微生物研究精選(九篇)

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第1篇：微生物研究范文

摘要： 深海微生物是地球生物系統(tǒng)的重要組成部分，深海微生物由于其在生態(tài)、資源、環(huán)境等方面的重要性，越來(lái)越受到人們的重視。本文對(duì)深海微生物研究開發(fā)的歷史和進(jìn)展進(jìn)行概述。

關(guān)鍵詞： 深海微生物； 研究； 開發(fā)

Research and development of deepsea microbes

ABSTRACT Deepsea microbes are the important components of earth biological system. Deepsea microbes have received more and more intensive attention as their importance in the research and application in ecology， resources， environments， and so on. In this study， the history and main achievements in deepsea microbial research and developments were briefly introduced.

KEY WORDS Deepsea microbes; Research; Development

深海的概念通常指1000米以下的海洋，占到海洋總面積的3/4，而其中深海沉積物覆蓋了地球表層的50%以上。深海及深海沉積物中的微生物生存面臨高壓，低溫或高溫、黑暗及低營(yíng)養(yǎng)水平等幾個(gè)主要極端環(huán)境，長(zhǎng)期以來(lái)一直被認(rèn)為是一片“荒蕪的沙漠”。20世紀(jì)中期，深海測(cè)量技術(shù)發(fā)現(xiàn)深海洋底也有高山峻嶺，全世界有8萬(wàn)公里長(zhǎng)的山脊蜿蜒在各個(gè)大洋，大洋中山脊的發(fā)現(xiàn)使人們認(rèn)識(shí)到海洋環(huán)境與陸地環(huán)境的統(tǒng)一性。1977年美國(guó)“阿爾文”號(hào)深潛器最早在太平洋上的加拉帕戈斯群島附近2500米的深海熱液區(qū)發(fā)現(xiàn)了完全不依賴于光合作用而獨(dú)立生存的獨(dú)立生命體系。位于生命體系金字塔底部的是微生物，能直接利用深?；鹕娇趪姵龅牧蚧?、氮化物、甲烷等低分子化合物作為食物和能源，合成各種生物大分子如蛋白質(zhì)、糖等。位于金字塔上部的是一些大型生物包括長(zhǎng)管蟲、蠕蟲、蛤類、貽貝類，還有蟹類、水母、藤壺等特殊的生物群落。有人將這樣五彩繽紛、生機(jī)勃勃的海底生物世界稱為海底“生命綠洲”。目前已經(jīng)有幾十個(gè)深海熱液區(qū)生物體系被研究，這種依靠地球內(nèi)源能量支持，在深海黑暗和高溫的環(huán)境下，通過(guò)化合作用生產(chǎn)有機(jī)質(zhì)的“黑暗食物鏈”的發(fā)現(xiàn)使人類對(duì)深海環(huán)境以及生物圈有了更進(jìn)一步的了解。在目前已發(fā)現(xiàn)的各種極端環(huán)境中深海蘊(yùn)藏著的生物資源極為豐富，其中最主要的是深海微生物，但這些微生物大部分還鮮為人知。深海環(huán)境下極端微生物的研究不僅是目前生命科學(xué)最前沿的領(lǐng)域之一，也是海底深部生物圈研究和海底流體活動(dòng)研究重要的組成部分。該項(xiàng)研究將回答生命起源、生物進(jìn)化、外太空生命探索等生命科學(xué)的重大問(wèn)題并帶動(dòng)包括21世紀(jì)地球科學(xué)內(nèi)的其它學(xué)科領(lǐng)域的重大發(fā)展。2001年美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金(NSF)在其題為“Ocean Science at the New Millenium”的科學(xué)發(fā)展展望報(bào)告中，將海底流體活動(dòng)研究列為海洋科學(xué)今后十年最重要、最有可能取得重大突破和科學(xué)發(fā)現(xiàn)的前沿研究方向之一，生命科學(xué)與海底地球物理、地球化學(xué)等在上述研究中將占據(jù)重要地位。于2003年10月份開始的整合大洋鉆探計(jì)劃(IODP)將深部生物圈和洋底、海底列為該計(jì)劃中三大科學(xué)課題之一。深海深部生物圈的發(fā)現(xiàn)是對(duì)“生物圈”廣泛范圍的進(jìn)一步了解。雖然海底采集沉積柱狀樣已經(jīng)有近80年的歷史，大規(guī)模的系統(tǒng)研究開始于1968年的深海鉆探計(jì)劃?！吧詈ｃ@探(DSDP，1968～1983)”、“大洋鉆探(ODP，1985～2003)”和“綜合大洋鉆探(IODP，2003～至今)”等深海研究的三部曲，是國(guó)際地球科學(xué)歷時(shí)最長(zhǎng)、規(guī)模最大，也是成績(jī)最為突出的合作研究計(jì)劃。大洋鉆探計(jì)劃ODP以獨(dú)特的視角為我們呈現(xiàn)出另外一個(gè)生命世界――掩埋在洋底沉積物中和地殼中的生物圈。在數(shù)千米深海海底存在著由微小的原核生物組成，數(shù)量極大的生物群，有人估計(jì)其生物量相當(dāng)全球地表生物總量的1/10。與熱液口“自養(yǎng)”的微生物不同，深部生物圈的原核生物依靠地層里的有機(jī)物實(shí)行“異養(yǎng)”。深海大洋中生物圈的發(fā)現(xiàn)，讓人類認(rèn)識(shí)到地球生態(tài)系統(tǒng)的真正基礎(chǔ)在于原核生物。正是這些原核生物多種多樣的新陳代謝過(guò)程，產(chǎn)生了多種多樣生物地球化學(xué)效果，在此基礎(chǔ)上建立了地球的生態(tài)系統(tǒng)。微生物總是出現(xiàn)在它們能夠生存的一切物理、化學(xué)、地質(zhì)環(huán)境中，這似乎是一條基本規(guī)律。那些在極端環(huán)境中生長(zhǎng)并通常需要這種極端環(huán)境正常生長(zhǎng)的微生物被統(tǒng)稱為極端微生物。極端環(huán)境涵蓋了物理極端環(huán)境(如溫度、輻射、壓力、磁場(chǎng)、空間、時(shí)間等)、化學(xué)極端(如干燥、鹽度、酸堿度、重金屬濃度、氧化還原電位等)和生物極端(如營(yíng)養(yǎng)、種群密度、生物鏈因素等)，海底被認(rèn)為是上述極端環(huán)境中的極端。在深海環(huán)境中廣泛存在著嗜酸(pH3以下)、嗜堿(pH10以上)、嗜鹽(25mol/L以上)、嗜冷(可達(dá)0℃以下)、嗜熱(120℃以上)、嗜壓(500大氣壓以上)微生物。深海環(huán)境下極端生物特征的研究也為生命極限的研究提供了良好的生物材料并對(duì)外太空生命探索不斷提供新的線索和依據(jù)?？茖W(xué)家們?cè)O(shè)想：既然在如此嚴(yán)酷的極端環(huán)境下微生物還能很好地生存，那么在火星上也會(huì)有生命存在。深海微生物學(xué)的建立應(yīng)該追溯到上世紀(jì)70年代，美國(guó)Scripps海洋研究所Yayanos教授設(shè)計(jì)、改進(jìn)高壓培養(yǎng)罐并于1979年首先分離出深海嗜壓菌，1989年Bartlett首先分離出壓力調(diào)控的外膜蛋白(OmpH)。1990年日本三菱重工和三洋公司開始為日本海洋科學(xué)技術(shù)中心研制深海微生物高溫/高壓培養(yǎng)系統(tǒng)，1994年才完成，耗資七億五千萬(wàn)日元。該系統(tǒng)的建設(shè)和深潛、采樣系統(tǒng)的建設(shè)極大地推動(dòng)了深海生物圈的研究進(jìn)步。1995年Kato等分析了一個(gè)壓力調(diào)控基因簇，1999年Nogi等從馬里亞納海溝分離、鑒定出極端嗜壓菌Moritella yayanosii［1～3］；2003年日本、美國(guó)和意大利相繼展開了深海嗜壓菌Shewanella violacea DSS12和Photobacterium profundum SS9全基因組測(cè)序［4，5］；2005年3月P.profundum SS9全基因組序列及初步分析在Science上發(fā)表［6，7］。除了巨大的科學(xué)研究?jī)r(jià)值，深海微生物研究還具有極大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)價(jià)值而引起廣泛的關(guān)注。深海生物處于獨(dú)特的物理、化學(xué)和生態(tài)環(huán)境中，在高靜水壓、劇變的溫度梯度、極微弱的光照條件和高濃度的有毒物質(zhì)包圍下，它們形成了極為特殊的生物結(jié)構(gòu)、代謝機(jī)制系統(tǒng)。由于這種極端的環(huán)境，深海生物體內(nèi)的各種活性物質(zhì)，特別是酶，具有高度的溫度耐受性，高度的耐酸堿性、耐鹽性及很強(qiáng)的抗毒能力。這些特殊的生物活性物質(zhì)是深海生物資源中最具應(yīng)用價(jià)值的部分。除了發(fā)展、改進(jìn)海洋微生物的分離培養(yǎng)方法獲得新的海洋微生物，篩選活性物質(zhì)外，應(yīng)用基因組學(xué)研究方法，構(gòu)建海洋微生物基因組文庫(kù)，通過(guò)研究，操作海洋微生物遺傳基因，來(lái)獲得新的海洋微生物活性物質(zhì)，這是探索海洋特別是深海微生物資源，研究開發(fā)海洋新藥物的必然而有效的選擇，也是目前深海微生物資源開發(fā)的熱點(diǎn)。概括來(lái)說(shuō)，深海生物在以下幾個(gè)方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值：

1 工業(yè)應(yīng)用

工業(yè)生產(chǎn)常常要求一些特殊的反應(yīng)溫度、酸堿度并加入一些有機(jī)溶劑，在這種條件下，普通酶無(wú)法保持活性，因此，依賴酶的工業(yè)必須花費(fèi)大量資金采取特殊的工藝以保持這些酶的活性，從而大大提高了成本，而極端酶在普通酶失活的條件下仍然能保持較高的活性，所以在工業(yè)上有著廣泛的的應(yīng)用前景。目前已經(jīng)有高溫聚合酶、糖酶、淀粉酶、蛋白酶等幾種極端酶開始工業(yè)化生產(chǎn)，并且已經(jīng)創(chuàng)造了數(shù)十億美元的經(jīng)濟(jì)效益。

2 醫(yī)藥應(yīng)用

從生物體內(nèi)研制藥物治療人類的各種疾病由來(lái)已久。由于越來(lái)越多的病原菌或病毒對(duì)目前的藥物產(chǎn)生了抗藥性，并且不斷產(chǎn)生新的疾病。因此從海洋中篩選新的生物藥物成為海洋藥物研究開發(fā)的方向。深海生物由于環(huán)境的獨(dú)特性而成為新型特效藥物、抗腫瘤、抗病毒、降壓降脂等藥物的來(lái)源。目前國(guó)際上在深海藥物的篩選方面還未見太多報(bào)道，但是可以預(yù)料它的前景將是十分廣闊的。

3 環(huán)境保護(hù)

