《微生物发酵及其应用》优秀教案（共14篇）
【学习目标】
1.说出微生物发酵生产的基本过程。
2. 举例说出微生物发酵与食品生产的关系。
3.参与有关微生物发酵的 调查活动。
4.通过发酵工程发展的历史， 体验科学、技术、社会三者间的紧密联系和互动。
【学习过程】
1. 课下深入农村和当地的进行组织调查,探究味精的生产过程。
2. 调查日常生活中哪些食品是由微生物发酵生产 的?
3. 哪些食品中添加了经发酵生产的食品添加剂?
4. 讨论：
(1) 发酵工程经历了哪几个阶段?
发酵工业的发展可分为四个阶段:原始发展阶段、传统发酵工业阶段、现代发酵工业阶段和生物技术产业阶段。
(2) 学生看课本，找出发酵工程的`发展史话。
1.1857年,法国微生物学家巴 斯德通过实验证明,酒精发酵是由活的酵母引起的。
2.18，德国的毕希纳进一步发现了酶在发酵中的作用，人们开始了解发酵现象的本质。
3.20世纪40年代，弗洛里和钱恩与许多的可蹙额家 合作，研究出了大规模生产青霉素的方法，使青霉素 的生产实现了产业化。
4.从2 0世纪50年代起 ， 氨基酸发酵工业、酶制剂工业、多糖和维生素发酵工业相继诞生。
5.20世纪70年代以后，分子生物学的发展，促 进了基因工程的发展和应用。
(3) 读课本理解发酵工程的概念。
发酵是利用微生物，在适宜的条件下，将原材料经过特定的代谢途径转化 为人类所需 要的产物的过程。
(4) 探究讨论发酵工程的大致过程
随着水体富营养化问题的尖锐化和社会发展对环境要求的提高, 污水脱氮技术已经成为污水处理领域的热点和难点。因此, 研究和开发高效、经济的脱氮工艺成为当前城市污水处理的热点。传统的氮转化方式为, 有机氮在水中通过氨化菌分解成无机的氨态氮, 再通过硝化菌氧化成亚硝酸和硝酸, 完成氮的氧化;随后在反硝化菌作用下, 被还原成氮气[1]。
随着城市化进程的加快, 城市生活污水处理行业发展越来越快, 产生的污泥量也越来越多。据1996年对中国29家城市污水处理厂的调查, 每处理1万吨废水, 污泥的产生量 (干重) 为0.3t～3.0t[2]。如何实现污泥的减量化、稳定化、资源化、无害化是城市污水处理厂面临的重大难题;另一方面, 水体富营养化日益严重, 控制污水排磷量在国际上是防止水体富营养化的一个重要策略。生物除磷法可以克服化学法存在的药品费用高、产生大量化学污泥、增加水体的含盐量等缺点, 因而受到广泛重视和研究。
2 生物脱氮除磷新技术
2.1 同时硝化反硝化技术
近几年许多研究者发现存在同时硝化反硝化现象, 尤其是有氧条件下的反硝化现象, 确实存在于不同的生物处理系统中。如氧化沟、SBR工艺、间歇曝气反应器工艺[3]。SND具有以下优点: (1) 能有效保持反应器中pH稳定, 减少或取消碱度的投加。 (2) 减少传统反应器的容积, 节省基建费用。 (3) 对于仅由一个反应池组成的序批式反应器来讲, SND能够降低实现硝化、反硝化所需时间。 (4) 曝气量的节省, 能够进一步降低能耗。对于同时硝化与反硝化的反应机理初步的解释包括:反应器溶解氧分布不均理论, 缺氧微环境理论和生物学理论[4]。
2.2 短程硝化反硝化技术
短程硝化反硝化的工艺有SHARON工艺和CANON (生物膜内自养脱氮工艺) 工艺。SHARON是一种用来处理高浓度、低碳氮比含氨废水的新型脱氮工艺。该工艺根据亚硝酸菌和硝酸菌的不同生长条件, 通过控制反应器的水力停留时间和p H, 使亚硝酸菌成为反应器的优势菌属, 从而将氨氮的氧化控制在亚硝化阶段, 随后再进行反硝化。与传统脱氮工艺相比, SHARON工艺具有流程简单、脱氮速率快、投资和运行费用低等优点。CANON工艺实质上是通过控制生物膜内溶解氧的浓度实现短程硝化反硝化, 使生物膜内聚集的亚硝化菌和ANAMMOX微生物能同时生长, 满足生物膜内一体化完全自养脱氮工艺的实现条件。
短程硝化反硝化可节省氧供应量约为25%, 降低能耗, 节省碳源40%, 减少污泥生成量可达50%, 减少投碱量, 缩短反应时间和减少容积, 但短程硝化反硝化的缺点是不能长久稳定地维持NO2积累。
2.3 厌氧氨氧化 (ANAMMOX)
ANAMMOX工艺由荷兰Delft技术大学Kluyver生物技术实验室研究开发[5]。工艺在厌氧状态下, 以NO、NO3-作为电子受体, 将氨转化为氮气。厌氧氨氧化是自养的微生物过程, 不需投加有机物以维持反硝化, 且污泥产率低。此外还可以改善硝化反应产酸、反硝化反应产碱而均需中和的情况, 这对控制化学试剂消耗、防止可能出现的二次污染具有重要意义。该工艺适用于高氨废水和低COD/TKN废水的处理。
3 污泥发酵产酸的影响因素
短链脂肪酸 (SCFAs, 例如乙酸和丙酸) 作为污水生物除磷脱氮微生物的重要有机碳源之一, 其在污水中的浓度会影响生物处理效果, 当污水中的SCFAs不足时, 污水厂为了获得较高的生物除磷脱氮效果常常需要补充碳源, 解决这一问题可以考虑外加碳源, 但是从废水和污泥处理系统内部, 亦即从污水处理厂本身, 鉴于污水生物处理过程中产生大量剩余污泥, 这些污泥中含有糖、蛋白质等有机物, 它们在一定条件下经水解和酸化作用可转化为短链脂肪酸。因此, 通过微生物的作用在常温常压下将污泥中的有机物生物转化为短链脂肪酸, 特别是丙酸, 不但为污水生物除磷脱氮微生物提供丰富和优质的碳源, 提高了污水生物处理效果, 而且减少了污泥的排放量。水解、酸化和产甲烷是污泥厌氧消化过程的3个步骤, 其中水解速率较慢, 是整个消化过程的速率控制步骤。
污泥厌氧发酵生产短链脂肪酸的工艺条件影响因素包括以下几个
3.1 停留时间:水力停留时间 (HRT) 和固体停留时间 (SRT)
对于单纯以水解为目的的反应器, HRT越长, 被水解物质与水解微生物接触时间也越长, 相应地水解效率也就越高。P.Elefsiniotis等采用了两种不同的实验室规模的连续流反应器, 一种是上流式厌氧污泥床 (UASB) , 另一种是完全混合反应器 (CMR) , 研究了HRT对初沉污泥产酸发酵的影响, 结果表明, 无论是UASB系统, 还是CMR系统, 当HRT逐渐升高到12h时, 单位挥发性固体量 (VS) 产生的短链脂肪酸的浓度和产率都逐渐升高, 并且没有发现产生甲烷;当HRT为12h, 到最大的产酸率大约为0.12mg/ (mg·d) ;当HRT为15h时, 观察到了污泥的甲烷化;乙酸和丙酸为主要的短链脂肪酸, 并且发现UASB系统和CMR系统的数值[6]略有些差别。
HRT和SRT是两个不同的运行参数, 然而, 在多数研究厌氧消化水解酸化的文献中, HRT和SRT几乎是相同的, 原因是他们采用的工艺是传统的没有固体回流的连续流运行系统。
3.2 PH值
p H是影响酶活性的主要因素之一, 因对含量较小, pH的影响不大。
3.3 温度
污泥的厌氧发酵取决于污泥中的水解菌与产酸菌。细菌的生存温度包括三种:低温 (5℃～20℃) 、中温 (20℃～42℃) 、高温 (42℃～～75℃) , 研究表明, 水解菌与产酸菌在三种温度环境下都能很好的生存, 但是较高的温度需要外加的加热装置, 耗费能量高, 因此可以考虑在低温下或者常温下进行。
4 生物脱氮除磷技术的发展趋势
污水排放标准的不断严格是目前世界各国的普遍发展趋势, 以控制水体富营养化为目的氮、磷脱除技术开发已成为世界各国主要的奋斗目标。我国对生物脱氮除磷技术的研究起步较晚, 投入的资金也十分有限, 研究水平仍处于发展阶段。目前在生物脱氮除磷技术基础理论没有重大革新之前, 充分利用现有的工艺组合, 开发技术成熟、经济高效且符合国情的工艺应是今后我国脱氮除磷工艺发展的主要方向, 主要体现在:
