2017年若贝尔化学奖：低温电子显微镜技术

第一篇：2017年若贝尔化学奖：低温电子显微镜技术

2017年若贝尔化学奖：低温电子显微镜技术

2017年诺贝尔化学奖的获得者——Jacques Dubochet，Joachim Frank一级Richard Henderson，同样是三人获奖。他们三人并非一个团队，但是他们都为低温电子显微镜做出了贡献，这是一种用于高分辨率结构测定溶液中生物大分子的技术。?X射线晶体衍射技术（X-RAY CRYSTALLOGRAPHY）即将成为历史，低温电子显微技术（CRYO-ELECTRON MICROSCOPY）引起了揭示细胞内隐秘机制的革命。在剑桥大学一幢建筑的地下室里，一场技术革命正在酝酿。

一个笨重的、大约3米高的金属盒子通过连接细胞的橙色缆线，安安静静地传输着以万亿字节计算的数据。这是世界上最先进的低温电子显微镜之一：低温电子显微镜通过电子束对冷冻的生物分子进行成像，从而得到分子的三维结构。站在这个耗资770万美金的仪器旁，英国医学研究委员会分子生物学实验室（UK Medical Research Council Laboratory of Molecular Biology，LMB）的结构生物学家 Sjors Scheres表示，低温电子显微镜非常敏感，一声喊叫就会带来极大误差，导致实验失败。“英国需要更多低温电子显微镜，因为未来它会成为结构生物学的主流。”

低温电子显微镜震惊了结构生物学。过去30年里，低温电子显微镜揭示了核糖体、膜蛋白和其它关键细胞蛋白的精细结构。这些发现都发表在顶级杂志上。结构生物学家们表示，毫不夸张地说，低温电子显微技术正处于革命之中：低温电子显微镜能够快速生成高分辨率的分子模型，这一点远超X射线晶体衍射等方法。依靠旧方法获得诺奖的实验室也在努力学习这一技术。这种新模型能够准确地揭示细胞运行的必要机制，以及如何靶向针对疾病相关的蛋白。

“低温电子显微镜能够解决很多以前无法解决的谜题。”旧金山加利福利亚大学（University of California）的结构生物学家David Agard这样说道。

几年前Scheres被招进LMB，任务是帮助改进低温电子显微镜，最终他成功了。上个月，他们发表了这个领域最令人振奋的成就：阿兹海默症相关的酶的高清图片，图片包括该酶的1200左右个氨基酸，分辨率达到零点几纳米。

生物学家们如今仍在努力发展该技术，以期用它解决小分子或可变形分子的精微结构——这对低温电子显微镜来说，也是一大挑战。来自加利福利亚大学（University of California）的结构生物学家Eva Nogales表示，叫它革命也好，飞跃也好，低温电子显微镜的确打开了一扇大门。

蛋白结晶

结构生物学领域有一条不成文的观点：结构决定功能。只有知道生物分子的原子排布，研究者们才能了解这个蛋白的功能。例如，核糖体是如何根据mRNA的序列来制造蛋白，分子孔道是如何开和关的。几十年来，分析蛋白结构有一个无冕之王——X射线晶体衍射。在X射线晶体衍射中，科学家们让蛋白结晶，接着利用X射线照射，随后根据X射线的衍射来重建蛋白的结构。在蛋白质数据银行（Protein Data Bank）的100，000多条蛋白词目里，超过90%的蛋白结构是利用X射线晶体衍射技术解析得到的。很多诺贝尔奖也与这一技术相关，例如1962年揭示DNA双链螺旋结构的诺奖。

尽管X射线晶体衍射一直是结构生物学家的最佳工具，但是它有较大的限制。科学家们可能需要几年才能找到把蛋白形成大块结晶的方法。而很多基础蛋白分子，例如嵌在细胞膜上的蛋白，或是形成复合体的蛋白却无法被结晶。

当Richard Henderson 1973年到LMB，研究菌视紫红质（一种利用光把质子运进膜内的蛋白）结构时，X射线晶体衍射是首选工具。Henderson和他的同事Nigel Unwin成功地做出了该蛋白的二维结晶，但却不适用于X射线衍射。因此他们决定使用电子显微镜。

当时，电子显微镜主要用于研究用重金属染过色的病毒或组织切片。一束光子打在样本上，新生的电子被检测到，被用于解析样本结构。这种方法成功制作了第一幅病毒的精微图片——一种烟草病毒。但染色导致无法看清各个蛋白，更不要说原子细节了。Agarad表示，样本上要么满是斑点，要么没染上，你只能看到分子的轮廓。

Herderson等人省略了染色的步骤，把菌视紫红质的单层晶体放到金属网格中，然后用电子显微镜进行成像。Agard表示，这个过程里，你看到的是蛋白的原子。这在当时是很大的进步，因为当时人们都认为不可能利用电子显微镜解析蛋白结构。Henderson等人在1975年发表了这一成果。

20世纪80年代和90年代，低温电子显微镜领域发展迅速。一个关键性突破是利用液态乙烷来快速冷冻蛋白溶液。这也是为什么叫低温电子显微镜的原因。但这个技术的分辨率仅为1纳米，远远达不到针对蛋白结构进行药物设计的需求。而当时X射线晶体衍射的分辨率能达到0.4纳米。NIH等资助者投入了数亿美金来支持蛋白晶体领域的发展，但对于低温电子显微镜领域的资助却很少。

1997年，Henderson参加了高登研究会议（Gordon Research Conference）关于3D电子显微镜的年会。一位同事以这样的话做为开幕致词，“低温电子显微镜技术非常有限，不可能超越X射线晶体衍射。” 但Henderson的想法完全不同，在下一场发言中，他做出了反击。Henderson指出，低温电子显微镜会超越其它各种技术，成为全球研究蛋白结构的主流工具。

革命由此开始

在此之后，Henderson等人致力于提高电子显微镜的性能——尤其是感知电子的灵敏度。在数码相机席卷全球很多年后，很多电子显微镜学家仍然倾向于使用传统的胶片，因为比起数码感应器，胶片能更有效地记录电子。与显微镜生产商合作时，研究者们发明了一种新的直接电子探测器，这种探测器的灵敏度远高于胶片和数码相机探测器。

