本文是一篇生物工程硕士论文，生物工程学亦称生物技术或生物工艺学。尚无一致公认的定义和内容范围。一般认为，作为一门应用科学，生物工程学是应用生物科学和工程学的原理，通过加工生物和生物加工来为人类社会服务的综合性科学技术体系。（以上内容来自百度百科）今天为大家推荐一篇生物工程硕士论文，供大家参考。
生物工程硕士论文篇一
第一章绪论
1.1问题的提出及研究意义
1.1.1问题的提出
随着我国城镇化进程的加快，城市污水的排放量不断增加，这些得不到有效处理的污水进入自然水体严重污染了自然水体的水环境，甚至对地下水资源造成一定的污染，严重威胁到我国的水资源状况，使我国的水资源短缺问题更加严重⑴。在我国现有的城市污水厂中，大多数釆用的是活性污泥法和生物膜法，具体工艺有氧化沟、传统活性污泥法、A/0、SBR法、A2/0、生物絮凝工艺、曝气生物滤池工艺等。曝气生物滤池是集污染物去除与生物过滤为一体的生物膜系统。具有占地面积小、抗有机负荷高、出水水质优等优点[24]。曝气生物滤池凭借其所独有的结构和功能，使其成为国内外的研究热点。但其还是存在一些缺陷：（1)对进水的悬浮物CSS)要求较高，当进水的SS较高时，滤池容易堵塞，从而缩短了滤池的运行周期，增加反冲洗次数，相应的也增加了运行与管理的费用；（2)对于好氧曝气生物滤池来讲，进水的COD过高有可能会抑制其硝化细菌的生长繁殖，影响确化的效果，从而影响反确化脱氮。生物絮凝吸附工艺是基于活性污泥对有机污染物的初期吸附去除作用，是以生物絮体的絮凝作用去除污水中悬浮及胶体形态的污染物为主，同时存在少量的生物代谢作用，即以较少的投资即可削减大部分污染负荷，不仅可以降低后续工艺的有机负荷还对降低城市污水处理厂的投资和运行费用有一定的作用；而曝气生物滤池具有基建费用低、运行管理方便、能耗低及抗有机负荷能力强等优点。
生物絮凝吸附与曙气生物滤池的组合工艺在一定程度上弥补了各分工艺的缺陷，在工作性能上得到了互补，扬长避短，优化了整个工艺的运行。该技术特别适合我国水处理事业所面临的资金不足、技术水平低的现状，应对其研究和应用发展现状进行总结，并进行深入的理论探讨和工艺研究，使之快速国产化并尽快应用于我国的水处理实践中。目前，随着社会的发展，废水处理工艺的发展也逐渐从实践发展到理论的层次。这种发展甚至对于专业人士运用其所学的专业知识也不能准确地把握和理解的。此时数学模型从可有可无一下子发展成为大家炙手可热的东西，大家争先恐后的在研究，使污水处理的理论与实践贴合的更加紧密。因为数学模型的发展使人们更加看清了污水处理的实质，它无论是在指导污水处理工艺的设计还是在其运行管理方面起着巨大的指导意义，而且在国外已得到了成功、广泛的使用。尤以国际水协会发布的 ASMl、ASM2> ASMS号模型最具代表性，这些模型已经成为国际上通用的模拟活性污泥法水处理工艺的基础。但是生物膜模型的发展方面就显得相对滞后[7]。目前，生物膜模型的发展研究还处于起步阶段，还处于对单一基质的模拟研究，与活性污泥相比还存在较大距离；另一方面，大家现在对数学模型的应用只局限于对某一单一的工艺的模拟，对整套污水处理工艺和对组合工艺的模拟还比较少。所以，建立多种基质，多种微生物的生物膜模型和对组合工艺的模拟是当前亟待解决的重要科学问题。
1. 1.2研究的意义
本课题正是针对上述情况开展来的，通过测定活性污泥和生物膜的各项指标并进行生物絮凝吸附-曝气生物滤池(BAF)处理生活污水的试验研究，考察生物絮凝吸附-曝气生物滤池工艺中的具体的生化作用，进一步加强对生物絮凝吸附-曝气生物滤池组合工艺处理生活污水理论的理解。并建立一个活性污泥和生物膜多基质模型，其涵盖多种基质的去除，对生物絮凝吸附-曝气生物滤池(BAF)组合工艺进行稳态的模拟，该模型通过对工艺进行仿真预测，把握其基本规律和特点，从而为生物絮凝吸附-曝气生物滤池(BAF)组合工艺的设计、运行和管理提供理论依据，从而减少不必要的浪费，降低投资风险和降低运行成本，这对以后污水处理工艺的发展具有重要的指导意义。
第二章生物絮凝吸附-曝气生物滤池工艺试验研究
2.1试验研究目的和研究内容
2.1.1试验目的
通过试验测得活性污泥的异氧菌产率系数、一些反应动力学参数和一些生物膜模型参数如生物膜干密度、生物膜膜厚、有效扩散系数等；并通过试验了解生物絮凝吸附-曝气生物滤池组合工艺处理污水的性能，并一同考察了此工艺在不同工况运行条件下对污染物的去除效率。为以后建立活性污泥模型和生物膜多基质模型提供有效的数据，并为以后的模型的验证和校核提供可靠的数据基础，提高模型应用的准确性。
2.1.2试验内容
(1).研究生物絮凝吸附工艺中各个反应器的工作性能，为建立生物絮凝吸附模型建立基础；
(2)探讨曝气生物滤池内生物膜的形态，了解曝气生物滤池内不同高度处微生物种群的分布规律，为建立生物膜多基质模型提供理论基础。
(3)测定生物膜厚度、扩散系数Df、液膜层厚度、生物膜密度和一些比较重要的参数。
(4)通过试验了解生物絮凝吸附-曝气生物滤池处理城市生活污水的性能。
(5)探讨各污染物随滤料层深度增加的分布规律，了解各污染物的去除与随滤料层的变化规律。
第三章 活性污泥模型和生物膜多基质模型...................37-50
3.1 活性污泥数学模型基础...................37-41
3.1.1 活性污泥模型理论基础................... 37-39
3.1.2 活性污泥反应器中的氧传质模型................... 39
3.1.3 污泥的吸附动力学模型................... 39-41
3.2 生物膜传质与反应理论 ...................41-49
3.2.1 生物膜的特性 ...................41-42
3.2.2 传质过程建模................... 42-44
3.2.3 生物膜内反应动力学................... 44-49
3.3 本章小结 ...................49-50
第四章 生物絮凝吸附-曝气生物滤池工艺建模................... 50-67
4.1 ASM1和ASM3在本研究中的应用 ...................50-52
4.2 生物絮凝吸附模型的建立 ...................52-56
4.2.1 模型的假设................... 52
4.2.2 模型的描述................... 52-54
4.2.3 模型参数的确定................... 54-56
4.3 曝气生物滤池模型的建立................... 56-64
4.4 反应器质量平衡方程................... 64-66
4.5 模型程序的开发................... 66
4.6 本章小结................... 66-67
第五章 模型的校核与模拟................... 67-78
5.1 模型灵敏度分析 ...................67-68
5.2 模型校核与验证................... 68-69
5.3 模拟结果的分析................... 69-77
5.4 本章小结................... 77-78
结论
在目前的水处理研究中，数学模型的发展越来越占据了有利的地位了，已成为废水生物处理系统设计和运行管理的”灵魂”。生物絮凝吸附-曝气生物滤池工艺作为一种新型的污水处理工艺，在污水中ss的去除、有机物去除、氮的去除方面有着较好的处理效果。现在我们应用国际水质协会研发的活性污泥模型来对生物絮凝吸附-曝气生物滤池工艺进行模拟研究。通过模型的校核与验证，以期达到为以后生物絮凝吸附-曝气生物滤池工艺的设计、运行管理、改造等方面提供科学的依据，最终达到降低投资和运行费用的目的。这在以后的污水处理领域将有很广泛的应用。
本文通过对生物絮凝吸附-曝气生物滤池工艺运行机理的研究，分别应用活性污泥1号模型和活性污泥3号模型为基础分别针对生物絮凝吸附工艺和曝气生物滤池工艺建立了一个活性污泥模型和生物膜多基质模型，并通过对所建的模型进行简化，结合均相反应器原理，最终建立了生物絮凝吸附-曝气生物滤池模型，并在模拟软件Aquasim提供的平台上对所建立的模型进行了灵敏度分析、参数校核和模型校正等调试工作，最后对模型进行验证，并利用验证后对生物絮凝吸附-曝气生物滤池工艺的运行进行预测。研究得出以下主要结论：
(1)进行了生物絮凝吸附-曝气生物滤池工艺处理生活污水的试验研究，研究结果表明，生物絮凝吸附能较好的去除水中的颗粒性物质、悬浮性物质和有机物，其对SS的去除率达到了 69%，对COD的去除达到了 61.8%，减少了后续曝气生物滤池进水的SS和COD。组合工艺对COD的平均去除率为93.7%,对氨氮的平均去除率为93.6%，总的出水SS几乎为零。在无外加碳源的情况下对TN的去除效果不好，在C/N=5时，出水的TN<2mg/L，其总的平均去除率达到了95.35%。
(2)分别以ASM1和ASM3为基础，通过对模型进行简化，并结合本文所研究工艺各个反应器中的发生的各个生化反应的特点，建立了活性污泥模型和生物膜多基质模型，使用Monod方程来表述各个反应器中的生物化学反应，并利用均相反应器的原理，对此工艺中的各个反应器进行假设和简化，建立了生物絮凝吸附-曝气生物滤池工艺模型。
(3)在模型的建立过程中，我们还测定了一些建立模型所必需的参数，如反应器的体积、生物膜厚度，生物膜表面积，生物膜平均干密度和或许曝气生物滤池工艺中的分层数及填料高度等参数。并以各种基质在纯水中的扩散系数为基础计算出了在后续BAF反应器中各体元层中基质的有效传质系数，发现基质扩散系数随着生物膜密度的减小而增大。
(4)通过对所建立的模型进行灵敏度分析，结果表明对该模型影响比较大的参数有生物膜的表面积、生物膜的厚度、kH、Yh、Ks、yH、Kx等参数，其他参数对模型的灵敏度都比较低。对于灵敏度比较低的参数我们继续采用国际水质协会推荐的感动力学参数值，对于灵敏度比较高的参数可通过和参数估计等方法得到。最后我们对模型进行模型的校正和验证。最终的结果表明此次建立的模型能较好的反映生物絮凝吸附-曝气生物滤池工艺的运行效能。
(5)利用验证后的模型，模拟了污染物的浓度的分布与填料高度之间的关系。研究结果表明，随着层深度的增加，有机物的去除率越来越低，有机物的去除主要发生在滤料层的进水端，随着有机物的逐渐减少，硝化反应幵始加强，其重要发生在沿率深度方向的中间部分，而反硝化反应主要发生在沿滤料深度方向的末端部分。同时我们还利用验证后的模型模拟了在进水的水质变化的情况下出水的水质情况，研究结果表明，生物絮凝吸附-曝气生物滤池工艺有较好的抗水力冲击负荷和抗有机物冲击负荷。
(6)基于Aquasim平台开发的模拟程序，能较好地模拟生物絮凝吸附-曝气生物滤池工艺的稳态运行，有一定的参考价值，能对以后此种工艺的的设计、运行和管理等方面提供宝贵的指导意见。
参考文献
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生物工程硕士论文篇二
第1章前言
1.1 CFD模拟简介
FLUENT以动量守恒方程、能量守恒方程、质量守恒方程为基础，基于有限体积法对所计算的区域进行体积划分，对划分网格的结点建立微分方程，以求得封闭的解。常被用来模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的复杂流动，该方法在网格划分粗糖的情况下把流体流动及其他相关过程规律表达成数学形式进行数值计算，釆用多重求解方法和多重网格处理方法加速收敛技术，因此能达到较好的收敛速度和求解精度。同时FLUENT自带的Gambit前处理功能不仅可釆用非结构化网格也可以釆用结构化网格，以缩短产生网格所需要的时间。另外，模拟软件内嵌了丰富的物理模型、数值方法加上强大的前后处理功能使FLUENT在航空航天领域、汽车设计、船舶机械、材料加工、生物医药等领域都有着广泛的应用。
1.2 CFD模拟特点
CFD模拟特点是对流场反应的适用性强。首先，CFD可以对非线性的、多变量的流动控制方程可能找出满足工程需要的数值解，有效克服计算边界和几何形状的复杂性；其次，可先利用计算模拟软件对可能的流体参数和流体模型进行各种试算。例如，选择流体运动物理方程中各项有效性和敏感性参数进行试算，从而获得参数比较。再者，它可以避免物理模型和实验模型的限制，模拟特殊反应器尺寸、环境高温、有毒、易燃等实验中较难模拟客观反应条件，具有省钱省时，使用灵活性的特点。基于CFD模拟技术能给出对真实条件的实验相对应详细和完整的资料[3]。不可否认的是，也要看到CFD模拟方法在众多工程问题上也有一定的局限性。首先，数值解法是一种依赖于计算机进行的离散计算方法，需要建立反映本质问题的离散有限数学模型，由于模型本身对实际问题反应的偏差模拟计算误差在所难免；其次，模型参数由实验者通过观测或试验提供，并需要对建立的数学模型进行反复试算和验证，对于微观流动情况了解较困难；最后，对于具体工程问题往往需要依赖与经验与技巧来编写专门的程序，对于没有相关经验的研究人员而言增加了使用难度。其他比如对计算机硬件配置要求高等特点都在一定程度上限制了 CFD技术的使用。
1.3 CFD数值求解方法
CFD最基本的处理方法是把连续流体在计算机上用离散的方式处理。常用的三种离散化数值求解方法主要有有限差分法（Finite Difference Method简称FDM，如FLAC软件）、有限体积法（Finite Volume Method简称FVM，如FLUENT软件）、有限元法（Finite Element Method简称FEM，如FIDAP软件）；其他方法还有诸如边界元法、谱分析法、数值积分变换法等，后几种方法近几年来有很大的发展，并已成功地解决了一些工程问题。就模型方法的成熟度、适用性及应用广泛性等而言，基于有限容积法（FVM)仍占相当优势，本研究中使用的FLUENT就是典型基于有限容积法的模拟软件。其基本思路是：将计算区域划分为一系列不重复的控制体积，并使每个网格点周围有一个控制体积；将待解的微分方程对每一个控制体积积分，便得出一组离散方程。近几年有限容积法在网格类型和划分方式、间断面上的处理以及各种CFD设计思想不断涌现等方面为搅拌器的结构设计提供大量工程应用实例
