生物固氮作用毕业论文
大气δ15N值接近于0‰，而土壤N的δ15N值在－6‰～16‰之间(，1965; 1986)。土壤N中15N丰度通常大于大气N2的15N丰度(，1995;，1983)，因此，主要依靠从土壤中吸收氮素的植物其15N丰度应比通过固氮从大气获得氮素的植物大。利用固氮植物和非固氮植物15N自然丰度的差异即可估计固氮植物的生物固氮量(苏波，1999)。
1.生物固氮量的计算
15N自然丰度法可用于定量计算生物固氮对固氮植物氮素营养的贡献，计算公式如下:
同位素地球化学
式中:δ15Nref代表参照植物，即与固氮植物生长在相同环境下的非固氮植物组织的δ15N值;δ15Nfield代表野外固氮植物组织的δ15N值;δ15Nhydro代表在无氮溶液中水培生长的固氮植物组织的δ15N值，对固氮植物进行无氮水培的目的是在氮素100%源于大气N2的条件下测定其同位素丰度。
结合生物量等数据，15N自然丰度法还可以计算固氮植物在一个生长季节内的总固氮量(，1995):
固氮量=%Nfixed×所有植物生物量×豆科植物所占百分比×豆科植物全氮含量
由于草原生态系统内植物生物量和豆科植物占有的百分比的估计要比在森林生态系统内的相应估计相对容易，因此，此公式更适用于估计草原生态系统的总固氮量。
Shearer等(1983)用15N自然丰度法估计了南加利福尼亚索诺兰(Sonoran)沙漠生态系统中牧豆树属(Prosopis)植物的固氮作用。在分别测定了两个生长季节中牧豆树属5个树种样品组织、土壤及非固氮(对照)植物组织中的15N丰度后，发现固氮植物组织中15N丰度明显低于土壤N和对照植物的相应组织，土壤中15N含量也显著高于大气N2。因此，在这种生态系统中，15N自然丰度差异可以用作固氮指数。Shearer还测定了其他6个地方生长在相同环境的固氮植物和对照植物叶组织的15N丰度，根据这些数据，估计生物固氮对沙漠豆科植物N素收支的贡献在43%～61%之间。
需要指出的是，在应用15N自然丰度法测定生物固氮时，因固氮植物和非固氮参考植物间15N丰度的差异很小，通常小于10，这样，测量误差和非大气N2氮源δ15N之间的真实差异变得很重要。显然，该方法不能用于测量误差和实际δ15N值之间的差异值大于非固氮参照植物和固氮植物之间δ15N差异值的情况。N素在代谢过程中的同位素分馏是δ15N自然丰度法的主要误差来源，因此，实验设计、野外取样和实验程序都必须有利于使同位素分馏对固氮估计值的影响最小(苏波，1999)。
2.氮素的水土内循环研究
氮素的水土内循环主要涉及有机氮矿化为无机氮，无机氮通过微生物的生长和死亡过程再转变为有机氮这一过程中的矿化作用、硝化作用和同化作用等(孙志高，2005)。
Lund等(2000)利用该技术对加利福尼亚南部一人工湿地(PradoBasin)的反硝化作用进行了研究。结果表明，随着NO－3－N浓度的降低，δ15N值将会增加，这意味着反硝化作用在NO－3－N的去除过程中有着非常重要的作用(原因是反硝化作用的生物化学热力学过程对重同位素15N存在排斥作用，但却有利于轻同位素14N通过将NO－3还原为N2而被排出)。
土壤内部的氮素循环，同样涉及有机氮矿化为无机氮，无机氮通过土壤微生物生长和死亡过程再转变成有机氮这一过程。由于固氮树种和非固氮林下植被的δ15N值存在显著差异，因此，可利用δ15N法研究固氮树种和非固氮林下植被间的氮素内循环。
氮素是农作物从土壤中吸收的一种大量元素,土壤每年因此要失去大量的氮素.大量施用氮素化肥能保证植物的生长需要,使粮食增产,但同时又造成土壤板结和环境污染.所以人们研究生物固氮,通过生物固氮这条途径使土壤中的氮素得到补充,有利于环保和可持续发展.
固氮菌研究现状论文
藻 类 藻类植物是地球上最重要的初级生产者，它们光合同化生产有机碳的总量约为高等植物的7倍，同时固氮藻类（和固氮细菌）每年约能固定亿t的氮素。因此，藻类不仅是人类和动物极其重要的食物源，而且它们光合作用中放出的氧也是大气中氧的最重要的来源。不言而喻，它们对自然生态系统的物质循环及环境质量有着深刻的影响。 藻类植物广泛地分布在海洋和各种内陆水体中（包括湖泊、水库、江河、溪水、沼泽、池塘、泉水、冰雪等）以及潮湿地表，其中生长在内陆淡水水体中的为淡水藻，分布于海洋和内陆咸水水体中的为咸水藻。中国的藻类包括有：原核生物中的蓝藻门；原生生物的硅藻门、甲藻门、金藻门、黄藻门、隐藻门、裸藻门以及属于植物界的红藻门、褐藻门、绿藻门和轮藻门，其中海藻已记录的共2458种（详细情况将在海洋一节中讨论），这里仅讨论中国淡水藻类的多样性及其所受威胁。 1、中国淡水藻类的多样性 由于中国幅员辽阔，自然环境复杂多样，使得中国淡水藻类资源也十分丰富而多样。近一个世纪的调查研究表明，淡水藻类中的各个门类在中国都有发现，而且种类都非常丰富。已知全世界藻类植物约有40000种，其中淡水藻类有25000种左右，而中国已发现的（包括已报道的和已鉴定但未报道的）淡水藻类约9000种。但是，由于国内尚有不少地区未进行过藻类调查，即使已进行藻类调查的有些地区，也并不十分全面，加之多数门类的淡水藻类在中国的调查研究还缺乏深度和广度，因此中国淡水藻类的物种数应远远超过9000种，估计约有12000至15000种（按占世界淡水藻类种数的50％～60％计）。 淡水红藻和褐藻，它们是海陆演变过程中残留在淡水中的孑遗生物，几乎都生长在清洁、温度偏低、且较稳定的水体环境中，如泉水、井水、溪水中（特别是泉水环境），其分布区相当狭窄，而且具有一定的封闭性。它们在这些环境中长期适应的结果，形成了不少珍稀特有的种类，这对研究地球环境的变化及生物自身的演变具有较高的学术价值。它们在世界各地的淡水中均分布得较稀少，在中国，半个世纪以来对这些藻类的采集研究，发现有些种类仅记录到一次。这样的藻类共有12种，包括淡水褐藻类的层状石皮藻（Lithoderma zonatum），以及淡水红藻类的绞纽串珠藻（Batrachospermum intortum）、中华串珠藻（B. sinense）、中华链珠藻（Sirodotia sinica）、中华鱼子菜(Lemanea sinica)和鹧鸪菜窄变种（Caloglossa leprieurii var. angusta）等，它们应该列入珍稀物种。 2、中国淡水藻类资源受威胁的状况 （1）物种受威胁的状况 虽然中国的淡水藻类资源非常丰富，但是由于自然环境的变化和人类的活动（特别是工业和城市的发展），有些罕见的种已遭受灭绝或处于濒临灭绝的境地，其中受威胁最严重的是淡水红藻和褐藻。近几十年来，中国北方许多地区由于气候干旱或工业发展而过量抽采地下水，引起地下水位下降，使一些著名泉区的水源枯竭或濒临枯竭。泉城济南、山西晋祠和娘子关的泉源就是著名的例子。泉水枯竭，使那些依赖泉水环境生长的特有藻类（特别是淡水红藻）面临厄运，有些已荡然无存。淡水褐藻更为珍稀，中国仅在40年代初于四川重庆嘉陵江中发现过，几十年来由于环境的演变，也已消失。 最近10多年来，中国经济高速发展，不少泉水资源得到了开发利用，但是由于人们对泉水环境缺乏保护意识，因而造成生长在其中的淡水红藻和其他泉水生物面临濒危，有的甚至灭绝。南京浦口珍珠泉，过去生长有十分丰富的淡水红藻：外界串珠藻（Batrachos-permum ectocarpum）和美芒藻（Compsopogon spp.）。但是随着旅游区的开发，如今那里的红藻几乎绝迹。山西太原晋祠也有外果串珠藻生长，1994年去调查时尚有部分存在。1995年由于泉水枯竭，已经消亡。可以设想那些正在进行开发的泉源（旅游或饮料），如果不注意对泉源环境的保护，那么藻类和其他泉水生物也可能面临同样的厄运。 在其他生长大型淡水藻类的水体中，也往往由于人类活动引起环境变化，招致大型淡水藻类的消失，如江苏阳澄湖，湖中大型轮藻植物出现成片死亡。又如武汉东湖中的原来主要藻类——鼓藻类（desmids），它们主要生长在清洁的水体中，但自70年代以来由于富营养化过程的加剧，逐渐被蓝藻、绿球藻等耐污藻类所取代。类似的情况，已是十分常见。 （2）物种多样性结构受破坏的状况 在正常情况下，一个生态系统（特别是水生生态系统）中，藻类群落的物种结构保持着良好的多样性状态，即种类多，但每个种的个体不多，这时藻类群落发挥出良好的生态效益——保持水质良好状态，且水产丰富。但是当水生生态系统发生逆向转化——受重金属污染或高度富营养化时，藻类群落物种结构的多样性被破坏，某些物种超常生长而导致有害的赤潮（海洋中）或水华（淡水中）发生，并造成管道阻塞，水质恶化，危及渔业生产，甚至出现鱼类中毒现象。随着工业化和城市化进程的加快，这种严重的环境问题已屡见不鲜。中国常见的能形成有害水华的藻类有：蓝藻，常有毒，其中主要的是微囊藻（Microcystis），还有鱼腥藻(Anabaena)、项圈藻（Anabaenopsis）、颤藻（Oscillatoria）、束丝藻(Aphanizomenon)等，它们在中国许多地方都有大面积的发生，危害很大；小定鞭藻（Prymnesium parvum），属定鞭藻类，有毒，它们的水华已引起多起养殖鱼类的中毒事件；硅藻，也偶有大面积发生，其中以1991年冬春之交，湖北省汉江发生的约200km范围的硅藻水华——梅尼小环藻（Cyclotella meneghiniana）最为典型，这次水华造成很大危害，严重地影响了武汉市和沿江地区的工业生产和居民生活。 3、中国淡水藻类的保护 从上述可知，中国淡水藻类资源虽很丰富，但目前已受到严重的威胁，如不及时采取措施进行保护，许多珍稀种类可能很快灭绝。特别应该指出的是，当前人们对生物多样性保护的注意力主要放在大型动、植物上，对像藻类这样的微型生物很少注意，这一情况必须改变。在保护大型动、植物的同时，应加强对小型植物的保护。 地 衣 1、中国地衣的多样性 地衣是一群特殊的真菌，这群特殊真菌通常只是与藻类或蓝细菌处于互惠共生的生态系统中才能生存于自然界。因此，地衣本身也是共生生态系统多样性的体现。全世界迄今已知的地衣物种约20000种，而中国还不到2000种。就在这2000种中约200种为中国所特有。然而，无论是全世界或中国实际存在的地衣物种远不止这个数字。尤其是中国地衣物种多样性的调查研究才刚刚起步。 2、中国珍稀濒危地衣及其受威胁状况 由于大气污染和森林采伐，中国许多地方地衣多样性面临威胁。依存于森林树皮附生的中国及东亚特有种，如黄袋衣（Hypogymnia hypotrypa）、粉黄袋衣（H. hypotrypella）、霜袋衣(H. pruinosa)、蜡光袋衣（H. laccata）、横断山袋衣（H. hengduanensis）以及云南石耳（Umbilicaria yunnana）等种类的生存都面临着威胁。因为，它们的兴衰存亡与森林生态系统多样性的兴衰存亡息息相关。如产于云南丽江和台湾阿里山松林中的中国特有附生种中华疱脐衣（Lasallia mayebarae）在系统演化上具有重要意义。然而，在云南丽江，这种世界珍稀物种已被森林火灾所吞噬。随着旅游业的大规模发展，特产于华山岩石上的世界珍奇地衣华脐鳞（Rhizoplaca huashanensis）的生存也面临威胁。此外，在抗癌和抗艾滋病毒方面具有潜力的东亚食用地衣美味石耳(U. esculenta)也因无节制的采收与买卖而在中国庐山等地濒临绝迹。若不采取必要的保护措施，在日用香料工业中颇受青睐的扁枝衣（Evernia mesomorpha）和丛枝树花（Ramalina fastigiata），与抗前列腺炎药物有关的戴氏石蕊（Cladonia delavayi）以及在降血压方面有效的地茶（Thamnolia vermicularis）和雪地茶(Th. subuliformis)等地衣的生存也逃不脱因无节制采收与开发所带来的厄运。 3、对地衣的保护 由于人类对地衣本质的认识经历了一个漫长的过程，在开发利用方面，地衣尚处于“未开垦的处女地”状态。因而，它是一个潜力很大的生物资源宝库。此外，地衣在自然界生长极为缓慢，加强对地衣的保护以便可持续利用已是我们所面临的迫切任务。 保护地衣多样性除了必须保护它赖以生存的森林生态系统多样性以外，应注意以下保护和可持续利用的措施： （1）对于日用化工香料、药用和食用地衣资源应采取分区、按年、有计划、有节制地轮换采收。 （2）对于在科学上有重要意义的世界珍稀物种，如陕西华山的华脐鳞，云南丽江的中华疱脐衣，以及庐山的美味石耳等中国和东亚特有种，应选择合适地段，建立珍稀地衣保护小区加以保护。 （3）对上述一些重要地衣同时还应采取菌、藻分离真培养，进行室内保存。