大约在2012年，这种探测器能够以一分钟几十帧的高速得到单个分子原子的连续图像。同时，和Scheres一样的研究者们精心编写了将多张2D图片建成3D模型的软件程序。这些3D图像的画质可以媲美X射线晶体衍射获得的图像。

低温电子显微镜适用于研究大的、稳定的分子，这些分子能够承受电子的轰击，而不发生变形——由多个蛋白组成的分子机器是最好的样本。因此由RNA紧紧围绕的核糖体是最佳的样本。三位化学家用X射线晶体衍射研究核糖体溶液的工作在2009年获得了诺贝尔化学奖，但这些工作花了几十年。近几年，低温电镜研究者们也陷入了“核糖体热”。多个团队研究了多种生物的核糖体，包括人类核糖体的首个高清模型。X射线晶体衍射的研究成果远远落后于LMB的Venki Ramakrishnan实验室，Venki获得了2009年的诺奖。Venki表示，对于大分子来说，低温电子显微镜远比X射线晶体衍射要实用。

这几年，低温电子显微镜的相关文章有很多：2015年一年，这个技术就用于100多个分子的结构研究。X-射线晶体衍射只能对单个、静态的蛋白晶体成像，但低温电子显微镜能够对蛋白的多种构象进行成像，帮助科学家们推断蛋白的功能。

5月，多伦多大学（University of Toronto）结构生物学家John Rubinstein等人使用了100，000张低温电子显微镜图片来生成V-ATPase 的“分子电影”，V-ATPase的作用是消耗ATP，把质子运进运出细胞液泡。”我们发现，这个酶非常灵活，可以弯折、扭曲和变型。” Rubinstein说道。他认为，这是由于这个酶的灵活性，它能够高效地把ATP 释放的能量传递到质子泵。

2013年Nogales的团队拼接了调控DNA转录成RNA的复合体的结构。他们发现，复合体的一个臂上悬挂着紧绕DNA链的10纳米结构，这段结构可能影响基因转录。Nogales表示，这个结构很漂亮，它可以帮助我们分析这个分子起作用的机制。

小而漂亮

现在低温电镜迅猛发展，专家们正在寻找更大的挑战作为下一个解析目标。对很多人来说，最想解析的是夹在细胞膜内的蛋白。这些蛋白是细胞信号通路中的关键分子，也是比较热门的药物靶标。这些蛋白很难结晶，而低温电子显微镜不大可能对单个蛋白进行成像，这是因为很难从背景噪音中提取这些信号。

这些困难都无法阻挡加利福利亚大学（University of California）的生物物理学家程亦凡。他计划解析一种细小的膜蛋白TRPV1。TRPV1是检测辣椒中引起灼烧感的物质的受体，并与其它痛感蛋白紧密相关。加利福利亚大学病理学家David Julius等人之前尝试结晶TRPV1，结果失败。用低温电子显微镜解析TRPV1项目，一开始进展缓慢。但2013年底，技术进步使得这一项目有了重大突破，他们获得了分辨率为0.34纳米的TRPV1蛋白的结构。该成果的发表对于领域来说，无异于惊雷。因为这证实了低温电子显微镜能够解析小的、重要的分子。“当我看到TRPV1的结构时，我激动得一晚上睡不着觉。”Rubinstein说道。

研究者们可能面临更多这样无眠的夜晚。Agard表示，会有更多膜蛋白相继被解析出来。

上个月由Scheres和清华大学的结构生物学家施一公合作发表的一篇文章就成功解析了一个膜蛋白。他们建立了γ-分泌酶的模型，γ-分泌酶负责合成与阿兹海默症相关的β-淀粉斑。0.34纳米分辨率的图谱显示，比较少见的遗传性阿尔茨海默病的γ-分泌酶突变后会在图谱上呈现两个“热点”（突变或者重组频率显着增加的位点），并且这种突变最终会合成有毒性的β-淀粉斑。γ-分泌酶的结构图帮助研究者发现为什么以往的抑制剂会无效，从而促进新药的研发。程亦凡表示，γ-分泌酶的结构非常惊人。

类似的成功吸引了制药公司的注意。他们希望借助低温电子显微镜去解析那些无法结晶的蛋白，从而更好地研发药物。Scheres如今和辉瑞公司合作，攻克离子通道。离子通道包含很多膜蛋白，例如痛感受分子和神经递质受体。“我几乎被每一个人联系过。”Nogales这样说道。

尽管低温电子显微镜发展迅速，很多研究者认为，它仍有巨大提升空间。他们希望能制造出更灵敏的电子探测器，以及更好地制备蛋白样本的方法。这样的话，就能够对更小的、更动态的分子进行成像，并且分辨率更高。5月，有研究者发表了一篇细菌蛋白的结构，分辨率达到了0.22纳米。这也显示了低温显微镜的潜力。

与任何热门领域一样，低温电子显微镜的发展也有烦恼。一些专家担心研究者们盲目追求该仪器会诱发一些问题。2013年HIV表面蛋白的结构图遭到了科学家们的质疑，他们认为用于建模的图片很多都是白噪声。此后，其他团队得到的X射线晶体衍射和低温电子显微镜模型也对原模型提出了质疑。但这些研究者们坚持相信自己的结果。今年6月，在高登研究会议（Gordon Research Conference）上，研究者们希望低温电子显微镜的结构图要有严格的质量控制。并且杂志要求作者们提供详细的建模方法。

成本问题可能会限制低温电子显微镜的推广。Scheres估计，LMB每天用于支持低温电子显微镜的经费就达到近3万人民币，外加近1万的电费——这是由于存储和处理图片的电脑耗电量很大。Scheres表示，每天至少要花费近4万人民币，对于很多地方来说，这个费用太高。为了推广低温电子显微镜，很多基金会建立了对外公开的设备，各地研究者们可以预约使用。霍华德·休斯医学研究所（Howard Hughes Medical Institute，HHMI）在珍利亚农场研究园区配备了一台。这台设备对所有HHMI资金的研究者公开。在英国，政府和维康信托在牛津大学附近建立了低温电镜公开使用平台。参与该平台搭建的伦敦大学（University of London）的结构生物学家Helen Saibil表示，有很多人想学习使用低温电镜。