1.4采用计算流体力学研究反应器体系流场特征的研究现状
通过模拟可以在不用搭建实物的前提下实现过程设计、优化以及放大的目的。CFD与实验方法对比，不仅花费少、模拟周期短，而且可以获取反应器中的速度场、温度场、浓度场等流场详细信息。温文[11]利用FLUENT软件研究带搅拌反应器内的液固流体混合，在旋转坐标系内建立液固双流体模型，模拟桨叶与挡板之间的运动情况，用标准/t-s模型模拟反应器内流动的情况及速度分布，实验与理论值相比较最大相差值在10%以下，基本相符。Guo WQ等人利用CFD模拟生物制氧反应器内气-液-固三相流，通过建立的欧拉-欧拉方程获得反应区域流体动力学模型，并且发现在不同的水力停滞时间（HRT)背景下，反应器内三相系统出现不同的流动模式，颗粒粒径结构会导致返混和局部小循环现象从而影响了系统内的速度分布，确定水力停滞时间对生物制氧过程起主导因素。00118等人用标准k-s模型对平板祸轮搅拌槽三维流场特性进行模拟计算，计算结果与实验数据较吻合，只是在桨叶排出区域与实验值有一定差异，分析认为可能是构建模型缺陷所致。
第2章材料与方法
2.1实验试剂
研究搅拌强度对生物氧化过程影响的实验在3个1.5 L签式通气搅拌反应器中进行。反应器通过水浴加热，恒温4rC,初始pH为1.4。9K氧化实验：反应器内装有900ml的9K培养基，lOOml接种液。DO为5.1 ppm,搅拌转速分别为300 rpm、500 rpm和700 rpm。矿石实验：反应器内装有900 ml无铁9K培养基，100 ml接种液和100 g矿石，矿物主要成分为黄铁矿(FeS2)和石英石(Si02)，其基本元素构成为24.9 g/tAu, 21.30% Fe，20.09%S和4.59% As，平均含铁量为22.3%(w/w)，实验中加入的矿石颗粒粒径约105-130um。搅拌转速分别为300 rpm、500 rpm和700 rpm。通气速率在0.02-2 L/min之间，使得反应器内的DO浓度均能维持在3.1ppm的水平。
2.2组织培养过程
采用Malda所报道的研究数据。其实验工作主要是考察不同多孔结构的反应器支架材料内溶解氧的浓度分布，采用了通过压缩成型后进行粒子过滤的方法制作的PEGT/PBT多层复合材料，复合材料孔径为182um，孔隙率为77.5%，材料外形为4X4 mm的圆柱。每块材料接种3X106个牛软骨细胞，在转瓶内培养6周。材料内氧浓度利用精密微电极进行测量，每个测量点间隔lOOum，该浓度测量步骤中每个测量点重复三次取其统计平均值。
第3章CFD技术在生物冶金反应器优化........ 24
3.1 引言.......24
3.2 搅拌强度对生物氧化的影响....... 24
3.2.1搅拌强度实验结果分析....... 24
3.3 无矿石环境下流场模拟....... 26
3.3.1无矿石环境下对反应器流场模拟结果....... 26
3.4 含矿石环境下流场模拟....... 31
3.4.2矿石氧化模拟结果讨论....... 35
3.5 本章小结....... 36
第4章CFD技术在组织工程反应器开发过程....... 37
4.1 引言....... 37
4.2 组织反应器内部流场模拟....... 37
4.2.1 速度分布分析....... 38
4.2.2反应器内速度分布模拟结果....... 38
4.2.3速度分布模拟结果与讨论....... 39
4.3 模拟结果讨论....... 41
4.4 本章小结....... 42
第5章结论与展望....... 44
5.1 总结....... 44
5.2 展望....... 45
结论
本文采用计算流体力学技术模拟生物冶金反应器和组织工程反应器内部流体流动的速度场和剪切场，以获得生物反应器内部流体的微观流动和宏观分布规律，得出以下结论：
1、速度极值和剪切力极值出现在桨叶尾端区域(排出区域)，且都与搅拌速度成正相关。在9K培养基模拟过程中，当搅拌转速分别为300rpm、500rpm、700rpm时，最大剪切力分别为6.98 Pa、12.10 Pa、19.60Pa。速度极值出现在700rpm时，达到1.84m/s。但三种搅拌强度下硫铁矿氧化效率差别不大，说明搅拌桨叶产生的剪切力对生物氧化过程影响有限。
2、在含矿石模拟过程中，当搅拌转速分别为300rpm、500rpm、700rpm时，最大流场剪切力分别达到9.90 Pa、17.5 Pa和30.2Pa。根据文献中对作用机制的描述和分析，发现在搅拌环境下，颗粒间碰撞造成的剪切力是流场剪切力上升的主要原因，此时反应器内颗粒碰撞对不利于生物吸附在矿石表面，并且明显抑制了生物氧化过程效率。
3、含氧培养基在不同灌注速率下，在组织工程反应器内部的运动情况模拟结果可知，通道间中点处的速度仅为入口灌注速度的20%，局部区域更低，说明组织工程反应器支架内部流动阻力很大，传质限制问题突出。通过达西定律的理论计算与模拟实验结果对比，进一步说明多孔通道内的流体扩散速度受到孔径和流体粘性的影响变得非常缓慢。
4、为克服组织工程反应器内部传质阻力，往往会增加灌注速度。但是，在对剪切力分布的模拟过程中发现剪切力与灌注流速成正比，过高的剪切力不仅会损伤细胞，同时也会导致细胞从反应器表面流失，不利于大型功能化组织块的构建。
参考文献
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生物工程硕士论文篇三
第一章 绪论
1.1 研究背景
土壤碳库是陆地生态系统中最大的碳库，土地利用/覆盖的变化将引起土壤碳循环方式和强度的改变，从而显著影响大气 CO2浓度和全球气候变化（Lal 2004）。增加陆地植被覆盖是人类应对温室效应的最积极的选择和策略（Lal et al. 1998）。1999 年以来我国实施了规模宏大的退耕还林（草）与荒山造林工程，据国家林业局统计，我国已累计完成退耕地造林 906.26 万公顷，配套荒山荒地造林 1413.72 万公顷，新封山育林 193.32万公顷，其中黄土高原地区是我国退耕还林（草）工程的重要区域。目前这一重大的植被恢复工程，已经对区域水土保持与生态环境改善起到了十分显著的积极作用，土壤质量和有机碳储量水平得到一定程度的提高，也必将对我国，尤其是区域生态系统碳循环和土壤碳汇功能产生重大和深远影响。然而，这一生态建设工程的实施才有十多年，与植物生长和群落演替的长时间历程相比，毕竟还是短暂，并不能为科学评估与认证其未来生态系统，特别是土壤固碳效应和潜力提供准确依据和案例。因此，开展天然植被恢复下土壤固碳机理和固碳效应的深入研究，可为该地区未来生态系统，特别是土壤固碳潜力的科学评估与认证提供典型案例和准确依据。
建国以来，黄土高原开展了长期的水土流失治理，形成了一套比较有效的水土保持技术体系，其中，人工造林是区域水土保持的重要措施。黄土高原水土流失区人工林保存面积高达 140 万 hm2（张景群等 2009），这对该区水土流失治理和生态环境改善起到过十分重要的作用。但是，目前大面积的人工林出现生长缓慢、植被退化现象，土壤干旱化加剧、土壤水分环境恶化和土壤质量下降，已成为区域人工植被建设和可持续发展中亟待解决的重大问题（侯庆春等 1999; 侯庆春等 2000; 李玉山 2001; 杨文治和邵明安 2000）。天然植被演替是植物与土壤相互影响和作用的过程，顶级群落的出现，则标志植被与土壤环境实现气候控制下的协同与平衡（张全发等 1990）。探明这一过程中植被－土壤－水分环境三者的互动关系及协同演变机理，可为本地区人工植被建设与现有人工林的近天然化经营提供科学研究和实现途径。
1.2 国内外研究进展
1.2.1 植被恢复对土壤有机碳特征的影响
植被恢复的过程是与土壤环境相互适应的过程，植被恢复过程对土壤有机碳有重要影响。植被恢复对土壤有机碳的提升主要与植物枯枝落叶腐化后返回土壤、植物根系生长及土壤微生物活动等因素有关。植被凋落物的质和量，以及温度、降雨等外界环境因素共同决定了土壤中有机碳的存在状况。在植被演替过程中，从坡地弃耕后到演替至顶极群落阶段，土壤的物理化学性质也在逐渐变化，凋落物不断积累和分解使土壤有机质累积量不断增加（华娟等 2009a; 贾松伟等 2004; 李裕元等 2007; 王征等 2010; 赵世伟等 2006）。陈庆强等（2002）对地表植被类型与土壤剖面有机质关系进行了研究，结果表明植被类型及其发育特征直接影响着土壤有机质的更新，并且植被覆盖时间对土壤剖面有机质动态有明显影响。在黄土高原地区，许多研究表明（郭曼等 2010; 苏静和赵世伟 2005; 孙丽芳等 2007; 郑粉莉 1996），在植被演替过程中，土壤有机碳含量逐步得到提高，土壤有机碳在土壤剖面中的分布也发生显著的变化。
国外对植被类型下有机碳的研究更多集中在土地利用方式转变对土壤有机碳变化的影响。当林地转换为耕作的农地时，土壤有机碳随着耕作时间而发生相应变化，耕作初期土壤有机碳快速下降，之后下降速度变慢。如 Motavalli 等（2000）的研究表明，从林地转变为耕地，5 年内土壤有机碳下降了 44%，到 20 年下降接近 50%，并逐渐达到平衡。土壤有机碳下降有多方面原因（毛艳玲 2008），如植物生物量下降，土壤温度和湿度加快有机质分解，耕作措施干扰，土壤团聚作用下降，土壤有机碳物理保护降低，土壤侵蚀的加剧等。同时，许多学者也对从农田变为草地或林地过程中土壤有机碳的变化进行了研究。许多研究已显示退化农田或其他土地利用转变为林地，将会提高土壤有机碳的含量（Grandy and Robertson 2007; Smith 2008; Solomon et al. 2000）。Guo 等（2002）研究表明，从草地变为人工林，土壤碳储量下降 10%，而从农田转变为人工林，土壤碳储量增加 18%。Johnston 等（1996）报道，在退化农田上造林 40 年，土壤有机碳平均每年提高 0.8 Mg。Conant 等（2001）报道从农田转变为草地后，土壤有机碳固定速率为 0.11-3.04 Mg hm-2。Post 等（2000）对土地利用方式改变影响土壤有机碳变化的因素进行了归纳，土地利用方式提高土壤有机质输入速率，改变输入土壤有机物质的分解率，增加地下部分有机质的输入量，提高土壤有机碳的物理保护等。
第二章 研究内容与方法
2.1 研究目的及意义
本研究以黄土高原较为完整的次生植被演替序列中主要植被类型的典型样地为研究对象，野外调查和室内分析手段相结合，通过测定和分析不同演替阶段土壤剖面的全土和团聚体有机碳及其组分的含量及分布规律，阐明植被演替过程中土壤有机碳积累及其分布规律；通过定量分析土壤结构的变化特征，揭示土壤结构在植被演替过程中的形成过程和机理；结合土壤水分特征测定及水分环境动态变化过程的监测，在分析土壤有机碳、结构性质和水分环境特征三者之间相互关系的基础上，明确次生植被演替过程中土壤有机碳—结构—水分特征之间的互动性及驱动力。为阐明土壤结构形成机理和有机碳固定提供一定的科学依据，对于科学评价植被恢复环境的碳汇效应具有重要的参考价值，为指导植被恢复与重建的生态工程提供重要的实践依据。
第三章 土壤有机碳及其组分的变化特征................... 31-45
3.1 前言............... 31-32
3.2 材料与方法............... 32
3.3 结果与分析............... 32-42
3.3.1 土壤总有机碳含量及分布 ...............32-34
3.3.2 土壤总有机碳组分含量及分布............... 34-39
3.3.3 土壤总有机碳、组分密度............... 39-42
3.4 讨论............... 42-44
3.5 小结............... 44-45
第四章 土壤团聚作用及团聚体有机碳分布............... 45-67
4.1 前言............... 45-46
4.2 材料与方法............... 46
4.3 结果与分析............... 46-63
4.3.1 土壤水稳性团聚体分布............... 46-50
4.3.2 土壤团聚体稳定性分析............... 50-52
4.3.3 土壤团聚体稳定性与土壤总有机碳的关系............... 52-53
4.3.4 团聚体总有机碳及其组分分布............... 53-63
4.4 讨论............... 63-65
4.5 小结............... 65-67
第五章 土壤水分特征分析............... 67-82
5.1 前言...............67
5.2 材料与方法............... 67-68
5.3 结果与分析............... 68-80
5.4 小结............... 80-82
结论
在测定和分析不同演替阶段土壤剖面的全土和团聚体有机碳及其组分的含量及分布特征的基础上，初步阐明了植被演替过程中土壤有机碳积累、分布规律和固碳潜力；通过定量分析土壤结构的变化特征，揭示了土壤结构的形成、稳定及有机碳转移过程和机理；结合土壤水分特征测定及水分环境动态变化过程的监测分析，明确了土壤有机碳、结构及水分特征性质和水分环境特征三者的相互关系。取得以下主要结论：
（1）植被恢复显著提高了土壤总有机碳及其组分的含量。随着植被群落的正向演替，0-100 cm 土层 STOC、SAOC 及和 SPOC 加权平均值含量均显著增加，至草本群落阶段趋于稳定，并在顶级群落阶段达到最高，分别为 5.92 g kg-1、1.48 g kg-1和 4.44 g kg-1，与坡耕地相比，分别增加了 67.9%，81.6%和 63.8%；SAOC 和 SPOC 含量的同步增长，促进了 STOC 含量的提高。植被演替过程中 STOC、SAOC 及 SPOC 含量由表层至底层逐渐降低后趋于稳定，并呈显著的幂函数关系。植被演替过程促进STOC、SAOC及SPOC含量提高的作用深度分别达到 70 cm、70 cm 和 40 cm，其中以 0-5 cm 土层增加作用最大，并在顶级群落阶段达到最高含量，分别为 26.76 g kg-1、8.92 g kg-1和 17.83 g kg-1。