对地衣物种进行多层次的系列保护措施是地衣物种多样性保护和可持续利用的重要方向。 （4）加强对中国地衣物种多样性的调查、采集、分离、培养和研究，以便在地衣多样性遭受破坏之前使之受到保护，研究和可持续利用。苔 藓 1、苔藓植物的多样性 中国的苔藓植物十分丰富。全世界有苔藓植物23000种，中国有2200种，占全世界的。 中国苔藓植物的特点是： （1）特有类群丰富。根据近几十年调查的结果，仅见于中国的特有苔藓属和主要分布于亚洲东部（仅少数涉及邻近地区）的东亚特有苔藓属共35个，占中国苔藓植物属数的％。它们共含有48个种、亚种或变种，占中国苔藓植物种总数的％（表1）。这些特有属、种在中国西南部横断山区、长江流域中游山区和东南沿海山区存在3个分布中心（表2）； （2）在系统发生上居关键位置的类群多，如原始类型藻苔目（Takakiales）藻苔科（Takakiaceae）藻苔属（Takakia）的两个种；藻苔（T. lepidozioides）和角叶藻苔（T. ceratophylla）在中国西藏地区的察隅、波密及米林县的高寒山地都有发现； （3）热带、亚热带成分占优势。 3、苔藓植物的保护 苔藓植物除了科学价值外，还有很重要的经济价值。在药用方面，苔藓作为“清热解毒”的中草药已有数百年历史。明朝李时珍在《本草纲目》中就记载了金发藓（Polytrichum commune）和暖地大叶藓（Rhodobryum giganteum）等，暖地大叶藓长期以来在中国西南地区被称作“茴心草”，用来治疗心血管病。 传统上，泥炭藓属（Sphagnum）植物或泥炭一直是花卉、苗木栽培或移植的重要包扎材料和园艺肥料，迄今尚无更佳的替代物。 中国历来是世界上五倍子出口的主要国家之一。经过近半个世纪的研究，中国科学家发现，在五倍子生产周期中，苔藓植物作为五倍子蚜虫的冬寄主是五倍子增产不可缺少的一个环节。迄今为止，至少已发现有约20种苔藓植物可作为五倍子蚜虫的冬寄主植物。 此外，苔藓还是监测环境污染的良好指示植物。苔藓与地衣对大气中的SO2，CO和HF反应极为敏感。在中国，钟帽藓（Venturiella sinensis）、高领藓（Glyphomitrium humilli-mum）和兜瓣耳叶苔（Frullania muscicola）等均系常见的树干附生种类，它们对大气污染有较强的敏感性，可在环境监测方面加以利用。 总之，苔藓植物与人类的生存有密切的关系，对它们的保护我们必须给以高度的注意。蕨类植物 1、中国蕨类植物的多样性 全世界有蕨类植物10 000～12 000种，中国有2 200～2 600种，占世界种数的22％。由于中国地域广大，自然条件复杂多样，除了热带少数科属外，中国拥有的科属数几乎占世界的95％，这说明中国的蕨类植物有极高的多样性。 中国分布有在探讨物种进化系统问题上十分重要的种类，如原始类群裸蕨纲的松叶蕨（Psilotum mudum）、天星蕨（Christensenia）。有些属如光叶蕨（Cystoathyrium）、中国蕨(Sinopteris)，其分布区狭小，为中国特有，它们的发现对研究该科中属的演化关系有一定意义。而在四川东部长江沿岸发现的圆肾铁线蕨（Adiantum reniforme），其原产地在大西洋的Madeira群岛。中国变种荷叶铁线蕨（Adiantum reniforme var. sinense）的出现，为研究间断分布及中国和非洲蕨类种的关系提供了很好的材料。能生长在海拔4350m高山寒冻荒漠的严酷环境中的玉龙蕨（Sorolepidium glaciale）是研究蕨类形态和生态条件关系的重要属种。仅产中国西南的湖南石灰岩壁的荚囊蕨（Struthiopteris eburnea）是典型的石灰岩钙质土的重要种属。 根据不完全统计，中国特有的蕨类植物有500～600种，占已知中国蕨类植物的25％左右，重要特有属及代表种见表1。 2、蕨类植物受威胁和濒危状况 随各地区植物考察的深入，不断有蕨类植物新种被发现，但与此同时也有一些种由于环境改变或人为破坏而消失或濒临灭绝（表2）。除上面提到的特有和濒危属种（表1和表2）外。还有些种类虽然不限产中国，但在中国仅局部地区有分布，如鹿角蕨（Platycerium wallichii）仅产靠近缅甸边境的盈江，而埃及苹（Marsilea aegyptica）仅产新疆的局部水域。像这些种类的个体数量不多，分布区狭窄，如不保护，很易绝灭。类似的濒危种类还有很多，估计约占中国蕨类总数的30％左右，其中重要的有101种（表3）。 导致蕨类植物濒危有以下多种原因： （1）森林破坏，造成空气湿度降低，以及地下水位下降，使原有生态环境改变，影响植物种的生存和繁殖，如1963年在四川二郎山团牛坪海拔2450m处林下发现的光叶蕨，1984年专程前往该地，发现森林消失，气候干燥，只在灌丛中找到一株。 （2）工农业建设事业的发展使局部地区一些植物种消失，如中华水韭，荷叶铁线蕨。 （3）由于对一些药用及观赏植物只宣传其价值，而不强调保护的重要，使一些蕨类植物遭受毁灭性的摧残，如鹿角蕨近年已难见到。 （4）旅游区对一些小型稀少植物不加保护，致使其遭践踏而无法生长，如瓶儿小草（Ophioglossum thermale）。 3、加强对蕨类植物的保护 蕨类植物与人们的生活有密切关系，它们之中很多种是传统的中药和民间草药，约占全部种类的10％。如贯众（Cyrtomium fortunei）、海金沙(Lygodium japonica)、骨碎补(Davallia barometz)能够健骨补肾，还有绵马鳞毛蕨（Dryopteris crassirhizoma）和石韦(Pyrrosia)等。又如金毛狗脊蕨（Cibotium baronetz）具有补肝肾，强腰膝的功效，近年来出口需求量很大，每年超过百吨。虽然这个种分布较广，也不能不限量出口加以保护。蕨类植物多为阴生，叶质坚厚，宜作观叶植物及插花的切叶材料。还有少数种类如菜蕨（Cal-lipteris esculenta）、蕨（Pteridium aquilinum var. Latiusculum）、荚果蕨（Matteuccia struthiopteris）等的拳卷叶芽，加工后可作蔬菜并出口；满江红（Azolla imbricata）的叶下具有和蓝藻中的念珠藻共生结构，可固定空气中的氮，是水稻的优良绿肥。总之，蕨类植物与其他绿色植物一道共同创造了地球表面人类生存所必需的环境条件。因此，加强对蕨类植物的保护是我们不可推卸的责任。首先，对急需保护的一些稀有濒危种类应建立专门的保护区，如贵州赤水的桫椤自然保护区。其次，对某些特殊植物因建设需要不能保证在原地生存，如长江三峡工程的启动，受威胁的荷叶铁线蕨需要在相同或相近的气候土壤环境条件的安全地点建立试验场，促使其能在野生条件下易地繁衍。同时加强宣传，提高广大群众和干部对生物多样性保护的认识，禁止对某些有经济价值蕨类植物的滥采乱挖也很重要。裸子植物 裸子植物是原始的种子植物，其发生发展历史悠久。最初的裸子植物出现在古生代，在中生代至新生代它们是遍布各大陆的主要植物。现代生存的裸子植物有不少种类出现于第三纪，后又经过冰川时期而保留下来，并繁衍至今的。据统计，目前全世界生存的裸子植物约有850种，隶属于79属和15科，其种数虽仅为被子植物种数的，但却分布于世界各地，特别是在北半球的寒温带和亚热带的中山至高山带常组成大面积的各类针叶林。 1、中国裸子植物的多样性 中国疆域辽阔，气候和地貌类型复杂。在中生代至新生代第三纪一直是温暖的气候，第四纪冰期时又没有直接受到北方大陆冰盖的破坏，基本上保持了第三纪以来比较稳定的气候，致使中国的裸子植物区系具有种类丰富，起源古老，多古残遗和孑遗成分，特有成分繁多和针叶林类型多样等特征。 据统计，中国的裸子植物有10科34属约250种，分别为世界现存裸子植物科、属、种总数的％、％和％，是世界上裸子植物最丰富的国家。在中国的裸子植物中有许多是北半球其他地区早已灭绝的古残遗种或孑遗种，并常为特有的单型属或少型属。如特有单种科——银杏科（Ginkgoaceae)；特有单型属有水杉（Metasequoia)、水松（Glyptostrobus）、银杉（Cathaya）、金钱松（Pseudolarix）和白豆杉（Pseudotaxus）；半特有单型属和少型属有台湾杉(Taiwania)、杉木（Cunninghamia）、福建柏（Fokienia）、侧柏（Platy-cladus）、穗花杉（Amentotaxus）和油杉（Keteleeria），以及残遗种，如多种苏铁（Cycas spp.）、冷杉(Abies spp.)等。 中国的裸子植物虽仅为被子植物种数的，但其所形成的针叶林面积却略高于阔叶林面积，约占森林总面积的52％。在中国东北、华北及西北地区的针叶林中裸子植物物种较少，在西南地区针叶林中则有丰富的裸子植物物种。在华南、华中及华东地区除原生针叶林外，更常见的是大面积人工杉木林、马尾松林和柏木林。 2、中国裸子植物面临的威胁及其保护问题 虽然中国具有极为丰富的裸子植物物种及森林资源，但由于多数裸子植物树干端直、材质优良和出材率高，所以其所组成的针叶林常作为优先采伐的对象，使利该资源正在受到强烈的人类活动的威胁和破坏。如50年代中国最大的针叶林区——东北大、小兴安岭及长白山区的天然林被不同程度地开发利用，60年代至70年代另一大针叶林区——西南横断山区的天然林又相继被强烈采伐，仅在交通不便的深山和河谷深切的山坡陡壁，以及自然保护区内尚有天然针叶林保存。华中、华东和华南地区，因人口密集和经济发展的需求，中山地带的各类天然针叶林多被砍伐，代之而起的是人工马尾松林、杉木林和柏木林。随着各类天然针叶林采伐和破坏，原有生态环境发生改变，加快了林下生物消失和濒危的速度。同时，具有重要观赏价值和经济价值的裸子植物亦破坏严重，如攀枝花苏铁（Cycas panzhihuaensis）、贵州苏铁（C. guizhouensis）、多歧苏铁(C. multipinnata)和叉叶苏铁(C. micholitzii)均在新发表或新的分布点发现后就遭到大肆破坏。三尖杉（粗榧）属（Cephalotaxus）和红豆杉（紫杉）属（Taxus）植物自60年代和80年代末至90年代初发现为新型抗癌药用植物后，就立即遭到大规模采伐破坏，使资源急剧减少。 中国有平均海拔4500m以上的巨大青藏高原，也有广阔的平原低地，山岭重叠、河川纵横、气候多样、地质古老，这些是决定中国生物多样性丰富多彩的主要因素，在被子植物方面表现最为清楚，中国被子植物多样性至少有以下三个特点， （1）生态类型齐备 各种生活型的植物从乔木、半乔木(如梭梭属(Haloxylon))、灌木、半灌木(如沙拐枣属(Calligonum))、小半灌木(如蒿属(Artemisia))、直到多年生草和一年生草，无不具有。生态类群方面，从高山冻原植物(如多瓣木(Dryas octopetala)、松毛翠(Phyllodoce caerulea))到热带雨林种类；从超旱生荒漠植物到潮湿低地的湿生、水生种类；从高寒风大环境的青藏高原垫状植物到华南热带海滨的红树林，各种类型都有代表。 各个气候带都有大量代表科属，例如，桦木科(Betulaceae)、壳斗科栎属(Quercus)的落叶树种，以及杨柳科(Salicaceae)、忍冬科(Caprifoliaceae)、小檗科(Berberidaceae)等是温带的代表；樟科(Lauraceae)、木兰科(Magnoliaceae)、山茶科(Theaceae)、壳斗科的常绿树种，金缕梅科(Hamamelidaceae)以及冬青科(Aquifoliaceae)、五加科(Araliaceae)、蓝果树科(Nyssaceae)，还有单种的连香树科(Cercidiphyllaceae)和水青树科(Tetracentraceae)等是亚热带的代表；至于中国热带森林中包含的科就更多了，常见的科有龙脑香科(Dipterocarpaceae)、番荔枝科(Annonaceae)、橄榄科(Burseraceae)、山榄科(Sapotaceae)、楝科(Melisceae)、藤黄科(Guttiferae)、使君子科(Combretaceae)、天料木科(Samydaceae)、大戟科(Euphorbiaceae)和四数木科(Datiscaceae)等。 （2）原始古老成分很多 在植物系统学研究中，被认为是比较原始的或早期发生的被子植物类群，在中国分布不少，有些仅仅分布于中国。