洛克菲勒大学（Rockefeller University）的生物物理学家Rod MacKinnon就是这些人之一。他在2003年因解析一些离子通道的结晶结构而获得诺贝尔奖。MacKinnon现在对低温电镜非常着迷。“我现在处于学习曲线的斜坡阶段，非常热切。” MacKinnon这样说道。他打算用低温电镜来研究离子通道是如何开和关的。

1997年时，Henderson非常坚定地宣称，低温电镜会成为解析蛋白结构的主流工具。在将近20年后的今天，他的预测比当年有了更多底气。Henderson表示，如果低温电镜保持这样的势头继续发展，技术问题也得以解决，那么低温电镜不仅会成为解析蛋白结构的第一选择，而是主流选择。这个目标已经离我们不远了。

第二篇：切若贝尔利核电站事故

切尔诺贝利核电站

1986年4月26日，世界上最严重的核事故在苏联(Soviet Union)切尔诺贝利核电站发生。乌克兰基辅（Ukraine）市以北130公里的切尔诺贝利核电站的灾难性大火造成的放射性物质泄漏，污染了欧洲的大部分地区，国际社会广泛批评了苏联对核事故消息的封锁和应急反应的迟缓。在瑞典境内发现放射物质含量过高后，该事故才被曝光于天下。

切尔诺贝利核电站是前苏联最大的核电站，共有4台机组。4月，在按计划对第4机组进行停机检查时，由于电站人员多次违反操作规程，导致反应堆能量增加。26日凌晨，反应堆熔化燃烧，引起爆炸，冲破保护壳，厂房起火，放射性物质源源泄出。用水和化学剂灭火，瞬间即被蒸发，消防员的靴子陷没在熔化的沥青中。1、2、3号机组暂停运转，电站周围30公里宣布为危险区，撤走居民。事故发生时当场死2人，遭辐射受伤204人。5月8日，反应堆停止燃烧，温度仍达300℃；当地辐射强度最高为每小时15毫伦琴，基辅市为0.2毫伦琴，而正常值允许量是0.01毫伦琴。瑞典检测到放射性尘埃，超过正常数的100倍。西方各国赶忙从基辅地区撤出各自的侨民和游客，拒绝接受白俄罗斯和乌克兰的进口食品。原苏联官方4个月后公布，共死亡31人，主要是抢险人员，其中包括一名少将；得放射病的203人；从危险区撤出13.5万人。1992年乌克兰官方公布，已有7000多人死亡于本事故的核污染。

5月9日，国际原子能机构总干事布利克斯应苏联政府邀请，乘直升飞机从800米高空察看核电站的情况，他认为这是迄今为止世界上最严重的一次核事故。

灾后两年之中，26万人参加了事故处理，为4号核反应堆浇了一层层混凝土，当成“棺材”埋葬起来。清洗了2100万平方米“脏土”，为核电站职工另建了斯拉乌捷奇新城，为撤离的居民另建2.1万幢住宅。这一切，包括发电减少的损失，共达80亿卢布(约合120亿美元)。乌克兰政府已作出永远关闭该电站的决定。

白俄罗斯共和国损失了20%的农业用地，220万人居住的土地遭到污染，成百个村镇人去屋空。乌克兰被遗弃的禁区成了盗贼的乐园和野马的天堂，所有珍贵物品均被盗走，也因此将污染扩散到区外。近核电站7公里内的松树、云杉凋萎，1000公顷森林逐渐死亡。30公里以外的“安全区”也不安全，癌症患者、儿童甲状腺患者和畸形家畜急剧增加；即使80公里外的集体农庄，20%的小猪生下来也发现眼睛不正常。上述怪症都被称为“切尔诺贝利综合症”。

土地、水源被严重污染，成千上万的人被迫离开家园。切尔诺贝利成了荒凉的不毛之地。10年后，放射性仍在继续危胁着白俄罗斯、乌克兰和俄罗斯约800万人的生命和健康。专家们说，切尔诺贝利事故的后果将延续一百年。

核泄漏事故后产生的放射污染相当于日本广岛原子弹爆炸产生的放射污染的100倍。10年后，放射性仍在继续威胁着白俄罗斯、乌克兰和俄罗斯约800万人的生命和健康。有超过20万人死于与辐射有关的疾病。专家们说，消除核泄漏事故后遗症需800年。

这就是全球最严重的核泄漏灾难——切尔诺贝利事故。直到现在，这场灾难依然是人们心头挥之不去的梦魇。

切尔诺贝利核电站位于乌克兰北部，距首都基辅只有140公里，它是原苏联时期在乌克兰境内修建的第一座核电站。曾几何时，切尔诺贝利是苏联人民的骄傲，被认为是世界上最安全、最可靠的核电站。

1986年4月26日凌晨1时许，随着一声震天动地的巨响，火光四起，烈焰冲天，火柱高达30多米。切尔诺贝利核电站4号核反应堆发生爆炸，其厂房屋顶被炸飞、墙壁坍塌，当场死亡2人。据估算，核泄漏事故后产生的放射污染相当于日本广岛原子弹爆炸产生的放射污染的100倍。爆炸使机组被完全损坏，8吨多强辐射物质泄漏，尘埃随风飘散，致使俄罗斯、白俄罗斯和乌克兰许多地区遭到核辐射的污染。

爆炸发生后，在莫斯科的核专家和苏联领导人得到的信息只是“反应堆发生火灾，但并没有爆炸”，这导致苏联官方接收了错误的汇报并产生错误判断，因此反应迟缓，一开始并没有引起苏联高层的重视。

在事故后 48小时，政府才开始疏散一些距离核电站很近的村庄，同时派出军队强制人们撤离。许多人在撤离前就已经吸收了致命量的辐射。当地政府一直不对居民告知事情的全部真相，这是因为官方担心会引起人们恐慌。当时在现场附近村庄测出的是致命量几百倍的核辐射，而且辐射值还在不停地升高。