在海底，由于動(dòng)物尸體聚集、火山噴發(fā)等原因造成有毒物質(zhì)及硫化物等對(duì)陸地生物有害物質(zhì)的濃度較高，而生存在這里的微生物能分解這些物質(zhì)并以其為能源繁衍生息，因此，這些生物在清除地球表面的重金屬、石油等污染物方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。目前日本科學(xué)家已經(jīng)從深海中篩選到具有較高的石油分解能力的菌株，并已開展了應(yīng)用研究。從20世紀(jì)后期開始，隨著深海技術(shù)能力的提高，越來(lái)越多的國(guó)家投身于深海研究的前沿領(lǐng)域。目前的深海載人潛器下潛深度達(dá)到6500m，無(wú)人纜控潛器ROV則可達(dá)到11000m水深，并獲得最深處馬里亞納海溝深海沉積物樣本，研究發(fā)現(xiàn)其微生物含量達(dá)到103～104/g的水平。實(shí)驗(yàn)室深海環(huán)境模擬也取得突破進(jìn)展，已分離鑒定出嗜壓、嗜堿、嗜酸、嗜鹽、嗜冷、嗜熱等極端微生物。目前國(guó)際上進(jìn)行深海微生物研究的國(guó)家主要分布在歐洲，美洲及亞洲，其中美國(guó)、日本、德國(guó)和法國(guó)都是深海微生物研究的主力軍。目前，在深海微生物的分離培養(yǎng)、多樣性調(diào)查、功能基因研究和適應(yīng)性機(jī)制研究(如深海嗜壓菌的嗜壓機(jī)制)等方面取得了一定的進(jìn)展；各類極端微生物在工業(yè)用酶、工具酶、環(huán)境修復(fù)以及生物活性物質(zhì)等方面的開發(fā)應(yīng)用也有了突破，使人們看到了深海微生物開發(fā)的巨大潛力和廣闊的應(yīng)用前景。深海生物資源尤其是微生物資源越來(lái)越得到人類的重視。隨著科學(xué)的發(fā)展進(jìn)步，水下工程技術(shù)和探測(cè)技術(shù)的改進(jìn)和完善，人類對(duì)深海微生物的研究和開發(fā)有了更大的空間和可能性。我國(guó)深海生物基因的系統(tǒng)研究起步時(shí)間較晚，從本世紀(jì)初開始主要得到了國(guó)家科技部和中國(guó)大洋專項(xiàng)的資助。中國(guó)大洋協(xié)會(huì)依托國(guó)家海洋局第三海洋研究所成立了中國(guó)大洋生物基因研究開發(fā)基地，研制、配備了一批船載和實(shí)驗(yàn)室深海微生物培養(yǎng)專用設(shè)備。在深海設(shè)備的支持下，真正意義的深海微生物研究得以開展。到目前為止，基礎(chǔ)研究主要開展了深海微生物在物質(zhì)循環(huán)中的作用；極端微生物分離、培養(yǎng)；微生物遺傳、代謝研究，深海極端環(huán)境下微生物適應(yīng)性機(jī)理的研究等。成功分離、鑒定出各類深海嗜壓、嗜熱、嗜冷、嗜鹽、嗜堿、嗜酸微生物，從中發(fā)現(xiàn)了多個(gè)未經(jīng)報(bào)道的新種。以此為基礎(chǔ)，正在建設(shè)國(guó)內(nèi)第一個(gè)深海微生物菌株資源庫(kù)?？寺×硕喾N深海極端酶基因，進(jìn)行了基因表達(dá)和分析。深海微生物抗菌、抗腫瘤活性物質(zhì)篩選工作也已經(jīng)開展。深海耐壓菌Shewanella comra WP3已基本完成全基因組序列測(cè)定，正在開展后基因組研究。開展了深海沉積物宏基因組文庫(kù)的構(gòu)建，成功構(gòu)建了一個(gè)深海5000米水深沉積物的cosmid基因文庫(kù)，通過(guò)對(duì)克隆子的分析發(fā)現(xiàn)文庫(kù)中微生物來(lái)源主要是一些不可培養(yǎng)的微生物新種，部分克隆子序列測(cè)定發(fā)現(xiàn)克隆子上大部分基因是新基因。目前已篩選到多個(gè)能表達(dá)生物活性物質(zhì)的克隆子，正在進(jìn)行序列測(cè)定?？傊?，深海生物研究是一個(gè)依賴于工程技術(shù)的高投入項(xiàng)目，我國(guó)深海生物基因資源開發(fā)利用研究的快速發(fā)展還需要更多資金和人才的不斷投入。

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第2篇：微生物研究范文

【論文摘要】：微生物提高石油采收率（MEOR)是目前國(guó)內(nèi)外發(fā)展迅速的一項(xiàng)提高原油采收率的技術(shù)，它不僅可采出地下流動(dòng)的原油，也可采出不流動(dòng)的原油，并能使枯竭井延長(zhǎng)生產(chǎn)壽命。

在世界范圍內(nèi)，用常規(guī)采油技術(shù)只能從地下油藏采出30%～40%的原油。如何提高采收率，從地下采出更多的原油，多年來(lái)一直是世界許多國(guó)家不斷研究的重要課題。微生物提高石油采收率（MEOR)是目前國(guó)內(nèi)外發(fā)展迅速的一項(xiàng)提高原油采收率的技術(shù)，它不僅可采出地下流動(dòng)的原油，也可采出不流動(dòng)的原油，并能使枯竭井延長(zhǎng)生產(chǎn)壽命。

1微生物提高石油采收率（MEOR）方法概述

MEOR是指利用微生物提高采收率的各種技術(shù)的總稱。凡是與微生物有關(guān)的采油技術(shù)均屬于MEOR。國(guó)內(nèi)外微生物提高采收率方式大致有兩種。一類是地面法，在地面建立發(fā)酵反應(yīng)罐，為微生物提供必須的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，通過(guò)微生物代謝作用產(chǎn)生生物產(chǎn)物(主要是生物表面活性劑和生物聚合物)，將生物產(chǎn)物注入地層從而達(dá)到提高采收率的目的。另一類是地下法(油層法) ，指直接將微生物注入到油層，使其在油層中產(chǎn)生各種代謝產(chǎn)物，只要供給微生物足夠的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，代謝產(chǎn)物的生產(chǎn)速度就會(huì)大于被微生物降解的速度。

2微生物提高石油采收率（MEOR）方法的特點(diǎn)

⑴微生物以水為生長(zhǎng)介質(zhì)，以質(zhì)量較次的糖蜜作為營(yíng)養(yǎng)，實(shí)施方便，可從注水管線或油套環(huán)形空間將菌液直接注入地層，不需對(duì)管線進(jìn)行改造和添加專用注入設(shè)備；

⑵由于微生物在油藏中可隨地下流體自主移動(dòng)，作用范圍比聚合物驅(qū)大，注入井后不必加壓，不損傷油層，無(wú)污染，提高采收率顯著。

⑶ 以吞吐方式可對(duì)單井進(jìn)行微生物處理，解決邊遠(yuǎn)井、枯竭井的生產(chǎn)問(wèn)題，提高孤立井產(chǎn)量和邊遠(yuǎn)油田采收率；

⑷微生物可解決油井生產(chǎn)中多種問(wèn)題，如降粘、防蠟、解堵、調(diào)剖，最后提高采收率的代謝產(chǎn)物在油層內(nèi)產(chǎn)生，利用率高，且易于生物降解，具有良好的生態(tài)特性。

3 MEOR的作用機(jī)理

微生物采油是將地面分離培養(yǎng)的微生物菌液注入油層，或單獨(dú)注入營(yíng)養(yǎng)液激活油層內(nèi)微生物，使其在油層內(nèi)生長(zhǎng)繁殖，產(chǎn)生有利于提高采收率的代謝產(chǎn)物，以提高油田采收率的方法。其作用機(jī)理主要是：

（1）微生物在地下發(fā)酵過(guò)程中能產(chǎn)生各種氣體，如CH4、CO2、N2、H2等，這些氣體可增加油層壓力，降低原油粘度。

（2）微生物在地下發(fā)酵過(guò)程中能產(chǎn)生有機(jī)酸類、醇類、酮類等有機(jī)溶劑，其中有機(jī)酸類能使碳酸鹽地層溶蝕而增加其滲透性，醇類、酮類可降低表面張力和油水界面張力，促進(jìn)原油的乳化。

（3）微生物在地下發(fā)酵過(guò)程中能產(chǎn)生生物聚合物，這些生物聚合物能調(diào)整注水油層的吸水剖面，控制高滲地帶的流度比，改善地層滲透率。

（4）微生物在地下發(fā)酵過(guò)程中能產(chǎn)生分解酶，它能裂解重質(zhì)烴類和石蠟組分。重質(zhì)烴類裂解后，能降低原油粘度，從而改善原油在地層中的流動(dòng)性能；石蠟組分裂解后，可減少石蠟在井眼附近的沉積，降低地層原油的流動(dòng)阻力。

（5）微生物在地下發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生生物表面活性劑，它能降低油水界面張力并乳化原油，從而提高石油采收率。微生物可產(chǎn)生多種表面活性劑，包括陽(yáng)離子表面活性劑（如羧酸和某些脂類）及某些中性脂類表面活性劑等。表面活性劑除了能降低油水界面張力和乳化原油外，還能通過(guò)改變油層巖石界面的潤(rùn)濕性來(lái)改變巖石對(duì)原油的相對(duì)滲透性，有些表面活性劑還能降低重油的粘度，所有這些作用都有利于提高石油采收率。

4MEOR菌種的篩擇和營(yíng)養(yǎng)液的配制

4.1菌種的篩擇

菌種篩選是微生物采油技術(shù)的關(guān)鍵。菌種篩選主要向兩方面發(fā)展，一是提高菌種耐溫性，以適合更廣的油藏范圍；二是提供部分無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物，希望以原油為碳源，降低注入營(yíng)養(yǎng)成本。

微生物采油技術(shù)采用的細(xì)菌按來(lái)源可以分為兩類：一是天然細(xì)菌，以油田環(huán)境為主，包括油田污水、采出油泥沙、地下巖心、長(zhǎng)期被原油污染的土壤，淺海油井附近的水和土壤等。主要目的是利用它們某些方面的特性，如嗜鹽性、耐溫性等。另外，由于內(nèi)源微生物驅(qū)油直接應(yīng)用地層中的細(xì)菌，菌種類復(fù)雜，屬于一種獨(dú)立的選擇方式。二是人工培植的工程細(xì)菌，可以通過(guò)紫外線照射、全DNA轉(zhuǎn)化、添加生長(zhǎng)因子、反復(fù)馴化等手段，提高天然細(xì)菌在某一方面的特性，如耐高溫、耐鹽性、富產(chǎn)表面活性劑、富產(chǎn)氣體等，從而培養(yǎng)出新的細(xì)菌。用于MEOR的微生物可以是好氧菌、厭氧菌，也可以是兼性厭氧菌。在MEOR實(shí)施的過(guò)程中，可以單獨(dú)使用某一菌種，但為了發(fā)揮微生物的協(xié)同作用，更多的是使用配伍性較好的混合菌種。在選擇的過(guò)程中應(yīng)遵循的原則必須適應(yīng)油藏的環(huán)境條件。

4.2菌種篩選的原則與要求:

⑴厭氧條件下能夠生存并以原油為營(yíng)養(yǎng)物；

⑵能夠降解石蠟或者大分子烷烴及其它有機(jī)物質(zhì)；

⑶能產(chǎn)生氣體(氫氣、甲烷等)；

⑷能產(chǎn)生生物表面活性劑；

⑸能產(chǎn)生有機(jī)溶劑(甲醇、乙醇、丙醇、丙酮等)；

⑹能產(chǎn)生有機(jī)酸(甲酸、乙酸、丙酸、乳酸等)；

⑺極限溫度低于120℃；

⑻極限礦化度低于150000mgL。

4.3營(yíng)養(yǎng)液的配制

在MEOR中，營(yíng)養(yǎng)液的配制主要根據(jù)選用的菌種、地層條件和工程的目的來(lái)確定。 菌種不同， 通常所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)也不一樣， 微生物一般都需要含磷化合物、含氮化合物、含碳化合物、硫、各種微量金屬元素、氫等地層中可能缺乏這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)中的一種或幾種。因此， 營(yíng)養(yǎng)液的組分主要包括地層中缺乏的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

5結(jié)語(yǔ)

微生物強(qiáng)化采油(MEOR)技術(shù)能夠較顯著地提高重油的采收率，是一項(xiàng)具有良好發(fā)展前景的三次采油技術(shù)。與其它三次采油技術(shù)相比，微生物采油技術(shù)具有適用范圍廣、工藝簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)效益好、無(wú)污染等特點(diǎn)更能滿足環(huán)保的要求。該技術(shù)對(duì)提高稠油采收率將起到重要作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 雷光倫，微生物采油技術(shù)的研究與應(yīng)用J.石油學(xué)報(bào) ，2001 ，22(2) :56 61.

[2] 羅新華、方輝，在沙撈越Bokor油田實(shí)施的微生物提高采收率技術(shù)[J].國(guó)外油田工程，2002

[3] 石梅、孫風(fēng)榮、侯兆偉等，大慶油田微生物采油的發(fā)展和前景[J].世界石油工業(yè)，2000

第3篇：微生物研究范文

論文摘要：代謝組學(xué)是效仿基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)的研究思想,對(duì)生物體內(nèi)所有代謝物進(jìn)行定量分析,并尋找代謝物與生理病理變化的相對(duì)關(guān)系的研究方式。本文在介紹代謝組學(xué)基本含義的基礎(chǔ)之上，對(duì)代謝組學(xué)的研究方法及其在環(huán)境微生物領(lǐng)域的研究進(jìn)展進(jìn)行了評(píng)述。

一、代謝微生物概述

代謝組學(xué)(metabonomics/metabolomics)是效仿基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)的研究思想,對(duì)生物體內(nèi)所有代謝物進(jìn)行定量分析,并尋找代謝物與生理病理變化的相對(duì)關(guān)系的研究方式,是系統(tǒng)生物學(xué)的組成部分。其研究對(duì)象大都是相對(duì)分子質(zhì)量1000以內(nèi)的小分子物質(zhì)。先進(jìn)分析檢測(cè)技術(shù)結(jié)合模式識(shí)別和專家系統(tǒng)等計(jì)算分析方法是代謝組學(xué)研究的基本方法?；瘜W(xué)分析技術(shù)中最常用的是1H核磁共振(1HNMR)以及色譜(毛細(xì)管電泳)-質(zhì)譜聯(lián)用(X-MS)。目前代謝組數(shù)據(jù)處理的主要方法是:應(yīng)用主成分分析(PCA)等將從原始圖譜信息或預(yù)處理后的信息進(jìn)行歸類,并采用相應(yīng)的可視化技術(shù)直觀地表達(dá)出來(lái);建立類別間的數(shù)學(xué)模型,使各類樣品間達(dá)到最大的分離,并利用建立的多參數(shù)模型對(duì)未知的樣本進(jìn)行預(yù)測(cè);最終建立可利用的該領(lǐng)域的應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)和專家系統(tǒng)。應(yīng)用代謝組學(xué)可進(jìn)行疾病診斷、對(duì)藥物進(jìn)行毒性評(píng)價(jià)和研究植物細(xì)胞代謝等。