（2）植被恢复过程显著提高了土壤固碳能力。随着植被群落演替，STOC 及其组分（SAOC、SPOC）密度同步逐渐增加，至草本群落阶段后增幅减弱，并在顶级群落阶段达到最大，分别为 6.43 kg m-2、1.57 kg m-2和 4.86 kg m-2。植被演替对有机碳碳密度的影响主要在 0-40 cm 土层，对 SAOCD 与 SPOCD 比值无影响。植被群落演替对土壤剖面现实固碳潜力的明显影响，以恢复至顶级群落阶段估算，坡耕地、弃耕地阶段、草本群落阶段、灌丛群落阶段和先锋乔木群落的现实固碳潜力分别为2.44 kg m-2、1.55 kg m-2、0.03 kg m-2、0.18 kg m-2和 0.19 kg m-2。
（3）植被恢复促进了土壤团聚作用与结构稳定性的提高。团聚体的形成是具有时间（植被演替阶段）和空间（土壤剖面）交互作用的动态过程。随着植被群落的正向演替，各土层<0.25 mm 粒径的 WSA 含量均表现出降低的规律，> 1 mm 粒径 WSA 含量逐渐显著增加，植被演替过程促进了土壤团聚作用，推动了大粒径团聚体的形成。从空间上，土壤由底层至表层，即随植被群落演替，土壤的团聚作用表现为：微团聚体（<0.25mm粒径）逐渐减少，经中间粒径 WSA（0.25-2mm）阶段，>2mm 粒径的 WSA 含量逐步显著提高，最终促进大团聚体（>5 mm 粒径）形成的动态传递过程。具体为，40-100 cm土层，植被演替过程以形成中间粒径（2-0.25 mm 粒径）的 WSA，其中以 1-0.5 mm 粒径 WSA 含量增加为主；10-40 cm 土层，<0.25 mm 粒径 WSA 含量减少，1-0.25 mm 粒径中基本不变，>2 mm 粒径含量明显增加；0-10 cm，以< 2 mm 粒径 WSA 含量逐渐减少，> 5 mm 粒径大幅度增加为主。
参考文献
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2安韶山, 张玄, 张扬, 郑粉莉. 2007. 黄土丘陵区植被恢复中不同粒级土壤团聚体有机碳分布特征. 水土保持学报, 21(6): 109~113
3安韶山, 张扬, 郑粉莉. 2008. 黄土丘陵区土壤团聚体分形特征及其对植被恢复的响应. 中国水土保持科学, 6(2): 66~70
4曾宪竞, 蔡朵珍. 1997. 栽培沙打旺对沙荒地水肥状况影响的研究. 中国农业大学学报, 2(3):59~67
5常庆瑞, 安韶山. 1999. 黄土高原恢复植被防止土地退化效益研究. 土壤侵蚀与水土保持学报,5(4): 6~9
6陈洪松, 邵明安, 王克林. 2005. 黄土区荒草地和裸地土壤水分的循环特征. 应用生态学报,16(10): 1853~1857
7陈庆强, 沈承德, 彭少麟, 易惟熙, 孙彦敏, 李志安, 姜漫涛. 2002. 华南亚热带山地土壤有机质更新特征及其影响因子. 生态学报, 22(9): 1446~1454
8陈瑶, 张科利, 罗利芳, 彭文英. 2005. 黄土坡耕地弃耕后土壤入渗变化规律及影响因素. 泥沙研究, 5: 45~501
9陈志雄, 汪仁真. 1979. 中国几种主要土壤的持水性质. 土壤学报, 16(3): 277~281
10程积民, 程杰, 杨晓梅. 2011. 黄土高原草地植被与土壤固碳量研究. 自然资源学报, 26(3):401~411
生物工程硕士论文篇四
第 1 章 绪论
1.1 研究背景
大范围地面沉降问题已成为20世纪以来城市化进程中一个无法回避的环境问题。地面沉降作为一种大范围长时间的地质灾害，隐蔽性较强，不仅破坏各种城市基础设施，严重时甚至影响人们的财产及生命安全。了解地面沉降的发生机理，控制地面沉降的发展，已成为解决该问题的关键。引起地面沉降的原因包括自然因素和人为因素(Freeze, 2000; Whittaker andReddish, 1989)[1][2]，如表 1-1 所示。20 世纪以前，地壳运动、土体固结、岩溶塌陷等自然因素是引起地面沉降的主要原因。由自然因素引起的地面沉降在全世界范围内都屡见报道(Kagawa, 2000; 张阿根和魏子新, 2005)[3][4]。20 世纪后，随着经济的快速发展，工业化的不断深入，人为因素逐渐替代自然因素成为引起地面沉降最主要的原因。人为因素包括：地下固体或流体资源的开采以及地下工程建设。其中由于地下水资源开采的规模大，范围广，而成为引起地面沉降的关键因素(Galloway, 1999;Holzer and Johnson, 1985)[5][6]。以往的研究表明，在含水层中开采地下水资源所引起的隔水层变形占地面沉降中的绝大部分。但是近年来该情况已有改变，目前的地面沉降问题中，含水层变形量已逐渐超过隔水层(许烨霜, 2010)[7]。含水层变形是一种长期而缓慢的地层压缩过程，具有成因复杂、发展缓慢、破坏性大及难以恢复等特点，并且在变形的过程中还伴随着一系列特征，如变形滞后，过大压缩变形及变形加速，地裂缝等。
目前我国乃至全世界范围内，如上海，苏锡常地区及日本九十九里平原等(Li et al., 2005; Yeet al., 2005)[8][9]都已发现含水层变形加速增大的现象。过大的含水层变形不仅会破坏各类工业民用设施，同时还会永久性改变某一地区原有的自然环境状态。上述含水层变形问题，自 20 世纪 90 年代以后逐渐引起了学术界的重视，并开展了广泛的研究。现有对含水层变形的解释机理中，主要分为以下两种观点：第一种观点认为地下水的长期开采导致含水层水位下降过大，从而在含水层中产生过大的压缩应力使得砂土产生颗粒破碎现象。王非等(Wang et al., 2010)[10]通过粒径分析试验提出了苏锡常地区的含水层砂土变形的主要原因是颗粒破碎；第二种观点认为由于含水层水位下降导致该层土体所受到的应力不断增加，在长期作用下，土体产生不可逆的蠕变变形(张云等, 2006)[11]。张云等(2006)[11]通过现场取土进行室内压缩蠕变试验，证实了含水层砂土具有明显的非线性蠕变特征。上述观点从含水层砂土的材料性状上对含水层变形的原因进行了探讨，但未能从力学机理上揭示含水层砂土在压缩应力较低的水平下所表现出的屈服现象。研究表明，在剪应力水平较高的情况下，砂土可能出现临界状态(Cai, 2004)[12]。笔者认为确定含水层砂土所受剪应力的大小并探索其来源是解释含水层砂土变形过大的关键。
1.2 研究目的
随着城市化建设的加速发展及城市工业用水需求的增加，许多城市的地下水开采已经从浅层含水层调整到深层含水层。并且由于城市地面空间越来越拥挤，越来越多的地下构筑物被埋设于更深的土层中，甚至打穿部分含水层，这些人为活动不同程度地改变了地下水渗流环境。研究表明，地下水渗流环境的改变会引起了含水层变形的问题，甚至引起不可恢复的地面沉降(Holzer and Johnson, 1985; 薛禹群等,2006; Xu et al., 2008)[6][13][14]。近年来含水层变形还常常伴随着许多传统模型不能解释的新特征：(1)变形滞后，即含水层变形较水位变化滞后一定时间；(2)含水层的过大压缩变形及变形加速；(3)含水层变形引发的地裂缝问题。因此，探索含水层变形的机理极其重要。含水层变形控制不仅仅是降低地质灾害问题，还是一个区域性的环境保护问题，也是一个水资源保护及有效利用的重大课题。
长江三角洲地区是我国典型的地面沉降区域，地下水开采一直是该地区工业发展的必要条件。以上海市为例，自 1860 年开凿第一口深井，至今已有一百多年开采地下水的历史(Xu et al., 2008)[14]。1966 年之前上海市的地下水开采主要集中在中心城区，1949 年全市年均地下水开采量约为 8.75×108m3，至 1963 年达到开采量最高峰2.02×109m3。此后采取了一系列控制措施，中心城区的地下水开采量于 1966 年开始回落，1968 年全市开采量达到低谷 5.42×107m3。20 世纪 70 年代地下水年均开采量控制在 7.5~9.5×107m3左右。但是由于周边地区对地下水的需求量增加，尽管中心城区地下水开采量大幅度减小，全市的开采量仍保持增长趋势。进入 20 世纪 80 年代后，全市年均开采量为 1.2×109m3(蔡文富和孙永福, 1999)[15]。同样在苏锡常地区的地下水开采量也逐年增加，该地区最早在 20 世纪 30 年代开始开采地下水，至 20 世纪90 年代之后，该地区的年地下水开采量已达到 4×109m3，仅常州市的年地下水开采量也已达到 2.5×105m3(缪晓图, 2004)[16]。
第 2 章 文献综述
2.1 引言
世界上的大都市多数都集中于河口海岸地带，据推测到 2025 年，全世界人口的约 70%将居住于沿海岸 200km 的范围内(Menon, 1994; 刘健利, 2010)[28][29]。沿岸地带及近海大陆架由于海洋环境及河口三角洲的交互作用，形成了透水性良好的砂性沉积层与难透水的泥质沉积层交互堆积的多层地质构造。砂性沉积层一般含有优质地下水、天然气、石油等流体资源。在长期的地质作用下地下流体资源处于稳定的流动状态。随着沿海城市的发展，建造地下构筑物及开采地下水资源会改变地下水渗流环境，一旦地下水渗流环境改变导致地下水水位持续下降便会引起土体的固结，这种固结变形传播到地表形成地面沉降。上海、天津、东京、墨西哥城等大城市进行了大量的地下水开采活动，由此引起了大规模的地面沉降。根据传统土力学原理，水位降低引起弱透水层中有效应力增加而导致的压缩变形是地面沉降的主要原因，在许多研究中也假设在同样的应力水平下砂性土的压缩性与黏土的压缩性相比要小许多(Gambolati and Freeze, 1973; Bear and Corapcioglu, 1981; Shen et al., 2006)[30]~[32]。但近年来，在上海市以及苏锡常地区的观测数据表明含水层的变形在总沉降量中占有较大比例。例如 20 世纪 80 年代以后，上海市承压含水层变形超过地面总沉降量的50%，到 2000 年时，仅上海第 IV 承压含水层的年变形量已接近年地面沉降量的 50%。同样的现象也出现在日本的九十九里平原，这说明了含水层变形的问题不可忽略(Liet al., 2005; Ye et al., 2005)[8][9]。本章分别从现象、机理及模型三个层次对含水层变形问题进行综述。技术路线如图 2-1 所示，本章首先分析了目前地下水渗流环境改变所引起含水层变形的新特征，之后归纳了变形机理的相关研究，最后对土体变形预测模型进行了总结。
第3章 基于 Cosserat 连续体理论......... 62-82
3.1 引言 .........62-63
3.2 Cosserat 连续体理论 .........63-65
3.2.1 基本概念及控制方程......... 63-65
3.2.2 与传统 Cauchy 连续体理论的异同......... 65
3.3 基于 Cosserat 连续体理论的 Budhu 模型 .........65-70
3.4 基于 Cosserat 连续体理论......... 70-77
3.5 Budhu 模型及拓展模型中剪应力累积......... 77-81
3.6 小结 .........81-82
第4章 渗流环境变化的室内试验研究......... 82-124
4.1 引言 .........82-83
4.2 试验装置及设备 .........83-91
4.3 试验方案及步骤 .........91-98
4.3.1 隔断式挡墙试验方案.........92-94
4.3.2 挡桩试验方案......... 94-98
4.4 试验结果......... 98-106
4.4.1 挡墙试验结果......... 98-101
4.4.2 挡桩试验结果......... 101-106
4.5 分析讨论.........106-122
4.6 小结 .........122-124
第5章 上海市第 IV 承压含水层变形分析 .........124-156
5.1 引言......... 124-125
5.2 上海市第 IV 承压含水层变形......... 125-142
5.3 计算方法......... 142-149
5.4 结果分析......... 149-153
5.5 含水层中水位季节性波动动荷载......... 153-155
5.6 小结......... 155-156
结论
含水层变形问题已经在许多国家及城市中被发现，其中引起含水层变形的重要原因是地下水渗流环境的改变，通过对含水层变形的现象，变形产生的机理以及变形预测模型的综述，得出结论如下：
(1)地下水渗流环境改变引起的含水层变形伴随变形滞后、过大压缩变形及变形加速、和地裂缝等新特征；
(2)含水层变形与含水层土体自身的变形性状及受力过程有关。含水层中由于水位不均匀下降引起土层中剪应力的累积是引起含水层变形的重要原因；
(3)综述了四大类含水层变形预测模型：数理统计与经验模型、渗流压缩模型、基于 Cauchy 连续体理论的模型、以及考虑复杂受力的基于 Cosserat 连续体理论模型。Cauchy 连续体理论由于单元尺寸的限制无法考虑土体单元中剪应力累积的问题。Cosserat 连续体理论由于考虑了介质尺度的影响，因而能够分析由水位变化产生的剪应力所引起的含水层变形。
参考文献
[1] Freeze, R.A. Social decision making and land subsidence. In: Cabognin, L., Gambolati, G.,Johnson, A.I. (eds) Proceedings of the Sixth International Symposium on Land Susbisdnece,Ravenna, Italy, 2000, 53-68.
