微生物与生物技术范文第1篇

1课程定位

1.1医学营养专业人才培养规格定位

医学营养专业主要培养具有良好职业素养，掌握现代临床营养技术和公共营养、食品安全与检测的基本理论和专业知识的高端技能型专门人才。要求学生除了具备从事临床营养实际操作能力、疾病筛查、社区疾病管理、营养调查的能力，还要有食品安全检测的实际操作能力。

1.2专业核心课程地位定位

《食品微生物检验技术》是高职高专医学营养、卫生检验检疫、食品营养与检测等专业必修的一门专业核心课程，是研究和评定食品品质及其变化的一门学科[1]。微生物检测是食品安全控制链中的传统监测点，与理化检验、感官检验是食品检验类课程体系的三大检验方法（技能）课程，是食品检验国家职业资格考核的主要内容。该课程是实践性、操作性、技术性很强的一门学科。

1.3与其他课程的相关性

在医学营养专业课程体系中，学生通过学习先修课程基础化学、食品化学、生物化学、病原生物学和免疫学、临床疾病概要、卫生法规与监督、食品卫生与质量管理等，具备相关专业基础和专业技能后，再同时开设食品毒理学检测、食品感官检测、食品卫生理化检测和食品微生物检验技术等平行课程。经过这几门专业核心课程的学习，学生相互融通、优势互补，即可参加食品检验工职业资格考试，获得食品检验工资格证书，为后面医学营养专业技能综合训练和专业顶岗实习奠定坚实的职业能力基础。

2课程目标

我们认为开展《食品微生物检验技术》课程在医学营养专业人才培养中的意义不仅在于具体知识的掌握与应用，还在于其蕴含的科学思想、人文精神对学生潜移默化的影响。基于上述认识，我们要在《食品微生物检验技术》教学中实现三个目标：①知识目标：掌握食品微生物检验的基本知识、基本理论和基本操作技能；熟悉食品微生物常规项目的检验原理；了解检验新技术的发展概况。②能力目标：熟练掌握食品微生物检验方法和实操技能；对中华人民共和国国家标准（GB）中最新食品微生物检验方法具有较强的执行能力、应用能力和迁移学习能力。③素质目标：具有无菌操作意识、毕业后能迅速进入工作角色；高度的责任感和良好的职业道德及团队合作精神。

3教学条件

3.1师资队伍

由6名专职教师和3名企业兼职教师组成，并配备2名高水平的实验员。职称结构、学历结构、年龄结构都很合理，并且100%为双师型教师，5人为食品检验工考评员，其中2人还是食品检验工高级考评员。因此，我们的师资队伍是一支实践经验丰富、操作能力强且与时俱进的优秀教学队伍。

3.2实验实训条件

①校内实训基地。《食品微生物检验技术》是实践性很强的学科，我院微生物学与免疫学课程组正在建设《微生物检验》省级精品课程，在建设过程中教学实验室以及仪器设备分组配套齐全。现有微生物实验室5间，总面积540m2，完全可以满足学生教学、实训、自行设计实验的需要，实验开出率按课程标准要求可达100%。②校外实训基地。医学营养专业与福建省疾病预防控制中心、南昌铁路局福州铁路疾病预防控制中心、福州现代妇产医院、福建明一婴幼儿营养品有限公司和厦门银鹭集团有限公司等多家企事业单位进行校企合作，使学生能完成食品中细菌菌落总数、食品中大肠菌群计数、食品中部分致病菌（沙门菌、阪崎肠杆菌、金黄色葡萄球菌、溶血性链球菌等）和食品中霉菌和酵母菌等项目的的抽检工作。

3.3课程教学资源

“贴近生产实际、适应岗位需要、反映食品检验技术发展趋势”是我们选用和编写高职教材的依据。选用中国轻工业出版社，刘用成主编《食品微生物检验技术》为教学主教材，该教材为高职高专“十二五”规划教材食品类系列之一，理论上突出“必需、够用、实用”的原则，侧重实际操作、检验方法，介绍了食品微生物检验实验室与设备、食品微生物检验基本程序、基础实验技术、现代食品微生物检验技术、卫生指标细菌的检验、致病细菌的检验、真菌的检验和其他检验项目。同步配套使用《国家职业资格培训教材•技能型人才培训用书：食品检验工（中级、高级）（第二版）》，该教材是根据最新《国家职业标准食品检验工（中级、高级）》的知识要求和技能要求，按照岗位培训需要的原则编写的。与此同时借助网络技术和多媒体技术等现代信息化手段，以课程教学为中心开发了相关教学资源：课程标准、多媒体课件、电子教案、实训指导书、试题库、食品微生物检验技能测试标准、食品微生物检验技术省级精品课程资源库等教学资源，为学生的自主学习提供了丰富有效的资料。

4教学方法与手段

4.1多种教学方法的融合运用

学生是学习的主体，不同的学生具有不同的特点，在教学中引入多种教学方法，如课堂讲授法、四阶段实践教学法、项目驱动教学法、任务驱动教学法、启发讨论教学法、案例教学法、暗示教学法、挫折教学法等。无论采用何种教学方法其核心都是启发式教学。

4.1.1项目驱动法

在老师的指导下，将项目交给学生，从信息的收集、方案的设计到项目实施及最终评价，都由学生负责。老师会把整个学习过程分解，设计出各个任务项目的教学方案。

4.1.2四阶段实践教学法

是一种起源于美国岗位培训的、系统化的以“示范-模仿”为核心的教学方法。即把教学过程分为准备、教师示范、学员模仿和总结练习四个阶段的培训方法。

4.1.3任务驱动教学法

围绕任务展开学习，以任务的完成结果检验和总结学习过程等，改变学生的学习状态，使学生主动建构探究、实践、思考、运用、解决、高智慧的学习体系。

4.1.4启发讨论教学法

以学生的经验为基础，由教师提出问题，让他们运用思想去解决、分析、批评、判断和归纳，因而可以触类旁通，使经验逐渐扩张，思想更为灵活。

4.2现代先进教学技术手段

在教学手段的采用上，除了应用传统的课堂讲授，并引入多媒体和网络手段，增强授课的直观性、形象性、生动性，达到“教、学、做”一体化。同时实施理论教学和实验教学分开考核的方案。