二、代謝組學(xué)的研究方法

代謝物組學(xué)分析中,對(duì)于不同類型的代謝產(chǎn)物,往往要采取不同的分析方法進(jìn)行研究。目前,代謝物組學(xué)通常采用紅外光譜法(infraredspectroscopy,IR)、核磁共振(nuclearmagneticresonance,NMR)、質(zhì)譜(massspectrometry,MS)、高效液相色譜(highperformanceliquidchromatography,HPLC)以及各種技術(shù)的耦聯(lián),如氣象色譜耦聯(lián)質(zhì)譜(gaschromatography2massspectrometry,GC/MS)和液相色譜耦聯(lián)質(zhì)譜(liquidchromatography2massspectrometry,LC/MS)來(lái)分析研究代謝物并為其繪制圖譜。這些技術(shù)的耦聯(lián)可以提高對(duì)樣品的分辨率、敏感性及選擇度,有利于對(duì)更多的生物體系內(nèi)的代謝物繪制圖譜。一般來(lái)說(shuō),選擇代謝物組學(xué)分析方法時(shí),其原則是要同時(shí)考慮儀器和技術(shù)的檢測(cè)速度、選擇性和靈敏度,找到一種最適合目標(biāo)化合物的方法。

三、代謝組學(xué)在微生物領(lǐng)域的研究進(jìn)展

(一)微生物分類,突變體篩選以及功能基因研究

經(jīng)典的微生物分類方法多根據(jù)微生物形態(tài)學(xué)以及對(duì)不同底物的代謝情況進(jìn)行表型分類。最近,隨著分子生物學(xué)的突飛猛進(jìn),基因型分類方法如16SrDNA測(cè)序,DNA雜交以及PCR指紋圖譜等方法得到了廣泛應(yīng)用。然而,某些菌株按照基因型與表型兩類方法分類會(huì)得出不同的結(jié)果。因此,根據(jù)不同的分類目的聯(lián)合應(yīng)用這兩類方法已成為一種趨勢(shì)。BIOLOG等方法在表型分類中應(yīng)用較為廣泛,但是,代謝譜分析方法(metabolicprofiling)異軍突起,逐漸成為一種快速、高通量,全面的表型分類方法。采用代謝組分類時(shí),可以通過(guò)檢測(cè)胞外代謝物來(lái)加以鑒別。常用的胞外代謝物檢測(cè)方法為樣品衍生化后進(jìn)行GC2MS分析、薄層層析或HPLC2MS分析,最后通過(guò)特征峰比對(duì)進(jìn)行分類。Bundy等采用NMR分析代謝譜成功地區(qū)分開臨床病理來(lái)源以及實(shí)驗(yàn)室來(lái)源的不同桿菌(bacilluscereus)。除了表型分類外,代謝組學(xué)數(shù)據(jù)可以應(yīng)用于突變體的篩選。在傳統(tǒng)研究中的沉默突變體(即未發(fā)生明顯的表型變化的突變體)內(nèi),突變基因可能導(dǎo)致了某些代謝途徑發(fā)生變化,通過(guò)代謝快照(metabolicsnapshot)可以發(fā)現(xiàn)該突變體并研究相應(yīng)基因的功能。

(二)發(fā)酵工藝的監(jiān)控和優(yōu)化

發(fā)酵工藝的監(jiān)控和優(yōu)化需要檢測(cè)大量的參數(shù),利用代謝組學(xué)研究工具可以減少實(shí)驗(yàn)數(shù)量,提高檢測(cè)通量,并有助于揭示發(fā)酵過(guò)程的生化網(wǎng)絡(luò)機(jī)制,從而有利于理性優(yōu)化工藝過(guò)程。Buchholz等采用連續(xù)采樣的方法研究了大腸桿菌在發(fā)酵過(guò)程中的代謝網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)力學(xué)變化。他們?cè)谄咸烟侨狈Φ呐囵B(yǎng)液培養(yǎng)的大腸桿菌中加入葡萄糖,并迅速混勻,按每秒4～5次的頻率連續(xù)取樣。利用酶學(xué)分析、HPLC/LC2MS等手段監(jiān)測(cè)樣品中多達(dá)30種以上的代謝物、核苷以及輔酶,從而解析了葡萄糖以及甘油的代謝途徑和底物攝取體系。通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析建模,發(fā)現(xiàn)在接觸葡萄糖底物后的15～25s范圍內(nèi),大腸桿菌體內(nèi)發(fā)生的葡萄糖代謝物變化與經(jīng)典生化途徑相符,但隨后的過(guò)程則與經(jīng)典途徑不符,推測(cè)可能存在新的未知調(diào)控步驟。Takors認(rèn)為,通過(guò)上述代謝動(dòng)力學(xué)研究,掌握代謝途徑及網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵參數(shù),將直接有利于代謝工程的優(yōu)化,包括菌株的理性優(yōu)化以及發(fā)酵參數(shù)的調(diào)控。

(三)環(huán)境微生物研究

微生物降解是環(huán)境中去除污染物的主要途徑。深入了解污染物在微生物內(nèi)的代謝途徑,將有助于人們優(yōu)化生物降解的條件,從而實(shí)現(xiàn)快速的生物修復(fù)。這些代謝中間體大都通過(guò)萃取、分析方法進(jìn)行逐個(gè)研究,并借助專家經(jīng)驗(yàn)擬合出代謝途徑,其動(dòng)力學(xué)過(guò)程亦很少觸及。代謝組學(xué)方法的采用有可能改變這一現(xiàn)狀。Boersma等采用代謝組學(xué)方法研究氟代酚的微生物降解途徑。氟代化合物具有特殊的19F核磁共振屬性,19F的核磁共振靈敏度與1H核相近;由于生物體內(nèi)無(wú)內(nèi)源性19F核磁信號(hào),因而無(wú)本底干擾。所有19F核磁信號(hào)均可歸結(jié)于異生素及其代謝物。19F核的化學(xué)位移值寬,約為700ppm(1H為15ppm,13C為250ppm)。較寬的化學(xué)位移導(dǎo)致19F在不同取代物的峰圖不易產(chǎn)生重疊。因此,借助核磁共振技術(shù)可以更方便地研究含氟化合物的代謝中間體。Boersma等根據(jù)總代謝物的核磁共振圖譜,推測(cè)出紅球菌內(nèi)羥化酶在不同的取代位(1,2,3三種不同的取代數(shù)量)羥基化氟代酚,然后再通過(guò)兒茶酚內(nèi)位雙加氧酶開環(huán)形成氟代粘糠酸的代謝過(guò)程。此外,他們還首次檢測(cè)到開環(huán)后的下游代謝物,即通過(guò)氯粘糠酸異構(gòu)酶生成氟代粘糠酸內(nèi)酯以及氟代馬來(lái)酸等中間代謝物。根際(rhizosphere)空間在植物2微生物相互作用中發(fā)揮著重要的作用。Narasimhan等利用根際代謝物組(rhizospheremetabolomics)方法,闡釋了植物分泌物對(duì)根際微生物降解多氯代酚(PCB)的作用機(jī)制。然而,在采用擬南芥突變體(產(chǎn)生較少的phenylpropanoids)的對(duì)照組中,降解菌的數(shù)量較低,降解率也僅達(dá)50%。結(jié)果表明植物根際分泌的次級(jí)代謝物促進(jìn)降解菌的繁衍增殖,從而促進(jìn)了污染物的降解。

此外,微生物代謝組學(xué)還應(yīng)研究如何改進(jìn)樣品的制備方法。例如,在代謝組研究中,為了中止細(xì)胞代謝反應(yīng)采用冷淬火(coldquenching)方法,將細(xì)胞樣品迅速置于低溫(液氮或-70℃甲醇中),這會(huì)導(dǎo)致許多微生物發(fā)生冷休克(cold2shock),釋放出大量的胞內(nèi)物質(zhì),引起代謝組學(xué)定量研究發(fā)生偏差。

參考文獻(xiàn)：

[1]周宏偉,譚鳳儀,鐘音,欒天罡.代謝組學(xué)及其在微生物領(lǐng)域的研究進(jìn)展[J].分析化學(xué).2007(2).

第4篇：微生物研究范文

1資料及方法

1.1一般資料

2014年2月～2015年1月,參照第四版齲病診斷標(biāo)準(zhǔn),篩選某封閉式幼兒園、小學(xué)體檢兒童50例作為研究對(duì)象,其中無(wú)齲病者納入25名,其中男19例、女16例,年齡5～11歲、平均(7.5±2.0)歲,高齲兒童25例。其中男20例、女15例,年齡5～12歲、平均(7.8±2.3)歲。納入標(biāo)準(zhǔn):①除齲病外物其它口腔疾病;②無(wú)家族遺傳性口腔疾病;③既往體健,無(wú)系統(tǒng)性疾病;④無(wú)口腔用藥史,近個(gè)月未服用抗生素;⑤年齡5～12歲;⑥本地社區(qū)居民,近1年內(nèi)均在本地居住,封閉式幼兒園上學(xué)。

1.2方法

正常飲食后2h取樣,無(wú)菌生理鹽水沖洗收集口腔唾液,刮取牙面菌斑,高齲者刮取鄰近健康光滑牙釉質(zhì)表面的菌斑。以EP管處理,冰浴,-20℃冰箱保存。送實(shí)驗(yàn)室檢查,采用HOMIM技術(shù)進(jìn)行分析。

1.3統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

數(shù)據(jù)資料以EXCEL錄入,轉(zhuǎn)SPSS18.0軟件處理,計(jì)數(shù)資料以數(shù)(n)與率(%)表示,組間比較采用Fisher確切概率法檢驗(yàn),P＜0.05表示差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2結(jié)果

2.1細(xì)菌種系

無(wú)齲病與高齲病者種系型各門細(xì)菌種系檢出數(shù)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05);無(wú)齲者數(shù)量范圍在34-52例,中位數(shù)39,高于高齲者30(20-51),差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。

2.2與齲病相關(guān)的細(xì)菌在牙菌斑檢出情況

高齲組擬桿菌、紅棕色單胞菌、昭和彎曲桿菌、戈登鏈球菌比重低于無(wú)齲者,韋榮菌屬、奈瑟氏菌屬比重高于無(wú)齲者,差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。

3討論

第5篇：微生物研究范文

關(guān)鍵詞：污染土壤 微生物修復(fù) 修復(fù)機(jī)理

土壤污染已經(jīng)成為全球性的重要環(huán)境問(wèn)題之一，對(duì)于土壤污染處理而言，傳統(tǒng)物理及化學(xué)修復(fù)技術(shù)的最大弊端是污染物去除不徹底，導(dǎo)致二次污的發(fā)生，從而帶來(lái)一定程度的環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)危害。而生物修復(fù)技術(shù)主要是利用生物有機(jī)體，尤其是微生物的降解作用將污染物分解并最終去除，具有快速，安全，費(fèi)用低廉的優(yōu)點(diǎn)。因此．被稱為環(huán)境友好替代技術(shù)[1]。利用微生物對(duì)不同污染類型土壤進(jìn)行生物修復(fù)已經(jīng)成為微生物研究的熱點(diǎn)之一，學(xué)者們努力研究微生物菌種以及生物修復(fù)條件[2-3]。以下分別對(duì)石油污染、化學(xué)農(nóng)藥污染、重金屬污染的土壤微生物修復(fù)和采礦廢棄地生態(tài)恢復(fù)的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

一、微生物修復(fù)概念及原理

1.微生物修復(fù)概念

微生物修復(fù)是指利用天然存在的或所培養(yǎng)的功能微生物群，在適宜環(huán)境條件下，促進(jìn)或強(qiáng)化微生物代謝功能，從而達(dá)到降低有毒污染物活性或降解成無(wú)毒物質(zhì)的生物修復(fù)技術(shù)。微生物修復(fù)的實(shí)質(zhì)是生物降解，即微生物對(duì)物質(zhì)(特別是環(huán)境污染物)的分解作用。它與傳統(tǒng)的分解在本質(zhì)上是一樣的，但又有分解作用所沒有的新特征(如共代謝作用、降解質(zhì)粒等)，因此可視為是分解作用的擴(kuò)展和延伸[4]。由于微生物個(gè)體小、繁殖快、適應(yīng)性強(qiáng)、易變異，所以可隨環(huán)境變化產(chǎn)生新的自發(fā)突變株，也可能通過(guò)形成誘導(dǎo)酶產(chǎn)生新的酶系，具備新的代謝功能以適應(yīng)新的環(huán)境，從而降解和轉(zhuǎn)化那些“陌生”的化合物微生物對(duì)土壤中的有毒污染物的降解主要包括氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)、水解反應(yīng)和聚合反應(yīng)等。

首次記錄實(shí)際使用生物修復(fù)是在1972年，于美國(guó)賓夕法尼亞州的Ambler清除管線泄露的汽油。1989年，美國(guó)阿拉斯加海域受到大面積石油污染以后才首次大規(guī)模應(yīng)用生物修復(fù)技術(shù)[5]。除美國(guó)外，歐洲各國(guó)、加拿大等在生物修復(fù)方面也有很大的發(fā)展。

