微生物工程 第一章 绪论

第一篇：微生物工程 第一章 绪论

微生物工程：

发酵工程、生物冶金、环境保护、微生物勘探、能源开发等。概念：

利用微生物生长代谢活动产生的各种生理活性物质来生产商业产品。6 狭义 “发酵”的定义：在生物化学或生理学上发酵是指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质产生能量的一种方式，或者更严格地说，发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应。如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出二氧化碳。同时获得能量，丙酮酸被还原为乳酸而获得能量等等。广义 “发酵”的定义：工业上所称的发酵是泛指利用生物细胞制造某些产品或净化环境的过程，它包括厌氧培养的生产过程，如酒精、丙酮丁醇、乳酸等，以及通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂等的生产。产品即有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、酶等。“发酵工程”的定义：应用微生物学等相关的自然科学以及工程学原理，利用微生物等生物细胞进行酶促转化，将原料转化成产品或提供社会性服务的一门科学。

基本概念 8 发酵工程的特点

发酵和其他化学工业的最大区别在于它是生物体所进行的化学反应。其主要特点如下： 1·发酵过程一般来说都是在常温常压下进行的生物化学反应，反应安全，要求条件也比较简单。

2·发酵所用的原料简单粗放。通常以淀粉、糖蜜或其他农副产品为主，只要加入少量的有机和无机氮源就可进行反应。微生物因不同的类别可以有选择地去利用它所需要的营养。基于这一特性，可以利用废水和废物等作为发酵的原料进行生物资源的改造和更新。

3·发酵过程是通过生物体的自动调节方式来完成的，反应的专一性强，因而可以得到较为单一的代谢产物。

4·发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要。除了必须对设备进行严格消毒处理和空气过滤外，反应必须在无菌条件下进行。如果污染了杂菌，生产上就要遭到巨大的经济损失，要是感染了噬菌体，对发酵就会造成更大的危害。因而维持无菌条件是发酵成败的关键。

5·由于生物体本身所具有的反应机制，能够专一性地和高度选择性地对某些较为复杂的化合物进行特定部位地氧化、还原等化学转化反应，也可以产生比较复杂的高分子化合物。

6·微生物菌种是进行发酵的根本因素，通过变异和菌种筛选，可以获得高产的优良良菌株并使生产设备得到充分利用，也可以因此获得按常规方法难以生产的产品。

7·工业发酵与其他工业相比，投资少，见效快，并可以取得显著的经济效益。12 发酵的类型按发酵原料来区分 糖类物质发酵

石油发酵

废水发酵 13 按发酵形式来区分

固态发酵 深层液体发酵 14 按发酵产物区分

氨基酸发酵 有机酸发酵 抗生素发酵 酒精发酵 维生素发酵 酶制剂发酵按发酵工艺流程区分

分批发酵 分批补料发酵 连续发酵 发酵的类型 16 按发酵过程中对氧的不同需求来分

好氧发酵

厌氧发酵发酵过程的组成

繁殖种子和发酵生产所用的培养基组份确定； 培养基、发酵罐及其附属设备的灭菌；

培养出有活性、适量的纯种，接种入生产容器中；

微生物在最适合于产物生长的条件下，在发酵罐中生长； 产物提取和精制；

过程中排出的废弃物的处理。19 发酵生产的条件 某种适宜的微生物

保证或控制微生物进行代谢的各种条件（培养基组成，温度，溶氧，pH等）进行微生物发酵的设备

提取菌体或代谢产物，精制成产品的方法和设备 23 菌体

工业生产的微生物体，可分为二种： 供制备面包用的酵母；

作为人类或动物的食物的微生物细胞（单细胞蛋白质）。24 微生物的酶

工业上，曾由植物、动物和微生物生产酶。微生物的酶可以用发酵技术大量生产，是其最大的优点。而且与植物或动物相比，改进微生物的生产能力也方便得多。酶的生产是受到微生物本身严格控制。为改进酶的生产能力可以改变这些控制，如在培养基中加入诱导物和采用菌株的诱变和筛选技术，以消除反馈阻遏作用。25 微生物代谢产物---代谢产物的类别

初级代谢产物：氨基酸、核苷酸、蛋白质、核酸、脂类和碳水化合物等。

次级代谢产物：有些微生物的稳定期培养物中所含有的化合物，并不在营养期时出现，而且未见到对细胞代谢功能有明显的影响。例如，抗生素。微生物代谢产物---初级代谢产物及其在工业上的用途举例 生物转化过程---定义

生物细胞或其产生的酶能将一种化合物转化成化学结构相似，但在经济上更有价值的化合物。

转化反应是催化脱氢、氧化、羟化、缩合、脱羧、氨化、脱氨化或同分异构作用。29 生物转化过程---特点

反应条件温和(30-40℃，常压，水相反应)反应选择性高

反应产物纯度高（包括光学纯）

反应底物简单便宜（一般无毒、不易燃）反应收率主要取决于菌种的性能 设备简单 31 生物工程重要的组成部分 发酵工程(Fermentation)酶工程(蛋白质工程)(Enzyme engineering & Protein

engineering)

基因工程(Genetic engineering)

细胞工程(Cell engineering)

发酵工程的过去－－发酵工业发展年鉴 由食品工业向非食品工业发展 抗菌素发酵工业 38 异位生物修复 原位生物修复 ◆土著原位 ◆工程原位

废水生物处理工程 生物修复

发酵工程的现在－－解决的问题 42 1 微生物菌株选育→ →微生物菌株选育、改造与功能优化技术

工业环境与自然环境的巨大差异 微生物长期进化的经济型生存本能 发酵工程的障碍

微生物及其分子的适应能力 微生物效率与产率 技术手段： 代谢组学 流量组学 代谢工程 生物信息学 高通量筛选 43 2 发酵工艺→ →发酵过程优化、控制与反应器技术

优化的目标是创造最适合微生物或酶工作的环境

需要发展过程环境参数和微生物生理参数的在线监测技术

基于工业微生物生理的发酵过程模型化、预测和控制技术

基于人工智能的生物转化过程精细控制技术 发酵工程的现在－－研究的内容 44 3 单元操作→ →发酵工程过程工程技术 细胞群体效应及过程放大原理 大规模细胞群体行为及过程放大原理

多相复杂体系物质和能量传递与生物转化规律生化反应过程放大原理与方法 多相生化特性分析及生物过程模型化生物/化学方法耦联设计与调控 生物过程单元耦合与过程优化原理工业生物过程单元耦合与集成工业生物过程的系统控制与优化

4 发酵产品分离提取工艺→→发酵产品高效提取技术与装备 发酵罐

1、提高产品收率

2、降低生产成本 目标

生物反应与产物分离的耦合技术 新型分离介质和新型分离方法 46 5 废物处理→→绿色制造工艺的开发

1·利用微生物细胞或酶的生物催化功能，进行大规模的物质加工与转化的先进生产方式

2·针对高污染、高能耗的化学工业过程，以生物加工取代化学加工 3·采用酶技术等方法，改造造纸、皮革、纺织、医药、食品等行业 节约能耗、降低水资源消耗、降低污染物排放、实现环境友好过程 47 发酵工程的现在－－关键技术问题 微生物能够积累最大目的产物(产量)的条件是什么？

高产量 便于产品分离提取 底物最多被微生物转化为产物(转化率)的条件是什么？ 粮食原料为底物 高转化率 降低原料成本 微生物最快速度发酵生产目的产物的条件是什么？ 分批操作为主 高生产强度 缩短生产周期 高产量

高底物转化率 高生产强度 优化策略

在理论和技术上有突破,在工业生产中能广泛应用 显著提高发酵过程的经济性和科学性 52 发酵工程的现在 发酵工程是工业生物技术的主要部分，由于国家需求和社会发展，主要目标已从生活资料的生产转向解决资源、能源和环境问题 发酵工程的技术内涵，已经从主要是工业应用技术，发展为紧密依靠生物学、工程学基础研究的工程技术 发酵工业与其它学科的交叉，已经从产品生产过程拓展到关键技术、方法学 53 发酵工业的现在 4 生产规模大

