光合作用研究十篇

光合作用研究篇1

关键词：芍药属；光合特性；环境因子

中图分类号 S682.1+2 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2013）18-25-04

芍药科（Paeoniaceae）芍药属（Paeonia）植物共分为3个组，即芍药组、牡丹组和北美芍药组，我国原产约30余种[1]。芍药属植物自然分布在我国的中北部地区，喜冷凉气候，其花朵硕大艳丽，花香馥郁，根可入药，具有很高的观赏价值和药用价值，其中最为著名的是牡丹（P.suffruticosa）和芍药（P.lactiflora）。关于芍药属植物生产栽培和园林应用的研究一直受到很多的关注，尤其是与观赏品质密切相关的光合特性的研究越来越多。现将我国近年来有关牡丹、芍药光合作用的研究进行综述，旨在为我国芍药属植物的合理开发和利用提供部分理论依据。

1 芍药属植物光合作用的基本特征

牡丹和芍药属光合能力稍低的C3植物[2]，存在明显的光合日变化和季节变化[3-4]。

1.1 芍药属植物光合作用日变化 自然条件下，大田栽培牡丹净光合速率（Pn）日变化大体呈现出2种类型：“单峰型”和“双峰型”。春季，牡丹花前和开花期间Pn呈现“单峰”曲线，上午Pn逐渐升高，在12：00～13：00达到最大值，13∶00～14∶00以后开始下降[5-6]；到5月份以后，牡丹花Pn呈现“双峰”曲线，最高峰出现在上午9∶00～11∶00，次高峰出现在下午4∶00左右。12∶00～14∶00期间下降显著，表明出现明显的“午休”现象[7-8]。

夏季晴天大田栽培芍药净光合速率（Pn）日变化多呈明显的双峰曲线，最高峰在华北和东北地区，出现在上午9∶00～11∶00[9-10]，长江中下游地区在8∶00～9∶00[11]，东北地区次高峰则出现在下午4∶00左右[10]。12∶00～14∶00期间下降显著，具有明显的“午休”现象。也有研究认为芍药“大富贵”的净光合速率日变化呈“单峰”曲线，非气孔限制为芍药光合速率主要控制因子[12]。

不少学者认为，“午休”现象是由于持续强光使气温、蒸腾速率（Tr）急剧增加，大气湿度降低，造成水分代谢失调，叶面温度过高，抑制了参与光合过程酶的活性，导致羧化率降低，使Pn锐减，表现出光合“午休”现象。因此，在生产实践中，可采取夏季遮阴、灌溉，尤其是喷灌能够增加空气水分和土壤湿度，降低园区温度，满足牡丹对水分的需求，是克服牡丹、芍药光合“午休”的基本办法[9，11，13]。

1.2 芍药属植物光合作用季节变化 牡丹叶片光合速率的季节变化可以分为3个阶段。第1阶段：4～5月间，光合速率迅速提高，形成一年中的最大峰值；第2阶段：6～7月间，光合速率保持相对稳定的较高水平；第3阶段：8月份，光合速率则迅速降低[14]。

1.3 芍药属植物的光合特性 毕玉伟等[4]测定了盆栽“凤丹白”牡丹的光饱和点（LSP）为1 372μmol/（m2・s），光补偿点（LCP）为59μmol/（m2・s），表明牡丹品种“凤丹白”能够合理利用光照强度，可适应多种光照环境。CO2补偿点为85.19μmol/mol，CO2饱和点约为1 700μmol/mol，其CO2饱和点高说明“凤丹白”在高CO2浓度下能适应并提高光合速率。

孟军等[15]使用LCpro+便携式光合作用测定仪控温控光，测量了牡丹品种洛阳红在不同光照强度下的叶片光合作用速率、气孔导度等指标。结果表明：牡丹叶片光合作用-光强响应曲线受温度影响明显。等轴双曲线模型适用于低于饱和光强下的牡丹光合作用模拟研究，便于对不同试验条件下得到的数据进行综合比较分析。

2 影响芍药属植物光合作用的内在因素

2.1 种类和品种 牡丹和芍药品种不同，Pn差异显著。通过对4个不同牡丹品种佛门袈裟、银粉金鳞、万花盛、十八号的Pn测定结果表明[14]：平均光合速率方面，佛门袈裟较银粉金鳞、万花盛、十八号分别高出47.8%、18.8%、21%；季节变化中，佛门袈裟的净光合速率显著高于其他3个品种（P

权伟等[16]采用盆栽和地栽2种栽培方式对从菏泽地区引种的6个牡丹品种光合指标进行了测定。结果表明，无论是盆栽还是地栽，“大棕紫”均表现出较高的Pn值，“鲁荷红”、“大棕紫”、“迎日红”、“胜葛巾紫”4个品种盆栽牡丹Pn值均低于地栽牡丹Pn值，“肉芙蓉”、“十八号”2个品种盆栽牡丹Pn值却均高于地栽牡丹Pn值。

芍药组内不同类群光合特性研究表明[3]：芍药组不同类群间光合特性存在显著差异，毛果芍药（P.lactiflora var.trichocarpa）的光合速率最高，其次是芍药（P.lactiflora），美丽芍药（P.mairei）的光合速率最低，表明毛果芍药和芍药的光合能力最强。光合日变化方面，毛果芍药没有明显的“午休”显现，11∶00～14∶00的Pn值只是稍微有些下降，而其他类群都有明显的“午休”显现，Pn值在12∶00时最低，其中川赤芍（P.veitchii）、窄叶芍药和美丽芍药的“午休”十分明显。这些类群最大净光合速率对应的光强也有差异。芍药栽培品种和野生种之间光合特性差异亦显著，野生种的Pn值始终高于栽培品种；野生种的LSP高于栽培品种，而LCP则较栽培品种低，说明野生种对强光的耐受能力和对弱光耐受能力较栽培品种强[17]。

