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关键词:转基因;检测技术;标准物质
中图分类号:S188 文献标识码:A DOI编码:10.3969/j.issn.1006-6500.2014.03.003
转基因技术在提高作物抗性、增加粮食产量、改善农产品品质以及减少农药使用与污染等方面正深刻改变着现代农业。据统计,2012年全球转基因作物种植面积已达1.7亿hm2,超过全球耕地面积的10%,共计60个国家和地区累计审批1 045项转基因作物用于食品、饲料和环境释放,涉及25个物种、196个转化事件[1]。伴随转基因作物种植面积的激增,关于转基因生物及其产品成分对人类健康和生态环境影响的关注度也与日俱增。
目前国际上在转基因检测与标识管理方面已形成部分共识性文件、评价原则及检测标准,但因不同国家和地区的国情与政策导向不同,转基因产品在标签的阈值范围、标识方式等管理制度上还存在较大差异[2-4]。不同的标识制度直接关系到转基因产品的进出口检验、国际贸易互认等诸多问题,加之公众对转基因食品越来越关注,转基因检测技术近年来得到了快速发展和广泛应用。笔者就转基因检测技术及相关标准物质研究现状进行概述。
1 转基因检测技术概况
转基因检测的对象主要是外源插入基因的核酸序列或其蛋白表达产物。针对蛋白的检测,因其抗体制备成本较高,并且由于外源基因的低水平和时空特异性表达、蛋白的不稳定性,以及多种干扰免疫应答物质的存在,使蛋白检测的应用范围受到一定程度的限制。针对核酸的检测方法灵敏度高、适用范围广,是当前转基因检测的主流方法。按目的转基因检测可分成3个层次:一是通过检测通用的遗传元件来初步筛查样品中是否含有转基因成分;二是针对转化事件的指定特征进行品系特异性鉴定;三是定量分析转基因成分所占比重。
1.1 针对核酸的检测技术
聚合酶链式扩增技术(Polymerase chain reaction, PCR)是目前应用最广泛的转基因检测方法,具有高度特异性和灵敏度,可用于定性或定量分析[5]。PCR法按检测对象可分为元件特异性(如p35S、tNOS)[6]、基因特异性(如cry1Ab,cp4-epsps)[7]、构建特异性[8]和品系特异性4种[9-11]。在标准PCR方法基础上还存在多种改良方法,多重PCR、巢式PCR、半巢式PCR在降低成本、提高通量和灵敏度方面具备优势[12]。反向PCR(Inverse PCR)[13],热不对称PCR(Thermal asymmetric interlaced PCR, TAIL-PCR)[14]和连接介导PCR(Ligation mediated PCR, LM-PCR)[15-16]在侧翼序列扩增和鉴定方面应用广泛。
定量PCR(Quantitative PCR, qPCR)是目前最有效的转基因定量检测方法,包括竞争定量PCR[17]和实时荧光定量PCR法[18-19],其中后者利用荧光标记可实时监控扩增过程,根据待测物初始浓度与Ct(Threshold Cycle)值成正比原理,可精确定量靶标DNA。实时荧光定量PCR具有自动化和高精度等优点,但实验成本较高,对操作人员有技术要求,一般需要种间特异、低拷贝的内标准基因或标准物质作为参照。
环介导恒温扩增技术(Loop mediated isothermal amplification, LAMP)是由Notomi等人于2000年建立的一种全新的链置换扩增法(Strand displacement amplification, SDA)[20]。该方法针对靶基因的6个区域设计4条特异引物,利用链置换DNA聚合酶在恒温条件下完成复杂的扩增过程,产生阶梯状电泳条带,反应结果还可以通过扩增副产物焦磷酸镁沉淀或特定荧光染料来判断。LAMP法对仪器依赖度低,具有高效、灵敏、直观的特点,但易出现假阳性,在转基因检测中有一定应用[21-24]。
基于核酸的检测方法还包括核酸印记法(Southern blot)、基因芯片法(Microarray)和生物传感器法(Biosensor)。核酸印记杂交能够精确区分高度同源序列,但对样品纯度要求较高,操作流程繁杂。基因芯片法能够一次性对多种DNA序列进行定性、定量分析,具有高通量和自动化的特点[25]。生物传感器法依赖灵敏的电化学技术,通过固定在传感器表面的特异探针与靶标DNA结合后产生的电信号来检测,是一种高灵敏度的检测方法[26]。
此外,越来越多的新技术正不断的应用于转基因检测领域,包括NASBA扩增技术(Nucleic acid sequence based amplification)[27]、超分支滚环扩增技术(Hyper-branched rolling cycle amplification, HRCA)[28]、焦磷酸测序技术(Pyro-sequencing)[29]、高通量测序技术(High-throughput sequencing)[30]、毛细管电泳技术(Capillary electrophoresis, CE)[31]、高效液相色谱(High performance liquid chromatography, HPLC)[32]、近红外光谱技术(Near infrared spectroscopy, NIS)[33]和生物条形码技术[34]等。
1.2 针对蛋白质的检测技术
基于蛋白的检测方法主要是以抗原抗体互作的免疫学理论为基础,通过检测外源基因表达的蛋白产物进行测定,主要包括蛋白质印迹法(Western blot)、酶联免疫吸附法(Enzyme linked immuno-sorbent assay, ELISA)和侧向流动免疫测定法(Lateral flow devices, LFD)[35]。
蛋白质印迹法是检测复杂混合物异蛋白的有力工具,它将电泳的高分离能力、抗体特异性和酶的高效催化结合起来,灵敏度可达1~5 ng[36]。ELISA法通过可溶性的抗原或抗体在固相载体上发生免疫反应后,借助比色或荧光反应鉴定目标蛋白,检测灵敏度通常可达0.1%[37-38]。LFD法是广泛使用的试纸条检测法,该方法将特异抗体交联到显色剂和硝化纤维素试纸上,通过观察控制线和检测线的颜色变化来判断检测结果[39]。该方法样品前处理简便快捷,无需特殊仪器,但灵敏度较低,主要应用于田间快检和现场初筛抽查。
1.3 转基因检测数据库
转基因检测相关数据库主要有GMDD(GMO Detection method database)[40]、GMO Compass、CERA、BCH以及ABF等。其中GMDD数据库整合了外源插入基因及其旁侧序列、检测方法、引物序列、协同验证信息、内参基因及有证参照物质等信息,共涉及155种商业化转基因作物品系,是比较全面的转基因检测方法数据库。其他数据库主要收录了转基因相关的技术信息、品系特征、风险评估、产品标识管理和商业化现状等信息。
2 转基因检测标准物质现状
2.1 标准物质的定义
国际标准化组织(ISO)对标准物质(Reference material, RM)的定义是:具有一种或多种足够均匀和很好确定了的特性值,用以校准仪器设备,评价测量方法或给材料赋值的材料或物质[41]。标准物质作为实物形式的计量标准,可以是纯的或混合的气体、液体或固体,稳定性、均匀性、准确性和量值溯源性是其基本属性。标准物质按级别一般可分为基准标准物质(Primary reference material, PRM)、有证标准物质(Certified reference material, CRM)和工作级标准物质(Secondary reference material, CRM)。我国将标准物质分为一级标准物质(国家级)和二级标准物质(部门级)[42]。
2.2 我国标准物质的管理
我国最早的标准物质可追溯到1952年的第一批冶金国家标准样品,之后1988年国家标准总局批准成立了全国实物标准委员会,负责标准样品的规范化管理;1996年,国家质量监督检验检疫局批准成立了国际标准样品委员会(ISO/REMCO)中国委员会,负责与国际接轨并根据工作需要成立了冶金、有色金属、环保、农药、气体化学品、无损探伤、酒类等7个分会及多个专业技术工作组[43]。目前,我国的标准物质管理由国家质检总局计量司负责,国家质检总局委托中国计量测试学会组织各行业专家成立全国标准物质管理委员会,制定工作导则与技术规范,并负责标准物质的行政审批和评审考核等工作。
2.3 转基因检测标准物质分类
转基因检测标准物质(Reference material for GMO detection)属于生物标准物质,是具有一种或多种足够均匀并很好确定了相关的特性值,在转基因检测中用以校准测量装置、评价测量方法或给材料赋值的一种材料或物质[44]。目前转基因检测标准物质主要有基体标准物质和DNA标准物质两类,其中后者又可分为质粒DNA、基因组DNA和扩增子DNA3种。由于不同的稳定性、准确度和制备工艺,不同的转基因标准物质在实际应用中各有利弊,其中基体标准物质和质粒DNA标准物质应用范围最广。
基质标准物质是由植物种子或器官研磨加工后混合而成,主要通过重量法进行制备。制备过程一般利用精磨手段来减小颗粒体积差异从而提高均匀性,但此过程又不可避免的会造成DNA降解,目前欧盟开发的冷冻研磨和干样混合技术能有效地解决此问题。此外,植物特异性、组织倍性和亲本特性也是影响基质标准物质均匀性和准确性的重要因素[45-46]。例如,种子的胚、胚乳和果皮的倍性不同,即各组织的DNA含量不同,若制备过程中使用的组织所占比例不同,必然会影响最终结果。质粒标准物质是包含待测目的基因和内标基因的重组质粒分子,可作为标准阳性物质替代物,也可根据分子量换算计算拷贝数,在定量PCR检测中应用广泛[47]。质粒标准物质的量值用DNA质量和转化因子(Conversion factor, CF)表示,并需要通过多家实验室的联合实验来定值。
比较而言,基质标准物质制备成本高,工艺复杂,而质粒标准物质具有廉价、易富集、使用方便和均匀性好等特点,尤其是在阳性物质难以获得的情况下,质粒标准物质具有绝对优势[48]。
2.4 转基因检测标准物质研发现状
目前生产转基因检测标准物质的机构主要有欧盟联合研究中心下属的标准物质与测量研究所(Institute for Reference Materials and Measurements, IRMM),美国的油脂化学家学会(American Oil Chemists Society, AOCS)和日本农林水产省下属的食品综合研究所。
IRMM自1997年以来,根据欧盟标签制度规定的阈值,陆续研发了质量比从0到100%不等的转基因阳性标准物质,其中包括玉米、大豆、马铃薯、甜菜和棉花在内的有证标准物质20余种。AOCS主要生产纯品形式的标准物质,包括油菜、棉花、水稻、大豆和玉米等农作物。日本食品综合研究所与NIPPON公司合作研发转基因标准物质,但产品只在国内使用,不对外销售,目前已制备3种基体标准物质(GTS40-3-2、MON810和GA21)和2类质粒标准物质(大豆和玉米)。目前市场上可售的有证标准物质主要由IRMM和AOCS生产,基体标准物质居多,质粒标准物质较少。
我国转基因标准物质研究相对滞后,农业部已于2011年开展重大专项攻关,建立了包括玉米、水稻、小麦、棉花和大豆在内的基体、质粒和基因组DNA标准物质研制体系,并取得了阶段性成果。此外,上海交通大学[49]、中国计量科学研究院[50-51]、中国检验检疫科学研究院[52]等多家单位也陆续开展了转基因标准物质的研制工作。
3 展 望
随着世界人口增长与粮食短缺的矛盾日益加剧,转基因技术在农业领域的研发和应用前景一片光明。新一代商业化转基因作物性状正趋向多样化、复杂化,转基因食用安全问题也正逐步成为公众热议的焦点,这使得建立快速、精准、高通量的转基因检测体系成为必然趋势。其中,标准物质作为分析测量的物质基础和质量管理工具,其制备技术和应用程度能够直接反应检测技术体系的水平。因此,大力发展符合国情的、科学可靠的转基因检测技术与标准物质,掌握核心技术,抢占领域高地,不仅关乎国家利益,而且对维护转基因产业的良性发展以及保障人类健康都具有十分重要的意义。
参考文献:
[1] Clive J. 2012年全球生物技术/转基因作物商业化发展态势 [J]. 中国生物工程杂志, 2013, 33(2): 1-8.