醋、酱油、啤酒等产量世界第一 抗生素，如青霉素等产量世界第一

维生素C、氨基酸(味精)、有机酸(如柠檬酸）等产量世界第一 5 产品种类多

5000多家, 相关产业年产值超过2万亿元，占国民经济的20% 54 6 工艺技术落后 环境污染严重

每年废水达80亿m3(工业排放总量10%)，COD排放500万吨(20％)生产水平低25%-45%、能耗高40%、水耗高55% 8 创新品种较少 部分产品长期依赖进口 中国不是发酵工业强国 58 1 基于组学技术的高通量菌

种改造和筛选平台 基于组学和生物信息学的 代谢途径分析与优化 3 基于实时代谢流分 析、代谢途径模型和智控工

程的集约型发酵过程控

制与优化技术 基于发酵液及产品特性的高收率、低成本、高

质量和环境友好的集成 型提取精制技术 基于源头防治与过程监

控的资源节约与废物资

源化清洁生产技术

第二篇：一.微生物绪论课外参考

一个难以认识的微生物世界

人类对动植物的认识，可以追溯到人类的出现。可是，对数量庞大、分布广泛并始终包围在人体内外的微生物却长期缺乏认识，原因主要有以下四个方面。

（1）个体微小 一般地说，人眼对小于1mm的物体就看不清楚了，而微生物的大小多数是在几μm至几十μm范围内，因此就无法发现或辨认它们。

（2）外貌不显 微生物的个体（细胞）虽看不见，但是由无数个体组成的群体（菌落或菌苔）却是可见的。然而，各种微生物群体的外形往往平淡无奇、不甚显目，因此，对其作用就极易忽略。

（3）杂居混生 微生物在自然条件下都是杂居混生在一起的，因此，在发明对其中各纯种微生物可进行分离、培养的技术前，是无法知道各种微生物对自然界和人类的真正作用的。

（4）因果难联 由于微生物具有生长繁殖速度快和代谢活力强等特点，因此，当人体或动植物体处在病原微生物感染的早期时，一般并不会引起人们的警觉。一旦事态突然严重时，对于一些没有较深刻的微生物学知识的人来说，也不会真正理解这竟然是微生物生命活动的结果，因此容易遭到损失。在非病原微生物引起的各种生物化学变化（如发酵、腐败等）中，也有同样的情况。

微生物学历史发展的早期，就是围绕着如何克服这四大障碍而开展各种研究工作的。

当人们还处于对微生物世界的无知状态时，对待眼前的微生物往往表现出“视而不见、嗅而不闻、触而不觉、食而不察、得其益而不感其好、受其害而不知其恶”的愚昧状态。这从人类历史上曾遭受多次严重的瘟疫流行的事实而得到充分的证明。如鼠疫（黑死病）、天花、麻风、梅毒和肺结核（白疫）的大流行等，直至今天，也还有爱滋病等新的严重的传染病在出现和流行。其中的鼠疫更是猖獗。当公元6世纪鼠疫在地球上第一次大流行时，曾危及埃及、土耳其、意大利和阿富汗等国家和地区，死亡人数约1亿人；第二次（14世纪）流行时，欧洲约死2500万人口，亚洲约死4000万（其中中国约1300万）；上世纪末至本世纪初的第三次流行，发生在香港和印度北部地区，死亡人数约100万。这三次全球性杀人不见血的流行病共殃及近2亿人口，比死亡最惨重的第二次世界大战（约死亡1.1亿）还多！植物病原微生物对农作物的危害也有类似的情况。例如，19世纪中叶，由于第一次“绿色革命”的结果，在欧洲普遍只种植单一的高产粮食作物马铃薯。在1843～1847年间由于气候异常，致使欧洲发生马铃薯晚疫病的大流行，毁灭了5／6的马铃薯，个别地方甚至颗粒无收。当时爱尔兰的800万人口中，有近100万人直接饿死或间接病死，并有164万人逃往北美谋生。

人类揭开微生物世界奥秘的历史

微生物学的发展历史可分为五个时期，现简述如下。

1．史前期 史前期是指人类还未见到微生物个体尤其是细菌细胞前的一段漫长的历史时期，大约在距今8000年前一直至公元1676年间。当时的人类虽未见到微生物的个体，却自发地与微生物频繁地打交道，并凭自己的经验在实践中开展利用有益微生物和防治有害微生物的活动。但由于在思想方法上长期停留在“实践—实践—实践”的基础上，因此只能长期处于低水平的应用阶段。

在史前期，世界各国人民在自己的生产实践中都累积了许多利用有益微生物和防治有害微生物的经验，例如发面，天然果酒和啤酒的酿造，牛乳和乳制品的发酵以及利用霉菌来治疗一些疾病等。但是，在当时应用水平最高并独树一帜的应首推我国人民在制曲、酿酒方面的伟大创造。

我国人民在距今约8000年至4500年间，已发明了制曲酿酒工艺，在2500年前的春秋战国时期，已知制酱和醋。在宋代，已采用老的曲子——“曲母”来进行接种，还根据红曲菌有喜酸和喜温的生长习性，利用酸大米和明矾水在较高温度下培养，以制造优良的红曲。在900年前，利用自养细菌生命活动的胆水浸铜法（类似于今日的细菌沥滤，见第九章）已正式用于生产铜。在2000年前，已发现豆科植物的根瘤有增产作用，并采用积肥、沤粪、压青和轮作等农业措施，来利用和控制有益微生物的生命活动，从而提高作物产量。在医药方面，我们的祖先早在2500年前就知道利用麦曲治疗腹病。另外，在对传染病及其流行规律的认识，对消毒、灭菌措施的利用等方面都有过一定的贡献。此外，在宋代还创造过“以毒攻毒”的免疫方法，发明用种人痘来预防天花，这要比英国人E．Kenner在1796年发明种牛痘预防天花早半个多世纪。

我国人民所创造的制曲酿酒工艺有四大特点，即历史悠久、工艺独特、经验丰富、品种多样，这是值得后人发扬光大的。现分别介绍如下：

（1）历史悠久 酵母菌是人类最古老的家养生物之一。关于酒在我国起源的确切时间问题，还有待考证和讨论。一般认为，酒是人类进入农业社会后的自然产物，是在一段历史时期中的群众性创造，并非个别人物的发明。《淮南子》（公元前2世纪）中有“清之美，始于耒”之说；晋代的《酒诰》（3世纪）中有一段朴素而充满唯物主义观点的关于酒的起源的叙述：“酒之所兴，肇自上皇，或云仪狄，一曰杜康。有饭不尽，委余空桑，郁积成味，久蓄气芳。本出于此，不由奇方。”那么，我国何时进入农业社会的呢？1977年，河南新郑县发掘到的裴李岗遗址是距今近8000年（7885年±480年）的一处较早的新石器时代遗址。在当时的墓葬中，已可找到谷物的收割和加工工具——石镰、石磨盘、石磨棒等，说明当时已进入农业社会并可能已开始酿酒了。至4000～5000年前新石器时代晚期的“龙山文化”时期，从发掘到的大量尊、盉、斝等陶制酒器来看，说明当时酿酒工艺已大有发展，谷物酒已成为较普遍的酒精饮料了。

（2）工艺独特 至今存在的各种酒按其酿制原理大体可分成果酒类、啤酒类、曲酒类和蒸馏酒类四个类型，其中我国人民所发明的曲酒类是最为独特的，其酿制工艺中，先利用霉菌淀粉酶（曲）对谷物淀粉进行糖化，然后利用酵母菌进行酒精发酵。这简直就是今日的序列发酵和混合发酵（见第九章第二节）的一种雏型，在微生物发酵工艺史上有着重要的地位。

（3）经验丰富 在制曲与酿酒技术上早有丰富的经验，这在《齐民要术》（公元6世纪）和《天工开物》（1637年）等典籍中都有详尽的记载。

（4）品种多样 在曲、酒和菌种的种类上十分多样。在曲种上有散曲、小曲、饼曲、草药曲、红曲和干酵等多种；在酒的品种上，仅《齐民要术》中即记载着39种之多；至于菌种，当时虽没有纯种微生物，但是，经过精心选择和独特培养后，已选育出以根霉、米曲霉、酵母菌、红曲霉或毛霉为主体的各种曲种。这些都是我们的祖先为后人留下的丰富的菌种库。1892年，法国人A．Calmat曾从中国小曲中分离到一株糖化力很强的毛霉——Mucorrouxianus（鲁氏毛霉），并利用它所产生的糖化酶对淀粉质原料进行糖化以生产酒精，这就是酒精发酵技术中著名的“阿米露法”（amyloprocess）。