2.2 叶绿素含量 岳桦等[10，17]分别研究了叶绿素含量和叶绿素a/b值与牡丹品种以及芍药品种之间的关系，认为叶绿素含量差异不是造成牡丹品种之间和芍药类群之间光合能力差异的主要因素。孔芬[11]通过研究芍药花蕾期叶片SPAD值与Pn的关系亦认为不同芍药品种叶片Pn值与其SPAD值大小次序不一致，同一品种不同叶位叶片之间的Pn值与其SPAD值大小次序也不一致。因此认为，芍药现蕾后，叶片完全展开，叶绿素含量已不是影响Pn的主要因素。

2.3 枝叶特性 丰亚南等[18]以牡丹品种“肉芙蓉”为材料，研究其开花过程中碳水化合物的分配及其对有花枝上叶片与无花枝上叶片净光合速率的影响。结果表明：在花衰败前，有花枝Pn明显低于无花枝，花衰败后，2种枝叶Pn的差异逐渐消失。

芍药花蕾期不同叶位的叶片光合特性研究结果表明[11]：芍药不同叶位叶片的Pn不同，现蕾初期“大富贵”是中部叶片Pn值最高，其次是顶部叶片，而基部叶片最低；“红艳争辉”则是基部叶片Pn值最大，其次是中部，顶部最小。到现蕾后30d，2个品种的Pn值均是顶部最大，其次为中部，基部则最小。

3 环境因素与芍药属植物光合作用的关系

3.1 栽培方式 日光温室环境条件下，2种催花处理（自然低温生根培养和低温加晾根）牡丹光合特性差异显著[19]：自然低温生根打破休眠春节催花处理的牡丹植株的叶片净光合速率在全部测定时间内均显著高于相应的低温加晾根打破休眠春节催花处理的牡丹植株；且前者叶片的气孔导度和蒸腾速率在9∶30～14∶30间均显著高于后者，其他时间两者差异不显著。

对于盆栽和地栽2种方式栽培牡丹品种“洛阳红”，其Pn值季节变化及春季大风铃期（花前）和叶片放大期（花后） 的光合特性因栽培条件不同而不同。叶片放大期，盆栽牡丹的LSP和光补偿点LCP均较地栽牡丹的低。2个时期的Pn日变化均呈单峰型曲线，峰值在10∶00左右，且盆栽牡丹比地栽牡丹低。盆栽牡丹和地栽牡丹Pn在春季4月分别达到最大值，9月降至最低值。叶绿素含量也有不同程度的降低[20]。

3.2 光照 大多数研究认为，芍药属植物多喜部分遮荫，在强光照射下光合作用降低。也有研究认为遮阴对牡丹的Pn、Gs、Ci值有较大影响，遮阴使其光合能力下降[22]。周曙光等[21]研究了大田条件下不同程度遮光对牡丹光合日变化等生理生化特性的影响。结果表明：在自然光照条件下，10∶00～14∶00牡丹Pn出现“光合午休”现象，而遮光30%和50%条件下，Pn则未出现光合“午休”现象。尤其是遮光30%条件下，平均Pn在1d中保持较高水平，遮光80%条件下则Pn在1d中始终处于较低水平，综合比较各参数发现，30%遮阴最适合牡丹生长。光强不仅直接影响芍药不同类群的光合速率，而且还通过蒸腾速率和气温等间接影响光合速率[3]。郑国生等[23]研究大田牡丹叶片在自然光照和夏季遮阴处理下的光合作用结果表明：自然光下夏季牡丹叶片的Pn明显低于春季，2个生长季节Pn日变化差异明显；与夏季自然光下相比，夏季遮阴处理（遮光50%）的牡丹叶片Pn、AQY、CE升高；气孔限制值（Ls）和叶温降低，说明遮阴可减轻光抑制，改善光合功能以增加光合产物积累。

3.3 CO2浓度 毕玉伟等[4]研究了开顶式塑料薄膜气室设施条件下，盆栽“凤丹白”牡丹生长和叶片净光合速率对高CO2浓度的响应。结果表明：CO2浓度增加能够提高“凤丹白”的净光合速率和水分利用率，同时增加了株高、叶片面积，在干质量上有所积累，促进植物的生长发育。

田给林等[24]采用英国PP-Systems公司生产的CIRAS-1便携式光合作用测定系统对日光加温室条件下采用自然低温打破休眠春节催花的牡丹植株肉芙蓉和银红巧对和传统的低温加晾根打破休眠春节催花的牡丹植株肉芙蓉和银红巧对光合特性进行了研究。结果表明：自然低温打破休眠催花牡丹植株叶片的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率均高于相应的传统的低温加晾根打破休眠催花牡丹植株叶片相应的指标。在春节催花牡丹温室生态因子中CO2浓度较光合有效辐射对净光合速率有相对较高的灰色关联度。

3.4 温度 芍药属植物大多喜冷凉气候，高温下植物生长缓慢，甚至出现早枯现象[23]，而短期高温胁迫下牡丹叶片膨大期叶片Gs、细胞间隙CO2浓度尽管有所降低，但Pn仍然增加，一定程度上可能是由于适度高温促进了光合酶活性升高的结果[25]。

3.5 矿质元素 目前有关芍药属植物矿质营养方面的研究极少。陈向明等[26]用含0～240mg/L钙元素的Arnon and Hoagland培养液浇灌保护地栽培条件下的牡丹植株，结果表明：适宜浓度的钙能增加牡丹叶片的气孔导度、蒸腾速率，改善CO2的供应，提高叶片RuBPCase活性和羧化效率，提高光合速率。