2.可用于生物修復(fù)的微生物類群

根據(jù)來(lái)源不同可以把起作用的微生物分為3類：土著微生物，外來(lái)微生物和基因工程菌(GEM)[6]。目前在實(shí)際的生物修復(fù)工程中應(yīng)用的大多是土著微生物，土著微生物無(wú)論在數(shù)量上還是在降解潛力上都是巨大的。當(dāng)土著微生物由于種種原因不能用來(lái)作為修復(fù)污染土壤菌種時(shí)，就需要在污染的土壤中接種一些高效的外來(lái)微生物。實(shí)驗(yàn)表明，在實(shí)驗(yàn)條件下，30℃時(shí)每克土壤接種10個(gè)PCP降解菌，可以使PCP的半衰期(T1/2)從2周降到l天。近年來(lái)，由于生物工程技術(shù)的飛速發(fā)展，構(gòu)建更高效的修復(fù)污染土壤的基因工程菌引起了人們極大的興趣。目前生物修復(fù)正朝著構(gòu)建能夠快速降解某些特定污染物的工程菌的方向發(fā)展，科學(xué)家利用基因工程把不同的降解基因移植到同一菌株中，創(chuàng)造出了具有多種降解功能的超級(jí)微生物[7]。

3.微生物修復(fù)的機(jī)理

微生物修復(fù)污染的土壤必須具備2個(gè)方面的條件：一是土壤中存在著多種多樣的微生物，這些微生物能夠適應(yīng)變化了的環(huán)境，具有或產(chǎn)生酶，具備代謝功能，能夠轉(zhuǎn)化或降解土壤中難降解的有機(jī)化合物，能夠轉(zhuǎn)化或固定土壤中的重金屬；二是進(jìn)入土壤的有機(jī)化合物大部分具有可生物降解性，即在微生物的作用下由大分子化合物轉(zhuǎn)變?yōu)楹?jiǎn)單小分子化合物的可能性，進(jìn)入土壤的重金屬具有微生物轉(zhuǎn)化或固定的可能性[8]。只有具備了上述2方面的條件，微生物修復(fù)才有實(shí)現(xiàn)的可能。

受污染的土壤中有機(jī)物和重金屬除小部分是通過(guò)物理、化學(xué)作用被稀釋、擴(kuò)散、揮發(fā)及氧化、還原、中和而遷移轉(zhuǎn)化外，主要是通過(guò)微生物的作用將其降解轉(zhuǎn)化和固定的，因此，在生物修復(fù)中首先應(yīng)考慮適宜微生物的來(lái)源。其次，微生物的代謝活動(dòng)需在適宜的環(huán)境條件下才能進(jìn)行，而受有機(jī)物和重金屬污染土壤的條件往往較為惡劣，因此我們必須人為提供合適的環(huán)境條件以強(qiáng)化微生物對(duì)污染土壤的修復(fù)作用。

二、影響微生物修復(fù)的環(huán)境因素

1.營(yíng)養(yǎng)

微生物的生長(zhǎng)需要維持一定量的C：N：P比例，需要多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及某些微量營(yíng)養(yǎng)元素。許多研究者[9-10]對(duì)微生物修復(fù)的最佳生態(tài)條件建議指出，C：N：P最佳比值為100：10：1。在環(huán)境脅迫下，微生物維持生存可能需要更多的能量。如重金屬可引起脫氫酶活性下降，脫氫酶活性與土壤有機(jī)碳之比可作為確定向重金屬污染的土壤中添加營(yíng)養(yǎng)的重要參考指標(biāo)。

2.電子受體

微生物氧化還原反應(yīng)的最終電子受體包括溶解氧、有機(jī)物分解的中問(wèn)產(chǎn)物和無(wú)機(jī)酸根(如硫酸根、硝酸根和碳酸根等)。土壤中污染物氧化分解的最終電子受體的種類和濃度極大地影響微生物作用的速度和程度。研究表明，好氧條件有利于大多數(shù)有機(jī)物和重金屬污染物的微生物降解和轉(zhuǎn)化。充分的氧氣供給是微生物修復(fù)重要的一環(huán)[11]。受污染的土壤中的溶解氧(DO)往往會(huì)消耗殆盡，造成缺氧環(huán)境，而不利于好氧微生物的降解和轉(zhuǎn)化作用。許多研究者[12-13]對(duì)微生物修復(fù)的最佳生態(tài)條件建議指出：在單因子實(shí)驗(yàn)條件下，氧代謝最適水平為溶解氧>0.2mg／L和10％最低空氣填充孔隙空間，厭氧代謝最適水平包括O2。的體積百分?jǐn)?shù)

3.電子供體

大量基質(zhì)的降解需要有電子受體的充分供應(yīng)。當(dāng)被修復(fù)主體的溶氧耗盡時(shí)，必須采取人工供氧的辦法以增加電子供體――氧氣。此外，在緊急情況下也可向污染環(huán)境中投加雙氧水，過(guò)氧化鈣等產(chǎn)氧劑以及添加硝酸鹽、硫酸鹽類電子受體，它們都能暫時(shí)改變環(huán)境中的厭氧生境以發(fā)揮好氧微生物對(duì)污染物的氧化分解作用。

4.共代謝基質(zhì)

微生物不能依靠某種有機(jī)物生長(zhǎng)不一定意味著這種污染物能夠抵抗微生物的攻擊，因此當(dāng)存在其他底物時(shí)，這種污染物就會(huì)通過(guò)共代謝(Cometabolism)作用而生物降解。所謂共代謝是指某些難降解的有機(jī)化合物，通過(guò)微生物的作用能被改變化學(xué)結(jié)構(gòu)，但并不能被用作碳源和能源，微生物必須從其他底物獲取大部或全部的碳源和能源。許多微生物都有共代謝的能力，各種各樣的底物都可能被利用，其降解反應(yīng)可能涉及除氧化作用外的各種反應(yīng)。資料表明[9]，在厭氧條件下，DDT的降解過(guò)程也經(jīng)受了共代謝作用過(guò)程，其共代謝轉(zhuǎn)化產(chǎn)物可被好氧微生物降解。

三、微生物修復(fù)技術(shù)類型

原位修復(fù)不需要將土壤挖走，直接向污染土壤中投加N、P等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和供氧。這種方法不僅操作簡(jiǎn)單、成本低、而且不破壞植物生長(zhǎng)所需要的土壤環(huán)境，污染物氧化安全、無(wú)二次污染、處理效果好，是一種高效、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)可承受的清潔技術(shù)。原位修復(fù)的主要方法有投菌法、生物通氣法、生物培養(yǎng)法等。投菌法是直接向污染土壤中投入高效降解菌，同時(shí)提供微生物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)。生物培養(yǎng)法是定期向土壤中投加過(guò)氧化氫和營(yíng)養(yǎng)物，滿足土壤微生物的代謝，將污染物充分礦化成二氧化碳和水。以上兩種方法在生物修復(fù)中實(shí)際應(yīng)用較多，尤其在重金屬、石油、農(nóng)藥污染土壤的微生物修復(fù)方面已有一定的應(yīng)用，但需要借人大量外源菌才能迅速開始生物降解。生物通氣法是在污染的土壤上打上幾口深井，安裝鼓風(fēng)機(jī)和抽真空機(jī)，將空氣強(qiáng)行排人土壤中，然后抽出，土壤中的揮發(fā)性有機(jī)物就隨之去除了。在通入空氣時(shí)，加入一定量的氨氣，可為土壤中的降解菌提供所需要的氮源，提高微生物的活性，增加去除效率。該方法可應(yīng)用在石油污染的土壤上，為土壤中的微生物提供充足的電子受體，強(qiáng)化對(duì)石油污染物的氧化降解作用。

異位修復(fù)是把污染土壤挖出進(jìn)行集中生物降解。它的方法主要有預(yù)制床法、堆制法及生物反應(yīng)器法等。預(yù)制床法是在平臺(tái)上鋪上沙子和石子，將污染的土壤以15cm～30cm厚度平鋪在上，并加入營(yíng)養(yǎng)液和水，必要時(shí)加入表面活性劑，定期翻動(dòng)充氧，以滿足土壤微生物對(duì)氧的需求，處理過(guò)程中流出的滲濾液，即時(shí)回灌于土層上，以徹底清除污染物。該方法在PCP、雜酚油、石油、農(nóng)藥等污染土壤的修復(fù)中已獲得了一些成功的案例。堆制法是將污染土壤與有機(jī)廢棄物(如木屑、秸稈、樹葉)、糞便等混合起來(lái)，使用機(jī)械或壓力系統(tǒng)充氧，同時(shí)加入石灰以調(diào)節(jié)pH值，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間依靠堆肥過(guò)程中的微生物作用來(lái)降解土壤中有機(jī)污染物。生物反應(yīng)器法是把污染的土壤移到生物反應(yīng)器，加水混合成泥漿，調(diào)節(jié)適宜的pH值，同時(shí)加入一定量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和表面活性劑，底部鼓人空氣充氧，滿足微生物所需氧氣的同時(shí)，使微生物與污染物充分接觸，加速污染物的降解。該方法的修復(fù)效率較高，但它的處理成本也相對(duì)較高。

四、幾種受污染土壤的微生物修復(fù)

1.受農(nóng)藥污染土壤的微生物修復(fù)

隨著農(nóng)業(yè)的發(fā)展，農(nóng)民使用農(nóng)藥的量越來(lái)越多，由此而造成的危害也越來(lái)越大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)每年使用50多萬(wàn)噸農(nóng)藥。這些農(nóng)藥主要包括殺蟲劑、殺菌劑和除草劑等，多是有機(jī)氯、有機(jī)磷、有機(jī)氮、有機(jī)硫農(nóng)藥，這些農(nóng)藥對(duì)土壤硝化作用呼吸作用和固氮作用均會(huì)產(chǎn)生暫時(shí)的或永久性的影響，因?yàn)樵谑┯棉r(nóng)藥時(shí)，不管采取什么方式大部分農(nóng)藥都會(huì)落入土壤中，同時(shí)附著在作物上的那一部分農(nóng)藥以及漂浮在空氣中的農(nóng)藥也會(huì)因風(fēng)吹落人土壤。另外，使用浸種、拌種等施藥方式更是將農(nóng)藥直接混入到土壤中，所以，土壤中的農(nóng)藥污染是相當(dāng)嚴(yán)重的，已引起土壤生產(chǎn)力和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的明顯下降。實(shí)驗(yàn)證明，環(huán)境中農(nóng)藥的清除主要靠細(xì)菌、放線菌、真菌等微生物的作用。如DDT可被芽孢桿菌屬、棒桿菌屬、諾卡氏菌屬等降解；五氯硝基苯可被鏈霉菌屬，諾卡氏菌屬等降解；敵百蟲可被曲霉、青霉等降解。殘留于土壤內(nèi)的農(nóng)藥，經(jīng)過(guò)種種復(fù)雜的轉(zhuǎn)化、分解，最終將農(nóng)藥分解為二氧化碳和水。如果將土壤進(jìn)行高壓滅菌或采用抑菌劑處理，農(nóng)藥在土壤中的降解速度就會(huì)降低、甚至停止。研究表明，在未經(jīng)消毒的土壤中，除草劑“敵草隆”的降解速度明顯高于用熏蒸消毒的土壤。前者，6周內(nèi)敵草隆降解近半；后者，僅降解1／10。微生物降解農(nóng)藥的方式有2種，一種是以農(nóng)藥作為唯一碳源和能源，或作為唯一的氮源物質(zhì)，此類農(nóng)藥能很快被微生物降解，如除草劑一氟樂(lè)靈，它可作為曲霉屬的唯一碳源，所以很易被分解；另一種是通過(guò)共代謝作用，共代謝指微生物利用營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)的同時(shí)將污染物分解代謝成無(wú)害物質(zhì)，從而達(dá)到降解目的。其具體表現(xiàn)為：(1)依靠環(huán)境提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。例如，只有在蛋白質(zhì)類物質(zhì)存在時(shí)，直腸梭菌才能降解666；(2)依靠其它微生物的協(xié)同作用。例如，鏈霉菌和節(jié)桿菌可協(xié)作降解農(nóng)藥二嗪農(nóng)的嘧啶環(huán)，兩菌單獨(dú)存在則均不能作用；(3)需有誘導(dǎo)物存在。如，只有經(jīng)正庚烷誘導(dǎo)后，銅綠假單胞菌才能產(chǎn)生羥基化酶，使鏈烷羥基化為相應(yīng)的醇。再如，放線菌淺灰鏈霉菌在磺酰脲類除草劑存在的情況下，也可產(chǎn)生誘導(dǎo)性的共代謝，發(fā)生羥基化，去烷基化或去酯化反應(yīng)。進(jìn)一步對(duì)脫細(xì)胞提取液進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，放線菌淺灰鏈霉菌脫細(xì)胞提取液是依靠NAD(P)H進(jìn)行磺酰脲類代謝，結(jié)果表明在淺灰鏈霉菌中存在著誘導(dǎo)性的、依賴細(xì)胞色素P。的磺酰脲代謝系統(tǒng)。在磺酰脲類除草劑存在下，放線菌淺灰鏈霉菌細(xì)胞中可溶性細(xì)胞色素P的量大大提高，這是由于一種主要的P4。形態(tài)出現(xiàn)，這種形態(tài)的P4在用除草劑處理過(guò)后，數(shù)量增加，而且水解酶活性也加強(qiáng)[14]。