中国的木兰科(Magnoliaceae)、毛茛科(Ranunculaceae)、水青树科、连香树科、三白草科(Saururaceae)、金粟兰科(Chloranthaceae)、金缕梅科和木通科(Lardizabalaceae)等科的植物，在研究被子植物的起源和系统发育方面的重要性，早已为中外学者所公认。近年来，中国在被子植物化石的发现和研究方面取得了丰硕的成果，这些成果对于揭示被于植物的物种多样性，以及揭示被子植物的系统发育，都有十分重要的意义。 （3）特有类型极其丰富 中国被子植物有极其多种多样的分布区类型，其中特有类型所占比重极大。到目前为止，统计中国被子植物持有属共有246个，特有种约17000种。古老孑遗种伯乐树(Bretschneidera sinensis)、连香树(Cercidiphyllum japonicum)、领春木(Euptelea pleiospermum)、昆栏树(Trochodendron aralioides)、银缕梅(单氏木)(Shaniodendron subaequalum)、水青树(Tetracentron sinensis)、半日花(Helianthe-mum songoricum)、四合木(Tetracena mongolica)、鹅掌楸(Liriodendron chinensis)和珙桐(Davidia involucrata)等都是中国特有的例子。这些植物的研究对于认识中国乃至世界被子植物的系统发育和物种多样性形成的历史过程都是极为重要的。 中国被子植物特有属、种主要分布于秦岭－大别山一线以南，横断山脉以东的东南部地区，其中又有三个特有属、种分布相对集中的待有现象中心：(i)川东－鄂西－湘西北中心，这里的被子植物特有木本属几乎均为落叶乔木或灌木，具有温带性质；(ii)川西－滇西北中心，即横断山脉南段，这里的草本属在全部属中占的比例较高，被子植物的木本属几乎全为落叶乔木或灌木，青藏高原的快速和强烈隆升使本区产生大量新特有种，大大丰富了中国被子植物的多样性；(iii)滇东南－桂西中心，由于地理位置偏南，处于北回归线附近，居泛北极植物区和古热带植物区的分界线上，其乔木持有屑中几乎一半为常绿植物， 特有藤本届全部为木质藤本植物，它们所隶屑的科均为热带分布的科，显示出明显的热带性。 3、大力加强对中国被子植物的保护 被子植物在大型植物中数量最多，而且与人类的衣、食、医药、工业原料等关系最为密切。被子植物大量灭绝无疑会对人类造成很大的威胁，因而我们必须格外重视对被子植物的保护。为了有效保护它们，必须研究它们受威胁的方式、程度和灭绝过程，从而制定合理的保护策略。在这方面，进行种群存活力的分析(PVA)，确定最小能存活种群(MVP)是核心内容。 在目前尚无条件对每一个种进行深入的PVA分析的情况下，把保护的范围适当扩大是有必要的，否则，一个种灭绝以后，就再也不能挽回了。
2022年6月11日， Nature Communicatons 杂志在线发表了来自 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所艾超课题组 题为“A highly conserved core bacterial microbiota with nitrogen-fixation capacity inhabits the xylem sap in maize plants”的研究论文。该研究揭示 在玉米植物的木质部汁液中 具有固氮能力且高度保守的核心细菌微生物群，该类固氮细菌能为玉米提供氮营养，类似人类的 “肠道细菌群” 。
与人类微生物组类似，植物微生物组被称为植物的第二个基因组，对植物生长至关重要。 以往研究表明，微生物组在玉米生产中具有重要作用。例如，在墨西哥贫氮 (N) 土壤中进行的田间试验表明，玉米地方品种气生根的粘液富含固氮菌，它们贡献了 29-82% 的玉米 N 营养【PLOS Biology】玉米也能固氮？气生根的粘液发挥作用！。因此，有针对性地操纵作物微生物组代表了一种有前途的方法，可以在未来最大限度地提高可持续作物生产。
以前的研究主要在植物叶际微生物组【Nature】 开启新领域！植物叶际微生物群的稳态维持机制被揭示和根系微生物组【Nature Biotech】植物学报点评！研究发现根系微生物组促进水稻氮利用！。然而，关于木质部里的微生物群与植物生长发育之间的功能关系知之甚少。
该研究通过评估不同土壤类型、气候区和基因型的玉米微生物组的组装和功能，发现茎木质部选择性地招募以 γ‐变形菌纲Gammaproteobacteria 为主的高度保守的细菌。在木质部汁液中鉴定的 25 个核心细菌分类群中，有几个分离的菌株被证实是具有固氮活性或有助于生物固氮。
在此基础上，该研究建立了由两个核心固氮菌和两个辅助菌组成的合成群落（SynComs）。GFP 标记的菌株和15 N 同位素稀释方法表明，SynComs在植物中的内生生活方式和固氮能力。这些 SynCom 通过生物固氮贡献了 的玉米茎中积累的总氮。有趣的是，SynComs 还增加了根干生物量，表明核心内生菌与其宿主之间存在多机制协同相互作用。
综上所述，该研究揭示了玉米特异性地在木质部汁液中招募了一个核心微生物群，该微生物群在环境条件和基因型中都是保守的。这种核心微生物群通过生物固氮促进植物 N 营养并促进根系发育。因此，木质部汁液中的这些微生物群代表了一种未开发的资源，可以开发替代微生物生物技术，以提高可持续农业中的作物性能。
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藻 类藻类植物是地球上最重要的初级生产者，它们光合同化生产有机碳的总量约为高等植物的7倍，同时固氮藻类（和固氮细菌）每年约能固定亿t的氮素。因此，藻类不仅是人类和动物极其重要的食物源，而且它们光合作用中放出的氧也是大气中氧的最重要的来源。不言而喻，它们对自然生态系统的物质循环及环境质量有着深刻的影响。藻类植物广泛地分布在海洋和各种内陆水体中（包括湖泊、水库、江河、溪水、沼泽、池塘、泉水、冰雪等）以及潮湿地表，其中生长在内陆淡水水体中的为淡水藻，分布于海洋和内陆咸水水体中的为咸水藻。中国的藻类包括有：原核生物中的蓝藻门；原生生物的硅藻门、甲藻门、金藻门、黄藻门、隐藻门、裸藻门以及属于植物界的红藻门、褐藻门、绿藻门和轮藻门，其中海藻已记录的共2458种（详细情况将在海洋一节中讨论），这里仅讨论中国淡水藻类的多样性及其所受威胁。1、中国淡水藻类的多样性由于中国幅员辽阔，自然环境复杂多样，使得中国淡水藻类资源也十分丰富而多样。近一个世纪的调查研究表明，淡水藻类中的各个门类在中国都有发现，而且种类都非常丰富。已知全世界藻类植物约有40000种，其中淡水藻类有25000种左右，而中国已发现的（包括已报道的和已鉴定但未报道的）淡水藻类约9000种。但是，由于国内尚有不少地区未进行过藻类调查，即使已进行藻类调查的有些地区，也并不十分全面，加之多数门类的淡水藻类在中国的调查研究还缺乏深度和广度，因此中国淡水藻类的物种数应远远超过9000种，估计约有12000至15000种（按占世界淡水藻类种数的50％～60％计）。淡水红藻和褐藻，它们是海陆演变过程中残留在淡水中的孑遗生物，几乎都生长在清洁、温度偏低、且较稳定的水体环境中，如泉水、井水、溪水中（特别是泉水环境），其分布区相当狭窄，而且具有一定的封闭性。它们在这些环境中长期适应的结果，形成了不少珍稀特有的种类，这对研究地球环境的变化及生物自身的演变具有较高的学术价值。它们在世界各地的淡水中均分布得较稀少，在中国，半个世纪以来对这些藻类的采集研究，发现有些种类仅记录到一次。这样的藻类共有12种，包括淡水褐藻类的层状石皮藻（Lithoderma zonatum），以及淡水红藻类的绞纽串珠藻（Batrachospermum intortum）、中华串珠藻（B. sinense）、中华链珠藻（Sirodotia sinica）、中华鱼子菜(Lemanea sinica)和鹧鸪菜窄变种（Caloglossa leprieurii var. angusta）等，它们应该列入珍稀物种。2、中国淡水藻类资源受威胁的状况（1）物种受威胁的状况 虽然中国的淡水藻类资源非常丰富，但是由于自然环境的变化和人类的活动（特别是工业和城市的发展），有些罕见的种已遭受灭绝或处于濒临灭绝的境地，其中受威胁最严重的是淡水红藻和褐藻。近几十年来，中国北方许多地区由于气候干旱或工业发展而过量抽采地下水，引起地下水位下降，使一些著名泉区的水源枯竭或濒临枯竭。泉城济南、山西晋祠和娘子关的泉源就是著名的例子。泉水枯竭，使那些依赖泉水环境生长的特有藻类（特别是淡水红藻）面临厄运，有些已荡然无存。淡水褐藻更为珍稀，中国仅在40年代初于四川重庆嘉陵江中发现过，几十年来由于环境的演变，也已消失。最近10多年来，中国经济高速发展，不少泉水资源得到了开发利用，但是由于人们对泉水环境缺乏保护意识，因而造成生长在其中的淡水红藻和其他泉水生物面临濒危，有的甚至灭绝。南京浦口珍珠泉，过去生长有十分丰富的淡水红藻：外界串珠藻（Batrachos-permum ectocarpum）和美芒藻（Compsopogon spp.）。但是随着旅游区的开发，如今那里的红藻几乎绝迹。山西太原晋祠也有外果串珠藻生长，1994年去调查时尚有部分存在。1995年由于泉水枯竭，已经消亡。可以设想那些正在进行开发的泉源（旅游或饮料），如果不注意对泉源环境的保护，那么藻类和其他泉水生物也可能面临同样的厄运。在其他生长大型淡水藻类的水体中，也往往由于人类活动引起环境变化，招致大型淡水藻类的消失，如江苏阳澄湖，湖中大型轮藻植物出现成片死亡。又如武汉东湖中的原来主要藻类——鼓藻类（desmids），它们主要生长在清洁的水体中，但自70年代以来由于富营养化过程的加剧，逐渐被蓝藻、绿球藻等耐污藻类所取代。类似的情况，已是十分常见。（2）物种多样性结构受破坏的状况 在正常情况下，一个生态系统（特别是水生生态系统）中，藻类群落的物种结构保持着良好的多样性状态，即种类多，但每个种的个体不多，这时藻类群落发挥出良好的生态效益——保持水质良好状态，且水产丰富。但是当水生生态系统发生逆向转化——受重金属污染或高度富营养化时，藻类群落物种结构的多样性被破坏，某些物种超常生长而导致有害的赤潮（海洋中）或水华（淡水中）发生，并造成管道阻塞，水质恶化，危及渔业生产，甚至出现鱼类中毒现象。随着工业化和城市化进程的加快，这种严重的环境问题已屡见不鲜。中国常见的能形成有害水华的藻类有：蓝藻，常有毒，其中主要的是微囊藻（Microcystis），还有鱼腥藻(Anabaena)、项圈藻（Anabaenopsis）、颤藻（Oscillatoria）、束丝藻(Aphanizomenon)等，它们在中国许多地方都有大面积的发生，危害很大；小定鞭藻（Prymnesium parvum），属定鞭藻类，有毒，它们的水华已引起多起养殖鱼类的中毒事件；硅藻，也偶有大面积发生，其中以1991年冬春之交，湖北省汉江发生的约200km范围的硅藻水华——梅尼小环藻（Cyclotella meneghiniana）最为典型，这次水华造成很大危害，严重地影响了武汉市和沿江地区的工业生产和居民生活。3、中国淡水藻类的保护从上述可知，中国淡水藻类资源虽很丰富，但目前已受到严重的威胁，如不及时采取措施进行保护，许多珍稀种类可能很快灭绝。特别应该指出的是，当前人们对生物多样性保护的注意力主要放在大型动、植物上，对像藻类这样的微型生物很少注意，这一情况必须改变。在保护大型动、植物的同时，应加强对小型植物的保护。地 衣1、中国地衣的多样性地衣是一群特殊的真菌，这群特殊真菌通常只是与藻类或蓝细菌处于互惠共生的生态系统中才能生存于自然界。因此，地衣本身也是共生生态系统多样性的体现。全世界迄今已知的地衣物种约20000种，而中国还不到2000种。就在这2000种中约200种为中国所特有。然而，无论是全世界或中国实际存在的地衣物种远不止这个数字。尤其是中国地衣物种多样性的调查研究才刚刚起步。2、中国珍稀濒危地衣及其受威胁状况由于大气污染和森林采伐，中国许多地方地衣多样性面临威胁。依存于森林树皮附生的中国及东亚特有种，如黄袋衣（Hypogymnia hypotrypa）、粉黄袋衣（H. hypotrypella）、霜袋衣(H. pruinosa)、蜡光袋衣（H. laccata）、横断山袋衣（H. hengduanensis）以及云南石耳（Umbilicaria yunnana）等种类的生存都面临着威胁。因为，它们的兴衰存亡与森林生态系统多样性的兴衰存亡息息相关。