[2] Whittaker, B.N. and Reddish, D.J. Subsidence occurrence, prediction and control. ElsevierScience Publisher, New York, 1989.
[3] Kagawa, A., Furuno, K., Kusuda, T., Satoh, K., Sakai, Y., Kamura, K., Kazaoka, O., andMorisaki, M. Land subsidence in artificial islands due to liquefaction caused by the Kobeearthquake in 1995, Japan. In: Cabognin, L., Gambolati, G., and Johnson, A.I. (eds) Proceedingsof the Sixth International Symposium on Land Subsidence, Ravenna, Italy, 2000, 45-51.
[4] 张阿根, 魏子新. 中国地面沉降. 上海: 上海科学技术出版社, 2005.
[5] Galloway, D., Jones, D.R., and Ingebritsen, S.E. Land subsidence in the United States. U.S.Geological Sruvey Circular 1182, 1999.
[6] Holzer, T.L. and Johnson, A.I. Land subsidence caused by ground water withdrawal in urbanareas. Geojournal, 1985, 11(3): 245-255.
[7] 许烨霜. 考虑地下构筑物对地下水渗流阻挡效应的地面沉降性状研究[博士学位论文]. 上海: 上海交通大学, 2010.
[8] Li, Y., Rao, X., and Li, Y. Study on land subsidence induced by pumping groundwater withthree-dimensional finite element of water and soil coupling. Land Subsidence, Proceedings ofthe 7th International Symposium on Land Subsidence, 2005, Shanghai, 715-726.
[9] Ye, S.J., Xue, Y.Q., and Wu, J. Study on the groundwater flow model for land subsidencemodeling in Shanghai. Land Subsidence, Proceedings of the 7th International Symposium onLand Subsidence, Shanghai, 2005, 628-634.
[10] Wang, F., Miao, L.C., and Lv, W.H. Study on the new deformation characteristics of the pumpedaquifers in Su-Xi-Chang area, China. In: He, Q., and Shen, S.L. (eds) GeoenvironmentalEngineering and Geotechnics (GSP 204), ASCE Press, Reston, Virginia, 2010, 57-62.
生物工程硕士论文篇五
1引言
环境是人类赖以生存的条件之一，环境的好坏直接影响到到人类的健康生活和幸福指数。当我们越来越多的听到温室效应、全球变暖、城市消亡等词语时，不难发现，环境污染问题已经遍布全球，并迅速蔓延。近年来，国内外环境污染突发事件频频发生，2010年4月20日的墨西哥漏油事件，超过160公里的海岸受到泄漏原油的污染，导致墨西哥湾沿岸1000英里长的湿地和海滩被毁（郝友亮，2011) ； 2007年5月29日中国江苏无锡，太湖蓝藻因全球变暖集中爆发使水体发臭，引发无锡市饮用水危机（唐承佳，2010) ； 2005年11月13日，中国吉林、黑龙江，中石油吉化双苯厂爆炸导致稍基苯泄漏（宋伟丰，2007)，导致松花江发生重大水污染，共停水4天，震惊中外（孟玉婷，2010)。诸如此类的环境污染事件屡见不鲜。 -环境污染突发事件，不仅对社会公众的生命、财产、健康等构成威胁，同时还会对生态、环境等造成不可弥补的损失，甚至可能对政府的公信力造成威胁（赂素娜，2011)。为了有效应对环境污染突发事件，降低其造成的负面影响，需要做好应急工作。建立健全应急决策管理体系和环保应急决策支持系统，可以辅助环境污染突发事件的预警和救援指挥决策，防止环境污染的进一步扩大化，将污染程度控制在最小范围，能有效应对突发环境事件（曾雨，2008)。
1.1研究背景及问题提出分析
我国国情可以看出，环境环境污染突发事件的高频度发生有以下几个原因(刘申，姚秀荣，刘凤枝等，2008)。首先，由于我国生产力发展水平不均衡，我国的生产型企业中有一些技术先进管理体系完善的现代化企业，同时也有很多技术落后管理不科学的手工作业的小企业，这些中?小企业缺乏严格的规章制度和管理体系，企业不规范现象十分普遍，这就为事故发生埋下了隐患；其次，我国工业的安全生产基础比较薄弱，科技在安全生产领域发挥力度不够，工业企业的布局很不合理，很多潜在危机的工厂建在了环境敏感区，对事故造成了隐患；最后也是最重要的一点，国家和地方政府均没有建立健全突发性环境事故应急机制和应急决策系统支撑（杨姝玲，2010)，由于缺乏科学的防范、应急措施以及应急决策支持系统，导致发生事故后，往往手忙脚乱，不知所措，不能及时最大限度地降低损失。从国家层面缩小到市级层面来看，北京市在环境突发事件工作方面做了大量工作，但是发展不平衡，呈现局部强、整体弱，各部门各行业工作做得较多，但分散、不集中，整体性、系统性、综合性差，不具备有效的综合应急决策能力和管理，缺乏全市性的环境突发事件应急救援行动方案（舒晶，2007)。其中，房山区是北京市的废水、废气排放大区，区内环境风险单位众多，极易发生重大环境污染、突发环境事件，目前房山区没有建立环保应急决策管理体系更没有建立环保应急决策支持系统，应对突发环保事故的能力也比较薄弱，仍然采用传统的模式工作，效率低下且不能快速、准确制定应急方案。针对以上问题，急需建立完善环境污染突发事件应急决策支持系统。.本文针以上问题，将展开对环境突发事件应急决策支持系统研究。主要包括应急决策支持技术的国内外发展现状研究、环境突发应急决策管理体系研究以及环境突发事件应急决策支持方法的研究，最终建立北京市房山区环境污染突发事件应急决策支持系统。
1.2国内外研究现状
1.2.1决策支持系统理论研究现状
计算机技术是当代社会发展最迅猛的科学技术之一，它的使用己经深入到人类生活的各项领域，不但提高了社会生产力的而且引起人类生活方式的全面改变和变革。计算机技术具有强大的综合性，通过和其他学科交叉，生成新的学科，并推动新学科的快速发展。数据分析管理系统利用计算机技术实现对数据的录入、存储管理及报表输出等功能，系统的功能简单单一，只能进行最基础的数据分析管理。随着人们对信息获取、管理及数据分析的深入需求，信息管理系统应用而生，信息管理系统也就是我们熟悉的 MIS (Management Information System)系统(Rowshon, Amin， Lee & Shariff，2009)，它的出现极大的改变了人们的办公方式，通过系统完整业务流程设计，零碎的、孤立的信息变成了有组织、有结构的信息，系统实现数据综合查询、统计分析、数据整合、信息共享及部门协调等功能，大大提高了信息利用的效能。但是，随着信息技术的不断发展，MIS的不足也凸显出来，MIS系统只能进行简单的查询和统计，并没有完全意义上的实现信息内在的规律更深刻的挖掘以及为决策者提供支持依据的能力（孙大宇，2003)，对管理人员的决策帮助十分有限。在这种强大的需求驱动下，决策支持系统（Deeision Support System，DSS)应用而生（严金贵，2006)。
3 EPEDSS底层数据获取与管理关键技术研究 42-60
3.1 应急条件下数据获取技术 42-45
3.2 数据仓库管理技术 45-55
3.3 多源数据清洗技术 55-59
3.4 本章小结 59-60
4 环境污染突发事件应急决策支持方法研究 60-96
4.1 主要研究内容 60-61
4.2 应急判定辅助决策方法的研究 61-62
4.2.1 判定要素 61-62
4.2.2 计算出击指数 62
4.3 应急方案推理搜索方法的研究 62-76
4.4 应急方案生成模型及算法的研究 76-90
4.5 应急方案选优 90-94
4.5.1 多目标决策的基本概念 90
4.5.2 应急方案选优方法 90
4.5.3 基于AHP的应急方案选优 90-94
4.5.3.1 AHP的基本原理 90-92
4.5.3.2 AHP的计算步骤 92-94
4.6 敏感性分析 94-95
4.7 本章小结 95-96
5 基于GIS的房山区EPEDSS设计与实现 96-134
5.1 研究区概况 96-97
5.2 风险源分析 97-98
5.3 需求分析 98-99
5.4 房山区EPEDSS总体设计 99-106
5.5 应急救援决策子系统设计 106-124
结论
近年来，国内外环境污染突发事件频频发生，给社会、公众及生态环境带来严重的危害。北京市房山区是北京市的废水、废气排放大区，但目前却没有建立环境污染突发事件应急决策管理体系，更没有建立环保应急决策支持系统，存在很多事故隐患。本论文在查阅、收集国内外相关文献以及实地调研基础上，以房山区为基础资料，展幵对环境污染突发事件应急管理体系及环境突发事件应急决策支持系统研究。探讨了环境污染突发事件应急管理与决策体系；研究了应急数据的获取与组织管理关键技术；分析了环境污染突发事件应急决策方法的建立；开发和设计了房山区环境污染突, 发事件应急救援决策支持系统软件，并论述了系统的实现方法和结果。通过理论和实践研究，论文取得如下主要结论和成果：
1、分析现有应急管理体系，发现传统的应急管理体系没有输入和输出反馈控制，通常只有在事故的情况下，形成从预防、预警、响应到恢复完成的闭合圈，缺少对常态事故应急的管理。本文针对以上不足，应用系统论、控制论分析应急管理系统，引入环境管理体系（EMS)和质量、健康、安全管理体系（QHSMS)思想，应用安全反馈控制理论的运行原理和PDCA循环理论，构建环境污染突发事件应急管理体系，所提出的应急管理体系具有常态应急循环和战时应急循环，两种状态通过公共环节进行親合，通过常态应急管理的运行与修正，不断提高战时应急救援决策系统的能力。结合房山区环保局实际应急管理流程，构建了新的应急管理体系，包括管理方针与目标、应急计划与准备、事故预防与预警、应急响应与行动、应急管理评审五个部分。研究了应急决策体系及应急决策支持系统的基本组成，搭建基于四库的环境污染突发事件应急决策支持系统基才：框架。结果表明，新的应急管理体系能很好的支撑房山区环保局常态和战时应急管理，通过常态管理的持续改进，提高了应急救援决策能力。
2、分析环境污染数据的来源及种类，按照获取方式的不同将数据划分为空间数据、物联监测数据、移动视频数据和共享业务数据，提出泛在网概念，并研究该技术在环境数据获取中的技术实现。比较分析数据库技术和数据仓库技术在决策系统中的优劣，论文提出釆用空间数据仓库组织管理环境底层数据，通过数据的ETL清洗技术，多维数据模型结构及在线分析处理（OLAP)技术等研究，建立了环境污染突发事件应急决策支持系统的底层数据仓库。结果表明，使用空间数据仓库技术，不仅能支持图形等复杂数据类型的处理，同时也支撑GIS强大的空间分析能力。在平时状态下，通过数据仓库时间、空间维的OLAP分析，可以发现事故在长期积累过程中表现出的内在关联和规律，做到对事故的预防和预警；在战时状态下，通过对事故地点的目标定位，从空间维、时间维和属性维进行事故的动态分析，预测事故发生的扩散趋势和影响范围，提供空间决策因子，用于模型计算与方案生成，提高了事故应急救援能力。
