学，2014.
[3]许红艳. 案例教学法在医学生物化学教学中的应用和探讨[J]. 中国医药导报，2011，（27）：109-110.
关键词 植物修复；污染底泥；重金属
中图分类号 X53 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2013）02-0224-03
沉积物是许多水生生物，特别是底栖生物赖以生存和生长的环境，由于底栖生物大都具有富集污染物质的功能。因此，沉积物质量的好坏直接影响底栖生物的质量和人体健康。由于人类的活动，在过去的几十年里，沉积物被各种有机和无机污染物污染。发达国家在水质改善方面取得了相当的成功以后，对水体中的沉积物污染控制仍不乐观[1]。马德毅等[2]于1998—1999年对中国主要河口沉积物采样，分析了其Hg、Cd、Pb、As的含量，并作了河口的潜在生态风险评价，指出辽河口Cd具有较高潜在生态风险，珠江口海域沉积物中As污染的问题比较突出，长江口和鸭绿江口的沉积物质量具有潜在的生态风险。
沉积物既是污染物的载体，同时也是潜在的污染源。当海水中的污染物浓度大于沉积物间隙水中的浓度，污染物就会在沉积物中富集。沉积物与上覆水之间不停地进行着物质交换，污染物质就不能永远停留在沉积物中。随着物理化学特性变化和水动力条件的改变，沉积物中的污染物会大量向水体中释放，使水质不断恶化，导致水体的二次污染，沉积物污染现在受到越来越多的关注。
1 沉积物污染控制技术
1.1 原地处理技术
原地处理技术是在原地利用物理化学或生物的方法减少受污染底泥的容积，减少污染物的量或降低污染物的溶解度、毒性或迁移性，并减少污染物释放的控制和修复技术。目前，原地处理技术主要有覆盖技术、上覆水充氧技术、底泥氧化技术。
1.2 底泥疏浚
底泥疏浚是通过去除表层污染底泥以达到减少底泥污染物释放的技术措施。对于重金属、有机有毒污染严重的沉积物，疏浚可以永久性地消除沉积物对水质的影响。疏浚在很多情况下是必需的，但是疏浚过程中，容易造成沉积物再悬浮，对水体产生影响。同时，疏浚后的污泥要进行物理、化学或生物处理，防止造成二次污染。
1.3 生物修复技术
生物修复技术是利用生物的代谢活动减少环境中的有毒、有害物质的浓度，并使其降低到安全范围以下。生物修复既可以处理被大面积污染的水体和底泥，又可以对沉积物进行原位生物修复，同时对疏浚后的污泥也可进行生物修复。
1.3.1 微生物修复。微生物修复是对一些微生物经过适应和诱导，使其代谢分解底泥中的有机污染物，从而将这些污染物降解成无害物质，降低或消除重金属的毒性。微生物修复包括投加促生剂、直接投加高效微生物制剂2种技术。底泥中土著微生物在修复过程中速度较慢，对污染物的降解效果较差。向底泥中投加生物促生剂可刺激土著微生物的生长繁殖，加快微生物的代谢速率以及对污染物的降解速率。实际湖泊底泥修复受自然条件影响较大，固定化微生物技术对污染底泥的修复具有应用潜能。微生物对有机污染物的降解受较多因子的影响，主要包括底物本身、微生物种群以及电子受体、营养元素状况等因素。因此，需要进行合理调控。
1.3.2 植物修复。植物修复技术是以植物忍耐和超量积累某种或某些污染物的理论为基础，利用植物及其共存微生物体系清除环境中污染物的一门环境污染治理技术。它是一门新兴的应用技术。植物修复已经对治理金属和有机物污染的沉积物显示出巨大的潜力，因其具有自然、费用低、高效率等优点而被公众所接受。目前，可以用于沉积物中的较为成熟的植物修复技术，可以分为植物萃取技术、植物挥发技术、植物固化技术。①植物萃取。植物萃取技术是指金属积累植物或超级累植物将土壤中的金属提取出来，富集并搬运到植物根部可收割部位和地上茎叶的过程。植物萃取技术实质上是利用植物将土壤中的有毒金属提取出来，转移并富集到植物地上可收割部位，从而减少土壤中污染物的质量。将植物中的碳氧化成二氧化碳，可减少污染物的质量，方便处理，燃烧后的废弃物还可再循环利用。用于萃取技术的植物应具有以下特征：对金属有很高的耐性，在它的可收割部位富集大量的金属，有较高的生长速率，有很高的产量和丰富的根系统。植物萃取分为持续的植物萃取和诱导的植物萃取。前者是指利用超级累植物吸收土壤重金属并降低其含量的方法，称为连续的植物修复。连续的植物修复取决于整个生长周期中，植物对重金属的积累、转运以及对高浓度重金属的抵抗能力。因此，超级累植物最适合修复重金属污染的土壤。后者是利用螯合剂来促进普通植物吸收土壤重金属的方法。②植物固化。植物固化又叫植物稳定，是指利用一些植物的根际作用，对污染物进行吸收、沉淀或还原，降低重金属的活动性以及生物有效性，并将重金属转变为低毒性形态，固定在植物和根际土壤中，降低了重金属对环境和人体健康的风险。该技术降低污染物的迁移活化性，通过种植的植被，减少污染物的淋滤作用，避免污染物因地表径流作用引起的扩散。固化技术并不是将污染物彻底清除，只是将污染物暂时固定，所以没有从根本上解决污染问题 。植物固定技术适合被污染的土壤和沉积物，它降低了被污染的土壤因没有或缺少植被所产生的风险，保护了污染土壤和沉积物不受风蚀、水蚀，减少重金属渗漏，从而污染地下水，避免重金属的迁移污染周围环境。③植物挥发。植物挥发技术是利用植物根系分泌的一些特殊物质或微生物将土壤中的污染物吸收和转化，以挥发状态排出植物体外，从而去除土壤重金属污染。植物挥发要求污染物被转化后的毒性要小于转化前的污染物质，以减轻对环境的危害。
2 沉积物中重金属植物修复技术的应用
在生物学上，重金属是指汞、铬、铅及类金属砷等生物毒性显著的重金属。有一些重金属不是植物生长必需的元素，例如As、Cd、Hg、Pb、Se等。而一些其他的元素如Co、Cu、Fe、Mn、Mo、Ni、Zn等是植物正常生长和代谢的必需元素，但是一旦超过临界值，也会对植物产生毒害作用[3]。底泥中，金属可以与不同载体相结合，以多种形态存在，大致有可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机物结合态和金属残片等，不同形态的重金属具有不同的生物有效性。底泥中的重金属毒性主要取决于重金属的形态。例如，Hg污染的沉积物对生态系统和人类健康存在严重威胁，无机Hg自身含有毒性，而且它们还可能转换成甲基汞，甲基汞的毒性比无机汞更大。甲基汞是一种神经毒素，可以在更高的营养剂中生物放大，这增加了危害人类的风险。
一些学者认为，树木可能是用于植物修复的成本最低的植物类型。在所有植物中，树木拥有最庞大的根系，这些根系可以穿透数米的土壤，这一点远远超过了其他草本植物。柳树被认为是一种高效的植物过滤器，而且生长速度较快。近年来，柳树被种植在一些重金属污染的土地上。Vandecasteele et al[4]将柳树和西洋接骨木种植在重金属污染的疏浚底泥上，生长在重金属污染的疏浚底泥上的柳树叶片基质中含有高浓度的Cd和Zn（Cd>6.6 mg /kg DW，Zn>700 mg/kg DW），而在接骨木中则没有出现这种情况。Mertens et al[5]在田间条件下，在重金属污染的疏浚底泥上种植S.fragilis L.和S.triandra L.，评估了季节性变化和种植时间的改变对金属去除效率的影响。Bedella et al[6]在温室条件下进行了209 d的研究，在污染的疏浚底泥上种植白柳，研究白柳的生长和对重金属的吸收。研究结束时，白柳地上部分已经长到80～117 cm。在第70、112、209天，植物的根、茎、叶中已经积累了Cd和Zn，尤其是树叶中更多。该研究表明，白柳可以在试验条件下在污染底泥上生长，生物积累Zn和Cd，这些研究结果更表明了白柳从污染的疏浚沉积物中萃取Zn、Cd的潜力。
不同的金属元素在植物的不同组织富集。Cu、Cr、Pb、Fe、Mn和Ni主要富集在植物的根部，Zn和Cr主要在叶片富集。Kumar et al[7]的研究解释了金属从非生物环境（沉积物）向生物环境（水生植物）的传输机制和它们在各个部位的累积情况。传输机制和积累模式可以描述如下：沉积物>根系统>茎系统>叶系统。
除了柳树，其他树木对重金属也有一定的富集作用。Mertens et al[8]研究了5种树木植物萃取和植物稳定的限制条件和可能性。这5种树木分别是大叶槭、欧洲白蜡木、银白杨、刺槐和欧洲桤木。将它们种植在淤泥上，这些底泥来源于咸水河口，并且有轻微的重金属污染。虽然沉积物中盐度较高，但是树木的存活率还比较令人满意。刺槐和银白杨的增长率最高。其他3种树木存活率高（>90%），但是增长比较迟缓。
周炎武[9]研究表明，红树林对恢复沉积物中重金属有显著影响，红树林恢复促进了Zn、Pb、Cr、Cu、Ni 5种重金属在林下表层沉积物中的累积。红树植物无瓣海桑和桐花树是潮间带沉积物重金属植物稳定的优秀候选者。
树木对沉积物中的重金属吸收效果已经得到了认可，其他一些植物也可以用于修复沉积物中的重金属。李红霞等[10]利用栽培试验研究了黑麦草对排污河道沉积物中重金属的修复作用。王 谦等[11]在自然条件下，采用人工模拟水缸培养方法，研究了湖泊底泥处理对沉水植物伊乐藻生长、叶绿素含量以及Cu、Cd吸收和积累的影响。Almeida et al[12]在一年时间里调查了Scirpus maritimus 和Juncus maritimus对重金属的积累能力，以及每一种植物在沉积物中的理化性质。用原子吸收法测定了沉积物、根际，以及Scirpus maritimus 和Juncus maritimus不同组织中的Al、Cd、Cr、Cu、Fe、Mn、Ni、Pb和Zn的含量。
Arreghini et al[13]研究了Schoenoplectus americanus修复Zn污染的沉积物。试验了2种沉积物，一种来自大的天然堤（LS），另一种是河流冲积的底泥（AS）。前者比后者的有机物和营养盐低，没有Zn，也没有额外添加（风干的沉积物中Zn含量为2 500 μg/g）。这项研究显示，Schoenoplectus ameri-canus在沉积物中对高剂量的Zn有很高的忍耐性，所以Sc-hoenoplectus americanus是植物修复营养丰富的被Zn污染的湿地的合适品种。
重金属富集植物小莎草的独特属性对与植物修复矿场附近被重金属污染的水和沉积物有十分重要的意义。Sakakibara et al[14]为了研究小莎草对水和沉积物中重金属修复的应用性，进行了场地试验。小莎草的枝条中，重金属浓度最高，Cu为20 200 mg/kg，Zn为14 200 mg/kg，As为1 740 mg/kg，Pb为894 mg/kg，Cd为239 mg/kg。Cu、Zn、As、Cd和Pb在枝条中的浓度与土壤中的浓度成对数关系。
植物对重金属的吸收水平有限，通过投加一些特定的添加剂，可以提高重金属在植物中的溶解度和吸收。合成螯合剂、有机酸、无机络合剂等可以显著提高植物对金属的吸收。李红霞等[10]研究发现在盆栽条件下，在疏浚底泥中投加EDTA，结果黑麦草体内积累的重金属数量显著增加。Duarte et al[15]将乙酸、柠檬酸、苹果酸这3种酸用于种植了S.maritima 的沉积物上，在沉积物中和植株各部分检测到了几种重金属（Cd、Zn、Pb、Cu、Cr和Ni）。结果证明乙酸对与植物吸收所有重金属都是最有效的，柠檬酸的效果也不错。植物修复重金属见表2。
3 展望
植物修复技术目前还处于初步阶段，用于污染土壤的植物修复研究较多，而沉积物的植物修复相对较少，而且沉积物的植物修复也比土壤植物修复要复杂。目前，很多沉积物的植物修复试验都是室内模拟和盆栽试验，还有待于在污染区验证植物修复的效果。经济作物和花卉植物也被用于植物修复。随着社会的发展，转基因技术在植物修复方面有着广泛的前景，将来可能会通过转基因得到更多的超级累植物。植物修复在将来会成为一种经济有效、广泛应用的修复沉积物的技术[25]。
4 参考文献
[1] 曲久辉.我国水体复合污染与控制[J].科学对社会的影响，2000（1）：36-40.