开展对生物脱氮除磷更深入的基础研究和应用开发, 优化生物脱氮除磷组合工艺, 开发高效、经济的小型化、商品化脱氮除磷组合工艺。
发展可持续污水处理工艺, 朝着节约碳源、降低CO2释放、减少剩余污泥排放以及实现氮磷回收和处理水回用等方向发展。
大力开发适合现有污水处理厂改造的高效脱氮除磷技术。
摘要：评述了近年来城市污水生物脱氮除磷技术的研究进展, 重点介绍了生物处理的新方法:同时硝化反硝化技术、短程硝化反硝化技术及厌氧氨氧化 (ANAMMOX) , 对其特点进行了总结。综述了剩余污泥厌氧发酵的影响因素:PH值、停留时间温度。
关键词：生物脱氮除磷,同时硝化反硝化,短程硝化反硝化,ANAMMOX—SHARON组合工艺,影响因素
参考文献
[1]张自杰.排水工程[M].3版.北京:中国建筑工业出版社.2000:308.3l2
[2]赵庆祥.污泥资源化技术[M].北京:化学工业出版社.2002:2-3.生物脱氮除磷新技术
[3]Hyungseok Yoo.eta1.Nitrogen removal from synthetic wastewater by simultaneous nitrification and denitrification CSND via nitriate in a reactor[J].1999, 33 (1)
[4]杨殿海, 王峰, 夏四清.废水处理工艺中同步硝化反硝化研究进展[J].上海环境科学.2003, 22 (12)
[5]郝晓地, 汪慧贞, 钱易.欧洲城市污水处理技术新概念一可持续生物除磷脱氮工艺 (上) .2002, 28 (6)
【关键词】传统发酵食品；微生物代谢作用
0.引言
传统的发酵食品具有悠久的历史，品种多样。其中，比较常见的发酵食品有：发酵乳制品、豆制品、肉制品等。并且，我国传统食品发酵体系通常都是由一种、或是多种的微生物所构成的，其处于特殊的微生态环境中，所产生的微生物是与发酵制品的气味、品质等有着直接的联系。除此之外，很多我微生物能够在代谢过程中，产生大量的活性物质，促使发酵食品具有良好的保健功效，在我国的医药、食品行业具有十分广泛的应用前景，势必会成为传统发酵食品业未来主要的发展大方向。以下，本文就对传统发酵食品中的微生物及其代谢作用进行了探讨分析，从而总结出一些自身的观点与建议。
1.传统发酵工艺的发展现状
在以往传统的食品发酵工艺中，通常参与代谢的微生物都是由各自的原生产地进行统一的富集，共同组成了一个完整而又复杂性的结构体系。而伴随着科学技术水平的不断提升，现有的食品发酵工艺也取得了进一步的发展与进步。当前大部分的微生物群落结构体系已经逐渐成熟。然而，因为传统的食品发酵工艺是在自然环境下形成的，常常会受到地理环境、或是其他方面因素的影响，再加之地域的差異性，就导致发酵完成的食品在特性上存在着十分明显的区别。这样以来，其所构成的微生物群落发挥的作用也各不相同。相关人员在对发酵工艺进行深入研究分析以后发现，部分重要的微生物并未真正发挥自身重要的作用机制，这是由于我国目前对发酵工艺中微生物的产物累积机制等方面的研究较少，再加之缺乏一个明确的理论概念，大多数的发酵企业技术水平滞后，无法充分保障食品的发酵质量。为此，加强对传统发酵食品的微生态环境的分析是非常有必要的，这也是促使发酵食品业可持续发展的重要保障。
2.传统大豆发酵食品中的微生物及其代谢作用
传统大豆发酵食品主要有酱油、豆酱、腐乳和豆豉等，制曲是其发酵的关键步骤，曲中的微生物及其分泌的胞外酶对食品后期发酵过程中的风味形成、营养成分变化及功能因子形成等有重要影响。我国传统酱油酿制及日本传统酱油发酵生产过程中使用的发酵剂“Koji”，其主要微生物是霉菌，其中以米曲霉为主。在发酵过程中，米曲霉分泌多种水解酶，水解原料曲中的蛋白质和碳水化合物，分解物质可供其他微生物利用，产生独特的风味物质和营养物质。同时，在霉菌的作用下，一些不溶性膳食纤维降解为水溶性糖类，提高了发酵豆制品的功能性和可利用性。乳酸菌在酱油的酿制过程中也起关键性作用。与酱油风味形成有关系的乳酸菌有嗜盐片球菌、酱油四联球菌、植物乳杆菌等。嗜盐乳酸菌在盐水发酵前期产生乳酸，使盐水酸化，利于形成特殊风味。而且乳酸菌生长速度快，抑制了其他杂菌的生长。一些耐高渗透压、耐盐性强的酵母，如鲁氏酵母和嗜盐球拟酵母，对酱油香气和风味的形成影响极大。耐盐酵母菌在发酵过程中，随着盐水浓度的增大而迅速增殖，并且能够进行酒精发酵，一些醇类物质的生成增加了酱油的风味。
可以说，纳豆是一种较为常见的传统发酵食品，其主要的发酵工艺是通过将大豆加入纯种的纳豆芽孢杆菌中，经过一系列的加工发酵以后而形成的，这种发酵食品存在一定的气味，具有较强的粘性。并且，其在发酵过程中，该类纳豆芽孢杆菌还会分泌出有机酸及低聚糖等氨基酸物质。与此同时，由于纳豆在发酵时将会产生一些生理活性物质，这样就赋予了纳豆多种的保健功能，例如，降血压、降血糖、抗肿瘤等疗效。所以，纳豆菌也是一种特殊的益菌类食品，并在饲料、医药行业得到了十分广泛的应用，具有非常广阔的发展前景。
3.食醋酿制过程中的微生物及其代谢作用
我国的传统食醋以镇江香醋、山西老陈醋等最为著名，其他国家比较著名的传统食醋有意大利香脂醋、日本米醋、西班牙葡萄酒醋等。传统食醋中的主要功能微生物包括醋酸菌、乳酸菌、霉菌、酵母等。霉菌的主要作用是降解蛋白质、多糖等大分子物质。酵母菌在酒精发酵阶段利用单糖，在醋酸发酵阶段，其自身发生自然降解，并释放出营养物质，供其他微生物利用。醋酸菌的主要功能是氧化糖和乙醇，可将乙醇氧化为高浓度的醋酸，同时还能生成大量的有机酸。食醋中的乳酸菌能够产生大量的乳酸，起到缓解食醋剌激的酸味，改善口感的作用。芽孢杆菌产生的具有高度活性的蛋白酶可以将蛋白质水解成氨基酸，这些氨基酸对食醋的风味和色泽起着重要的作用。但由于地理环境、发酵方式差异，不同食醋之间的微生物菌落结构不同，造成口味和营养的差异。据研究报道，镇江香醋中主要细菌属为乳酸菌，醋酸菌，糖醋杆菌葡萄球菌，肠杆菌等，真菌只有一个属：酵母菌属。对山西老陈醋研究菌群发现，老陈醋酿酒过程中酵母菌和细菌是其主要微生物。其中，酵母菌有德克酵母属，酒香酵母属，卵孢酵母属，，醋酸发酵过程中的产酸功能菌为植物乳杆菌和巴氏醋酸杆菌。对意大利香醋中醋酸菌的多样性进行分析，发现醋酸菌是其中最主要的功能微生物。
由此，我们可以看出，处于不同的区域有条件下的食醋，其在发酵过程中所存在的微生物类型有着较大的差异，无论是代谢物质，还是作用机制方面都不同，这也就导致食醋风味与营养物质的区别。虽然有关实验人员已经对对食醋发酵过程中的微生物进行了全面的研究试验，但在发酵食醋功能及群落结构体系方面还需要进一步的调查分析以后，才能够得到明确的结论，这样也有利于促进传统食醋业朝着规范标准化而发展。
在传统的红曲、黄酒发酵工艺中，酵母菌菌群结构一直处于动态变化的状态，直到最终稳定完成。而在发酵的前期过程中，酵母菌将会随着酿造进程的发展，其本身存在的扣囊复膜孢酵母也会迅速减少，并由原有的酿酒酵母形成了一种优势的酵母菌。与此同时，非酿酒的酵母在酿造过程中，将会产生特殊的香气，使得黄酒具备了不同的物质风味。但是，除了这些物质意外，部分氨基甲酸乙酯等代谢有害物质也会随之产生，这样就极大的破坏了黄酒的酿造质量，再加之目前我国仍没有对其累积机制进行过多的研究，缺乏完善的传统发酵工艺机制体系，这就导致很多功能微生物的代谢变化规律并没有被大家所认知。
4.结束语
综上所述，可以得知，传统发酵食品体系是功能性食品微生物挖掘的重要来源。目前已经对发酵食品中的微生物做了大量研究工作，但其微生物群落结构与功能并未得到全面分析，许多功能性食品微生物并没有得到开发和应用。
【参考文献】
[1]马雁飞，倪玲.发酵食品中微生物多样性研究方法进展[J].中国酿造，2011，（2）：12-15.