2.受重金屬污染土壤的微生物修復(fù)

隨著工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，每年有大量工業(yè)和城市垃圾作為有機(jī)肥進(jìn)入農(nóng)業(yè)土壤中。這些垃圾往往含有較多的重金屬元素，如汞、銅、鋅、鎳、鉛、鉻等，這些金屬離子作為微量元素是。生物代謝所必需的，然而超過(guò)一定濃度時(shí)，便會(huì)導(dǎo)致土壤微生物大量下降和活性降低，尤其對(duì)土壤中有益微生物如自生固氮菌等影響更為明顯。所以，重金屬污染已日益成為威脅人類健康的、影響人類生活質(zhì)量的一種全球性的環(huán)境公害。重金屬對(duì)人的毒性作用常與它的存在狀態(tài)有密切的關(guān)系。一般地說(shuō)，金屬存在形式不同，其毒性作用也不同。微生物可以對(duì)土壤中的重金屬進(jìn)行固定、移動(dòng)或轉(zhuǎn)化，改變它們?cè)谕寥乐械沫h(huán)境化學(xué)行為，可促進(jìn)有毒、有害物質(zhì)解毒或降低毒性，從而達(dá)到生物修復(fù)的目的。重金屬污染土壤的微生物修復(fù)原理主要包括生物富集(如生物積累、生物吸著)和生物轉(zhuǎn)化(如生物氧化還原、甲基化與去甲基化以及重金屬的溶解和有機(jī)絡(luò)合配位降解)。研究表明，許多微生物，包括細(xì)菌、真菌和藻類可以生物積累和生物吸著環(huán)境中的多種重金屬。一些微生物，如動(dòng)膠菌、藍(lán)細(xì)菌、硫酸鹽還原菌以及某些藻類，能夠產(chǎn)生胞外聚合物如多糖、糖蛋白等具有大量的陰離子基團(tuán)，與重金屬離子形成絡(luò)合物。如，Bargagli在Hg礦附近土壤中分離得到很多高級(jí)真菌，一些菌根種和所有腐殖質(zhì)分解菌都能積累Hg達(dá)到100 mg／kg土壤干重。汞所造成的污染最早受到關(guān)注汞的微生物轉(zhuǎn)化主要包括三個(gè)方面：無(wú)機(jī)汞的甲基化；無(wú)機(jī)汞還原成Hg-；甲基汞和其它有機(jī)汞化合物裂解并還原成Hg-。包括梭菌、脈孢菌假單胞菌等和許多真菌在內(nèi)的微生物具有甲基化汞的能力。能使無(wú)機(jī)汞和有機(jī)汞轉(zhuǎn)化為單質(zhì)汞的微生物有銅綠假單胞菌、金黃色葡萄糖菌、大腸埃希氏菌等。微生物對(duì)其它重金屬也具有轉(zhuǎn)化能力，硒、鉛錫、鎘、砷、鋁、鎂、鈀、金、鉈也可以甲基化轉(zhuǎn)化。還有研究表明，土壤中分布著多種可以使鉻酸鹽和重鉻酸鹽還原的微生物，如產(chǎn)堿菌屬、芽孢桿菌屬、棒桿菌屬、腸桿菌屬、假單胞菌屬和微球菌屬等，這些菌能將高毒性的Cr6+轉(zhuǎn)化為低毒性的Cr3+[15]。

3.受石油污染土壤的微生物修復(fù)

烴類化合物包括烷烴、烯烴、炔烴、苯、甲苯、二甲苯等多種復(fù)雜芳香烴，是石油的主要組成成分，是重要的工業(yè)原料，同時(shí)又是燃料與能源。因?yàn)檫@些物質(zhì)(尤其是多環(huán)芳烴)能夠致癌、致基因突變、致畸，所以在石油的開采、運(yùn)輸、貯藏和加工過(guò)程中，由于意外事故或管理不當(dāng)，排放到農(nóng)田、地下水后，往往也會(huì)造成土壤的污染，影響土壤的通透性、降低土壤質(zhì)量、阻礙植物根系的呼吸與吸收、破壞植被，從而直接影響人類的生產(chǎn)和生活。許多學(xué)者就石油污染物(尤其是烴類化合物)的微生物代謝機(jī)制進(jìn)行了研究。從烴類污染土壤的生物處理系統(tǒng)中分離到的各類優(yōu)勢(shì)微生物均具有解脂酶活性，有解脂酶活性的菌株，就有降解石油烴的能力。添加優(yōu)勢(shì)真菌，可以提高生物處理烴類污染土壤的效果。在受烴類污染的土壤中，利用石油烴為碳源的細(xì)菌較多，真菌數(shù)量較少。細(xì)菌雖數(shù)量較多，但類群沒有真菌豐富。細(xì)菌以革蘭氏陰性桿菌為優(yōu)勢(shì)，其中以動(dòng)膠菌屬為主，其次是黃桿菌屬，革蘭氏陽(yáng)性桿菌以芽孢桿菌為主。真菌以毛霉菌屬，小克銀漢菌屬占優(yōu)勢(shì)，其次是鐮刀菌屬、青霉菌屬、曲霉菌屬，酵母菌屬最弱。放線菌以鏈霉菌為優(yōu)勢(shì)[16-17]。真菌和細(xì)菌降解石油烴類化合物可形成具有不同立體構(gòu)型的中間產(chǎn)物。真菌將石油烴類化合物降解成反式二醇，而細(xì)菌幾乎總是將之降解為順式二醇[18]。

4.礦山修復(fù)地的修復(fù)

礦山廢棄地是指在采礦活動(dòng)中所破壞的未經(jīng)一定處理而尢法使用的土地。十壤結(jié)構(gòu)破壞，養(yǎng)分流失，植被喪失是礦山廢棄地的共同特征，尾礦廠的廢渣、酸性廢水及矸石堆自然產(chǎn)生的大氣污染是周圍環(huán)境的嚴(yán)重污染源，因此對(duì)礦山廢棄地進(jìn)行土壤改良和生態(tài)恢復(fù)就顯得十分重要[19]。在廢棄地系統(tǒng)中，植物可利形態(tài)的氮素來(lái)源干有機(jī)質(zhì)的分解、土壤中氮微生物的固氮作用以及降雨中的NO3和NH3。束文圣等的研究表明根瘤菌對(duì)鋅的耐性最大，其ECl0值和EC50 (Effective concentraiton to reduce by l0％and50％)最高，分別超過(guò)300 mg／L和600 mg／L[20]。

礦藏開采、冶煉廠等使用后的土地的復(fù)墾與再利用一直比較困難，閃為這類土地不但污染嚴(yán)重，而且土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)都發(fā)生了很大變化，根本不適于作物生長(zhǎng)。但菌根可在修復(fù)該類土壤中發(fā)揮特殊作用。NoydRK等把菌根真菌根內(nèi)球囊霉(Glomusintraradices)；匠明球囊霉(Glomusclaroideum)接種到牧草，成功地恢復(fù)了礦渣地的植被，達(dá)到了修復(fù)和復(fù)墾的目的。韓桂云等在霍林河露天煤礦脆弱生態(tài)地帶的生態(tài)修復(fù)中，應(yīng)用菌根生物技術(shù)，發(fā)現(xiàn)供試的菌根菌劑中OIOA和B菌劑對(duì)貧瘠和滲透率低的土壤條件表現(xiàn)出較強(qiáng)的調(diào)控能力。泥巖氯化對(duì)其理化條件雖能有所改善，但氯和磷聚集使幼成活時(shí)間甚短[21]。

五、結(jié)語(yǔ)與展望

從目前來(lái)看，微生物修復(fù)是最具發(fā)展和應(yīng)用前景的生物修復(fù)技術(shù)，人們?cè)谖⑸锊牧稀⒔到馔緩揭约靶迯?fù)技術(shù)研發(fā)等方面取得了一定的研究進(jìn)展，并展示了一些成功的修復(fù)案例。但是針對(duì)復(fù)雜的污染土壤生態(tài)系統(tǒng)，每種微生物修復(fù)技術(shù)不僅要克服自身原有的不足，而且還需要進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和解決在修復(fù)過(guò)程中出現(xiàn)的新現(xiàn)象和新問(wèn)題。如：引入外源微生物的條件與原則問(wèn)題；生物修復(fù)過(guò)程中微生物的適應(yīng)性機(jī)制與影響因素的研究問(wèn)題；有機(jī)污染物降解過(guò)程中的次生污染物問(wèn)題等。還有，今后還需在以下幾個(gè)方面展開深入研究：如，繼續(xù)篩選和馴化新的降解菌株；進(jìn)一步解析典型污染物降解基因的結(jié)構(gòu)、功能與調(diào)控機(jī)制，闡明降解過(guò)程的分子生物學(xué)機(jī)理；解決復(fù)合污染土壤的修復(fù)問(wèn)題；利用土地翻耕、農(nóng)藝措施、添加物質(zhì)、高效微生物、植物修復(fù)、季節(jié)更替等創(chuàng)造現(xiàn)場(chǎng)的修復(fù)條件構(gòu)建出一套合理可行的污染土壤田問(wèn)修復(fù)工程技術(shù)等等?？傊嘈烹S著科學(xué)的發(fā)展，大規(guī)模利用微生物降解土壤污染物、治理環(huán)境污染不久將會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。

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第6篇：微生物研究范文

關(guān)鍵詞：土壤微生物生態(tài)學(xué)；核酸探針雜交；梯度凝膠電泳；PCR

土壤中存在著極其豐富的微生物種類，它們?cè)谕寥郎鷳B(tài)系統(tǒng)中各自行使著獨(dú)特的功能。自1953年以來(lái)，分子生物學(xué)理論和技術(shù)取得了驚人的成就，許多分子生物學(xué)研究方法和理念被應(yīng)用到微生物生態(tài)學(xué)研究中，為微生物生態(tài)學(xué)研究領(lǐng)域注入了新的活力，極大地推動(dòng)了微生物分子生態(tài)學(xué)的發(fā)展。下面介紹近年主要的幾種研究方法：

一、標(biāo)記核酸探針雜交技術(shù)

1.基本原理

以核酸分子雜交技術(shù)為核心，利用探針?lè)治鯠NA序列及片段長(zhǎng)度多態(tài)性。探針是能與特定核苷酸序列發(fā)生特異性互補(bǔ)的已知核酸片段，它可以是長(zhǎng)探針（100～l000bp），可以是短核苷酸片段（10～50bp），也可以是從RNA制備DNA探針，斑點(diǎn)印跡和狹線印跡雜交等不同的方法。

2.應(yīng)用

科學(xué)家應(yīng)用核酸雜交方法研究了被燃油污染及不污染的土壤提取的細(xì)菌DNA，結(jié)果表明：被污染的土壤提取的細(xì)菌DNA中各種烴的降解基因的檢出率顯著高于不污染的樣品，且定量分析結(jié)果表明污染越嚴(yán)重，這種降解基因的含量越高，因而可以用該方法作為對(duì)土壤中燃油污染程度的評(píng)價(jià)。

3.原位熒光雜交技術(shù)

（1）基本原理。FISH是以熒光標(biāo)記取代同位素標(biāo)記的一種新的原位雜交方法。它檢測(cè)核苷酸序列是利用熒光標(biāo)記的探針在細(xì)胞內(nèi)與特異的互補(bǔ)核苷酸序列雜交，通過(guò)激發(fā)雜交探針的熒光來(lái)檢測(cè)信號(hào)。

（2）應(yīng)用及其優(yōu)缺點(diǎn)?？梢赃M(jìn)行樣品的原位雜交，應(yīng)用于環(huán)境定微生物種群鑒定、種群數(shù)量分析及其特異微生物跟蹤檢測(cè)，現(xiàn)已成為微生物分子生態(tài)學(xué)研究中的熱點(diǎn)技術(shù)，在土壤微生物分子生態(tài)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。FISH技術(shù)的應(yīng)用受到環(huán)境樣品微生物的生理狀態(tài)的影響，芽孢、放線菌及休眠時(shí)期的細(xì)胞的細(xì)胞膜的通透性低，影響群落中部分種屬豐度的錯(cuò)誤估計(jì)。

二、基于PCR技術(shù)的研究方法

PCR是一種聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)，主要特點(diǎn)是短時(shí)間內(nèi)在實(shí)驗(yàn)室條件下人為地控制并特異擴(kuò)增目的基因或DN段，使研究的目的基因及其環(huán)境樣品中的微量微生物基因得到無(wú)限的擴(kuò)增，為這些基因和微量微生物種群的研究提供了保證。

1.PCR-RFLP方法

（1）原理。PCR-RFLP法是將PCR引物中的一條加以熒光標(biāo)記，其基本原理是用PCR擴(kuò)增目的DNA，擴(kuò)增產(chǎn)物再用特異性內(nèi)切酶消化切割成不同大小片段，直接在凝膠電泳上分辨。