5课程设计思路

5.1依据需求定内容，依靠行业建课程

为保证教学内容符合企、事业单位岗位需要，《食品微生物检验技术》课程基于“岗位知识体系”来进行课程设计（见图1）。课程负责人及主讲教师，分别为微生物检验专业学科带头人和骨干教师，并且我们与企、事业单位签定了合作办学协议，食品行业专家和高级研究人员定时来校兼职授课，共同建设与管理课程；共同制订课程大纲，编写实训教材；共建校内外实训基地，参与实践项目教学。行业专家的加盟使师资队伍的双师结构比例达100%，极大地提高了实践教学能力以及研发能力，学生技能训练模拟了真实的工作环境，动手能力大大提高。

5.2课程为社会服务，教学顺应市场项目化

该课程实施任务驱动教学模式，在技能训练期间，任课教师组织学生承担福州亿达食品有限公司的海蜇皮质量指标检验，以及为贝奇（福建）食品有限公司进行“贝奇野菜汁”成品检验。一方面拓宽了专业教学和实践实训的途径，另一方面以社会为课堂，实现了教学创新与市场互动。

5.3“阶梯式”的实践教学递进式模式

“早实践，多实践，课程实践不断线”。课程开始，就在校内实验室进行基本技能训练半年；随后，到福建省疾病预防控制中心、南昌铁路局福州铁路疾病预防控制中心等单位的微生物检验科实训基地进行综合实习4个月~6个月；最后，在第六学期分散到实习基地或其他单位进行顶岗实习半年。此法得到了企、事业单位的广泛认可，且学生素质大大提高，职业资格考证通过率达100%。

5.4课程考核与国家食品检验职业资格考核相结合

本课程注重职业能力的培养，注重过程考核，改革传统以理论笔试考核学生成绩的方式[3]，根据学生任务完成、项目实施情况和校外实践情况综合评定学生成绩。职业资格证是就业的“准入证”，为实现学校教育与职业教育的无缝对接，课程的考核还与国家食品检验工（中级、高级）职业资格考试相结合，分为理论知识和操作技能考核两大部分，严格课程考核是学生获取“双证”的保证。在一定情况下，也可实行“以证代考”，即以职业资格考试成绩代替课程成绩。

6教学内容设计

6.1教学内容选取的原则

教学内容以“体现国家标准、对接生产实际、融通职业标准”为原则进行选择，选好以后围绕食品微生物检验工作任务进行教学项目的设计组织，每个项目由学生通过课堂理论教学和单元综合实训共同完成。“理论（初步了解）实践（初步学习和模仿）再理论（理解）再实践（独立操作及完成）反复实践（掌握并熟练运用）”的认知与学习规律来完成各项目，如此反复操作可为学生奠定比较扎实的微生物基础知识和基本技能，最终实现职业能力培养目标。

6.2教学内容的组织和安排

食品微生物检验以微生物检验岗位的知识、能力、素质为出发点，按食品微生物检验流程，将课程分5个教学模块，4个基本技能训练情境教学，7个典型工作项目教学。共80学时，安排于第二学年第4学期开设，其中理论教学32学时，实践教学48学时。

6.3教学重点难点

①重点：细菌检验基本技能；食品中细菌菌落总数和大肠菌群检验技术；食品中主要致病微生物生物学性状及其检验技术。②难点：对不同的食品样品和检验项目选择最佳的检验方法；如何正确判断各种检验结果，最终作出正确的食品卫生评价。

6.4课程教学评价

①后续课程任课教师评价：学生们食品微生物检验技术基础扎实，技能操作熟练。对于后续课程，我们教得容易，学生学得轻松。②实习单位评价：福建卫生职业技术学院医学营养专业学生食品微生物检验技术实践操作能力强、创新能力强、团队协作能力强。③学生评价：通过《食品微生物检验技术》课程的学习，我们学到了知识、学会了操作本领、培养了我们吃苦耐劳的精神等。

7课程特色

①理实镶嵌的教学模式：理论内容与实践操作穿行，理实一体，使学生对内容更容易理解。②导引式学习与自主学习相结合：既注重老师的“教”，又注重学生的“学”，引导学生将被动学习逐步转化为主动学习。③单项训练与技能考核相结合：坚持单项训练与技能考核相结合，使学生具备扎实的微生物检验操作能力。实践证明，我们对《食品微生物检验技术》课程设计与改革的探索是成功的。合理定位课程在医学营养专业人才培养方案，优化教学内容、选用和编写优质教材、“教、学、做一体化”的教学模式、注重职业能力培养的考核模式，不仅提高了教学质量，也激发了学生学习的兴趣、潜能和动手能力，增强了学生毕业后胜任岗位工作的能力。

参考文献

[1]尚新彬，李超敏.医学院校食品微生物检验技术课程设计改革[J].继续医学教育，2013，27（9）：89-90.

[2]吴君艳.基于食品检验岗位能力培养的探索与实践———高职院校食品检测类《食品微生物检验技术》课程设计改革[J].科技信息，2012，35（8）：809.

微生物与生物技术范文第2篇

关键词：微藻;生物质能;脱氮除磷;耦合技术

收稿日期：2011-08-29

作者简介：傅晓娜（1988―），女,四川成都人,四川大学建筑与环境学院环境工程专业硕士研究生。

通讯作者：姚刚(1957―)，男,河南商城人,德籍华人,高级研究员,客座教授,博士生导师,主要从事环境工程各方向和环境管理方面的

研究工作。

中图分类号：X701

文献标识码：A

文章编号：1674-9944(2011)11-0100-05

1引言

水资源危机是指淡水消耗量超过可用淡水资源量的20%,而事实上,全球的淡水消耗量在1995年就已经超过20%,达到了27%~30%。我国人口众多,水资源匮乏,用水需求旺盛,但水体污染严重,尤其是氮、磷等化学物质排放到水体,引起藻类异常繁殖,造成水质富营养化问题,长期不能得到有效解决。与此同时,全球40%的人口严重缺水,水资源的可持续利用问题迫在眉睫。经过净化处理的可再生水可用作于城市和农村的非饮用水,如灌溉用水、景观用水,部分还可作为工业用水,不失为解决水资源紧张问题的新途径。因此,开发利用高效、低成本的水质深度处理技术,是解决水资源危机的重要手段之一。