2.初创期 从1676年列文虎克用自制的单式显微镜观察到细菌的个体起，直至1861年近200年的时间。在这一时期中，人们对微生物的研究仅停留在形态描述的低级水平上，而对它们的生理活动及其与人类实践活动的关系却未加研究，因此，微生物学作为一门学科在当时还未形成。

这一时期的代表人物是荷兰的业余科学家——微生物学先驱者列文虎克（AnthonyvanLeeuwenhoek，1632～1723）。他的贡献主要有三方面：①利用单式显微镜（透镜直径约3mm）观察了许多微小物体和生物，并于1676年首次观察到形态微小、作用巨大的细菌，从而解决了认识微生物世界的第一个障碍；②一生制作了419架显微镜或放大镜，放大率一般为50～200倍，最高者达266倍；③发表过约400篇论文，其中绝大部分（375篇）寄往英国皇家学会发表。

3.奠基期 从1861年巴斯德根据曲颈瓶试验彻底推翻生命的自然发生说并建立胚种学说（germtheory）起，直至1897年的一段时间。其特点为：①建立了一系列研究微生物所必要的独特方法和技术，从而解决了认识微生物的第二、三、四个障碍；②借助于良好的研究方法，开创了寻找病原微生物的“黄金时期”；③把微生物学的研究从形态描述推进到生理学研究的新水平；④开始客观上以辩证唯物主义的“实践—理论—实践”的思想方法指导科学实验；⑤微生物学以独立的学科形式开始形成，但当时主要还是以其各应用性分支学科的形式存在。

本时期的代表人物主要是法国的巴斯德（L.Pasteur，1822～1895）和德国的科赫（R.Koch，1843～1910），他们可分别称为微生物学的奠基人和细菌学的奠基人。

巴斯德学派的主要贡献是提出了生命只能来自生命的胚种学说，并认为只有活的微生物才是传染病、发酵和腐败的真正原因，再加上消毒灭菌等一系列方法的建立，就为微生物学的发展奠定了坚实的基础。他在自己的工作中，自发地遵循着一条唯物主义的认识论——从实践出发，通过研究总结概括出一般规律，并进一步以它来指导实践，从而使他的研究工作取得了前所未有的巨大成就。他从“酒病”（1857年）的实际出发，研究了一系列的实际问题，即“腐败病”（指曲颈瓶实验中的肉汤变质，1861）、蚕病（蚕微粒子病，1865）、禽病（鸡霍乱，1879）、兽病（牛、羊的炭疽病，1881）和人病（狂犬病，1885）。在其研究工作中，发现各种传染病都有其共同原因——活的小生物，从而使人类对传染病本质的认识提高到一个崭新的水平上。在这种理论指导下，他提出了一系列行之有效的解决问题的方法。例如，发明了巴斯德消毒法来防治“酒病”，用消毒灭菌法来防止“腐败病”，用检出并淘汰病蛾的方法来防治蚕病，发明用接种减毒菌苗的办法来预防鸡霍乱和牛、羊的炭疽病，以及用狂犬兔化疫苗来防治人类的狂犬病，等等。

科赫学派的重要业绩主要有三个方面：①建立了研究微生物的一系列重要方法，尤其在分离微生物纯种方面，他们把早年在马铃薯块上的固体培养技术改进为明胶平板培养技术（1881），并进而提高到琼脂平板培养技术（1882）。在1881年前后，科赫及其助手们还创立了许多显微镜技术，包括细菌鞭毛染色在内的许多染色方法、悬滴培养法以及显微摄影技术。②利用平板分离方法寻找并分离到多种传染病的病原菌，例如炭疽病菌（1877）、结核杆菌（1882）、链球菌（1882）和霍乱弧菌（1883）等。③在理论上，科赫于1884年提出了科赫法则（Koch’spostulates），其主要内容为：病原微生物总是在患传染病的动物中发现而不存在于健康个体中；这一微生物可以离开动物体，并被培养为纯种培养物；这种纯培养物接种到敏感动物体后，应当出现特有的病症；该微生物可以从患病的实验动物中重新分离出来，并可在实验室中再次培养，此后它仍然应该与原始病原微生物相同。

继巴斯德与科赫的研究工作后，就出现了其成果的横向扩散，结果，一系列微生物学的分支学科就相继创立了。例如细菌学（巴斯德，科赫等），消毒外科术（J．Lister），免疫学〔巴斯德，И.И.MeЧмиков（梅契尼科夫），vonBehring，P.Ehrlich等〕，土壤微生物学〔C.H.Виноград ский（维诺格拉德斯基），M．W．Beijerinck等〕，病毒学〔Д.И.Иваиовский（伊凡诺夫斯基），M．W．Beijerinck等〕，植物病理学和真菌学（DeBary，M．J．Berkeley等），酿造学（E．C．Hensen，A．Jorgensen等），以及化学治疗法（P．Ehrlich等），等等。

4.发展期 1897年德国人E．Buchner用无细胞酵母菌压榨汁中的“酒化酶”（zymase）对葡萄糖进行酒精发酵成功，从而开创了微生物生化研究的新时代。此后，微生物生理、代谢研究就蓬勃开展了起来。

在发展期中，微生物学研究有以下几个特点：

（1）进入了微生物生化水平的研究。如果说上一时期的一些微生物学家主要是以寻找人和动物的致病菌为目标的“微生物猎人”的话，则这一时期就以研究微生物对维生素需要、酶的特性、寻找和研究抗生素以及逐步深入到以研究它们的遗传变异和基因为主的新阶段。因此，微生物学家就从“微生物猎人”而发展为“维生素猎人”、“酶猎人”、“抗生素猎人”和“基因猎人”了。

（2）应用微生物的分支学科更为扩大，出现了抗生素等新学科。

（3）开始出现微生物学史上的第二个“淘金热”——寻找各种有益微生物代谢产物的热潮。

（4）在各微生物应用学科较深入发展的基础上，一门以研究微生物基本生物学规律的综合学科——普通微生物学开始形成，代表人物是美国加里福尼亚大学伯克利分校的M．Doudo-roff。

（5）各相关学科和技术方法相互渗透，相互促进，加速了微生物学的发展。

5．成熟期 从1953年4月25日J．D．Watson和H．F．C．Crick在英国的《自然》杂志上发表关于DNA结构的双螺旋模型起，整个生命科学就进入了分子生物学研究的新阶段，同样也是微生物学发展史上成熟期到来的标志。

本时期的特点为：①微生物学从一门在生命科学中较为孤立的以应用为主的学科，迅速成长为一门十分热门的前沿基础学科；②在基础理论的研究方面，逐步进入到分子水平的研究，微生物迅速成为分子生物学研究中的最主要的对象；③在应用研究方面，向着更自觉、更有效和可人为控制的方向发展，至70年代初，有关发酵工程的研究已与遗传工程、细胞工程和酶工程等紧密结合，微生物已成为新兴的生物工程中的主角。

纵观微生物学发展史，可以看到，我国人民在世界微生物学史上的地位在各个历史阶段是不平衡的。从70年代开始，在国际上兴起的生物工程，不但是世界范围内第四次工业革命的重要内容，而且正因为微生物在生物工程中处于主角地位，故也是微生物学发展史上第三次“淘金热”的目标。错过前两次“淘金”机会的中国人民，应该也一定能在这次大好机会中取得一个个胜利。微生物学的发展促进了人类的进步

日本学者尾形学在其《家畜微生物学》（1977）一书中，第一句话就是“在近代科学中，对人类福利最大的一门科学，要算是微生物学了。”这是很有道理的。因为在人类的幸福中，健康应该居一切之首，而微生物学的发展，为人类的健康长寿作出了极其重大的贡献。

（一）在医疗保健战线上的六大“战役”

1．外科消毒术的建立 巴斯德的“胚种学说”的建立，为外科消毒术的发展奠定了坚实的理论基础。英国爱丁堡医院的外科医生J．Lister（1827～1912）根据巴斯德提出的细菌是腐败的真正原因的分析，在1865年8月12日试验了用石炭酸消毒的新型外科手术。结果取得了奇迹般的成功。据统计，1864年时在法国巴黎的医院中，外科手术的死亡率高达53.6％，英国的一般医院为80％，其中最好的爱丁堡医院，外科手术的死亡率亦高达45％。因此，当时的外科医生常被称为“刽子手”。当J．Lister发明外科消毒术后，1868年，爱丁堡医院的外科手术死亡率已降低到15％左右。