刘海琴等[27]以芍药为试材，探讨了叶面喷施不同浓度铜肥对芍药叶片的光合色素含量、光合特性等的影响。结果表明：叶面喷施不同浓度铜肥对芍药叶绿素含量、光合特性等影响显著。喷施400mg/L铜肥处理的LSP、CO2饱和点、AQY、CE较高；不同处理的芍药Pn日变化均呈单峰曲线，喷施200mg/L、400mg/L铜肥的处理净光合速率最高；喷施800mg/L铜肥的处理AQY低于其他处理。叶面喷施铜肥对芍药光合作用具有显著影响，综合比较以铜浓度400mgL为宜，浓度过高则对光合作用产生抑制作用。

3.6 土壤含水量 芍药属植物多为肉质根，对土壤含水量较为敏感。侯小改等[28]研究了土壤含水量对牡丹光合特性的影响，结果表明：随着土壤水分胁迫程度的增加，牡丹Pn、Tr以及Gs逐渐下降，AQY、CE、LSP降低；LCP及CO2补偿点升高。干旱胁迫下，轻度干旱胁迫下（土壤相对含水量40%～55%）气孔限制是光合速率下降的主要原因，而严重干旱胁迫下（土壤相对含水量20%）非气孔限制是光合速率下降的主要原因。牡丹光合作用的最适土壤相对含水量为70%左右。

4 展望

芍药属植物原产地多为冷凉性气候，将其引种至长江中下游以南多数地区时，夏季高温多湿气候是其生长和繁殖的重要制约因素，另芍药属植物多对土壤积水甚为敏感，如何通过栽培管理措施的改善使其在我国南方地区正常生长是今后研究的热点问题。

我国芍药属植物资源丰富，通过对芍药属植物光合生理特性的研究，分析它们与生态因子的关系，有助于提高对芍药属植物生长发育规律的认识，进而为芍药属植物引种、栽培和繁殖等提供理论和实践参考。

参考文献

[1]郭先锋.中国芍药分类学研究进展[J].北京林业大学学报，2002，24（3）：99-102.

[2]Wang R Z.Photosynthetic pathways and life form types for native plant species from Hulunbeier Rangelands，Inner Mongolia，North China[J].Photosynthetica，2004，42（2）：219-227.

[3]简在友，王文全，孟丽，等.芍药组内不同类群间光合特性及叶绿素荧光特性比较[J].植物生态学报，2010，34（12）：1 463-1 471.

[4]毕玉伟，秦俊，刘庆华，等.CO2浓度增高对盆栽牡丹品种‘凤丹白’生长及光合特性的影响[J].西南林业大学学报，2011，31（2）：9-15.

[5]高志民，王莲英.牡丹催花后复壮栽培根系生长及光合特性研究[J].林业科学研究，2004，17（4）：479-483.

[6]张桂荣，田给林，周天华，等.几种大田栽培牡丹花前光合作用特性初探[J].中国农学通报，2007，23（6）：358-362.

[7]何秀丽.大田牡丹光合特性的研究[D].泰安：山东农业大学，2005.

[8]吕淑芳，孔祥生，王征宏，等.不同牡丹品种叶片光合特性研究[J].河南农业科学，2009（2）：87-89.

[9]侯小改，马慧丽，段春燕，等.牡丹（Paconia suffruticosa Andr.）“佛门袈裟”光合特性的研究[J].沈阳农业大学学报，2006，37 （5）：772-774.

[10]岳桦，王欠欠.六个紫斑牡丹品种光合特性初步研究[J].黑龙江农业科学，2011（1）：39-41.

[11]孔芬.芍药光合特性研究[D].扬州：扬州大学，2010.

[12]张玉，李霞，郭绍霞.芍药光合特性研究[J].青岛农业大学学报：自然科学版，2011，28（1）：24-27.

[13]Li C Z，Kong F，Sun Y，et al.Ecophysiological characteristics of herbaceous peony （Paeoniaceae）‘Da Fugui’[C].2009 Academic Conference on Horticulture Science and Technology，Proceedings，2009：63-66.

[14]侯小改.4个牡丹品种光合特性的比较研究[J].河南农业大学学报，2007，41（5）：527-530.

[15]孟军，陈云龙，李会强，等.牡丹叶片光合作用光温响应的模拟[J].河南农业科学，2009（10）：115-118.

[16]权伟，余少娜，康华靖，等.菏泽牡丹引种温州光合特性研究[J].林业科技开发，2011，25 （1）：60-63.

[17]岳桦，时春红.芍药‘粉玉奴’与野生种主要光合特性的比较[J].北方园艺，2010（6）：127-130.

[18]丰亚南，郑国生，王宗正，等.牡丹开花前后碳水化合物的分配与光合速率的关系[J].园艺学报，2007，34 （1）：153-156.

[19]张桂荣.环境条件对催花牡丹光合特性的影响[J].安徽农业科学，2009，37（9）：3 920-3 922.

[20]翟敏，李永华，杨秋生.盆栽和地栽牡丹光合特性的比较[J].园艺学报，2008，35（2）：251-256.

[21]周曙光，孔祥生，张妙霞，等.遮光对牡丹光合及其他生理生化特性的影响[J].林业科学，2010，46（2）：56-60.

[22]杨秋生，朱丽娟，路玲，等.遮荫及蔗糖喷施对牡丹花色及光合特性的影响[J].河南农业大学学报，2005，39（3）：249-253.

[23]郑国生，何秀丽.夏季遮荫改善大田牡丹叶片光合功能的研究[J].林业科学，2006，42（4）：27-32.

[24]田给林，张桂荣.温室环境条件变化对北方温室春节催花牡丹植株光合特性的影响[J].中国农学通报，2007，23（5）：271-274.

[25]李永华，孙丽丹，苏志国，等.短期高温对牡丹叶片光合作用及相关生理指标的影响[J].河南科学，2008，26（3）：291-293.