早在20世纪50年代,Oswald和Gotaas就提出利用微藻处理污水的想法。近几年来,国内外对进一步发挥藻类净化污水的潜力进行了大量研究,在藻类净化污水的机理研究方面取得了很大进展［1］。与传统方法相比,利用藻类处理污水可以克服传统污水处理方法易引起的二次污染、潜在营养物质丢失、资源不能完全利用等弊端,同时能够有效去除造成水体富营养化的氮、磷等营养物质,具有广阔的应用前景。利用微藻产油作为生物柴油来源的构想,早在1980年就有相关学者提出,但并未受到重视。直到近年来因原油价格的攀升,开发再生能源的意识逐渐提高,微藻生物质能有着能源密度高、易储运、含硫低等优点,可以直接作为民用燃料和内燃机燃料,以微藻生产生物柴油的想法受到各界关注。

2微藻污水处理技术

2.1微藻对氮、磷的去除原理

中国湖泊的富营养化问题严重,巢湖、太湖、滇池等几大湖泊中氮磷含量较高,造成硅藻、蓝藻、绿藻等藻类大量繁殖,不仅会使水中溶解氧降低,而且藻类释放的藻毒素亦会影响水生生物的生长繁衍。但同时微藻可以用来去除污水中的氮、磷等营养物质,并以有机物的形式将其储存在藻细胞中［2］。微藻细胞利用二氧化碳和碳酸盐等作为碳源,通过光合作用进行自养生长,水中的氨氮、硝态氮和亚硝态氮等无机氮和各类有机氮便合成藻体氨基酸和蛋白质等必须营养物质。水中的磷可直接被藻细胞吸收,并通过多种磷酸化途径转化成ATP、磷脂等有机物（图1）。

图1微藻对氮、磷的吸收原理示意

同时,微藻的光合作用造成水体pH值升高,导致正磷酸盐和NH3•H2O分别通过形成沉淀和挥发的形式去除,从而间接去除氮磷。此外,微藻光合作用形成的高pH值,也可起到一定的消毒作用［3］。

2.2微藻对重金属的去除原理

重金属种类较多,具有微量、稳定、毒性大等特点,通过食物链在生物体内富集,不仅会危害水生生物的生长繁衍,也是造成多种人体疾病的罪魁祸首,是潜在危害性最大的水体污染物之一［4］。可通过各种水生植物和微生物,尤其是微藻细胞的生物吸附、积累、排泄、净化4个步骤来去除重金属。

微藻细胞对中重金属的吸收是包含了物理、化学、生物反应和各种机理的复杂过程。根据该过程是否消耗能量,微藻对重金属的吸收方式可分为主动和被动吸收两种方式,前者是指新陈代谢的藻类与金属之间的相互作用,重金属离子通过主动运输的方式被吸收到微藻细胞内,吸收速度慢,持续时间长,不可逆,需要细胞新陈代谢提供能量;后者则是通过物理和化学反应将重金属离子吸引到微藻细胞表面,吸附速度慢,持续时间短,可逆,不需要能量［5］。

微藻细胞壁的组成对重金属离子的吸收起决定作用。微藻的细胞壁是由多糖、蛋白质、脂质组成,因此它具有很高的黏度和较大的表面积且呈负电性。这些组成陈分包含了许多容易和重金属离子结合的基团,如羧基,酰胺基,羟基,硫代醇,硫代醚,咪唑,磷基,硫基等。其次,微藻细胞膜具有高选择性和半透性,这对生物吸附吸收重金属的效率有决定性作用。目前被广泛接受的微藻对重金属的吸收机理主要有表面络合,离子交换,氧化还原,微沉降等。

3微藻生物质能源生产技术

微藻细胞的主要化学成分是脂类、纤维素、木质素和蛋白质等,其中脂类是制备生物质燃料的主要成分。生长在海水中的绿藻,能积累大量游离的甘油以平衡环境中的盐浓度,其甘油的含量可占自身干重的50%~60%［6］。藻细胞通过光合作用将太阳能转化为生物能,通过不同的藻细胞加工方式可生产各种生物燃料。一方面,利用高温高压液化技术或超临界CO2萃取技术可获得藻细胞中的油脂,再通过酯交换技术将其转变为脂肪酸甲酯,即生物柴油;另一方面,藻细胞在无氧条件下可直接热解制备生物质油、焦炭、合成气及氢气等多种生物燃料［3］。通过微藻获得生物能源的途径(图2)。

图2微藻制油原理示意

3.1微藻培养系统

目前,常见的微藻培养系统可分为开放式和封闭式,其选择需要考虑许多因素,如微藻的生物特性、气候状况、目标产物种类与土地、人工、能源、用水、营养源等各项成本［7］。

3.1.1开放式微藻培养系统

开放式微藻培养系统是在户外利用阳光进行培养,适用于传统活性污泥法、氧化塘法与批量微藻生产的结合,培养快速生长的藻细胞和可耐受极限环境(高浓度重碳酸钠、高盐度等)的藻细胞,大致分为大型池、开放式槽体、圆形培养池及高效藻类塘跑道型培养池等4种形态。这种培养系统的优点在于能耗低、基建投入少、运行成本低,微藻产量大,缺点在于培养环境易受外界温度、天气、光照等的影响,以及其他藻种、细菌及原生动物的污染［7］,要控制这些条件以适应微藻的生长和达到污水处理的效果,操作上比较困难,且微藻的产率较低。

目前应用较广泛的开放式系统是高效藻类塘,通过“藻菌共生系统”可以同时去除污染水体中的有机物、重金属和氮磷等营养物（图3）。开放式系统在广大农村和小城镇的污水处理方面具有广阔的应用前景。在德国、法国、新西兰、以色列、南非、新加坡、印度、玻利维亚、墨西哥和巴西等国家都有高效藻类塘的应用,并取得了良好的运行效果。

图3高效氧化塘藻菌共生塘系统示意

3.1.2封闭式微藻培养系统

封闭式微藻培养系统主要指微藻光生物反应器,可用于自营、异营或混营培养,而且在户内或户外都可实施,可分为管式(垂直、水平、螺旋)、圆柱式、薄板式和聚乙烯袋式。光生物反应器可人为控制藻细胞生长条件,从而获得高产率品质稳定的藻细胞生物质,且可避免杂藻污染,后续分离纯化所花费的成本也可减少,但建设、运行成本高,规模放大难度较大缺点。