事故后3天，莫斯科派出的一个调查小组到达现场，可是他们迟迟无法提交报告，苏联政府还不知道事情真相。

更重要的是，事故不只是影响到了核设施所在地区所在国家的利益，它越过了国界，波及毗邻国家，引起了别国的慌乱。终于在事件过了差不多一周后，莫斯科接到从瑞典政府发来的信息。此时辐射云已经飘散到瑞典。苏联当局终于明白事情远没有他们想的那么简单。

苏联当局这才匆忙调集了成千上万的救援者到切尔诺贝利，在缺乏设备的情况下，基本上是靠人的手来完成清理工作的，他们当中许多人几秒钟之内便吸收了常人一生遭受的辐射剂量。政府随后为所有受伤者提供了紧急医疗救护。同时，一个专家组甚至开始用军用直升机投放硼、白云石、沙子、黏土、铅的混合物来覆盖毁坏的反应堆，才终于将反应堆的大火扑灭，同时也控制住了辐射。

专家对30千米以内和30千米范围以外的水体底部沉积物中放射性同位素含量组织了监测。为制止该电站第4机组废墟中残留的核燃料扩散，有关单位用厚厚的混凝土堆造了一个有复杂通风系统的多层大型建筑物，把第4机组的全部设施埋在其中，这个建筑物成了“石屋”。

2000年11月，乌克兰政府宣布整个切尔诺贝利发电厂停止发电，永远不再运作。

这次核泄漏事件，使土地、水源被严重污染，成千上万的人被迫离开家园。再加上苏联政府对切尔诺贝利危机的应对迟缓，竟然让成千上万的救援者没有任何防辐设备就冲到前线，令死亡和受伤害人数更加扩大。10年后，放射性仍在继续威胁着白俄罗斯、乌克兰和俄罗斯约800万人的生命和健康，有超过20万人死于与辐射有关的疾病。专家们说，消除切尔诺贝利核泄漏事故后遗症需800年。

◎智慧解码

这场灾难缘于反应堆设计缺陷、运行操作人员严重违反安全规程、有关人员缺少必要的安全知识、缺乏必要的核事故应急准备等等原因，说是人祸亦不为过。核能可以造福众生，也可以为祸人间，是福是祸，最终取决于人。那些令人或悲伤或动容的故事，其实都是在告诉我们两个词——安全与责任。当人们拿起核能这把双刃剑时，请不要忘记切尔诺贝利那无言的诉说。

第三篇：极端低温天气下温室防控技术

极端低温天气下温室防控技术

为了应对可能出现的降雪和降温天气，确保各项防寒、防冻措施到位，最大程度地减轻灾害性天气对日光温室作物生产造成的影响和损失，应做好以下几项工作。

1、加盖防雪薄膜

日光温室覆盖草帘（保温被）后，在条件允许情况下，应在草帘上再缝制或加盖一层旧棚膜。其优点：一是能减少夜间温室内的热量散失，二是便于雪天清扫积雪；三是能防止下雪时雪水淋湿草帘（保温被）。

2、用活动立柱支撑龙骨架

大雪天气时在距温室前沿3米左右处用活动立柱顶住龙骨架，增强抗压能力，防止温室变形或坍塌。

3、及时清扫积雪

雪后要及时清扫积雪，防止因载重太大而造成龙骨架变形或温室坍塌。

4、在温室出入口处挂门帘

为防止冷风由温室门口吹入室内，必须配备缓冲间，并在温室出入口吊挂门帘，在温室门口走道挂3米左右薄膜围裙，防止人员进出温室时冷风直接吹到室内作物。

5、前坡围立草帘

在日光温室内种植喜温蔬菜时，如遇大雪或较强降温天气，在温室前屋面前沿竖一排立草帘，阻挡寒风，提高温室的保温效果；

6、在行间或沟内覆盖一层麦杆或其它碎草

覆盖麦草后既保温又降湿还能增加二氧化碳，利于作物生长，提高作物产量。

7、后墙挂反光膜

冬季，在日光温室后墙上张挂反光膜，可改善温室内北部蔬菜植株的光照条件，地温、气温一般平均升高2℃左右，植株叶片的光合能力也明显提高。

8、清洁棚膜

日光温室薄膜在使用中易吸附灰尘，或在草帘卷放中易散落草屑，因而造成薄膜透光率降低，需要经常进行人工除尘，提高棚膜透光率，增加光照，提高温度。

9、加强温度管理

晚揭早盖草帘（保温被）并尽量少通风，使温室内积蓄较多热量。

10、合理灌水施肥

在下雪天或出现较强降温天气时，尽量不浇水，因为在覆盖地膜的情况下土壤水分散失较缓慢。如果土壤干旱，作物表现缺水时，可选降温天气过后，天气晴朗的白天，采用膜下滴灌或膜下浇小水，或用水壶点浇温水，千万不可用冷水进行漫灌，以免降低地温。深冬季节蔬菜作物生长发育缓慢，需肥少。如需追肥时，最好配合滴灌施入，实行水肥一体化管理。待天气转暖后，再适当增加浇水和施肥的次数。

11、充分利用散射光

阴雪天气期间，利用降雪间隙可抓住机会揭开草帘1～2小时，充分利用散射光，利于植株进行光合作用和室内增温，以缓解低温及黑暗环境对植株的危害。

12、雪后突然放晴，揭花帘采光

日光温室遇连续阴雪天后突然放晴，揭开草帘后，光照特别强，气温很快升高，空气湿度下降。蔬菜作物在较长时间未见光，地温又低，根系活动能力下降，水分蒸腾加快，容易失水萎蔫，在这种情况下，需要给蔬菜作物喷洒清水，提高空气湿度。同时还要放下花帘遮荫，避免突然的高温强光和很低的空气湿度对蔬菜作物造成“闪苗”危害。