[2] Alimentarius C. Guideline for the conduct of food safety assessment of foods derived from recombinant-DNA plants [EB/OL].[2013-11-01].http:///fileadmin/user_upload/gmfp/docs/CAC.GL_45_2003.pdf.
[3] Alimentarius C. Guideline for the conduct of food safety assessment of foods produced using recombinant-DNA microorganisms [EB/OL].[2013-11-01].http:///fileadmin/user_upload/gmfp/resources/CXG_046e.pdf.
[4] Commission C A. Principles for the risk analysis of foods derived from modern biotechnology [EB/OL].[2013-11-01].http:///fileadmin/user_upload/gmfp/resources/CXG_046e.pdf.
[5] Querci m, Van Den Bulcke M, Zel J, et al. New approaches in GMO detection [J]. Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2010, 396(6): 1991-2002.
[6] D Rries H-H, Remus I, GR Newald A, et al. Development of a qualitative, multiplex real-time PCR kit for screening of genetically modified organisms (GMOs) [J]. Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2010, 396(6): 2 043-2 054.
[7] Grohmann L, Brunen-nieweler C, Nemeth A, et al. Collaborative trial validation studies of real-time PCR-based GMO screening methods for detection of the bar gene and the ctp2-cp4epsps construct [J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2009, 57(19): 8 913-8 920.
[8] Shrestha H K, Hwu K K, Wang S J, et al. Simultaneous detection of eight genetically modified maize lines using a combination of event-and construct-specific multiplex-PCR technique [J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2008, 56(19): 8962-8968.
[9] Guo J, Yang L, Liu X, et al. Characterization of the exogenous insert and development of event-specific PCR detection methods for genetically modified Huanong No. 1 papaya [J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2009, 57(16): 7 205-7 212.
[10] Oguchi T, Onishi M, Mano J, et al. Development of multiplex PCR method for simultaneous detection of four events of genetically modified maize: DAS-59122-7, MIR604, MON863 and MON88017 [J]. Shokuhin Eiseigaku Zasshi Journal of the Food Hygienic Society of Japan, 2010, 51(3): 92.
[11] Yang L, Guo J, Zhang H, et al. Qualitative and quantitative event-specific PCR detection methods for oxy-235 canola based on the 3′ integration flanking sequence [J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2008, 56(6): 1 804-1 809.
[12] 敖金霞, 高学军, 于艳波, 等. 转基因大豆, 玉米, 水稻深加工产品的五重巢式PCR技术检测[J]. 中国农业大学学报, 2010, 15(2): 93-99.
[13] 许文涛, 杨蓉, 陆姣, 等. 转基因玉米59122品系的特异性检测[J]. 食品科学, 2011, 32(4):139-142.
[14] Yang L, Xu S, Pan A, et al. Event specific qualitative and quantitative polymerase chain reaction detection of genetically modified MON863 maize based on the 5'-transgene integration sequence [J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2005, 53(24): 9 312-9 318.
[15] Holck A, Vaitilingom M, Didierjean L, et al. 5'-Nuclease PCR for quantitative event-specific detection of the genetically modified Mon810 MaisGard maize [J]. European Food Research and Technology, 2002, 214(5): 449-454.
[16] Mueller P R, Wold B. In vivo footprinting of a muscle specific enhancer by ligation mediated PCR [J]. Science, 1989, 246(4931): 780-786.
[17] H Bner P, Studer E, L Thy J. Quantitative competitive PCR for the detection of genetically modified organisms in food [J]. Food Control, 1999, 10(6): 353-358.
[18] Chaouachi M, El Malki R, Berard A, et al. Development of a real-time PCR method for the differential detection and quantification of four solanaceae in GMO analysis: potato (Solanum tuberosum), tomato (Solanum lycopersicum), eggplant (Solanum melongena), and pepper (Capsicum annuum) [J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2008, 56(6): 1 818-1 828.
[19] Hern Ndez M, Esteve T, Prat S, et al. Development of real-time PCR systems based on SYBR Green I, Amplifluor and TaqMan technologies for specific quantitative detection of the transgenic maize event GA21 [J]. Journal of Cereal Science, 2004, 39(1): 99-107.
[20] Notomi T, Okayama H, Masubuchi H, et al. Loop-mediated isothermal amplification of DNA [J]. Nucleic acids Research, 2000, 28(12): 63-63.
[21] 兰青阔, 王永, 赵新, 等. LAMP在检测转基因抗草甘膦大豆cp4-epsps基因上的应用[J]. 安徽农业科学, 2008, 36(24): 10 377-10 378,10 390.
[22] 兰青阔, 王永, 赵新, 等. 环状等温扩增技术快速检测转基因玉米MON863的研究[J]. 玉米科学, 2011, 19(1): 31-34.
[23] 王永, 兰青阔, 赵新, 等. 转基因作物外源转基因成分环介导等温扩增技术检测方法的建立及应用[J]. 中国农业科学, 2009, 42(4): 1 473-1 477.
[24] 王永, 兰青阔, 赵新, 等. 抗虫转Bt基因水稻外源转基因成分环介导等温扩增技术检测方法的建立及应用[J]. 天津农业科学, 2012, 18(1): 7-10.
[25] Leimanis S, Hernandez M, Fernandez S, et al. A microarray-based detection system for genetically modified (GM) food ingredients [J]. Plant Molecular Biology, 2006, 61(1/2): 123-139.
[26] Mannelli I, Minunni M, Tombelli S, et al. Quartz crystal microbalance (QCM) affinity biosensor for genetically modified organisms (GMOs) detection [J]. Biosensors and Bioelectronics, 2003, 18(2): 129-140.
[27] Compton J. Nucleic acid sequence-based amplification [J]. Nature, 1991, 350(6313): 91-92.
[28] 陶震, 蔡兴锋, 颜志强, 等. HRCA技术在转基因植物检测中的应用[J]. 生物工程学报, 2003, 19(3): 294-300.
[29] 兰青阔, 王永, 赵新, 等. 基于Special-Base模型检测转基因作物nos/plamid构建特异性[J]. 中国农业大学学报, 2012, 17(2): 8-12.
[30] Tengs T, Zhang H, Holst-jensen A, et al. Characterization of unknown genetic modifications using high throughput sequencing and computational subtraction [J]. BMC Biotechnology, 2009, 9(1): 87.
[31] Guo L, Yang H, Qiu B, et al. Capillary electrophoresis with electrochemiluminescent detection for highly sensitive assay of genetically modified organisms [J]. Analytical Chemistry, 2009, 81(23): 9 578-9 584.