封闭式系统的微藻培养技术有活性藻系统和藻类固定化技术。前者采用人工强化培养出高浓度的藻液,然后再光生物反应器中利用污水进行藻类的继续培养的系统。该方法对有机物的降解效果好,且能有效去除颗粒污染物和氮、磷等营养物［8］。后者是通过包埋法或吸附法,将藻类细胞聚集成团或固定在载体上,其中包埋法应用较广泛。该技术具有微藻细胞浓度高、反应速度快、去除效率高、藻细胞易于收获等优点,在微藻处理污水中有广阔的应用前景。

3.1.3藻种选择

早在1978年,美国的能源部燃料发展就设立了水生生物计划(ASP)项目,专门研究微藻生物质能,包括沼气、甲烷和生物柴油,主要采用开放式微藻培养系统,在1978年到1996年将近20 年的时间里,科研人员从3 000株藻中筛选了300株高油脂含量的咸水藻种(大多是绿藻和硅藻)。20世纪80年代初美国国家可再生能源实验室(NREL)牵头并联合多个单位进行了可用于生产生物柴油的微藻的调查与筛选研究,运用现代生物技术开发出海洋工程微藻,实验室条件下脂质含量超过60%,户外生产达40%以上,每亩年产1~2.5t柴油［6］。同一时期,日本、德国和法国也在进行微藻培养的研究,主要方向是封闭式微藻光生物反应器［3］。表1列出了几种微藻的产油效率,产油效率是微藻作为生物质能源潜能的主要表征形式。

在我国,用于生物质燃料生产的微藻细胞的筛选和改良工作也取得了一定的成果。清华大学生物技术研究所通过异养转化细胞工程技术控制C/N,获得高脂含量、叶绿素消失、细胞变黄的异养小球藻细胞,其脂含量高达细胞干重的55%,是自养藻细胞的4倍。

然而高含油藻种不一定能在生活污水二级出水条件下正常生长并积累油脂,欲实现污水处理系统从处理工艺向生产工艺的转化,藻种的筛选与驯化是研究工作的前提与重点。针对水质深度净化与高价值生物质生产相耦合的目的,藻种筛选的依据应为:在生活污水二级处理出水的条件下生长速率快、氮磷去除效率高、生物质产量高以及单位微藻生物量的油脂产量高等。基于上述原则,李鑫,胡洪营等人在不同污水处理厂二级出水中筛选、分离得到了椭圆小球藻(Chlorella ellipsoidea YJ1)、贫营养型二型栅藻(Scenedesmus sp.LX1)等多株藻种［9,10］,它们对生活污水二级处理出水中的氮磷去除效率均在90%以上,单位藻细胞的脂质含量在33%~42%之间。

2011年11月绿色科技第11期

3.2微藻细胞的收集和油脂提取

3.2.1微藻细胞的收集和分离

污水处理中的微藻细胞的收集是实现污水系统发展微藻生物质能的重要环节,因为藻细胞非常小,本身密度与水接近,且培养液很稀,要收获一定量的藻细胞就要处理大量的液体,培养后的藻液需要浓缩100倍~1 000倍之后才能在工业上得以利用［11］。微藻的分离浓缩是高耗能过程,藻细胞分离浓缩的能耗是仅次于微藻培养的第2大成本消耗［12］。因此藻细胞的分离浓缩方式成为很多研究者的关注热点,也是实际工程中必须面对和解决的问题。

微藻收集主要的方法有自然沉降、絮凝沉降、气浮、固定化、离心分离、膜分离、过滤、浓缩、压滤等,表2列出了几种常见的微藻收集方法。

表2微藻收集方法

方法分离效果

自然沉降可去除50%~80%的藻细胞

絮凝沉降随着pH升高和无机磷酸盐沉淀,藻细胞自絮凝;但化学絮凝剂成本高,使出水盐度偏高;通过细菌产生生物絮凝剂,是目前研究热点之一;不适于体积小,生长快的藻类

气浮加明矾20~30mg/L,可去除99%的藻细胞

固定化固定化微藻团易分离,但成本高,可能发生藻细胞外泄

电解絮凝小电流(0.3kW•h/L)使藻细胞悬浮,藻细胞分离率可达到95%

过滤/离心分离效果好,但成本高

膜分离分离效果好,技术较成熟,但需注意膜污染问题

其中,絮凝沉淀/气浮、过滤离心、固定化是较常用的藻细胞分离方式,但成本较高,同时藻细胞固定化容易带来藻细胞外泄的问题。膜分离是一种有潜力的藻细胞分离收获方式,在反应器之后通过膜分离截留藻细胞以获得低氮磷含量的清水,同时通过浓藻液的回流实现反应器内藻细胞的高密度培养,可实现耦合系统对于出水水质及微藻光生物反应器中藻细胞高密度培养的要求。然而没有哪一种方法是万能的,对于价值较低的产品可以使用重力沉降的方法,或是配合絮凝进行,但对于价值较高的产品则可使用离心的方法［13］。

3.2.2微藻细胞的油脂提取

有机溶剂萃取是常用的藻细胞油脂提取方法,主要包括甲醇/氯仿法［14］、乙醚/石油醚法［15］和正己烷法［16］等。按照萃取时藻细胞的状态不同,又可分为干法萃取和湿法萃取。Lardon等人通过生命周期评价(Life cycleassessment,LCA)的方法对正己烷干法萃取和湿法萃取藻细胞油脂的效率及经济性进行了分析,表明油脂提取的能耗在生物柴油生产总能耗中占有很大比例(干法萃取和湿法萃取的能耗分别占总能耗的90%和70%),因此油脂提取技术的改进对耦合系统的经济性和可持续性具有直接影响［16］。

另外,油份提取后的藻渣还可继续利用,如用作肥料滋养农田,或进行厌氧发酵,可获得甲烷、氢气和乙醇等能源。有研究甚至认为,当单位藻细胞的油脂含量低于40%时,为了获得最大的能量收益,所有藻细胞生物质应该全部用于厌氧发酵［17］。