如产于云南丽江和台湾阿里山松林中的中国特有附生种中华疱脐衣（Lasallia mayebarae）在系统演化上具有重要意义。然而，在云南丽江，这种世界珍稀物种已被森林火灾所吞噬。随着旅游业的大规模发展，特产于华山岩石上的世界珍奇地衣华脐鳞（Rhizoplaca huashanensis）的生存也面临威胁。此外，在抗癌和抗艾滋病毒方面具有潜力的东亚食用地衣美味石耳(U. esculenta)也因无节制的采收与买卖而在中国庐山等地濒临绝迹。若不采取必要的保护措施，在日用香料工业中颇受青睐的扁枝衣（Evernia mesomorpha）和丛枝树花（Ramalina fastigiata），与抗前列腺炎药物有关的戴氏石蕊（Cladonia delavayi）以及在降血压方面有效的地茶（Thamnolia vermicularis）和雪地茶(Th. subuliformis)等地衣的生存也逃不脱因无节制采收与开发所带来的厄运。3、对地衣的保护由于人类对地衣本质的认识经历了一个漫长的过程，在开发利用方面，地衣尚处于“未开垦的处女地”状态。因而，它是一个潜力很大的生物资源宝库。此外，地衣在自然界生长极为缓慢，加强对地衣的保护以便可持续利用已是我们所面临的迫切任务。保护地衣多样性除了必须保护它赖以生存的森林生态系统多样性以外，应注意以下保护和可持续利用的措施：（1）对于日用化工香料、药用和食用地衣资源应采取分区、按年、有计划、有节制地轮换采收。（2）对于在科学上有重要意义的世界珍稀物种，如陕西华山的华脐鳞，云南丽江的中华疱脐衣，以及庐山的美味石耳等中国和东亚特有种，应选择合适地段，建立珍稀地衣保护小区加以保护。（3）对上述一些重要地衣同时还应采取菌、藻分离真培养，进行室内保存。对地衣物种进行多层次的系列保护措施是地衣物种多样性保护和可持续利用的重要方向。（4）加强对中国地衣物种多样性的调查、采集、分离、培养和研究，以便在地衣多样性遭受破坏之前使之受到保护，研究和可持续利用。苔 藓1、苔藓植物的多样性中国的苔藓植物十分丰富。全世界有苔藓植物23000种，中国有2200种，占全世界的。中国苔藓植物的特点是：（1）特有类群丰富。根据近几十年调查的结果，仅见于中国的特有苔藓属和主要分布于亚洲东部（仅少数涉及邻近地区）的东亚特有苔藓属共35个，占中国苔藓植物属数的％。它们共含有48个种、亚种或变种，占中国苔藓植物种总数的％（表1）。这些特有属、种在中国西南部横断山区、长江流域中游山区和东南沿海山区存在3个分布中心（表2）；（2）在系统发生上居关键位置的类群多，如原始类型藻苔目（Takakiales）藻苔科（Takakiaceae）藻苔属（Takakia）的两个种；藻苔（T. lepidozioides）和角叶藻苔（T. ceratophylla）在中国西藏地区的察隅、波密及米林县的高寒山地都有发现；（3）热带、亚热带成分占优势。3、苔藓植物的保护苔藓植物除了科学价值外，还有很重要的经济价值。在药用方面，苔藓作为“清热解毒”的中草药已有数百年历史。明朝李时珍在《本草纲目》中就记载了金发藓（Polytrichum commune）和暖地大叶藓（Rhodobryum giganteum）等，暖地大叶藓长期以来在中国西南地区被称作“茴心草”，用来治疗心血管病。传统上，泥炭藓属（Sphagnum）植物或泥炭一直是花卉、苗木栽培或移植的重要包扎材料和园艺肥料，迄今尚无更佳的替代物。中国历来是世界上五倍子出口的主要国家之一。经过近半个世纪的研究，中国科学家发现，在五倍子生产周期中，苔藓植物作为五倍子蚜虫的冬寄主是五倍子增产不可缺少的一个环节。迄今为止，至少已发现有约20种苔藓植物可作为五倍子蚜虫的冬寄主植物。此外，苔藓还是监测环境污染的良好指示植物。苔藓与地衣对大气中的SO2，CO和HF反应极为敏感。在中国，钟帽藓（Venturiella sinensis）、高领藓（Glyphomitrium humilli-mum）和兜瓣耳叶苔（Frullania muscicola）等均系常见的树干附生种类，它们对大气污染有较强的敏感性，可在环境监测方面加以利用。总之，苔藓植物与人类的生存有密切的关系，对它们的保护我们必须给以高度的注意。蕨类植物1、中国蕨类植物的多样性全世界有蕨类植物10 000～12 000种，中国有2 200～2 600种，占世界种数的22％。由于中国地域广大，自然条件复杂多样，除了热带少数科属外，中国拥有的科属数几乎占世界的95％，这说明中国的蕨类植物有极高的多样性。中国分布有在探讨物种进化系统问题上十分重要的种类，如原始类群裸蕨纲的松叶蕨（Psilotum mudum）、天星蕨（Christensenia）。有些属如光叶蕨（Cystoathyrium）、中国蕨(Sinopteris)，其分布区狭小，为中国特有，它们的发现对研究该科中属的演化关系有一定意义。而在四川东部长江沿岸发现的圆肾铁线蕨（Adiantum reniforme），其原产地在大西洋的Madeira群岛。中国变种荷叶铁线蕨（Adiantum reniforme var. sinense）的出现，为研究间断分布及中国和非洲蕨类种的关系提供了很好的材料。能生长在海拔4350m高山寒冻荒漠的严酷环境中的玉龙蕨（Sorolepidium glaciale）是研究蕨类形态和生态条件关系的重要属种。仅产中国西南的湖南石灰岩壁的荚囊蕨（Struthiopteris eburnea）是典型的石灰岩钙质土的重要种属。根据不完全统计，中国特有的蕨类植物有500～600种，占已知中国蕨类植物的25％左右，重要特有属及代表种见表1。2、蕨类植物受威胁和濒危状况随各地区植物考察的深入，不断有蕨类植物新种被发现，但与此同时也有一些种由于环境改变或人为破坏而消失或濒临灭绝（表2）。除上面提到的特有和濒危属种（表1和表2）外。还有些种类虽然不限产中国，但在中国仅局部地区有分布，如鹿角蕨（Platycerium wallichii）仅产靠近缅甸边境的盈江，而埃及苹（Marsilea aegyptica）仅产新疆的局部水域。像这些种类的个体数量不多，分布区狭窄，如不保护，很易绝灭。类似的濒危种类还有很多，估计约占中国蕨类总数的30％左右，其中重要的有101种（表3）。导致蕨类植物濒危有以下多种原因：（1）森林破坏，造成空气湿度降低，以及地下水位下降，使原有生态环境改变，影响植物种的生存和繁殖，如1963年在四川二郎山团牛坪海拔2450m处林下发现的光叶蕨，1984年专程前往该地，发现森林消失，气候干燥，只在灌丛中找到一株。（2）工农业建设事业的发展使局部地区一些植物种消失，如中华水韭，荷叶铁线蕨。（3）由于对一些药用及观赏植物只宣传其价值，而不强调保护的重要，使一些蕨类植物遭受毁灭性的摧残，如鹿角蕨近年已难见到。（4）旅游区对一些小型稀少植物不加保护，致使其遭践踏而无法生长，如瓶儿小草（Ophioglossum thermale）。3、加强对蕨类植物的保护蕨类植物与人们的生活有密切关系，它们之中很多种是传统的中药和民间草药，约占全部种类的10％。如贯众（Cyrtomium fortunei）、海金沙(Lygodium japonica)、骨碎补(Davallia barometz)能够健骨补肾，还有绵马鳞毛蕨（Dryopteris crassirhizoma）和石韦(Pyrrosia)等。又如金毛狗脊蕨（Cibotium baronetz）具有补肝肾，强腰膝的功效，近年来出口需求量很大，每年超过百吨。虽然这个种分布较广，也不能不限量出口加以保护。蕨类植物多为阴生，叶质坚厚，宜作观叶植物及插花的切叶材料。还有少数种类如菜蕨（Cal-lipteris esculenta）、蕨（Pteridium aquilinum var. Latiusculum）、荚果蕨（Matteuccia struthiopteris）等的拳卷叶芽，加工后可作蔬菜并出口；满江红（Azolla imbricata）的叶下具有和蓝藻中的念珠藻共生结构，可固定空气中的氮，是水稻的优良绿肥。总之，蕨类植物与其他绿色植物一道共同创造了地球表面人类生存所必需的环境条件。因此，加强对蕨类植物的保护是我们不可推卸的责任。首先，对急需保护的一些稀有濒危种类应建立专门的保护区，如贵州赤水的桫椤自然保护区。其次，对某些特殊植物因建设需要不能保证在原地生存，如长江三峡工程的启动，受威胁的荷叶铁线蕨需要在相同或相近的气候土壤环境条件的安全地点建立试验场，促使其能在野生条件下易地繁衍。同时加强宣传，提高广大群众和干部对生物多样性保护的认识，禁止对某些有经济价值蕨类植物的滥采乱挖也很重要。裸子植物裸子植物是原始的种子植物，其发生发展历史悠久。最初的裸子植物出现在古生代，在中生代至新生代它们是遍布各大陆的主要植物。现代生存的裸子植物有不少种类出现于第三纪，后又经过冰川时期而保留下来，并繁衍至今的。据统计，目前全世界生存的裸子植物约有850种，隶属于79属和15科，其种数虽仅为被子植物种数的，但却分布于世界各地，特别是在北半球的寒温带和亚热带的中山至高山带常组成大面积的各类针叶林。1、中国裸子植物的多样性中国疆域辽阔，气候和地貌类型复杂。在中生代至新生代第三纪一直是温暖的气候，第四纪冰期时又没有直接受到北方大陆冰盖的破坏，基本上保持了第三纪以来比较稳定的气候，致使中国的裸子植物区系具有种类丰富，起源古老，多古残遗和孑遗成分，特有成分繁多和针叶林类型多样等特征。据统计，中国的裸子植物有10科34属约250种，分别为世界现存裸子植物科、属、种总数的％、％和％，是世界上裸子植物最丰富的国家。在中国的裸子植物中有许多是北半球其他地区早已灭绝的古残遗种或孑遗种，并常为特有的单型属或少型属。如特有单种科——银杏科（Ginkgoaceae)；特有单型属有水杉（Metasequoia)、水松（Glyptostrobus）、银杉（Cathaya）、金钱松（Pseudolarix）和白豆杉（Pseudotaxus）；半特有单型属和少型属有台湾杉(Taiwania)、杉木（Cunninghamia）、福建柏（Fokienia）、侧柏（Platy-cladus）、穗花杉（Amentotaxus）和油杉（Keteleeria），以及残遗种，如多种苏铁（Cycas spp.）、冷杉(Abies spp.)等。中国的裸子植物虽仅为被子植物种数的，但其所形成的针叶林面积却略高于阔叶林面积，约占森林总面积的52％。在中国东北、华北及西北地区的针叶林中裸子植物物种较少，在西南地区针叶林中则有丰富的裸子植物物种。在华南、华中及华东地区除原生针叶林外，更常见的是大面积人工杉木林、马尾松林和柏木林。2、中国裸子植物面临的威胁及其保护问题虽然中国具有极为丰富的裸子植物物种及森林资源，但由于多数裸子植物树干端直、材质优良和出材率高，所以其所组成的针叶林常作为优先采伐的对象，使利该资源正在受到强烈的人类活动的威胁和破坏。如50年代中国最大的针叶林区——东北大、小兴安岭及长白山区的天然林被不同程度地开发利用，60年代至70年代另一大针叶林区——西南横断山区的天然林又相继被强烈采伐，仅在交通不便的深山和河谷深切的山坡陡壁，以及自然保护区内尚有天然针叶林保存。华中、华东和华南地区，因人口密集和经济发展的需求，中山地带的各类天然针叶林多被砍伐，代之而起的是人工马尾松林、杉木林和柏木林。随着各类天然针叶林采伐和破坏，原有生态环境发生改变，加快了林下生物消失和濒危的速度。同时，具有重要观赏价值和经济价值的裸子植物亦破坏严重，如攀枝花苏铁（Cycas panzhihuaensis）、贵州苏铁（C. guizhouensis）、多歧苏铁(C. multipinnata)和叉叶苏铁(C. micholitzii)均在新发表或新的分布点发现后就遭到大肆破坏。三尖杉（粗榧）属（Cephalotaxus）和红豆杉（紫杉）属（Taxus）植物自60年代和80年代末至90年代初发现为新型抗癌药用植物后，就立即遭到大规模采伐破坏，使资源急剧减少。中国有平均海拔4500m以上的巨大青藏高原，也有广阔的平原低地，山岭重叠、河川纵横、气候多样、地质古老，这些是决定中国生物多样性丰富多彩的主要因素，在被子植物方面表现最为清楚，中国被子植物多样性至少有以下三个特点，（1）生态类型齐备 各种生活型的植物从乔木、半乔木(如梭梭属(Haloxylon))、灌木、半灌木(如沙拐枣属(Calligonum))、小半灌木(如蒿属(Artemisia))、直到多年生草和一年生草，无不具有。