（2）應(yīng)用?，F(xiàn)在很多研究人員利用16SrRNA來(lái)研究土壤微生物的多樣性。該技術(shù)還可以用來(lái)監(jiān)測(cè)因環(huán)境改變而引起的微生物種群的變化。

2.PCR-SSCP方法

（1）原理。日本Orita等研究發(fā)現(xiàn)，單鏈DN段呈復(fù)雜的空間折疊構(gòu)象，這種立體結(jié)構(gòu)主要是由其內(nèi)部堿基配對(duì)等分子內(nèi)相互作用力來(lái)維持的。當(dāng)有一個(gè)堿基發(fā)生改變時(shí)，會(huì)或多或少地影響其空間構(gòu)象，使構(gòu)象發(fā)生改變。空間構(gòu)象有差異的單鏈DNA分子在聚丙烯酰胺凝膠中受排阻大小不同。因此，通過(guò)非變性聚丙烯酰胺凝膠電泳，可以非常敏銳地將構(gòu)象上有差異的分子分離開。

（2）應(yīng)用。Sabine Peters等人用該法研究群落的演替和菌種的多樣性，并同傳統(tǒng)的培養(yǎng)方法比較指出PCR-SSCP方法避免了傳統(tǒng)培養(yǎng)的費(fèi)時(shí)費(fèi)力以及誤差大的干擾，適合對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)和演替的分析。

三、DNA擴(kuò)增片段梯度電泳檢測(cè)技術(shù)

1.變性梯度凝膠電泳

（1）基本原理。雙鏈DNA分子在一般的聚丙烯酰胺凝膠電泳時(shí)，其遷移行為決定于其分子大小和電荷。DGGE技術(shù)在一般的聚丙烯酰胺凝膠基礎(chǔ)上，加入了變性劑（尿素和甲酰胺）梯度，從而能夠把同樣長(zhǎng)度但序列不同的DN段區(qū)分開來(lái)。

（2）應(yīng)用。DGGE方法是應(yīng)用最早也是最常用的單堿基突變篩查方法之一，自從1993年DGGE被引入微生物學(xué)以來(lái)，該技術(shù)被廣泛地用作分子工具比較微生物群落的多樣性以及監(jiān)視種群動(dòng)態(tài)。PCR-DGGE用于分析華盛頓州東部4種土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性，結(jié)果表明：管理和農(nóng)學(xué)實(shí)踐對(duì)細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響比年降水量更大。

2.溫度梯度凝膠電泳

（1）基本原理。溫度梯度凝膠電泳技術(shù)則是利用溫度梯度變性的原理，利用了不同分子在溫度改變下構(gòu)象的差別進(jìn)行分離。

第7篇：微生物研究范文

關(guān)鍵詞:微生物學(xué);創(chuàng)新;教學(xué)改革;考核

微生物學(xué)是一門實(shí)踐學(xué)科，其理論知識(shí)來(lái)源于實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)課是微生物學(xué)的重要組成部分。近年來(lái)，微生物學(xué)發(fā)展突飛猛進(jìn)，新技術(shù)、新成果不斷出現(xiàn)，傳統(tǒng)教育模式也面臨挑戰(zhàn)［1，2］。很多農(nóng)業(yè)院校實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作者逐漸意識(shí)到傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊、限制學(xué)生視野、創(chuàng)新能力不足等問(wèn)題，達(dá)不到重實(shí)踐和提高學(xué)生素質(zhì)教育的目標(biāo)，實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)改革已成為高等教育和本科教學(xué)評(píng)估中遇到的突出問(wèn)題［3］，實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作者開始思考如何更好開展微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)，精心設(shè)計(jì)課程體系，以滿足新時(shí)代社會(huì)發(fā)展對(duì)人才培養(yǎng)的需求［4～6］。上海交通大學(xué)作為一所綜合性高校，其下設(shè)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院擁有理學(xué)、農(nóng)學(xué)、工學(xué)等多學(xué)科專業(yè)，針對(duì)全院不同的學(xué)科專業(yè)，微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的培養(yǎng)計(jì)劃既要緊跟農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展調(diào)整實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，又要從各個(gè)專業(yè)視角增加學(xué)生知識(shí)面，使學(xué)生了解各自專業(yè)與微生物學(xué)的相關(guān)性，豐富知識(shí)領(lǐng)域視野，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院微生物學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)針對(duì)以往教學(xué)中存在的問(wèn)題，在基本不改變實(shí)驗(yàn)課時(shí)的條件下，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系進(jìn)行重構(gòu)，對(duì)部分內(nèi)容和形式進(jìn)行大膽改革嘗試，把培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和能力放在首位，調(diào)整實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法，從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、方法和考核方式等方面加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)，促進(jìn)觀念、模式、內(nèi)容和方法的全面改革，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高，實(shí)現(xiàn)重知識(shí)傳授到重創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)的轉(zhuǎn)變。

1微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)體系的重構(gòu)

1．1微生物實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容的重新編排

驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是通過(guò)驗(yàn)證某種認(rèn)識(shí)或假說(shuō)，使學(xué)生獲得特定操作技能，在不斷完善認(rèn)知結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，促進(jìn)學(xué)生驗(yàn)證和進(jìn)一步理解所學(xué)理論，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)能力［7］，然而教育的真正目的在于使學(xué)習(xí)者成為知識(shí)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)者，使學(xué)習(xí)者善于學(xué)習(xí)，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力［8］。單純的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)已不能滿足高等教育的育人要求，而高校學(xué)生對(duì)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)也興趣寡然、缺乏思考和主動(dòng)性［9］。開設(shè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，鼓勵(lì)學(xué)生構(gòu)思實(shí)驗(yàn)方案并付諸實(shí)施，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維具有重要意義，設(shè)計(jì)過(guò)程是學(xué)生不斷發(fā)現(xiàn)、解決問(wèn)題的過(guò)程。減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，增加綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)比重的觀點(diǎn)已形成共識(shí)［10～12］。根據(jù)學(xué)院5個(gè)專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)計(jì)劃和專業(yè)特點(diǎn)，我們對(duì)微生物實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容進(jìn)行重新布局(表1)。由表1可以看出，在學(xué)生掌握一定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和操作技能的基礎(chǔ)上，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行整合，增加綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。例如，在學(xué)生掌握顯微鏡使用及原核生物染色觀察的技能基礎(chǔ)上，將真核微生物的形態(tài)觀察實(shí)驗(yàn)與微生物測(cè)量大小及計(jì)數(shù)實(shí)驗(yàn)串聯(lián)合并成一個(gè)綜合大實(shí)驗(yàn)項(xiàng)，使學(xué)生在一堂課中對(duì)微生物形態(tài)有系統(tǒng)的認(rèn)知;增加“細(xì)菌總數(shù)與大腸菌群的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并與“細(xì)菌快速生化鑒定”實(shí)驗(yàn)綜合進(jìn)行教學(xué)，使學(xué)生對(duì)樣本中細(xì)菌與大腸菌群數(shù)定性和定量測(cè)定方法進(jìn)行比較學(xué)習(xí)。綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不僅注重了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容之間的邏輯聯(lián)系，同時(shí)增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)之間的次序性和連貫性。實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容變化的另一個(gè)特點(diǎn)是增加了設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。例如將“環(huán)境因素對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響”作為開放性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生根據(jù)已有知識(shí)并結(jié)合查閱文獻(xiàn)等手段進(jìn)行初步調(diào)研、選擇適合自己或感興趣的研究范圍，確定具體的研究題目，設(shè)計(jì)實(shí)施方案。教師對(duì)學(xué)生方案的合理性、可行性和創(chuàng)新性進(jìn)行評(píng)估并提供技術(shù)指導(dǎo)。開放性實(shí)驗(yàn)安排在實(shí)驗(yàn)課程后期，此時(shí)學(xué)生已掌握課程大部分基礎(chǔ)知識(shí)，初步具備獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力，對(duì)其綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和自主學(xué)習(xí)是一種訓(xùn)練，同時(shí)又鍛煉其創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力。由于方案思路、具體操作步驟、儀器用具等都是未知數(shù)，因而設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開展更具獨(dú)立性和創(chuàng)新性，對(duì)學(xué)生更富有挑戰(zhàn)性，能夠激發(fā)學(xué)生完全投入到自己的實(shí)驗(yàn)研究中。

1．2將科學(xué)前沿和生活案例融入教學(xué)內(nèi)容

生物技術(shù)飛速發(fā)展，新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)方法層出不窮，作為綜合性大學(xué)，將科研成果或技術(shù)路線轉(zhuǎn)化成可供學(xué)生學(xué)習(xí)的教學(xué)項(xiàng)目，精心設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，融合本學(xué)科領(lǐng)域最前沿技術(shù)，增加學(xué)生新視野，提供學(xué)生熟悉和掌握先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的實(shí)踐機(jī)會(huì)。例如由科研課題轉(zhuǎn)化而來(lái)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目—“單增李斯特菌感染對(duì)小鼠外周血ANAE+淋巴細(xì)胞的影響”(見表1)是依托于教學(xué)團(tuán)隊(duì)在研的國(guó)家自然基金項(xiàng)目，涉及李斯特菌感染和淋巴細(xì)胞的免疫效應(yīng)的等研究熱點(diǎn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)的講解和學(xué)習(xí)使學(xué)生了解到李斯特菌對(duì)人類的危害和致病機(jī)理，將學(xué)術(shù)研究成果滲透到課堂，逐步實(shí)現(xiàn)由學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)到科研接觸的轉(zhuǎn)化。微生物與生活息息相關(guān)，結(jié)合生活案例開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)更容易引起學(xué)生的興趣。在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容時(shí)，有意識(shí)的融入生活中與微生物學(xué)相關(guān)的實(shí)時(shí)案例，引入當(dāng)前熱點(diǎn)或有趣的話題作為教學(xué)切入點(diǎn)，將抽象知識(shí)化為具體有案例的實(shí)驗(yàn)教學(xué)?！皠?dòng)物病毒的接種與培養(yǎng)”和“尿素液收集與血凝和血凝抑制”實(shí)驗(yàn)時(shí)，結(jié)合當(dāng)前社會(huì)熱點(diǎn)“H7N9禽流感病毒”的案例闡述病毒抗原與陽(yáng)性血清反應(yīng)的原理及微生物學(xué)在生活和科研中的價(jià)值意義，同時(shí)引入病毒性質(zhì)、疫苗研制過(guò)程等知識(shí)，極大增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;在“水中細(xì)菌總數(shù)與大腸菌群的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)中，讓學(xué)生到公園或餐飲場(chǎng)所采集檢測(cè)水樣，親自動(dòng)手檢驗(yàn)生活周圍的水環(huán)境。將生活案例融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)是理論聯(lián)系實(shí)踐的有力證明，學(xué)生在實(shí)踐過(guò)程中培養(yǎng)積極的學(xué)習(xí)體驗(yàn)興趣和態(tài)度，在很大程度上促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和創(chuàng)造性的發(fā)揮，有利于發(fā)展學(xué)生的個(gè)性化［13，14］。

2教學(xué)方法的改革

2．1利用多媒體資源輔助教學(xué)

在形態(tài)觀察實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)顯微鏡觀察的視野與教材圖片有一定差異，對(duì)于初學(xué)者辨識(shí)有一定難度，學(xué)生學(xué)習(xí)效率低而且學(xué)習(xí)效果也不理想［15］。針對(duì)這一現(xiàn)象，我院引進(jìn)MOTIC數(shù)碼顯微系統(tǒng)輔助教學(xué)，實(shí)現(xiàn)了有針對(duì)性的“一對(duì)一”輔導(dǎo)學(xué)生，而且實(shí)現(xiàn)了教師講解和學(xué)生顯微鏡操作觀察同時(shí)進(jìn)行，學(xué)習(xí)更直觀生動(dòng)。借由數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)拍照軟件，將學(xué)生實(shí)驗(yàn)效果較好的視野進(jìn)行拍片保存，按照原核生物與真核生物的不同屬性分類建庫(kù)，積累不同題材的微生物形態(tài)圖片，供學(xué)生觀賞學(xué)習(xí)，增加辨識(shí)度。同時(shí)，針對(duì)以往學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作不規(guī)范等現(xiàn)象，對(duì)微生物學(xué)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)和容易存在誤區(qū)的操作方法進(jìn)行拍攝錄制成5～10min的視頻，如劃線分離、涂布平板、無(wú)菌接種等實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)，在相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容中結(jié)合這些視頻演示，增強(qiáng)示范性。學(xué)生觀看學(xué)習(xí)演示視頻后獨(dú)立操作練習(xí)，老師進(jìn)行總結(jié)分析，學(xué)生針對(duì)存在問(wèn)題再次練習(xí)、強(qiáng)化訓(xùn)練，形成“觀摩”—“練習(xí)”—“點(diǎn)評(píng)”—“復(fù)練習(xí)”的實(shí)踐模式。將現(xiàn)代化的多媒體教學(xué)手段與常規(guī)教學(xué)手段結(jié)合，觀摩學(xué)習(xí)、重點(diǎn)難點(diǎn)指導(dǎo)和反復(fù)訓(xùn)練的過(guò)程，加深學(xué)生印象，其操作更趨規(guī)范性，學(xué)習(xí)效率和效果也得到極大提高。