4进展与发展趋势

4.1国内外研发新进展

利用微藻处理污水在国内外早有应用,如德国、法国、新西兰、玻利维亚、以色列、新加坡、印度和巴西等已先后建成藻菌-共生大型氧化塘系统,用于处理一般市政废水和农村污水,比利时也有利用微藻处理养殖废水。美国早在20世纪50年代便提出利用藻类去除氮磷等营养物的概念,并基于此进行了大量研究,基于藻细胞污水处理技术有了快速的发展［18,19］。在微藻生物质能方面,国内外许多企业和机构也进行了大规模的试验,有得甚至已开始推广应用。雪佛兰(Chevrolet)公司在2006年与美国联邦研究员建立合作伙伴,共同研发微藻生物油;壳牌(Royal Dutch Shell)公司与夏威夷一家名为HR的微藻生物油公司联合成立了一家新公司,名为Cellana,在夏威夷1亿hm2的海面培养海藻,用于生产生物质燃料;埃克森美孚(Exxon Mobil)公司计划在未来5~6年投资6亿美元,用于研究与一般化石燃料兼容性良好的微藻生物燃料;日本国际贸易与工业部在1999和2000期间,资助了名为创新技术地球研究(Earth Research of Innovative Technology)的项目,用微藻来固定CO2,并初步研究光生物反应器。我国河北新奥科技发展有限公司,在内蒙古建立了一个生态微藻培养基地,面积将在2013年达到280hm2,并计划在2014年实现微藻生物油产业化;中石化与中科院于2009年开始共同实施微藻生物柴油技术系列项目,研究微藻光生物反应器;中石油和中科院也在合作研发微藻生物柴油技术。

在微藻污水处理与微藻生物质能的耦合方面,美国已经开始尝试用市政废水和煤烟厂大规模培养产油微藻,并取得了较好的物质和能量循环效果。胡洪营等人设计了利用污水资源生产微藻产油的耦合系统,以2008年的污水标准对培养微藻细胞每年生产生物柴油的潜力进行估算,得出如果全国范围内的生活污水全部采用他们设计的耦合系统进行处理与生产生物柴油,则生活污水中所含有的氮磷除去供给活性污泥微生物的生长后,剩余部分所培养的藻细胞每年生物柴油的生产潜力约为397万t［20］。

虽然微藻培养具有净化效率高、系统建造运行费用低等特点。另外,藻类在污水净化过程中产生大量的氧气,可减少水体因缺氧而形成的恶臭气味,因此用藻类处理污水在水质的改善中有广泛的应用前景。作为一种生物质能源的原料,微藻亦有许多其他原料不可比拟的优点,首先是种类繁多,便于取材;其次是藻类光合作用效率高,生长周期短;另外微藻的培养不需要占用粮食产地,并且和其他生物质能源一样,相对于化石能源,能减少或消除二氧化碳等温室气体的排放,并有可能解决海洋和湖泊的富营养化问题,环境效益高。但是要实现微藻污水处理与生物质能源生产耦合技术的产业化,仍存在一些问题有待解决。

4.2发展趋势

(1)新型藻种的选育和改良。继续筛选具有高效净化能力且营养价值高的微藻。

(2)光生物反应器的构建与规模化。将微藻光生物反应器与污水处理相结合,开发适合于可规模化运转的高效生物反应器,实现污染控制与资源化利用相结合。

(3) 固定化载体的开发。目前,包埋法固定化载体主要有天然高分子凝胶(如琼脂、海藻酸钙等)和有机合成高分子凝胶载体(如聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酰胺(ACAM)等)。天然高分子对生物没有毒害,传质性能较好,但是强度较低;有机合成高分子凝胶强度较大,但其传质性能稍差,在包埋时有时可能会影响细胞活性。因此,开发复合型固定化载体,改善其性能,是藻类固定化技术研究的重要内容［21］。今后还需弄清固定化微藻的生理生化特性及其净化机制,研究固定化微藻的保存、活化方法,为批量生产奠定基础。

(4)藻类生长繁殖条件的控制。由于微藻培养和污水处理耦合系统的前期投资较大,必须满足微藻最佳的培养条件和污水处理最低的运行成本,既要选择合适的光照方式,提高光能利用率,选用合适的培养系统,达到最大的培养数量,又要考虑出水水质和环境条件对污染物的影响等。

(5)降低制油成本。高昂的生产成本是利用微藻生产生物柴油所面临的最大问题,其中藻类培养耗资巨大,而藻类的收集、分离和脂质提取又是耗能最大的环节,假设采用含油量为30%(细胞干重)的微藻来生产生物柴油,那么从培养、收集、提炼到成品,成本约为19.1元/L。而我国2008年0号柴油的价格只有6.1元/L,此价格还包含了税收、利润、运输等费用。

(6)油脂提取技术的改良。高等植物种子中的油脂大都属于中性脂,易于通过压榨的方式提取,因此提取后的油脂基本上不存在极性脂及色素。而微藻细胞小,难以采取常规的压榨方式以获取油脂,用有机溶剂来提取,油脂中不可避免地存在着色素及磷脂等极性脂,为后续提炼等过程带来了相当大的隐患。

5结语

微藻污水处理技术与微藻生物质能生产技术,可以算是一项环境友好的集成创新技术,大多还处于概念提出和试验阶段。尽管目前仍然存在上述许多亟待解决的问题,但这些问题同时也是目前的研究重点和未来的发展方向,一旦突破了这些障碍,相信在水资源和能源日趋紧张的形势下,这项工艺将迎来更广泛和良好的发展前景。

参考文献：

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微生物与生物技术范文第3篇

关键词：生物电子显微学；农业高等院校；研究生；教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）30-0152-02

电子显微镜是一种超微结构分析精密仪器，主要用于观察被检测样品的内部结构和表面形态特征变化的研究。随着电镜技术的不断发展与农学、动物医学、动物科学、园林、食品与药品、草业与环境等农学生命科学科的应用越加紧密[1]。在农业专业学科的教学和科研中，可通过电子显微镜对动物和植物细胞的细胞壁、生物膜、叶绿体、线粒体、内质网、高尔基体、溶酶体、微体、中心体、细胞骨架和细胞质内含物（如糖原、脂类、蛋白质），以及细菌的特殊结构；微生物超微结构如：菌体鞭毛、菌毛、芽孢、荚膜等结构、病毒的囊膜、衣壳、霉病菌菌丝和孢子等形态，以及化工材料的化学结构元素分析，含水样品、含油样品、放气样品、加热样品、冷冻样品进行观察工作。因此，在农业高等院校研究生教学中开设《生物电子显微镜技术课程》，可以有效地提升各学科整体教学质量和科研能力，为教学和科研服务。