2.寻找人畜病原菌 在19世纪70年代至本世纪初的30年间，由于研究微生物的许多独特方法的相继建立，大量危害人畜的烈性传染病的病原菌终于被一一分离出来了，例如Bacillusanthracis（炭疽芽孢杆菌，1877），Mycobacteriumlaprae（麻风分枝杆菌，1874），Streptococcuspneumoniae（肺炎链球菌，过去称肺炎双球菌，1880，Salmonellatyphi（伤寒沙门氏菌，1880），My-cobacteriumtuberculosis（结核分枝杆菌，1882），Vibriocomma（逗号弧菌，1883），Clostridiumtetani（破伤风梭菌，1884），Pasteurellapestis（鼠疫巴斯德氏菌，1894；目前已改称Yersiniapestis鼠疫耶尔森氏菌），以及Shigelladysenteriae（痢疾志贺氏菌，1898）等。

3.免疫防治法的应用 种痘最早起源自我国宋朝真宗（998～1022）年代的人痘。1796年，英国医生E．Jenner首次为一男孩接种牛痘苗并取得很大的成功，从此，种牛痘就成为预防天花最有效的措施了。19世纪末，L．Pasteur、P．Ehrlich和vonBehring等陆续发明了预防或治疗各种细菌性传染病的菌苗、疫苗、类毒素及抗血清等。1923年法国的A．Calmette和C．Guerin通过了13年的不懈努力，终于发明了减毒牛型结核杆菌制成的卡介苗（BCG）。此后，生物制品的研究获得了蓬勃的发展，目前，正在积极开展各种高效化学组分疫苗、单克隆抗体、嵌合抗体和双功能抗体等的研究。

4.化学治疗剂的发明 为了抑制或杀死潜伏于人或动物体内部的病原菌，就必须寻找一类对病原菌有强大毒力而对其宿主基本无毒的药物，这就是化学治疗剂。

1909年，德国医生和化学家P．Ehrlich（1854～1915）经过艰苦的努力，终于合成了能消灭人体血液中梅毒螺旋体的化学治疗剂“606”（砷凡纳明），这是人类在合成化学治疗剂战斗中的第一次胜利，它打开了化学治疗领域的大门，鼓舞着无数科学家去寻找更多、更有效的化学治疗剂。又经过20多年的艰苦奋斗，至1935年，另一个德国医生G．Domagk及其同事终于传出了又一个振奋人心的喜讯，一个能治疗链球菌感染的新的化学治疗剂——一种红色染料“百浪多息”发明了。同年稍后，法国Tr′efouel证明了它的抑菌机制是在体内可释放出有效的抑菌成分磺胺。此后适用于治疗各种感染的磺胺类化合物就生产出来，对许多病原菌有很高的疗效。例如，在19世纪中叶，进巴黎产科医院分娩的妇女，因患产褥热而致死的人数就达到1／19，1935年还未使用磺胺药时，产褥热的死亡率为105／10万人，而至1941年时，则减少至20／10万人了。此后，化学治疗剂的研究获得了很大的发展。

5.抗生素治疗的兴起 1929年英国细菌学家A．Fleming发现第一个有实用意义的抗生素——青霉素。从1943年起，青霉素已得到日益广泛的应用。在青霉素的巨大医疗效益的促进下，各国微生物学家就掀起了一个广泛寻找土壤中拮抗性微生物的热潮。1944年，美国微生物学家S．Waksman从近1万株土壤放线菌中，找到了疗效显著的链霉素，接着氯霉素、金霉素、土霉素、红霉素、新霉素、万古霉素、卡那霉素和庆大霉素等相继发现。1978年时已找到过5128种抗生素，而据1984年的统计则达到了9000多种！至今，抗生素已成为各国药物生产中最重要的产品。

6．用遗传工程和生物工程技术使微生物生产生化药物 主要特点是利用微生物作为各种不同生物有关目的基因的受体，由微生物来生产各种生化药物，其中除抗微生物药物外，还包括治疗各类其他疾病的药物，例如疫苗（病毒衣壳蛋白、细胞组分疫苗等）、抗体、干扰素、胰岛素、激素以及其他各种多肽类药物等。

通过上述的六大“战役”，人类在与病原微生物的斗争中已取得了极其辉煌的战果。首先，细菌性传染病已从人类死亡率的首位退居到四五位以后（不同国家、不同地区有所不同）；其次，人类平均寿命大大提高；第三，曾经猖獗一时的天花已在1979年10月26日由WHO（世界卫生组织）宣布在地球上绝迹；最后，生活在文明社会的每一个人，几乎毫无例外地都或多或少获得过抗生素的治疗。

（二）微生物在工业发展过程中的六个里程碑

1．自然发酵与食品、饮料的酿造 世界各国劳动人民在其各自的生产实践中，逐步学会了利用有益微生物在自然接种和混菌发酵的条件下来酿造自己喜爱的风味食品和饮料，例如酒、酱、醋、泡菜、豆豉、酸牛奶、干酪和面包等。

2.罐头保藏 1804年，法国厨师N．Appert经过10年试验后，发明了食品的玻璃瓶罐藏技术，从而为食物的消毒灭菌和长期保藏找到了一种较为有效的方法。

3.厌氧纯种发酵技术 本世纪初，在工业发酵的早期，人们首先发展了不需通气搅拌等复杂装置的厌氧纯种发酵技术，利用它来进行乙醇、丙酮、丁醇、乳酸或甘油生产。

4.深层液体通气搅拌培养 40年代初，由于青霉素发酵的推动，促进了大规模液体深层通气搅拌培养技术的发展，从此，在工业发酵中占据主要地位的好氧发酵获得了飞速的发展，于是，抗生素、有机酸和酶制剂等发酵工业终于在世界各地蓬勃地建立起来了。

5.代谢调控理论在发酵工业上的应用 从50年代中期起，由于对微生物代谢途径和调控研究的逐步深入，在发酵工业上找到了能突破微生物代谢调控以累积有用代谢产物的手段，并很快用于大规模工业生产上，例如谷氨酸（1956）和核苷酸类物质——肌苷酸（1966）的发酵生产等。

6.生物工程的兴起 从70年代初开始，由于生物学基础理论和实验技术的飞速发展，结合多种现代工程技术，终于发展出一门新兴的综合性的应用学科——生物工程学（biotechnolo-gy，又译生物技术）。所谓生物工程学，一般认为是以生物学（特别是其中的微生物学、遗传学、生物化学和细胞学）的理论和技术为基础，结合化工、机械、电子计算机等现代工程技术，充分运用分子生物学的最新成就，自觉地操纵遗传物质，定向地改造生物或其功能，短期内创造出具有超远缘性状的新物种，再通过合适的生物反应器对这类“工程菌”或“工程细胞株”进行大规模的培养，以生产大量有用代谢产物或发挥它们独特生理功能的一门新兴技术。生物工程学一般可包括五大工程，即遗传工程、细胞工程、微生物工程（发酵工程）、酶工程（生化工程）和生物反应器工程。这五大领域中，前两者的作用是将常规菌（或动植物细胞株）作为特定遗传物质的受体，使它们获得外来基因，成为能表达超远缘性状的新物种——“工程菌”或“工程细胞株”，后三者的作用则是为这一有巨大潜在价值的新物种创造良好的生长、繁殖条件，进行大规模的培养，以充分发挥其内在潜力，为人们提供巨大的经济效益和社会效益。因此，遗传工程是生物工程的主导，而微生物工程则是生物工程的基础。微生物工程具有比化工生产优越得多的优点，例如一步生产，条件温和，原料便宜，设备通用和污染较少等，可以预期在本世纪末和下一世纪，在人类从利用有限的矿物资源的时代过渡到利用无限的可再生的生物资源的时代中，生物工程学将对人类社会的发展作出越来越大的贡献。

现把生物工程学所包括的主要领域及其作用简括如下：

（三）微生物学促进了农业的进步

微生物在农业生产中有多方面的应用，从而促进了大农业（农、林、牧、副、渔）的发展，如以菌治虫，以菌治病，以菌治草（微生物治草剂）；以菌增肥，以菌促长（如赤霉素等促进植物生长）；以菌当饲料（包括饵料）；以菌当药物（药用真菌）；以菌当蔬菜（食用菌）；以及以菌产沼气等。