[32] Luan F X, Tao R, Xu Y G, et al. High-throughput detection of genetically modified rice ingredients in foods using multiplex polymerase chain reaction coupled with high-performance liquid chromatography method [J]. European Food Research and Technology, 2012, 234(4): 649-654.
[33] 芮玉奎, 罗云波, 黄昆仑, 等. 近红外光谱在转基因玉米检测识别中的应用[J]. 光谱学与光谱分析, 2005, 25(10): 1 581-1 583.
[34] Zhu D, Tang Y, Xing D, et al. PCR-free quantitative detection of genetically modified organism from raw materials. An electrochemiluminescence-based bio bar code method [J]. Analytical Chemistry, 2008, 80(10): 3 566-3 571.
[35] Michelini E, Simoni P, Cevenini L, et al. New trends in bioanalytical tools for the detection of genetically modified organisms: An update [J]. Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2008, 392(3): 355-367.
[36] Ahmed F E. Detection of genetically modified organisms in foods [J]. TRENDS in Biotechnology, 2002, 20(5): 215-223.
[37] Urbanek-karlowska B, Sawilska-rautenstrauch D, Jedra M, et al. Detection of genetic modification in maize and maize products by ELISA-test] [J]. Roczniki Państwowego Zakladu Higieny, 2003, 54(4): 345.
[38] 严吉明, 崔林开, 叶华智, 等. 转Bt基因植物中杀虫蛋白的酶联免疫检测技术研究Ⅱ-Bt杀虫晶体蛋白抗体的制备[J]. 四川农业大学学报, 2005, 23(2): 163-167.
[39] Kumar R, Singh C K, Kamle S, et al. Development of nanocolloidal gold based immunochromatographic assay for rapid detection of transgenic vegetative insecticidal protein in genetically modified crops [J]. Food Chemistry, 2010, 122(4): 1 298-1 303.
[40] Dong W, Yang L, Shen K, et al. GMDD: A database of GMO detection methods [J]. BMC Bioinformatics, 2008, 9(1): 260.
[41] Guide I. 30 Terms and definitions used in connection with reference materials [M]. Geneva:ISO, 1992.
[42] 金浩, 韩永志. 标准物质及其应用技术[M]. 北京:中国标准出版社, 2003,
[43] 中国标准化协会全国标准样品技术委员会. 标准样品实用手册[M].北京:中国标准出版社, 2003.
[44] Ciabatti I, Marchesi U, Froiio A, et al. Role of the “National Reference Centre for Genetically Modified Organisms (GMO) Detection” in the Official Control of Food and Feed [J]. Veterinary Research Communications, 2005, 29(2): 31-44.
[45] Holst-jensen A, De Loose M, Van Den Eede G. Coherence between legal requirements and approaches for detection of genetically modified organisms (GMOs) and their derived products [J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2006, 54(8): 2799-2809.
[46] Zhang D, Corlet A, Fouilloux S. Impact of genetic structures on haploid genome-based quantification of genetically modified DNA: Theoretical considerations, experimental data in MON 810 maize kernels (Zea mays L.) and some practical applications [J]. Transgenic Research, 2008, 17(3): 393-402.
[47] Kuribara H, Shindo Y, Matsuoka T, et al. Novel reference molecules for quantitation of genetically modified maize and soybean [J]. Journal of AOAC International, 2002, 85(5): 1 077-1 089.
[48] 苏长青, 谢家建, 王奕海, 等. 转基因水稻Bt汕优63的整合结构和品系特异性定量PCR方法[J]. 农业生物技术学报, 2011, 19(3): 434-441.
[49] Meng Y, Liu X, Wang S, et al. Applicability of plasmid calibrant pTC1507 in quantification of TC1507 maize: An interlaboratory study [J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2011, 60(1): 23-28.
[50] 李亮, 臧超, 王晶, 等. 转基因水稻克螟稻2号定量检测用质粒标准分子研制及不确定度评价[J]. 中国生物工程杂志, 2012, 32(10): 19-24.
生物质能是人类用火以来,最早直接应用的能源。随着人类文明的发展,生物质能的应用研究开发几经波折,最终人们深刻认识到,石油、煤、天然气等化石能源的有限性,同时无节制地使用化石能源,大量增加CO2、粉尘、SO2等废弃物的排放,污染了环境,给人类赖以生存的星球,造成十分严重的后果。而使用大自然馈赠的生物质能源,几乎不产生污染,资源可再生而不会枯竭,同时起着保护和改善生态环境的重要作用,是理想的可再生能源之一。生物质能的应用技术开发,旨在把森林砍伐和木材加工剩余物以及农林剩余物如秸杆、麦草等原料通过物理或化学化工的加工方法,使之成为高品位的能源,提高使用热效率,减少化石能源使用量,保护环境,走可持续发展的道路。
七十年代,由于中东战争引发的能源危机以来,生物质的开发利用研究,进一步引起了人们的重视。美国、瑞典、奥地利、加拿大、日本、英国、新西兰等发达国家,以及印度、菲律宾巴西等发展国家都分别修定了各自的能源,投入大量的人力和资金从事生物质能的研究开发。
我国生物质能研究开发工作,起步较晚。随着经济的发展,开始重视生物质能利用研究工作,从八十年代起,将生物质能研究开发列入国家攻关计划,并投入大量的财力和人力。已经建立起一支专业研究开发队伍,并取得了一批高水平的研究成果,初步形成了我国的生物质能产业。
2、生物质能应用技术的研究开发现状
2.1国外研究开发简介
在发达国家中,生物质能研究开发工作主要集中于气化、液化、热解、固化和直接燃烧等方面。