[26]陈向明，郑国生，张圣旺.钙对保护地栽培牡丹光合特性的影响[J].园艺学报，2001，28（6）：572-574.

[27]刘海琴，王康才，罗庆云，等.叶面喷施铜肥对芍药光合及荧光动力学参数的影响[J].江苏农业学报，2010，26（5）：982-986.

光合作用研究篇2

关键词：生物教材；光合作用；初高中教学；衔接

中学生物教材有完整的编排体系，根据学生的感性认识和理性认识水平，高中教材在初中基础上，结合其他学科知识，进行了拓展和延伸。目前关于初高中生物学教学衔接问题研究比较多，但这些研究过于宏观且理论性较强，基于课程内容的理论和实践研究很少。本文针对初高中生物教材中的“光合作用”部分知识内容和教学方法进行比较研究，并提出一些教学建议，以提高课堂效率和质量，培养学生的核心素养。

一、初高中“光合作用”教学内容及目标的比较

通过对初高中“光合作用”的教学目标进行比较，不难发现初高中教学有着不可分割的紧密联系，但是也有着明显不同的侧重点。

1.初中和高中生物内容具有递进关系

从知识目标来看，初中介绍部分科学发展史，培养学生的科学态度与精神；高中则较为详细地介绍其发现过程，使学生了解生物学史实，培养学生尊重科学、勇于探究的精神，通过强调光能捕获与叶绿体结构特点，使学生领会“生物体结构与功能相适应”的生物学基本观点。初中只是介绍知识点，而高中则重在强调知识的获取过程，培养的是学生的综合能力和实验操作能力。

从能力目标来看，高中在初中的基础上，更注重对学生动手能力、科学探究能力、分析思维能力和跨学科解决问题能力的培养，这些都是建立在初中生已有的实践基础和理论基础之上的，基于学生已有的感性认识，引导他们升华到理性认识。

从情感态度价值观目标来看，初中重点是热爱自然，激发学生对生物的学习兴趣；而高中在此基础上，不仅要求学生理解光合作用对现存生物的重要性，还要理解其在生物进化方面的重要意义。高中生物教材会介绍通过光合作用维持氧气与二氧化碳之间的平衡，引导学生形成环保意识，防止温室效应；通过对影响光合作用因素的分析，提高农作物产量、改进耕作方法、减少环境污染，增强对学生的STS教育。

2.比较初高中生物教材关于“光合作用”知识的内容

第一，初中“光合作用的定义及表达式”与高中“光合作用的过程”。第二，初中叶绿体既是生产有机物的“车间”，也是将光能转变为化学能的“能量转换器”与高中“捕获光能的色素和结构”。第三，初中“验证并形成光合作用的表达式的相关实验及海尔蒙特和普利斯特里的实验”与高中“光合作用科学史包含6个经典实验（普利斯特里、英格豪斯、梅耶、萨克斯、鲁宾和卡门、卡尔文）”。第四，初中“光合作用原理在农业生产上的应用”与高中“光合作用原理的应用”。第五，高中生物教材还增加了“化能合成作用”。

二、教学方法的衔接

针对初中知识主要侧重于光合作用的原料及产物，从而总结出光合作用的总反应式；高中主要学习的是光合作用的光反应、暗反应的过程，学生要能写出反应式，为大学的进一步学习打下基础。高中教师要熟悉学科，通过色素的吸收光谱分析，引导学生将物理学知识应用到生物学上；通^各步反应式的准确书写，加强生物与化学之间的联系；通过光合作用影响因素的综合分析，引导学生认识问题要注意局部与整体的联系，培养学生的辩证思维能力。高中生物教师可以从以下几个方面准备，为顺利解决初高中生物教学衔接奠定坚实的基础。

首先，研究教法，推进学生学法的转变。初高中学生在学习上存在一定的差异，因此在教学过程中，生物教师要做到因材施教和因性别施教。初中阶段重点可以放在主动实践能力的培养上，如绿叶在光下制造有机物及光合作用能产生氧气两个实验可以让学生自己操作完成；高中阶段重点放在学生在实践探究的基础上，进行抽象概括能力的培养，如光合作用的过程要弄清楚什么是光反应、暗反应，以及两者之间的联系和区别。

其次，合理调整教学内容，突出重点，突破难点。教师要吃透初高中教材，理解教材之间的联系，教学过程中实现循序渐进。对“光合作用”部分知识，高中教师应该把叶绿体的结构及色素的提取和分离、光合作用的过程及光合作用在农业上的应用作为教学重点，将初中知识巧妙地融入教学中，增强学生对新知识的理解能力。

光合作用研究篇3

【关键词】 原发性闭角型青光眼；激光周边虹膜成形术；选择性激光小梁成形术；视力；眼压

原发性闭角型青光眼（primary angle-cloure glaucoma， PACG）是由于周边虹膜堵塞小梁网， 或与小梁网发生永久性粘连， 房水外流受阻， 引起眼压升高的一类青光眼[1]。其发病率大约可占青光眼总数的 60%～80%， 是致盲的主要眼病之一， 治疗多以降低眼压为原则。以往常用LPI治疗PACG， 但是其部分患者的术后眼压降低并不明显， 且往往合并小梁网不同程度和类型的病变[2]。本研究应用LPI联合SLT治疗PACG， 意在观察术后患者眼压降低情况， 为今后的临床治疗提供依据， 现报告如下。

1 资料与方法

1. 1 一般资料 选择2011年1月～2013年12月来本院接受治疗的PACG患者66例（92眼）， 所有的患者均为首诊接受治疗， 将其随机分为观察组和对照组， 其中观察组33例（48眼）， 其中男19例， 女14例， 年龄59～77岁， 平均年龄（66.89±7.43）岁；对照组33例（44眼）， 其中男17例， 女16例， 年龄55～75岁， 平均年龄（65.91±6.83）岁。排除眼压超过35 mm Hg （1 mm Hg=0.133 kPa）患者、角膜透明度不良患者及合并明显角结膜及虹膜炎症患者， 两组患者的性别、年龄等一般情况比较， 差异无统计学意义（P>0.05）， 具有可比性。