[2] 马德毅，王菊英.中国主要河口沉积物污染及潜在生态风险评价[J].中国环境科学，2003，23（5）：521-525.
[3] RASCIOA N，NAVARI-IZZOB F.Heavy metal hyperaccumulating plants：how and why do they do it？ And what makes them so interesting？[J].Plant Science，2011，180（2）：169-181.
[4] VANDECASTEELE B，MEERS E，VERVAEKE P，et al.Growth and trace metal accumulation of two salix clones on sediment-derived soils with increasing contamination levels[J].Chemosphere，2005，58（8）：995-1002.
[5] MERTENS J，VAEKE P，MEERS E，et al.Seasonal changes of metals in willow（Salix sp.）stands for phytoremediation on dredged sediment[J].Environ Sci Technol，2006，40（3）：1962-1968.
[6] BEDELLA J P，CAPILLA X，GIRY C，et al.Distribution，movement and availability of Cd and Zn in a dredged sediment cultivated with Salix alba[J].Environmental and Experimental Botany，2009，67（2）：403-414.
[7] KUMAR N，HIREN S，RITA N K，et al.Macrophytes in phyteremediation of heavy metal contaminated water and sediments in Pariyej community reserve，Gujarat，India[J].Turkish Journal of Fisheries and Aquaic Scien-ces，2008，8（2）：193-200.
[8] MERTENS J，VERVAEKEA P，SCHRIJVERA A D，et al.Metal uptake by young trees from dredged brackish sediment：limitations and possibilities for phytoextraction and Phytostabilisation[J].Science of the Total Enviro-nment，2004，326（1-3）：209-215.
[9] 周炎武.红树林回复对沉积物中重金属分布、累积及形态的影响[D].广州：中山大学，2010.
[10] 李红霞，赵新华，马伟芳，等.排污河道沉积物中重金属的植物修复[J].吉林农业大学学报，2008，30（3）：324-327.
[11] 王谦，成水平，李柱，等.伊乐藻对Cu、Cd污染底泥修复的应用研究[J].农业环境科学学报，2009，28（8）：1676-1682.
[12] ALMEIDA C，MARISA R，MUCHA A P，et parison of the role of the sea club-rush scirpus maritimus and the sea rish Juncus maritimus in terms of concentration，speciation and bioaccumulation of metals in the estuarine sediment[J].Environmental Pollution，2006，142（11）：151-159.
[13] ARREGHINI S，CABOCHON L D A，FABIRIZIO D I.Phytoremediation of two types of sediment contaminated with Zn by Schoenoplectus ameri-canus[J].International Journal of Phytoremediation，2006，8（3）：223-232.
[14] SAKAKIBARA M，NGUYEN Y O，HA T H，et al.Phytoremediation of heavy metal-contaminated water and sediment by Eleocharis acicularis[J].CLEAN-Soil，Air，Water，2011，39（8）：735-741.
[15] DUARTE B，FREITAS J，CACADOR I.The role of organic acids in assi-sted phytoremediation process of salt marsh sediments[J].Hydrobiologi，2011（674）：169-177.
[16] DUARTE B，CAETANO M，ALMEIDA P R，et al.Accumulation and biological cycling of heavy metal in four salt marsh species，from tagus estuary（portugal）[J].Environmental Pollution，2010，158（5）：1661-1668.
[17] 李红霞，赵新华，马伟芳，等.玉米对受污染河道复合沉积物的修复[J].环境科学，2008，29（3）：709-713.
[18] 赵新华，马伟芳，孙井梅，等.植物修复重金属—有机物复合污染河道疏浚底泥的研究[J].天津大学学报，2005，38（11）：1011-1016.
[19] CAETANO M，VALE C，CES？魣RIO R.Evidence for preferential depths of metal retention in roots of salt marsh plants[J].Science of the total envir-onment，2008，390（2-3）：466-474.
[20] VANDECASTEELE B，SAMYN J，VOS D. B，et al.Effect of tree species choice and mineral capping in a woodland phytostabilisation system：A case-study for calcareous dredged sediment landfills with an oxidised topsoil[J].Ecological Engineering，2008，32（3）：263-272.
[21] CHATTOPADHYAY S，FIMMEN R L，YATES B J，et al.Phytoremediation of mercury-and methyl mercury-contaminated sediment by water hyacinth（Eichhornia crassipes）[J].International Journal of Phytoremediation，2011，14（2）：142-161.
[22] BANUELOS G S，LIN Z-Q，ARROYO I，et al.Selenium volatilization in vegetated agricultural drainage sediment from the San Luis Drain，Central California[J].Chemosphere，2005，60（9）：1203-1213.
[23] MEERS E，VANDECASTEELE B，RUTTENS A，et al.Potential of five willow species（Salix spp.）for phytoextraction of heavy metals[J].Enviro-nmental and Experimental Botany，2007，60（1）：57-68.
【关键词】生物碱技术应用
生物碱(alkaloids)是广泛存在于自然界植物中的一类重要天然活性物质。大多数生物碱具有较复杂的氮杂环结构，显碱性，有生理活性。它的发现始于19世纪初，是人们研究最早且最多的一类天然有机化合物。目前已发现生物碱约6000余种，并且仍以每年约100多种的速度递增。大多数生物碱都具有、抗肿瘤、抗癌、抗炎、抗病毒以及抗血小板凝集、抗心律失常以及抗高血压等心血管疾病的作用，因此，在卫生、医药等领域，它有着巨大的应用潜力。随着生物碱类药品需求的增加。对从大量的含有生物碱的药用植物中提取、分离出生物碱单体的技术提出了更高的要求，探索和筛选高效分离技术成为近年来人们研究的热点。本文通过阐述生物碱提取和纯化技术。进而介绍相关研究的应用。
1、生物碱传统提取技术
生物碱品质的优劣直接受其提取方法影响。传统上，提取生物碱方法有许多种，如煎煮、浸渍、渗漉、回流等方法。以煎煮法为例，煎煮法是我国最早使用的传统的浸出方法，适用于易溶于水的生物碱的提取。直火加热时最好时常搅拌，以免局部药材受热太高，容易焦糊。
2、生物碱提取新技术
随着科学技术的发展，针对传统提取过程中存在的溶剂消耗量大、有效成分易破坏、提取效率较低等问题，目前，一些新型的技术已经应用于生物碱提取工艺中。如。微波萃取法、超声波提取法、超临界流体萃取法等，在传统方法的基础上再结合新技术进行提取，大大提高了提取效率，降低了过程能耗，保持了生物碱的品质和活性。
2.1微波萃取法。微波萃取即微波辅助萃取(microwave—assistedextraction，MAE)是用微波的能量加热与样品相接触的溶剂，将所需化合物从样品基体中分离，进入溶剂中的一个过程。1986年，Ganzler等首先报道了微波用于天然产物成分的提取。该技术在中药提取方面所展现出的潜力和应用前景非常值得继续深入研究。与传统的振摇提取法比较，微波法提取物中斯巴丁含量比振摇法高2.0％，而且速度快，溶剂消耗量也大大减少。
2.2超声波提取法。超声波是一种高频机械波，频率为15～60kHz的超声波被用于过程强化和引发化学反应。超声波提取法是利用超声波增大物质分子运动频率和速度，增加溶剂穿透力，提高药物溶出速度和溶出次数，缩短提取时间的浸取方法。超声波在有机物降解和天然药物的有效成分提取等方面已有了一定的应用。超声波提取速度快、收率高，已被许多中药分析过程选为试样处理的手段。郭孝武等使用超声波辅助浸提黄柏中的小檗碱，可以大大提高小檗碱的提取收率，缩短浸提时间，并且能很好地保持生物碱的特性和品质。
2.3超临界流体萃取法。超临界流体萃取(SCFE)是一种以超临界流体(SCF)代替常规有机溶剂对中草药有效成分进行萃取和分离的新型技术，其原理是利用流体(溶剂)在临界点附近某区域(超临界区)内与待分离混合物中的溶质具有异常相平衡行为和传递性能，且对溶质的溶解度随压力和温度的改变而在相当宽的范围内变动，利用这种SCF作溶剂，可以从多种液态或固态混合物中萃取出待分离组分。
3、生物碱纯化技术
根据生物碱溶解性、极性、成本等因素，生物碱的分离方法可以灵活运用。可采用现代、先进的分离方法，如树脂吸附法、色谱分离等方法。
3.1离子树脂吸附法。离子交换树脂是一类具有离子交换功能的高分子材料。在溶液中它能将本身的离子与溶液中的同号离子进行交换。按交换基团性质的不同，离子交换树脂可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。在生物碱的纯化中一般使用的是阳离子交换树脂。离子交换树脂中的氢离子能与生物碱盐阳离子进行交换。从而与非碱性的化合物分离，再用碱水洗脱得到生物碱。迟玉明等以角蒿总生物碱溶液为对象，以其主要有效成分角蒿酯碱为指标，研究了阳离子交换树脂纯化角蒿总生物碱的方法，包括树脂类型的选择、氨水浓度和乙醇浓度对洗脱效果的影响。实验结果表明强酸性阳离子交换树脂对角蒿生物碱成分的交换能力较强。且被树脂吸附的生物碱成分可用氨性乙醇溶液快速洗脱。