3、在系统顶层决策支持方法的研究中，论文借鉴战场作战理念，引用作战中常…用的力量博弃、对策模拟思想以及著名的Lanchester模型，将作战中的战术、阵型、作战策略、行军路线、战场损伤等概念引入环境应急决策支持方法研究中。通过对决策支持方法的分析与研究，论文设计了一套完整的环境污染突发事件应急决策支持算法体系，主要包括基于线性加权的出击指数计算方法，基于模糊规则的应急指挥方案搜索算法，面向智能决策的应急指挥方案生成模型及基于AHP多目标决策的应急指挥方案选优方法。结果表明，建立战场作战和环境应急之间的关联关系，不仅能入作战理念，拓宽环境应急决策的研究思路；而且通过战场经典算法模型的引入，提高了环境应急决策支持系统核心算法的研究水平。
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生物工程硕士论文篇六
第一章前言
1蝗虫简介
蝗虫是直翅目蝗亚目昆虫的总称，是直翅目中较大的一个类群（庞凌云等，2004)。现在世界己查明的峰虫种类多达10000多种（张传溪等，1990)，主要集中在中、低玮度地区。其中沙漠蜂虫分布范围达2.9X107km2,相当于全球陆地总面积的1/5，涉及约55个国家，尤其以非洲地区最多；草地螺虫的分布则几乎遍及世界各地的草原地区，主要包括西伯利亚草原地区、北美洲西部大草原地区、中国西北部草原地区（王杰臣等，2001)。霍山跑輕(57?0/70^//57^0[ houshana Huang)隶属于昆虫纲(Insecta)直翅目(Orthoptera)蝗总科(Acridoidea)斑腿蝗科(Catantopidae)秀蝗亚科(Podisminae)跑纟皇属Chang)。主要分布在我国安徽（霍山、大别山、黄山）、河南（信阳鸡公山）、陕西(安康、平利、镇坪）、湖北（神农架）（李鸿昌等，2006)。霍山蹦蜂体长雄性19?21rmn，雌性28~29mni;前翅长雄性4~4.5mm，雌性5mm。体黄褐、褐色。复眼后方具黑色纵条纹，此纹延伸至腹部1~6节。前胸背板中隆线处黑色，前翅臀脉域前为黑色，后足股节内、外侧红褐色，膝侧片黑色。后足腔节蓝绿色。头短，触角丝状超过前胸背板的后缘较长。前胸背板前缘略弧形，后缘具明显的凹口或不具四口。前翅略不到达腹第一节背板的后缘或到达腹部第2节中部。后足腔节无外端剌。雄性腹部末节背板的后缘具尾片（郑哲民，1998)。
1.1蝗虫的危害
蝗虫是农作物最大的害虫之一。古埃及《圣经》中的“出埃及记”（公元前1300年）即称沙漠蝗虫危害为“第八大瘟疫”。据Hemming C. F.报道，1958年索马里共和国境内一个大蝗群经飞机测定其面积约达1000 km2，它们一天的取食量相当于40万人一年的口粮（肖红，2006)。而在我国，有关飞蝗成灾的记录触目惊心。据不完全统计，自公元前707年至1949年的2600多年问，我国发生大小螺灾940多次，唐、宋时期平均2?3年发生一次，明、清和民国时期几乎连年发生。1929年，全国11个省的168个县遭受煌灾，损失上亿元。当时江苏下蜀镇的蝗群将铁轨覆盖，致使火车无法通行。旧中国每次蝗灾的暴发，常造成飞蝗蔽天、赤地千里、未草皆光、饥荒四起，甚至有“幵封大蝗，秋禾尽伤。人相食”的悲惨记载，给人民群众带来了深重的灾难（夏凯龄，1994)。
1.2蝗虫的食用价值
自古以来，世界各地都有食煌虫的习俗。早在公元前8世纪，阿西利亚人就将虫皇虫作为佳肴用于王室宴会，公元前5世纪，利比亚的惹沙末尼斯人也有食蝗虫的历史记载。在亚洲，日本人较喜欢食用蝗虫，每年从我国进口的速冻中华稻蝶达数百吨，用以制作各种高级食品。泰国人们视蝗虫为飞奸，“油炸飞奸”不仅是泰国人最喜爱的蝗虫佳品，而且己成为泰国的大众化保健品。美国人食用蝗虫的方法更趋于现代化，他们做出了 “油炸蚂妳”、“蝗虫蜜饯”等繁多的花样。墨西哥素有“昆虫之乡”的美称，在该国可供食用的蝶虫达20余种。法国人将蝗虫等脱去几丁质后生产高蛋白食品，并成立了罐制昆虫加工公司（庞凌云等，2004;孟涛等，2002；魏美才等，2001)。在我国古代汉文帝时，宫中喜食蜜渍蝗虫；《农政全书》也有食用螺虫的历史记载；宋代食煌者居多；清朝也有食蜂虫的资料记载，范围遍及广东、山东、河南、河北等省。近年来，在北京、天津、山东、广西、贵州等地都流行食用蝗虫，且用食方法更巧：或是加盐煮熟后晒干，与大米混合制成粥、饼；或是油炸，佐以新米稀饭；或是煮熟后下辣椒；或是油炸后加面醫；或是先腌后烩；或是烧烤着吃；还有人干脆将其培干研碎，代替味精。随着人们对蝗虫营养价值的认识，煌虫成为近年来各地举办昆虫宴必不可少的一道菜（庞凌云，2004)。现代研究表明￠1虫中具有很高的食用价值，如Wang D等人（2007)研究中华^^{Acrida 发现其体内含有粗蛋白654g/kg，脂类83g/kg,几丁质87.3g/kg(占干物质）。林育真（2000)等人研究中华蚱猛则发现其主要组成成分为水分与粗蛋白分别占61.3%与26.4%，此外，粗脂肪占2.89%，总糖占1.68%，粗灰分占1.49%等。张干伟（2011)等人研究东亚飞蝗migratoria),发现体内水分含量为7.51%，蛋白质含量为58.81%，脂肪含量为13.14%,黄酮含量为0.22%。刘志皋（1991)对各龄期中华稻蝗(Chqyfl chinensis Thunberg)的一般营养成分以及氨基酸、脂肪酸、矿物质和微量元素、维生素进行了分析。结果表明，各龄期中华稻蝗的含水量为70.5%~75.1%,干物质中总糖含量为0.72%?1.43%，粗脂肪含量为7.16%~9.41%，蛋白质含量 63.10%~68.61%。
第二章霍山職缠中总黄酮的提取工艺研究
本试验以霍山職蜂为原料，通过单因素实验了解主要因素对有机溶剂提取工艺的影响，并采用正交设计方法对提取工艺进行优化，旨在探索霍山職幢中总黄酮的含量。在此基础上，改用对人体无毒害作用的乙醇作为提取溶剂，再运用超声波辅助提取，通过响应面分析法，得出主要影响因素之间的相互作用效应，从而确定霍山跑輕超声辅助提取的最优提取工艺参数；通过将霍山跑媳超声辅助提取方法与同等溶剂下的传统提取方法相比较，得出超声辅助提取方法具有高效性优点，为实现超声辅助提取霍山職幢中黄酮类化合物的工业化生产提供理论和试验依据。
第三章 霍山蹦蝗黄酮的纯化.......... 56-66
1 材料与方法..........56-60
1.1 实验材料与试剂.......... 56
1.1.1 材料试剂.......... 56
1.1.2 实验仪器.......... 56
1.2 实验方法 ..........56-60
1.2.1 树脂的预处理.......... 56-57
1.2.2 静态吸附 ..........57-58
1.2.3 动态吸附 ..........58-59
1.2.4 静态吸附与动态吸附结果.......... 59-60
2 结果与分析.......... 60-64
2.1 静态吸附.......... 60-62
2.1.1 大孔树脂的选择.......... 60-61
2.1.2 静态吸附单因素实.......... 61-62
2.2 动态吸附 ..........62-64
2.2.1 动态吸附解析单因素实验..........62-63
2.2.2 动态吸附解析动力学曲线.......... 63-64
2.3 静态吸附与动态吸附比较.......... 64
3 结果与讨论 ..........64-66
第四章 霍山蹦蝗总黄酮的分离鉴定.......... 66-74
1 实验材料与方法.......... 66-70
1.1 实验材料.......... 66-67
1.1.1 实验试剂 ..........66
1.1.2 实验仪器.......... 66-67
1.2 实验方法 ..........67-70
2 结果与分析.......... 70-73
2.1 层析分离结果.......... 70-71
2.2 高效液相色谱分离结果.......... 71-72
2.3 显色反应结果 ..........72-73
3 本章小结 ..........73-74
第五章 霍山蹦蝗中黄酮的生物活性研究 ..........74-85
1 材料与方法.......... 74-79
1.1 材料与仪器.......... 74-75
1.1.1 实验试剂..........74-75
1.1.2 实验仪器.......... 75
1.2 实验方法.......... 75-79
1.2.1 总黄酮的抑菌试验.......... 75-77
1.2.2 抗氧化实验 ..........77-79
2 结果与分析 ..........79-84
2.1 抑菌试验 ..........79-81
2.1.1 牛津杯法.......... 79-80
2.1.2 最小抑菌浓度.......... 80-81
2.2 抗氧化实验.......... 81-84
3 本章小结 ..........84-85
结论
1、运用比色法测得霍山跡幢中总黄酮的含量为22.70mg/g(占干重)，以总黄酮提取率为指标，运用响应面分析法得出超声波辅助提取较优工艺。
2、采用大孔树脂AB-8动态吸附对霍山職幢粗黄酮进行纯化，其纯度由7.42%提高到33.78%。
3、用纸层析、桂胶薄层层析、聚酰胺薄层层析、高效液相色谱分离霍山職幢总黄酮，其中高效液相的分离效果明显优于其他几种方法。结合高效液相紫外图谱和显色反应，可以得出霍山跑蜂中可能含有黄酮、二氧黄酮、异黄酮。
4、研究发现，浓度为0.33mg/mL的霍山職幢总黄酮对黑曲霉有很好的抑菌效果，其最小抑菌浓度为45ug/mL，小于对照组声丁；对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌有一定的抑菌效果；对枯草芽孢杆菌和产气梭状芽孢杆菌几乎没有抑菌效果；对白色念珠菌完全没有抑菌效果。
5、分别测定霍山職娘总黄酮以及阳性对照VC和BHT清除羟基自由基、DPPH自由基、超氧阴离子自由基能力和总还原能力，结果表明霍山跑幢总黄酮具有很好的抗氧化性，远强于阳性对照VC和BHT。
参考文献
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生物工程硕士论文篇七
第一章 绪论
1.1 引言
聚氨酯是一类由软硬段交替排列的多嵌段聚合物，分子结构设计的自由度大，通过选择特定的单体、调节软硬段的比例，可以设计合成出具有独特化学结构，具备适当力学性能，满足特定使用需要的材料。另外聚氨酯独特的微相分离结构，使得其表面形态与生物膜极为相似，具有合成高分子中罕见的生物相容特性。生物医用聚氨酯是功能高分子材料的一个重要组成部分，在医学上的应用主要集中在人工脏器、手术缝合线、人造皮肤及细胞培养支架等方面。目前，生物医用聚氨酯材料的原料主要为脂肪族或饱和的环族二异氰酸酯，如以四亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和小分子二醇或二胺为硬段；聚酯、聚碳酸酯、聚醚等为软段，合成低毒的生物医用聚氨酯。这些聚氨酯材料的降解产物，多是对人体低毒的小分子或人体新陈代谢产物。近年来，也出现了一些以赖氨酸基二异氰酸酯（LDI）为硬段制备聚氨酯的报道，LDI在体内代谢过程中会转变为赖氨酸，进一步降低了异氰酸酯代谢的毒性。
1.2 生物医用材料
生物医用材料的出现最早可以追溯到2000多年前，那时金作为一种稳定的金属材料已经被广泛应用于牙科治疗[1]。其他早期使用的生物材料还有木制牙齿、玻璃眼球等，这些在1960年以前出现的产品被归为第一代生物材料。它们的共同点是生物相容性差、移植成功率低[2]。现代生物材料起源于上世纪60年代，由于第二次世界大战造成的重大伤亡，生物医用材料的需求愈加迫切。随着战后经济的恢复发展以及科技的不断进步，陶瓷以其稳定性与合成高分子材料一起开始应用于外科治疗。其标志性事件是1961年Charnley等用高密度聚乙稀及PMMA用于髋关节修复，这一事件也为塑料工业与医用材料间架起桥梁。然而工业化的塑料产品本并非为医用材料设计，其生物相容性及潜在毒性依然不能满足临床要求[3]。进入20世纪80年代以后，生物材料和医疗器械进入飞速发展的时代，大量新材料新器械被不断开发出来并应用于临床。1985年，依靠人工肾维持生命和工作能力的人，在日本有4.5万，美国有5万。同年，世界各国植入人工心脏瓣膜的已超过百万人。1987年10月，国际标准化组织在法国讨论了生物材料的定义，认为“生物材料是以医用为目的，用于和活体组织接触、且具有功能的无生命材料”。然而随着生物材料学科和相关基础学科的不断发展，生物材料的范畴在不断扩大，应用范围也将愈趋广泛[4~20]。
1.2.1 生物医用金属材料
生物医用金属材料主要有不锈钢、钴合金、钛合金及其他金属材料等，金属材料强度高、韧性好，是目前临床应用最为广泛的植入材料。主要用于人工关节、螺钉、人工牙根、牙冠、血管支架等的修复和替代[21~26]。
1.2.1.1 不锈钢医用材料