一、《生物电子显微学技术》课程的教学内容与要求

1.《生物电子显微学技术》课程的理论教学内容。《生物电子显微镜技术》理论课程20学时，教学内容包括：电子显微镜的发展与应用、透射电子显微镜原理与制样、扫描电子显微镜原理与制样、免疫电镜细胞化学技术、冷冻切片技术与冰冻蚀刻、酶电镜细胞化学技术、电镜放射自显影技术、生物大分子电镜超微细胞化学技术、电镜原位分子杂交技术。

2.《生物电子显微学技术》课程的实验教学要求。在实验教学中要使学生掌握仪器的基本操作方法，生物样品超薄切片技术、半薄切片技术、负染技术、细胞化学定位技术、扫描电镜临界点干燥技术、离子溅射技术、细胞冰冻蚀刻技术等样品制备方法，使学生能够学会运用电子显微镜技术对动植物组织细胞超微结构和功能的研究方法和技术手段。

二、生物电子显微镜技术在农学专业研究生教学中的应用

1.免疫电镜细胞化学技术在农学专业研究生教学中的应用。免疫电镜技术是免疫化学技术与电镜技术结合的产物，根据抗原抗体的高度特异性结合原理，用高电子密度的标记物（如：金、铁蛋白等）在超微结构水平上检测某些抗原性物质的定位、定性、半定量的一种方法[2]。目前免疫电镜技术主要包括酶免疫电镜技术、免疫铁蛋白技术和免疫胶体金技术，此外还有抗体杂交技术、凝集素电镜标记技术和铁蛋白-抗铁蛋白电镜复合物技术。可用于农业作物抗旱、抗旱品种选育，品种间生长发育组织学特性表征抗原的定位分析；动物疾病微生物学鉴定、诊断和致病机制研究；动物组织胚胎发育，干细胞诱导发育研究，动物肿瘤的组织学诊断；林果品种发育结构特征等领域的科研研究。

2.冷冻切片技术与冰冻蚀刻在农学专业研究生教学中的应用。冷冻切片技术是利用液氮快速冷冻技术，在冷冻超薄切片机中进行冷冻切片。省去了传统的戊二醛/俄酸固定、乙醇脱水、丙酮置换等有机溶剂操作过程，避免了化学药剂的处理，样品结构、成分不发生变化，实现快速固定，快速制片、快速研究与诊断的能力，保持了细胞或组织的生物活性物质的原始状态。冷冻蚀刻技术是利用物理冷冻断裂方法对生物样品组织细胞进行断裂和复型相结合的制备透射电镜样品技术，用透视型电子显微镜观察细胞或细胞器的内、外表面微细的三维结构或膜内微细结构分析的方法[3]。可用于动植物新鲜组织细胞的超微结构、生物大分子和某些元素在组织内分布、免疫抗原电镜标记、细胞酶活性标记、电镜放射自显影等细胞的化学和细胞成分的定量定性分析。

3.酶电镜细胞化学技术在农学专业研究生教学中的应用。电镜酶细胞化学技术是通过酶的特异性细胞化学反应来显示酶在细胞内的定位技术。一般先将酶原位固定在细胞内，再使它与特定的底物起反应，底物的分解物经过捕捉反应沉着于发生分解的原位上，最后使沉着物变为在电镜下可以看到的物质。在整个处理过程中必须保存酶的活性不受破坏。目前能在电镜下定位的酶有三大类即水解酶、氧化还原酶和转移酶[4]。

电镜酶细胞化学技术可应用于农作物棉花、小麦、玉米、水稻等作物的生长发育、品种选育、营养成分检测等方面研究；动物生长代谢机制、不同畜禽品种间组织细胞形态学和生理生化机制差异；牛、羊等畜产品贮藏方法和无公害研究；动物超微解剖学、动物生理功能机制、动物发病机制、动物病原微生物形态、动物免疫学机制、动物药物作用机理、药物成分和结构等方面研究工作。

微生物与生物技术范文第4篇

【论文摘要】现代教育技术作为现代化的教学手段，在临床微生物学实习教学中被广泛应用;对于引导学生结合临床病例进一步巩固所学知识，促进理论和实践相结合，提高教学质量和教学效果起到了重要的作用。

临床微生物学是检验医学专业一门重要的专业课，它综合了临床医学、病原生物学、免疫学、感染流行病学等学科的内容，是一门学科内容丰富且实践性较强的课程。近年来，伴随着与微生物相关的sars、禽流感、猪流感等感染性疾病的大范围流行，临床微生物学已成为对人类的经济和社会发展具有重大影响的学科。在本课程的临床实习教学工作中，如何激发学生的学习兴趣，引导学生应用课堂所学的理论结合临床实际病例，对感染性疾病进行快速准确的诊断，一直是本课程临床实习教学中的重点和难点。现代教育技术(包括多媒体课件、视频课件等)应用于本课程实习教学后，以其多种媒体的综合优势(包括生动的图像、直观的立体模型、逼真的动画模拟等)解决了传统教学的问题，使本课程实习教学效果和教学效率得到了明显提高。

1现代教育技术概述

1.1现代教育技术的概念

现代教育技术就是以现代教育思想、理论和方法为基础，以系统论的观点为指导，以现代信息技术为手段的现代教育手段和方法的体系，包括计算机技术、数字音像技术、电子通讯技术、网络技术、卫星广播技术、远程通讯技术、人工智能技术、虚拟现实仿真技术及多媒体技术和信息高速公路。它是现代教学设计、现代教学媒体和现代媒体教学法的综合体现。是以实现教学过程、教学资源、教学效果、教学效益最优化为目的，通过对教与学过程和教学资源的设计、开发、利用、评价和管理，以实现教学优化的理论和实践。

1.2现代教育技术教学体系的特点

从教学规律看，具有信息呈现多形式、非线性网络结构的特点，克服了传统教学知识结构线性的缺陷，符合现代教育认知规律。可以把感知、理解、巩固与运用融合为一体，使学生在较短时间内记忆得到强化，有效地促进学生主动参与认知结构不断重组的递进式学习过程。

从教学模式看，这个教学体系既是可以进行个别化自主学习的教学环境与系统，又是能够形成相互协作的教学环境与系统。多种学习形式交替使用，可最大限度地发挥学生学习的主动性，与网络技术相结合的多媒体教学系统还可以使学生之间、师生之间跨越时空的限制进行互相交流，实现自由讨论式的协同学习。

从教学内容看，其知识信息来源丰富、容量大、内容充实、形象生动且具吸引力。为学生创造了宽阔的时域空间，既可超越现实时间，生动地展示历史或未来的认知对象，又能将巨大空间与微观世界的事物展示在学生面前加以认知。