1. 2 方法 所有患者术前均常规眼科各项检查， 确定无手术禁忌后接受手术治疗。对照组施以LPI术， 常规缩瞳、麻醉后安放激光虹膜镜， 激光波长为532 nm， 功率300～500 mW， 光斑直径500 μm， 曝光时间为0.3 s， 按照顺序光凝鼻侧、颞侧、下方、上方的周边虹膜共24～30个点， 以虹膜发生明显收缩而不发生爆炸的最高能量为宜。观察组施以LPI术后予以SLT术， 安放房角镜， 激光波长调整532 nm， 脉冲时间3 ns， 光斑直径400 μm， 对患眼前房角开放的小梁网处进行180°照射， 能量从0.4 mJ逐步增高， 直到有明显气泡生成为止， 照射点数为70～80点， 光斑避免重叠。术后7 d内应用常规药物降眼内压治疗。

1. 3 观察指标 观察两组患者术前、术后7 d及3个月的视力水平、眼压情况及术后并发症发生情况。

1. 4 统计学方法 采用SPSS19.0软件进行处理， 计量资料以均数±标准差（ x-±s）表示， 比较采用t检验， 组间计数资料采用χ2检验， P

2 结果

2. 1 手术前后两组患者的视力情况 两组患者术后7 d及3个月视力均较术前有所好转， 与术前比较差异具有统计学意义（P

2. 2 手术前后两组患者的眼压情况 两组患者术后7 d及3个月视力均较术前有所好转， 与术前比较差异均具有统计学意义（P

2. 3 并发症情况 术后对照组并发症发生率为63.67%， 观察组为27.08%， 比较差异具有统计学意义（P

3 讨论

原发性闭角型青光眼患者多数为老年人， 发病后可导致严重的视力下降， 给老年患者的生活带来严重不便。年龄大的PACG患者多合并不同程度的小梁网纤维化， 内皮细胞减少及色素沉着以及Schlemm管压缩或闭塞[3]， 这些病理改变是SLT手术治疗的理论基础。

PACG患者的治疗存在一定难度， 直接施行SLT手术的难度更大。本研究在患者实施LPI治疗后再予以SLT术治疗， 有效的缓解了患者的眼压， 减少了并发症的发生。先对患者实施LPI治疗， 可以开放前房角， 以便清楚地观察小梁网， 为SLT手术提供了先决条件。观察组患者术后的平均眼压明显下降， 说明SLT联合LPI可以有效降低眼压， 改善房水循环。目前学术界对于SLT手术激光能量的选择尚无定论[4]。本研究治疗的患者中， 其小梁网的色素粘连均较为严重， 吸收了部分激光能量， 导致有限的能量可以进入小梁网内部， 且大部分的患者前房角狭窄， 不能充分暴露小梁网， 激光束照射角度倾斜， 使得光斑密度明显下降， 所以本研究应用激光的能量较其他研究高， 选择的照射点数也较多， 以至于术后少数患者出眼前节炎症， 属于较为轻微， 大量的巨噬细胞可以吞噬并清除小梁网中的碎屑， 利于房水循环， 有利于眼压的下降， 所以并未给予抗炎药物。

综上所述， LPI术联合SLT术治疗原发性闭角型青光眼， 可以有效的降低眼压， 减少并发症的发生， 可以考虑在临床适用推广。

参考文献

[1] 葛坚， 郭彦， 刘突， 等.超声乳化白内障吸除术治疗闭角型青光眼的初步临床观察.中华眼科杂志， 2011， 37（5）：355-358.

[2] 陈翔宇， 才瑜.原发性闭角型青光眼的流行病学研究及分类现状.中华眼科杂志， 2011， 47（10）： 949-952.

[3] 周炜， 黄焕光， 郑洁， 等.激光周边虹膜成形术治疗闭角青光眼的中远期结果.中国实用眼科杂志， 2009， 27（11）： 1283.

光合作用研究篇4

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荧光探针法研究新型Gemini表面活性剂在水溶液中的聚集行为

三联吡啶铂(Ⅱ)配合物光谱性质的密度泛函研究

合成条件对径向有序介孔二氧化硅中空亚微米球的形貌和结构的影响

有机电致发光器件中的新型双极主体材料的合成及应用

2010年Nobel化学奖——钯-催化的有机合成

2010年Nobel物理学奖——石墨烯

影像科学与光化学2010年第28卷总目次

影像科学与光化学2010年第28卷作者索引

《影像科学与光化学》学报征稿简则

利用β-环糊精-发色团分子超分子包合物减弱非线性发色团分子间静电相互作用的新方法(英文)