生物质能气化是在高温条件下,利用部份氧化法,使有机物转化成可燃气体的过程。产生的气体可直接作为燃料,用于发动机、锅炉、民用炉灶等场合。气化技术应用在二战期间达到高峰。随着人们对生物质能源开发利用的关注,对气化技术应用研究重又引起人们的重视。目前研究主要用途是利用气化发电和合成甲醇以及产生蒸汽。奥地利成功地推行建立燃烧木材剩余物的区域供电计划,目前已有容量为1000~2000kw的80~90个区域供热站,年供应10×109MJ能量。加拿大有12个实验室和大学开展了生物质的气化技术研究。1998年8月了由Freel,BarryA.申请的生物质循环流化床快速热解技术和设备。瑞典和丹麦正在实行利用生物质进行热电联产的计划,使生物质能在提供高品位电能的同时满足供热的要求。1999年,瑞典地区供热和热电联产所消耗的能源中,26是生物质。
美国在利用生物质能方面,处于世界领先地位,据报道,目前美国有350多座生物质发电站,主要分布在纸浆、纸产品加工厂和其它林产品加工厂,这些工厂大都位于郊区。装机容量达7000MW,提供了大约66000个工作岗位,根据有关科学家预测,到2010年,生物质发电将达到13000MW装机容量,届时有4000000英亩的能源农作物和生物质剩余物用作气化发电的原料,同时,可按排170000个以上的就业人员,对繁荣乡村经济起到积极的推动作用。
流化床气化技术由于具有床内气固接触均匀、反应面积大、反应温度均匀、单位截面积气化强度大。反应温度较固定床低等优点,从1975年以来一直是科学家们关注的热点。包括循环流化床、加压流化床和常规流化床。印度Anna大学新能源和可再生能源中心最近开发研究用流化床气化农业剩余物如稻壳、甘蔗渣等,建立了一个中试规模的流化床系统,气体用于柴油发电机发电。1995年美国Hawaii大学和Vermont大学在国家能源部的资助下开展了流化床气化发电的工作。Hawaii大学建立了处理生物质量为100T/d的工化压力气化系统,1997年已经完成了设计,建造和试运行达到预定生产能力。Vermont大学建立了气化工业装置,其生产能力达200T/d,发电能力为50MW。目前已进入正常运行阶段。
生物质的直接燃烧和固化成型技术的研究开发,主要着重于专用燃烧设备的设计和生物质成型物的应用。目前,已开发的技术有:林产品加工厂的废料(如造纸厂的树皮、家具厂的边角料等)的专用燃烧蒸汽锅炉,国外造纸厂几乎都有专门的设备,用来处理废弃物。由于生物质形状各异,堆积密度小较松散,给运输和贮存以及使用带来了较大困难,影响生物质的使用。因此,从四十年代开始了生物质的成型技术研究开发。现已成功开发的成型技术按成型物形状分主要有三大类:以日本为代表开发的螺旋挤压生产棒状成型物技术,欧洲各国开发的活塞式挤压制得园柱块状成型技术,以及美国开发研究的内压滚筒颗粒状成型技术和设备。美国颗粒成型燃料年产量达80万吨。
成型燃料应用于二个方面:其一:进一步炭化加工制成木炭棒或木炭块,作为民用烧栲木炭或工业用木炭原料;其次是作为燃料直接燃烧,用于家庭或暧房取暧用燃料。日本、美国、加拿大等国家,开发了专用炉灶。在北美有50万户以上家庭使用这种专用炉灶作为取暧炉。
将生物质能进行正常化学加工,制取液体燃料如乙醇、甲醇、液化油等;是一个热门的研究领域。利用生物发酵或酸水解技术,在一定条件下,将生物质转化加工成乙醇,供汽车和其它工业使用。加拿大用木质原料生产的乙醇上产量为17万吨。比利时每年用甘蔗为原料,制取乙醇量达3.2万吨以上,美国每年用农林生物质和玉米为原料大约生产450万吨乙醇,计划到2010年,可再生的生物质可提供约5300万吨乙醇。
生物质能的另一种液化转换技术,是将生物质经粉碎预处理后在反应设备中,添加催化剂或无催化剂,经化学反应转化成液化油。美国、新西兰、日本、德国、加拿大国家都先后开展了研究开发工作,液化油的发热量达3.5×104KJ/kg左右,用木质原料液化的得率为绝干原料的50以上。欧盟组织资助了三个项目,以生物质为原料,利用快速热解技术制取液化油,已经完成100kg/hr的试验规模,并拟进一步扩大至生产应用。该技术制得的液化油得率达70,液化油低热值为1.7×104KJ/kg。
生物质能催化气化研究,旨在降低气化反应活化能,改变生物质热处理过程,分解气化副产物焦油成为小分子的可燃气体,增加煤气产量,提高气体热解;同时降低气化温度,提高气化速度和调整生物质气体组成,以便进一步加工制取甲醇或合成氨。欧美等发达国家科研人员在催化气化方面已经作了大量的研究开发,研究范围涉及到催化剂的选择,气化条件的优化和气化反应装置的适应性等方面,并且已经在工业生产装置中得到了应用。
2.2国内研究开发
我国生物质能的应用技术研究,从八十年代以来一直受到政府和科技人员的重视。主要在气化、固化、热解和液化开展研究开发工作。
生物质气化技术的研究在我国发展较快,应用于集中供气、供热、发电方面。中国林科院林产化学工业研究所,从八十年代开始研究开发了集中供热、供气的上吸式气化炉,并且先后在黑龙江、福建得到工业化应用,气化炉的最大生产能力达6.3×106kJ/hr。建成了用枝桠材削片处理,气化制取民用煤气,供居民使用的气化系统。最近在江苏省又研究开发以稻草、麦草为原料,应用内循环流化床气化系统,产生接近中热值的煤气,供乡镇居民使用的集中供气系统,气体热值约8000KJ/NM3。气化热效率达70/以上。山东省能源研究所研究开发了下吸式气化炉。主要用于秸杆等农业废弃物的气化。在农村居民集中居住地区得到较好的推广应用,并已形成产业化规模。广州能源所开发的以木屑和木粉为原料,应用外循环流化床气化技术,制取木煤气作为干燥热源和发电,并已完成发电能力为180KW的气化发电系统。另外北京农机院、浙江大学等单位也先后开展了生物质气化技术的研究开发工作。
我国生物质的固化技术在八十年代中期开始,现已达到工业化规模生产。目前国内有数十家工厂,用木屑为原料生产棒状成型物木炭。螺旋挤压成型机有单头和双头二种,单头机生产能力为120Kg/hr,双头机生产能力达200Kg/hr。1990年中国林科院林化所与江苏省东海粮机厂合作,研究开发生产了单头和双头二种型号的棒状成型机,1998年又与江苏正昌集团合作,共同开发了内压滚筒式颗粒成型机,机器生产能力为250~300kg/hr,生产的颗粒成型燃料尤其适用于家庭或暖房取暖使用。南京市平亚取暖器材有限公司,从美国引进适用于家庭使用的取暖炉,通过国内消化吸收,现已形成生产规模。
生物发酵制气技术,在我国已经形成工业化,技术亦趋成熟,利用的原料主要是动物粪便和高浓度的有机废水。在上海亦已建成沼气集中供气系统。
沈阳农业大学从国外引进一套流化床快速热解试验装置,研究开发液化油的技术,和利用发酵技术制取乙醇试验。另外,中国林科院林化所进行了生物质催化气化技术研究。华东理工大学还开展了生物质酸水解制取乙醇的试验研究,但尚未达到工业化生产。
3、我国生物质能应用技术的展望
生物质能是一个重要的能源,预计到下世纪,世界能源消费的40来自生物质能,我国农村能源的70是生物质,我国有丰富的生物质能资源,仅农村秸杆每年总量达6亿多吨。随着经济的发展,人们生活水平的提高,环境保护意识的加强,对生物质能的合理、高效开发利用,必然愈来愈受到人们的重视。因此,科学地利用生物质能,加强其应用技术的研究,具有十分重要的意义。
目前,我国已有一批长期从事生物质转换技术研究开发的科技人员,已经初步形成具有中国特色的生物质能研究开发体系,对生物质转化利用技术从理论上和实践上进行了广泛的研究,完成一批具有较高水平的研究成果,部分技术已形成产业化,为今后进一步研究开发,打下了良好的基础。
从国外生物质能利用技术的研究开发现状结合我国现有技术水平和实际情况来看,本人认为我国生物质能应用技术将主要在以下几方面发展。
3.1高效直接燃烧技术和设备
我国有12亿多人口,绝大多数居住在广大的乡村和小城镇。其生活用能的主要方式仍然是直接燃烧。剩余物秸杆、稻草松散型物料,是农村居民的主要能源,开发研究高效的燃烧炉,提高使用热效率,仍将是应予解决的重要问题。乡镇企业的快速兴起,不仅带动农村经济的发展,而且加速化石能源,尤其是煤的消费,因此开发改造乡镇企业用煤设备(如锅炉等),用生物质替代燃煤在今后的研究开发中应占有一席之地。把松散的农林剩余物进行粉碎分级处理后,加工成型为定型的燃料,结合专用技术和设备的开发,在我国将会有较大的市场前景,家庭和暧房取暧用的颗粒成型燃料,推广应用工作,将会是生物质成型燃料的研究开发之热点。
淮北中润历时近7年、投入近2亿元研发成功的纤维素生物质同步水解技术,可同步将植物中所有的有机组分全部转化为小分子有机物。该技术不仅在全球率先实现了木质素的彻底水解,同时,反应具备很高的选择性。同步水解产物只有两种有机物:小分子芳烃和小分子有机酸。
小分子芳烃用途广、用量大,例如甲苯、对二甲苯、间三甲苯、均四甲苯等,当前基本来自石油。
同步水解得到的小分子有机酸产物,以乳酸为主,乙醇酸和甲酸为辅,还有少量其他有机酸。乳酸和乙醇酸是制备生物降解塑料的主要单体,甲酸是氢气的载体。“863”验收成果显示,1吨植物水解可以得到1吨的有机物,其中小分子芳烃的产量超过20%,最高可超过30%,乳酸的产率约为35%,乙醇酸约10%,甲酸约10%。
以植物为原料生产甲苯类产物,对比石化精炼工艺的生产流程,淮北中润同步水解精炼技术生产流程步骤更少。即当两者都达到优化状态时,植物原料的甲苯类产物生产成本有望低于石化路线。
当前全球的植物精炼技术处于第一代技术的产业化和第二代技术的研发中试阶段。第一代技术使用可食用的糖、淀粉和动植物油脂为原料,制备化学品或液体燃料,其最大弊端是与人争粮;第二代技术以植物为原料,其主要缺点在于产品单一,有机物产率很低。一代和二代技术从本质上看,都不具备市场竞争能力,需要各国政府的补贴扶持。