3.2高效液相色谱。高效液相色谱是在经典液相色谱法基础上发展起来的一种新型分离、分析技术。高效液相色谱由于使用了细颗粒、高效率的固定相和均匀填充技术，高效液相色谱法分离效率极高，柱效一般可达每米10块理论板。同时，流动相可选择范围广，它可用多种溶剂作流动相，通过改变流动相组成来改善分离效果。此外，采用了梯度洗脱装置，应用范围广，可用于高沸点、相对分子质量大、热稳定性差、性质和结构类似的生物碱的分离及分析。
3.3分子印迹技术。分子印迹技术是20世纪末出现的一种高选择性分离技术，通过印迹、聚合、去除印迹分子三步制备分子印迹聚合物(MIPs)，以其特定的分离机理而具有极高的选择性，可以作为高度专一的固相萃取材料。刘岚等先合成聚苯乙烯种子，经两步溶胀和超声聚合得到粒度均匀的MIPs，对茶碱有良好的特异吸附性。
4、结语
生物碱是一类具有显著生理活性的含氮有机化合物，许多药用植物中富含生物碱。是中药的重要组部分。生物碱有效成分的分离与纯化是中药开发的难点与关键，新技术的研究与开发能大大提高中药化学成分的收率与质量，节约大量的时间和能源。目前，某些分离纯化技术尚存在一定的局限性，如分离产量低、纯化成本高等问题。特别是一些分离纯化技术尚处在实验室研究阶段。如何将这些新技术应用到生产中，还有许多问题需要解决，更需要研究单位和企业联手，解决生产中遇到的问题。随着科学技术的高速发展，越来越多的高新技术将会运用到生物碱的提取分离研究上。这些高新技术具有传统方法无法比拟的优点。对提高生物碱制剂质量、减少服用剂量、提高生产效率、降低环境污染等将起到积极地推动作用。
参考文献：
关键词：生物农药;类型;应用;存在问题;建议
生物农药是利用生物资源开发的农药。按其来源可分为植物源农药、微生物农药、抗生素和生物化学农药。我国每年需使用化学农药约25万t(以有效成分计),过度使用化学农药导致环境污染、农作物及制成品农药残留、作物病虫害抗性等诸多问题,而生物农药因其具有毒性低、选择性强、高效低残留、不易使害虫产生抗药性等特点,起到了保护农业生态环境的作用,被称之为绿色农药、生态农药。目前,我国实现商品化并取得农药登记的主要生物农药有效成分品种为97个,占总有效成分品种的13.8%;产品近3 100个,占注册登记农药产品的10.2%[1-3]。
1我国生物农药类型及应用情况
1.1植物源农药
从植物中可分离出多种具有杀虫作用的有效成分。萜烯类、生物碱类等物质起抑制昆虫取食和生长发育作用。萜烯类存在于楝树,从川楝、印楝种核中分离出印楝素对多种昆虫有较强的拒食作用,应用于防治小菜蛾、菜青虫、斜纹夜蛾等,被列为无公害农业生产的指定农药品种。生物碱是通常存在于植物体或者动物体中的一类具有碱性的含氮有机化合物,我国目前已有苦参碱、氧化苦参碱、藜芦碱、百部碱、烟碱等取得农药登记用于防治蚜虫、菜青虫、斑潜蝇、矢尖蚧等。除虫菊素提取自菊科菊属除虫菊亚属植物的花中,在20世纪50年代得到开发应用,现已发现6种有效成分能起到触杀作用,主要加工成喷射剂、气雾剂、蚊香用于防治蚊、蝇、蜚蠊等卫生害虫。19世纪中叶我国已用鱼藤根制作杀虫剂,从中提取的鱼藤酮是一种强接触杀虫剂兼具有胃毒作用,残效期短,基本无残留,对作物安全,登记用于防治蚜虫、小菜蛾等。苦皮藤素存在于卫矛南蛇藤属苦皮藤的根部,具有胃毒作用,可用于防治仓储原粮的储粮害虫。
植物中的生物碱、糖苷、各种酚类、香豆精素、特种蛋白质具有杀菌或抗菌活性。大蒜素在植物病害防治中最先得到应用,1958年科学家发现其同系物乙基大蒜素具有杀菌作用,现已制成乳油、可湿性粉剂防治枯萎病、稻瘟病等。我国已经取得登记的植物源杀菌剂还有嘧啶核苷类抗菌素、儿茶素、混合脂肪酸、小檗碱、氨基寡糖素、低聚糖素、几丁聚糖、葡聚烯糖超敏蛋白、苦参碱等。植物源农药在调节植物生长方面也得到应用,如氨基寡糖素加工为水剂或可湿性粉剂用于调节番茄生长和增收,超敏蛋白微粒剂用于烟草、番茄、辣椒等作物调节生长和增加产量。
1.2微生物农药
微生物农药指自然界存在的用于防治病、虫、草、鼠害的真菌、细菌、病毒和原生动物或被遗传修饰的微生物制剂。
苏云金杆菌(Bt)是当今研究最多、用量最大的杀虫细菌。目前Bt制剂广泛用于防治水稻二化螟和稻纵卷叶螟,棉铃虫、森林松毛虫、十字花科蔬菜小菜蛾等。真菌杀虫剂的研发已有近200年历史,目前在病虫防治中显示出良好的应用前景,国际生防组织使用黄绿绿僵菌防治沙漠蝗虫,我国利用白僵菌、绿僵菌等真菌制剂防治松毛虫和玉米螟等的面积达到66.67万hm2以上。病毒杀虫剂主要有核型多角体病毒、颗粒体病毒和质型多角体病毒,昆虫杆状病毒杀虫剂是我国第1个商品化生产的病毒杀虫剂,斜纹夜蛾等蔬菜害虫的多个病毒产品已实现商品化,已取得登记的品种有菜青虫颗粒体病毒、茶尺蠖核型多角体病毒、棉铃虫核型多角体病毒、松毛虫质型多角体病毒、甜菜夜蛾核型多角体病毒、苜蓿银纹夜蛾核型多角体病毒、小菜蛾颗粒体病毒等。
微生物制剂在防治作物病害方面也得到应用,利用枯草芽孢杆菌制成的可湿性粉剂、母药、水剂在生产中用于防治棉花黄萎病、黄瓜白粉病和番茄青枯病等。木霉菌是一种重要的植物病害生防因子,尤其在防治植物病原真菌病害中一直受到极大的关注,主要登记用于植物病害纹枯病、灰霉病的防治和改善作物生长。
1.3农用抗生素
农用抗生素是指由微生物发酵产生、具有农药功能、用于农业上防治病虫草鼠等有害生物的次生代谢产物,一般由其代谢产物中分离得到,有的也可人工合成,易被土壤微生物分解而不污染环境,其对人畜安全,选择性高,发展前景看好。具有杀虫性能的农用抗生素以阿维菌素及其衍生产品甲氨基阿维菌苯甲酸盐、伊维菌素等为代表,能广泛使应用到蔬菜、果树、小麦、棉花等作物虫害的防治,并能与大多数杀虫剂混配使用扩大杀虫谱并提高防治效果和杀虫速度,成为高毒农药的主要替代产品。杀菌剂方面,最早的农用抗生素为链霉素,主要用于防治柑橘溃疡病、黄瓜角斑病等。20世纪70年代开发的井冈霉素至今仍大量用于防治水稻纹枯病、稻曲病。此外,春雷霉素、宁南霉素、四霉素、长川霉素等在防治植物病害方面也得到广泛应用。
1.4生物化学农药
生物化学农药是一类由天然产物提取的物质,是动植物体内所具有的或合成的物质。此类农药主要以昆虫生长调节剂(IGR)为主,通过抑制昆虫生理发育导致害虫死亡的一类药剂,具有毒性低、污染少、对天敌和有益生物影响小的优点。我国最早开发的品种为灭幼脲和除虫脲,防治对象主要为甜菜夜蛾、潜叶蛾、小菜蛾、红蜘蛛等。目前已经商品化并取得农药登记的还有氟虫脲、氟啶脲、抑食肼、杀铃脲等。
植物源生长调节剂是一类重要的生物化学农药,是人工合成的具有天然植物激素活性的微量有机物质,由模拟激素的分子结构合成或合成后经活性筛选得到。我国于20世纪30年代开始应用研究,现在商品化成功的主要有萘乙酸、乙烯利、赤霉素、矮壮素等,在调节作物生产和增产增收方面应用广泛。
2生物农药推广存在的问题
2.1农民使用生物农药、保护环境的意识有待加强
目前,我国农民的整体素质还有待提高,大部分不具备保护环境和农业可持续发展的意识。农民长期以来已经习惯使用化学农药,对生物农药还不够了解,要推广生物农药必须要先提高农民的科学意识和环保意识。
2.2生物农药药效较慢、价格较高
生物农药开发、生产成本较高,与化学农药相比,不具备价格竞争优势。生物农药不具备化学农药用量少、见效快的特点,使用后多数要3～4d才能看到效果,农民一时难以接受。同时,使用生物农药增加了种植成本,而产出的农产品在市场上并没有体现出价格优势,也是农民往往不愿意使用生物农药的主要原因。
2.3农民对生物农药缺乏认识,生物农药使用技术要求较高
操作技术性强、宣传力度不够是生物农药市场受到冷落的主要原因。生物农药的药理效能与化学农药差异较大,使用技术要求比较严格,一些生物农药对施用条件要求较高,如温度、环境湿度、光照等都能影响使用效果,农民在使用过程中需要得到相应的技术指导。
关键词 生物成矿 元素 富集
中图分类号：P611 文献标识码：A
生物作用是地壳表层最活跃、最强大的营力。在自然界，生物作用已被认为是与物理作用和化学作用并列的三大作用之一。它对表生带地壳物质的循环及能量的转换起着重要的作用。早在本世纪初期，B.N.维尔纳茨基就指出生物在地质作用过程中的重要地位，奠定了生物地球化学的基础。1915年C.E.Seebenthal就提出了生物成矿的概念，1926年E.S.Bastin也提出了相同的概念。人们早就知道生物作用可以直接形成可燃有机岩矿产，如煤、石油以及天然气等。这些矿产在世界经济中占有非常重要的地位。它的产量和产值早已经超过了其它非金属和金属的产质量和总值的总和。
1生物成矿作用研究前景
矿产资源和地壳能源是现代化工、农业建设的物质基础。在矿产资源和能源的生产和储量构成中，沉积岩石圈中的数量占有举足轻重的地位。人类所利用的煤炭、石油和天然气几乎全部产于沉积岩石圈。
生物作用作为地球表生带最活跃和强大的地质营力，必然对沉积岩石圈内矿产的形成和改造发生巨大的影响。煤炭、石油和天然气属生物成因，这已经成为科学常识。近一、二十年来，在Fe、Mn、P、Al、Au、U、Cu、Pb、Zn、S等多种化学元素的沉积（和层控）矿床中也发现了大量生物作用的证据。特别值得指出；对世界上已发现的若干大型和超大型矿床的形成，生物起了重要的、甚至是关键性的作用。可以预料，开展生物成矿作用的研究将对沉积矿床学的发展产生巨大的影响，也必将使现有的成矿理论更加丰富和完善。
2生物成矿作用方式
主要反映在生物及其产生的有机质对成矿元素的富集、迁移、沉淀等方面。这种作用可以是直接的，即通过生物活动或生物产生的有机质本身发生作用；也可以是间接的，即生物通过对环境物理化学条件的改变促使成矿元素发生富集、迁移与沉淀。
2.1生物富集成矿元素方式
生物富集成矿元素的方式主要有以下几种：
（1）生物在其生长过程中通过汲取或吸附的方式富集成矿元素，如陆生植物，能以汲取的方式从岩石或土壤中汲取成矿元素，然后输送到茎和叶内生物特别是微生物的新陈代谢可以促使无机化合物发生氧化一还原反变，使成矿元素的价态发生变化，如铁锰氧化细菌，可以使低价的铁、锰变成高价的而沉积，这可能是铁、锰矿床富集的重要原因；
（2）生物对环境物理化学条件的改变，促成成矿元素的富集。生物在呼吸作用、发酵反应及自身活动过程中可以产生各类酸、碱，从而溶离或活化周围沉积物中的成矿元素；
（3）生物死亡后可通过有机质的吸附作用及化学反应富集成矿元素；
（4）有机质使金属还原，沉淀不溶化合物。
2.2生物迁移成矿元素的方式
生物（特别是有机质）对成矿元素的迁移发生重要的影响。其中最常见的一种方式是通过形成可溶性的金属――有机络合物而进行迁移。在密西西比河谷型铅锌矿床的形成过程中，铅、锌可以通过形成醋酸盐或有机硫化物而发生迁移；氰化物作为迁移金属的简单有机配位体，不仅能强烈地、有选择地从岩石中萃取金属元素，而且CN-能与重金属（金、银等）形成稳定性很高的络合物进行迁移。虽然目前还不能准确地、全面地评价矿液中各种金属一有机络合物在矿床形成中所起的作用，但提出了一些指导性的研究方向。如对重要的有机配位体热稳定性的研究、各种地下水和流体包裹体内痕量有机质的分析以及成矿远景的金属―有机络合物在25-200℃温度范围内稳定常数的确定等等。生物迁移成矿元素的另一种可能方式是通过金属-胶体化合物表面形成保护膜的方式，使之易于溶解而发生迁移，金属的迁移过程中就可能包括这种机制。
2.3生物沉淀成矿元素的方式
生物沉淀成矿元素的方式可能有以下几种：
（1）直接沉淀方式：大量吸附Zn、Pb、Cu等元素的甲壳动物表皮脱落后进入沉积物中成矿；铁细菌和需氧硫细菌等微生物可将矿物质吸收并堆积于管细胞内。
（2）附着生长方式：微生物附着于铁、锰结核或叠层石的表皮使之不断生长并沉淀。
（3）生物化学沉淀：生物富集金属后，经过一系列的化学反应，产生络合物等中间产物，再固结到沉积物中。
值得注意的是，生物从对成矿元素的富集、迁移、沉淀到形成矿床之间还存在着一个如何将成矿元素保存在沉积物中的问题。一种可能是通过富集、迁移后的成矿元素在沉积物中形成稳定的化合物而固结，直接形成矿床；另一种可能是被富集、迁移了的成矿元素在固定于沉积物之前被重新解析，再次回到水溶液中，并重新开始新的生物地球化学循环。
3总结
微生物成矿作用在各种矿床的形成中都直接或间接的起作用。尽管微生物成矿理论起步较晚，但发展很快，在短短的几十年中已经取得了巨大的进步，接下来在不断的实验和探索中将微生物成矿应用到找矿和选矿的实践中，这应该有很广阔的发展前景。
参考文献
[1] 李冬玉，黄建华.微生物成矿的研究现状[J].科技信息，2009.