[2]韩北忠，吴小禾，龚霄.代谢组学在食品发酵研究中的应用现状及展望[J].中国食品学报，2011，11（9）：220-224.
(限时30分钟 满分60分)
非选择题(共60分)
1．(15分)腐乳是通过微生物发酵制成的佐餐食品，其制作流程如下，请回答有关问题：让豆腐上加盐加卤汤密封→→→ 长出毛霉腌制装瓶腌制
(1)民间制作腐乳时，豆腐块上生长的毛霉来自空气中的毛霉孢子，现代的腐乳生产是在严格的无菌条件下，将优良的毛霉菌种直接接种在豆腐上，这样做的目的是什么？
________________________________________________________________________。
(2)制作腐乳的原料中哪种有机物含量比较高？___________________________，毛霉可利用体内的酶将其分解成哪些小分子有机物？______________________。
(3)在用盐腌制腐乳的过程中，若盐的浓度过低会出现什么现象
________________________________________________________________________。
(4)卤汤中酒的含量为什么要控制在12%左右？
________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。解析：泡菜的制作是应用了乳酸菌的发酵，提供的新鲜蔬菜成了它的培养基。由于乳酸菌是厌氧微生物，因此必须创造缺氧环境。在缺氧环境下，乳酸菌发酵产生大量乳酸，能有效抑制其他厌氧菌的生存。若密封不好，就抑制了乳酸菌的发酵，反而使一些需氧型细菌大量繁殖，泡菜将变质。因为乳酸菌生长繁殖需要的大量能量来自有机物的分解，所以有机物的干重会减少，但发酵过程中却能产生更多种类的有机物。
答案：(1)消毒(2)因为乳酸菌为厌氧微生物，密封后可造成缺氧环境；菜坛有裂缝，将导致乳酸菌不能正常生长，而一些杂菌大量繁殖，使泡菜变质(3)盐过多，抑制了乳酸菌的发酵(4)提供乳酸菌菌种(5)有机物干重减少；种类增加(6)C
2.(15分)腊肉、腌白菜、腐乳等是家庭中常见的一些腌制品，其味道鲜美，便于保存。请联系生活实际，回答下列问题：
(1)腊肉和腌白菜能保存较长时间而不腐败，原因是_______________________
________________________________________________________________________。
(2)腐乳制作的原理是___________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)制作腐乳的卤汤中通常要加入料酒、黄酒等，含量一般控制在12%左右，其目的是________________________________________________________________________。
(4)腌白菜味道鲜美，但最好是等腌制好后再食用，若过早食用会影响人体健康，请分析原因________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。解析：腊肉和腌白菜的腌制液中盐浓度过高，微生物因失水而不能生存，所以能保存较长时间而不腐败。毛霉等微生物产生的蛋白酶能将豆腐中的蛋白质分解成小分子的肽和氨基酸；脂肪酶将脂肪水解为甘油和脂肪酸。腐乳的卤汤中酒精的含量越高，对蛋白酶的抑制作用越大，使腐乳的成熟期延长；相反，卤汤中酒精的含量低，则蛋白酶活性高，加快蛋白质分解，但杂菌繁殖快，豆腐易腐败。未腌制成熟的白菜中，亚硝酸盐等致癌物质的含量过高，食用后可能会影响人体健康。
答案：(1)腌制液盐浓度过高，微生物因失水而不能生存(2)毛霉等微生物产生的蛋白酶将豆腐中的蛋白质分解成小分子的肽和氨基酸；脂肪酶将脂肪水解为甘油和脂肪酸(3)抑制微生物的生长，同时使腐乳具有独特的香味(4)未腌制成熟的白菜中，亚硝酸盐等致癌物质的含量过高，食用后可能会影响人体健康
3.(15分)(2012·济宁模拟)农村中泡菜的制作方法：将新鲜的蔬菜经过整理、清洁后，放入彻底清洗并用白酒擦拭过的菜坛中(泡菜坛一般是两头小中间大的陶器，坛口有坛沿，凡裂缝的菜坛不能使用)，然后向坛中加入盐水，香料及一些“陈泡菜水”，密封后置于阴凉处，最适环境温度为28～32℃。有时制作的泡菜会“咸而不酸”或“酸而不咸”，前者是用盐过多，后者是用盐过少。在实验室或工厂生产泡菜，还要跟踪检测泡菜腌制过程中产生的亚硝酸盐含量。
(1)用白酒擦拭泡菜坛的目的是____________。
(2)菜坛为什么要密封？若菜坛有裂缝，可能会出现什么结果？
________________________________________________________________________。
(3)若制作的泡菜“咸而不酸”最可能的原因是什么？
________________________________________________________________________。
(4)加入一些“陈泡菜水”的作用是______________________________________。
(5)制作泡菜的过程中，有机物的干重如何变化？菜坛内有机物的种类如何变化？________________________________________________________________________。
(6)关于测定亚硝酸含量实验操作的有关叙述，正确的是
A．泡菜制作需要配制盐水，其中盐与水的质量比为4∶
1B．在盐酸酸化条件下，亚硝酸盐与对氨基苯磺酸发生重氮化反应形成玫瑰红色染料
C．制备样品处理液，加入氢氧化铝乳液的目的是去色素等杂质，得到澄清溶液
D．泡菜腌制的时间长短会影响亚硝酸含量，温度和食盐的用量不影响
解析：现代的腐乳生产是将优良的毛霉菌种直接接种在豆腐上，这样既可以增加毛霉的数量，又可以避免其他菌种污染。豆腐中蛋白质含量较多，毛霉体内可产生蛋白酶，将蛋白质分解成小分子的肽和氨基酸。用盐腌制时，必须控制盐的用量；配制卤汤时，一定要注意酒的含量。()
答案：(1)可以增加毛霉数量并且可以避免其他菌种污染，保证产品的质量
(2)蛋白质小分子的肽和氨基酸
(3)不足以抑制微生物生长，导致豆腐腐败变质
(4)酒精含量过低，不足以抑制微生物生长，导致豆腐腐败变质；含量过高，腐乳成熟的时间将会延长
4．(15分)下面是果酒和果醋制作的实验流程和某同学设计的果酒和果醋的发酵装置。根据图示回答下列问题：
图1果酒、果醋制作流程
(1)完成图1中的实验流程。
(2)冲洗的主要目的是________，冲洗应特别注意不能________，以防止菌种的流失。
(3)图2装置中的充气口在________时关闭，在________时连接充气泵，并连续不断地向内________。
(4)排气口在果酒发酵时排出的气体是由________产生的________，在果醋发酵时排出的是________________________________________________________________________。
(5)写出与(4)题有关的反应方程式：
________________________________________________________________________。
(6)若在果汁中只含有醋酸菌，在果酒发酵旺盛时，醋酸菌能否将果汁中的糖发酵为醋酸？说明原因：
________________________________________________________________________。
(7)在酒精发酵时瓶内温度一般应控制为________。醋酸发酵时温度一般应控制为________。