（四）微生物与生态和环境保护的关系

从微生物是食物链中的主要环节、污水处理中的中心角色、生态农业中的重要措施以及自然界物质循环中的关键作用等多方面，都可看到微生物在生态和环境保护中所起的重要作用。

（五）微生物学对生物学基础理论研究的贡献

1.以微生物作为研究对象解决了生物学上的许多重大争论问题 例如生命自然发生说的否定，突变本质的证明，核酸是一切生物遗传变异的物质基础等的阐明等等，都是以微生物作为材料才得以肯定的。从获诺贝尔生理学或医学奖的近一半工作都与微生物有关，更可充分证明这一点。

2．是分子生物学的三大来源和三大支柱之一 前美国科学院院长P．Handler在其主编的《生物学与人类未来》（1970）中曾指出：“约在25年前，随着生物化学、微生物学和遗传学的融合，分子生物学开始出现。这三门学科的各种方法与具体知识的结合，创造了卓有成效的实验和概念工具。”这句话所表达的含义是十分确切的，说明微生物学是分子生物学的三大来源或三大支柱之一。

3.遗传学研究对象的微生物化促使经典遗传学发展为分子遗传学 由于遗传学主要是研究亲代与子代间遗传变异规律的科学，因此，代期短、培养条件简便、遗传性状丰富、多数为单倍体和具备多种原始遗传重组方式等优点的微生物，自然就成为最适宜的遗传学研究对象了（表0-1）。

4.微生物与基因工程 基因工程即遗传工程 在其操作中有基因供体、基因载体、工具酶和基因受体等四个主要方面。其中除基因供体原则上可以是任何生物的任何基因外，至今基因载体都只能是微生物或其某一组分（如细菌的质粒、病毒粒子或噬菌体），各种工具酶（核酸内切酶、连接酶等）几乎都来自多种不同的微生物，而作为基因的受体，在现阶段也几乎都选择了微生物，例如Escherichiacoli（大肠杆菌）、Bacillussubtilis（枯草杆菌）和Saccharomycescerevisiae（酿酒酵母）等。由此可以看出微生物在当代基因工程中的突出地位了。

5．高等生物研究和利用中的微生物化趋向方兴未艾 由于微生物的个体一般都是一个能迅速自我增殖的、多功能的和小体积大面积的单细胞系统，故具有一系列为多细胞的高等动植物个体所无法比拟的优良属性，特别是在第一章中将要提到的“吸收多、转化快”，“生长旺、繁殖快”和“适应强、易变异”等的优点更为动、植物研究者提供了有益的启示，即设法让动、植物体内原来联系紧密的细胞群在人为条件下各自分离，使之单细胞化，这种意外获得小体积、大面积新特性的“单细胞高等生物”也理应出现微生物所具有的种种优良性状。事实基本如此。例如，目前烟草单细胞已达到了在20吨发酵罐中进行大规模培养的水平，小鼠肿瘤细胞、人参细胞或毛地黄细胞都已可像微生物那样进行深层液体培养；又如HeLa细胞、白血病细胞或淋巴细胞杂交瘤细胞等都可在人工培养基平板上，像微生物的菌落那样进行集落化生长；再如，在高等生物育种新技术中，所采用的植物花粉培养（单倍体育种）或鱼类的细胞核移植和单细胞育种等都是成功地实现了“微生物化”的实例。

6.微生物学中的一套独特实验技术迅速扩散到生命科学的各研究领域 微生物学是整个生物学中第一门具有一套自己独特操作技术的学科，因而需要特殊的实验室装备和独立的训练。例如显微镜术和制片染色技术，无菌操作技术，消毒灭菌技术，纯种分离和克隆化技术，合成培养基技术，选择性和鉴别性培养技术，突变型标记和筛选技术，深层液体培养技术，菌种保藏技术，原生质体制备和融合技术，以及各种DNA重组技术等。这些技术已迅速扩散到生命科学各领域的研究中，并几乎已成为研究一切生命科学的必要手段，从而为整个生命科学的发展，作出了方法学上的贡献。

微生物学（microbiology）生物学的分支学科之一。它是研究各类微小生物（细菌、放线菌、真菌、病毒、立克次氏体、支原体、衣原体、螺旋体原生动物以及单细胞藻类）的形态、生理、生物化学、分类和生态的科学。

第三篇：岩土工程绪论

绪论

1.1 岩土工程勘察综述

1.1.1岩土工程勘察的历史

岩土工程勘察对于工程建设意义重大，岩土工程勘察是各类工程建设必须进行的一个重要施工环节。所谓岩土工程，一般是指利用工程地质学、土力学、岩体力学等相关学科的理论与方法，为研究各类土建工程中涉及岩土体的利用、整治或改造问题而进行的系统性工作。主要任务是在查明工程地质条件基础上，合理设计整治和施工方案，达到构筑物安全与经济的最优化。在岩土工程勘察实施过程中，目前还存在着勘察质量不高、勘察纲要编制不全、环境论证缺乏等问题。因此，要采取有效的岩土工程勘察的方法和措施。还要注意理论与经验相结合、工程勘察与设计相沟通、经济性和规范规程学习等问题。

纵观历史，我国岩土工程勘测发展分为三个阶段(1)工程地质条件研究和工程地质质量评价阶段这一阶段工作内容是选择好的建场地、提供设计必需的岩土物理力学参数。工作方法是通过勘探、试验工作获得第一性资料通过类比法进行工程地质条件评价，避劣择优.为工程服务信誉。（2）第二阶段是以岩土体系定性分析为主要特征的工程地质问题的预测，预报60年代以后，工程建设规模不断扩大，仅凭工程地质条件的定性评价已不能满足工程建设的要求，提出了岩土体稳定性分析的要求，于是开展了建筑物地基稳定性，边坡稳定性，地下洞室稳定性和区域稳定性的研究，主要工作方法是确定稳定性评价所需要参数，采用定的分析技术以预测岩土体的稳定性。

（3）防止岩土工程问题，合理利用和保护岩土工程环境为主的阶段。80年代中期后，随着改革开放的深入和经济建设的高速发展，勘察，设计和施工分离的状况愈来愈不适应工程建设的需要，勘测需要建设场地工程地质条件出发，提供岩土工程评价，岩土工程设计方案以及设计，施工中应注意的问题等方面的建议，进而结合岩土工程治理等方面。

1.1.2 岩土工程勘察的现状

岩土工程勘探有许多方法，如钻探，静力触探，标准贯入，圆锥动力初探，物探等等。

1.1.2.1 钻探

钻探是用钻机设备从地表向地下钻进成孔，从而达到所要任务的工程施工工程。

钻探所需的仪器设备 从广义上说，包括用于钻井的成套地面设备、专用的钻井工具和钻井仪表。钻井设备按功用分旋转、提升、循环、动力与传动、控制等系统。

旋转系统

主要设备是装在钻台井口上的转盘，转动时，通过方钻杆带动钻柱和钻头旋转钻进。当采用井下动力钻具带动钻头旋转时，转盘用来承受反扭矩。

提升系统

由绞车、井架、天车、游动滑车、大钩、钢丝绳等组成的一套起重设备。绞车主要用于起下钻具、下套管和钻进时控制钻压。井架用于安放天车和悬挂游动滑车、大钩等提升设备与工具，以及起下、存放管柱。天车与游动滑车是一套复滑轮装置，用以减少绞车钢丝绳上的张力,大、中型钻机复滑轮的钢丝绳数一般为8～12股。

泥浆循环系统

由泥浆泵、高压泥浆管线、水龙带、水龙头、钻柱以及泥浆固控设备等组成。功用是：维持泥浆循环，对井底进行冲洗，将注入的高压泥浆能量传递给井底。

泥浆泵从泥浆池吸入泥浆，通过地面泥浆管线、水龙带、水龙头，把泥浆注入钻柱，经钻头水眼冲向井底，携带井底岩屑从钻柱与井壁的环隙返回井口。

泥浆泵

主要有双缸，双作用活塞式和三缸单作用活塞式两种，后者的优点是排量均匀、压力高、压力波动小、体积小、重量轻、更换易损件方便、维护保养简单。

水龙头用以连接可旋转的钻柱和不转动的水龙带，并能维持泥浆循环。

固控设备

用以清除井中返出的泥浆中的无用固相颗粒。常用的设备有振动筛、除砂器、除泥器、除气器和离心分离机等。70年代末期，开始使用自动配制泥浆系统,与井控装置联用，可对井筒随时进行可靠控制,自动保持泥浆比重恒定。在出现井喷预兆时，能自动调节泥浆比重及其他性能。