[2] 罗兴，王蔚，文应财.微生物成矿原理及其在矿物加工过程中的利用[J].贵州化工，2007.
[3] 车遥，孙振亚，陈敬中.现代沉积环境中铁的微生物矿化作用[J].高校地质学报，2000.
关键词：湖泊底泥重金属污染物原子吸收法
中图分类号： X-652 文献标识码： A 文章编号：
1.湖泊底泥中重金属的浅易分析
重金属是底泥中一类重要的污染物，由于不容易被微生物降解并易在生物体内富集，应此被公认为环境中具有潜在危险且难治理的重要污染物。当水环境条件改变的时候，底泥中的重金属较为容易的被释放到水体中，造成水质的二次污染。
重金属在沉积物中的存在形式：通过各种途径进入水环境的重金属，绝大部分随物理、化学、生物及物理化学作用的进行，迅速转移到沉积物中或通过悬浮物转移到沉积物中。沉积物中重金属赋存状态及特征为：Pb主要趋向于同Fe/Mn水合氧化物、碳酸盐相结合，Cu主要形成残渣相和有机质相，而Zn易同Fe/Mn水合氧化物、碳酸盐相结合；Pb、Zn以非残渣相为主要成分，Cu以残渣相为主要成分。
从环境污染方面所说的重金属是指：汞、镉、铅、铬以及类金属砷等生物毒性显著的重金属。对人体毒害最大的有5种：铅、汞、铬、 砷、镉。这些重金属在水中不能被分解，人饮用后毒性放大，与水中的其他毒素结合生成毒性更大的有机物或无机物。
重金属对人体的主要危害：
（1）汞：食入后直接沉入肝脏，对大
脑视力神经破坏极大。天然水每升水中含 0.01毫克，就会强烈中毒。含有微量的汞饮用水，长期食用会引起蓄积性中毒。
（2）铬：会造成四肢麻木，精神异常。
（3）镉：导致高血压，引起心血管疾病；破坏骨钙，引起肾功能失调。
（4）铅：是重金属污染中毒性较大的一种，一但进入人体很难排除。直接伤害人的脑细胞，特别是胎儿的神经板，可造成先天大脑沟回浅，智力低下；对老年人造成痴呆、脑死亡等。
这些重金属中任何一种都能引起人的头痛、头晕、失眠、健忘、神经错乱、关节疼痛、结石、癌症（如肝癌、胃癌、肠癌、膀胱癌、乳腺癌、前列腺癌及乌脚病和畸形儿）等；，建议平常注意饮食，不然一旦在体内沉淀会给身体带来很多危害。
2.1 测定原理
火焰原子吸收分光光度法是根据某元素的基态原子对该元素的特征谱线产生选择性吸收来进行测定的分析方法。将试样喷入火焰，被测元素的化合物在火焰中离解形成原子蒸气，由空心阴极灯发射的某元素的特征谱线光辐射通过原子蒸气层时，该元素的基态原子对特征谱线产生选择性吸收。在一定条件下特征谱线光强的变化与试样中被测元素的浓度比例。通过对自由基态原子对选用吸收线吸收度测量，确定试样中该元素的浓度。
2.2仪器及药品
（1）仪器
原子吸收分光光度计（Z-5000）；Cu、Cd、Zn、Pb、Cr和Mn这六个空心阴极灯；电热板；聚四氟乙烯坩埚；容量瓶（100ml）、容量瓶（50ml）；比色管；烧杯。
（2）药品
Zn标准溶液（1000mg/L）；Cu标准溶液（1000 mg/L）；Cd标准溶液（1000 mg/L）；Pb标准溶液（1000 mg/L）；Mn标准溶液（1000 mg/L）；Cr标准溶液（1000 mg/L）；浓盐酸、浓硝酸、氢氟酸、高氯酸；
2.3 测定步骤
样品的采集
（1）样品预处理
将采集的底泥样品中的石子、枝条剔除，然后在阴凉通风处自然风干，用木棒研压至样品颗粒研碎后，过100目尼龙筛，混匀、装袋，低温保存待用。
（3）消解及测定
准确称取0.5g（精确至0.0001g）试样于聚四氟乙烯坩埚中（注：三个断面样品，每个样品做三次平行试验，共9个试样），用少量去离子水湿润后加入10ml盐酸，于电热板上低温加热，使试样初步分解，待蒸发至约3ml左右时取下试样稍冷后5ml硝酸、5ml氢氟酸和3ml高氯酸，加盖，于电热板上中温加热1小时，然后开盖继续加热除硅，并每隔15分钟振荡坩埚，以达到良好的飞硅效果。当加热至冒浓厚高氯酸白烟时，加热分解黑色有机碳化物。待坩埚壁上的黑色有机物消失后，开盖，驱赶白烟并蒸至淡黄色稠状（注：第一次消解不完全，我们又视每个坩埚消解情况加入硝酸、氢氟酸、高氯酸以达到完全消解）。取下坩埚稍冷，每个试样分别加入1ml硝酸和少量蒸馏水，温热溶解可溶性残渣，冷却后全部转移至100ml容量瓶中，定容摇匀。用原子吸收分光光度计（Z-5000）测定每个试样中Cu、Cr、Zn、Pb、Cd、Mn的吸光度
3总结
湖泊沉积物中重金属污染的综合评价沉积物重金属污染的生态风险评价可以为环境规划管理和污染防治等提供依据。重金属污染方向的评价方法较多,如地累积指数法、沉积物富集系数法、次生相与原生相分布比值法、次生相富集系数法、污染负荷指数法、潜在生态风险指数法、回归过量分析法、模糊集理论、脸谱图法以及化学、生态学和毒理学的综合方法等。其中,潜在生态风险指数法充分考虑了重金属的生物毒性与生态风险,应用较广泛。
在受重金属污染的水体中,水相中重金属含量极小、分布的随机性大,随污染排放状况与水力学条件而变化;而沉积物富含有机质、铁锰氧化物及次生粘土矿物,可以吸附水体中的重金属离子,从而致使进入水体中的重金属污染物绝大部分积聚于沉积物中。同时温度、pH值等影响了表层沉积物中不同形态重金属的分解、转化和吸附。研究水体沉积物中重金属的含量及其空间分布可以评价研究区的污染程度、追踪污染物来源、了解污染扩散的范围。
参考文献
[ 1 ]陈静生,周家义.中国水环境重金属研究[M ].北京:中国环境科学出版社, 1992: 51265, 1682170.