(8)果酒制作完成后，可以用________来检测酒精的生成，酒精与之反应呈现________色。
解析：酵母菌是兼性厌氧型微生物，有氧时C6H12O6＋6O2――→6CO2＋6H2O＋能量；
缺氧时C6H12O6――→2C2H5OH＋2CO2＋能量。因此在制作果酒时，应在缺氧的环境中进行。
醋酸菌是好氧菌，能够利用糖在有氧时生成醋酸；在糖源不足时，将乙醇变为醋酸，即酶酶
C6H12O6＋2O2――→2CH3COOH＋2CO2＋2H2O，C2H5OH＋O2――→CH3COOH＋H2O。因此
在果酒制作过程中出气口排出的是CO2，而在果醋制作过程中因醋酸菌是好氧细菌，需要连续充气，因此排气口排出的既有CO2，又有含氧量较低的空气。酒精遇重铬酸钾发生颜色反应呈灰绿色。
答案：(1)醋酸发酵(2)洗去浮尘 反复冲洗(3)果酒发酵 果醋发酵 泵入空气(氧气)
(4)酵母菌无氧呼吸 CO2(含氧量少的)空气与CO2(5)C6H12O6――→2C2H5OH＋2CO2＋
能量
C6H12O6＋2O2――→2CH3COOH＋2CO2＋2H2O
C2H5OH＋O2――→CH3COOH＋H2O
(6)不能。醋酸菌的发酵条件是氧气充足而果酒发酵时的缺氧环境会抑制醋酸菌生长
(7)18℃～25℃ 30℃～35℃
(8)重铬酸钾 灰绿
教学目标：
1、掌握生物分类的定义、依据和目的；
2、了解植物类群和动物类群的分类；
3、引导学生认识生物的多样性并树立保护生物多样性的意识；
4、培养学生自主建立知识构架的能力。教学重点：
重点： 尝试对生物进行分类。
难点： 我国生物多样性面临威胁的原因及保护生物多样性的措施。教学过程：
1、生物分类的方法：
依据生物的相似程度把生物逐级划分为种和属等不同的等级。
2、生物分类的目的：
弄清不同类群之间的亲缘关系和进化关系
3、生物分类的依据
总的依据：形态结构和生理功能等方面的特征
植物分类的依据：形态、结构特征 ；种子的有、无；根茎叶的有无;叶脉的不同类型；果皮的有无；种子中子叶的多少。
动物分类的依据：除了外部形态结构，还要比较内部构造和生理功能；有、无脊柱；生殖、发育方式不同；呼吸方式不同；体温是否恒定
4、植物分类
5、动物分类
6、生物分类的单位(等级)最基本的单位是：种
7、从种到界------马在分类系统中的地位
分类单位的特点：单位越大，种类越多，特征越少，亲缘关系越远。
8、生物的命名-----双名法
生物学名 = 属名 + 种加词 + 命名人姓名
9、生物多样性的内涵（三个层次）
生物多样性
（1）、生物种类的多样性------具体体现
（2）、基因的多样性----------内在实质
（3）、生态系统的多样性------外在形式
三个层次的关系：相互依赖，互相影响。
10、我国生物多样性的特点：
（1）、裸子植物最多，被称为“裸子植物故乡”
（2）、苔藓植物、蕨类植物、种子植物总数居世界第三。（3）、鸟类、鱼类、哺乳类居世界前列。（4）、两栖动物、爬行动物相对较少
11、基因的多样性
（1）、基因多样性 不同种生物的基因组成差别很大，同种生物不同个体基因组成也不完全相同。
（2）、基因库：同种生物的不同个体的基因共同组成了一个基因库。
（3）、生物种类的多样性实质上是基因的多样性。
12、生态系统的多样性
我国拥有海洋、森林、草原、湖泊、农田和城市等各种类型的生态系统。
特别提醒：生态系统的结构越复杂，生物多样性就越丰富，森林比草原的生物多样性丰富。
13、生物多样性遭受威胁的原因是人类的活动
（1）栖息地、生态环境遭到破坏（2）人类掠夺性砍伐、捕杀（3）环境污染（4）生物入侵
特别提醒：人类的活的使生物绝灭速度加快!物种一旦绝灭，不可再生！
14、建立自然保护区
（1）、概念：人们为了保护生物多样性，把含有保护对象在内的一定区域划分出来加以特别的保护和管理。
（2）、类型：
保护生态系统类型：（长白山、九寨沟）保护珍稀动植物：（鸟岛、四川卧龙）（3）、功能：
天然的基因库------保护功能； 天然的实验室------科研功能； 活的自然博物馆----宣传教育功能。
特别提醒：保护生物多样性最有效的措施是：建立自然保护区。
15、我国的珍稀物种
（1）、裸子植物：银杉、水杉、银杏（2）、被子植物：珙桐（鸽子树）（3）、鸟类：朱鹮、丹顶鹤
（4）、哺乳动物：大熊猫、金丝猴、白鳍豚（5）、鱼类：中华鲟
（6）、爬行动物：扬子鳄（中生代活化石）
复习题
1．生物分类的主要依据是（）方面的特征。A.数量
B.大小 C.生活环境
D.形态结构
2．生物分类的基本单位是（）
A.界
B.纲
C.科
D.种
3．生物的分类单位从大到小依次是（）A.界、纲、目、门、科、属、种 B.界、目、纲、属、种 C.界、门、纲、目、科、属、种 D.门、纲、目、科、属、种醋酸杆菌
4．下列各项不属于被子植物分类主要依据的是（）
A.叶
B.花
C.果实
D.种子 5．生物多样性的内涵是指（）
A.基因的多样性
B.生物种类多样性
C.生态系统多样性
D.A+B+C 6．武汉市东湖在20世纪后期的近20～30年间，由于生活污水排入等原因，水底生活的动物从113种减到26种，造成生物种类数量减少的主要原因是（）
A.大气污染
B.生物入侵
C.水污染
D.过度捕捞
7．保护生物多样性刻不容缓，最为有效措施是（）
A.人工喂养
B.建种质库
C.建动植物园
D.建立自然保护区
8．以下不属于我国特有珍稀动物的是（）
A.扬子鳄
B.熊猫
C.白鳍豚
D.珙桐 9．植物的营养器官不是被子植物分类主要依据的主要原因是（）
A.出现的时间早
B.生存时间长 C.受环境影响长
D.以上都是
10．马和斑马在相同的分类单位中的最小的单位是（）
A.界
B.门
C.纲
D.属
11．杂交水稻之父袁隆平培育出的高产杂交水稻新品种是利用了（）
A.基因的多样性
B.染色体的多样性 C.DNA的多样性
D.生物种类的多样性
12．下面是小麦、满江红和月季的分类等级图，请用所学知识回答：
植物界、种子植物门、单子叶植物纲、禾本目、禾本科、稻属、小麦。
植物界、蕨类植物门、真蕨纲、槐叶萍目、满江红科、满江红属、满江红。
植物界、种子植物门、双子叶植物纲、蔷薇科、蔷薇属、月季。（1）亲缘关系最近的两种植物是，判断理由是。（2）在进化中比较低等的植物是________。（3）包含生物种类最多的分类单位是________。
（4）如果增加“亚门“这一分类单位，其分类单位应处于________之间。
（5）确定小麦和月季分类等级的主要依据是________。
13、我国的四川、甘肃等地，在海拔2000米—4000米的高山中，生活着珍稀的动物大熊猫，据统计，目前野生大熊猫仅存800只 左右。请分析：
（1）造成大熊猫濒危的因素很多，大熊猫的食物结构________，繁殖能力________，但主要原因是________。
（2）从生物多样性的角度看，如果大熊猫灭绝，就意味着该物种所拥有的全部________，在地球上全部消失。从长远看，必定会对生态系统的________造成影响。
（3）有的学者提出，通过克隆技术大量繁殖大熊猫，然后送回野生环境以增加其种群数目，从遗传多样性的角度分析，这样做的最大弊端是________。
（4）Ailulropoda mdlanoleuca David是大熊猫的学名，它的种名是________。在分类学上，大熊猫与长鬃山羊同纲不同目，长鬃山羊与台湾梅花鹿同目不同科，三种动物中亲缘最近的两种是________。
（5）1969年最后一只野生台湾梅花鹿被捕杀，该物种已濒临灭绝，一般来讲，一个物种的灭绝，代表着这个物种个体基因组成的________也随之消失；同时该物种生物的灭绝必将影响它所在的生态系统。反过来，生态系统发生剧烈变化，也会加速________多样性和________多样性的丧失。
第五章 生物武器及其防护 第一节 生物武器概述
孟州市河阳中学 赵纲奎
第五章 生物武器及其防护 第一节 生物武器概述