不锈钢主要由铁、铬、镍组成，近年来钼的加入和碳、磷、硫含量的降低进一步提高了不锈钢的耐腐蚀性，而以锰、银等其他金属代替镍，一方面消除了镍带来的毒性，同时提高了不锈钢中的氮含量，进一步提高了材料的力学性能[27,28]。如今广泛应用的植入不锈钢材料主要用作接骨板、螺钉等短期材料，然而其体内耐腐蚀能力仍不能满足长期使用的需要，另外其磁性对病人核磁共振检查的成像产生干扰也是不可忽视的问题。此外，不锈钢材料也被用作血管支架等植入材料，具有强度高、易加工、安全可靠、易植入、防污等优势[29~33]。
1.2.2 生物医用陶瓷材料
生物医用陶瓷主要成分是氧化铝、生物碳、生物玻璃、羟基磷灰石、磷酸钙等。根据使用情况，生物医用陶瓷可分为植入陶瓷和体外使用的生物工艺学陶瓷。前者植入体内以修复和改善生物体的机能，是直接与生物体接触的陶瓷材料。后者用于固定酶、分离细菌和病毒以及作为生物化学反应的催化剂，是不直接与生物体接触的陶瓷材料[45]。传统的植入型陶瓷脆性大、韧性低，限制了与可塑性很强的金属和高分子材料的竞争，但是人骨中43%的物质为羟基磷灰石，因此利用陶瓷修复人骨损伤甚至代替人骨植入体, 具有更好的互溶性。传统的陶瓷材料主要被用作生物惰性材料，利用的是其硬度高、耐腐蚀、无毒、生物相容性好的优点。随着研究的不断断深入，在生理环境中可通过表面发生生物化学或生物物理反应与生物体组织进行相互作用的生物活性陶瓷、可被逐步降解和吸收并随之为新生组织替代进而实现修复或替代组织目地的可降解陶瓷应用愈趋广泛，前者如多孔型羟基磷灰石及其改性材料，后者如多孔磷酸钙及其改性材料。当前的研究主要集中在具有特异性功能、良好的力学性能且促进组织生长的功能材料，以及具有生物体组织结构的复合材料[46-49]。
第二章 还原敏感的可快速降解仿生聚氨酯的合成与性能研究摘要
本章合成了含二硫键的氨基酸衍生物—胱氨酸二甲酯，以其为扩链剂，PEG、PCL 分别为软段制备了两个系列的还原敏感的可快速降解的聚氨酯。在模拟生理条件下的体外降解实验中，我们分别以谷胱甘肽和二硫苏糖醇为降解剂，实验通过氢核磁、凝胶渗透色谱、扫描电子显微镜进行跟踪。测试结果表明，聚氨酯主链中的二硫键被降解剂有效的打开了，二硫键的降解速率和降解程度受聚氨酯结构、降解剂种类影响。人脐静脉内皮细胞存活率实验结果表明，该聚氨酯短期细胞相容性较好。
2.1 引言
近年来，随着组织工程、药物控释等领域的快速发展，可体内快速降解的聚合物材料引起了人们越来越多的关注[1~12]。我们知道，还原降解可以实现在温和条件下的快速响应，最近两年中，还原敏感的可快速降解聚合物被相继报道。这类聚合物的共同点是将二硫键引入到聚合物的主链、侧链中，或以含二硫键的单体作为固化剂交联线形分子[13~21]。二硫键在体内循环过程中具有足够的稳定性，然而在还原氛围下，二硫键会高效的断开为两个巯基，降解时间从几分钟到几天不等。Park等合成了一种主链含二硫键的PEO，并把其用于药物缓释[22]；Lin林等报道了一系列可快速降解的聚酰胺-胺用于基因负载[23]；Wang等通过二硫键交联的方法制备了一种新型的可注射透明质酸水凝胶，并将其用于蛋白质负载及细胞包覆[24]；展示了独特的pH响应性能[25]；Gillies等合成了一种通过氨基甲酸盐及巯基氨基甲酸盐连接的新型聚合物，通过二硫键的还原断裂实现可控降解[26]。作为一类重要的可降解聚合物，聚氨酯的降解时间从几周、几个月到几年不等，因此生物医用聚氨酯的研究更多的集中在中长期植入材料方面[27~42]。同时聚氨酯的体内降解大多发生在软段，通过氧化或水解作用打开酯键或醚键，降解发生的位置和程度受随机性因素影响较大，可控性不强[43~51]。因为上述原因，聚氨酯在短期体内材料领域的应用受到了一定限制。
第三章 胃蛋白酶响应的多肽仿生聚氨酯............ 63-86
3.1 引言 ..........63-64
3.2 实验 ..........64-67
3.3 结构表征与性能测.......... 67-68
3.4 结果与讨论..........82-83
参考文献.......... 83-86
第四章 胰蛋白酶响应的聚氨酯的合成.......... 86-106
4.1 引言.......... 86-87
4.2 实验.......... 87-90
4.2.1 试剂..........87-88
4.2.2 赖氨酸 NCA 的合.......... 88
4.2.3 聚赖氨酸齐聚物的合成.......... 88
4.2.4 含聚赖氨酸的聚氨酯的合成..........88-90
4.2.5 聚氨酯的胰蛋白酶降解..........90
4.2.6 细胞存活率检测 ..........90
4.3 结构表征与性能测试..........90-91
4.4 结果与讨论.......... 91-102
4.5 本章小结 ..........102-103
参考文献.......... 103-106
第五章 胰蛋白酶响应的聚氨酯/氧化石墨烯复..........106-125
5.1 引言.......... 106-108
5.2 实验 ..........108-111
5.3 结构表征与性能测试.......... 111
5.4 结果与讨论.......... 111-122
5.5 本章小结.......... 122-123
参考文献.......... 123-125
结论
设计并合成了一系列还原敏感的可快速降解的聚氨酯，红外与核磁结果证明，我们成功的将含有二硫键的胱氨酸二甲酯引入聚氨酯主链，为还原降解提供了活性位点。在模拟生理条件的环境中，我们分别测试了样品在谷胱甘肽及二硫苏糖醇作用下的降解行为，GPC结果表明，经过 8 天的培养，样品的数均分子量发生了明显的下降。在谷胱甘肽的作用下，PCL 系列样品分子量减小约 30%；PEG 系列则损失约 50%。由于二硫苏糖醇还原能力更强，经二硫苏糖醇降解的所有样品分子量减小约 70%。SEM 结果表明随着降解时间的延长，样品表面不断被蛀蚀。核磁结果同样证明了随着降解时间的延长，二硫键不断被打开，而聚氨酯主链中的其他结构基本保持稳定。细胞相容性实验结果表明，该聚氨酯具有良好的细胞相容性。
首先设计合成了一种新型酪氨酸-富马酸-酪氨酸伪三肽（TFT），以 TFT 为扩链剂制备了一系列胃蛋白酶敏感的多肽仿生的聚氨酯，红外与核磁结果证明，我们成功的合成了伪三肽 TFT，并将其引入了聚氨酯主链。制备的聚氨酯弹性体具有良好的力学性能，其中PEG600PU 样断裂强度为 11.8MPa、PCL1000PU 样为 19.1MPa。在含有胃蛋白酶的人工胃液中经过 32 天的培养，样品被有效的降解，降解速度和程度受聚氨酯结构和胃蛋白酶活度的影响。细胞相容性实验结果表明，该聚氨酯具有较好的细胞相容性。
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生物工程硕士论文篇八
第一章绪论
1.1引言
印染工业中使用的染料有许多不同的种类，根据其化学结构可分为偶氮染料、惠醌染料、芳甲院染料、砲基染料、亚硝基染料、稠环酮类染料、靛蓝染料和硫化染料等等。偶氮染料、蒽醌染料、芳甲焼染料是使用最广泛的三类染料。其中，偶氮染料又是用量最大的一类，约占全部染料的70% [6],包括活性染料、酸性染料、阳离子染料、分散染料等等。偶氮染料厌氧还原产物中含有大量的磺化芳香胺类化合物，这些芳香胺类化合物大多有毒，具有“三致”危害，其毒性甚至比其前体如偶氮染料毒性更大，所以偶氮染料的脱色和脱色产物的降解研究在国内外都备受关注。在厌氧条件下芳香胺类化合物难以进一步降解，好氧条件下也需要特殊的微生物才能降解，这成为制约偶氮染料废水彻底矿化的重要因素[8,9]物化法虽然对染料废水有较高的脱色率，但COD去除率较低，且处理费用较高，产生大量难处理的、可能引起二次污染的污泥等问题。生物技术由于在各个领域范围内都得到了广泛的运用，并且具有广阔的发展空间，在水处理领域更是如此。相比物化法来说，生物法对染料废水的处理成本更低廉，对环境产生的二次污染更小，具有较好的经济效益和环境效益。近年来，许多研究人员从受污染的污泥和土壤中蹄选和纯化出多种对染料具有高效脱色能力的菌种，并对其特性和各种脱色条件进行研究，为菌种的进一步利用奠定了理论基础。此外，通过各种固定化作用将菌株负载于各种载体上发挥强化脱色作用，并逐步研究其在实际工程中的应用。因此，研究利用高效菌种使染料脱色及使用活性污泥法和其他新技术来处理染料脱色产物具有广阔的应用前景。
1.2偶氛染料简介
偶氮染料（azodye)是一种常见的分子中含有偶氮双键（-N=N-)的染料，根据其所含偶氮键的数量可分为单偶氮染料、双偶氮染料和多偶氮染料。含偶氮染料废水具有染料废水的普遍特点，即COD高、色度高、生化性能差及处理难度大。偶氮染料占有机染料产品总量的80%左右，且色谱齐全品种较多，包括酸性、活性、中性染料、分散染料、阳离子和媒染等。大多数偶氮染料的合成方法为：芳香胺经重氮化后与芳香胺、酷类、具有活性的亚甲基化合物稱合而成。由于含偶氮染料废水具有成分复杂，化学性质稳定等特点，是公认的难治理的高浓度有机废水之一。偶氮染料是目前实际使用中数量比例最高的染料，其脱色和降解备受关注然而，由于染料芳环上取代基的种类、数量和位置的差异性，其生物降解性也不同。研究结果表明：⑴当染料芳环上取代基为轻基（-0H)、氨基（-NH2)和胺基（-N=)时可以促进染料脱色；（11)当取代基为磺酸基（-S03_)、确基（-N02)、甲氧基（-0CH3)、甲基（-CH3)和梭基（-COa)时会抑制染料的脱色；（III)当芳环上促进基团如-OH、-NH2的数目越多时，染料越容易脱色。而当芳环上抑制基团如-OCH3、-N02数目越多时，染料被抑制的作用就越强不易脱色。当芳环上同时具有促进基团和抑制基团的时候，染料的脱色效果要看促进基团和抑制基团的共同作用的结果，即芳环上-OH、-NH2、-N(CH3)2能否抵消-SOsNa、-C1、-NO2、-COONa的抑制作用；（IV)在染料基本结构相似的情况下，其分子量越大，染料越不易脱色。反之，染料分子量越小，染料越易脱色。然而，在染料结构差异较大的情况下，则难以单纯地从分子量大小的角度判断其生物脱色性能。
1.3偶氮染料废水生物处理研究进展
目前染料废水处理技术有物理、化学和生物法。物理方法主要包括吸附法、絮凝法[21]、过滤分离法[22]等；化学方法主要有光化学氧化法化学试剂氧化法、和电解法[24]等。物理和化学方法虽然对染料废水的脱色比较有效但运行成本通常较高，还会产生二次污染。与上述物理和化学法相比，生物法具有投资少、成本低、管理方便等优点而逐渐引起人们极大的兴趣，是一种经济而有效的处理难降解有机污染物的方法。常规的生物处理方法有好氧处理、厌氧处理及厌氧+好氧处理三种。其中又以好氧处理与厌氧-好氧处理应用较广。生物处理由于降解染料的复杂结构和毒性导致常规微生物新陈代谢受到较大抑制，好氧细菌对这些难降解有机物的降解作用非常有限，厌氧细菌虽然对某些有机物降解有效，但可能生成毒性更强更加难以进一步降解的苯胺类有机物，常规微生物用于染料废水的处理效果不理想。有研究报道多数染料在好氧条件下属于难以降解或降解性很差[25，26],所以人们尝试厌氧酸化+好氧处理染料废水。目前已有大量的关于可降解染料的微生物的报告[27，28]。研究者一般从染料废水处理设备中分离出能降解染料的菌株，经过扩大培养后加入活性污泥或其他生物处理系统中以提高处理效果。
第二章RB5脱色菌株的分离与生长特性研究
2.1 引言
染料由于其种类广泛、高耐烛性及色泽艳丽，广泛应用于纺织着色剂⑴。全球每年用于染色和印染中的合成染料约为7><105t，其中约5%?10%存在染料污水中[2]。目前偶氮染料的种类超过2000种[3]。大量的染料存在与水体中会造成水体颜色的变化影响审美质量、水体透明度及水中溶解氧的含量[4-6]。此外，由于染料具有高色泽、诱发性和致癌性等特点，所以染料废水必须经过脱色才能排放到环境中[7]。染料的去除方法有物理化学和生物法，如絮凝-沉淀法、吸附法、电化学氧化法、光催化氧化法及Fenton氧化法[8,。然而，这些方法的缺点是费用较高，且产生大量的污泥容易造成二次污染。对于水体污染修复的生物技术如，微生物蹄选、分离、诱变和基因工程越来越受到关注并达到了强化污染物去除的效果[12]。染料的生物去除大多数由厌氧细菌完成[I3]。真菌[i4],酵母菌[15]和藻类[16]也可以通过吸附来使染料脱色。与物理化学去除染料相比，由于生物法可以降解甚至矿化许多活性染料，具有费用低廉和环境友好性的优点[17]。此外，染料脱色的中间产物还可以被细菌分泌的氧化酶和氧化酶降解[18]。近年来，一些可以偶氮染料脱色的细菌，本研究从实验室处理染料废水的污泥中蹄选到一株能够对活性黑5 (RB5)很好地脱色的菌株，并对菌株的生理生化特性、最佳生长条件进行了研究，并初步鉴定该菌株为肠杆菌。对菌种基本生长特性的研究有助于菌种应用于染料脱色方面的研究。