动力与传动系统

包括动力机及传动机组。动力机主要用柴油机、电动机或燃气轮机。传动机组有链条、皮带、齿轮等机械传动、液压传动和电传动几种，把动力传递给绞车、转盘、泥浆泵等工作机。

柴油机驱动的钻机有机械传动和液压传动两种，后者具有随工作机负荷变化而自动无级变速和变矩的良好动力性能，在钻机上广泛应用。

电驱动钻机在深井和海上钻井中广泛应用。分两类：①柴油机或燃气轮机直流发电机组发电，带动直流电动机,简称直-直流电驱动；②交流电经可控硅整流带动直流电动机,简称交-直流电驱动。两者都具有良好的动力性能。后者优点是：动力分配灵活、装机功率利用率高，由电网供电，不需另配辅助的交流发电系统，经济效益高等，已成为主要发展方向。

控制系统

使各机组按照钻井工艺需要，协调地进行工作。包括对动力机、绞车、转盘、泥浆泵等的启动、停车、调速、并车、换向等进行控制，方式有机械、气压、液压、电控制等，并向电子计算机控制方向发展。

井控设备

是用于油气钻井中保证安全钻进的重要设备,包括防喷器、阻流管汇、压井管汇、泥浆-气体分离器等。防喷器用以防止井内泥浆和油、气、水的喷出，防喷器有闸板防喷器、旋转防喷器和万能防喷器等类型，安装在钻台下的井口处，分别用于封闭钻柱与套管之间的环隙或全部井口。此外，还有钻柱内防喷器，用于封闭钻柱内部空间。近代钻井设备都配备数套不同类型的防喷器，组成井口防喷器组，用以控制不同的钻井情况。

向地下钻孔破碎孔底岩石的方法及钻进工艺的总称。为了满足不同的钻探目的，要求采用不同的技术装备和工艺,从而形成各种不同的钻探方法。在钻探工程中,主要应用机械方法破碎岩石，根据外力作用的性质和方式，可分为冲击钻探、回转钻探、冲击回转钻探、振动钻探和喷钻探等。若按钻探时所用切削工具不同可分为硬质合金钻探、金刚石钻探和钢粒钻探；按钻探时所用冲洗液和循环方式可分为清水钻探、泥浆钻探、空气钻探、正循环钻探、反循环钻探等；按钻探区域不同可分为陆地钻探、水域钻探、极地钻探、月面钻探等；按钻探目的和作用不同可分为固体矿产钻探、水文地质钻探、工程地质钻探、砂矿床钻探、地热钻探、石油天然气钻探、科学（超深孔）钻探和地表取样钻探等。此外，一些效率高的钻探方法如热力法（如火焰喷射钻、高频电流钻、微波钻）、熔融法（如电热钻、等离子钻、激光钻等）、化学方法（利用化学反应破碎岩石）等，由于技术难度大、成本高还未推广应用。

冲击钻探

用一字型或十字型钻头，与钢丝绳或钻杆相连上下运动冲击岩石，捞出岩屑、岩粉，造成钻孔。这是创始于中国的一种古老的钻井方法，于11世纪传入西方。目前在中国和国外都还在应用。

回转钻探

用转盘、回转器或动力头驱动钻杆带动钻头回转的钻进方法，钻头分全面和环状取心两种，在轴向钻头压力作用下，回转克取岩石，取出岩心或排出岩粉，造成钻孔。这是当前最普遍用的钻探方法。回转速度视钻机而异,如石油钻机一般情况下最高160转／分，金刚石钻机最高达2400转／分。

冲击回转钻探

以钻杆带动钻头缓慢（50转／分左右）回转，在轴向钻头压力作用下，再利用通过钻杆中心的液体或气体产生的冲击力，以冲击和回转两种方式破碎岩石，充分发挥冲击和回转切削两种作用造成钻孔。

振动钻探

对松散、非胶结岩层，在管柱（下部为钻头）上施加振动力和压力（或自重），提上管柱，取出岩心，造成钻孔。振动力由两个偏心相反方向旋转产生。近年加拿大研制了一种共振钻探法，钻速很高。

钻探的应用和成果：

（1）地质钻探：从钻孔中不同深度处取得岩心、矿样进行分析研究鉴别查明矿体或划分地层，判定地层地质情况的作业。通常地质找矿中钻探的费用至少都要占到40%以上。钻孔直径小(46～91毫米)，按矿种的不同，深度从几十米到几千米。

（2）水文水井钻探：钻探至含水层（位）时固井成孔，从而满足人畜饮水问题及农田灌溉或为地质部门提供水文观测。文地质钻探，普查孔直径小于150毫米，勘探孔直径150～350毫米，水井直径 150～550 毫米，孔深300 米以上。

（3）地热钻探：钻探成，对地热资源通过热载体进行开采利用。目前的技术钻井深度一般可以达到3000到5000米，地热资源利用比较好的有羊八井高温地热田，西安地热田，北方集中在北京和天津两地。

（4）工程勘察钻探：从钻孔中取得岩心、土样进行物理性质分析从而判断其地基基础是否满足工程建设的承载重力和稳定性。工程地质钻探 为勘察坝基、水库、渠道、港口工程、高层建筑以及铁路、公路沿线的工程地质情况。

（5）石油钻探：钻探成孔直接进行资源开发利用，国内有名的三家：中石油，中石化，海石油。钻孔一般开孔915毫米，终孔216毫米，孔深1000～7000米 及以上，通常井口要安装防喷器具。

（6）文物勘察钻探（钻探）：直观准确地取得一定地点的文化堆积资料，它比发掘省工，破坏性小，能在短时间内了解较大面积的地下情况。适用于具体了解遗址堆积分布范围、厚度、大型建筑基址、大型墓葬和古城的形状和布局等。1.1.2.2 静力触探

静力触探是用静力将探头以一定的速率压入土中，利用探头内的力传 感器，通过电子量测器将探头受到的贯入阻力记录下来。通过贯入阻力的变化情况，达到了解图层工程性质的目的。

静力触探的勘察原理就是用准静力（相对动力触探而言，没有或很少冲击荷载）将一个内部装有传感器的触探头以匀速压入土中，由于地层中各种土的软硬不同，探头所受的阻力自然也不一样，传感器将这种大小不同的贯入阻力通过电信号输入到记录仪表中记录下来，再通过贯入阻力与土的工程地质特征之间的定性关系和统计相关关系，来实现取得土层剖面、提供浅基承载力、选择桩端持力层和预估单桩承载力等工程地质勘察目的

静力触探主要适用于粘性土、粉性土、砂性土。就黄河下游各类水利工程、工业与民用建筑工程、公路桥梁工程而言，静力触探适用于地面以下50m内的各种土层，特别是对于地层情况变化较大的复杂场地及不易取得原状土的饱和砂土和高灵敏度的软粘土地层的勘察，更适合采用静力触探进行勘察

静力触探成果应用很广，主要可归纳为以下几方面：划分土层；求取各土层工程性质指标；确定桩基参数。

1．划分土层及土类判别

根据静力触探资料划分土层应按以下步骤进行[1]：

（1）将静力触探探头阻力与深度曲线分段。分段的依据是根据各种阻力大小和曲线形状进行综合分段。如阻力较小、摩阻比较大、超孔隙水压力大、曲线变化小的曲线段所代表的土层多为粘土层；而阻力大、摩阻比较小、超孔隙水压力很小、曲线呈急剧变化的锯齿状则为砂土。

（2）按临界深度等概念准确判定各土层界面深度。静力触探自地表匀速贯入过程中，锥头阻力逐渐增大(硬壳层影响除外)，到一定深度(临界深度)后才达到一较为恒定值，临界深度及曲线第一较为恒定值段为第一层；探头继续贯入到第二层附近时，探头阻力会受到上下土层的共同影响而发生变化，变大或变小，一般规律是位于曲线变化段的中间深度即为层面深度，第二层也有较为恒定值段，以下类推。

（3）经过上述两步骤后，再将每一层土的探头阻力等参数分别进行算术平均，其平均值可用来定土层名称，定土层(类)名称办法可依据各种经验图形进行。还可用多孔静力触探曲线求场地土层剖面。