【教学目标】
1、知识目标：
使学生了解生物武器、生物战剂分类、使用方法、进入人体途径及生物武器的特点。
2、能力目标：培养学生平时和战时对生物武器的认识、判断能力。
3、德育目标：培养学生集体主义和爱国主义情感。【教学重、难点】
1、生物武器主要特点、施放方式。
2、生物战剂进入人体途径。【教学方法】
录像资料与多媒体课件相结合，启发式、讨论式教学方式。【教具准备】
多媒体电脑和大屏幕等。【教学过程】
导入：在战争中，交战双方经常利用各种手段、使用各种武器来达到消灭敌方有生力量的目的。
今天我们向大家介绍一种听不见枪声的大规模杀伤性武器。先介绍两个战例：
例1：1763年，英国殖民者企图攻占加拿大，遭到当地印第安人的反抗，当时两名印第安人的领袖曾收到英国人送来的“礼物”——被子和手帕。不久，很多印第安人就陆续发病，患者高烧，皮肤大量出现皮疹，然后转为脓泡，一些人因病相继死亡。英国人达到了不战而胜的目的。原来这些“礼物”是天花病人用过的物品，致使印第安人感染了天花病，这就是一次听不见枪声的生物战。
例2：1864年鞑靼人围攻黑海附近的卡发城堡要塞时，三年不克，便把自己队伍中死于鼠疫的尸体，用投石器投入要塞，致使城堡内军民染上鼠疫而无条件投降，后由逃出者将鼠疫带至意大利，造成在欧洲蔓延，持续流行了八年，死亡2500万人。
上世纪30年代，德国、日本特意研制出在战争中使用的致病性很强的微生物及毒素，使对方造成传染病流行，达到伤害人、畜，毁坏农作物的目的。这就是今天要给大家介绍的大规模杀伤性武器——生物武器。
生物武器自从它被用于战争以来，就以其自身杀伤力大、波及面积广、成功率高、成本低等特点，深受许多国家战争狂人的青睐。随着科学技术的飞跃发展特别是生物技术的发展，生物武器的种类和类型更是多样化。众所周知，生物武器是深受人们厌恶和恐惧的一种武器，全世界都应反对使用它，并且国际法也明文禁止研制和使用生物武器。但是恰恰与我们希望的相反，许多国家一直没有中断过对生物武器的研制、开发、生产，并且在现代的局部战争中和恐怖事件中都曾使用过生物武器，就是在当前的国际事务之间也还常常提起某国被怀疑有生物武器。那么，为什么生物武器会倍受关注？生物武器到底是一种什么样的武器？它给人类带来了哪些灾难？它通过途径对人体产生作用？
今天我们来学习——生物武器及其防护的第一节：
生物武器概述
一、生物战与生物战剂
1、生物战：应用生物武器来达到其军事目的的作战称为生物战。
2、生物战剂：用以杀伤人、畜和破坏农作物并引起大规模疾病的微生物及毒素。
3、生物武器：生物战剂及施放它的武器、器材总称为生物武器。
4、战争与瘟疫：（1）赫梯人的“生物武器”；
（2）侵华日军“731”部队用活人做细菌实验。
二、生物战剂分类
生物武器既然是生物战剂与载投工具的结合，其种数自然就是生物战剂种数与载投工具种数的乘积，然而这样做并没有实际意义。我们可以简单地将二者分离，从而对生物开路的类型有一个更加明晰的了解：
（一）按是否具有传染性分类
传染性战剂 例：鼠疫杆菌、霍乱弧菌、天花病毒等。非传染性战剂 例：肉毒毒素、葡萄球菌肠毒素等。
（二）按对人体的危害程度分类
1.失能性战剂：使受害者在患病后会暂时失去战力，死亡率小于10%的战剂，如布鲁氏杆菌、委内瑞拉马脑炎病毒等。
2.致死性战剂：这是使受害者染上严重疾病，死亡率超过10%的战剂，如鼠疫杆菌、炭疽杆菌、黄热病毒等。
三、生物战剂的使用方法（讨论）
因为生物战剂是具有生命力的细菌或病毒等微生物与毒素，因此，必须随营养物一起施放。生物战剂可装在多种兵器和器材中使用，基本方法有以下几种：
（一）喷洒生物战剂气溶胶
利用一定的喷雾（喷粉）装置，将生物战剂的液体（或粉末）喷出成细小液滴（或颗粒），能长时间漂浮在空气中，形成生物战剂气溶胶通过呼吸道吸入染病。
武器有小型炸弹、气溶胶发生器、气溶胶布洒器等类型，可由飞机、导弹、火炮、舰艇等发射。
（二）投掷带有生物战剂的媒介物
投放带生物战剂的昆虫、小动物、杂物等（朝鲜战争中美军用四格弹投放）。
（三）其它方法
用生物战剂污染水源、食物、通风管道、日用品、尸体、遣返俘虏等，间接使人感染致病。
四、生物战剂进入人体途径
引导学生讨论：生物战剂进入人体的主要途径有哪些？（根据学生回答总结出）
施放生物气溶胶，将携带有细菌或病毒的生物战剂喷撒到空中后，会形成很细微的颗粒，长时间悬浮于空气中，随风飘荡。这种微粒与空气的混合体，叫做生物气溶胶，它的颗粒很小，约为0.5微米～5微米，肉眼很难看见。
生物战剂侵入人体的四个主要途径：
（一）呼吸道吸入
生物战剂污染的空气通过呼吸道吸入，使人感染致病。
（二）误食
食用被生物战剂污染的水、食物，而得病。
案例：朝鲜战争中美军空投麻袋装带霍乱弧菌的蚌肉于山腰林中，被一上山砍柴村农拾到带回村，与村民分食，致使霍乱病在村中流行，死亡多人。
（三）皮肤接触
生物战剂如炭疽杆菌等病菌直接或间接（接触带菌物品）经皮肤、黏膜、伤口进入人体。
案例：美国发生的邮寄带炭疽杆菌粉末邮件，使收件人伤亡案。
（四）昆虫叮咬
人被带有生物战剂的昆虫叮咬后，会使血液污染而致病。
五、生物武器的特点
生物战剂具有区别于核武器、化学武器和常规武器的杀伤特点：（引导学生讨论分析得出）
（一）致病力强
少量生物战剂进入体内即可引起疾病，甚至死亡。若同时感染几种战剂，则使诊断和救治更困难。
（二）污染范围广
在有利的气象、地形条件下，少量生物战剂即可造成大面积污染，带生物战剂昆虫、小动物的活动及染病的人及动物的远距离移动，可造成大范围的污染和疾病流行。
（三）不易被及时发现
由于其无色无味及释放的隐蔽性，因此不易被人们及时发现。
（四）传播途径多
1、传播方式及媒介物多：可经空气、水、食物、污染物体及昆虫等传播。
2、生物战剂进入人体途径多
可通过呼吸道、消化道、皮肤伤口及黏膜等进入人或动物体内。
（五）危害时间长
生物战剂存活时间即为其危害时间。从几个小时至几十天，甚至数十年，在当地大量繁殖则成疫源地其危害时间更长。
（六）受自然因素影响较大
生物战剂存活受生产、贮存、运输及使用条件、方式影响较大；其攻击效果受风速、风向、温度、湿度、季节、降雨雪、日光及地貌等条件的影响很大。
六、总结
1 生物发酵床“零排放”养猪技术具体方法
1.1 建造发酵床养猪的栏舍
发酵床养猪重点使用在保育、育肥两个阶段, 改造和兴建了保育舍和培育舍。 (1) 旧栏舍改造。改建了废弃小学教室4间作为保育舍, 面积108 m2; (2) 新建栏舍。新猪舍屋顶采用“尼龙薄膜+泡沫+尼龙薄膜+彩钢瓦”, 形成隔热保暖层。墙壁建设无新变化, 四周全部用翻窗, 室内设置内排风扇。栏与栏之间形成活动铁围栏, 便于使用。其中, 新建育肥舍1栋, 垫料面积240 m2。
1.2 制作好养猪发酵床
猪舍建成后, 首先要做好养猪发酵床的制作。养猪发酵床制作基本一致, 大体分为4个阶段。
1.2.1拌合按发酵床建设要求, 谷壳60%和锯末40%放入发酵池, 冬、春季节在上面撒入鲜猪粪5 kg/m2, 夏季可以不使用猪粪, 用米糠6 kg/m2和0.2 kg/m2菌种制作的酵母糠, 进行人工拌合, 保证湿度45% (按比例1 kg/m2) , 手握不成团, 使粗壳、锯末、米糠菌种完全混合均匀。
1.2.2堆积发酵垫料拌匀混合后, 向一边堆积发酵, 堆积后发酵垫料上分4到5点放入100℃水银温度计, 每天上午、中午、晚上检查发酵垫料温度变化, 保证24 h内温度上升到45~50℃, 2~3 d内达60~70℃, 每隔5 d重新翻动1次, 10 d后基本摊开发酵好的垫料, 只有在垫料完全发酵成熟后, 才能用于养猪。
1.2.3垫料铺设垫料经过充分发酵后, 温度应基本平稳, 摊开垫料时, 气味清爽, 没有粪臭味。这说明垫料已发酵成功, 即可进行垫料的铺设, 将垫料摊开到每一个角落, 铺平层。