第三章 肠杆菌GY-1对活性黑5脱色优化.......... 54-77
3.1 引言 ..........54-55
3.2 实验材料.......... 55
3.2.1 染料.......... 55
3.2.2 菌株.......... 55
3.3 实验方法.......... 55-58
3.4 测定方法 ..........58-59
3.5 结果与讨论.......... 59-72
3.6 本章小结 ..........72-74
参考文献 ..........74-77
第四章 肠杆菌GY-1对活性黑5降解动力学研究.......... 77-88
4.1 引言..........77
4.2 材料与方法.......... 77-81
4.2.1 染料.......... 77-79
4.2.2 染料溶液的配制.......... 79
4.2.3 RB5脱色动力学模型.......... 79-81
4.2.4 测定方法.......... 81
4.3 结果与讨论 ..........81-84
4.4 本章小结.......... 84-86
参考文献 ..........86-88
第五章 对氨基苯磺酸(SA)好氧降解性能研究.......... 88-106
5.1 引言.......... 88-89
5.2 材料与方法.......... 89-93
5.2.1 实验材料与仪器.......... 89-90
5.2.2 实验方法.......... 90-93
5.3 实验结果与讨论.......... 93-102
5.4 本章小结.......... 102-103
参考文献.......... 103-106
结论
偶氮染料是目前纺织工业中使用量最大，应用范围最广的一种染料，由于其结构复杂、化学性质稳定，使其在环境中很难自然脱色和降解。另一方面，偶氮染料脱色后产生芳香胺类化合物大多由于含有磺酸基使水溶性大，很难穿透微生物细胞膜且毒性比偶氮染料本身毒性大，大多具有“三致”危害。目前，对偶氮染料脱色及其脱色后产生的芳香胺类化合物的去除大多釆用生物法。生物法具有经济、操作方便等特点，因此具有广泛的应用前景。本研究选择RB5和SA作为典型的偶氮染料及芳香胺类化合物为研究对象，从处理印染废水污泥中分离出一株可以对RB5有效脱色的肠杆菌GY-1。开展了GY-1对RB5脱色性能的研究。此外，利用活性污泥研究了 SA的好氧降解性能，探索生物电化学法在SA处理中的应用。本研究为肠杆菌在偶氮染料废水处理中的应用提供了理论依据，并为传统活性污泥法处理偶氮染料脱色中间体提供了新的依据和实验基础以及电化学法在酸性废水处理中应用奠定了理论和实验基础。具体总结起来，本课题的研究工作主要得到以下结论：
1、从处理印染废水的污泥中分离得到一株可使双偶氮染料RB5很好脱色的菌株，初步鉴定该菌为肠杆菌并命名为GY-1;肠杆菌GY-1对RB5脱色反应必须在厌氧条件下进行。RB5脱色是由于菌株GY-1分泌的胞外诱导酶催化完成的。
2、菌株GY-1对RB5的脱色是通过微生物共代谢机理实现的，葡萄糖是本研究的最佳底物，其最适浓度为4g/L。牛肉膏和蛋白胨对RB5脱色具有促进作用而硝酸钠对RB5脱色具有明显的抑制作用。
3、不同金属化合物对RB5脱色的影响不同：MnS04和MnS04可以促进菌株GY-1对RB5的脱色作用，而其它金属化合物对RB5脱色的活性有不同程度的抑制作用。
4、通过菌株GY-1对RB5模拟废水的脱色研究，建立了染料浓度、温度和菌体浓度之间的关系，并计算出RB5脱色反应的活化能为8.5 kcalmol"1,,通过Michaelis-Menten方程和Eadie-Hofstee曲线得到米氏常数和最大反应速率。
5、之前未暴露于SA的活性污泥可通过好氧驯化来完全降解和矿化SA，且污泥对SA降解和氧气的消耗动力学关系可以同过Haldane基质模型来模拟。氧气的消耗量与对氨基苯磺酸降解量的关系可以通过实时测量污水中溶解氧浓度来反映。
6、驯化得到的活性污泥对SA和NH4+有良好的去除能力，然而在高浓度NH4+下，活性污泥中AOB对SA的降解具有促进作用。活性污泥中SA降解菌比AOB对氧气的亲和性高。
7、通过在微生物燃料电池阴极中加入降解对氨基苯磺酸的活性污泥生成生物阴极，利用微生物燃料电池阴极固有的特性来处理含酸性氨基苯磺酸的污水，结果表明生物阴极在酸性条件下对对氨基苯磺酸的降解具有促进作用。
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生物工程硕士论文篇九
第一章前言
1.1植物防御
在自然环境中，植物时刻需要面对各种外界环境压力，例如被昆虫咬伤或是被病原菌感染。植物不能像动物一样可以通过迁徙，奔逃等等方式来达到趋利避害的目的，也不能像动物拥有体细胞自适应免疫系统来帮助自身免疫。所以，为了应对这些外来的环境压力和病原菌感染，植物必须拥有一系列迅速而有效的防御机制来保护自己免于受到外界环境造成的伤害（Ross, 1961, Spoel and Dong,. 2008，Zhang and Zhou, 2010)。细胞壁是一道先天的保护屏障，除此之外，植物可以产生一些有毒的二级代谢产物，也可以通过响应胁迫并诱发一系列防御机制来库对外界的伤害（Dong and Kahmann, 2009, Durrant and Dong, 2004b, Zhang andZhou, 2010, Tsugane et al.，1999)。植物的诱导性防御不仅会在被病原菌感染部位迅速而猛烈的发生，同时距离被感染部位较远甚至很远的部分也可以通过某些机制而被诱导发生（Spoel and Dong，2012, Spod et al.，2007)。但是与此同时，病原菌也会躲避或者是抑制植物的防御反应。为了生存，植物和病原菌之间从古至今一直在进行着一场看不见的战争（Jones and Dangl, 2006)。植物可以通过启动不同的信号通路來合成一些最理想的物质对抗不同种类的威胁入侵。例如，对抗活体营养的病原菌（生活在活宿主细胞上）和腐殖营养病原菌（病原菌会杀死宿主细胞来为自己提供营养）就需要依靠完全不同的防御物质进行防御（Pieterse andVan Loon, 2004)。所以，诱导性防御被激活可能是因为某种特异性分子的入侵而产生（Antolin-Llovera et al., 2012, Heidel and Dong, 2006, Heidel et al.，2004)。更进一步来说，不同防御之间的互相联合被认为是最适的总体防御应答。水杨酸信号分子和茉莉酸信号分子在信号相互作用中扮演着举足轻重的角色（Flors et al.,2008, Beckers and Spoel, 2006)。两种信号的 crosstalk 已经被人们广泛认知（Thaleret al., 2012，Bari and Jones, 2009)。有趣的是，这两种信号分子在协同作用中可以增强植物抵御外界环境压力的能力，但是在对抗作用中却削弱了植物的抵御能力(Spoel and Dong, 2008, Smith et al., 2009)。
植物细胞拥有厚且联硬的细胞壁包裹并保护着细胞膜，所以对病原微生物而言，如果不能够突破植物所特有的这道天然坚实的屏障，那么要感染植物将无从入手。所以病原菌首先要突破植物的细胞壁。它们可以通过的气孔，植物表面伤口以及直接渗透三种方式进入叶片表面（Jones and Dangl, 2006)。为了克服植物的阻碍，许多病原菌都可以分泌一些有效的酶类物质来达到降解和破坏植物细胞壁的目的。这些酶类物质可以快速有效的分解植物细胞壁的多种成份结构，以此来破坏细胞壁的结构而达到彻底瓦解其功能的目的。做为响应，当植物细胞感受到病原菌存在时，会产生一些胼胝质和木质素，使植物细胞壁通过木质化和角化增加细胞壁的硬度和细胞群的机械力，从而防止机械损伤和病原菌浸染，达到加强细胞壁防御能力的H的（Glazebrook, 2005, Prusky and Lichter, 2007)。与此同时产生一些酶的抑制剂来保护细胞壁的组分不会被病原菌分泌的酶降解，从而阻断病原菌进入植物细胞的通路（Juge，2006)。虽然拥有着坚固的细胞壁，但是病原菌仍然有机会攻克这层防线的保护而直接进入植物叶片表面。在病原菌成功进入植物叶片表面后，就开始了植物与病原菌之间新一轮的对抗。这一级防御包括植物体对不同种病原微生物中一些共同组分的识别，迄今为止所发现的病原菌相关分子模式PAMPs (Pathogen-associatedmolecular patterns)有很多种类，如细菌病原菌丁香假单胞菌的鞭毛蛋白，脂多糖和 EF-TU (Cunha et al., 2012, Zhang et al., 2012, Zhang and Zhou, 2010)。这些都是微生物非常重要的分子物质，并且具有高度保守和缓慢进化的共同特点。在病原菌识别受体监测到这些组分的同时，植物在非常短的时间内就迅速启动了一系列 PAMP 触发的免疫系统机制，简称 PTI (PAMP-triggered immunity) (Zipfel,2009, Schwessinger and Zipfel, 2008, Segonzac and Zipfel, 2011)。包括启动病原菌免疫应答基因，HOS (活性氧）的产生以及细胞壁的加固等几个方面（Boiler andHe, 2009, Postel and Kemmerling, 2009)。这一些列的应答响应都是为了减缓病原菌在植物体内的生长速度，从而有效的防御和控制病原菌对植物造成伤害（Jonesand Dangl, 2006, Abramovitch et al., 2006, Dong, 2001)。
第二章MAT基因家族参与水杨酸信号通路的分子机制研究
2.1材料和方法
植物材料拟南芥(Arabidopsis thaliana)种子在土壤（Metro Mix 200;Grace-Sierra, Milpitas, CA)中培养。培养间植物生长温度为22°C,光照条件为：16小时光照/ 8小时黑暗。实验中所用到的野生型拟南芥植物（accession Columbia[Col-0])的突变体订购于 ABRC ( Arabidopsis Biological Resource Center )。X寸于在培养皿中培养的拟南芥，使用2%的PPM (Plant Cell Technology)对种子进行消毒并且放置于4°C冷室中春化3天。然后用于平板培养基培养。微生物材料中，细菌P5W ES4326培养在KING’sB培养基上，抗性为链霉素 100 mg/Lo 培养温度为 30。C (Dong et al., 1991)。细菌 Psm E'&A326/avrRpt2 抗性为链霉素和四环素，可将其培养在加入lOOmg/L链霉素和lOmg/L四环素的KING'sB培养基上。细菌重悬于10 mM的氯化续缓冲液中并调节到所需浓度。
2.1.2蹄选和鉴定BTH不敏感植物
将 300 xM 浓度的 BTH (Benzothiadiazole, Plant Actigard, Novartis )溶解于蒸馈水中，分别在植物生长的第8, 11, 15和18天时，使用喷雾器对植物进行均匀的处理（第0天为植物由4°C转移至光照培养间当天）。在第21天时挑选体型明显较大的植株作为候选突变体，对其进行进一步的验证分析。对候选突变体后代进行验证，在用BTH处理的同时，用蒸馈水处理植株做为阴性对照。植物生长到第21天时，分别挑取nprl植株，突变体植株和野生型植株各15株，平均分成3组进行植物的鲜重称量。植物鲜重的平均值和标准差均是由BTH的处理所产生。
第三章 拟南芥BIND1基因在植物防御.......... 43-61
3.1 材料与方法 .........43-45
3.1.1 植物基因组DNA提取和TAIL PCR......... 43
3.1.2 Gateway基因克隆方法 .........43-45
3.1.3 拟南芥植株的转化......... 45
3.2 实验结果......... 45-59
3.2.1 BTH不敏感突变体筛选......... 45-47
3.2.2 TAIL PCR鉴定T-DNA插入位点......... 47-48
3.2.3 从ABRC订购的bind1突变体没有显示......... 48-49
3.2.4 bind1突变体与WT相比生长较大 .........49-50
3.2.5 bind1突变体对水杨酸处理敏感 .........50-51
3.2.6 BIND1基因被BTH诱导表达且依赖于NPR1......... 51-52