生态类群方面，从高山冻原植物(如多瓣木(Dryas octopetala)、松毛翠(Phyllodoce caerulea))到热带雨林种类；从超旱生荒漠植物到潮湿低地的湿生、水生种类；从高寒风大环境的青藏高原垫状植物到华南热带海滨的红树林，各种类型都有代表。各个气候带都有大量代表科属，例如，桦木科(Betulaceae)、壳斗科栎属(Quercus)的落叶树种，以及杨柳科(Salicaceae)、忍冬科(Caprifoliaceae)、小檗科(Berberidaceae)等是温带的代表；樟科(Lauraceae)、木兰科(Magnoliaceae)、山茶科(Theaceae)、壳斗科的常绿树种，金缕梅科(Hamamelidaceae)以及冬青科(Aquifoliaceae)、五加科(Araliaceae)、蓝果树科(Nyssaceae)，还有单种的连香树科(Cercidiphyllaceae)和水青树科(Tetracentraceae)等是亚热带的代表；至于中国热带森林中包含的科就更多了，常见的科有龙脑香科(Dipterocarpaceae)、番荔枝科(Annonaceae)、橄榄科(Burseraceae)、山榄科(Sapotaceae)、楝科(Melisceae)、藤黄科(Guttiferae)、使君子科(Combretaceae)、天料木科(Samydaceae)、大戟科(Euphorbiaceae)和四数木科(Datiscaceae)等。（2）原始古老成分很多 在植物系统学研究中，被认为是比较原始的或早期发生的被子植物类群，在中国分布不少，有些仅仅分布于中国。中国的木兰科(Magnoliaceae)、毛茛科(Ranunculaceae)、水青树科、连香树科、三白草科(Saururaceae)、金粟兰科(Chloranthaceae)、金缕梅科和木通科(Lardizabalaceae)等科的植物，在研究被子植物的起源和系统发育方面的重要性，早已为中外学者所公认。近年来，中国在被子植物化石的发现和研究方面取得了丰硕的成果，这些成果对于揭示被于植物的物种多样性，以及揭示被子植物的系统发育，都有十分重要的意义。（3）特有类型极其丰富 中国被子植物有极其多种多样的分布区类型，其中特有类型所占比重极大。到目前为止，统计中国被子植物持有属共有246个，特有种约17000种。古老孑遗种伯乐树(Bretschneidera sinensis)、连香树(Cercidiphyllum japonicum)、领春木(Euptelea pleiospermum)、昆栏树(Trochodendron aralioides)、银缕梅(单氏木)(Shaniodendron subaequalum)、水青树(Tetracentron sinensis)、半日花(Helianthe-mum songoricum)、四合木(Tetracena mongolica)、鹅掌楸(Liriodendron chinensis)和珙桐(Davidia involucrata)等都是中国特有的例子。这些植物的研究对于认识中国乃至世界被子植物的系统发育和物种多样性形成的历史过程都是极为重要的。中国被子植物特有属、种主要分布于秦岭－大别山一线以南，横断山脉以东的东南部地区，其中又有三个特有属、种分布相对集中的待有现象中心：(i)川东－鄂西－湘西北中心，这里的被子植物特有木本属几乎均为落叶乔木或灌木，具有温带性质；(ii)川西－滇西北中心，即横断山脉南段，这里的草本属在全部属中占的比例较高，被子植物的木本属几乎全为落叶乔木或灌木，青藏高原的快速和强烈隆升使本区产生大量新特有种，大大丰富了中国被子植物的多样性；(iii)滇东南－桂西中心，由于地理位置偏南，处于北回归线附近，居泛北极植物区和古热带植物区的分界线上，其乔木持有屑中几乎一半为常绿植物，特有藤本届全部为木质藤本植物，它们所隶屑的科均为热带分布的科，显示出明显的热带性。3、大力加强对中国被子植物的保护被子植物在大型植物中数量最多，而且与人类的衣、食、医药、工业原料等关系最为密切。被子植物大量灭绝无疑会对人类造成很大的威胁，因而我们必须格外重视对被子植物的保护。为了有效保护它们，必须研究它们受威胁的方式、程度和灭绝过程，从而制定合理的保护策略。在这方面，进行种群存活力的分析(PVA)，确定最小能存活种群(MVP)是核心内容。在目前尚无条件对每一个种进行深入的PVA分析的情况下，把保护的范围适当扩大是有必要的，否则，一个种灭绝以后，就再也不能挽回了。与此同时，应该特别重视减少造成物种濒危和灭绝的因素，如防止森林破坏，禁止对有经济价值的种类的过度采挖，尽量多建立一些保护区，加强保护区的管理，必要时采取迁地保护措施(变野生为栽培)等等。所有这些，还必须以立法和政策加以保证。只有这祥，中国丰富的被子植物物种多样性才能得到有效的保护，使它不仅为中国人民，也为全人类的福祉作出应有贡献。
微生物期刊的作用
《微生物学报》在我国生物类期刊中的地位在“中文核心期刊要目总览”中，排生物类核心期刊第4～6位（1992、1996、2000、2004年的4个版本）2004年最新版中，位居第6位。在“中国科技期刊引文数据库” 2001年中国主要生物学期刊15名排行表中，总被引频次为470，排在第9位；影响因子为，排在第13位；基金论文比为81%排在第9名。入选前100 名。在“中国科学引文数据库”排出的前500名核心期刊中，本刊居第63位。
微生物谱这个期刊非常厉害，微生物谱这个期刊是中国微生物学会主办的系列学术期刊之一，是我国微生物学领域综合性学报级期刊和国家自然科学核心期刊。是非常厉害的。
电离辐射对生物的作用毕业论文
微生物育种-诱变育种摘要：分析了近几年来我国常用的几种物理诱变和化学诱变育种方法的原理、特点以及成功案例等, 为微生物诱变育种提供了依据。综述了其在酶制剂、抗生素、氨基酸、维生素、杀虫剂等高产菌种选育中的应用进展;对该技术与离子束技术、空间技术的结合在微生物菌种选育中的应用前景进行了展望。关键词：诱变；微生物育种；应用进展；展望 微生物与酿造工业、食品工业、生物制品工业等的关系非常密切, 其菌株的优良与否直接关系到多种工业产品的好坏,甚至影响人们的日常生活质量,所以培育优质、高产的微生物菌株十分必要。微生物育种的目的就是要把生物合成的代谢途径朝人们所希望的方向加以引导, 或者促使细胞内发生基因的重新组合优化遗传性状, 人为地使某些代谢产物过量积累,获得所需要的高产、优质和低耗的菌种。作为途径之一的诱变育种一直被广泛应用。目前,国内微生物育种界主要采用的仍是常规的物理及化学因子等诱变方法。此外,原生质体诱变技术已广泛地应用于酶制剂、抗生素、氨基酸、维生素等的菌种选育中,并且取得了许多有重大应用意义的成果。1、诱变育种物理诱变紫外照射紫外线照射是常用的物理诱变方法之一, 是诱发微生物突变的一种非常有用的工具。DNA 和RNA 的嘌呤和嘧啶最大的吸收峰在260nm, 因此在260nm 的紫外辐射是最有效的致死剂。紫外辐射的作用已有多种解释,但比较确定的作用是使DNA 分子形成嘧啶二聚体[1]。二聚体的形成会阻碍碱基间正常配对,所以可能导致突变甚至死亡[2]。紫外照射诱变操作简单,经济实惠,一般实验室条件都可以达到,且出现正突变的几率较高,酵母菌株的诱变大多采用这种方法。电离辐射γ- 射线是电离生物学上应用最广泛的电离射线之一,具有很高的能量,能产生电离作用,可直接或间接地改变DNA 结构。其直接效应是可以氧化脱氧核糖的碱基,或者脱氧核糖的化学键和糖- 磷酸相连接的化学键。其间接效应是能使水或有机分子产生自由基, 这些自由基可以与细胞中的溶质分子发生化学变化,导致DNA 分缺失和损伤[2]。除γ- 射线外的电离辐射还有X- 射线、β- 射线和快中子等。电离辐射有一定的局限性,操作要求较高,且有一定的危险性,通常用于不能使用其他诱变剂的诱变育种过程。离子注入离子注入是20 世纪80 年代初兴起的一项高新技术,主要用于金属材料表面的改性。1986 年以来逐渐用于农作物育种,近年来在微生物育种中逐渐引入该技术[3]。离子注入时,生物分子吸收能量,并且引起复杂的物理和化学上的变化,这些变化的中间体是各类活性自由基。这些自由基,可以引起其它正常生物分子的损伤,可使细胞中的染色体突变,DNA 链断裂,也可使质粒DNA 造成断裂。由于离子注入射程具有可控性, 随着微束技术和精确定位技术的发展,定位诱变将成为可能[4]。离子注入法进行微生物诱变育种, 一般实验室条件难以达到,目前应用相对较少。 激光激光是一种光量子流,又称光微粒。激光辐射可以通过产生光、热、压力和电磁场效应的综合应用,直接或间接地影响有机体,引起细胞染色体畸变效应、酶的激活或钝化,以及细胞分裂和细胞代谢活动的改变。光量子对细胞内含物中的任何物质一旦发生作用, 都可能导致生物有机体在细胞学和遗传学特性上发生变异。不同种类的激光辐射生物有机体,所表现出的细胞学和遗传学变化也不同[5]。激光作为一种育种方法,具有操作简单、使用安全等优点,近年来应用于微生物育种中取得不少进展。 微波微波辐射属于一种低能电磁辐射, 具有较强生物效应的频率范围在300MHz~300GHz,对生物体具有热效应和非热效应。其热效应是指它能引起生物体局部温度上升。从而引起生理生化反应;非热效应指在微波作用下,生物体会产生非温度关联的各种生理生化反应。在这两种效应的综合作用下,生物体会产生一系列突变效应[6]。因而,微波也被用于多个领域的诱变育种,如农作物育种、禽兽育种和工业微生物育种,并取得了一定成果。 航天育种航天育种,也称空间诱变育种,是利用高空气球、返回式卫星、飞船等航天器将作物种子、组织、器官或生命个体搭载到宇宙空间, 利用宇宙空间特殊的环境使生物基因产生变异,再返回地面进行选育,培育新品种、新材料的作物育种新技术。空间环境因素主要有微重力,空间辐射,以及其它诱变因素如交变磁场,超真空环境等,这些因素交互作用导致生物系统遗传物的损伤,使生物发生诸如突变、染色体畸变、细胞失活、发育异常等。航天育种较其它育种方法特殊, 是航天技术与微生物育种技术的有机结合,技术含量高,成本高,个体研究者或一般研究单位都难以实现,只能与航天技术相结合,由国家来完成。2．1 化学诱变 烷化剂烷化剂能与一个或几个核酸碱基反应,引起DNA 复制时碱基配对的转换而发生遗传变异, 常用的烷化剂有甲基磺酸乙酯、亚硝基胍、乙烯亚胺、硫酸二乙酯等。甲基磺酸乙酯( ethylmethane sulphonate ,EMS) 是最常用的烷化剂,诱变率很高。它诱导的突变株大多数是点突变，该物质具有强烈致癌性和挥发性,可用5%硫代硫酸钠作为终止剂和解毒剂。N- 甲基- N'- 硝基- N- 亚硝基胍( NTG) 是一种超诱变剂,应用广泛,但有一定毒性,操作时应该注意。在碱性条件下,NTG 会形成重氮甲烷(CH2N2),它是引起致死和突变的主要原因。它的效应很可能是CH2N2 对DNA 的烷化作用引起的[2]。硫酸二乙酯( DMS) 也很常用,但由于毒性太强,目前很少使用。乙烯亚胺,生产的较少,很难买到。使用浓度,高度致癌性,使用时需要使用缓冲液配置。 碱基类似物碱基类似物分子结构类似天然碱基,可以掺入到DNA 分子中导致DNA 复制时产生错配,mRNA 转录紊乱,功能蛋白重组,表型改变。该类物质毒性相对较小,但负诱变率很高,往往不易得到好的突变体。主要有5- 氟尿嘧啶( 5- FU) 、5- 溴尿嘧啶( 5- BU) 、6- 氯嘌呤等。程世清等[25]用5- BU 对产色素菌( 分枝杆菌T17- 2- 39) 细胞进行诱变,生物量平均提高． 无机化合物诱变效果一般,危险性较小。常用的有氯化锂,白色结晶,使用时配成的溶液, 或者可以直接加到诱变固体培养基中,作用时间为30min～2d。亚硝酸易分解,所以现配现用。常用亚硝酸钠和盐酸制取,将亚硝酸钠配成 的浓度, 使用时加入等浓度等体积的盐酸即可。 其他盐酸羟胺,一种还原剂,作用于C 上,使G- C 变为A- T。也较常用,使用浓度为～,作用时间60min～2h。此外,诱变时将两种或多种诱变因子复合使用,或者重复使用同一种诱变因子,效果更佳。顾正华等[7]以谷氨酸棒杆菌ATCC- 13761 为出发菌株,经DMS 和NTG 多次诱变处理,获得一株L- 组氨酸产生菌。2、诱变剂 诱变剂的选择在选择诱变剂时, 需要注意诱变剂的专一性, 即某一诱变剂或诱变处理优先使基因组的某些部分发生突变而别的部分即使有也很少发生突变。对诱变剂专一性的分子基础不十分了解万尽管有关的修复途径必定对此有影响, 但它们的关系并不那么简单, 其它各种因素,包括诱变处理的环境条件也能影响突变类型。