从教学手段看，系统强调以计算机为中心的多媒体群的作用，从根本上改变了传统教学中的教师、教材、学生不点一线的格局。学生面对的不再是单一枯燥无味的文字教材和一成不变的粉笔加黑板的课堂，呈现在学生面前的是图文并茂的音像教材、视听组合的多媒体教学环境与手段和在网络、远距离双向传输的教学系统。所有这一切使得传统教法中抽象的书本知识转化为学生易于接受的立体多元组合形式，使得教学过程与教学效果达到最优化状态。学生在整个学习过程中，充分利用学生的视觉与听觉功能，对大脑产生多重刺激作用，从而使得学习效果显著提高。

2应用现代教育技术教学所取得的效果

2.1教学信息量大，内容形象直观，便于学生记忆和掌握

医学中的微生物是细菌、病毒、真菌等肉眼看不见，必须借助于光学显微镜或电子显微镜放大上千倍甚至上万倍才能看见的微小生物冈。学生到临床实习时对原来课堂上学习的各种微生物在显微镜下的形态、特征、临床致病诊断标准等内容，早已模糊了。要他们在实习时结合各种临床病例重新对大量各类的细菌、病毒真菌等进行鉴别性学习、记忆和掌握，难度较大，常常会混淆不清。

授课教师在教学中利用现代教育技术将各种微生物的形态、特征用图像、动画、视频和声音等各种媒体进行综合处理，就可以将原本抽象的教学内容形象化，使原先不容易理解的内容通过多媒体形式生动、形象地表现出来，并且可以反复播放，形成视觉、听觉反复刺激，调动学生多种感觉器官参与学习过程，学生反映记忆深刻，易于掌握。

2.2有利于结合临床实际不断更新学科知识和在教学中随时拓展、增补学术前沿的内容

近年来，细菌和病毒的变异非常快，新的细菌和病毒不断涌现(如sars病毒、h1n1流感病毒等)，要求临床相应的诊断应快速、准确，以保护患者的健康和生命,同时临床上常用的检测技术，也在不断更新、改善，特别是随着微生物基因组的深人研究和进展，促进了临床微生物实验室诊断新技术发展。包括核酸杂交、核酸体外扩增和基因芯片等临床诊断新技术给临床实验室感染性疾病的诊断带来一片光明。在临床微生物学的实习教学中，授课教师紧跟科技发展前沿，及时更新多媒体辅助教学课件，为学生提供最新的学科研究进展，因而受到学生欢迎。

2.3有利于学生主动学习、互动学习和减轻教师的负担，缓解临床医疗和教学工作的矛盾

临床微生物实习教学通常是在临床工作实践的同时进行，但是由于医院的临床医疗任务很重，而且不能出任何医疗事故，同时学生的实习课业也不能耽误，因此实习教学显得较为枯燥和相对简单。实施多媒体技术辅助教学后，可使枯燥的理论知识变得生动有趣，可充分发挥学生学习的主动性、求知欲和独立思考的习惯。教师可利用临床实践中遇到的具体病例对照多媒体课件，针对学生在临床中遇到的困惑进行有的放矢辅导答疑，有助于教师指导学生课外主动学习，做到临床和教学两边兼顾。

在临床微生物学的实习教学中，由于授课教师使用经过精心研制的视听教材、多媒体课件，采用互动式、临床病例结合式教学方法教学，引导学生主动性、探究性学习，师生教与学达到了互动，提高了教与学的效率，强化了学生学习和掌握本课程临床知识的能力。学生反映多种媒体教学形象、生动，自己记得牢、分得清相关知识点。学生实习出科考核时成绩普遍优良，对教师的教学评价也都是优秀。

3思考与拓展

微生物与生物技术范文第5篇

摘 要：随着科技的快速发展，切实将新研发的技术应用到石油开采领域成了当下人们关注的重要话题。微生物采油技术是继传统三种采油技术后，所出现的能有效提高采收率的新技术。我国通过大量的实验与研究，证明其是能够广泛推广应用的。本文通过该技术的概况、技术原理、现状和发展作简单论述探讨该技术。

关键词：石油开采；微生物采油技术；探讨

中图分类号：TE3：文献标识码：A：文章编号：1673-9671-(2012)022-0147-01

一直以来，传统的石油开采技术一般只能采出油藏的一部分。提高采收率，从而采出更多的原油，是国内外不断研究的重要课题。而利用微生物来提高石油的采收率是传统方法如热力驱、化学驱、聚合物驱等方法之后，研发出的使用微生物有机活动的特性与其代谢产物用来提升石油采收率的一项新技术。与传统采油技术相比，微生物采油技术具有更明显的特点，如：应用范围广泛、工艺简便、成本低、不伤油层、环保等。是当下最具有发展潜力和市场的一项新技术。

1微生物采油技术简述

微生物采油技术是一种新型采油技术，该技术是指，把各类合适的菌种和营养物质注入到油藏中，让其在油藏里繁衍成长，加强石油代谢速度，从而产生活性物质或是气体，用来降低水油界面张力，提高原油的开采率。

2微生物采油技术作用机理与优点

该技术的作用机理相对比较复杂，目前石油开采中所掌握的基本可以概括为以下几方面。

1）改变石油结构，降低其粘度。微生物会以原油中的正构烷烃为资源进行繁殖生长，进而改变石油的结构。微生物的老化，从根本上改变了石油的物理性质，从而影响了石油固性的平衡，降低其压力与临界温度。而它生长时排出的生物酶，可充分将石油进行降解，从一定程度上增加了石油的流动性，而且还能改善石油的品质。