关键词重金属;水体;存在形态;迁移规律;污染特征
中图分类号 x520.2 文献标识码a文章编号 1007-5739(2010)01-0269-01
1重金属在水体中的存在形态
1.1存在形态的类型
要分析污染物在水体中的迁移转化规律,首先就要了解污染物在水体中以何种形式存在以及各存在形态之间的关系,对重金属污染物的研究也不例外。汤鸿霄提出“所谓形态,实际上包括价态、化合态、结合态和结构态4个方面,有可能表现出来不同的生物毒性和环境行为”,这里所分析的存在形态主要指重金属在水体中的结合态。水体中重金属存在形态可分为溶解态和颗粒态,即用0.45μm滤膜过滤水样,滤水中的为溶解态(溶解于水中),原水样中未过滤的为颗粒态(包括存在于悬移质中的悬移态及存在于表层沉积物中的沉积态)。用tessier等 [1]提出的逐级化学提取法又可将颗粒态重金属继续划分为以下5种存在形态:一是可交换态,指吸附在悬浮沉积物中的黏土、矿物、有机质或铁锰氢氧物等表面上的重金属;二是碳酸盐结合态,指结合在碳酸盐沉淀上的重金属;三是铁锰水合氧化物结合态,指水体中重金属与水合氧化铁、氧化锰生成结合的部分;四是有机硫化物和硫化物结合态,指颗粒物中的重金属以不同形式进入或包括在有机颗粒上,同有机质发生螯合或生成硫化物;五是残渣态,指重金属存在于石英、黏土、矿物等结晶矿物晶格中的部分。
1.2迁移性质
不同存在形态的重金属在水体中的迁移性质不同。溶解态重金属对人类和水生生态系统的影响最直接,是人们判断水体中重金属污染程度的常用依据之一。颗粒态重金属组成复杂,其形态性质各不相同。可交换态是最不稳定的,只要环境条件变化,极易溶解于水或被其他极性较强的离子交换,是影响水质的重要组成部分;碳酸盐结合态在环境变化,特别是ph值变化时最易重新释放进入水体;铁锰水合氧化物结合态在环境变化时也会部分释放;有机硫化物和硫化物结合态不易被生物吸收,利用较稳定;残渣态最稳定,在相当长的时间内不会释放到水体中。
2迁移规律研究方法
不同存在形态的重金属,从所结合的载体上分离下来的化学条件和难易程度也不同,即稳定性存在差异,因此其对水体造成的污染程度也不相同。不同的重金属污染物在水体中存在形态的分布规律存在差异,可以通过研究它们之间的分布差异以及相互转化过程,研究重金属迁移转化过程,并作为判断其对水体危害的依据。分析沉积物重金属污染问题时,仅认识到重金属的总量是不够的,还需要分析其中的各组分含量和分布规律,进而讨论沉积物中重金属污染物的污染性质、转化机理以及对水体的潜在污染等问题[2,3]。在研究整个水体中重金属污染问题,也常使用该方法分析重金属水相和固相相互迁移的主要形式[4,5],据此得出重金属不同形态在水体中的迁移的动态转换以及最终归宿等。
这种以分析化学为基础研究重金属迁移转换规律的方法,其优点在于能够直观地通过实测结果分析污染情况,不足之处是各种分析方法在技术上还存有明显的缺陷。目前还没有一种方便、有效的重金属形态分析方法,因此寻求灵敏性高、选择性强的分析方法对各种形态进行分离研究还有待进一步探索。
3水体中重金属污染特征
3.1重金属污染的作用机理
重金属污染物为非降解性有毒污染物,进入水体后不仅不能被微生物降解,而且某些重金属在微生物的作用下可转化为金属有机化合物,产生更大的毒性,细菌在甲基汞形成中的作用就是比较典型的例子[6]。重金属元素主要是通过阻碍生物大分子的重要生理功能,取代大分子中的必需元素以改变其活性部位的组成来影响生物体的正常发育和新陈代谢。重金属进入水体后会对整个水生生态系统产生影响,即生态效应,水生动植物体内积累到一定程度时,就会出现受害症状,影响到正常生长,并且也直接或间接地危害到人体健康。
3.2重金属沉积物污染
重金属在水体中迁移的最终归宿是沉降到沉积物中,并有少部分被水生生物吸收蓄积,因此评价水体中重金属污染问题时除分析水相重金属污染物状况外,还需研究沉积物的污染状况。采用从沉积学角度提出的评价分析方法,最常用的如地积累指数法[7]、潜在生态危害指数法[8]以及脸谱图法[9]等。沉积物是地球表面层储存污染物的重要场所,一旦沉积物环境遭到严重的破坏,必然导致生态环境的恶化。因此,重金属污染问题的研究对于沉积物很有意义,同时结合沉积学内容有助于该问题研究的全面性。
3.3不同价态的重金属毒性
由于重金属元素大多属于过渡性元素,因此价态存在形式也多变,易通过氧化还原反应在各种价态之间转化。当水环境条件变化时,各种价态之间相互转化,产生的毒性效
应也就不同。例如,铬在水体中主要以三价铬和六价铬的化合物为主,六价铬的毒性大,三价铬次之。三价铬大多数被底泥吸附转为固相,少量溶于水,迁移能力弱;六价铬多以溶解态存在,迁移能力强,两者通过氧化还原反应相互转换。汞是重金属中很让人担心的一类,无机汞盐通常有一价和二价2种存在形式,同时还可以形成有机汞化合物。有些汞化合物基本上是无毒的,可以用作药物;而另一些化合物特别是有机汞,如甲基汞和二甲基汞等,毒性极强。
整理
4参考文献
[1] tessier a,campbell p g c,bisson m.sequential extraction pro-cedure for the speciation of particulate trace metals[j].analytical chemi-stry,1979,51(7):844-851.
[2] 张辉,马东升.长江(南京段)现代沉积物中重金属的分布特征及其形态研究[j].环境化学,1997,16(5):429-434.
[3] 杨宏伟,焦小宝,王晓丽,等.黄河(清水河段)沉积物中重金属的存在形式[j].环境科学与技术,2002,25(3):24-26.
[4] 邵秘华,王正方.长江口水体中重金属形态交换过程的研究[j].环境科学,1995,16(6):69-72.
[5] 车越,何青,林卫青.长江口南支重金属分布研究[j].上海环境科学,2002,21(4):220-223.
[6] 刁维萍,倪吾钟,倪天华,等.水体重金属污染的生态效应与防治对策[j].广东微量元素科学,2003,10(3):1-5.
[7] 贾振邦,周华,张宝权,等.应用地积累指数法评价太子河沉积物中重金属污染[j].辽宁城乡环境科技,1997(4):41-44.
不久前，总部设在阿姆斯特丹的一个国际非政府组织的研究人员，对包括阿迪达斯、狼爪等在内的14个知名户外服装品牌的儿童和女士服进行了测试，在随机抽取的14件雨衣雨裤中均发现了有害化学物质——全氟化合物，而该物质可能导致人类生育率下降以及其他免疫系统疾病。这则消息一经披露，就引起了一片哗然，那么，服装含有害物质究竟是什么原因？消费者在购买衣物时能否辨别出衣物是否含有有害物质？
问题主要在于全氟辛酸
其实，早在2011年8月，绿色和平组织公布的全球品牌服装有毒有害物质残留的调查结果就显示，阿迪达斯等知名品牌的衣服和鞋在生产过程中使用了壬基酚聚氧乙烯醚，该物质在水中会分解成有毒的壬基酚，对人的生殖健康产生危害。此次的调查结果再次将服装“含有害物”这一问题置于舆论的焦点。知名品牌服装频频被曝含有害物，除了对品牌的不满外，更多人表达了对服装材料安全性的担忧：在户外运动服中检测出来的全氟化合物究竟具有怎样的危害？
“任何分子中的氢原子全部换成氟原子就成为全氟化合物，有无数种，此次检测出来的主要是全氟辛酸。”北京化工大学材料科学与工程学院的励杭泉教授表示，“全氟辛酸加入到衣物中的作用是防水、防污、。”
关于全氟辛酸，北京服装学院的周永凯教授介绍：“全氟辛酸属于全氟有机化合物，具有优良的热稳定性、化学稳定性、高表面活性及疏水疏油性能，因此被广泛应用于剂、表面活性剂、清洗剂、化妆品、纺织品、皮革制品等生产领域。”周永凯指出：“全氟辛酸等化学物质具有难降解性、环境持久性及生物蓄积性，它能通过各种途径进入到全球范围内的各种环境介质如土壤、水体、大气中，通过食物链放大，目前在人体及野生动物体内都检测到不同浓度的全氟辛酸，而一些动物实验也表明，低剂量的全氟辛酸就能引起遗传、生殖、发育、肝脏、免疫和心血管等毒性。”