1.2.4装猪前垫料制作在装猪之前24 h准备垫料, 再盖10㎝粗壳用耙子翻动加水混匀, 水分不能过重, 也不能让垫料干燥, 并且将水台、料台、料槽和围栏用火焰消毒, 再进猪。
1.3 抓好发酵床的养猪管理发酵床养猪成功与否, 关键是养猪后发酵床的管理。
1.3.1春秋冬季, 不定期将发酵的垫料翻动20~30㎝, 保证垫料透气性, 并且将排粪地方挖起来, 均匀撒在干燥区域, 再将干燥垫料放入排粪区;夏季直接添加新谷壳, 使猪粪尿迅速发酵。
1.3.2每天2遍将料台上的污垢用锹铲撒在垫料上, 用竹扫把将粉尘扫入发酵池中。
1.3.3每天保证饲料槽24 h不断料, 做到少喂勤添, 防止缺料和霉变。基本上早晨、中午、晚上、夜间投料, 保育舍每天投料不少于5次, 培育舍不少于4次, 确保饲料新鲜。
1.3.4为确保垫料不干燥, 每2 d撒水不少于1次, 防止呼吸道和肠道疾病, 冬季看情况而定, 夏季气温高, 撒水不少于1次, 让发酵床上面垫料层形成隔热层。
1.3.5垫料高度不能与水台、料台相差过大, 确保饮水采食及防止肢蹄疾病发生, 垫料应比水台、料台低5~10㎝为宜, 否则, 春秋冬季用发酵好的垫料加高, 不能添加新垫料;夏季直接用新谷壳加高。
1.3.6每隔3 d将外环境用碘制剂消毒, 内环境不能用化学药物制剂消毒, 以防杀灭有益微生物, 可以用火焰消毒器将过道、料台、水台、围栏进行物理消毒。
1.3.7每一批猪在垫料上饲养时间不宜太长, 一般控制在30~40 d。猪出栏后, 用挖掘机或人工将垫料底部向上翻匀一遍, 堆积发酵、消毒, 并观察其垫料发酵温度变化, 如果温度达不到70℃, 可以适当补充米糠与饲料添加剂混合物, 重新堆积发酵。进猪前24 h将新谷壳加5~10 cm, 拌湿。
2 生物发酵舍养猪技术生产过程中注意事项
猪场发酵床养猪没什么新的要求, 与正常养猪管理一样, 做好保健、免疫、饲养管理, 确保猪群健康, 发现病猪同样进行隔离治疗。
2.1 栏舍使用发酵床垫料面积可能大些。
保培育
2.2 发酵床养猪栏舍特别要抓好通风透气, 让猪有一个良好的生长环境。
由于东北冬季气侯寒冷, 窗户面积不宜太大, 也不能让风直接侵入猪舍, 采用翻窗为宜。
2.3 微生态制剂应严格按比例添加, 垫料中按每立方米0.2~0.3 kg, 饲料中添加比例应为0.2%。
2.4 发酵床养猪应将猪只按大小、强弱分开饲养, 其密度也不宜过大。
仔猪按每平方米3~4头, 中猪每平方米不超过2~3头, 大猪不要超过1头。冬季密度可大一点, 夏季密度应稀一点。
2.5 发酵床用于养猪时, 其表层绝不能起粉尘, 否则易造成猪呼吸道疾病, 应根据情况喷洒纯净用水。
2.6 盛夏时节要注意垫料温度。
为防止表层温度上升, 应在保育后期、培育中大猪期适当增加水分, 并形成整块隔热层;为防止发酵床中间温度上升, 造成室内温度过高, 产生猪热射病 (中暑) , 应强制开启排风扇, 实行负压通风和滴水降温。
2.7 确保猪舍饲料饮水供应。
发酵床养猪要做到猪食槽中不能断料, 饮水24 h不断水, 否则导致猪采食垫料, 产生胃肠炎, 易造成大批猪死亡。
2.8 切实抓好垫料正常运行。
正常垫料运行, 其中心部位应无氨味, 温度45℃以上, 手握不成团, 较松, 中心温度在60~70℃。如果达不到该温度, 应适当添加菌种或加强翻动。
2.9 切实抓好的垫料定期消毒。
养猪发酵垫料床使用时间一般不超过4个月, 使用后发酵床要进行堆积发酵, 堆积发酵过程中, 一定要将粪区垫料与休息区垫料进行混合, 使其发酵温度均匀, 让其温度上升到70℃左右, 杀死垫料中有害微生物。
3 生物发酵床“零排放”养猪技术试验效果
我场试行生物发酵床养猪于6月初投产, 到目前为止4个多月, 取得了明显效果, 具体表现在如下几个方面。
3.1 实现了本场粪尿真正意义上的零排放
原来的保育舍实行高床保育, 以存栏500头为例, 每天排污量1.67 t左右;育肥舍实行传统硬地面饲养, 以存栏240头为例, 每天排污量1.6 t左右。现在发酵床猪舍存栏500头保育猪和240头育肥猪, 排污量为零。现用生物发酵舍养猪不需要冲洗猪栏, 其所排出的粪尿在猪舍生物发酵床上经微生物完全发酵并迅速酵解、消化, 从而实现猪粪尿的零排放。垫料周转5次后, 到目前垫料的渗透性还很强, 预计可用2~3年, 直到垫料不能发酵为止, 但可作优质的生物有机肥。
3.2 全面提高了猪场清洁卫生水平
在以前养猪生产中, 苍蝇、蚊子随处可见, 污水沟粪尿臭气薰天, 栏内有害气体浓度高。现在使用生物发酵床养猪后, 猪粪尿在短时间内被迅速酵解消化, 猪舍内没有臭味, 没有苍蝇, 不必建排污水沟, 蚊虫也没有产卵孵化环境, 因此, 猪舍内空气清新, 猪场周边的水土不会被污染, 猪场整体清洁卫生水平全面提高。栏舍养猪群体不宜太大, 特别是改造旧保育舍, 猪采食和饮水不宜占用过多猪舍面积, 一般不超过20%。
3.3 提高了饲料利用率
由于饲料中加入了0.2%的微生态制剂酵素, 降低猪肠道内的p H值, 加强了肠道的蠕动和分泌, 促进了饲料的消化吸收;益生菌群在肠道的生长繁殖, 会产生不同的代谢产物和消化酶, 这些代谢产生将分解饲料中的大分子物质, 从而提高猪对饲料的转化, 促进猪生长, 可节约饲料8%~12%左右。原来40日龄的仔猪转出平均重11 kg, 现从发酵舍转出的40日龄仔猪500头, 平均重达到13.94 kg, 每批平均料肉比1.82:1, 与去年同期相比, 降低0.13%。原来育肥猪240头进栏平均重11 kg, 110 d以后出栏重102.5 kg, 进入发酵舍110 d以后出栏每批平均重达到109 kg, 平均料肉比达到12.98:1, 与去年同期相比, 降低0.32%。
3.4 有效减少疾病的发生和蔓延
根据微生物平衡理论, 使用强势的有益菌微生物与病原微生物竞争生存环境, 使病原微生物没有生存空间而不能大量繁殖, 从而起到控制疾病的发生。栏舍内不用化学消毒剂消毒, 垫料每次堆积经高温70℃发酵后, 杀死所有病原菌和虫卵, 蚊蝇传播的疾病也大大减少。目前为止转入生物发酵舍断奶仔猪500头, 死亡10头, 育成率高达98%, 比去年同期95%相比, 提高了3%。育肥猪转进240头, 育成率100%, 与去年同期相比, 提高了2%。
3.5 提高劳动生产率, 降低水电等成本消耗
生物发酵舍养猪技术采用自由采食, 自动饮水, 不需要清粪、洗栏, 节省大量人工, 如在育肥阶段一般一个人饲养600~700头猪, 比原来多饲养300~400头;在保育阶段现可饲养2 000~3 000头, 比原来多饲养800~1 000头, 减少人工成本40%~50%。保育猪由原来每天用水0.9 t减少到目前0.2 t, 仅供猪只饮水, 用水下降70%~80%, 冬季不用保温和其他采暖设备, 每头猪只可节约用电5度。
3.6 降低固定资产的投入
生猪发酵床保育舍与高床保育舍框架结构一样, 高床保育舍室内采用铁栏杆、铸铁槽和漏缝板结构和建排污沟、发酵池等共造价330元/m2, 发酵床猪舍内只需谷壳、锯末、酵母糠 (米糠加微生态制剂) , 造价110元/m2, 降低固定资产的投入220元/m2。
摘要：阐述了有机固体废物生物制氢系统的`产氢机理,介绍了国内外有机固体废物厌氧发酵生物制氢的最新研究进展,对有机固体废物厌氧发酵生物制氢发展方向提出了初步看法.作 者：陆伟东 周少奇 Lu Weidong Zhou Shaoqi 作者单位：陆伟东,Lu Weidong(韶关学院,化学与环境工程学院,广东,韶关,512005;华南理工大学,环境科学与工程学院,广东,广州,510640)
周少奇,Zhou Shaoqi(华南理工大学,环境科学与工程学院,广东,广州,510640)