2006年,国际科学家推测几十年后将出现第三代技术,即植物所有组分全部转化为产品,不需要组分分离,类似石油化工精炼生产工艺,植物中的聚合物以最低成本全部解聚为小分子有机物,且目标产品的选择性很高,可以同时制备液体运输燃料和化工产品,并且新工艺可以整合到现有的石化精炼生产工艺中。如今,这一推测被淮北中润生物能源技术开发有限公司提前实现。
关键词:养牛场;沼气发电;并网发电
中图分类号:TK6 文献标识码:A
沼气发电技术是集环保和节能于一体的能源综合利用技术,利用工业、农业或城镇生活中的大量有机废弃物,经厌氧发酵处理产生的沼气,驱动沼气发电机组发电,并可充分将发电机组的余热用于沼气生产等工艺,综合能源利用效率达80%以上。沼气发电技术不但消耗了大量废弃物、保护了环境、减少了温室气体的排放,而且产生了大量的热能和电能,符合能源循环利用的理念,同时也带来巨大的经济和社会效益。
沼气的主要成份有CH4、CO2及少量的H2S、CO、H2、N2、NH3、O2气等。CH4一般占总体积的55%~70%,CO2占总体积的30%~40%,其它气体含量一般不超过总体积的2%。沼气的成份决定于发酵原料、发酵条件、发酵阶段等多种因素。影响厌氧发酵产生沼气的因素主要有原料配比、厌氧碳氮比、反应温度、pH值等。一般情况下,原料碳氮比20~30、温度30℃~45℃、pH值6.8~7.5是厌氧发酵反应产沼气的适宜条件。
1 项目概况
沼气发电项目位于辽宁省沈阳市法库县,项目对奶牛养殖场牲畜粪便进行处理,并利用其产生的沼气进行发电,余热资源充分利用,供给厂区的沼气发生工艺和生活用热水。项目的建成对优化区域能源结构、改善当地环境、发展循环经济、建设节约型社会具有重要意义。
本项目奶牛场饲养规模为50000头奶牛,牛粪收集半径为5km~10km。根据奶牛粪便排
量相关资料,平均每头牛每天产粪量为30kg/头・d,固体物含量18%,粪便收集率90%,每吨牛粪料液平均每天产气45m3。
牛粪料液:
50000×30×90%=1350t/d;
产沼气量为:1350×45=60750m3/d;
平均每小时产气量:60750/24= 2530m3/h。
通过粪便收集车,对项目周边范围内的数十个分散式奶牛养殖基地进行粪便收集。将收集的牛粪料液和项目厂区内的生活污水一同混入水解沉砂池,经过1~3天的水力停留,去除粪便料液中的杂物,然后将料液抽入反应罐,随着发酵反应的进行,依次经过水解酸化阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段,产生的沼气经过生物脱硫塔去除其中的H2S,达到燃气内燃气发动机燃烧的进气要求。沼气经过干式储气柜进入到燃气发电机组,输出电力实现上网售电,同时产生的余热可供厌氧发酵反应和厂区生活用热。在后发酵罐完成最终的厌氧反应产沼气的过程后,发酵污泥通过固液分离装置得到沼渣和沼液,可以用于农作物肥料、改善土壤营养结构和制成高附加值的牲畜饲料。
2 技术方案
2.1 能源方案
燃气内燃机发电机以其发电效率高、运行安全稳定、操作灵活便捷等优势,在近年来的燃气发电领域占到越来越大的市场份额。通过国内外相关产品的对比分析、综合考虑,采用美国通用GE-Jenbacher JMS420GS-B.L内燃发电机,单台发电功率1415kW。
项目平均产沼气2530m3/h,J420燃气发电机组进气量为672m3/h,为保证沼气的充分利用,结合机组自身的运行方式和特点,确定利用4台JMS420GS-B.L发电机组并联运行,总发电功率5660kW。在机组停机或检修的情况下,利用沼气锅炉产生蒸汽供厂区内的生活生产需要。此外系统还配置火炬,在沼气燃烧设备不能正常运行时,将产生的沼气通过点燃的方式进行处理。
在沼气燃烧发生过程中产生大量的余热,包括沼气燃烧的烟气排放和机组本身散热冷却带出的热量。烟气温度高达400℃以上,高温循环缸套水温度在90℃以上,为了充分利用这部分热量,项目采用余热锅炉、板式换热器和相关泵组等回收装置,产生蒸汽和热水用于加热沼气厌氧发生罐和为厂区提供生活热水,提高能源的综合利用率。
2.2 设备配置
在沼气发电能源站内,设备配置主要包括燃气发电机组、余热蒸汽锅炉、沼气锅炉以及水工循环系统,各个设备之间通过通信协议和程序进行运行控制和操作管理,实现整个能源站的供能可靠稳定。表1为沼气发电能源站的主要设备参数表。
2.3 电力运行
国家和地方积极鼓励和倡导可再生能源发电上网,相继出台了一些指导性政策和激励性措施,例如《国家电网关于做好分布式能源并网服务工作意见》、《可再生能源发电价格和费用分摊管理试行办法》、《国家发展改革委员会可再生能源电价附加补助资金说明》和《国家电监会关于可再生能源电价补贴和配额交易方案的通知》等。一方面促进了国家电网的供需平衡,调整电力产业结构和分配;另一方面通过大力开发利用可再生能源,建设环境友好型、资源节约型社会,实现资源环境的可持续发展。
燃气发电机组为0.38kV低压电力输出,通过升压变压器将输出电压升至10.5kV,与周边市政电网的电压一致,同时电力输出的频率、周期、相位、相序等参数要与市政电网完全同期一致,偏差值在电力部门和相关标准的规定范围内。通过并网同期设备、同期开关断路、同期保护、电能计量等措施,保证能源站上网售电的安全稳定可靠。依据国家相关的可再生能源发电上网补贴政策,商议协调政府、财政、电力等部门,确定最终的上网售电价格为0.6元/kWh。
3 效益分析
3.1 经济效益
考虑到机组的停机检修和维护保养,燃气发电机组年运行时间8000小时,能源站总发电装机容量5660kW,年沼气发电量4528万kWh,按照并网上网电价补贴0.6元/kWh,则年发电直接创造经济效益2717万元。此外,沼气发电能源站充分利用烟气和缸套循环冷却水的余热资源,年产184℃、1.0MPa蒸汽27200t和60℃热水60230t,供厂区沼气发生工艺和生活用热水。
3.2 环境效益
沼气是一种清洁可再生的能源,燃烧后CO2排放量是同样发电量火力电厂CO2排放量的40%,几乎不产生SO2、粉尘颗粒物等大气污染物。项目年发电和余热综合利用能量,折合成标准煤22383t,减少CO2排放量35900t,减少SO2排放量190t,减少粉尘排放量224t,对于区域性大气环境质量改善和保护具有重要作用。
3.3 社会效益
绿色循环生态农牧业是以物质循环和能量转化规律为依据,以科学技术为支撑,以经济、生态和社会效益有机统一为目标的良性循环的新型综合系统。根据生态循环再利用、再生产的循环链原理发展农牧业,不仅可以净化生活氛围,解决能源环境问题,而且还可以有效转化利用废弃物,促进行业的良性循环,实现社会可持续发展。
参考文献
[1]于海滨.畜禽养殖业沼气发电前景广阔[J].农业工程学报,2006(10):58-61.
[2]王冬梅.利用沼气沼渣发酵生物有机肥[J].中国资源综合利用,2003(06):19-21.
[3]施晨路.能源农场―中国可持续农业新模式[J].可再生能源,2006:73-75.
[4]马跃峰.沼气技术与新疆绿洲生态农业建设[J].农业环境与发展,2003(05):31-32.
【关键词】小学科学;物质科学;信息技术;魅力
基础教育课程改革纲要中提出要大力推进信息技术在教学过程中的应用,促进信息技术与学科课程的整合,小学科学课也不例外。我们知道小学科学课中,物质科学领域比起生命科学领域和地球与空间领域要容易上,因为物质科学的实验大部分都能于课堂上开展,而且即堂便有实验现象或实验数据呈现,是学生很感兴趣的课型。既然能即时开展实验,那么信息技术的辅助作用应该不大了吧?未然。在物质科学领域的一些实验及一些教学环节中,有了信息技术的鼎力相助,将会使物质科学的课堂魅力更加无限。
1.信息技术使物质科学课堂导入魅力化
小学科学课的导入如果把问题直接抛出,学生往往缺乏参与的热情。物质科学领域中的很多课无疑可以用小实验来引入,例如“浮力”一课,可以把一个乒乓球涂成铁球的颜色,问学生把这个球扔入水中会怎样?大部分学生猜会下沉,最后的实验结果却出乎学生的意料之外。但是物质科学领域中,仍有一些课型是没有或者不宜用小实验来引入的,这时借助多媒体来导入,比起把问题直接抛出或者看书本的导入图将会有效得多。
能让学生看的我们就要尽量做到不让学生听。只要我们用心准备多媒体资源,就会使我们物质科学领域的课堂导入更加有效,使学生感觉到物质科学课堂的魅力。
2.借助信息技术使实验现象完美化
物质科学领域科学课上的某些实验,我们会受到实验器材的精密度的限制,只能得到一个接近的实验效果,而得不到书本上文字或图片所呈现的理想实验效果。这时如果我们只把目光停留在文字和图片的讲解上,学生们的学习兴趣将受到影响。对比起图片和文字,看视频的效果会更好。此时如果能让学生看到多媒体中理想的实验效果,学生们会更加感兴趣,科学课的学习效果就更加好。
如在教学粤教科技版小学科学四年级“光”一课时,让学生通过“造彩虹”实验来探究光的色散活动,学生们通过三棱镜来做实验也好或者通过一盆水来制造彩虹也好,实验现象都是几种颜色,没有出现七种颜色,此时再让他们看视频,他们都惊喜地看到了色散出来的七色光,十分高兴。色散实验过后,我们还需要让学生探究七色光合起来就是白光。我自制了手拉风车,在风车顶部贴上彩色打印的七色圆盘,学生们高兴地拉动风车,看到七色圆盘变成了灰色了。学生们正疑惑怎么不是白色的呢?我再出示自己利用马达制作的教具,学生们看到七色圆盘在马达的带动下高速转动,虽然还不是纯白色,但比之前手拉风车的实验效果要更接近白色。最后我播放视频,让学生看到理想的实验效果,学生们惊讶于七色光真的就合成了白光了。