4′-(二茂铁基)-2,2′∶6′,2″-三联吡啶钴(Ⅱ)配合物混合价态的电荷转移

异质结型AgI/AgBr/TiO_2催化剂的制备及其光催化性能

以尼罗红为探针对新型两亲性树枝形聚合物微环境的研究

同步荧光法测定大鼠血浆中牛血清白蛋白的研究

两亲性酞菁锌对人体肝癌细胞的光灭活作用

负载型AgBr/CaWO_4催化剂的制备及其可见光催化活性

4-(4-甲氧基苯亚甲基)-2-苯基-5(4H)-噁唑酮纳米带的可控制备及光学特性研究

基于香豆素衍生物的新型绿色/红色磷光有机电致发光主体材料的设计、合成及性能表征

物理气相沉积法制备一维有机半导体纳米材料

巯基乙酸酯官能团修饰的铁氢化酶模拟化合物的合成及表征

新型全息用光致聚合物的研究

掺杂WO_3的SiO_2/TiO_2的溶胶热液合成及光催化性能

酞嗪在苯并三氮唑银光敏热显影体系中的作用研究

本体与界面条件下MAPTMS水解-缩合过程中簇集行为比较研究

水介质对紫外光固化丙酸酯材料表面性能的影响

反相微乳液法制备纳米Ag_2S增感剂的化学增感研究

香豆素衍生物的合成及结构表征

三官能度甲基丙烯酰氧基单体的合成与性能研究

全息用光致聚合物中双单体组分对材料性能的影响

半导体复合CdS/TiO_2催化剂改性及冷冻-光催化组合方法应用的初步研究

LLSXF胶片对软X射线的宽容度测量

2008年非银盐影像技术及材料发展与应用学术研讨会在南阳举行

《感光科学与光化学》学报自2008年第1期起更名为《影像科学与光化学》

一种近红外光记录与存储材料——克酮酸染料的三阶非线性光学性质

紫外光辐照下以PAMAM树形分子为模板制备Ag纳米簇及光致发光性能研究

氧化蒽基二吲哚基甲烷显色现象的研究

发蓝光聚醚醚酮材料的合成及其光电特性

铜酞菁同质多晶现象的研究及其超细粒子的制备

TiO_2/斜发沸石光催化降解罗丹明B的研究

TiO_2/UV/O_2和TiO_2/UV/N_2体系降解水中对氯硝基苯

数码相机曝光时间标定方法研究

光合作用研究篇5

从“离网”向“并网”的跨越

光伏并网发电是当今世界光伏发电的主要发展方向，是光伏技术步入大规模发电阶段，成为电力工业组成部分之一的重大技术步骤。许多统计资料表明，近几年来世界光伏并网发电市场发展迅速，光伏并网发电的装机容量从1 996年的7MWp上升到2000年的140MWp，光伏并网发电在光伏行业中的市场比例也从1 996年的10％上升到2000年的50％，2007年光伏并网发电的市场比例已达到80％。而在中国，光伏发电也将在未来的电力供应中扮演重要的角色，其累计装机容量预计至201 0年将达600MWp，2020年将达到30GWp，2050年将达到100GWp。根据电力科学院预测，到2050年，中国可再生能源发电将占到全国总电力装机的25％，其中光伏发电则占到5％。显而易见，光伏并网发电已经是大规模光伏发电的主要趋势。

早在上世纪80年代，合肥工业大学已经开展起太阳能光伏与风力发电技术的研究，张兴就是在那个时候走入合肥工业大学校门的。在这所留下他半生印记的学校里，不仅走过了从学士到博士的求学之路，而且也撇下了攻关，探索的辛勤汗水。他对太阳能光伏发电技术的研究，源于1 997年新疆新能源研究所原所长王国华研究员在合肥工业大学的一次讲学。在那次讲学中，张兴对欧美日等发达国家正在兴起的光伏并网技术产生了浓厚的兴趣，当时，我国的光伏发电技术与产业还是针对技术相对落后的光伏离网系统，很少有人关注技术新颖且有一定难度的光伏并网技术。尽管深知其中的挑战，张兴却从未想过低头，他抓住光伏并网系统中的并网逆变器这一核心技术，开始了潜心的研究。经过一年多的努力，他终于成功研制了500W光伏并网样机。在1 998年的全国光伏年会上，该样机一经展出即引起了同行的高度关注。在此基础上，1999年，张兴教授又与新疆新能源研究所开展了技术合作，共同承担起自治区的科技攻关项目。当时，逆变电源专家曹仁贤创办的合肥阳光电源有限公司起步不久，虽然主打产品主要是离网型光伏逆变器，但他还是给予了这一项目充分的肯定和支持。在共同的努力下，该项目组于2000年成功开发出3kW工程化样机，并在新疆鄯善县成功地进行了应用测试，取得了预期性能。随之，在经过一年多的试运行之后，2001年，该项目顺利通过了新疆维吾尔自治区组织的专家鉴定，得到了一致的好评。

而正是这个项目的成功，拉开了张兴教授与合肥阳光电源有限公司产学研合作的帷幕。此后，国家“十五”科技攻关项目“并网光伏发电用系列逆变器的产业化开发”、科技部新能源行动计划项目等诸多科技攻关项目在他们的携手并进下，得以产业化实践，同时建造了多个并网光伏示范电站，其中，科技部新能源行动计划项目“60kW光伏并网系统的应用与研究”项目获得新疆维吾尔自治区科技进步二等奖。

与“阳光”同行

“阳光”，一个听起来倍感明媚的词语。而在电源领域，这一个词语则让人联想起我国知名的新能源发电电源专业制造商――合肥阳光电源有限公司(以下简称“阳光电源”)。

自1 997年成立以来，阳光电源专注于可再生能源发电产品的研发与生产，囊括了光伏发电电源、风力发电电源、回馈式节能负载、电力系统电源等系列产品，曾成功参与北京奥运鸟巢、上海世博会、三峡工程，全球环境基金可再生能源项目、西班牙MaIaga 5MW大型光伏电站，英国和法国小型风力并网发电项目、青藏铁路等重大工程，获得了国内外业界的一致好评。多年来，阳光电源先后获得“安徽省优秀民营科技企业”、“安徽名牌产品”、“优秀创新企业”，“安徽省‘115’产业创新团队”、国家发改委REDP项目“技术进步优秀项目奖”，“太阳能光伏产品金太阳认证”等荣誉，是安徽省可再生资源电源工程技术研究中心依托单位、安徽省研究生产学研示范基地。

同样，经过二十余年的努力，合肥工业大学在太阳能光伏与风力发电技术等可再生能源发电技术方面也取得了长足的进展，如今，不仅拥有电力电子与电力传动部级重点学科、教育部光伏工程研究中心，还进入了国家培育优势重点学科的“111计划”，成为“可再生能源并网发电部级创新引智基地”。而在可再生能源并网发电技术的科学研究中，张兴教授与阳光电源的产学研合作尤其值得称道。