工业遗传学家很难正确地预言改良某一菌种时需要何种类型的分子水平的突变。因此, 为了产生类型尽可能多的突变体, 最适当的方法是采用几种互补类型的诱变处理。远紫外无疑是所有诱变剂中最为合适的, 似乎可以诱导所有已知的损伤类型。采取有效、安全的预防方法也很容易。在化学诱变剂中, 液体试剂比粉末试剂更易进行安全操作。的另一个不利因素是它有产生紧密连锁的突变丛的趋势, 尽管这种效应在某些体系中能成为有利条件。最后, 必须认识到可能某些特异菌系用某些诱变剂是不能被诱变的。当然这一点通过测定易检出的突变体, 如抗药性突变体或原养型回复突变体的诱变动力学可以相当容易地得到验证。[8] 诱变剂的剂量从随机筛选的最佳效果看, 诱变剂的最适剂量就是在用于筛选的存活群体中得到最高比例的所需要的突变体, 因为这会使在测定效价的阶段更省力。因此在菌株改良以前,为了决定所用诱变剂的最适剂量, 并为突变性的增强技术打下基础, 聪明的做法通常是测定不同诱变剂处理不同菌种时的突变动力学。用高单位突变本身来测定最适剂量有时是不可能的, 因为这种突变的检测很困难。但如使用容易检出的标记如耐药标记, 只要估计到方法的局限性, 还是可以提供一些有价值的资料的。[9]3、原生质体诱变在工业微生物育种中的应用进展 在酶制剂菌种选育中的应用酶制剂是活的有机体产生的有催化活性的蛋白质,是所有新陈代谢过程必不可少的要素。应用原生质体诱变技术对酶制剂的生产菌株进行诱变,已经获得了许多高产菌株。胡杰等[10 ]对沪酿(Aspergillus oryzae) 31042米曲霉的原生质体进行紫外线-氯化锂、N-甲基- N′-硝基-N - 亚硝基胍( N - methyle - N′- nitro - N -nitrosogunidinc, NTG)复合诱变,筛选到8 株高产中性蛋白酶突变株群,其中最高产酶活力为出发菌株的1162倍,为以后的细胞融合、基因组改组等提供了优良的候选文库。3．2抗生素高产菌种选育中的应用抗生素是微生物细胞的次级代谢产物,目前主要采用微生物发酵法进行生物合成。由于生产菌种产量的高低受多步代谢调控的制约,高产菌株的选育也很困难。原生质体诱变作为一种诱变技术,在抗生素的高产菌种选育中已有着广泛的应用。朱林东等[ 11 ] 通过紫外线诱变始旋链霉菌( S treptom ycespristinaespiralis)的原生质体, 得到了产普那霉素为1159g/L的高产突变株,比出发菌株提高10113%。 在氨基酸、生产溶剂及有机酸菌种选育中的应用氨基酸是生物功能大分子蛋白质的基本组成单位,在食品、饲料、医药、化学工业、农业等行业中应用广泛,各国都在大力发展氨基酸生产。发酵法已成为氨基酸生产的主要方法。因此选育高产菌株是氨基酸工业发展的重要方向。生产溶剂和有机酸是微生物的初级代谢产物,原生质体诱变技术在生产溶剂和有机酸生产菌种选育中也取得了成效。 生素菌种选育中的应用维生素是维持人和动物生命活动必需的、但不能自身合成的一类有机物质,在生长、代谢、发育过程中发挥着重要的作用。韩建荣等用激光处理青霉( Penicillium sp) PT95 的原生质体,选育到一株菌核生物量和类胡萝卜素含量均有显著提高的突变株L05。该突变株的菌核生产量提高 ,菌核中的类胡萝卜素含量提高 ,类胡萝卜素产率的增加幅度达到。 虫菌种选育中的应用苏云金杆菌(B acillus thuringiensis)是从自然界中筛选出来的一大类细菌型微生物杀虫剂,多应用于农林害虫的防治中。王丽红等[ 12 ] 对苏云金杆菌NU- 2的原生质体进行紫外线-氯化锂复合诱变,筛选到的突变株发酵周期从44h缩短到,晶体蛋白含量提高。4、 展望未来近年来,随着新的诱变源的出现,原生质体诱变技术的应用也会有新的进展。离子束作为一种新的诱变源,有其特有的作用机理[ 13 ] ,使得离子束诱变具有诱变谱广、变异幅度大、突变率高等优点,其应用也取得了很多重要的成果,特别是运用离子注入选育Vc菌株的成功,为我国的VC 行业增添了活力。航天搭载的微生物菌种,能借助微重力、空间辐射、超真空等综合空间环境因素的转换,在较短时间里创造目前其它育种方法难以获得的罕见基因突变,以此来进行微生物育种是空间技术育种的一个重要的应用领域。利用空间技术对某些抗生素的产量提高及酶制剂研究曾有些可喜的结果。将离子注入、空间技术与微生物原生质体技术结合起来,微生物原生质体诱变技术将会有更加广阔的应用前景。5、结语随着遗传学和分子生物学领域的飞速发展, 许多新型复杂的技术被应用于菌种选育, 如原生质体融合育种技术和基因工程育种技术等, 但是诱变育种技术仍是提供菌株生产能力的重要有效手段。它获得的正突变率相对较高,可以得到多种优良突变体和新的有益基因类型。另一方面,诱变育种存在一定的盲目性和随机性,在实际应用中,研究者应根据出发菌株及实验室条件等具体情况来选择合适的诱变方法。本实验室将物理因子和化学因子结合起来对多种酵母菌株进行复合诱变,均得到了理想菌株。此外,我们正在尝试反复采用几种诱变因子进行多次诱变,以期得到更为理想的菌株。参考文献：[1] Madigan,(美),(美),Parker,J.(美).微生物生物学[M].北京:科学出社,2001:390.[2] 曹友声,刘仲敏.现代工业微生物学[M].长沙:湖南科学技术出版社,1998.[3] 陈义光,李铭刚,徐丽华,等.新型物理诱变方法及其在微生物诱变育种中的应用进展[J].长江大学学报,2005,2(5):46- 48[4] 余增亮.离子注入生物效应及育种研究进展[J].安徽农学院学报,1991,18(4):251- 257.[5] 胡卫红.激光辐照微生物的研究概况[J].激光生物学报,1999,8(1):66- 69.[6] Leach and reproductive effects of microwave radiation[J].Bull NYAcademicMedicine,1980,55(2):249- 257.[7]顾正华.L- 组氨酸产生菌的选育[J].无限轻工大学学报,2002,21(5): 533- 535.[8]施巧琴,吴松刚.工业微生物育种学(2 版)[M].北京:科学出版社,2003:1- 4,76- 78.[9]戴四发, 黎观红, 吴石金.现代工业微生物育种技术研究进展.微生物学杂志, 2000 年6 月, 20 卷, 2 期.[ 10] 胡杰,潘力,罗立新,等1米曲霉孢子原生质体复合诱变及高活力蛋白酶菌株选育[ J ]1食品工业科技, 2007, 28 (5) :116～1191[ 11 ] 朱林东,金志华1普那霉素产生菌的原生质体诱变育种[ J ]1中国抗生素杂志, 2006, 31 (10) : 591～5941[ 12 ] 王丽红,郭爱莲1苏云金杆菌NU- 2原生质体复合诱变的研究[ J ]1微生物学杂志, 2006, 26 (4) : 23～261[ 13 ] Huiyun Feng, Zengliang Yu, Paul K Chu1 Ion imp lantationof organisms [ J ] 1Materials Science and Engineering, 2006, 54(3- 4) : 49～1201
1. X射线对微生物的影响X射线：—高能电子兹波 波长范围，具有杀菌和诱变作用。波长越短、杀菌力越强，致死量以内的X射线可使微生物发生突变。χ射线在10~20cm照射2~30min可以杀死平板上大肠杆菌、炭疽杆菌、芽孢杆菌、白喉棒状杆菌和葡萄球菌等，但对液体培养基杀伤力不大。 2．γ射线对微生物的影响γ射线：辐射源是钴、铯及核反应堆。波长范围（）。比X 射线能量更高、穿透力更强，主要用于外照射，是目前辐射育种中最常用的射线之一。3．射线对微生物的影响射线：一般的微生物对射线很敏感，而有一种嗜极菌对射线的抗性很强，他能够暴露于数千倍强度的辐射下扔能存活，该细菌的染色体在接受1³104Gy以上的射线后被破碎为数百个片段，却能在一天自我修复成原样。射线：由电子或电子束组成的射线束，由加速器产生。穿透力强，电离能力弱。X射线的杀菌力不如紫外线，作用较慢。与射线的电离辐射作用较强，具有抑菌或杀菌作用；射线的电离辐射作用弱，仅有抑菌作用和微弱的杀菌作用。但与射线穿透力强。在实际工作中主要是X、和射线，用于消毒、食品保藏和育种等方面。射线、高能质子、中子等因缺乏穿透力而不实用。利用X 射线和射线可以诱导微生物变异，筛选优良菌种。
氨氮毕业论文
摘 要 厌氧消化技术能够实现废弃物污染防治和综合利用的双重目标，是有机固废处理与处置的趋势。对厌氧消化技术处理有机固废的微生物学机理、因素以及消化工艺的进展进行了综述。 关键词 厌氧消化 有机固体废物 两相消化 有机固体废物通常是指含水率低于85%～90%可生化降解的有机废物,它们一般具有可生化降解性。这些废物中蕴含着大量的生物质能,有效利用这类生物质能源,对实现环境和的可持续发展具有重要意义。 有机固体废物处理的很多。由于有机固废的可生化降解性高，利用生物技术处理有机废物具有潜在优势。生物处理法包括好氧堆肥法和厌氧消化法。近几年来，欧洲各国纷纷将目光投向厌氧消化，兴建有机固废厌氧消化处理厂，日本等国也先后建设了有机固废厌氧消化处理示范工程。但在国内，尽管早有小型沼气池的，高浓度有机污水及污泥处理中也普遍采用厌氧消化的工艺，但应用于固废处理领域的实践很少。因此，很有必要针对国内的实际情况，对有机固废的厌氧消化进行系统研究。1 厌氧消化机理 在研究方面，国内外一些学者对厌氧发酵过程中物质的代谢、转化和各种菌群的作用等进行了大量的研究，但仍有许多需进一步探讨。对厌氧消化的微生物学认识，经历了一个由肤浅到逐渐完善的过程。20世纪30年代，厌氧消化被概括地划分为产酸阶段和产甲烷阶段，即两阶段理论。70年代初Bryantlzgl等人对两阶段理论进行了修正，提出了厌氧消化的三阶段理论，突出了产氢产乙酸菌的地位和作用。与此同时，Zeikuslao等人提出了厌氧消化的四类群理论，反映了同型产乙酸菌的作用。该理论认为厌氧发酵过程可分为四个阶段，第一阶段（水解阶段）：将不溶性大分子有机物分解为小分子水溶性的低脂肪酸；第二阶段（酸化阶段）：发酵细菌将水溶性低脂肪酸转化为H2、CH3000H、CH3CH2OH等，酸化阶段料液pH值迅速下降；第三阶段(产氢产乙酸阶段)：专性产氢产乙酸菌对还原性有机物的氧化作用，生成H2、HCO3－、CH3COOH。同型产乙酸细菌将H2、HCO3－转化为CH3COOH，此阶段由于大量有机酸的分解导致pH值上升；第四阶段(甲烷化阶段)：产甲烷菌将乙酸转化为CH4和CO2，利用H2还原CO2成CH4，或利用其他细菌产生甲酸形成CH4。无论是三阶段理论，还是四类群理论，实质上都是对两阶段理论的补充和完善，较好地揭示了厌氧发酵过程中不同代谢菌群之间相互作用、相互影响、相互制约的动态平衡关系，阐明了复杂有机物厌氧消化的微生物过程。 2 厌氧消化影响因素 底物组成 研究发现不同底物组成，其可生化降解性大不相同（5%～90%）。Borja等研究了不同底物组成和浓度的有机固废的厌氧消化过程，认为在其他条件相同时沼气产量相差很大，甚至达到65％。这个结果与Jokela等的研究所得基本一致。另外，底物组成不同,在发酵过程中的营养需求与调控也不同。对于像以秸秆为主的底物，须补充N源的营养，以达到厌氧消化适宜的C/N比。国内外很多机构开展了生活垃圾、污泥及畜禽粪便联合厌氧消化产沼的研究。联合发酵可以在消化物料间建立起一种良性互补，从而提高产气量，而且仪器设备的共享在提高经济效益方面的作用也是非常明显的。Kayhanian评估了以城市固体垃圾生物可降解部分为底物的高固体厌氧消化示范试验。结果表明,美国典型B/F(可降解垃圾与总物料之比)的垃圾缺乏活跃而又稳定降解所需要的宏量或微量元素,若补充以富含营养的污泥和畜禽粪便,可以提高B/F，大大提高产气率并增加过程的稳定性。国内在这方面的研究仅限于实验室水平，未见相关工程应用的报道。 温度 有机固废厌氧消化一般在中温或高温下进行,中温的最佳温度为35℃左右,高温为55℃左右。Ghosh等利用厌氧消化处理垃圾衍生燃料(RDF)，对比了单相式和两相式反应器的处理效果，发现在传统单相式反应器中高温(55℃)比常温(35℃)消化的甲烷产量仅提高7％；RDF粒径从降至在中温消化下对甲烷产量无明显影响，但当反应条件转变为高温消化时甲烷产量可提高14％。高温消化可以比中温消化有更短的固体停留时间和更小的反应器容积。然而高温消化所需热量多,运行也不稳定。