2．求土层的工程性质指标

用静力触探法推求土的工程性质指标比室内试验方法可靠、经济，周期短，因此很受欢迎，应用很广。可以判断土的潮湿程度及重力密度、计算饱和土重力密度Rsat、计算土的抗剪强度参数、求取地基土基本承载力f0、用孔压触探求饱和土层固结系数及渗透系数等。

3．在桩基勘察中的应用

用静力触探可以确定桩端持力层及单桩承载力，这是由于静力触探机理与沉桩相似。双桥静力触探远比单桥静力触探精度高，在桩基勘察中应优先采用。

1.1.2.3 标准贯入

标准贯入是重锤按照规定的落距自由下落，讲标准规格的贯入器打入地层，从而来判定图层的性质。这种测试方法适用于砂土，粉土和一般粘性土

标准贯入主要由标准贯入器、触探杆和穿心锤三部分组成。标准贯入试验的原理 1与钻探配合进行

2以每分钟15-30击的贯入速率，先打15CM不计击数，继续贯入土中30CM，记录锤击数

3拔出后，取出贯入器中的土样进行鉴别描述 标准贯入的应用

1按不同土质应用，如砂土的密度，粘性土状态和无侧限抗压强度 2确定地基土承载力标准值 1.1.3 岩土工程勘察的发展趋势

为使我国加入WTO后适应国际高标准建设项目系统服务的挑战,本行业在未来5年~10年中的发展目标主要体现在四方面:（1）由单纯的“工程地质勘察”向“岩土工程”发展日趋完善。

（2）向一切以人类生存的地球表面环境中的大地岩土和与其密不可分、相互影响的地表水、地下水和大气等环境物质为系统工作目标的工程领域开拓。

（3）专业分工形成了分枝趋势: a.工程咨询和工程顾问,主要负责工程计划、项目负责、工程试验分析计算和工程监测工作;b.野外钻探,可进行探查孔、钻井、灌浆钻孔、锚杆钻孔、海洋钻探以及水平钻孔、定向钻孔等等;c.岩土工程施工,可进行各类桩基及地基改良工法的施工。

（4）城市岩土工程发展迅速,为研究和评价旧城市重建和新城市的开发提供规划和建设。

近年来,经典的岩土力学面临着严重的挑战。这种挑战主要来自以下方面:（1）大规模城市建设面临的地基、基础与深开挖支护问题;城市改造工程问题;（2）填海工程及海洋工程带来的软土工程问题;各类特殊土带来的工程问题;（3）大规模的交通工程建设即跨江、跨海、桥梁、隧道工程带来的问题;水利工程问题;（4）能源工业问题,包括污染、废料尾矿坝及有害废料处理问题;（5）超重型结构所带来的地基处理和桩基础设计、施工与评价问题;（6）原子能电站等重大工程的抗震分析与地基抗震问题;（7）各类地质灾害的评价与防治问题,等等。

作为勘察单位,面对上述的发展,我们应该在如下诸方面作些工作:（1）使广大技术人员,至少是技术领导和技术骨干在掌握传统方法的基础上。了解这个发展动向和基本思想;（2）密切注意任何可以利用的新成果和具有规律性的结论,以便进行工程类比和使用;（3）探索本单位向这个方向发展的时机和可能性。原有的压剪模型和地基、基础与上层结构的协同作用程序体现了新的发展方向。这方面的工作应该继续提高。

1.2 盐城火车站地下商场岩土工程勘察设计的主要内容

1.2.1 资料的学习和收集

1.2.1.1 资料的学习

（1）通过上网下载《岩土工程勘察规范》。（2）通过学习《岩土工程勘察规范》，从中了解

1.2.1.2 资料的收集

（1）进一步了解委托方和相关单位的具体要求；

（2）.收集工程的岩土工程勘察及气象资料、地下结构和基坑工程的设计资料，了解施工组织设计（或项目管理规划）和相关施工情况；

（3）.收集周围建筑物、道路及地下设施、地下管线的原始和使用现状等资料。必要时应采用拍照或录像等方法保存有关资料；

（4）通过现场踏勘，了解相关资料与现场状况的对应关系，确定拟监测项目现场实施的可行性。1,.2.2 现场勘查和室内试验

1.2.2.1现场勘查

根据建筑物的性质和规模，并结合现场具体情况，布置钻孔、静力触探孔及小钻孔的数量及位置，检查建筑场地范围内有无暗沟暗塘等异常情况，记录好静探资料，并按相关要求取回土样。

1.2.2.2 室内试验

圆锥动力触探，利用一定质量的落锤，以一定的高度的自由落距将标准规格的圆锥形探头打入土层中，根据探头灌入的难易程度判断土层的性质。通过圆锥动力触探可以得出以下结论和数据：（1）通过触探曲线进行力学分层。利用每个触探点的触探指标随深度的关系曲线，结合场地内的钻探资料和地区经验，划分出不同的底层。（2）评价地基土的密实度（3）评价地基承载力

（4）确定地基土的变形模量（5）确定单桩承载力

标准贯入是重锤按照规定的落距自由下落，讲标准规格的贯入器打入地层，从而来判定图层的性质。这种测试方法适用于砂土，粉土和一般粘性土。通过标准贯入可以得出以下的结论和数据：

（1）确定砂土的密实度

（2）确定粘性土的状态和无侧限抗压强度（3）确定地基承载力（4）确定土的抗剪强度（5）确定土的变性参数

静力触探是用静力将探头以一定的速率压入土中，利用探头内的力传 感器，通过电子量测器将探头受到的贯入阻力记录下来。通过贯入阻力的变化情况，达到了解图层工程性质的目的。1.2.3 成果的整理

（1）各种触探参数的计算（2）划分土层及绘制剖面图

（3）土层的触探参数计算与取值（4）归一化超孔压曲线绘制

第四篇：微生物工程 名词解释

微生物工程

名词解释：

半合成抗生素：某些天然抗生素在去侧链后，可用化学合成法接上新的侧链而改变原有抗菌谱或其它特性，这样的抗生素就被称为半合成抗生素。

深层培养技术：在深层的液体培养中进行的一种发酵培养方法。

杂交育种：是指将两个基因型不同的菌株经吻合或接合，使遗传物质重新组合，从中分离和筛选具有新性状的菌株。

质粒的分裂不稳定：是指基因工程菌分裂时，出现一定比例不含质粒的子代菌。

质粒的结构不稳定：是指外源基因从质粒上丢失、碱基重排或缺失，引起基因工程菌性能的改变。

菌种衰退：菌种经过长期人工培养或保藏，由于自发突变的作用而引起某些优良特性变弱或消失的现象。

代谢调节：是指微生物的代谢速度和方向按照微生物的需要而改变的一种作用，即自我调节。微生物代谢的控制：是指运用人为的方法对微生物的代谢调节进行遗传改造和条件的控制，以期按照人们的愿望，生产有用的微生物制品。

反馈抑制：是指代谢的末端产物对酶（往往是代谢途径中的第一个酶）活性的抑制。

诱导剂：能够诱导某种酶合成的化合物称为该酶的诱导剂,诱导剂可以是被诱导的酶的底物或底物的结构类似物。

组成酶：是机体内一类不依赖于酶的底物或底物结构类似物的存在而合成的酶。诱导酶（又称适应酶）：是一类依赖于底物或底物结构类似物的存在而合成的酶。

初级代谢：是为生物提供能量、合成中间体及其关键大分子的各种相互关联的代谢网络，对菌的生长是必需的。产物有单糖、核苷酸、脂肪酸、蛋白质、核酸、多糖、脂类等等。次级代谢：次级代谢主要涉及合成过程，其终产物、次级代谢物对菌的生长不是必需的，对其生命活动可能具有某种意义，通常是在生长后期开始形成的。次级代谢产物主要有抗生素、维生素、生物碱、色素、毒素等等。

前体：是指加入到发酵培养基中的某些化合物，能被微生物直接结合到产物分子中去，而自身的结构无多大变化，却能提高产物的产量。

产物促进剂：是指那些非细胞生长所必须的营养物，又非前体，但加入后却能提高产量的添加剂。

代谢工程：是指利用基因工程技术，定向地对细胞代谢途径进行修饰、改造，以改变微生物的代谢特性，并与微生物基因调控、代谢调控及生化工程相结合，构建新的代谢途径，生产新的代谢产物的工程技术领域。