从1 999年共同开展新疆维吾尔自治区的科技攻关项目开始，他们的产学研合作已经整整十年。十年间，他们联手创造了不少成绩，近年来更是成果选出。

“上海电力局奉贤10kW光伏屋顶示范工程项目”属于上海电力局新能源发展计划项目，工程于2003年3月建成并投入运行，2004年7月通过专家鉴定，是上海首个全部采用国产化技术的光伏屋顶并网示范系统，该系统所用的1台10kW三相并网逆变器即由张兴课题组与阳光电源联合研制。

他们合作的“并网光伏发电用系列逆变器的产业化”项目是国家科技部“十五”科技攻关项目，该项目于2005年2月通过科技部的专家鉴定。其成功研发解决了并网光伏系统的关键部件逆变器的产业化难点，推进了我国并网光伏发电产业的发展，如今，该项目系列产品已在阳光电源实现了产业化，并定型了多种规格的并网逆变器产品。

随即，在国家科技部新能源行动计划项目“新疆乌鲁木齐大型光伏并网工程”研发中，张兴课题组承担起72台60kW并网逆变器的系统及控制设计任务，而阳光电源则对逆变系统的制造，现场安装与调试工作进行了全权负责。2004年12月，该工程完满建成并投入运行，2006年3月，通过科技部验收及专家鉴定。经鉴定，该项目采用可调度型并网发电结构，并具有并网发电、蓄电池充放电和独立逆变三重运行功能，省略了常规的充电控制器，简化了系统结构，大大提高了光伏并网发电系统的性价比，是当时新疆地区最大且功能最为先进的光伏并网示范工程，其成果被授予新疆维吾尔自治区科技进步二等奖。

此外，在“上海生态示范园光伏屋顶工程”、安徽省科技攻关项目“合肥阳光电源30kW光伏屋顶示范工程项目”以及

科技部科技攻关推广项目“上海崇明30kW光伏屋顶示范工程”研发中，他们的表现也不负众望。

“非常”追求

电力电子与新能源应用技术的多年研发、与阳光电源十年的产学研合作，点点滴滴的付出，张兴教授用自己的智慧和汗水写出了一个不一般的科研生涯。

在风力发电研究方面，其MW级变流器作为核心技术一直被外国垄断，其国产化的路途极其艰辛和富有挑战性，2004年，张兴教授与阳光电源再度联手进行科技攻关，他们首先完成了安徽省“十五”科技攻关项目“风力发电用交直交并网变流器”，并获得安徽省2006年度科技进步二等奖。接着，作为课题负责人之一，张兴教授与阳光电源联合申报并获得了“十一五”国家科技支撑计划“大功率风电机组研制与示范”的两个重大项目的资助――“1 5MW以上直驱式风电机组控制系统及变流器的研制与产业化”与“1，5MW以上双馈式风电机组控制系统及变流器的研制与产业化”。经过大家不懈的努力，目前，MW级双馈型与直驱型风机变流器基本实现了产业化，部分机型已经批量向整机厂商供货。

在柔性直流输电变流与控制研究方面，张兴教授着眼于柔性直流输电技术与风力发电相结合，对安徽省自然基金项目“电网异常条件下风场柔性直流输电网侧变流器控制策略研究”进行了攻关研究。与此同时，在合肥工业大学本科评建项目的支持下，他自主研发成功了一套1 5kW柔性直流输电变流及控制系统研究平台。

在PWM整流器技术研究方面，张兴教授完成了包括HT--7u超导托卡马克等离子移快控电源、蓄电池双向馈电电源、背靠背双向变流器等多项研究成果，并在其博士学位论文基础上，由“电气自动化新技术丛书”编委会资助并由机械工业出版社出版了《PWM整流器及控制》学术专著，该学术专著在新能源并网发电的逆变器研究与应用领域得到了学术界专家学者的肯定并被广泛引用。

在积极进行科研攻关的同时，张兴教授还将大量精力投入到特色实验室建设中。2006年，他主持完成了“合肥工业大学风力发电变流器及其控制实验室”的建设，其主要包括“250kW中低压双馈、交流异步全功率风力发电驱动平台”、“永磁同步直驱风力发电驱动平台”，以及分布式发电系统中的“风力发电模拟平台”，“柔性直流输电变流及控制系统研究平台”等。而他与阳光电源合作，还为该公司建成了“2MW双馈型风力发电变流器试验平台”、“2MW同步直驱风力发电变流器试验平台”。这些实验研究平台基本上涵盖了张兴教授及其团队近年来的大部分成果，在这些成果的基础上，经过深入地自主研制，这些平台已经开始发挥各自的功用，不仅大大促进了合肥工业大学新能源应用及其电力电子研究技术的发展，使其成为全国高校风力发电变流器研究条件一流的单位，也为国家支撑项目的取得与完成提供了良好的研究条件与基础。

经过多年的拼搏，张兴教授不仅在风力、太阳能并网发电的变流器技术的研究和工程应用方面取得众多的成果，积累了大量研究与工程经验，同时也为阳光电源以及电力电子行业输送了一批高素质人才。从当年初次涉足光伏并网发电技术，到如今的MW级风电变流器的研制成功，在太阳能光伏并网、风力发电变流控制与驱动领域的多年研究，使他和团队得到了锤炼和成长，逐渐发展为一支拥有2名教授、2名副教授、3名博士毕业的青年科研骨干教师以及近30名博士、硕士研究生的优秀团队，在一起，他们总是能形成一股强大的科研力量。而与阳光电源长期的优势互补合作，其科研水平经受了考验，更是得到了升华。