13、低温引起“花打顶”时适当疏掉一些幼果 适当摘除幼果，以利枝蔓生长增强作物抗逆性。

14、喷施抗寒剂和叶面肥

在大雪前喷施防冻药剂或抗寒剂（如天达2116等），增强作物的抗寒能力。喷施叶面肥，加强蔬菜长势，有利于提高蔬菜作物的抗寒能力。

民勤农技中心 胡健泰

第四篇：浅谈浅圆仓低温储粮技术的应用

浅谈浅圆仓低温储粮技术的应用

浅谈浅圆仓低温储粮技术的应用 隋成波（辽宁省鞍山市第二粮库，辽宁鞍山114041）摘要：充分利用东北地区北方自然低温，采用机械通风降低粮温，夏季采取压盖隔热措施保持粮堆的“冷心”不被破坏，使储根维持在低温状态，达到减缓陈化，安全储粮和保鲜的目的。

关键词：浅圆仓；粮食储藏；低温；机械通风；谷物冷却

为了改变我国粮食仓容量不足，流通状态落后，仓储设施不配套的局面，我国在1998年将浅圆仓作为一种新的仓型引人到新仓建设中，并为之配备了机械通风、电子检温、环流熏蒸、谷物冷却4项储粮新技术。对各基层粮库保粮工作人员来说，浅圆仓储粮工艺是新事物、新技术，缺乏相应的技术支持和应用经验。因此，探讨浅圆仓储粮新特性和掌握储粮管理规律成为当前国储库鱼待解决的实际问题。

为了进一步掌握、探讨和完善4项储粮新技术，笔者结合我国北方地区储粮环境特性，开展了浅圆仓低温储粮的生产性试验。利用辽宁省鞍山市第二粮库已建成的2座浅圆仓和2座立筒仓进行了低温储粮对比试验，初步了解和掌握了浅圆仓低温储粮的相关技术，为寻找一套适合东北地区储粮环境的成熟、高效、实用的储粮方案提供参考。低温储粮原理

低温储粮是指通过自然或机械的方法，使粮堆的温度长期保持在15℃以下，从而降低粮食的呼吸强度，抑制害虫和微生物的生长，减少或降低粮食的损失，延缓储粮品质的陈化，以达到安全储粮和保鲜的目的。

1．1温度对呼吸强度的影响

在一定的温度范围内（低于40~ 45℃以下），粮食的呼吸强度随温度的升高而成倍增加（例如：小麦温度由15℃上升到25℃时呼吸系数即呼吸强度增加1．8~ 1．9倍，10℃时的呼吸强度是0℃的2．86倍，因此，采用低温储粮的办法可以降低粮食的呼吸作用，增大粮食的储藏稳定性。

1．2 温度对粮食微生物生长的影响

储粮微生物的生长繁殖的适应温度范围是20 ~ 40 ℃，在低温条件下储粮微生物生长繁殖受到了很大的抑制，因此，合理地控制粮食温度和湿度能够有效地防止粮食霉变的发生。

1．3温度对储粮害虫的影响

储粮害虫和其他昆虫一样是变温动物，其体温随外温的变化而变化。一般条件下，当温度低于15℃时，大多数储粮害虫的身体开始出现冷麻痹，害虫不能完成其生活史；当温度低至5~10℃，害虫开始出现冷昏迷，活动受阻，不能取食，结果造成害虫衰竭死亡；0℃以下时，害虫因体液结冻而死亡。因此，低温储粮不仅能抑制储粮害虫的生长与发育，还能对储粮害虫起到防治的效果，是杀灭储粮害虫的有效手段。

1．4低温状态下的粮食品质

低温储藏的粮食由于呼吸作用弱，呼吸消耗的干物质较少，粮食的蛋白质、碳水化合物、脂类、酸性物质等变化缓慢，粮食的品质相对较好。低温储粮不仅保证了粮食的品质，而且减少了熏蒸次数，减轻了药剂的污染，更适合于高品质粮食的储藏。

2试验目的由于浅圆仓单仓储粮数量较大，粮层相对较厚，加之粮食是热的不良导体，在冬季，利用自然冷源采用机械通风的方式将粮堆温度降低到低温标准后，再对粮堆采取隔热保温措施。在夏季外温回升期间，粮堆内部依然能够保持“冷心”状态，确保粮堆内绝大多数粮食长期处于低温条件，这对于延缓粮食品质的陈化，防虫，防霉以及改善粮食加工品质具有十分重要的意义。因此，通过这次浅圆仓低温储粮生产性试验，努力探寻一种切实可行、经济高效适合我库实情的低温

储粮新工艺，提高我库的科学储粮和仓储管理的现代化水平，为今后低温储粮工艺在我库的推广和使用提供依据。

3试验方法和材料

3.1试验时间

试验时间2006-05-2007-08。

3.2试验仓房

浅圆仓是辽宁鞍山国家粮食储备库新仓建设的主体工程之一，由6个单仓由东向西一字排列，单仓设计容量为8 340 t,浅圆仓筒径为30 m,仓顶标高21.5 m，檐口标高14.5 m，浅圆仓筒壁为270 mm厚的钢筋混凝土滑模结构，仓顶为带肋梁的钢筋混凝土球冠薄壳结构屋盖。浅圆仓的仓顶上有4个自然通风孔,4个轴流风机孔分别用螺杆式闸板密封，仓顶1个人粮口用螺杆式闸板密封。进人孔用盖板门密封，还有30个测温电缆进线孔用水泥与硅酮胶混合密封。仓下卸粮口用气密闸板和电动闸板密封。仓底通廊及通风口中分别用硅酮胶盖板、胶垫、法兰、螺栓紧固密封。本次试验的试验仓为Q3 , Q4。

3．3对比仓房

立筒仓是辽宁鞍山国家粮食储备库1998年建设的仓房，仓高18.0 m，内径10 m，设计仓容800 t，仓壁为370 mm厚的砖混凝土结构，仓顶为平水泥预制板，有150 mm珍珠岩保温层和油毡沥青防水层。仓底有双环状通风风道，仓房未进行专业密封。本次试验的对比仓为L1，L2。

3．4粮食的基本情况

浅圆仓Q3,Q4号和立筒仓L1,L2储存的粮食均为2005生产的玉米，人仓时的质量等级均在中等以上，仓内储藏状态全部为散堆储藏，各仓粮食的品质指标详见表1。

3.5试验用风机：

风机类型：4-72-11NQ．6离心式通风机（共有4台）；功率：7.5 kW;风量：16 500 m3/h;转速：1 800 r/min；通风类型：正压力通风；通风的目的：降温。