有害物外表难以辨别
针对阿迪达斯等品牌回应称“衣服中的化学残留物含量很少，不会对人体和环境健康造成危害”。周永凯表示：“有些化学残留物含量很少就会使人体过敏和致畸、致癌。”
衣物中残留的全氟辛酸，到底会不会脱落，然后被人体吸收呢？对此，励杭泉表示，在衣物中加入全氟辛酸等化学物质的目的，其实是让它们留在衣物中不脱落，这样才能达到防水、防污等目的，这些物质只有脱落后才会被人体吸收造成伤害。但是如果辛酸全氟化后与衣物材料的相容性变差，就容易发生脱落。因此，存在一定的风险。
周永凯告诉笔者：“大家的共识是通过皮肤和汗液可以使有害物质被人体吸收，但是吸收的可能性目前还没有具体的数据报道。”
周永凯表示：“很多有害物质不具有特殊气味等明显特征，这些物质的检测需要借助先进的服装检测仪器，人凭借眼睛、鼻子等感觉器官很难辨别出服装中是否含有害物质。因此，消费者在购买服装时要注意吊牌的检测标准和标识”。但是据笔者了解，目前市面上销售的阿迪达斯等涉事品牌的服装，标签上标称的面料主要为棉、锦纶、聚酯纤维等，并未标示全氟化合物等有害物质。因此，绝大多数消费者并不知道自己已经将有害物质穿在了身上。
检测标准正在完善
据了解，一些欧美国家的环保总署及国际社会的科学家主流都认为，全氟辛酸是持久性的有机污染物和累积性毒物，并一致致力于将其列入《斯德哥尔摩条约》禁用化学物质候选名单之中，尽管全氟辛酸是“极度令人担忧的物质，”但是，此次调查组织的专家表示，到目前为止，“户外服装中含有的全氟辛酸还不受法律限制”。
周永凯表示：“在2006年12月，欧盟颁布了第2006/122/ECOF号欧盟议会和理事会指令，规定在欧盟市场上的制成品中全氟辛烷磺酸盐（PFOS）的含量不得超过0.005%，半成品中不得超过0.1％，纺织品或其他涂层材料中不得超过1μg/m2。”对于我国全氟辛酸的标准，励杭泉指出：“我国纺织品检测的标准也在逐步完善，虽然国内目前还没有具体的安全标准，但是对化学物质毒性的认识有一个过程，一般是发现一个解决一个，相信很快就会有相关行业标准出现。”
此次调查组织的专家表示，调查的目的和意义在于希望消费者向这些品牌施压，使其最终选择替代物质。对此，涉事品牌也都先后承诺采取行动，在一定时期后去除有害物质。狼爪品牌媒体负责人已经公开表示，他们不否认含有全氟辛酸，并称谋求2015年完成替代。阿迪达斯也回应，到2020年，其所有产品将达到排放零危险化学物质。
（德宏职业学院，云南 德宏，678400）
【摘要】 配位化合物组成非常的繁杂、存在非常的普遍、且在医药学理论及应用方面也是非常重要的一类化合物。随着新医药学的发展显示：配位化合物不仅在生命过程中起核心的作用，还普遍行使在生化的检验和药物的分析等方面上。接下来我们就从配位化合物理论的发展和医药学的重要应用中加以论述。
【关键词】 配位化合物；医学；药学
中药有效的化学成分不单是有效成分及微量元素, 同时还是有机成分及微量元素构成的配位化合物。1 配位化合物的作用1.1 生物体内各种酶 生物体内的锌和生物体内多种酶的组合促进生物体内的酶表现活性，目前研究出现的锌酶已超过八十个种类，如碳酸酶等，当人体的锌元素缺少时，多数酶活性的影响降低，进而引发与之有关的代谢动乱，影响到人体的发育及生体的生长，厌食及生殖也受到影响。人体中的铜含量很高，仅次于铁与锌。铜作为过氧化氢酶酪氨酸酶和单胺氧化酶、氧化氢酶和超氧化物歧化酶、抗坏血酸等的活性组成成分。其中的酪氨酸酶用来产生黑色素皮肤的染色素，由于遗传性的不足，酪氨酸酶引起的白化病钴配合物。如维生素B，又称钴胺素，基于其对医治恶性贫血的症状效果明显，因而，引发了人们的强力关注。
以金属酶的形式存在的还有铬、铁、锰、钼、钒等等，适用于各种代谢特别是近些年，人们开始特别关注硒微量，元素硒作为心肌与肝内的一类过氧化物酶的组合部分，这种酶促进氧化的还原反应，该反应使过氧化氢与不饱和脂肪酸消耗过氧化物，维护血红蛋白，使其不受过氧化氢氧化出现的缺硒红细胞，进而失去其保护的功能。关于硒的生物功能与硒浓度的结论更应值得关注．0.1ug/g的硒可作为有益元素，而多于1Oug/g将会引发癌症；反之，缺硒还可能引发以心肌变性坏死及纤维化为主要现象的克山病，使用亚硒酸钠展开治疗，发病率将会大幅度减少。1.2 生物体内的蛋白质 作为血红蛋白与肌红蛋白组成的成份-铁，在人体内参与氧气的运输与贮存。同时，铁还是细胞色素的组成成份，在治疗中参与氧气的利用。进而，铁在血红蛋白、肌红蛋白及细胞色素分子中均以Fe和原卟啉环生成配合物的形式出现。血红蛋白内的亚铁血红素的构造，是血红蛋白(Hb)和氧合血红蛋白(HbO )之间具有着可逆性，血红蛋白作为氧的载体。另一类铁和含硫配体形成的蛋白是铁硫蛋白，也成为非血红素蛋白。在所有铁硫蛋白中，铁可变价，对此，其的首要功能为电子传递体，专门用来促进生物体的每一项氧化还原的作用。锰以Mn2+与Mn3+价作用在体内。Mn3+离子留存于输锰蛋白质中，大多数锰以结合状态的金属蛋白质留存在血液和肝脏、肌肉和骨骼之中，它主要在造血的过程中促进血的运输及代谢。2 配位化合物的应用2.1 金属配合物在药物中的应用 有几类可以用于治疗的金属离子由于毒性过大、含有刺激性及不易吸收等不良因素，而无法在临床治疗上直接应用。对此，需将其转化成配合物，便于减弱毒性及刺激性，促进吸收。例如：酒石酸锑钾能够治疗糖尿病；柠檬酸铁配合物能够治疗缺铁造成的贫血；有抗菌的作用：如镁、锰的硫酸盐，钙、钙的氯化物能增大四环紊对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌上的抗菌活性；有抗风湿炎症的作用，如阿司匹林与水扬酸衍生物等和铜一同使用，能增加其的疗效，抗病毒和抗癌，这引起了众多科学家的强烈兴趣。目前显示：顺式铂钯的配合物能够抗癌、反式铑的配合物能够抗病菌；铁的配合物能够抗病毒。2.2 配合物在螯合药物中的应用 大多配位体能有选择的和有毒金属及类金属离子发生水溶性螯合物，通过肾脏排出产生解毒的效果，对此，含这种配位体的台剂，亦称解毒剂，这是目前快速发展起来的医疗药物。2.3 配合物应用于抗凝血剂、抑菌剂 为防止血液凝固，可采用少量EDTA的钠盐，或者采用柠檬酸钠可螯合血液中的Ca离子，由于配合剂能结合细菌所必需的金属离子成为稳定的配合物，且有助于保存，预防生物碱、和肾上腺紊等药物受到细菌的损坏发生变质，对此，将EDTA作为稳定剂，应用于这些药物中。2.4 配合物应用于临床检验、生化实验 配合物能反应生成含有个别颜色罕见的配离子，依照颜色不同深浅的程度可展开定性与定量的研究。比如，分析定尿中的铅含量，普遍使用用双硫腙及Pb2+离子成为红色结合物，再展开比色分析；而Fe3+能使用硫氰酸盐与之生成血红色配合物来验证。3 结论
总而言之，配位化合物在医学、药学中受到广泛应用，专门用于抗癌、抗风湿及治心血管病等药物的研制。除此之外，目前在国民经济很多重要部门中也大量使用到配位化合物。参考文献[1]杜靓,王伟,孙晓丽.表面活性剂在药学中的应用[J].疾病监测与控制.2011(05).[2]白岩,卢伍党,李文广,张小郁.金属铜配合物Cu(Ⅱ)1-羟基-3-(2-环氧基)吨酮的体外抗肿瘤作用[J].兰州大学学报(医学版).2010(02).[3]周阳亮,蔡小弟,周静,张利民,刘炜. Zn2+对硫酸长春碱抗癌活性影响研究[J].大连理工大学学报.2011(S1).[4]卢秀莲,燕娟,张琳.钌(Ⅱ)金属有机化合物的合成及抗肿瘤活性研究进展[J].中国计量学院学报.2010(02).[5]高传夫,刘,张瑗,于东霞.药物合成反应中四氯化碳的应用及替换研究进展[J].化学试剂.2010(04).