通过丰富多彩、生动形象的实验视频,学生们积极地投入其中,认真观看、聆听和思考视频中的内容,从而优化了物质科学领域的实验教学效果,也让学生感到实验更加有魅力。
3.借助信息技术使实验数据的理解有效化
在小学物质科学领域的教学中,好些实验是需要记录实验数据的。数据是对事物、现象进行定性、定量分析的基础,它能使学生的条例更清楚,结果更精确。因此有效地引导学生理解实验数据是科学教学中很重要的一环,而巧妙地使用信息技术,将会使得这个环节更有效地开展。
此外,某些实验记录,还可以借用多媒体Excel软件,把它转换成统计图,进而引导学生进行观察、分析、推理和概括,如测量一杯水温度的变化的实验记录就可以采用这种方法。
4.巧用多媒体破解物质科学的教学难点
利用信息技术的模拟功能及一些技术,能解释抽象的物质科学原理,提供感性认识,能很好地破解教学难点,提高物质科学课堂的教学效果。
如在教学“惯性”这个内容时,对于物体保持原来静止的状态,学生比较容易理解,因为我们可以做个实验――用一个无盖的杯子,在杯口上面搭一张光滑的纸板或扑克拍,纸牌上托一个小球,手指快速地弹走纸牌,发现原来静止的小球向下落入杯中。对于物体保持原来运动的状态,学生就比较难理解了。如站在船尾的人,船在开动着,如果人向上跳,人会掉落水中吗?学生很多都猜会掉落水中。但这个实验在课堂内也无法进行。刚好广东省科学馆有这个模型的实验,我参观时用手机了录制下来,教学时播放给学生看,学生精彩地看到虽然船在运动,但是弹起的小球是落回了原处。
总之,信息技术以其色彩鲜艳的图像、动画、音像效果和灵活多变的特点深深吸引着学生。只要我们巧妙使用,把信息技术与小学物质科学领域的教学有机、有效地整合并运用得当,必将进一步提高小学物质科学领域的教学效果,让学生感受到物质科学的魅力无限。
【参考文献】
关键词:救必应;苷类物质;提取工艺;长梗冬青苷;紫丁香苷
DOI:10.3969/j.issn.1005-5304.2013.12.023
中图分类号:R283.5 文献标识码:A 文章编号:1005-5304(2013)12-0061-03
中药救必应为冬青科常绿乔木植物铁冬青Ilex rotunda Thunb.的干燥树皮,具清热解毒、利湿止痛之功效,可用于暑湿发热、咽喉肿痛、湿热泻痢、脘腹胀痛、风湿痹痛、湿疹、疮
疖、跌打损伤[1]。药理研究认为,救必应的乙醇提取部位具有较强的抑菌和抗炎作用[2],对应激性高血压大鼠有降压和减慢心率的作用[3];正丁醇提取物具有抗心律失常、抗心肌缺血[4]、降压和减慢心率的作用[5]。救必应富含苷类化学成分,曾从中分离得到长梗冬青苷、紫丁香苷、芥子醛葡萄糖苷、丁香树脂醇4’-O-β-D-吡喃葡萄糖苷、丁香树脂醇4’,4’’-二-O-β-D-吡喃葡萄糖苷、3β-[(α-L-吡喃阿拉伯糖基)氧]-19α-羟基齐墩果-12-烯-28-羧酸28-O-β-D-吡喃葡萄糖酯、咖啡酸4-O-β-D-吡喃葡萄糖苷、香草酸4-O-β-D-吡喃葡萄糖苷等多个苷类化合物,以及芥子醛、丁香醛、3-乙酰齐墩果酸、硬脂酸、木栓酮、3-羟基齐墩果烷、十九烷酸等非苷类结构的化合物[6-7]。其中,长梗冬青苷、紫丁香苷是其中2个主要化学成分[8-9],在2010年版《中华人民共和国药典》救必药材中的含量限定为不得低于4.5%和1.0%[1]。本研究以这2个化合物的转移程度为指标,进行救必应中总苷类物质提取工艺的优化,并通过对提取物的测定而评判提取工艺的科学性。
1 仪器与试药
Agilent 1200型高效液相色谱仪,包括G1329A自动控温的自动进样器、G1311A四元泵、G1315B DAD检测器、G1316A柱温箱、Agilent Chemstation色谱工作站;电热恒温水浴锅(上海医疗器械五厂);KQ-100E超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司);FW135型中草药粉碎机(天津市泰斯特仪器有限公司);LD5-10离心机(北京金立离心机有限公司)。
救必应药材,购自广州采芝堂药业有限公司,经广州市药品检验所刘柏英主任药师鉴定,为冬青科植物铁冬青Ilex rotunda Thunb.的干燥树皮,样品编号20111016。长梗冬青苷等对照品均为自制,其中长梗冬青苷纯度为99.6%、紫丁香苷纯度为96.0%[9-10]。甲醇、乙腈为色谱纯(德国Merck公司),水为重蒸水,其他试剂均为分析纯。
2 方法与结果
2.1 色谱条件
Shiseido UG120C18色谱柱(4.6 mm×150 mm,5 ?m);流动相为乙腈(A)-水(B)(V/V)梯度洗脱,梯度程序为:0-10 min, 10%A;10-20 min,10%40%A;20-30 min,40%A;检测波长:210 nm;流速:1.0 mL/min;柱温:30 ℃。
2.2 对照品溶液的制备
取对照品适量,精密称定,加50%色谱纯甲醇分别制成每1 mL含长梗冬青苷(Ⅴ)1.020 mg、紫丁香苷(Ⅱ)0.415 0 mg的溶液,以及一定浓度的丁香树脂醇4’,4’’-二-O-β-D-吡喃葡萄糖苷(Ⅰ)、芥子醛葡萄糖苷(Ⅲ)、丁香树脂醇4’-O-β-D-吡喃葡萄糖苷(Ⅳ)对照品溶液,0.45 m微孔滤膜滤过。
2.3 供试品溶液的制备
取救必应药材粉末(过三号筛)约0.10 g,精密称定,置具塞锥形瓶中,精密加入50%甲醇25 mL,密塞,称定质量,超声处理30 min,放冷,再称定质量,用50%甲醇补足减失的质量,摇匀,滤过,取续滤液,即得。
2.4 测定方法
分别精密吸取长梗冬青苷和紫丁香苷对照品溶液与供试品溶液各10 ?L,注入高效液相色谱仪,测定,即得。
2.5 最佳提取工艺的确定
2.5.1 提取方法的选择 称取救必应药材粉末5.0 g。第1份样品中加入10倍量70%乙醇室温浸渍2次,每次6 h;第2份样品中加入10倍量70%乙醇超声处理2次,每次30 min;第3份样品中加入10倍量70%乙醇加热回流2次,每次60 min。各样品溶液过滤,吸取1.0 mL续滤液,加甲醇定容至5 mL,过微孔滤膜(0.45 ?m),进样测定,采用外标法计算长梗冬青苷和紫丁香苷从药材中转移出来的提取得率,结果见表1。结果表明,与室温浸渍法和超声处理法相比,加热回流的提取方法可以获得较多的长梗冬青苷和紫丁香苷。
2.5.2 正交试验 采用加热回流提取法,固定提取次数为2次,考察可能影响提取效果的3个因素:乙醇浓度(A)、提取时间(B)、溶剂用量(C),按L9(34)表设计正交试验(见表2)。称取救必应药材粉末10.0 g,共9份,按表3进行试验。加热回流,趁热过滤,续滤液冷却至室温后定容,过微孔滤膜(0.45 ?m),进样测定,计算长梗冬青苷和紫丁香苷从药材中的提取得率。试验结果见表3,方差分析见表4。
方差分析结果显示,因素A和因素B对长梗冬青苷的提取得率具有显著影响(P0.1);3个因素对紫丁香苷的提取得率均无显著影响(P>0.1)。因此,对于总苷类物质的提取,可以长梗冬青苷的提取因素为主。由表3可以看出,最佳工艺为A2B3C2:加入12倍量50%乙醇提取2次,每次加热回流90 min。
2.5.3 提取次数的考察 以A2B3C2工艺参数为准,称取10.0 g救必应药材,连续回流提取5次,每次加12倍量50%乙醇,加热回流90 min,趁热滤过。续滤液均放至室温后,定容,过微孔滤膜(0.45 ?m),进样测定,计算长梗冬青苷和紫丁香苷从药材中的提取得率和每次提取的相对得率,结果见表5。结果显示,只要提取2次,长梗冬青苷和紫丁香苷的累计提取得率就可以达到87.21%和91.60%,满足基本提取完全的要求,适合进行工业化生产;如果提取3次,则两者的提取率可达到94.42%和97.14%,达到近乎彻底提取程度,适合进行实验室的少量提取。
2.6 总苷类物质的提取
救必应1.0 kg,以50%乙醇12 L浸泡过夜后提取3次,每次加热回流90 min,滤过。减压浓缩滤液至干,得到总苷类提取物195 g,得率为19.5%。经测定,每克该提取物中含有292 mg长梗冬青苷和59.5 mg紫丁香苷。计算长梗冬青苷和紫丁香苷从救必应中的提取率分别为5.69%和1.16%。
2.7 总苷类物质的高效液相色谱分析
取该救必应总苷类物质提取物1 g,以色谱纯甲醇50 mL溶解,6000 r/min离心10 min。上清液过0.45 ?m微孔滤膜,进样测定,并以上述5个苷类化合物的对照品溶液进行色谱峰对照。结果见图1。
3 讨论
本试验结果表明,与室温浸渍法和超声处理法相比,加热回流的提取方法可以获得较多的长梗冬青苷和紫丁香苷。最佳工艺为加入12倍量50%乙醇提取2次,每次加热回流90 min。
采用优化后的提取工艺,对1.0 kg救必应进行了实验室提取,得到195 g总苷类提取物,每1 g提取物中含292 mg长梗冬青苷和59.5 mg紫丁香苷,从救必应中实现了长梗冬青苷和紫丁香苷5.69%和1.16%的提取率。
图1结果显示,总苷类提取物中含有长梗冬青苷等5个苷类化学成分。其中,紫丁香苷和长梗冬青苷分别具有最快和最慢的出峰时间,说明紫丁香苷和长梗冬青苷具有最大和最小的极性。因此,以这2个苷类化合物的得率来评判总苷类物质的提取率是切实可行的。
参考文献:
[1] 国家药典委员会.中华人民共和国药典:一部[S].北京:中国医药科技出版社,2010:293.