3.6谷物冷却机

试验所用谷冷机是广东吉荣空调设备有限公司生产的GLA78。制冷量：78 kW；压缩机功率：

29.8 kW；名义送风量：5 300 m3/h；送风功率：18.5 kW；温控范围：7~ 180℃：湿控范围：65％~ 95％（RH）；冷凝机功率：6 X 0.68 kW；冷凝机送风量：6 X 10 000 m3/h。

3.7仓房的密闭

3．7．1浅圆仓的气密性

Q3,Q4仓从500 Pa衰减至250 Pa的压力衰减期见表2。

3.7.2试验仓的压盖

Q4和L1采取了双层编织薄膜内包保温棉毡垫压盖，保温棉垫具有良好的保温性和吸湿性（每片面积为10 mX2 m=20 m2），使用灵活方便，成本低廉；浅圆仓单仓需40片保温棉垫，立筒仓单仓需5片保温棉垫。

4试验步骤

4．1降温方式的选取

降温方式见表3。

通过表3可以得出，在冬季利用自然冷源的机械通风方式最经济高效，更适合北方地区的储粮环境；谷物冷却方式更适合在夏季应急处理发热粮情，是仓储保粮的“杀手锏”。根据满足的通风条件和降温需要，选择适宜的时机和降温方式适时降温，并记录下相关数据，以备分析研究试验结果时使用。

4.2密闭和压盖

浅圆仓在新粮人仓和通风降温后应立即密闭，在每次通风冷却后必须重新压盖粮面，密闭仓房，并记录下密闭和压盖的时间、粮温及人工等数据备查。

4.3日常管理和数据的采集

(1)为了确保试验仓内储粮的安全，对试验仓采取电子检温和人工检测相结合，每周检测1次粮温和虫情；分析比较对比仓的粮情，发现粮情隐患及时处理，并记录下粮情、虫情等相

关数据。

(2)每月对各试验仓进行1次粮情、粮食品质大普检，考察低温安全储粮试验的实际效果。

(3)详细记录试验仓和对比仓在整个试验过程中所发生的各项费用（包括人工费、电费、药物熏蒸费、机械设备折旧费、其他杂费等），为经济分析提供依据。

4．4试验结束时间点的确定

通过整理试验数据，综合分析储粮的品质、粮情、虫情及其他客观条件，根据需要适时结束本次试验，但试验至少要经历1个完整的储藏。

5试验结果分析

(1)在历经15个月的生产性试验后，积累了大量的原始数据和经验，各试验仓和对比仓粮情和粮食质量数据见表4和表5。

分析表4,表5不难发现，浅圆仓各项储粮条件均优于立筒仓，压盖粮较未压盖粮食的储藏稳定一些，压盖粮堆表面发热和结露的情况基本杜绝，而未压盖的粮仓存在局部发热和结露的威胁。一方面压盖后的粮食表面温度较低，不适宜蛾类等储粮害虫的生长，浅圆仓在压盖后除粮堆表面1~2 m深度的粮温高于0 ℃,80％以上的粮食在整个储粮期内都处于低温状态，储粮害虫和微生物都很难生长、繁殖；另一方面压盖十分明显地阻碍了粮堆内部空气和水分的对流转移，粮食发热和结露等粮情发生的机会减少了，储粮的风险也就大大的降低了。

(2)分析比较试验仓和对比仓储藏粮食品质的变化情况（详见表

1、表4和表5)，可以知道在15个月的试验期结束后，浅圆仓储藏的粮食比立筒仓所储粮食品质变化缓慢，压盖后相比较未压盖优势不明显。在进行感官评定时，浅圆仓储藏的粮食的口感、色泽、气味等感官

指标明显好于立筒仓。由此可以判断，低温储粮在一定程度上延缓了粮食的陈化，对粮食的保鲜具有显著的效果。

(3)在整个试验过程中，Q3、Q4号仓始终没有进行环流熏蒸，只对粮堆表面、仓门出粮口等储粮害虫活跃部位采取了消毒、布置防虫线等防护手段，取得了良好的防虫效果，减少了粮食的熏蒸次数和用药量，不仅节约了高昂的药剂费用和熏蒸费，还减低了保粮人员接触有毒药剂的危害，具有良好的环保效益。

(4)据初步预测，浅圆仓大粮堆储粮降低成本的优势明显，可以认为浅圆仓是现阶段最适宜低温储粮的仓型之一。总体来看，低温储粮具有常温储粮所无法比拟的优势，具体表现为：①单位储粮成本较低；②储粮风险较小；③可减少对粮食及环境的污染和危害，具有一定程度的保鲜效果；④具有良好的经济效益和社会效应。低温储粮需要注意的是：①对仓型、密闭、保温条件要求高；②选择合适的降温方式和时机是关键。

6结论

浅圆仓低温储粮方案来源于储粮保粮第一线的探索和总结，整个试验过程始终从实际生产需要的角度出发，不单纯为试验而试验。因此，有理由相信，浅圆仓低温储粮这项结合了4项储粮新技术的储粮方案具有操作简便，可广泛推广应用等特性。但在试验中也发现，压盖给检查粮情带来了一定的困难，增加了人工费用的支出，并且如果压盖物消毒不彻底很可能成为储粮害虫和微生物滋生的温床，极易引起粮堆表面虫霉大量的繁殖，成为引发发热和结露的导火索。因此，一定要对压盖物进行彻底的消毒。在整个试验中，降温的方式和时机的把握是浅圆仓低温储粮的关键，而仓房的密闭和保温是基础。

在上述结果和分析的基础上，笔者认为浅圆仓低温储粮试验技术在实践中获得了初步的成功，浅圆仓低温储粮是一套适合北方地区使用的具有良好经济效益和环保效应的储粮新方案。

第五篇：聚羧酸高效减水剂的低温合成技术及性能研究

聚羧酸高效减水剂的低温合成技术及性能研究

---青岛鼎昌新材料 引言近年来，混凝土外加剂的生产已经朝着高性能、无污染方向发展。以聚羧酸系为代表的第三代高性能减水剂大量应用于大型建设工程。该类减水剂的主要优点是掺量低、减水率高、高分散性、高保坍性、引言