关键词：Biolog生态板；环境微生物群落；碳源；分类；主成分分析法
收稿日期：2011-05-31
基金项目：山东省高等学校实验技术研究项目（编号：2005～412）资助
作者简介：孔滨（1981―），男，山东曲阜人，硕士，助理实验师，主要从事土壤生态学研究。
中图分类号：Q938.1文献标识码：A文章编号：1674-9944（2011）07-0231-04
1引言
在过去大量的研究中,SCU方法多是利用革兰氏阴性板（Gram-negative plates,简称GN板）,该板由95种碳源组成,最早设计主要是用于细菌的鉴定［1］。之后,为了研究的需要,设计了生态板（Ecology plates,简称ECO板）,ECO板有31种碳源,其中的6种碳源在GN 板中没有,至少有9种是根系分泌物的组分,ECO板相对于GN 板利用了更多生态有关的化合物,更适合于土壤微生物群落功能多样性研究,并且由于节省了碳源,每块板可以同时完成3个重复,降低了使用成本。
2Biolog 生态板研究环境微生物群落功能多样性的原理
2.1微生物代谢中的氧化-还原反应
新陈代谢简称代谢,是生物体表现其生命活动的重要特征之一。代谢包括数以千计的不同酶的催化反应,这些复杂的酶促进有机反应的实现,多是经过反应部位的接近和取向的效应,形成过渡态而发生的。氧化-还原反应是生物代谢过程中的一类重要反应,其实质是电子的得失,电子从电子供体传递给电子受体。当代谢物被氧化,两个电子通常同时传递,并伴随着底物两个质子（H+）的释放。底物的氧化作用亦称作脱氢反应,其形式上等同于两个氢质子的释放［2］。列举一反应式说明其过程：
RHCO-NH2乙醇脱氢酶HHCO-NH2+H+.
此反应中一个氢质子及一对电子从底物传递至吡啶环,另一个氢成为溶液中的质子。
2.2四唑紫染料显色反应
四唑染色测定法于1942年由德国莱康（H.Lakon）教授发明,其原理是根据四唑盐类由原初氧化态转变为还原态时呈现明显的颜色（粉红色,紫色,红色,蓝紫色和蓝色）变化,来直接检测生化代谢活性。
氯化3-（1-萘基）-2,5-二苯基-2H-四唑f（Tetrazolium violet,四唑紫）是一种常用的四唑盐,在氧化-还原反应发生的基质脱氢（包括脱电子）生化反应过程中,四唑紫能够优先得到电子显示紫色,得电子越多,紫颜色越深。细菌代谢所需的能量主要是从生物氧化作用获得,生物学底物在生物体内氧化分解的过程,主要以脱氢和失电子的方式进行。因此,应用四唑盐显色法可以用来评价细菌的代谢活力。细菌利用碳源的能力越大,则紫色越深。四唑紫显色反应过程如下：
2.3Biolog 生态板的应用原理
ECO板上有96个微孔,每32个孔为1个重复,每板共计3个重复。32个微孔中除对照孔外各个孔内都含有一种不同的有机碳源和相同含量的四唑紫染料。将微孔内的有机碳源作为微生物的唯一能量来源,微生物接种到微孔板上的孔中后,若能利用碳源,即能够对其进行生物氧化,有电子转移,四唑紫就能优先俘获电子而变成紫色。颜色的深浅反映了微生物对相应碳源的利用能力。通过Biolog系统的微平板读数器,测定ECO板在590nm波长下的光密度值（OD值）,完成数据的采集与存储。运用主成分分析（PCA）或相似类型的多变量统计分析方法展示不同微生物群落产生的代谢特征指纹（Metabolic Profiles）。其理论依据是Biolog代谢类型的变化与群落组成的变化相关［3］。
3Biolog 生态板碳源分类与性质
利用Biolog方法对不同研究对象进行测定时,产生的数据量非常大,为了充分挖掘隐含在实验数据中的信息,阐明不同微生物群落对不同碳源的利用差异,首先需要弄清ECO板的碳源结构,对微平板内31种有机碳源进行分类,为后续统计分析、解释实验结果作参考。
结合有机化合物化学官能团、微生物生理代谢途径和生态功能3个方面,将ECO板的31种碳源底物分为6大类［1］：糖类及其衍生物,羧酸,氨基酸,多聚物,酚酸类和胺类（表1）。
3.1糖类及其衍生物
从化学结构讲,糖类化合物是多羟基的醛或酮。以多聚物形式存在的葡萄糖和其他糖类不仅是自然界矿化过程的主要物质,而且它们也以单体的形式存在,是大多数异养微生物重要的有机营养物。在ECO板中,将12种有机碳源归属于糖类及其衍生物中,并对其进行细化分类为7类。
表1ECO板六类碳源
3.1.1单糖及单糖磷酸酯
（1） D-木糖。在自然界较丰富,以多糖的形式存在于玉米芯、棉子壳、谷类秸秆中,是构成半纤维素的重要单体之一。
（2） 葡萄糖-1-磷酸。磷酸化的葡萄糖是糖酵解途径的中间产物。
3.1.2双糖
（1） 纤维二糖是纤维素的二糖单位,水解后得到两分子的葡萄糖。微生物分解纤维素的酶具有可诱导性,但以葡萄糖为碳源的微生物产生的纤维素酶很少,如果加入以纤维素为主的底物可使其产生较多的纤维素酶。
（2） α-D-乳糖用酸或酶水解,得一分子D-半乳糖和一分子D-葡萄糖。这两种水解产物均能直接进入糖代谢。
3.1.3糖苷
β-甲基D-葡萄糖苷是具有β-苷键的糖类衍生物,可由纤维素酶进行分解。
3.1.4糖醇
将糖分子上的醛基或酮基还原成羟基,就成糖醇。糖醇具有某些糖的属性,是生物体的代谢产物。
（1） I-赤藓糖醇。广泛分布于水果、蘑菇、地衣等植物中。
（2） D-甘露醇。构成针叶材半纤维素的重要单体,是某些微生物的良好培养基。
3.1.5糖酸
（1）D-半乳糖醛酸。构成聚半乳糖醛酸的构件分子,聚半乳糖醛酸是果胶物质的组分之一,主要存在于植物初生细胞壁和细胞之间的中层,在浆果、果实和茎中最丰富。
（2）D-半乳糖酸-γ-内酯。是醛糖酸形成的稳定分子内酯,为半乳糖的氧化产物,糖代谢途径的中间产物。
3.1.6氨基糖
（1）N-乙酰-D-葡糖胺。它和D-乳糖反应形成的N-乙酰胞壁酸是细菌细胞壁结构多糖的构件分子之一。它也是几丁质、粘多糖、糖蛋白的单体之一。
（2）D-葡糖氨酸是D-葡糖胺氧化产物,属于氨基糖的衍生物。
3.1.7D,L-α-磷酸甘油
在糖酵解过程中,中间产物类磷酸二羟丙酮在甘油磷酸脱氢酶作用下可还原生成α-磷酸甘油；后者可进一步被甘油-1-磷酸酶水解为甘油和单磷酸。可认为D,L-α-磷酸甘油参与了糖的代谢过程,故把其放到糖类及其衍生物这一大类中。可见Biolog生态板所选择的这些糖类及其衍生物很具有代表性,不但有常见的单糖和双糖,还选取了可以较全面涵盖不同种类的单糖的衍生物,这些都是聚糖的重要构件分子或者参与糖代谢的中间体。
3.2氨基酸
氨基酸是土壤有机氮的重要组成部分,是植物根系向土壤介质中分泌的大量低分子有机化合物之一,微生物在生长代谢过程中,可利用氨基酸作为其氮源,合成植物生长调节剂,促进植物的生长［4］。
在ECO板中,选择了5种常见的氨基酸和1种较为简单的二肽。所选取的这5种较全面涵盖了氨基酸的不同种类,具有一定的代表性。其中L-丝氨酸和L-苏氨酸属于含羟基的氨基酸,L-天冬酰胺酸属于酸性氨基酸,L-精氨酸是碱性氨基酸,这4种都可归为脂肪族氨基酸；L-苯基丙氨酸是芳香族氨基酸的一种。甘氨酰-L-谷氨酸水解可生成甘氨酸和谷氨酸,二者分别为中性和酸性氨基酸。
3.3羧酸及其衍生物
羧酸是植物根系分泌物的重要组分,目前已知有丁酸、柠檬酸、反丁烯二酸、苹果酸、丙酮酸、丁二酸等［5］。羧酸结构中可含有烯键、羟基、酮基、环氧基等。
3.3.1酮酸
丙酮酸甲酯的官能团为羰基和酯基,属于羧酸衍生物,其水解产物之一的丙酮酸,和α-丁酮酸一样,都属于酮酸,为重要的代谢中间产物。酮酸是一类在生物体内有重要作用的有机酸,在氨基酸新陈代谢和维持氧化还原状态的过程中起重要作用。
3.3.2羟基酸
（1） γ-羟基丁酸是一种效力强、快速作用于中枢神经系统的抑制剂。γ-羟基酸易形成内酯,γ-羟基丁酸形成的γ-丁内酯在许多天然物质和食品中都存在。
（2） 苹果酸又名2-羟基丁二酸,是三羧酸循环中重要的中间产物,在苹果酸-天冬氨酸循环中也起重要作用。D-苹果酸是其一种右旋立体异构体。
3.3.3不饱和酸
衣康酸学名为亚甲基丁二酸,是一种不饱和二元有机酸,可由微生物经发酵途径生成。
3.4多聚物
3.4.1α-环式糊精
α-环式糊精是淀粉经某种特殊酶水解得到的环状低聚糖,由6个葡萄糖基通过α-1,4-苷键结合而成。含有6个、7个或8个葡萄糖单位的相应称为α-、β-和γ-环糊精。环式糊精的环状结构,具有刚性,不易反应,对α-淀粉酶及β-淀粉酶有很大的阻抗性。
3.4.2肝糖
肝糖又称糖原,相对分子质量约为2.7×10 ～1.0×10 左右。糖肝可在细菌和个别植物中找到。
3.4.3吐温40和吐温80
吐温的化学名称为聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯,简称聚山梨酯。根据山梨醇与高级脂肪酸所形成的酯的不同,吐温可有同类型的系列产品,如吐温40（棕榈酸酯）、吐温80（油酸酯）。吐温40中的棕榈酸为饱和脂肪酸,吐温80中的油酸为不饱和脂肪酸。在进行解脂微生物的分离时,可将吐温作为底物。例如：利用固体平板变色圈法,以吐温为底物,尼罗蓝（Nile blue）作为指示剂,根据变色圈大小来判断解脂细菌活性的高低。
3.5 酚酸类
3.5.12-羟基苯甲酸
2-羟基苯用酸又名水杨酸,存在于自然界的柳树皮、白珠树叶及甜桦树中。它有多种用途,是制染料、香料的重要原料,并可用作食物防腐剂。
3.5.24-羟基苯甲酸
4-羟基苯用酸也可称为对羟基苯甲酸,是小麦及其他作物根系分泌物和根茬腐解液中的主要化学成分,对大豆、花生、烟草等经济作物具有较强的化感作用,可导致作物产量降低、品质变劣、生育状况变差、病虫害发生严重等现象［6］。
3.6胺类
氨分子里的氢被烃基或其它非酸性有机基团取代后衍生出的一类有机化合物。胺类大多具有碱性,能与酸结合成盐。胺在自然界中分布很广,其中大多数是由氨基酸脱羧生成的。
3.6.1苯乙胺
苯乙胺是一种生物碱,具有鱼腥味。可由苯丙氨酸通过脱羧作用的方式生化合成。它可以在很多食物中找到。
3.6.2腐胺
腐胺也被命名为1,4-丁二胺,是由生物的活体或尸体中蛋白质的鸟氨酸脱羧产生。是广泛存在于原核生物及真核生物中的生物活性物质。
4主成分分析（PCA）方法及其在Biolog数据分析中的应用
ECO板的结构决定了Biolog试验获得的数据多,因此直观上很难比较各处理间存在的差异。为研究环境微生物对不同碳源利用能力的差异,从而达到全面了解微生物群落代谢功能特征的目的,研究者常用主成分分析法（Principal Component Analysis,PCA）进行分析。
4.1阐述主成分分析法的原理
主成分分析的基本思想就是降维,用降维分析技术来解释原变量的协方差结构,即一种将原来众多且相关变量所蕴含的信息集中到少数几个相互独立的综合因子,所得的综合因子为原来变量的线性组合,保留了原始变量的主要信息（变异的主要部分）,而且彼此之间不相关［7］。
对于一个有n个变量x x ...,xn的多维空间,PCA方法可构造n个新变量,称为主成分得分（简称主成分）t1,t2,……,tn。主成分必须满足以下条件：每个主成分是各个原变量的线性组合；各个主成分之间为正交；经线换得到的t1的方差为最大,t2次之,依次类推,t1,t2,……,tn,称为第1,2,……,n主成分。一般而言,方差大的主成分含原变量的信息量大,因此t1所含原变量的信息量最大,t2次之,余类推。一般情况下,前面几个主成分的方差贡献率已足够大,可基本反映原变量的信息。这样原来多维空间的大部分信息可由前面几个主成分组成的低维（二维或三维）空间表现出来［8］。
主成分的基本性质［9］包括各主成分是相互独立的；由标准化原指标求主成分的系数就是各主成分相应的特征向量（Eigenvector）；主成分的方差是相关矩阵的特征根或特征值（Eigenvalue）,即综合因子。在分析时只要由大到小选择前几个主成分分析其意义就可以。
某个主成分的贡献率（Proportion）该主成分的方差/全部主成分的方差之和 ×100%；前P个主成分的累积贡献率（Cumulative Proportion）为前P个主成分贡献率之和。实际应用中,一般取累积贡献率为70%～85%或以上所对应的前P个主成分即可。主成分负荷量的大小和它前面的正负号直接反映了主成分与相应变量之间关系的密切程度和方向,系数的绝对值越大,说明该主成分受该指标的影响也就越大。
4.2主成分分析法在Biolog分析中的应用
选取Gomez E［10］利用Biolog ECO板研究施有机肥对土壤微生物群落功能多样性的影响的实验,具体展现主成分分析法在Biolog数据分析中的应用。实验设3个处理：施农家堆肥（HSW）,马和兔子粪肥（HRM）,鸡粪肥（CM）,并取未扰动土壤（C）作为对照。对实验数据进行主成分分析,过程如下。
（1）提取主成分。10Mg ha-1条件下提取的第1主成分（PC1）和第2主成分（PC2）分别可以解释36.8%和12.1%原变量特征,20Mg ha-1条件下,PC1和PC2分别为38.8%和10.4%。
（2） 利用PC1和PC2做出二维图形,直观表示各处理之间的差异。
（3） 在统计软件出来的结果中找出与PC1和PC2具有较高相关系数的碳源,以明确造成二维图中差异的特征碳源基质。10Mg ha-1与20Mg ha-1条件下,与PC1相关性较高的碳源为D-半乳糖内酯、丙酮酸甲脂、D-木糖、吐温-80、D-甘露醇、4-羟基苯甲酸；与PC2相关性较高的碳源为α-D-乳糖。
5结语
对研究者来说,Biolog方法要求的劳动强度、技术含量都较低,只需对Biolog微平板进行无菌接种操作即可,并且可以在较短的时间内检测较大量的样品。只要数据分析正确,培养时间合适,该方法在研究微生物群落功能多样性方面很有意义。在实际应用过程中,Biolog方法最好结合其他微生物生态学的研究方法（如DGGE和PLFA法）一起使用,以避免由于方法原理本身带来的偏差。
参考文献：
［1］ Choi K H,Dobbs F parison of two kinds of Biolog microplates （GN and ECO） in their ability to distinguish among aquatic microbial communities［J］.J Microbiolol Meth,1999（36）:203～213.
［2］ 施莱杰.H G.普通微生物学［M］.上海：复旦大学出版社,1990.
［3］ Haack S K,Garchow H,Klug M J,et al.Analysis of factors affecting the accuracy,reproducibility and interpretation of microbial community carbon source utilization patterns［J］.Appl Environ Microb,1995（61）:1 458～1 468.
［4］ 张强,陈明昌,程滨,等.植物与土壤的氨基酸营养研究进展［J］.山西农业科学,2001,29（1）：42～44.
［5］ 吴彩霞,傅华.根系分泌物的作用及影响因素［J］.草业科学,2009,26（9）：24～29.
［6］ 李翠香,刘娜,宋威,等.对羟基苯甲酸对小麦幼苗生长及其生理特性的影响［J］.河南工业大学学报：自然科学版,2009,30（1）：62～65.
［7］ 王强,许红民.主成分分析在基因芯片分析中的应用［J］.军医进修学院学报,2005,26（2）：145～147.
［8］ 方开泰.实用多元统计方法［M］.上海：华东师范大学出版社,1989.