我们刚复习完基因工程，主要复习基因工程的基本操作工具和基因工程的基本步骤。本节内容比较抽象，学生不易理解和掌握。教学节奏要放慢。本节课是基因工程中的重点内容，也是考试中的重点，所以务必要落实好这节课的知识点。这节课中，由于课堂内容多，所以上课的讲课速度稍快，有些学生跟不上思路，特别是一些基础差的学生。有些知识是需要记的，有些学生只知道记而忽视了听课，上课前要做好提醒，并在课堂上给学生留出做笔记的时间。在教学中要利用图片引入，激发学生的兴趣。加强小组讨论交流，让学生成为课堂的主人。学生能充分利用自己查找和老师提供的教学资料进行学习探究，效果较好。下节课应重新启发学生复习有关知识，并且在复习应用的时候还需要用一些图片吸引学生的兴趣，提高学生的认知能力。
“CIP”是Clean In Place的缩写, 即指就地清洗。CIP清洗系统广泛把应用于饮料、乳品、果汁、酒类、制药行业等对卫生级别要求较严格的生产设备的清洗、净化, 包括容器罐体、管道、泵、过滤器等。整个生产线在无需人工拆卸或打开的前提下, 在一个预定时间内, 将一定温度的清洁液通过密闭的管道对设备内表面进行喷淋循环而达到清洗的目的。CIP清洗又称清洗定位或定位清洗, 是指不用拆开或移动装置, 采用高温、高浓度的清洗液, 对设备装置加以强力作用, 把被清洗设备内表面洗净的方法。
1 CIP清洗单元的组成
1.1 高压清洗泵
高压清洗泵是整个CIP清洗单元中不可或缺的重要组成部分。高压清洗泵的主要组成有高压水管、进水口、清洗剂吸嘴、电源线、温控开关、电源开关、高压泵总成、电机等。在实际应用中, 通过高压清洗泵产生的水射流对设备内壁冲刷、楔劈、剪切、磨削等复合破碎作用, 可迅速将结垢物打碎脱落。水射流对被清洗设备的材质、特性、形状等都没有特殊要求, 所以它的应用非常广泛。在如今的医药生产中, 更多地采用柱塞式高压清洗泵。
1.2 清洗喷淋球
清洗喷淋球安装在被清洗容器内, 在清洗阶段, 根据工艺要求, 清洗液从喷头的喷孔喷出, 对容器进行冲洗。清洗球按形式分为以下几种:厚壁标准清洗球、旋转清洗球、涡旋式清洗球和激烈喷射式清洗球。厚壁标准清洗球具有低耗能、低维护、低流速的特点, 但是清洗时间较长;旋转清洗球通常有2~4个喷嘴, 通过对喷嘴位置的合理布置, 在清洗过程产生反作用力带动清洗器旋转, 其清洗压力可达3~5 bar, 是发酵罐直径大于4.5 m的理想清洗器, 其缺点是旋转失灵就会导致清洗失效;涡旋式清洗球代表目前清洗技术的最高水平, 其不需要喷射器就可以直接进行喷射清洗;激烈喷射式清洗球则用于清洗顽固的污垢, 因为它内部的涡轮驱动系统, 使其可以提供更高的流速和压力, 达到强力清洗的目的。
1.3 电气控制柜
电气控制柜是CIP清洗系统的核心。电气控制柜主要由触摸屏和PLC、变频器、断路器、继电器、变送器等元器件组成, 实现对清洗过程中温度、电导率、时间等的监测及控制目的。目前的控制系统主要由西门子S7-300型PLC作为主机进行精确控制, 实现符合用户需求的自动化操作。在如今的药品生产中, 使用到的电气柜都是安全性能高并且便于操作, 在清洗设备时可借助手动或自动开关接通或分断电路, 故障或不正常运行时借助保护电器切断电路或报警。
2 CIP清洗单元在发酵罐中的应用及分析
目前, 兰州生物制品研究所有限责任公司使用的发酵罐系统主要来自于荷兰APPLIKON公司、上海日泰公司、上海森松公司和成都英德公司等。以荷兰APPLIKON公司发酵系统为例, 它的每套发酵罐系统中, 都配备有CIP清洗单元。
在APPLIKON公司生产的几代产品中, CIP清洗单元也在随着设备的改进在不断改进, 其中以喷淋球的改进最为明显。APPLIKON公司选用的是激烈喷射式的清洗球, 使用改进后的高压喷淋球, 无需拆卸, 并且可以与罐体一同高压灭菌, 简化了操作过程。
如今CIP清洗单元在食品加工和医药生产中的应用已基本普及, 替代了老式的人工清洗方式。CIP清洗单元的应用大大提高了工作效率并且节约了成本。现对CIP清洗系统在实际生产中的应用做如下阐述。
2.1 CIP清洗程序的设定
以APPLIKON公司生产的CIP清洗单元为例, 清洗步骤如图1所示:
在进行CIP清洗前, 首先需要对清洗参数进行设定, 用户可根据自己的需要对清洗步骤、时间长短等进行设定, 然后开始清洗程序。兰州生物制品研究所有限责任公司各科室根据实际生产情况会用到不同的清洗工艺, 有时清洗过程只用到WFI (注射用水) 对发酵罐罐体进行清洗, 且WFI的温度要求一般是在80℃左右。清洗过程的主要环节是将WFI由高压清洗泵打压至3 bar再经高压喷淋球的旋转对整个罐体进行全方位清洗。APPLIKON公司CIP清洗系统对设备清洗分为两个环节:一是对整个罐体内壁的残留污垢进行冲洗;二是对与发酵罐罐体相连接的管路、取样阀、进气孔等进行全面清洗, 保证不留死角。
2.2 酸碱洗涤剂
发酵罐根据培养制品的不同有时会用到酸、碱洗涤剂。酸碱洗涤剂中的酸是指1%~2%硝酸溶液, 碱指1%~3%氢氧化钠在65℃~80℃使用。酸、碱洗涤剂的优点是能将微生物全部杀死、去除有机物效果较好;缺点是对皮肤有较强的刺激性、水洗性差。兰州生物制品研究所有限责任公司生产的部分产品会残留很多蛋白, 由于碱性洗涤剂对蛋白的清洗效果较好, 所以在进行CIP清洗时通常会用到加碱洗, 然后用注射用水或纯化水进行多次清洗, 保证没有残留。
2.3 CIP清洗效果的影响因素
(1) 清洗剂组分的化学作用力:提高清洗剂浓度, 化学能增加。
(2) 冲刷强度:又称机械作用力, 由两方面组成:一是清洗剂喷射力对污染物的机械撞击力;二是由清洗剂流量、流速、清洗表面积、黏度等因素构成的雷诺数决定。其中雷诺数 (Re) 是流体力学中表征粘性影响的相似准则数, 雷诺数越大意味着金属表面越粗糙, 污垢与金属表面的吸附力越强, 越难清洗。
(3) 清洗温度:提高清洗温度, 其热力作用增加, 将会促进污染物表面的物理结合力下降;提高污染物与清洗剂的化学反应速度;提高清洗剂对污染物的溶解度。洗液温度通常每提高10℃, 化学反应速度会提高1.5~2.0倍, 清洗速度也会提高, 清洗效果好。一般洗液温度要求不低于60℃。
2.4 清洗效果的评定标准
作为药品行业理想的CIP清洗, 清洗效果须达到如下标准: (1) 清新、无异杂味, 对于特殊的处理过程或特殊阶段容有轻微气味, 但不影响制品的最终安全和自身品质; (2) 清洗表面光滑、无积水、无膜、无污垢或其他; (3) 清洗完成后, 电导率能达到1μs/cm以下。在实际使用中, 可以根据需要在HMI (人机界面) 中设定参数, 当电导率符合设定标准后清洗会自动结束。
3 结束语
如今, 随着生物科技的不断发展, CIP清洗单元的功能也越来越全面, 系统运行更加稳定。用户在清洗过程中可以更加自主地根据需要设定清洗内容, 并通过完善的检测系统及时反馈清洗过程中p H、温度、电导率等数据的变化, 以保证设备达到安全高效的清洗目的。
参考文献
[1]于颖, 等.在线清洗 (CIP) 新技术及设备[J].机电信息, 2010 (05) .
[2]田耀华.浅析制药装备的若干难题[J].机电信息, 2007, 155 (17) :14-20.
[3]田耀华.清洗要求及对罐体CIP喷嘴设置的探头[J].机电信息, 2011 (35) .
摘要：文章报道麦草秸秆水解-发酵两步耦合生物制氢的研究结果.在该研究条件下,麦草秸秆的产氢能力达到68.1mLH2/gTVS,与未经处理的底物相比提高了约135倍.此外,对麦草秸秆的`产氢机理也进行了探讨.作 者：李燕红 林钰 杏艳 樊耀亭 张亚辉 作者单位：李燕红(郑州大学化学系,郑州,450052;郑州大学化工学院,郑州,450002)
林钰(河南省教育学院化学系,郑州,450014)
杏艳,樊耀亭,张亚辉(郑州大学化学系,郑州,450052)
锌的生物学功能及其在运动中的应用
锌是人体所必需的微量元素之一,具有重要的生物学功能.采用文献法对锌的多种生物学功能进行了论述,分析了锌与运动能力之间的.关系以及在运动实践中的应用,为科学应用锌补剂提供参考.