2．2鼓勵(lì)學(xué)生自主教學(xué)

培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，要培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考的能力。在真核微生物的染色與觀察”實(shí)驗(yàn)中，分別請(qǐng)不同的同學(xué)在其各自的顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)的終端顯微鏡下，現(xiàn)場(chǎng)完成對(duì)青霉菌、根霉菌、酵母菌等真核生物視野的尋找，指認(rèn)各不同真菌的孢子形態(tài)、梗、根等結(jié)構(gòu)指認(rèn)，并對(duì)其繁殖方式進(jìn)行簡(jiǎn)要敘述。學(xué)生講解的視野同步展示在教師和其他同學(xué)的系統(tǒng)終端電腦界面，老師對(duì)其講解進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，這一過(guò)程實(shí)現(xiàn)了教師和學(xué)生的角色互換，促使學(xué)生積極“備課”，主動(dòng)學(xué)習(xí)，課堂氣氛更加活躍。在學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)研究期間，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)行“三開放”，即實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)時(shí)間和實(shí)驗(yàn)室儀器材料的開放。具體操作為，老師提供開放的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生根據(jù)興趣自由選擇題目;選定題目后，給予學(xué)生一定的時(shí)間查閱文獻(xiàn)制定方案，學(xué)生可以機(jī)動(dòng)靈活的自主安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間而非局限于課堂有限的學(xué)時(shí);在實(shí)驗(yàn)研究期間，實(shí)驗(yàn)室及儀器設(shè)備向?qū)W生開放，全力支持學(xué)生開展研究，破除了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)“固定”場(chǎng)所、“限制”時(shí)間和“統(tǒng)一”實(shí)驗(yàn)過(guò)程的固定架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了以學(xué)生為中心自由發(fā)揮創(chuàng)造的目標(biāo)。學(xué)生對(duì)于自己的實(shí)驗(yàn)處于主導(dǎo)地位，從設(shè)計(jì)到材料準(zhǔn)備，從操作實(shí)施到結(jié)果分析，都親自動(dòng)手完成。整個(gè)過(guò)程有許多書本中無(wú)法學(xué)到的東西，讓學(xué)生學(xué)會(huì)思考每一步操作的意義，對(duì)鍛煉其邏輯思維及動(dòng)手能力很有益處。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)要求提交設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的研究報(bào)告，包括實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)方案、結(jié)果分析、創(chuàng)新點(diǎn)、對(duì)預(yù)期目標(biāo)的完成情況等內(nèi)容，并以PPT答辯的形式進(jìn)行匯報(bào)，最后由教師對(duì)學(xué)生報(bào)告進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。自主式教學(xué)的過(guò)程鼓勵(lì)了學(xué)生完成對(duì)自主學(xué)習(xí)到知識(shí)輸出的過(guò)程，加深了對(duì)知識(shí)的理解，也是對(duì)其學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。

3考核體系的重新構(gòu)建

建立以能力考察為中心的實(shí)驗(yàn)課程多元化考核新模式，重視對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程的評(píng)價(jià)。以往的微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)考核成績(jī)方式為:實(shí)驗(yàn)報(bào)告占30%，實(shí)驗(yàn)理論考試占70%。這種考核方式容易造成學(xué)生不積極參與實(shí)驗(yàn)、抄襲報(bào)告的現(xiàn)象，而實(shí)驗(yàn)報(bào)告并不能真實(shí)反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。多元化的考核體系，既保留了實(shí)驗(yàn)報(bào)告對(duì)本次實(shí)驗(yàn)的總結(jié)和期末考試知識(shí)水平的考察，又增加了對(duì)實(shí)踐動(dòng)手能力、綜合素質(zhì)能力和創(chuàng)新性思維的多方面考察。實(shí)驗(yàn)報(bào)告注重對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析和對(duì)實(shí)驗(yàn)成敗的總結(jié)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和邏輯分析能力;期末考試涵蓋課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的多數(shù)知識(shí)點(diǎn)，知識(shí)面考察較為綜合;對(duì)平時(shí)實(shí)驗(yàn)的考核注重考察學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能和操作規(guī)范性，使學(xué)生更加認(rèn)真對(duì)待實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)過(guò)程，而改變以往只注重實(shí)驗(yàn)報(bào)告的敷衍態(tài)度，這對(duì)于提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度有較大促進(jìn)作用，另一方面，對(duì)平時(shí)實(shí)驗(yàn)操作的考察也是對(duì)學(xué)生認(rèn)真參與和完成實(shí)驗(yàn)的督促，也有助于教師得到學(xué)生真實(shí)學(xué)習(xí)效果的及時(shí)反饋;設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)鼓勵(lì)學(xué)生課外拓展知識(shí)和查閱文獻(xiàn)，在課堂上與老師交流發(fā)言，鼓勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，對(duì)方案設(shè)計(jì)、報(bào)告總結(jié)和PPT匯報(bào)等綜合考察，對(duì)于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)出色完成者可提供加分項(xiàng)以示鼓勵(lì)。

4教改成效

4．1實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范性和學(xué)習(xí)積極性

提高由于考核方式增加了對(duì)平時(shí)實(shí)驗(yàn)操作和預(yù)習(xí)提問(wèn)的考察，學(xué)生成績(jī)不再僅依賴于實(shí)驗(yàn)報(bào)告和期末考試的形式，避免了學(xué)生敷衍了事的實(shí)驗(yàn)態(tài)度和和抄襲報(bào)告的頑疾，而且超過(guò)70%的學(xué)生在報(bào)告中主動(dòng)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，還有的同學(xué)引用參考文獻(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行深入分析，總結(jié)實(shí)驗(yàn)成敗的因素。學(xué)生在操作顯微鏡時(shí)更加規(guī)范化，自覺擦拭油鏡鏡頭、復(fù)位機(jī)械系統(tǒng)、整理實(shí)驗(yàn)用具等，這對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生愛護(hù)貴重儀器、認(rèn)真負(fù)責(zé)的科研態(tài)度有很好的促進(jìn)作用。通過(guò)利用多媒體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)技術(shù)“觀摩”—“練習(xí)”—“點(diǎn)評(píng)”—“復(fù)練習(xí)”的實(shí)踐訓(xùn)練，反響效果較好，學(xué)生普遍掌握了規(guī)范的無(wú)菌操作和微生物分離純化技術(shù)，課程成績(jī)落實(shí)到實(shí)驗(yàn)具體操作，引起了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的重視。同時(shí)，由于對(duì)相關(guān)聯(lián)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了合并和調(diào)節(jié)，學(xué)生從整體把握對(duì)微生物培養(yǎng)、觀察及研究其生化特性的過(guò)程，與以往老師提問(wèn)時(shí)學(xué)生表現(xiàn)出知識(shí)零散紊亂、不積極應(yīng)答的局面明顯不同，課堂回答問(wèn)題氣氛活躍，多數(shù)學(xué)生能夠按照老師的問(wèn)題思路延伸思考、積極回答問(wèn)題，學(xué)習(xí)熱情飽滿。

4．2學(xué)生在微生物相關(guān)研究課題的參與度增加

微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革實(shí)踐運(yùn)行后，我們統(tǒng)計(jì)了在創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目和畢業(yè)設(shè)計(jì)中參與微生物相關(guān)課題的學(xué)生比例，分別有32．7%和50%的學(xué)生參加了與微生物相關(guān)的上海交通大學(xué)PRP項(xiàng)目和大學(xué)生創(chuàng)新計(jì)劃IPP項(xiàng)目，在畢業(yè)設(shè)計(jì)論文中，55．6%的學(xué)生選擇了與微生物相關(guān)的論文研究(上一級(jí)為42．3%)，研究課題的學(xué)術(shù)水平相對(duì)較高，如“灰略紅鏈霉菌胞外蛋白酶產(chǎn)酶條件優(yōu)化及克隆表達(dá)”“薩佩羅病毒感染宿主細(xì)胞特異性受體的篩選”“噬菌體裂解酶的制備及活性測(cè)定”“高產(chǎn)厚垣孢子木霉菌株構(gòu)建機(jī)器拮抗特性研究”等既體現(xiàn)了學(xué)科前沿技術(shù)，又與實(shí)際生產(chǎn)有較強(qiáng)相關(guān)性，實(shí)用性強(qiáng)，吸引學(xué)生興趣。學(xué)生通過(guò)微生物實(shí)驗(yàn)課程培養(yǎng)的實(shí)踐動(dòng)手和自主學(xué)習(xí)創(chuàng)新能力獲得了自豪感和滿足感，他們有自信能在導(dǎo)師帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)大課題中承擔(dān)部分研究?jī)?nèi)容，在實(shí)踐過(guò)程中表現(xiàn)出的多視點(diǎn)多方法創(chuàng)造性的思維得到了導(dǎo)師的肯定，提升了學(xué)術(shù)水平和團(tuán)隊(duì)合作精神。

5結(jié)語(yǔ)

微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)重在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核體系的改革，摸索出培養(yǎng)學(xué)生開放性思維和創(chuàng)新能力的實(shí)驗(yàn)教學(xué)“新”模式，以培養(yǎng)學(xué)生能力為核心，給予學(xué)生充分的發(fā)揮空間，調(diào)動(dòng)積極性和挑戰(zhàn)性，從而適應(yīng)高校創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn):

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第8篇：微生物研究范文

關(guān)鍵詞：沃柯微生物菌劑；試驗(yàn)；研究報(bào)告

中圖分類號(hào)：S513 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170632044

1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)地點(diǎn)：龍江縣白山鎮(zhèn)興隆崗村村農(nóng)民技術(shù)員劉志剛家地塊。

試驗(yàn)地基本情況：試驗(yàn)地土壤類型為草甸土，地勢(shì)平坦，肥力中等略偏下，土壤質(zhì)地為砂壤土，排灌方便，交通便利，便于參觀學(xué)習(xí)。前茬作物玉米，產(chǎn)量是650kg/667m2。

驗(yàn)材料： 供試肥料微生物菌劑（沃柯）由北京世紀(jì)阿姆斯生物技術(shù)有限公司提供，常規(guī)肥由試驗(yàn)農(nóng)戶提供。供試作物，試驗(yàn)作物為玉米，品種是吉東17。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用大區(qū)對(duì)比，設(shè)3個(gè)處理，不設(shè)重復(fù)。具體處理如下：

處理1，農(nóng)民習(xí)慣施肥，面積667m2，底肥：復(fù)合肥25kg/667m2；追肥：氮鉀追肥25kg/667m2。處理2，農(nóng)民習(xí)慣施肥+667m2基施微生物菌劑（沃柯）2kg。處理3，農(nóng)民習(xí)慣施肥減量10%+667m2基施微生物菌劑（沃柯）2kg。

3 管理措施

整地及施肥情況，2016年4月15日滅茬， 4月22日起壟施肥，由農(nóng)戶機(jī)械施肥，做到底肥深施，采集土樣。 播種情況，4月30日機(jī)械播種，種植密度3500株/667m2。灌溉情況，7月1日― 8月30 日之間，灌水5 次，溝灌。生育期內(nèi)進(jìn)行病蟲防治情況，生育期內(nèi)主要發(fā)生雙斑螢葉甲和玉米螟，沒有進(jìn)行防治。中耕施肥情況，5月30日第一次中耕，6月16 日中耕追肥。生育期間比較惡劣天氣情況 ，主要是嚴(yán)重干旱。

4 田間調(diào)查

6 試驗(yàn)效果分析

從生育期看，處理比對(duì)照拔節(jié)期到抽雄期提前1～2d，成熟期提前2～3d。從6月16日田間調(diào)查的生育性狀看，處理2比對(duì)照株高2.3cm，莖粗0.3cm；處理3比對(duì)照株高1.3cm，莖粗0.36cm；葉色處理比對(duì)照濃綠。從產(chǎn)量看，處理均比對(duì)照增產(chǎn)，處理2每667m2增產(chǎn)94.7kg，增產(chǎn)幅度16.2%；處理3每667m2增產(chǎn)41.5kg，增產(chǎn)幅度7.1%。從經(jīng)濟(jì)效益分析看，處理均比對(duì)照增收，處理2比對(duì)照每667m2增收 96.6 元，處理3比對(duì)照每667m2增收31.8元。

7 試驗(yàn)結(jié)論

第9篇：微生物研究范文

現(xiàn)代信息技術(shù)環(huán)境下，微課作為一種重要的微文化逐步進(jìn)入我們的課堂。本文在微課理論和時(shí)代背景下對(duì)微生物檢驗(yàn)檢測(cè)微課程教學(xué)的可能性進(jìn)行初步的實(shí)踐研究，期望能為中職學(xué)校今后對(duì)該門課程的教學(xué)和學(xué)習(xí)提供參考。

【關(guān)鍵詞】

微課；現(xiàn)代信息技術(shù)；微生物檢驗(yàn)檢測(cè)