2）微生物在代谢的过程中，会产生一定的诸如二氧化碳之类的气体。而这些气体起到的作用是保持与增加油层的压力，使石油的粘度下降。

3）微生物同时能够产生各类化学物质，其聚合物可以在渗透地区很好的控制流速比，调整油层的吸水面，增加扫油的面积，提高采收率，同时产生的沉淀物具有良好的封堵功能。

4）厌氧菌所产生的产物带有溶剂性，可以溶解原油，降低界面张力，同时吸附在石料表面，在油膜之下发生作用，将油膜与石油分离，使石油释放。

5）微生物在发酵中产生有机溶剂，包括机酸、醇、酮等，它们分别可以使溶蚀碳酸盐及降低界面的张力，以促进石油液体化。

微生物采油技术的优点包括以下几方面。

1）成本低。利用传统方法不能采出的原油，通过极强的微生物繁殖力与适应力，持久的作用于油层，对于边际油田的积极意义重大。

2）工艺简单。该技术只需要对油层进行常态注入即可，无需其他设备，比起传统技术更方便。

3）应用广泛。适用于各种类型的油田，如：重油、中油、轻油等，特别对于地渗透油田的开采更为有利。

4）微生物来源源料广，容易生产及提取，根据油田的实际情况，可灵活调节微生物配方。

5）易于控制。同样通过注入手段，可以即时有效的终止微生物产生的作用。

6）其结构微小，活力强，可以进入到传统方法无法企及的油层微空隙。

7）可有效的控制微生物起作用的地区，避免不必要的浪费与盲目性。

8）生物降解。不损害油层，不会污染环境，可以在同一地区同区域重复使用该技术。

3微生物采油技术国内外研发情况

1）我国微生物采油技术研发情况。早在20世纪的60年代，我国就在胜利和新疆油田进行过相关的微生物采油技术研发工作，但是由于时间短等因素，并没有形成规模，其后微生物采油技术在国家“七五”时期，被列为国家科技攻关项目，并据此研究，选出了几种生物活性剂：厌氧发酵产生二氧化碳等。20世纪90年代初，国家科学院与东北的油田开展合作技术研究和实验。

近些年来，我国在微生物采油技术在研发方面取得了很大的成效，广大高等院校、大学、研究机构等都纷纷开展了很多针对该技术的专业研发工作，并进行了大量的现场应用实验，推广了该技术在采油方面的实质性应用。

2）国外微生物采油技术研发情况。美国与俄罗斯分别主导了微生物采油技术的两个学派，美国采用的是菌种注入油层技术，而俄罗斯则使用营养激活本源的微生物技术。两者的原理都是使用微生物代谢物质以提高原油采收率。

在微生物采油技术的应用和研究上，美国始终处在技术和应用的前沿。近些年来，基于其代谢物质的分析以及微生物在油层介质中的移动方式的研究，美国建立了微生物繁殖、代谢以驱油的模拟数值软件，在设计实验方案起到了很重要的作用。

4微生物采油技术工艺方法

按照其作业模式，微生物和营养物种类的不同，微生物采油技术大致可分为调剖、单井处理及水驱三种方法

1）调剖是利用微生物提高采收率的重要研究课题，我国吉林油田和国外油田合作开展了油田在高含水条件下微生物调剖技术的先导实验，实验结果表明，这种方式更为高效，实验现场的高吸水层被高效封堵，为微生物采油的应用提供了操作工艺基础。

2）单井处理可以有效改善石油特性，以达到降低粘度、防蜡、降低荷载等目的，进而提高生产效率，我国在胜利油区的桩西、清河、胜利等采油厂分别进行实地实验，对得出的分析数据和结果进行详细总结，为大规模应用打下基础。

3）水驱在石油开采中被应用得最为广泛，它通过井网的分布以实现对油层的处理，是上述三种技术方法中最重要的。我国的石油勘探研究所对水驱进行了调研，科学合理的再次表现出微生物采油的全过程，为我国石油探测、开发提供科学依据。

5运用微生物采油技术应注意的问题

1）认识的局限性。内、外源微生物驱油都基于要对油藏注入微生物，并使其生长且发挥作用，因而微生物的成长是微生物采油技术的关键点。外源微生物一般选择在好氧、兼性厌氧的条件下对菌种进行筛选，然后继续分析筛选出的菌种对石油的化学链降解与降低粘度的作用，确定切合现场实际情况的菌种。内源微生物则直接利用地下产出液体加入相应的营养物质，通过分析菌种的浓度变化，确定营养物质的配方。而这些研究并没有在实际现场进行，在实验室中的环境与现场实际环境条件相差过大。

油田是特殊环境，其的矿物构成和性质、孔隙、渗透率、压力、酸碱度、石油性质等物性因素，都会对菌种生长有着相当明显的影响，同时内源微生物在注入一些外源微生物或营养剂后，也会有着一些变化，并与其产生相互作用。在研究过程中，注入微生物与原生微生物的兼容性，以及外源微生物对原生微生物的影响也未得到认真的研究。

2）检测技术局限性。微生物采油技术的产量变化是在现场实地监测中最常见的，而在实际检测中应该定期测出诸如生产井产量、水的酸碱值、气体的组成等特征数值，发现其规律。现场对微生物进行分析

时，禁止用火，不能进行热消毒，不宜用药剂消毒取样困难大，如能在井下密封取样为最佳。

3）模拟实验局限性。目前微生物采油技术的物理模拟被应用于化学驱物理性模拟的设施与手法，通常使用人造岩心。岩心体积小是两者的共同特点，虽然可以模拟出其矿化、温度、压力值，却无法模拟出地下的无氧环境或是内源菌环境，同时岩心长度有限，往往微生物还未适应环境便可能被岩心驱出，生长与繁殖也是无从谈起。因而模拟的模型并不能将环境真实的模拟化，反映不出其环境的真实效果，所以得出的参数数值也不精确。

6微生物采油技术的发展前景

1）井筒技术，其目的是为了更好的保护微生物，能起到一定的防蜡效果，工艺简单，适合大规模的应用。与此同时，应筛选代谢物质能起到较强液化作用的菌种最为适宜。

2）单井吞吐，它的作用对象是近井的地下层，需要菌种在地下层完成新陈代谢，筛选的微生物的类型应以厌氧及兼性厌氧为主，同时要求具备耐温性，现场实际应用时需要补充营养剂，然后关井相对的时间。

3）好氧微生物驱，其又被称为空气辅助型微生物驱。在有氧条件下，该菌种的代谢加快，向地下层排放空气的同时菌种会消耗掉一定程度的氧气，并将石油中的结构进行氧化。

7结束语

微生物采油技术经过70多年的发展，已经取得了很大的成果，其发展潜力巨大，随着在全球范围内石油的消耗与价格快速增长。各个国家对石油的采收率的提升以及该相关技术更为重视，相应投入了大量的人力物力进行研发，伴随着上述这样的发展步伐，微生物采油技术必将有新的突破，它的成熟普及定会给石油工业油田开采开发水平带来巨大的飞跃，必将为经济发展起到更好的推动作用。

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