[2] 张榕文,黄兆胜,范庆亚,等.救必应抑菌抗炎有效部位筛选[J].中华中医药学刊,2008,26(8):1820-1822.
[3] 梁燕玲,董艳芬,罗集鹏.救必应乙醇提取物对应激性高血压大鼠降压作用的实验研究[J].中药材,2005,28(7):582-584.
[4] 陈小夏,何冰,徐苑芬,等.救必应正丁醇提取物抗心律失常和抗心肌缺血作用研究[J].中药药理与临床,1998,14(4):22-24.
[5] 董艳芬,梁燕玲,罗集鹏.救必应正丁醇提取物对血压及心率影响的实验研究[J].中药材,1997,20(8):406-408.
[6] 文东旭,陈仲良.救必应化学成分的研究(I)[J].中草药,1991,22(6):246-248.
[7] 许睿,高幼衡,魏志雄,等.救必应化学成分研究(I)[J].中草药,2011, 42(12):2389-2393.
[8] Wang Chun, Chao Zhimao, Wu Xiaoyi, et al. Enrichment and purification of pedunculoside and syringin from the barks of Ilex rotunda with macroporous resins[J]. J Liq Chrom Rel Techn,DOI:10.1080/10826076.2012.749499.
[9] 巢志茂,王淳,吴晓毅,等.一种同时制备长梗冬青苷和紫丁香苷的方法:中国,201210088421.5[P].2012-08-22.
关键词:纺织品;有害物质;常用检测技术;纺织工业;检测设备;化学试剂 文献标识码:A
中图分类号:TS101 文章编号:1009-2374(2017)05-0118-02 DOI:10.13535/ki.11-4406/n.2017.05.057
1 纺织品中有害物质的常用检测技术
1.1 甲醛检测
(1)主要的试验检测仪器包括有烧瓶、电子天秤、容量瓶、量筒以及移液管、水浴振荡器等,2号玻璃漏斗式滤器,22PC可见分光光度计;(2)主要试验原理是放试样到水浴锅中,保证其温度在40℃,一定的时间过后,萃取其液用乙酰丙酮显色,412nm的波长下,对显色液的甲醛吸光度实现分光光度计测定,和有关甲醛的标准曲线进行对照,科学算出纺织品样品中的甲醛具体含量;(3)具体的试验检测流程如下:首先称取到1g的试验样品,用250mL的具塞三角瓶将1g的试验样品放入其中,加入100mL的水之后保证盖子盖好,同时进行震荡萃取,将萃取好的使用过滤器进行过滤,放入另外一个三角瓶中。然后吸取5mL的纳氏试剂以及5mL的过滤液到同一个试管中,进而放试管到水浴锅中,让其进行显色,显完色之后对其进行取出,保证其在常温下冷却,要特别注意的是在此过程中要注意避开光。再者使用相同体积5mL蒸馏水以及乙酰丙酮进行空白对照,对其吸光度的测定,可以应用10mm吸光池,实现对分光光度计412nm波长的测定。
1.2 重金属检测
(1)针对重金属的检测,其材料设备主要包括有氯化钠、硫酸镍、尿素、冰乙酸、柠檬酸钠、无水乙醇、磷酸、纺织品样品;(2)在抽取纺织品的试样的过程中,要注意选取具有代表性的纺织品,剪到25mm2左右大小,还有将其混匀,称取4克作为实验试样,将它们放到150mL的三角烧瓶中。并在放有4克试样的三角烧瓶中滴入40mL的酸性汗液,检测过程中要保证全面的浸湿纤维,要保证其在超声波中10min后进行振荡萃取,静置、过滤样液等待试样;分别取两份8mL样液,其中一份放在25mL比色管中,并加入2.5mL曲拉通溶液以及0.4mL环己二酮二肟溶液,将其摇匀放置五分钟,而另外一份,对其单单加入0.4mL的曲拉通溶液以及水,以此作为空白参比溶液;(3)根据有关数据计算出所检测纺织品中的镍含量。
1.3 化合物检测
(1)气相色谱法主要是在实际工作中,应用物质的沸点以及分离极性和吸附性能来分离混合物,它主要是应用气体作为其主要的流动相,由于气相样品的传输速度非常快,所以移动和固定相可以瞬间达到平衡之间的样品和固定相可以使用大量的材料,所以气相色谱法有速度快、分离效率高等特点;(2)对气相色谱频谱检测的应用分析在现阶段已经在很多领域得到了应用发展,是分析许多有机化合物的常规监测的必要工具。气相色谱的应用分析灵敏度以及速度都非常高,并且检测限低、应用范围广,与此同时其在设备价格以及试验成本上都有一定的经济性;(3)液相色谱-质谱联用技术的应用有着较高的灵敏度,而且在实际工作中可以按照实际情况选择离子源的不同,根据不同的试验条件如APPI、ESI、APCI、离子肼等。液相色谱-质谱联用技术的应用发展还可以解决挥发性化合物的测定,对极性化合物的测定,热不稳定化合物的测定、高分子量化合物的测定。
1.4 不同检测方法结果比较
本文通过三种不同的检测方法对内衣和再加工纤维的检测结果做了对比试验,具体结果如表1所示:
从表1可以看出,纺织品的仪器检出值和国标的检出值是非常接近的,这主要说明了本次纺织品仪器的检出数据是真实有效的。
2 提高纺织品检验技术的途径
2.1 完善检测技术标准体系
就目前我国纺织业的检测技术标准来看,要按照各个国家不同的经济现状以及历史文化发展背景,以我国的实际出发,和一些发达国家的纺织品检测找出一个协商平衡点。为了使得我国的纺织品检测标准在国际上获得一定的认可,进一步推进我国的纺织品建议向着国际化发展,我们就必须要现检测工作以及检测标准和世界的接轨,建立完善的纺织品检测机构、制定一个科学的检测标准体系等工作,由于其需要一定的技术以及资金的支持,而就目前我国的实力单独完成仍存在一定的困难,所以我们应该和一些发达国家有实力的机构合作进行,进一步建立健全我国纺织品检测标准以及纺织品检测机构,提升自身纺织品检测能力。
关键词 麻疯树;生物质能源;扦插;育苗
中图分类号 S792.99;ST23.1+32 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2016)10-0141-02
High Efficient Cutting Seedlings Technology of Jatropha curcas(A Biomass Energy Tree)
YU De-cai 1 WU Jun 2 *
(1 Agriculture and Animal Husbandry Bureau of Ningnan County in Sichuan Province,Ningnan Sichuan 615400; 2 Life Science College of Sichuan University)
Abstract Jatropha curcas is one of the most potential biomass energy tree species.Establish efficienting cutting seedlings technology will be able to prepare lots of seedlings keeping good plant traits during the production.The cutting seedlings made by this technology have these characters with great roots,high survival rate and fast growth after transplanted.This paper introduced the cutting seedling technolody of Jatropha curcas for references.