近年来，混凝土外加剂的生产已经朝着高性能、无污染方向发展。以聚羧酸系为代表的第三代高性能减水剂大量应用于大型建设工程。该类减水剂的主要优点是掺量低、减水率高、高分散性、高保坍性、引气量小、不泌水等，是配制高强度、高耐久性、大流态等高性能混凝土的首选减水剂，并被国内外公认为环保型高性能减水剂，对此类减水剂的合成研究是当前混凝土外加剂研究领域的最热门课题之一。

目前，聚羧酸合成技术已经比较成熟、稳定，但仍存在着合成温度比较高(60 ～80 ℃)，整个反应时间比较长(5 ～7 h)，生产效率低的问题对于在低温条件下、高效合成减水剂的工艺罕见报道，因此开发出一种合成温度低、反应时间短的合成方法显得尤为重要。本研究从降低聚合反应的温度(20 ～25 ℃)入手，以异戊烯醇聚氧乙烯醚、甲基丙烯磺酸钠、丙烯酸、复合引发剂 E 等为原料，在较短反应时间内(2 h)，通过自由基共聚合反应合成聚羧酸高效减水剂，实现一种聚羧酸减水剂的低温合成技术。试验

2． 1 主要原料和设备

异戊烯醇聚氧乙烯醚(TPEG2400)，工业品;甲基丙烯磺酸钠(SAMS)，化学纯;丙烯酸(AA)，工业品;去离子水，工业品;氢氧化钠，分析纯;引发剂 E。

DF-101S 集热式磁力搅拌(河南智诚仪器有限公司);DW-1 型电动搅拌器(江苏省金坛市医疗仪器厂);分析天平(上海精密仪器有限公司);NJ-160A 水泥净浆搅拌机(无锡市建鼎建工仪器厂);蠕动泵(保定创锐泵业有限公司)。2． 2 聚羧酸减水剂的制备

一定量的 TPEG2400 单体和 SAMS 置入四口烧瓶中，加入适量的去离子水，开启蠕动泵，于2 h 内匀速滴加引发溶剂 E 及 AA 水溶液，反应过程中温度保持在 20 ～25 ℃，滴加完成后，用 w(NaOH)=40% 的水溶液调节体系 pH 值至中性，即得聚羧酸产品。2． 3 产品性能测试

水泥净浆流动度与 1 h 经时流动度的测量，按照 GB/T 8077-2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》，水灰比 0． 29，减水剂掺量 0． 18%，分别测定水泥净浆流动度和水泥砂浆减水率。结果与讨论

3． 1 酸醚比对减水剂分散性能的影响

在 25 ℃条件下，固定甲基丙烯磺酸钠(SAMS)的配比，引发剂 E 用量为 0． 18%((相对于所有单体总摩尔量的百分比，下同)，保持其他操作条件的相同情况下，考查不同酸醚比 n(AA)∶ n(TPEG2400)对减水剂分散性和分散保持性能的影响，试验结果见图 1。

由图 1 可知，随着 n(AA)∶ n(TPEG2400)的增大，净浆流动度逐渐增大。当 n(AA)∶ n(TPEG2400)= 4时水泥净浆流动度达到280 mm，1 h 后保持在270 mm。主要是由于减水剂吸附到水泥颗粒表面，TPEG 中的PEO 侧链在水泥颗粒间产生良好的空间阻碍作用，使水泥颗粒不能彼此靠近，有效阻碍水泥的絮凝，且-COOH 与 PEO 侧链的比例适当，主链上带电荷基团的静电斥力和侧链上的空间位阻效应的协同作用充分发挥，分子结构合理，各官能团协调作用，使减水剂的分散性及分散保持性最好。当 n(AA)∶ n(TPEG2400)﹥4 时水泥净浆流动度开始明显下降，可能是因为丙烯酸浓度增大，丙烯酸的自聚倾向增强，很容易形成均聚物，导致水泥的分散性能及分散保持性能下降。

3． 2 SAMS 用量对减水剂分散性能的影响

在 25 ℃条件下，固定 n(AA)∶ n(TPEG2400)为 4∶ 1，引发剂 E 用量为 0． 18%，保持其他操作条件的不变情况下，考查不同甲基丙烯磺酸钠对减水剂分散性和分散保持性能的影响，试验结果见图 2。

由图 2 可知，随着 SAMS 用量的增加，水泥的净浆流动度先增大后减小。当 SAMS 用量0． 3 mol 时，减水剂的初始净浆流动度达到 280 mm，1 h 后保持在 270 mm。这是因为 SAMS 具有亲水基团-SO 3 H，具有较好的减水性和缓凝效果，随着 SAMS 用量的增加，聚合产物的分散性显著提高，但其用量过大时，SAMS 具有一定的链转移作用，会影响减水剂相对分子质量的大小，易生成不易溶于水的聚合物。

3． 3 引发剂 E 对减水剂分散性能的影响

在 25 ℃条件下，固定 n(AA)∶ n(TPEG2400)为4∶ 1，SAMS 0． 3 mol，保持其他操作条件的不变情况下，考查不同引发剂 E 用量(相对于所有单体总摩尔量的百分比)对减水剂分散性和分散保持性能的影响，试验结果见图 3。

由图 3 可知，随着引发剂用量的增加，水泥的净浆流动度先增大后减小，当引发剂用量为 0． 18% 时，水泥净浆初始流动度达到 280 mm，1 h 后仍保持在 270 mm。当用量继续增加时，水泥的净浆流动度反而下降。

这是因为，在聚合反应中，引发剂不仅能起到引发聚合反应的作用，且具备一定的调节分子量作用。引发剂用量较少时，所得聚合物的主链聚合度相对较高，分子量较大，容易产生絮凝，当引发剂用量过高时，所得聚合物的主链聚合度过低，分子量较小，所带的负电基团较少，静电斥力小，减水剂的分散性能降低。1