作 者：熊勃 XIONG Bo 作者单位：西安建筑科技大学体育系,陕西,西安,710055刊 名：南阳师范学院学报英文刊名：JOURNAL OF NANYANG NORMAL UNIVERSITY年，卷(期)：8(3)分类号：G804.7关键词：微量元素 锌 生物学功能 运动
●知识目标?
1.举例说出基因工程应用及取得的丰硕成果。?
2.关注基因工程的进展。?
3.认同基因工程的应用促进生产力的提高。
?●能力目标?
通过引导学生网上探究，引导学生主动参与，培养收集处理信息的能力、分析和解决问题的能力及交流与合作的能力。
?●情感目标?
培养理论联系实际的良好学风，培养爱国主义热情。?2.关注科学与社会。
教学重难点：
重点：基因工程在农业和医疗等方面的应用;
难点：基因治疗
课前预习学案
学点一、植物基因工程硕果累累
植物基因工程技术主要用于提高农作物的 能力，以及改良农作物的 和利用植物生产 等方面。
1.抗虫转基因植物
(1)方法：从某些生物中分离出具有 ，将其导入作物中，使其具有抗虫性。
(2)杀虫基因种类： 基因、抑制剂基因、抑制剂基因、植物凝集素基因等。
(3)成果：抗虫植物：棉、玉米、马铃薯、番茄等。
(4)意义：减少对 的使用，降低生产成本，减少环境污染，降低了对人体健康的损害。
2.抗病转基因植物
(1)植物的病原微生物： 、真菌和细菌等。
(2)抗病基因种类
①抗病毒基因：病毒____ _____基因和病毒复制酶基因。
②抗真菌基因：____ ___酶基因和抗毒素合成基因。
③成果：抗烟草花叶病毒的转基因烟草和抗病毒的转基因小麦、甜椒、番茄等。
3.抗逆转基因植物
(1)抗逆基因：调节细胞_____ ___的基因，使作物抗盐碱、抗干旱;鱼的抗冻蛋白基因使作物耐寒;抗除草剂基因，使作物抗除草剂。
(2)成果：烟草、大豆、番茄、玉米等。
4.转基因改良植物品质
(1)优良基因：必需______ ______的蛋白质编码基因、控制番茄果实成熟的基因和植物花青素代谢有关的基因。
(2)成果：转基因玉米、转基因延熟番茄和转基因矮牵牛。
学点二、动物基因工程前景广阔
1.用于提高动物生长速度：由于外源 基因的表达可以使转基因动物生长得更快，将这类基因导入动物体内，以提高动物的生长速率。如：转基因绵羊和转基因鲤鱼。
2.用于改善畜产品的品质：如：有些人对牛奶中的乳糖不能完全消化或食用后会出现过敏、腹泻、恶心等不适症状，科学家将 基因导入奶牛基因组，这样所获得的牛奶其成分不受影响，但乳糖的含量大大减低。
3.用转基因动物生产药物：基因工程最今人兴奋的应用是通过转基因技术把 变成 工厂。科学家到药用的 基因与 基因的启动子等调控组件重组在一起;通过 等方法，导入哺乳动物的 中;将其送入母体内，生产出 ;到其泌乳期就能生产出所需药物;此过程称为 或 。目前科学家已经在牛和山羊等动物乳腺生物反应器中表达出抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素和α-抗胰蛋白酶等重要医药蛋白。
4.用转基因动物做器官移植的供体：目前，人体 是一个世界性的难题，用其它动物的器官替代，又会出现免疫排斥现象，现在，科学家正试图利用基因工程方法对一些动物的器官进行改造，采用方法是将器官供体基因组导入 ，以抑制 的表达，或设法除去 ，再结合 技术，培育出没有免疫排斥反应的转基因克隆器官。
学点三、基因工程药品异军突起
第二节 信息技术及其应用：
教学内容：信息技术及其应用： 教学目的：
1、了解信息技术的基本涵义及其在生产生活中的广泛应用。
2、体会信息技术在学习、生活中的作用
3、认识提高信息素养的重要性
4、了解计算机病毒的特征以及计算机病毒的防治。
5、引导学生遵守网络上的道德规范以及了解学习信息技术的意义与方法。
6、教育学生养成计算机使用的良好习惯。
教学重点：
1．计算机病毒的几个特征。2． 计算机病毒的防治。教学难点：计算机使用的良好习惯 教学过程：
一、学生看书：
1、通信技术的应用
2、微电子技术及其应用
3、电子计算机及其应用 科学处理 数据处理 实时控制
计算机辅助设计和辅助教学 办公自动化
人工智能 多媒体应用 网络应用
二、精讲： 一．导入：
同学们一定都生过病，人为什么么会生病，很多情况下是因为感染了病毒。不但人体会感染病毒，电脑也会感染病毒。计算机病毒已经被越来越多的人所知晓，各类媒体对计算机病毒的报道越来越多。同学们一定听说过计算机病毒，计算机病毒会给计算机带来很多危害，下面我们请同学来交流一下你们听说过的病毒以及病毒会给计算机带来一些什么危害。
（请同学交流）二．新授：
（一）信息安全
1、计算机病毒的特征
其实啊，电脑病毒也是一种程序，就像“写字板”“画图”一样，不过“写字板”“画图”可以帮助我们做事情，而电脑病毒只会给我们的电脑搞破坏。
刚刚同学们讲了很多病毒以及它们的危害，下面我们一起来总结一下电脑病毒的特征：
(1)隐蔽性
计算机病毒一般依附在别的程序上,这样就不易被察觉和发现.当病毒事先设定的条件得到满足时,计算机病毒便发作,对计算机系统发起攻击。
(2)传染性
计算机病毒都有很强的自我复制能力，这也是其最本质的特征。它可以随着带有病毒的软盘、光盘、电子邮件等，通过交替使用和网络，迅速传染到别的计算机系统。(3)破坏性
刚才也有同学讲了很多计算机病毒带来的危害。计算机病毒的破坏方式也是多种多样的。它可能删除数据、修改文件、抢占存储空间。计算机病毒甚至可以使一个大型计算机中心的正常工作中断，或使一个计算机网络处于瘫痪状态，从而造成灾难性的后果，甚至危害到国家经济和安全。2.计算机病毒的防治
同学们现在知道了计算机病毒的危害有多么大,但是我们也没有必要过于担心和害怕.只要加强预防,就可以减少被病毒感染的可能性.同学们想一下，我们应该做些什么工作呢？
（学生交流发言）好，现在我们来总结一下：
（1）软盘和光盘是计算机病毒传播的主要途径
因此不要随便与别人通过软盘光盘交换数据.如果必须使用他人的软盘和光盘,可以先用杀毒软件检查处理以后再用.（2）网络是计算机病毒传播的一个主要桥梁
只要计算机连在网络上,就有被病毒传染的可能,因此在网络上浏览的时候,应该注意不要轻意去打开来历不明的文件或电子邮件.（3）定期用杀毒软件查毒
养成隔一定时间用杀毒软件检查系统的习惯.但是必须认识到,没有万能的杀毒软件.同时,要注意经常对杀毒软件进行升级.（4）安装病毒监视软件
现在有不少杀毒软件都提供了这种功能,它能够在系统中安装一个监视器,时刻监视系统的使用情况,一旦发现可疑情况即会自动报警并运行查毒软件.(二)网络上的道德规范
刚才我所讲的四点预防病毒感染的方法,只是客观上要求我们要注意的,而且也是同学们比较容易做到的.做到了这四点,同学们以后在使用因特网时就会减少由计算机病毒带来的许多麻烦和苦恼,但是,就像一切事物都有着两面性一样,我们都知道因特网在为人们打开一个绚丽多彩的世界的同时,也形成了不可避免的负面影响.所以在使用因特网时要注意做到: 1.上网要有节制,不应终日沉湎于网络,影响正常的学习和生活.2.选择能够开阔眼界,启迪思维的有益内容,自觉抵制不健康的信息.3.培养高尚的情趣,不发表低级趣味的或不负责任的言论.4.提高自己的道德修养,增强法律意识.这四点要求就需要同学们依靠自身的力量去做了,只有自己加强自身修养,遵守道德规范,相信同学们会在网络的世界里找到一片新天地,享受到网上冲浪的感觉.三、小结
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