最近有研究表明厌氧消化在65℃时水解活性可进一步提高。还有将超高温水解作为一个专门的反应器，对厌氧消化进行处理研究。 高温可以比中温产能多，但高温需要更多的能量，在实际情况中加热所需的能量往往与多产出的能量差不多。虽然沼气产量和生物反应动力学都表明高温消化更有优势，但理想的条件决定于底物类型和使用的系统情况。 pH值 产甲烷菌对pH值的要求非常严格，pH值的微小波动有可能导致微生物代谢活动的终止。在发酵初期由于产生大量有机酸，若控制不当容易造成局部酸化，延长发酵周期，进而破坏整个反应体系。研究发现pH值为～范围内，水分含量为90%～96%时产甲烷速率较高；pH值低于或高于时，产甲烷菌可能会停止活动。 一般说来酸化相对保持略偏酸性,产甲烷相需要略偏碱性,但没有一个绝对合适的量,只需系统能够保持稳定高效便是最佳状态。pH值是厌氧消化过程的重要监测指标和控制参数。 抑制 厌氧消化过程中抑制作用非常普遍，包括pH抑制、氢抑制、氨抑制、弱酸弱碱抑制、长链脂肪酸(VFA)抑制等。 许多学者都研究了厌氧消化中氨抑制的问题。当氨氮浓度从740mg/L至3 500mg/L时，葡萄糖降解速度急剧下降，可以认为氨积聚对糖酵解过程有一定的抑制作用。Sung等研究了以有机固废为底物的常温厌氧消化过程中氨氮浓度对甲烷产气量的影响，常温消化当总氨氮浓度(TAN)从依次升至、、、时，反应器内呈现慢性抑制的现象。TAN为或时，甲烷产量分别降低39％和64％。Fujishima等研究了常温下污泥含水率对厌氧消化的影响，发现污泥的含水率低于91％时甲烷产量减少，这主要由于系统中高氨含量对氢营养甲烷菌的抑制作用。 Salminen指出渗滤液回流与pH值调节相结合可以降低酸积累的抑制效应，加速消化降解速率。然而当系统中活性产酸菌和产甲烷菌数量较少时，回流渗滤液会引起VFA积聚。Clarkson和Xiao对废报纸进行厌氧消化的研究发现，水解反应是其中限制性步骤，高浓度的丙酸盐对其具有抑制作用。 搅拌 当消化底物为固态时，水解通常成为整个反应的限制性阶段。很多经典中强调了消化过程中应充分混和搅拌以促进反应器中酶和微生物的均匀分布。然而近年来有试验表明降低搅拌程度可以提高反应器的效率。Vavilin .常温消化下搅拌强度的，试验表明当有机负荷偏高时，搅拌强度加大会导致反应器运行失败，低强度搅拌是消化过程顺利完成的关键；当有机负荷偏低时，搅拌强度对反应无明显影响。由此Vavilin .提出搅拌阻碍反应器中甲烷区形成的假设，认为甲烷区的形成对抵抗酸化过程中产生的抑制起重要作用。在此基础上他提出了均质柱形反应器的二维分布式模型（2D distributed models），模型基于以下假设：在维持产甲烷菌繁殖代谢处于较优水平的前提下，反应器中甲烷区所占空间存在一个最小值。通过对消化过程的模拟，认为有机负荷高时，反应初始阶段甲烷区与产酸区在空间上分离是固废物转化为甲烷的关键因素，而初始阶段甲烷区中生物量的多少则是这些活性区保留的决定性因素。此时如果高强度搅拌，甲烷区由于VFA的抑制作用会逐渐萎缩直至消失。然而当有机负荷偏低时，大部分甲烷区均能幸存并逐步扩大到整个反应器。 Stroot等学者认为剧烈搅拌会破坏微生物絮团的结构，从而打乱了厌氧体系中有机体间的相互关系。一个连续运转的消化器在启动阶段应逐步增大有机负荷以避免运转失败。当产甲烷阶段是限制性反应时高强度搅拌并不合适，因为产甲烷菌在这种快速水解酸化的环境中很难适应，因此在启动阶段应采取适量搅拌。如果水解阶段为限制性反应，此时反应器内底物浓度较大，高强度搅拌对水解起促进作用。因此为达到有机物厌氧转化的最佳条件，应综合考虑搅拌所带来的积极和负面影响。 预处理 根据现有的研究发现,固体厌氧消化的速度较慢,对固体废物采用物理法、化学法、生物法等预处理可以提高甲烷产气量。Liu等人通过对消化底物进行240℃的蒸汽热处理5分钟，使甲烷产气率提高一倍，最终的甲烷产量增加40％。木质素和纤维素由于其本身结构，是公认的难降解物质，也是很多厌氧消化过程中的限制性因素。Clarkson等对废报纸进行厌氧消化研究，发现碱预处理可以显著提高废纸的可生物降解性，但延长浸泡时间或增大反应温度并不能提高转化率。 Hartmann等在传统的厌氧反应器前端设计了一个生物活性反应器，对厌氧消化进行预处理研究。该反应器用于68℃对底物进行超高温水解，这种反应器分离的设计是为了更大程度降解有机物为VFA，从而获得更高的产气量，同时超高温反应器可以有效去除氨的影响。结果表明VS去除率为78～89％，产气量640～790mL/g。超高温反应器中氨负荷降低7％。 对固态厌氧消化底物的物理和化学预处理研究较多，对生物预处理的研究则较少。Peter等从高温反应器中分离到能分解有机固体废物的嗜温微生物,用该微生物对污水污泥进行预处理,在1～2d内近40%的有机物被分解,而且与没有经过该预处理相比,厌氧消化过程中沼气产量提高50%；Ejlertsson研究表明，在消化开始阶段进行间歇曝气能有效去除易降解的固废，克服高浓度VFA带来的抑制；Mshandete等研究了纸浆厌氧发酵系统中，启动阶段进行9h堆肥预处理后甲烷产量提高26%；Katsura和Hasegawa进行了类似的预处理研究，对污泥进行微好氧热处理后甲烷产量提高50％。研究者认为高温好氧菌分泌的胞外酶比一般蛋白酶在溶解污泥方面更具活性。 3 厌氧消化工艺 厌氧消化处理固体废物，通过技术革新逐步形成了以湿式完全混合厌氧消化、厌氧干发酵、两相厌氧消化等为主的工艺形式。 湿式完全混合厌氧消化工艺（即湿式工艺）的最早也最为广泛。此工艺条件下固体浓度维持在15%以下，其液化、酸化和产气3个阶段在同一个反应器中进行，具有工艺过程简单、投资小、运行和管理方便的优点。这种工艺条件下浆液处于完全混合的状态，容易受到氨氮、盐分等物质的抑制，因此产气率较低。 厌氧干发酵又称高固体厌氧消化，在传统的厌氧消化工艺中固体含量通常较低，而高固体消化中固体含量可达到20%～35%。高固体厌氧消化主要优点是单位容积的产气量高、需水量少、单位容积处理量大、消化后的沼渣不需脱水即可作为肥料或土壤调节剂。随着固体浓度的加大，干发酵工艺中需设计抗酸抗腐蚀性强的反应器，同时还得解决干发酵系统中输送流体粘度大以及高固体浓度带来的抑制问题。两相厌氧消化工艺即创造两个不同的生物和营养环境条件，如温度和pH等。Ghosh最早提出优化各个阶段的反应条件可以提高整体反应效率,增加沼气产量，从而提出了两相厌氧消化。动力学控制是两相系统促进相分离最常用的手段，根据酸化菌和产甲烷菌生长速率的差异来进行相分离。还有一些技术可促进厌氧系统的相分离，如滤床在处理不溶性的有机物时可用来达到相分离。渗析、膜分离和离子交换树脂等也可用于相分离。 大多数观点认为，采用相分离技术创造有利于发酵细菌的生态环境，避免有机酸的大量积累，会提高系统的处理能力。Ghosh等利用厌氧消化处理垃圾衍生燃料(RDF)，对比了单相式和两相式反应器的处理效果，发现两相消化比传统单相式反应器，甲烷产量提高20％左右。Goel等人对茶叶渣进行两相厌氧消化研究，发现每去除1kgCOD，平均产气量为，COD去除率93％，甲烷含量73％。 两相厌氧工艺的主要优点不仅是反应效率的提高而且增加了系统的稳定性，加强了对进料的缓冲能力。许多在湿式系统中生物降解不稳定的物质在两相系统中的稳定性很好。虽然两相工艺有诸多的优点，但由于过于复杂的设计和运行维护，实际应用中选择的并不多。目前为止，两相消化在应用上并没有表现出明显的优越性，投资和维护是其主要的限制性因素。4 结语 Edelmann利用生命周期(LCA)认为，厌氧消化是最适宜的有机固废处理方法。有机固废的厌氧消化技术已引起国内外的广泛关注，它们在消纳大量有机废物的同时，可获得高质量的堆肥产品和沼气，实现生物质能的多层次循环利用。 我国目前在有机垃圾厌氧消化工程应用方面的研究很少，厌氧消化的研究主要集中在水处理方面。各种厌氧发酵工艺实际应用中所存在的最大问题是规模化运行的自动化程度较低，技术装备差。因此，对厌氧消化的最佳生物转化条件、生态微环境以及设计完善的过程控制系统等方面，还需要进一步深入研究，以达到最佳的处理效果。 文献1 Borja R，Rincon B，Raposo F et al．Kinetics of mesophilic anaerobic digestion of the two-phase olive mill solid waste[J]．Biochemical Engineering Journal，2003（15）2 Ghosh, S，Henry ，Sajjad A et al．Pilot-scale gasification of municipal solid wastes by high-rate and two-phase anaerobic digestion[J]．Water Science and Technology，2000(3) 3 Hinrich Hartmann，Birgitte K. Ahing．A novel process configuration for anaerobic digestion of thermophilic post-treatment[J]．Biotechnology and bioengineering，2005(7)4 Peter F. Pind，Irini Angelidaki，Birgitte ． Dynamics of the Anaerobic Process: Effects of Volatile Fatty Acids[J]．Biotechnology and Bioengineering，2003(7)5 Ejlertsson J，Karlsson A，Lagerkvist A et al．Effect of co-disposal of wastes containing organic pollutants with municipal solid waste-a landfill simulation reactor study[J]．Adv Environ，2003（7）
化学是重要的基础科学之一，是一门以实验为基础的学科，在与物理学、生物学、地理学、天文学等学科的相互渗透中，得到了迅速的发展，也推动了其他学科和技术的发展。下文是我为大家搜集整理的关于大学化学毕业论文的内容，欢迎大家阅读参考! 大学化学毕业论文篇1 浅议化学氧化改性对碳毡空气阴极表面特征的影响 微生物燃料电池(MFC)是一种可以将废水中有机物的化学能转化为电能同时处理废水的新型电化学装置。但输出功率低、运行费用高且性能不稳定等严重制约了MFC的实际应用。影响MFC性能的主要因素有产电微生物、阴极催化剂、电极材料、反应器构型及运行参数等。其中，阴极是影响MFC性能及运行成本的重要因素。目前，有学者通过筛选电极材料及对电极材料进行改性来提高MFC性能和降低成本，效果较为显着。因此，笔者采用HNO3氧化碳毡，制作改性碳毡空气阴极，研究化学氧化改性对碳毡空气阴极表面特征的影响;并通过循环伏安测试，考察改性后碳毡阴极的稳定性。 1材料与方法 试验装置及材料 采用连续流运行方式，试验装置主体是由有机玻璃制成的圆柱体，中间阳极室有效容积为36mL(内径为2cm，高为)，为确保阳极室的厌氧环境，用密封柱密封。阴极在阳极室外侧壁围绕。装置总容积为，密封盖上有阳极孔、阴极孔及检测孔，以便用铜导线、鳄鱼夹来连接外电路，外接1000Ω电阻作为负载。进水口设计在底部中央，制备成无膜上升流式反应器。阳极是直径为1cm的碳棒，阴极是厚度为3cm的碳毡，输出电压由万用表采集。 原水水质及运行参数 垃圾渗滤液取自沈阳市老虎冲垃圾填埋场的集水井，其水质如表1所示。接种微生物为取自UASB反应器中的厌氧颗粒污泥，接种量为25mL。启动期的进水流量控制在30mL/h，COD约为500mg/L。稳定运行后进水流量逐步提升到90mL/h，COD提升到1500mg/L。 装置在32℃下恒温运行。MFC接种厌氧污泥后，先用COD为1000mg/L的垃圾渗滤液驯化一个周期，使阳极的产电微生物成功挂膜，MFC运行稳定后，再以COD为1500mg/L的垃圾渗滤液作为阳极进水。 改性碳毡空气阴极的制备 阴极预处理：将碳毡剪成所需尺寸，然后浸泡在1mol/L的盐酸溶液中，目的是去除碳毡中的杂质离子，24h后取出，用去离子水反复清洗直至清洗液为中性，放入105℃烘箱中干燥2h。 