3． 4 反应温度对减水剂分散性能的影响 固定 n(AA)∶ n(TPEG2400)为 4∶ 1，SAMS 的用量 0． 3 mol，引发剂 E 用量 0． 18%，在室温下，采用恒温水浴锅控制反应温度 10 ℃、15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃、35 ℃进行实验，考查不同反应温度对减水剂分散性和分散保持性能的影响，试验结果见图 4。

由图 4 可知，减水剂的分散性随着反应温度的升高呈现曲线变化。反应温度在 25 ℃时，所得减水剂性能最佳，可使水泥初始静净浆流动度达到 280 mm，1 h 后保持在 270 mm。当温度高于 25 ℃时，引发剂 E 分解速率较快，聚合速度太快，支链太多，残余单体数量较多，聚合反应不完全。当温度低于 20 ℃时，引发剂 E分解速率降低，聚合速度变慢，单体转化率降低。

3． 5 投料方式对减水剂分散性能的影响 根据自由基聚合原理，投料方式的不同会影响大单体和丙烯酸的共聚倾向及大单体的转化率。在25 ℃条件下，固定 n(AA)∶ n(TPEG2400)为4∶ 1，SAMS 的用量0． 3 mol，引发剂 E 用量0． 18%，反应时间2 h，此处主要考查了不同投料方式对减水剂分散性能的影响:(1)全混法:将 TPEG、SAMS、AA、引发剂 E 一次性投入三口烧瓶中，控制温度进行反应 2 h。(2)半混法:将一定配比的 TPEG、SAMS、AA 投入三口烧瓶中，引发剂 E 混合均匀后连续滴加 2 h 进行反应。(3)分别滴加法:将一定配比的 TPEG、SAMS 投入三口烧瓶中，AA 及引发剂 E 分别同时以滴加加入。试验结果见图 5。

由图 5 可知，相同条件下，采用分别滴加法所得减水剂流动度较大，初始净浆流动度达到 280 mm。主要原因是全混法和半混法反应体系中，活性较大的单体先行聚合，剩余活性较小的单体聚合速率较低，使得产品中有效成分较少，且分子量不均匀。而分别滴加法有效的控制了活性较高的单体的加入速率，所得产品结构合适、分子量均匀，其净浆的流动度及保留性比较理想。因此，试验中采用分别滴加法。

3． 6 反应时间对减水剂分散性能的影响

在 25 ℃条件下，固定 n(AA)∶ n(TPEG2400)为 4∶ 1，SAMS 的用量 0． 3 mol，引发剂 E 用量 0． 18%，保持其他操作条件的相同情况下，考查不同反应时间对减水剂分散性和分散保持性能的影响，试验结果见图 6。

在聚合反应中，自由基聚合反应，一般不存在中间产物，反应体系除了生成一定分子量的聚合物，就是未反应的单体。随着反应时间的增长，减水剂大分子链上接枝的不同官能团的数目随之增加，反应程度也随之增加，所得减水剂的流动度也随之增大。由图 6 可知，反应时间 2 h 时，所得减水剂性能最佳，可使净浆度达到 280 mm。当反应时间超过 2 h，净浆流动度基本保持不变，因此最佳反应时间为 2 h。

3． 7 采用最佳工艺制得的减水剂性能测定

在25 ℃条件下，n(SAMS)∶ n(AA)∶ n(TPEG2400)=0． 3∶ 4． 0∶ 1． 0，2 h 内匀速滴加引发剂 E 及共聚单体AA 于 SAMS、TPEG 混合溶液中，共聚单体 AA 溶液先于引发剂 E 溶液滴加完毕，再用 w(NaOH)=40% 的水溶液中和，制得聚羧酸系减水剂。对此减水剂进行了水泥净浆性能测试，在水灰比为 0． 29，掺量为 0． 18%条件下，水泥净浆初始流动度为 280 mm，1 h 经时流动度为 270 mm，减水率达到 29%。合成的聚羧酸减水剂在低掺量下表现出很好的分散性与分散保持性能，且减水效果较好。结论

(1)本文研究一种聚羧酸减水剂的低温生产工艺，通过单因素实验分析，得到最佳工艺条件:反应温度25 ℃，n(SAMS)∶ n(AA)∶ n(TPEG)=0． 3∶ 4． 0∶ 1． 0，引发剂 E 用量为 0． 18%，反应时间 2 h;(2)采用最佳工艺条件合成得到的减水剂，在水灰比为 0． 29，掺量为 0． 18% 条件下水泥净浆初始流动度为 280 mm，1 h 经时流动度为 270 mm，具有较好的分散性与分散保持性能;(3)在混凝土中掺加采用最佳工艺制得的聚羧类减水剂，其减水率可达 27%，且强度越发稳定。与国内目前广泛应用的聚羧酸类减水剂相比，该减水剂减水率高，保坍性好，合成工艺简单，且聚合反应过程在室温下即可完成，耗能更低，成本较低，具有良好的性价比和市场竞争力。

青岛鼎昌新材料有限公司，是一家专业从事混凝土外加剂新材料的企业，集产品研发、生产、销售及技术服务于一体。公司生产厂位于美丽的青岛胶州市，考虑全国客户产品的使用便捷性，我司先后在广东省东莞市、陕西省西安市、四川省广汉市建立分库房，营销中心坐落于陕西省古城西安，业务面向全国，截止目前成交客户的数量已近千家，遍及全国。公司凭借多年的外加剂从业经验以及强大的技术团队支持，先后研发出一系列适应性强、综合性价比高的混凝土外加剂产品，如：保塑剂系列、缓凝剂系列、改性引气剂系列、阻泥剂系列、高效还原剂系列、抗泥型功能单体，在很大程度上解决了外加剂复配过程中坍损快、和易性差、流动性不好、易泌水等技术难题。

公司的持续发展，离不开广大客户对我司产品的不断建议和信任验证，应市场广大客户需求公司于2014年建立专业的工艺技术研发团队，从事聚羧酸常温合成研究工作，新型的聚羧酸常温工艺解决了部分客户和易性、坍损快等技术问题，简化了材料及生产的复杂性同时达到了环保要求。

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