3.2.7 PR1基因的诱导表达在bind1突变体......... 52-53
3.2.8 bind1突变体容易被细菌感染......... 53-54
3.2.9 化学和生物诱导bind1突变体SAR.........54-55
3.2.10 BIND1基因家族系统发生树 .........55-57
3.2.11 大肠杆菌pfkAB双突变体糖酵解缺失......... 57
3.2.12 BIND1的亚细胞定位 .........57-59
3.3 讨论 .........59-60
3.4 结论 .........60-61
结论
BTH不敏感蹄选的方法对EMS化学诱导植物突变体库的突变体进行了大规模的蹄选。尽管在这次蹄选中没有找到真正的BTH不敏感突变体，但却发现了一个生长不受到基础抑制的突变体。通过TAIL PCR手段对未知序列进行扩增，然后进行测序比对，结果显示该突变体是家族的成员。该基因的表达可以被BTH处理显著诱导，并且该基因的表达几乎完全依赖于NPRl。因此，该基因暂时被命名为5/M)7 (BTH-inducible, NPR1-dependent)。该突变体抗病基因的表达受到抑制，但是却没有表现出非常明显的容易被假弟胞菌所感染。考虑到基因功能性冗余的情况，通过与相似性最高的同源基因杂交，得到了一个PFKB-like家族的双突变体。可能该PFKB-like家族的双突变体会出现比bind单突变体更强的容易被病原菌Psm ES4326所感染的表型。BIND1-GV?的亚细胞定位显示出，BIND1是在细胞质中表达的蛋白而且可能可以进入细胞核。与大肠杆菌糖酵解缺失突变体PFKAB功能互补分析来检测BIND1在糖酵解过程中可能发挥的作用的实验目前正在进行中。所以本研究显示了一个代谢酶在植物防御系统水杨酸信号通路中重要的调控作用。
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生物工程硕士论文篇十
第1章绪论
1.1鹿萁历史简介
鹿奪为鹿科动物梅花鹿或马鹿的雄鹿未骨化密生驾毛的幼角。是整个软骨鹿角预韩化阶段(DeMartiniand Connolly, 1975; Li et al., 2007; Pita-Thomas et al.，2010a)。关于鹿莺药用历史可追溯到公元前206年至公元220的汉朝，证据是发现于我国湖南长沙马王堆公墓出土的帛书《五十二病史》中，就有三个处方叙述了用鹿茸、鹿角和鹿角胶治疗蛇咬伤和肿拖的方剂(Jones and Manton, 1979; Suttie and Fennessy, 1985)。虽然鹿茸最早应用记载主要源自古代中国和远东地区，但是世界上其它文化发源地区如北欧、北亚以及北美地区甚至古罗马地区也受益颇多，应用鹿莺进行多种疾病的对症治疗如：关节痛、肾、肝病、胃淸场、痛风、头痛、精神不振、发冷等。在我国传统医学中，鹿每和人参、灵之一起被列为中药之上品，在中医临床中占有重要地位(Kierdorf et al., 1995; Rolf and Enderle. 1999)。鹿驾药用记载最早始于《神农本草经》，鹿茸“味甘、性温、主漏下恶血、寒热惊痫、益气阳志、生齿不老”，著名药物学家李时珍在《本草纲@》中强调，鹿鸾具生精补髓，养血益阳，强筋健骨，治一切虚损，耳聲，目暗，肢晕，虚痢(Jones and Mantoru 1979)。现代医学研究发现鹿茸是所有哺乳动物中生长最迅速的可再生器官，是一个高浓度多种类天然的细胞生长因子库，具有生长时间短、可再生修复、多组织器官(血管、表皮、骨、神经、毛发)等特点(Allen etal.，2002; Barling etal.，2004)。由于具有强烈的生理活性作用，鹿驾中的多肽类细胞生长因子正在成为生物工程药物的新的开发目标。早期对鹿驾的研究主要集中在对鹿莺化学成分，氨基酸组成，以及无机类微量元素方面，随着鹿茸中更多的免疫活性物质的被发现，人们的焦点逐渐转移到对细胞生长因子，多肽类活性物质的研究方面(Garcia Pereira et al.,2006)。
1.2有关鹿驾的国内外研究现状
1.2.1化学成分研究进展
鹿茸中现已发现有40多种不同的成分，例如胶原蛋白、灰分、憐、妈、镁、蛋白质、脂类、氨基酸、脂肪酸、糖酸酸、糖蛋白以及粘多糖等等(Bariing andShirley, 1999)。鹿茸中含有许多种氨基酸成分，它是鹿鸾的重要药效成分之一，占鹿茸干重近50.13%,尤其包括人体内不能合成的一些必需氨基酸，如：赖氨酸、异亮氨酸、色氨酸、亮氨酸、苯两氨酸、苏氨酸、颂氨酸以及组氨酸、精氨酸、羟脯氨酸、酪氨酸、丙氨酸、蛋氨酸等约有19种以上。其中甘氨酸、谷氨酸、脯氨酸含量最高（Gossetal.，1992)。范等通过对梅花鹿的鹿鸾和鹿花鹿胎盘中的氨基酸进行研究，发现游离氨基酸非常丰富，如赖氨酸、脯氧酸和两氨酸含量最多(Jfonesand Manton, 1979)。楼等采用福林-酷试剂法对鹿茸中水溶性蛋白含量进行测定，为14.72%-15.71%。李等对我国5个品种（西丰、清原、双阳、长白山、乌兰坝）的鹿茸进行了系统研究，结果表明有5个品种的氨基酸的总合量在35.13%-50.15%之间，且氨基酸含量总量分布规律为：上部〉中部〉下部（Sleivertet al., 2003; Pita-Thomas et al., 2010b)。
梅花鹿鹿茸中含有丰富的磷脂和脂肪酸：磷脂主要有溶血磷脂酰胆碱、溶血磷脂酰乙醇胺、神经銷磷脂、憐脂酰肌醇、磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺甘油、双憐脂醜甘油、磷脂酰丝氨酸和憐脂酸，另外，还含有卵磷脂和脑磷脂。鹿莺中脂肪酸主要为豆蔻酸、硬脂酸油酸、亚油酸、棕榈二酸、亚麻酸、花生油酸、花生二稀酸和花生四烯酸。从鹿驾中发现的糖类念有已糖、戊糖、已糖胺、中性糖、氨基葡萄糖、固醇类中含有胆固醇、半乳糖胺、糖酸酸、雌二醇，以及激素样物质雌酮(Rayner and Ewen, 1981)。鹿驾中尚含30%以上无机物，26种微量元素，均含有与酶、辅酶、激素和维生素有密切关系的必需无机元素。其中铁、钴、猛、铜、银、氟、晒、梓、碘、锡、娃和铒等14种微量元素为人体所必需，铁、铜、猛含量较高。尤其是铁的含量达 10mg/100g(Bubenik et al.，1987)。
第2章天然梅花鹿莺多肽的提取分离及理化性质研究
近年来，我国对鹿莺多肽的研究己有一些报道，人们己开始重视对鹿茸中具有生物活性的蛋白质物质的研究，张志强等从鹿驾；中纯化了分子量为7.2kDa的多肽，霍玉书等采用无菌采茸冷冻干燥缓冲液提取分子蹄分离得到分子量在lOkDa以上的蛋白质多肽类物质，董万超等将梅花鹿二杜茸分别用40%乙醇回流提取法，丙酮分级沉淀法，离心分离后经Sephadex G-25-50柱层析纯化获得具有抗炎促生长作用的梅花鹿多肽组分I和II (Lu et al., 2005)。王本祥等釆用凝胶过滤层析、离子交换层析以及高效液相方法，从马鹿鲜茸中分离得到1个分子量为3216Da的多肽。周秋丽等研究从鹿茸中提取的分子量分别为3.6kDa、7.2kDa和lL4kDa的多肽；同时她们比较了梅花鹿茸多肽和马鹿莺多肽化学组成及生物活性的异同(Zhou et al.，2001)。本研究在以上多肽分离提取工艺研究的基础上进行了适当的技术改进从而提高组分II中多肽（3.2kDa左右的天然多肽nVAP)回收得率，为进一步的多肽生物活性研究打下基础。具体实验的开展内容及过程如下：
2.1实验材料
2.1.1主要材料与试剂
新鲜鲜梅花鹿莺二杠：由三山梅花鹿场提供，-8(rC保存；牛血清白蛋白（BSA)为Sigma 产品；Sephadex G-25、Sephadex G-50、葡聚糖凝胶、CM Sepharose Fast Flow 为Pharmacia 公司生产，乙腈（Acetonitrile)，（Fishe 色谱纯）；异丙—醇（Isopropyl Alcohol，TEDIA色谱纯），BCA法蛋白含量测定试剂盒购自北京鼎国生化试剂有限公司；丙稀酰胺（Acrylamide)、N, N 甲叉双丙炼醜胺(N，N’]V[ethylene-bis-acrylamide)、SDS、Triciiie、尿素（Urea)、TEMED、Tris-base、过硫酸铵(Ammonium persulfate)均为 Sigma 电泳纯；其它试剂均为国产分析纯。
第3章 梅花鹿茸多肽基因的构建、克隆.......... 60-73
3.1 实验材料......... 60-62
3.2 实验方法......... 62-66
3.3 实验结果......... 66-69
3.4 讨论.........69-72
3.4.1 表达载体的选择......... 69-70
3.4.2 表达效果分析......... 70-72
3.5 小结 .........72-73
第4章 重组梅花鹿茸多肽体内生物活性研......... 73-82
4.1 实验材料.........73-74
4.1.1 实验动物与细胞株.........73
4.1.2 主要试剂......... 73
4.1.3 主要仪器 .........73-74
4.2 实验方法 .........74-76
4.3 实验结果.........76-79
4.4 讨论 .........79-80
4.5 小结......... 80-82
第5章 重组梅花鹿茸多肽对小鼠体外免疫......... 82-93
5.1 实验材料......... 82-83
5.1.1 实验动物.........82
5.1.2 主要试剂......... 82
5.1.3 主要仪器......... 82-83
5.2 实验方法......... 83-85
5.3 实验结果......... 85-88
5.4 讨论 .........88-92
5.5 小结 .........92-93
结论
通过离体实验我们发现，重组鹿茸多肽有很好的促进脾细胞增殖的活性并且在同等剂量下和天然梅花鹿茸多肽相比无明显差异。证明了我们构建的梅花鹿茸多肽原核表达系统是成功的，可以高效表达具有很好生物活性的重组蛋白。由于对某种物质进行免疫细胞增殖刺激或抑制活性测定是研究免疫调节剂或药物的关键，所以在我们的实验中nVAP32与rVAP32在50- 100 rag/L时均能够显著提高脾细胞的增殖而且这一能力能显著地被LPS或ConA提高。而Con A 一般作用于T细胞，LPS作用于B细胞。我们知道T细介导细胞免疫应答B细胞介泞体液免疫应达过程，因此可以初步推定nVAP32与rVAP32均具有提高细胞免疫与体液免疫的能力.但具体以哪种免疫应答作为主导仍需进行细胞因子水平上的研究分析。NK细胞是机体天然免疫系统的一部分，主要起保护宿主不受肿瘤和病毒侵袭的作用。在一定刺激作用下NK活化后具有很强的非特异性免疫吞噬能力。我们研究表明nVAP32与rVAP32均能够显著地提高NK吞噬实验靶细胞YAC-1的能力。在细胞因子分泌水平检测试验结果中发现，在给药浓度为25-100呢/ml 时 nVAP32 和 rVAP32 均能刺激 IL-2，IL-12,IFN_y 和 TNF-a 分泌水平上调，而1L-4和1L-10则下调，我们知道在CD4+T细胞群中有两个重要的亚群即Thl和Th2,前者主要产生IL-2，IL-12,IFN-y和TNF-a主要参与介导细胞免疫作用如抵抗细胞内感染以及癌细胞而后者主要产生IL-4和IL-10主要参与介导体液免疫应答。-般情况下机体的Thl和Th2所产生的细胞因子的比例通常是决定机体以何种免疫应答为主导的关键因素，两大细胞亚群之间存在着即相互协调义互相拮抗的动态调节作用关系。因此，根据我们的研究结果表明nVAP32和rVAP32在一定剂量范围内能够显著上调Thl类细胞因子而下调Th2类细胞因子即Thl/Th2比例上升，使细胞免疫作用占据主导，这也证明Thl细胞很可能是nVAP32和rVAP32的发挥生物活性的靶细胞。因此，从这一点考虑出发，可为未来幵发出相应的nVAP32和rVAP32多肽制剂用于治疗Th2细胞主导的一些自身免疫性失调疾病如系统性红斑狼疮、过敏反应等提供了 一定的理论基础。
在给药浓度为50- 100 mg/L时rVAP32能够显著提高脾细胞的增殖并且这一能力能显著地被LPS或ConA加强。在给药浓度为25-100吗/ml时rVAP32能增强NK细胞吞噬能力，并在分子水平上能对IL-2,IL-12，IFN-Y和TNF-a分泌水平上调而下调IL-4和IL-10分沁水平说明，该多肽在提升免疫应答整体水平的同时很可能是以Thl细胞为靶细胞发挥细胞免疫作用为主导作用。
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