Key words Jatropha curcas;biomass energy;cutting;seedlings
麻疯树适应性强,耐干旱瘠薄,环境友好,种子含油量高、品质好,是目前最有发展潜力的生物质能源树种之一[1-2]。其产业的发展得到了国际上一些政府、国际组织、研究机构和企业的广泛关注和重视。其生物燃料生产的主要原料是种子油[3-4],因此规模化种植麻疯树是相关生物质能源产业发展的关键环节之一,而提供大量、优质种苗是规模化种植的基础。
扦插育苗是从植物母体上切取茎、根和叶的一部分,在适宜的环境条件下促使成为独立的新植株的育苗方法,是一种无性繁殖育苗,相比播种育苗繁殖,扦插育苗具有保持母株优良遗传特性、苗木生长更迅速、结实性较早等特点,是经济林木、果树和用材林木良种繁育的主要育苗方法[5]。不同基质、外源激素及扦插时间会对扦插育苗产生一定影响[6]。相对其他麻疯树育苗技术[7-8],本研究利用麻疯树枝条无性繁殖特点,同时针对麻疯树的生理特点,通过预处理中麻疯树枝条切口先形成愈伤组织,再扦插于特殊配制的营养土中促进根的形成,这种方法有利于枝条基部大量根的快速形成,扦插苗移栽成活率高达99%。因此,利用该技术可以规模化培育出品质优良的保持母株遗传特性的麻疯树苗木,为相关农户、公司及科研组织提供所需麻疯树苗木。
1 扦插枝条的选择
根据母株遗传特性或种植需求,采集进行扦插育苗的麻疯树枝条。采集母株树龄2年以上、树叶已自然脱落的麻疯树枝条,枝条直径为2~4 cm,无病虫害及物理损伤。
2 枝条预处理
麻疯树枝条依次进行修剪、浸泡、愈伤化。对枝条的修剪方法为:剪切枝条,使其长度保持在20~30 cm;扦插枝条两端修剪成约45°斜面(图1),这样有利于枝条入土端形成较大的发根面,而另一端有利于利水,避免在其平面积水,引起腐烂。对枝条的浸泡方法为:将枝条两端修剪好后,放置在空气中约30 min,使流出的液体自行干燥,不需要采用高锰酸钾等溶液进行消毒;枝条浸泡部位为将插入营养土的一端,浸泡所用溶液为吲哚丁酸溶液,所用吲哚丁酸溶液浓度为5~10 mg/kg,浸泡时间为3~5 h;对浸泡后枝条的愈伤化方法为:按50株一捆,28~30 ℃处理3~5 h后,每捆枝条用塑料薄膜包好欲扦插端,26~28 ℃下避光放置3~5 d,中途每12 h打开薄膜5 min,该处理可以促进愈伤组织形成。
3 营养土的配制及装填
营养土配制使用的原料是椰糠、砂粒和腐熟牲畜粪便,砂粒粒径为0.1~1.0 mm,原料的使用比例是椰糠∶砂粒∶腐熟牲畜粪便=1∶1∶1。配制好营养土之后,将营养土填入底部带小孔的营养钵,营养钵大小为直径10 cm、高15 cm。本发明中配制的营养土装填的营养钵保持了透气、疏松、持水性能好,肥效温和、营养适合麻疯树苗生长的特点。
4 枝条扦插
以枝条切口处愈伤形成与否作为判断依据,适时将麻疯树枝条扦插到营养钵里。待有愈伤组织在切开处形成即可以用于扦插(图2),此时扦插的成活率可达99%,相对没有愈伤形成时扦插大大提高了成活率。扦插时枝条插入营养土深度7~10 cm,并保持枝条上有3~6个腋芽暴露在空气中(图3)。
5 扦插苗管理
将扦插好的营养钵放置在利水、阳光充足的地方,环境温度为25~35 ℃,开始用遮阳网遮挡10 d,之后去除遮阳网;不同生长期,浇水方式不同,在扦插完成后,前5 d采用早上浇水1次,之后在移栽前早晚各浇水1次。
6 适时移栽
根据扦插枝条根的生长情况判断移栽时期,当根生长到一定量时可将营养土包住,可轻松将扦插苗提出营养钵,根在营养土外表面可见时,即可进行移栽(图4)。在适宜种植的环境下,此时移栽存活率可高达99%,而且生长快,通常在移栽后12个月内能开花结果2~4次。移栽时,连同营养钵一起运输,去掉营养钵进行带土种植。
7 参考文献
[1] 吴军,王胜华,唐琳,等.麻疯树油脂含量遗传性与CSC高油63品种的选育[J].种子,2008,27:100-102.
[2] 陈丽,吴军,曾妮,等.用GC-MS 分析不同采收和贮存时期的麻疯树种子油的脂肪酸[J].热带亚热带植物学报,2007,15(5):443- 446.
[3] WU Jun,GUO Yi-ran,LIU Yuan,et al.Rapid Determination of Oil Content in Seed of Jatropha Curcas by NMR[J].Journal of Biobased Materials and Bioenergy,2010(4):436-439.
[4] KING A J,HE W,CUEVAS J A,et al.Potential of Jatropha curcas as a source of renewable oil and animal feed[J].J Exp Bot,2009(60):2897-2905.
[5] 刘兆祥.扦插育苗的抚育管理[J].中国林业,2007(20):56.
[6] 仲兆清,潘春香.不同基质、外源激素与扦插时间对油茶扦插育苗的影响[J].南方农业学报,2014,45(4):623-627.
关键词:数字化网络视频技术;非物质文化遗产;保护技术
中图分类号:G122 文献标识码:A 文章编号:1674-7712 (2013) 14-0000-01
被各个群体、团体或者个人所认为的文化遗产的各种实践、表演、表现形式、知识体系和各种技能等有关联的工具、实物、工艺产品以及文化产所等被称之为非物质文化遗产(intangible cultural heritage),这是联合国教科文组织给非物质文化遗产所下的定义[1]。随着非物质文化遗产名录的创立,非物质文化遗产的保护越来越重要。
一、非物质文化遗产的概述
(一)非物质文化遗产的概述
我国有着上下午千年的历史和56个民族文化,我国的非物质文化遗产十分丰富,有戏曲、古琴艺术、长调民歌、脸谱、云锦、陶瓷、宣纸等,目前已经被列入世界非物质文化引产名录的有昆曲、古琴艺术、中医针灸、中国书法、中国剪纸、端午节等,还有羌年、黎族的传统纺染织绣技艺、活字印刷术等这些急需保护的已经被录入世界名录的非物质文化遗产等[2]。
(二)非物质文化遗产的保护现状及问题
但是由于受到信息化技术和不断提高的生活水平的影响,人们的生产生活方式发生了翻天覆地的改变,兴起了各式各样的文娱活动,这些生活方式的改变严重破坏了这些非物质文化遗产,不少非物质文化遗产已经到了濒临灭绝的境地。因此,非物质文化遗产的保护亟不可待。
二、非物质文化遗产的保护技术
(一)数字化多媒体技术
数字化多媒体是将视觉、听觉等各种感觉媒体进行组合,把声音、图像、文字、数据、视频等有机的结合起来的一种多媒体。多媒体技术具有多样化、集成化和交互性等特点,数字化多媒体技术具有数字化、全动态、全视频的播放、创作以及编辑等的信息功能和控制、传输等视频传输功能,把数字化多媒体技术充分的应用到非物质文化遗产的保护当中,能够使非物质文化遗产得到有效的保护,有利于非物质文化遗产的传承。多媒体技术中的数字化信息处理功能能够将非物质文化遗产保存下来;多媒体技术中的虚拟信息处理功能能够复活已经濒临消失的非物质文化遗产;多媒体技术中的图像、声音、文字和数字等的信息转化技术为非物质文化遗产的传承提供了平台和条件。
(二)录像拍摄
数字化多媒体技术囊括了声音、图像、文字、数据等各要素。以往的非物质文化遗产的保护方式只限于对非物质文化遗产进行拍照、采访、记录和收藏等层面上,导致非物质文化遗产的各方面信息相互独立,照片和文字记录等经过时间的洗礼之后容易丢失,导致非物质文化遗产无法完整和系统的保存下来。通过多媒体技术中的录像拍摄技术,能够把物品的形态、结构、制作工艺步骤、文字信息等全程录入下来,将非物质文化遗产的所有信息更具体生动的展现出来。
(三)网络视频技术
数字化多媒体网络视频技术对非物质文化遗产的保护技术,就是铜鼓先进的扫描和数字摄影录像等在网络上建立非物质文化遗产的三维模拟图,该项技术还可以对这些图像进行快速有效的处理。网络视频技术除了将非物质文化遗产的物品、制作工艺流程等通过视频技术的方式将其展现出来之外,网络视频技术对非物质文化遗产的保护技术方面,还包括了数字化的虚拟博物馆技术、虚拟文物的修复技术、复原演变技术、物品的图案技术和工艺品技术的设计流程系统技术、数字化的故事编排技术以及讲述技术,以戏曲和民族舞等为代表的舞蹈编排技术和声音驱动技术。比如,某大学对楚文化编钟舞蹈的保护,该校以多媒体技术为基础,在网络视频技术的支撑下,通过舞蹈的编排和声音的驱动技术将编钟音频与日本的狮子舞中的动作视频相结合起来[3]。
青阳腔融合青阳县的民歌、九华山的佛俗说唱等民间艺术,是我国非物质文化遗产之一。但是现已受到严重的破坏急需保护。某校为了保护青阳腔,在学校建立了以网络技术、多媒体技术和数字化技术等集为一体的青阳腔吸取艺术实践教学基地。在这个基地中,他们通过网络视频技术对青阳腔的表现形式进行了录制,并通过网络视频技术将青阳腔的发源、青阳腔的资料、青阳腔的唱法以及青阳腔的开发利用联系起来,构建了一个以网络视频技术为基础的青阳腔戏曲艺术陈列馆。通过网络视频技术将青阳腔这一戏曲艺术重现展现在陈列馆中,一方面,通过网络视频技术将青阳腔的所有有关资料记录了下来,另一方面,利用网络视频技术也能够推动青阳腔的传承与发展,通过网络视频技术将青阳腔保护起来。
网络视频技术是对非物质文化遗产的保护和抢救的一种重要方法,是进行非物质文化遗产的沟通、交流和传承的重要平台和载体,网络视频技术是创建保护非物质文化遗产信息化平台的重要组成部分。
三、结语
非物质文化遗产作为历史和文化发展与演变的积淀,中国又是一直发展至今的著名文明古国,中国的非物质文化遗产形式多样、内容丰富,非物质文化遗产还是民族精神和文化的传承。通过网络视频技术将非物质文化遗产的所有数据信息记录下来,并通过网络视频进行推广和宣传,是进行非物质文化遗产保护的必要手段。
参考文献:
[1]刘坚.云南省少数民族传统体育非物质文化遗产保护与传承研究[D].北京体育大学,2012,04:2-3.
[2]王培喜.表演类非物质文化遗产的学校传承问题探究——以湖北地方戏曲、曲艺等为例[J].湖北社会科学,2010,04:8-9.