21世紀(jì)是以信息化為特征的時(shí)代，個(gè)性化學(xué)習(xí)、碎片化學(xué)習(xí)已成為信息時(shí)代教育發(fā)展的重要特征。在信息時(shí)代的大環(huán)境之下，現(xiàn)代信息技術(shù)融入教育已經(jīng)是主流，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、智能手機(jī)和平板電腦的迅速發(fā)展與普及，微博、微信、微電影等微文化正悄悄地進(jìn)入了我們的生活，這直接引發(fā)了學(xué)習(xí)方式和課程形式的變遷，微課就這樣順應(yīng)時(shí)代而產(chǎn)生。

1.微課產(chǎn)生的理論基礎(chǔ)和時(shí)代背景

微課由美國(guó)科羅拉多州林地公園高中兩位化學(xué)教師發(fā)明。這所學(xué)校地處山區(qū)，交通不便，經(jīng)常出現(xiàn)學(xué)生缺課，為了解決這個(gè)問(wèn)題，他們嘗試把教學(xué)內(nèi)容錄制成視頻，配上PPT和講解，專門發(fā)給缺課的學(xué)生用于補(bǔ)課。慢慢地，這兩位教師又有意識(shí)地讓所有學(xué)生提前在家看視頻聽講解，自主學(xué)習(xí)，第二天在課堂上開展討論、練習(xí)，學(xué)會(huì)應(yīng)用，這種教學(xué)模式受到越來(lái)越多學(xué)生的歡迎，由于和傳統(tǒng)的課堂學(xué)習(xí)正好相反，所以人們稱之為翻轉(zhuǎn)課堂。2008年，美國(guó)新墨西哥州圣胡安學(xué)院的高級(jí)教學(xué)設(shè)計(jì)師戴維•彭羅斯從理論和模式的角度，提出了“微課程”，并首創(chuàng)了聲名遠(yuǎn)播的“一分鐘的微視頻”，這為翻轉(zhuǎn)課堂的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。但這種教學(xué)模式直到2011年才開始在全球大熱，引起全球教育界的對(duì)微課的關(guān)注與爭(zhēng)論，這要?dú)w功于畢業(yè)于哈佛大學(xué)的孟加拉裔美國(guó)人薩爾曼•可汗，他創(chuàng)辦了“可汗學(xué)院”，將放在YouTube的視頻同步在自己的網(wǎng)站上，利用網(wǎng)絡(luò)影片進(jìn)行免費(fèi)授課。目前，微課、慕課、翻轉(zhuǎn)課堂等在國(guó)內(nèi)外受到了廣泛的重視。國(guó)內(nèi)率先提出“微課”應(yīng)用研究的是廣東省佛山市教育信息中心的胡鐵生，他認(rèn)為，“微課是以微型教學(xué)視頻為主要載體，針對(duì)某個(gè)學(xué)科知識(shí)點(diǎn)或教學(xué)環(huán)節(jié)而設(shè)計(jì)開發(fā)的一種情景化、支持多種學(xué)習(xí)方式的新型在線網(wǎng)絡(luò)視頻課程”。教育部高校教師網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)中心這樣定義“微課”：是指以視頻為主要載體記錄教師圍繞某個(gè)知識(shí)點(diǎn)或教學(xué)環(huán)節(jié)開展的簡(jiǎn)短、完整的教學(xué)活動(dòng)。認(rèn)知負(fù)荷理論認(rèn)為，影響認(rèn)知負(fù)荷的主要因素有個(gè)體的專長(zhǎng)水平（即先前知識(shí)經(jīng)驗(yàn)）、學(xué)習(xí)材料的復(fù)雜性及學(xué)習(xí)材料的組織呈現(xiàn)方式。教學(xué)內(nèi)容簡(jiǎn)單、組織形式單一的課堂，認(rèn)知負(fù)荷過(guò)低，造成教學(xué)時(shí)間浪費(fèi)；教學(xué)單元知識(shí)點(diǎn)繁多的課堂，認(rèn)知負(fù)荷過(guò)高，阻礙學(xué)習(xí)者的知識(shí)建構(gòu)活動(dòng)，也容易造成學(xué)生注意力渙散。教學(xué)的理想模式是學(xué)習(xí)者可以根據(jù)自身實(shí)際情況，靈活自主地對(duì)重難點(diǎn)、要點(diǎn)、技能點(diǎn)等知識(shí)進(jìn)行滿負(fù)荷學(xué)習(xí)，而短小精悍的微課恰好滿足了教學(xué)理想模式的要求。

2.《微生物檢驗(yàn)檢測(cè)》微課教學(xué)的實(shí)踐研究

2.1《微生物檢驗(yàn)檢測(cè)》課程分析

微生物檢測(cè)是食品安全控制鏈中重要的監(jiān)控點(diǎn)，在食品企業(yè)中有專門設(shè)立的微生物檢驗(yàn)崗位。該課程是一門知識(shí)點(diǎn)多、技能性強(qiáng)的課程，傳統(tǒng)教學(xué)中，一般先是教師講解、操作演示，再讓學(xué)生模仿操作練習(xí)[11]。這就帶來(lái)兩方面的問(wèn)題，一方面，教師在講解演示的時(shí)候，學(xué)生識(shí)記式地在大腦里過(guò)一遍，等自己動(dòng)手操作時(shí)就會(huì)出現(xiàn)茫然不知所措、一團(tuán)亂等現(xiàn)象，或是不知道如何準(zhǔn)備，或是忘記操作步驟的先后，或是不關(guān)注細(xì)節(jié)，更多的是完全不知道該如何操作。這樣一次課下來(lái)，學(xué)生會(huì)產(chǎn)生挫敗感，導(dǎo)致對(duì)學(xué)習(xí)本門課程的興趣和積極性受到打擊，且操作課一般具有連貫性，缺乏對(duì)其中一個(gè)技能的掌握，就會(huì)影響到下個(gè)技能的學(xué)習(xí)，如此，會(huì)形成一個(gè)惡性循環(huán)，面對(duì)太多的困難，學(xué)生便會(huì)處于一種想學(xué)又不知從何學(xué)起的狀態(tài)；另一方面，課程中的有些操作技能，需要教師不斷地重復(fù)講解和演示，這不僅增加了老師的負(fù)擔(dān)，且在學(xué)生操作練習(xí)過(guò)程中，一旦發(fā)現(xiàn)某個(gè)或小部分學(xué)生有不規(guī)范或不正確的操作時(shí)，教師的關(guān)注力將不能分布于整個(gè)課堂，這樣就很容易忽略其他學(xué)生發(fā)生的情況。此外，對(duì)于中職生來(lái)說(shuō)，本門課程中有一些專業(yè)性較強(qiáng)的名詞解釋和概念定義，如菌落總數(shù)、大腸菌群的定義，如果僅有語(yǔ)言描述，學(xué)生很難接受并理解。針對(duì)上述的種種情況，若能設(shè)計(jì)一段時(shí)長(zhǎng)不超過(guò)5分鐘的生動(dòng)形象的微視頻，學(xué)生或能在最短的時(shí)間理解并牢記。因此，將微課程引入微生物檢驗(yàn)檢測(cè)課堂，既能解放教師重復(fù)勞動(dòng)的時(shí)間，又能使抽象的內(nèi)容具體化，微觀內(nèi)容宏觀化，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣進(jìn)而促進(jìn)有效課堂的形成。例如：可以將實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、樣品稱量、實(shí)驗(yàn)操作等環(huán)節(jié)分別錄制成一段簡(jiǎn)單視頻錄像或制做成一段簡(jiǎn)單有趣的動(dòng)畫，甚至可以設(shè)計(jì)成一款通關(guān)小游戲作為課前預(yù)習(xí)或課后鞏固配合教學(xué)。學(xué)生可以根據(jù)自己的實(shí)際情況，隨時(shí)隨地停下來(lái)反復(fù)學(xué)習(xí)領(lǐng)悟，琢磨參詳。

2.2基于微課資源的教學(xué)實(shí)踐研究

以“項(xiàng)目一細(xì)菌菌落總數(shù)的檢驗(yàn)”為例，在最后的檢驗(yàn)報(bào)告中有“實(shí)測(cè)結(jié)果”這一欄需要填寫，這需要學(xué)生能夠分析三個(gè)稀釋度下的菌落數(shù)平均值，并根據(jù)不同情況選擇不同方法進(jìn)行計(jì)算，但對(duì)于計(jì)算能力欠缺，基礎(chǔ)薄弱的中職生來(lái)說(shuō)，這里一直是個(gè)難點(diǎn)，而這個(gè)難點(diǎn)又恰恰是該項(xiàng)目的重點(diǎn)之一，且另一項(xiàng)目“霉菌和酵母菌的檢驗(yàn)”也有這樣類似的內(nèi)容，因此需要學(xué)生能夠掌握并能運(yùn)用至實(shí)際情況。鑒于此，我們選定“細(xì)菌菌落總數(shù)的檢驗(yàn)——實(shí)測(cè)結(jié)果的計(jì)算與報(bào)告”為一次微課內(nèi)容，并根據(jù)這個(gè)內(nèi)容的特點(diǎn)選定采用可汗型微課，該類型的微課可使用手寫板制作。教師前期需要構(gòu)思好教學(xué)過(guò)程，準(zhǔn)備好錄制時(shí)所需材料，比如：確定好三個(gè)稀釋度及每個(gè)稀釋度下的菌落數(shù)；計(jì)算過(guò)程；學(xué)習(xí)效果的檢測(cè)小練習(xí)等。錄制結(jié)束后再用相關(guān)軟件進(jìn)行剪輯、美化、配字幕，最后配音。根據(jù)內(nèi)容特點(diǎn)、學(xué)情，嘗試采用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式。課前，先將微課視頻上傳至班級(jí)群里，通知學(xué)生下載。課上，將課堂分為四階段，第一階段，學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)自主學(xué)習(xí)視頻，同時(shí)要求將學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的問(wèn)題記錄下來(lái)；視頻學(xué)習(xí)結(jié)束后，將組內(nèi)每位成員的問(wèn)題匯總，小組長(zhǎng)組織討論，組內(nèi)互相幫忙解決，并列出組內(nèi)不能解決的問(wèn)題，張貼于本組的墻上；再采用畫廊參觀的形式：每組留守一位學(xué)生，剩余學(xué)生到其他組幫忙解決其他組的問(wèn)題，且要教會(huì)那位“留守”學(xué)生，讓那位“留守”的學(xué)生教會(huì)組內(nèi)其余學(xué)生。還有不能解決的問(wèn)題，教師全部答疑。第二階段，檢查學(xué)習(xí)情況，完成教師預(yù)先準(zhǔn)備好的小練習(xí)，小練習(xí)分三部分，第一部分僅更改數(shù)字，其余與視頻一樣，第二部分更換稀釋度，第三部分更換計(jì)數(shù)范圍，這樣逐步增加難度，以便檢測(cè)學(xué)生是真的學(xué)會(huì)了，還是僅僅是依樣畫葫蘆，同時(shí)也培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)遷移能力。第三階段，以小組為單位對(duì)菌落計(jì)數(shù)的規(guī)則進(jìn)行歸納總結(jié)，讓學(xué)生通過(guò)自主學(xué)習(xí)后能夠概括出六種情況，教師再補(bǔ)充非常規(guī)情況的菌落計(jì)數(shù)。第四階段，實(shí)戰(zhàn)演練，鼓勵(lì)學(xué)生嘗試計(jì)算出自己檢測(cè)報(bào)告上的實(shí)測(cè)結(jié)果。在視頻學(xué)習(xí)效果檢測(cè)后，班級(jí)的一位性格外向的學(xué)生主動(dòng)說(shuō)：“老師，我喜歡這樣的方式，完全是根據(jù)自己的節(jié)奏去把握，這才是我的學(xué)習(xí)我做主！”這時(shí)，其余學(xué)生紛紛表示有興趣，并且自信心更足了，還有學(xué)生說(shuō)自主學(xué)習(xí)視頻時(shí)就擔(dān)心自己學(xué)不會(huì)，還反復(fù)觀看了好幾遍。

結(jié)束語(yǔ)

微時(shí)代的到來(lái)不僅對(duì)我們的生活產(chǎn)生了巨大的影響，也為我們的教育教學(xué)提供了更多創(chuàng)新的空間與途徑。微課是新時(shí)代教學(xué)、學(xué)習(xí)的另一個(gè)方向性的導(dǎo)向，是一種以學(xué)生為本的教學(xué)研究，調(diào)動(dòng)學(xué)生所有的感官參與學(xué)習(xí)，每次小小的量變引發(fā)無(wú)窮的質(zhì)變。因?yàn)槭俏⒄n，所以它在廣度、深度和復(fù)雜度方面還存在不足，這需要在今后的實(shí)踐中不斷完善。總之，微課教學(xué)在《微生物檢驗(yàn)檢測(cè)》課程中應(yīng)用的可能性還需要進(jìn)一步研究與實(shí)踐，在課程內(nèi)容重難點(diǎn)選取、環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)、內(nèi)容呈現(xiàn)、交流反饋等許多方面還有待優(yōu)化，尚需進(jìn)一步探討。

作者：張露娟 單位：上海食品科技學(xué)校

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