1发展生物技术的重要性
1.1促进人类发展
生物技术在了解人体的基因密码方面所取得的进展表明,人们通过生物技术寻求疾病的治疗方法及痊愈方面已经取得重大成就。在面对疾病时,生物技术对疫苗、抗生素及其他药物作出的贡献,已经挽救或延长数百万人的生命,对治疗糖尿病能起关键作用的胰岛素已经能利用基因工程细菌进行廉价的大批量生产;现在生物技术又对癌症、糖尿病、癫痫、多发性硬化、心肺病、早老性痴呆、艾滋病等,进行关键性的研究。因此生物技术的发展,时时刻刻都在促进人类的发展与进步。
1.2促进经济发展
生物技术与生物产业发展迅速,其中发展生物产业经济已经成为当前许多国家在应对金融危机时,普遍采用的战略措施。近些年来,生物技术的应用日益广泛,受到了人们的认可,目前全球生物产业销售额几乎每5年翻一番,为了应用对金融危机,我国《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006~2020)》已经把生物技术作为当前我国科技发展的五个战略重点之一。
2生物技术中存在的问题
2.1转基因食品
利用生物技术将某些生物的基因转移到其他物种中去,通过生物技术改造生物的遗传物质,使食品及生物在性质、消费品质等方面根据人们的需要目标转变。转基因食品已经进入欧洲人们的日常生活中。在欧洲,利用生物技术把从生物中分离出来的抗钻心虫基因植入玉米中去,然后通过生物基因改变就可培育出抗虫害的玉米。但是转基因食品在提高人类生活品质的同时也具有潜在危险。基因表达调控是人类对基因的活动实施,人为地用基因技术改变基因,会给人体健康和环境带来危害。从人道主义上讲,利用生物技术把动物基因转入植物中,会引起一些素食者、宗教团体、犹太人和穆斯林的反对。
2.2胚胎干细胞
胚胎干细胞具有自我更新、高度增殖和多向分化的潜能,在生物技术应用中,由于胚盘干细胞的制备是离不开人类卵子、胚盘以及克隆技术的,这是有违人伦的,特别是卵子与胚盘在一些不同的国家和宗教界被视为是生命的起源,所以生物胚胎技术的应用在许多国家是被严格禁止的。
2.3克隆技术
通过克隆技术无性繁殖产生的生命体遭到很大的抵制,这是因为克隆人的身份难以认定,使人伦关系发生模糊、混乱乃至颠倒,给社会伦理道德方面带来了不可忽视的道德认知的巨大的冲击,克隆技术如何实施将会对现有的社会关系、家庭结构造成了巨大的冲击。
3生物技术如何提高人类生活质量
3.1食用食品中的应用
民以食为天,安全健康美味的绿色食品是受到人类青睐的,通过生物技术对食用食品配料进行加工,就能够作出安全健康又美味的食品。如现代食品中的实用色素、香兰素、胡萝卜素都是微生物色素,既安全又稳定,更重要的是通过生物技术降低亚硝酸盐含量,还能够提高人类使用安全性。通过生物技术大规模的培养单细胞蛋白,可以提取大量蛋白质资源,不仅改善了食品的本质性能、强化营养含量,增加微生物或者矿物质含量还可以提高食品的风味,像增香剂在肉汁和饲料中的运用。另外通过生物技术生产的食用胶,在起到稳定定型作用的同时还能提升口感,增加韧性和嚼劲。
3.2废水处理中的应用
中国一直是一个水资源匿乏的国家,进行废水处理能够有效的节约水资源,保护生态环境从而提高人类的生活质量。好氧法、发酵法已经趋于成熟,现阶段正在发展生物技术净水,即利用微生物的生命活动过程对废水中的污染物进行转移和转化。其中多项生物技术已经成为新兴的污水处理技术。通过生物技术进行污水处理,工艺流程技术高,将应用中的专性菌如脱色菌、脱氮、脱磷菌假单胞菌等根据需要进行固定化后,那么将会造成菌体密度提高,提高正理效率,特别是对难降解有毒物质有明显优势,出水色度极低,处理后的水可回用。
3.3医学研究中的应用
越是了解人类的基因结构,越是发现了解的还不够多,还需要新型的药剂来攻克癌症等疑难杂症,以此来提高人类健康水平,其中药品的研发中生物技术具有重要的地位。通过生物芯片为中药新药分子水平的机理研究提供依据,对中药材的产地、质量进行鉴定;可以搞清楚中药作用的分子机理,筛选出中药有效成分。然后进行生物转化,生物转化技术可以弥补化学合成的不足,利用定向生物转化技术可将天然药物中的高含量成分转化成微量高活性成分,因此大大提高微量成分的含量,使其达标准要求。
4结束语
1应用于药物释放系统
药物的可控释放可克服传统通过口服或注射药物引起的血药浓度波动大等缺点,因此,控制药物释放的最优化方法一直处于不断的探索中。目前,常见的药物载体通常选用生物相容性和安全性都较好的聚乳酸(PLA)、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)、导电聚合物等。其中,导电聚合物包裹药物并通过电化学刺激进行可控释放,这种方法由于具备一些优异的特性而引起关注,如制备相对简单、药物释放可控,药物可随聚合物在不同的pH、温度、电荷等条件下结构发生变化而释放,等等。迄今为止,经导电聚合物包裹并通过电化学刺激实现有控释放的药物包括治疗性蛋白质,主要有神经营养因子[4-6]、地塞米松[7]、肝磷脂[8]等。导电聚合物包裹药物的方式及包裹药物的种类现都处于不断探索及试验阶段,早期的研究多是利用导电聚合物固有的氧化还原作用来包裹药物并实现药物的可控释放[9],近年来的研究是采用导电聚合物纳米管来控制药物释放,先采用生物可降解的高分子材料聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)纳米纤维包裹药物(如地塞米松等),然后在包裹有药物的PLGA纳米纤维的外层聚合生成PEDOT纳米管,随PLGA纳米纤维的生物降解,PLGA包裹的药物仍在PEDOT纳米管内,最终PEDOT的电化学特性决定了包裹的药物可有控释放出来[10],如图2所示[11]。导电聚合物应用于药物释放系统的前景应该是广阔的,有望在肿瘤及心脑血管疾病治疗中起到重要的作用。但目前仍存在一些不利因素,如大多数导电聚合物的水溶性较差,限制了其在药物释放系统中的应用。
2应用于生物效应器
导电聚合物从绝缘态转变成导电态,需要从其分子链中迁移出或导入电子,这种电子迁移的过程称为“掺杂”。导电聚合物的掺杂、去掺杂与聚合物中的电子和离子的转移有关。伴随着离子的掺杂和去掺杂,对应的是导电聚合物的体积改变(膨胀或收缩),离子掺杂过程会引起导电聚合物的体积增大,离子释放过程引起导电聚合物的体积缩小。生物效应器是指可产生机械动力的一些生物设备或装置。导电聚合物在电化学刺激下发生离子的掺杂、去掺杂及引起导电聚合物体积改变的特性,可以应用于生物效应器上,如用于构建人工肌肉[12-14]。人工肌肉的构建原理是:3层复合材料,其中内外两层为导电聚合物材料,中间层为非导电材料,内外两层处于相反的离子转移状态,如内层处于离子的掺杂状态,外层则处于去掺杂状态。这样,内层的掺杂致使内层的导电聚合物体积增大,同时外层的去掺杂使外层的体积缩小,内外两层产生的机械力量方向一致,其共同作用使整个3层复合材料向外层弯曲,模拟了生物系统中的肌肉收缩,如图3所示。导电聚合物构建的人工肌有的特点是:可通过电子转移控制、驱动电压低、伸缩率大、伸缩率可控、对温度没有特别要求,可以在室温或人体生理温度下进行、易于合成、重量轻、可在溶液或体液中进行,等等,这些优异特性都决定了导电聚合物是构建人工肌肉较理想的材料。目前,聚吡咯(PPy)、聚苯胺(PANI)、PPy-PANI复合材料以及这些导电聚合物与碳纳米管组成的复合材料,如PPy-碳纳米管复合材料、PANI-碳纳米管复合材料及PPy-PANI-碳纳米管复合材料等都应用到了人工肌肉的构建中[15-16]。在这些材料构建的人工肌肉中,PPy-PANI复合材料构建的人工肌肉每次循环产生的机械动能最大[17-18]。
3应用于组织工程
导电聚合物应用于组织工程领域,是和导电聚合物具备良好的导电性、氧化还原性、三维立体结构及表面形貌等特性密不可分的,但更为关键的是其具备良好的生物相容性。将PC-12细胞培养在聚吡咯(PPy)薄膜上,长时间(达96h)电流(1mA)刺激PPy,没有观察到明显的细胞毒性[19]。最近的研究进一步表明,PPy和PEDOT不论是薄膜还是纳米管形貌,和培养的神经细胞之间的生物相容性好[7]。目前,导电聚合物应用于组织工程领域主要体现在神经工程领域。神经工程中的电极通常是由金、铂等金属材料或镀金、镀铂的硅基材料做成的,这些电极植入神经组织后,其传导神经电信号的功能将逐渐消退,甚至完全丧失。究其原因,是因为坚硬的金属材料和柔软的神经组织之间的机械模量的巨大差异,神经组织对植入金属材料的免疫反应产生大量的胶质疤痕,最终使植入电极周围有功能的神经细胞数量明显减少。采用导电聚合物包裹或修饰神经电极,对改善神经电极电信号的传导功能起到了重要作用。其作用的机理是:生物相容性较好的导电聚合物在坚硬的金属电极表面和柔软的神经组织之间建立了一个机械强度的缓冲区域,降低了神经组织的免疫反应,增加了电极的表面面积,降低了电荷传导的电阻,使神经电信号传导的信噪比大大增强。另外,稳定的氧化还原特性可以使导电聚合物在修饰神经电极的同时,还能包裹药物或大分子物质,如地塞米松、细胞黏附分子、神经生长因子等。这些药物或大分子物质的释放,无疑能使导电聚合物包裹的电极不仅具有增强神经电信号的检测和传导功能,而且还具有抗免疫、促进神经生长和康复的功能[2-3,20-21]。已有的研究表明,应用于神经工程中的导电聚合物主要是PPy和PEDOT。
4应用于生物传感器
生物传感器是由固定化的生物物质(如酶、蛋白质、抗原、抗体、生物膜等)作为敏感元件与适当的化学信号换能器组成的生物电化学分析系统。导电聚合物具有良好的导电性能,可作为分子导线,使电子在生物活性分子和电极间直接传递,是构成生物传感器一种较好的材料[22-23]。生物传感器领域中最常用的导电聚合物是聚吡咯、聚苯胺和聚噻吩。目前,采用导电聚合物构建的生物传感器已广泛应用于很多领域,如医疗卫生中的医学诊断、环境监控及食品分析等方面[24]。在医学诊断方面,基于导电聚合物制备的生物传感器可以检测血糖、尿素、乳酸及胆固醇等;固定有DNA分子的导电聚合物制备的DNA传感器,可检测一些遗传性疾病、病原菌感染,以及分子生物学实验中的cDNA克隆筛选等;导电聚合物制备的免疫传感器可以用来监测有机氯杀虫剂及除草剂,甚至包括一些细菌。已有相关的综述阐述了导电聚合物在生物传感器中的应用[25-26],在此不再赘述。值得特别一提的是,导电聚合物因具备良好的生物相容性,因此特别适合在活体条件下进行生物传感,如将导电聚合物制备的生物传感器应用于活体生物体液内药物及机体代谢产物的连续检测[27]。导电聚合物属于智能材料体系,不但可以作为智能器件材料应用于生物传感器,而且可广泛地应用于传感、驱动、显示及信息储存等方面。综上所述,导电聚合物在生物医学工程领域应用广泛,但不同导电聚合物性质上的差异又决定了它们的应用各有所侧重。其中,几种主要导电聚合物的性质和应用。
5面临的挑战及发展趋势
随着对导电聚合物材料的深入研究,人们也越来越认识到,导电聚合物在生物医学工程领域中的应用所面临的挑战依然是如何进一步提高导电聚合物的电学和机械性能,如何更有效地控制生物活性分子的运动、浓度和形貌,如何将不能自然分解的导电聚合物应用于组织再生工程中,等等。这些问题的解决,都要依靠导电聚合物材料的表面功能化来实现。导电聚合物的表面功能化按修饰的性质分为物理修饰和化学修饰。物理修饰[28-29]是通过物理手段,如用聚苯乙烯小球模板制备微孔膜、在水凝胶中合成导电聚合物、将导电聚合物和生物分子进行混杂形成疏松结构等方法,增加导电聚合物表面的粗糙程度。化学修饰作为最常见的一种修饰方法,通常是将生物分子作为掺杂剂或偶联于导电聚合物表面而进行的[30]。导电聚合物的表面功能化,不论是物理修饰还是化学修饰,其目的就是希望修饰后的导电聚合物导电性能增强、电阻降低,在机械模量差距较大的界面上建立机械缓冲区,在生理环境中具有更好的生物相容性和稳定性,等等。因此,导电聚合物的表面功能化是使导电聚合物更深入地应用到生物医学工程领域的发展趋势之一。尽管已有的一些研究方法,如制备出可刻蚀的导电聚合物[31]、将导电聚合物和可生物降解的材料(如聚酯、聚乙二醇或它们的共聚物)偶联或混杂在一起[32]、构建导电聚合物和生物降解材料的大分子框架结构[33]等,初步实现了导电聚合物既可以控制整个大分子的导电性,又可以控制生物降解速率。但是,如何通过导电聚合物表面功能化将不能自然分解的导电聚合物深入应用于组织再生工程中,将是导电聚合物应用于生物医学工程领域的发展趋势之一。同时,导电聚合物表面功能化后,在不同的细胞周期(如在细胞增殖、分化等)过程中,对细胞信号转导通路的影响也是导电聚合物未来的研究方向和趋势之一。总之,导电聚合物及导电聚合物表面功能化的研究及应用,为制备出特异性强、稳定性高、生物相容性好、制备方便、经济适用的生物医学设备或装置提供了广阔的发展空间。