碳毡改性：将预处理过的碳毡浸入65%～68%的浓硝酸中，用水浴加热至75℃，处理不同时间后取出并用蒸馏水反复清洗直至清洗液为中性，放入105℃烘箱中干燥2h。 催化剂吸附：将经改性后的碳毡放入Fe/C催化剂溶液(硝酸铁浓度为，活性炭粉为1g)中，于磁力搅拌器上搅拌30min，然后取出碳毡放入105℃烘箱中烘干。 分析项目和方法 外电阻R通过可调电阻箱控制，电压由万用表直接读取，功率密度P通过公式P=U2/RV计算得到，其中U为电池电压，V为阳极室体积。 表观内阻采用稳态放电法测定。 循环伏安测试以饱和甘汞电极作为参比电极，采用传统三电极体系，电化学工作站为EC705型。 电极电导率采用伏特计测定，COD采用快速密闭消解法测定，NH+4-N采用纳氏试剂光度法测定。 2结果与讨论 改性时间对催化剂担载量的影响 电极表面催化剂担载量是影响电极性能的直接因素，而化学改性将影响电极吸附催化剂的担载量(如表2所示)。碳毡经过HNO3化学氧化处理不同时间后，其质量均出现一定程度的减少，且随着处理时间的增加，单位质量碳毡减少量也逐步增加，同时，单位质量碳毡所吸附催化剂的量也增加。这是由于HNO3的氧化作用使碳毡结构发生了变化，表面沟壑加深加密，粗糙度和表面积增加。同时碳毡表面的H+易被催化剂Fe3+取代，也有利于阴极催化剂的吸附。 化学改性时间对电导率的影响 电极电导率是表征电极性能的重要参数之一。考察了碳毡空气阴极化学改性时间对其电导率的影响， 经改性后碳毡空气阴极的电导率明显提高，且随着处理时间的增加，电导率升高，当化学改性时间达到6h后，电导率趋于稳定。 这是因为碳毡具有石墨层状结构，层与层之间主要是以范德华力相结合，故层间较易引入其他分子、原子或离子而形成层间化合物。应用HNO3处理碳毡时，HNO3分子嵌入层间，同时吸引石墨电子，使其内部空穴增多，因此大大提高了碳毡的电导率。当碳毡层间嵌入的HNO3分子达到饱和时，将不再影响碳毡的电导率。 改性时间对MFC电化学性能的影响 对产电性能的影响 分别选取经HNO3氧化0、2、4、6、8、10h的碳毡制备碳毡空气阴极，并以石墨棒为阳极，垃圾渗滤液为燃料构建MFC，进行产电试验。极化曲线斜率和功率密度是表征MFC产电性能的两个重要参数，因此，通过测定输出电压和电流等参数，分别得到极化曲线和功率密度曲线。整个试验过程保持进水流量为120mL/h，反应温度为32℃。经HNO3改性的碳毡空气阴极MFC的极化都经历了活化极化、欧姆极化和浓度极化三个阶段。随着HNO3改性时间的延长，活化极化、欧姆极化和浓度极化损耗逐渐减小，电池的极化曲线斜率逐渐减小，即表观内阻逐渐降低;当改性时间为6h时，极化曲线斜率达到最小，表明此时表观内阻最小(358Ω)。之后，随改性时间的增加，极化曲线斜率增大，即表观内阻增大。 随着处理时间的增加，电池的功率密度同样经历了一个先增高再降低的过程，与图2的规律基本一致。其中当处理时间为6h时，电池的产电性能最好，最大功率密度达到，较未经HNO3处理的MFC的最大功率密度()增大了倍。由此可知，通过HNO3化学氧化改性碳毡空气阴极是改善MFC产电性能的有效方式之一。 对CV曲线的影响 循环伏安法(CV)是表征MFC放电容量的重要方法之一。化学改性碳毡空气阴极MFC的CV曲线如图4所示。其中，扫描速度为50mV/s，扫描范围为-1～1V。扫描曲线以下的积分面积代表了电池的放电容量。由此可知，随着处理时间的增加，放电容量先增加后减小，化学氧化时间为6h时，构建的MFC放电容量最大，即MFC性能最好。综上所述，HNO3化学氧化碳毡空气阴极的最佳时间为6h。 的产电除污稳定性 产电性能稳定性 对经HNO3化学氧化处理6h的碳毡空气阴极MFC进行了CV测试，共进行了21次循环扫描，结果表明：随着循环次数的增加，曲线形状几乎没有改变，第1、6、11、16、21次的循环伏安曲线基本重合，面积近乎恒定，即放电容量几乎没有变化，说明电池性能比较稳定，能够长期稳定运行。 在其他条件不变的情况下，采用经HNO3氧化6h的碳毡作为阴极，保持进水流量为120mL/h，外接1000Ω电阻持续运行14d，每天记录输出电压。 在最初的3d内，输出电压从62mV增加到483mV，第4天达到最大为492mV，接下来的一周则稳定在470mV左右。随着运行时间的增加，电压略有下降，这可能是阳极室溶液的不断流动，冲刷阳极，带出一定量产电菌同时增加了电池的内阻所致，但总体上电池的运行比较稳定。 除污性能稳定性 采用经HNO3化学氧化6h的碳毡作为阴极、石墨棒作为阳极、外接1000Ω电阻的MFC，以连续流方式处理垃圾渗滤液。试验过程中原水COD为(2376±200)mg/L，NH+4-N为(151±10)mg/L，保持进水流量为120mL/h、温度为32℃，反应初期(1～5d)，出水COD浓度急剧下降，之后出水COD浓度逐渐趋于稳定。 COD由初始的(2376±200)mg/L降到(238±15)mg/L，去除率达到～，高于谢珊等采用两瓶型MFC处理垃圾渗滤液对COD的去除率()。而氨氮则由初始的(151±10)mg/L降到(86±5)mg/L，去除率达到～。去除的氨氮中部分以NH+4形式随水流进入阴极室，在阴极室扩散到空气中或转化为其他形式的氮，部分在阳极室作为电子供体被氧化。He等的研究也证实了氨氮可以作为MFC的燃料。 3结论 ①碳毡空气阴极吸附的催化剂量随着HNO3化学氧化碳毡时间的增加而增加，但是过量的催化剂不但不能促进反应，反而会增加电池内阻从而降低电池产电性能。碳毡空气阴极电导率随着HNO3化学氧化碳毡时间的增加而增加，并逐渐趋于稳定。 ②随着HNO3化学氧化碳毡时间的增加，碳毡空气阴极MFC的功率密度、放电容量呈现先升高后降低的趋势，而极化曲线斜率呈现先降低后升高的趋势。 ③HNO3化学氧化碳毡的最佳时间为6h。阴极改性6h后电池产电性能较稳定，最大功率密度比未改性增大倍，达到了，内阻降低到358Ω。 ④阴极改性6h后的MFC处理垃圾渗滤液的性能稳定。当进水COD为(2376±200)mg/L、NH+4-N为(151±10)mg/L时，对两者的去除率分别为(～)和(～)。 参考文献： [1]布鲁斯·洛根。微生物燃料电池[M].北京：化学工业出版社，2009. [2]FomeroJJ，RosenbaumM，CottaMA，[J].EnvironSciTechnol，2008，42(22)：8578-8584. [3]李明，邵林广，梁鹏，等。集电方式对填料型微生物燃料电池性能的影响[J].中国给水排水，2013，29(9)：24-28. 大学化学毕业论文篇2 浅谈化学分子力学对建筑建材选用的影响 引言 化学的应用给人类文明带来了翻天覆地的变化，在建筑领域，基于化学基础上的新型建筑建材的开发和利用提高了建筑的质量及建筑的安全性、稳定性、美观性等，是现代建筑研究的重要话题。此外，随着地球资源的日益紧张，环境污染的日益严峻，现代建材的研究和应用更为人们所重视，基于化学分子力学对建筑建材的选择和应用途径也日趋广泛。 1 建筑建材的选择和应用 现代建筑建材选择和应用的现状 伴随着人类文明的发展，建筑建材的生产工艺日益改进，生产技术的现代化，实现了建筑建材生产的智能化、自动化，各类建筑材料在科技发展的影响下不断优化。例如，混凝土的应用，它不仅是一种建筑材料，更具有装饰等作用。如利用混凝土砌块装饰建筑物墙壁，不但具有一定的美观性，还具有保温、隔热等效果。在高分子化学建材应用上，国外的发展要优于国内，例如塑料地板、高分子防水卷材等高分子化学建材最早出现与国际市场，被一些发达国家广泛应用。当前，建筑建材的选择和应用趋于高科技、多功能化，人们对建筑建材的性能、装饰效果、环保作用等有了更高要求。例如，涂料的选择，功能多、污染小、性能高、装饰效果强的材料更受欢迎。总之，人们对建筑建材的选择已由传统的实用性，转向了性价比高、性能好、低碳环保、功能多等多元方向。 新型化学建筑材料 新型化学建筑建材能赋予建筑新功能，在节约能源、优化环境等方面也有突出表现。例如建筑物墙体，可选择非粘土砖、建筑墙体板材、钢结构、玻璃结构等，其性能明显优于传统墙体。如玻璃结构，透光性好、装饰性强，给人以时尚、美观、大气之感。同时，新型化学建筑建材的多样性，使其具备更广泛的功能。例如塑料，新型塑料门窗，不仅美观、轻便、易安装，还具有很好的隔热性、耐腐性等; 又如新型的塑料管材，不但克服可传统管材的易腐蚀、易生锈、易老化等缺点，还具质轻、易安装、无污染等特点，极适合现代建筑环境; 再如塑料地板，节省原料，运输、施工方便，能带给人更好的舒适，具有良好的装饰效果好，是现代建筑建材的“新宠”。此外，混凝土、涂料等，在化学发展的影响下也具有更多、更广泛的用途，例如涂料的防水、防火、防毒、杀虫、隔音、保温等作用。 建筑建材的选择和应用原则 建筑建材的选择首先要满足应用需求，确保建筑建材选择的应用性能，确保其应用方便、应用安全和应用效果。其次，考虑建筑建材的美观性，建筑不是把好的东西堆积起来，而是一种艺术的创造与实践。 再次，充分考虑建筑建材的性价比，确保建筑工程的综合效益。在选择建筑建材时，先对建筑建材的特点、性能进行充分的了解，结合建筑需求，科学的选择适当的建筑建材。再对建筑建材的使用环境、使用目标进行综合的分析和研究，确保建筑建材应用的效果和性能，提高建筑物的功能性、美观性。最后，要全面认知建筑建材的应用工艺，确保建筑建材性能的发挥。例如混凝土，不但要了解各种混凝土的特点、配置比例等，还要重视其混合工艺，确保混凝土能到达理想的建筑效果。因此，建筑建材的选择是需要非常慎重的，而且需要遵循必要的应用原则。 2 化学分子力学对建筑建材的选择和应用的影响 新型建筑建材种类繁多、功能齐全。例如涂料，有有机水性涂料、溶剂类涂料等，在应用上也有较大区别。新型涂料应用化学知识，使涂料具有低污染、高性能、隔热、防火等多种功能，在材料选择时，要充分考虑建筑建材的应用目的，以达到工程施工的最大效益。又如保温隔热材料，现在常用的有玻璃棉、泡沫塑料等，这些材料的选择和应用与化学分子力学息息相关。以混凝土为例，要选择高性能的混凝土，首先，要了解混凝土的特点，它是一种由水泥、砂石、水、胶凝材料等按一定比例混合而成的复合材料。在材料的选择与应用中，必须认清其复合材料性质和各种混合比例，同时掌握混凝土的搅拌、成型、养护等等。 其次，在混凝土基本特点基础上，科学认知混凝土的集中搅拌特点，科学搭配各种材料比例，确保建筑建材的工作性、效益性和性价比。再次，在实践中结合理论科学的进行建筑建材的选择和应用。如通常情况下，建筑中会使用硅酸盐水泥，在该类建筑建材的选择上，不能单方面的考虑某一方面，要综合考虑，全面了解、可选选择。例如，在配置C40 以下的流态混泥土时，选择 42. 5Mpa 普硅水泥就不太合适，应结合应用需求，选择 32. 5Mpa 普硅水泥，避免选择的盲目性带来施工的不便。 此外，混凝土的选择要科学的利用化学知识，如相同标号的混凝土，要选择强度系数大，确保混凝土的耐久性; 相同强度的混凝土，则要选择需水量小的，降低水泥用量，确保水灰比例的科学性。同时，注重季节、气候等对于建筑建材化学性能的影响，如在混凝土配置中选择水泥，如在冬季施工则易采用 R 型硅酸盐水泥，搭配合适的掺料、外加剂等，确保混凝土性能。总之，化学丰富了现代建筑建材市场，为建筑提供了更多的选材机遇，而新型的建筑建材的使用一定要避开盲目性、跟风性，应在建筑目的的指导下，结合建筑建材性能，利用化学分子力学等知识，科学的、适当的对其进行选择和应用，以提高建筑建材的应用效果和应用价值。化学的分子力学，在建筑建材中应用非常广泛，基于建筑建材的化学分子力学应用，可以将建材的使用效率和使用效果做到最佳。总之，要充分利用化学分子力学的原理，在建筑建材中实现广泛的推广性使用，逐步加强对于化学原理的实际应用，从而达到推动行业发展的目的。 3 结语 高科技带来了建筑建材的高性能、多功能及轻便、美观等等。如玻璃材料钢化、夹丝、夹层等工艺不但提高了玻璃的安全性、抗压性，还对玻璃的隔音性、保温性等有很大的优化作用。随着化学工业的发展，越多的不可能变为可能，玻璃墙、塑料地板等，不断的丰富人类的建筑需求，提升建筑品味，使城市建设的风景更加多姿多彩。 参考文献 [1]辉宝琨。压力输送式预拌特种干混砂浆生产工艺选择[J].广东建材，2013( 9) . [2]崔东霞，费治华，姚海婷等，粉煤灰与化学外加剂对高性能混凝土开裂性能的影响[J].混凝土与水泥制品，2011( 4) . 猜你喜欢： 1. 大学毕业论文范文化学 2. 化学毕业论文精选范文 3. 大学化学论文范文 4. 化学毕业论文范文参考 5. 化学本科毕业论文范文