临界氧浓度（C临）：指不影响菌体呼吸所允许的最低氧浓度，或微生物对发酵液中溶解氧浓度的最低要求。只有使溶氧浓度高于其临界值，才能维持菌体的最大比摄氧率，得到最大的菌体合成量。如果溶氧浓度低于临界值，则菌体代谢受到干扰。

富集培养：又称增殖培养，就是利用不同微生物生长对环境和培养基的特殊要求，设计选择性培养基，创造有利的生长条件，使目的微生物在最适环境中大量繁殖，由原来自然条件下的劣势种变为人工环境下的优势种，以利于分离。

第五篇：微生物绪论、细菌名解

绪论

微生物（microorganism）——是存在于自然界中的一群个体微小、结构简单、肉眼看不见，必须经显微镜放大几百倍至几万倍才能看到的微小生物。

微生物的分类(根据微生物的大小、结果、组成等可分为三大类)1.非细胞型微生物：是最小的微生物。无典型的细胞结构，必须在活细胞内才能增殖。如病毒。

2.原核细胞型微生物：仅有原始核质，细胞器不完善。包括细菌、放线菌、衣原体、支原体、立克次体和螺旋体等。

3.真核细胞型微生物：细胞核分化程度高，有核膜与核仁，胞质内细胞器完整。如真菌。

细菌学

细菌（bacterium）是一类具有细胞壁与核质，以二分裂方式繁殖的单细胞的原核细胞型微生物。包括细菌、衣原体、支原体、立克次体、螺旋体和放线菌(两菌四体)。

细菌的大小：微米(mm);细菌的形态：球菌（双球菌、链球菌、葡萄球菌、四联球菌、八叠球菌）、杆菌(链杆菌、梭杆菌、棒状杆菌、球杆菌、分歧杆菌、双歧杆菌)、螺形菌(弧菌、螺菌、螺杆菌)第二章

细菌的结构

基本结构：细胞壁、细胞膜、细胞质和核质 特殊结构：荚膜、鞭毛、菌毛、芽胞

（一）细胞壁(cell wall)------位于细菌细胞的最外层，包绕在细胞膜的周围，组成较复杂，并随不同细菌而异。

1、细胞壁的功能:维持菌体形态，抵抗渗透压的影响。参与菌体内外的物质交换。

具有多种抗原表位，诱发机体免疫应答。粘附宿主细胞，与细菌致病性有关。

2、主要成分：肽聚糖（peptidoglycan）：多聚糖，细菌细胞壁中的主要成分，为原核细胞所特有。

（1）G+菌细胞壁组分：肽聚糖（聚糖骨架、四肽侧链、五肽交联桥）+磷壁酸（磷壁酸-----由核糖醇或甘油残基经磷酸二酯键互相连接而成的多聚物；多个磷壁酸分子组成长链穿插于肽聚糖层中。壁磷壁酸-----通过磷脂与肽聚糖上的胞壁酸共价结合。膜磷壁酸-----与细胞膜外层上的糖脂共价结合。）

（2）G-菌细胞壁组分：肽聚糖（聚糖骨架、四肽侧链）+外膜（①脂蛋白；②脂质双层---磷脂双层、外膜蛋白；③脂多糖···内到外：脂质A、核心多糖、特异多糖）

脂质A（Lipid A）：糖磷脂。是细菌内毒素的毒性组分，无种属特异性。核心多糖：位于脂质A的外层，有属特异性。

特异多糖：由数个至数十个低聚糖重复单位组成的多糖链。具有种特异性。革兰阴性菌的菌体抗原（O 抗原）

（二）细胞膜（cell membrane）功能：参与细菌物质转运、生物合成、分泌、呼吸等生物学作用。（细菌缺乏细胞器，所有的代谢活动均在细胞膜上进行）

（三）细胞质（cytoplasm）细胞质内含核糖体、质粒、胞质颗粒等许多重要结构。

是细菌新陈代谢的重要场所。嗜碱性强。

1）核糖体（ribosome）：细菌合成蛋白质的场所，游离存在于细胞质中，每个细菌体内可达数万个。

2）质粒（plasmid）：染色体外的遗传物质，存在于细菌细胞质中，为闭合环状的双链DNA。控制细菌某些特定的遗传性状---菌毛；细菌素；毒素；耐药性。能独立自行复制。可通过接合或转导等方式在细菌间传递。

3）胞质颗粒：细菌细胞质中含有多种颗粒，大多为储藏的营养物质，包括糖原、淀粉等多糖、脂类、磷酸盐等。当细菌生活环境中营养充足时，胞质颗粒较多，养料和能源短缺时，颗粒减少甚至消失。

异染颗粒

（四）核质（nuclear material）由单一密闭环状DNA分子反复回旋卷曲盘绕组成的松散网状结构。集中于细胞质的某一区域。无核膜、核仁和有丝分裂器。是细菌的遗传物质

荚膜------细菌代谢过程中分泌在细胞壁外的一层粘液性物质，能牢固地与细胞壁结合，厚度≥ 0.2 mm，边缘明显。荚膜的形成：在人和动物的体内或营养丰富的培养基中易形成。在普通培养基上或连续传代则易消失。荚膜特点:①主要成分是多糖、多肽或蛋白质，尤以多糖居多。经特殊的荚膜染色，特别是负染色（又称背景染色）后可在光镜清楚地观察到它的存在。②具有抗原性。荚膜的功能：抗吞噬作用；粘附作用；抗有害物质的损伤作用。

鞭毛------某些细菌表面附着的细长呈波状弯曲的丝状物，是细菌的运动器官。由蛋白质组成。根据鞭毛的数量、位置可将鞭毛菌分成四类: 单毛菌；双毛菌；丛毛菌；周毛菌。

鞭毛的功能 ：①运动器官：有鞭毛的细菌在液体环境中能自由的运动。②具抗原性：H 抗原，有特异性，对细菌的鉴别、分型有一定的意义。③致病性：有些细菌的鞭毛与致病性有关。如：霍乱弧菌

菌毛------许多G-菌和少数G+菌菌体表面存在着一种比鞭毛更细、更短而直硬的丝状物。由蛋白质组成。与细菌的运动无关。在电镜下方可见到

菌毛的种类及功能：普通菌毛（ordinary pilus）

数量多，遍布菌体，与细菌的致病性有关。性菌毛（sex pilus）仅见于G－菌。数量少(1~4根)，比普通菌毛粗而长，中空，传递遗传物质

芽胞-----某些细菌在一定环境条件下，细胞质脱水浓缩，在菌体内部形成一个圆形或卵圆形小体，是细菌的休眠形式。产生芽胞的细菌都是G+菌。不同细菌的芽胞形态、大小、位置有所差异，是鉴别细菌的指标之一。

芽胞的特点：芽胞是一坚实小体，其被膜厚而致密，几乎无通透性，故对热、干燥、辐射、化学消毒剂等理化因素均有强大的抵抗力。细菌繁殖体：80℃水中迅速死亡。

细菌芽胞：100℃沸水中，可存活数小时。广泛存在与土壤。被炭疽杆菌芽胞污染的草原，传染性可保持20-30年。

细菌形态学检查是微生物学的基本技术，一般包括制片、染色和镜检三个主要操作步骤。

革兰染色结晶紫初染（1min）到

碘液媒染（1min）到

95%酒精脱色（30sec）到 稀释复红复染（30sec）到吸干镜检

结果：紫色---G+ 红色---G-

细菌特殊结构的生物学意义。

答：

1、荚膜是某些细菌分泌到细胞壁外的一层粘液性物质。它具有：抗吞噬作用；粘附作用；抗有害物质的损伤作用。生物学意义:是细菌毒力因素之一

2、鞭毛：某些细菌表面附着的细长呈波状弯曲的丝状物，是细菌的运动器官。生物学意义：①运动器官②具抗原性③致病性

3、菌毛------许多G-菌和少数G+菌菌体表面存在着一种比鞭毛更细、更短而直硬的丝状物。生物学意义：普通菌毛 数量多，遍布菌体，与细菌的致病性有关。性菌毛 仅见于G－菌。数量少(1~4根)，比普通菌毛粗而长，中空，传递遗传物质

4、芽胞-----某些细菌在一定环境条件下，细胞质脱水浓缩，在菌体内部形成一个圆形或卵圆形小体，是细菌的休眠形式。产生芽胞的细菌都是G+菌。不同细菌的芽胞形态、大小、位置有所差异，是鉴别细菌的指标之一。