光合作用研究篇6

一研究型教学模式的特点

1教学目标重在提升综合素质

研究型教学模式要求在传授知识和技能的同时，更注重培养学员的自学能力、独立思考能力、洞察能力、分析并解决问题的能力、研究与创新能力、合作能力、组织管理能力[2]等等，提高学员的综合素质。

2教学方法的多样性

研究型教学主张教学方法的多样性，要求教员要创造性地运用多种教学方法，如发现法、启发法、讨论法、案例法、探究法等为学员积极创设问题情境，激发学习的积极性，激励学员独立思考、探索。

3教学手段的现代化

研究型教学实施过程中，应综合利用多媒体课件、FLASH动画、网络教学平台等现代化教学手段，充分调动学员的学习和研究兴趣与积极性，以达到最佳的教学效果。

4教学组织的灵活性

研究型教学主张将实施集体教学、个别教学、方案比较、可行性论证等穿行。

5教学过程的探索性

研究型教学要求教员引导学员独立提出一些研究课题，在教学过程中充分发挥学员的想象力和创造力，鼓励学员独立寻求解决问题的最佳方式和方法，并倡导对研究成果的多样化表达。

6教学角色的平等性

研究型教学要求改变传统教学中以老师为主体的状态，要求以学员为中心、教员为主导，为学员提供信息，补充思路，创设情境，设计实践活动等激发学员主动学习、主动思索，强调师生互动、教学相长。

二“应用光学”课程分析

1课程特点分析

“应用光学”课程是一门理论性、技术性、操作性较强的课程，是光学工程专业和光电信息专业及相关专业的一门重要的专业课。它的一个最大特色就是内容非常丰富，光学零件繁多，新的光学系统不断涌现，应用领域广泛。学员普遍反映以下几个问题：课程中概念很多、抽象难记；数学公式推导繁杂，而且计算过程衔接紧密，一个步骤甚至一个光学量的符号弄错，整个光学系统设计就全错了；理论多而实验少。因此，学员往往以为学习的重点在于掌握公式并会用来计算，而没有体会到整门课程的精髓和乐趣，更不能理解这门课程在整个光学学科体系中的地位与作用。在学习中，学员只是被动地接受知识，学习热情不高。

2教学现状分析

第一，教学内容方面。在本课程的基础原理部分，包括几何光学的基本原理、球面光学系统、平面镜棱镜系统、光阑以及像差等部分章节，教材上的教学内容是比较合适的。但对于典型光学系统和当今光学领域前沿技术的介绍部分，课本的局限性就比较大。随着光电子技术和新型光学工艺的发展，根据不同的使用要求和不同的使用场合，对光学系统提出的具体指标都是不同的，各种新型光学系统不断出现，这使得教材中此部分教学内容在时间和空间上存在一定的滞后性。

第二，教学方式和措施现状。随着信息技术进入教学领域，本门课程已经实现了传统板书+多媒体教学方式。多媒体课件内容基本呈现课本内容，但受到课程标准的要求限制，导致无法扩展教学内容；现行教学模式仍然是教员通过课堂传授的方法向学员灌输知识，学员在学习上被动地接受知识，以记忆知识为主是传统教学模式下的教学方式和学习方式；应用光学本身就是研究各种光学仪器的，如果没有实际的光学系统分析和实际的设计操作，教学内容很容易空洞化。

三“应用光学”课程研究型教学实践

针对“应用光学”课程特性和教学现状，结合学员特点与培养目标，教员在本课程的教学过程中根据具体章节内容采用恰当的教学方法，辅以多样的教学手段，探讨实施了研究型教学。在整个教学过程中，始终以学员为教学主体，以提升学员综合素质为教学目的，灵活运用多种教学方法和手段，精心设计问题，整合了教学资源，辅以配套的实验教学，依托网络教学平台丰富了教学内容，极大地激发了学员的学习兴趣，取得了良好的教学效果，培养了学员的创新思维与创新能力。

1贴近军用光电装备拓宽教学内容，整合教学资源，培养学员自主学习能力

为了保证在有限的教学时间内，既要强化基础理论教学，又要引入应用技术及前沿课题，课程中进行了教学内容的改革。结合军校学员的特点和军用光电工程专业培养的目标以及学员将来工作的需求，对教学内容的深度、广度与难度准确把握，在培养学员运用所学知识分析问题和解决问题的能力上下足了功夫。弱化了数学论证与推导，强化了基本原理，结合军用光电装备进行教学，重在应用分析。在教学过程中，所举案例都具有明确的军事应用背景，如红外搜索系统、可见光电视跟踪系统、水下探潜系统、红外热成像目标探测与识别系统等等。通过将所学知识与军事应用相结合，使学员的学习目的性更明确。

对于教材中的基础知识部分，采用教员教授+学员自主独立学习相结合的方式，并提供机会让学员讲述自己对这部分知识的理解，通过表达加深对文本的理解，通过对话加强与其它学员的沟通和交流，最终对文本知识接受并升华；针对具有研究性的问题实施研究型教学，教员积极启发诱导学员独立思考，以学员独立自主学习和合作讨论为前提，以所用教材为基本研究内容，以学员的生活和工作实际为参照对象，为学员提供充分的表达、质疑、研究、讨论问题的机会，提高学员对知识的理解并提高学员将所学知识应用于解决实际问题的能力。

2运用多种教学方法和教学手段实施研究型教学，提升学员综合素质

“应用光学”作为专业基础课，具有相当的理论深度，同时又具有丰富的工程应用。在研究型教学中，具体的教法的选择应与具体教学内容相结合，既要抓住基本原理，又要注重实际应用，开拓知识的应用面。

在研究型教学方法实施过程中，教员系统深入地研究了授课内容，以学员为中心对课程进行设计，尽可能将与课程内容有关的实际问题带入课堂，灵活运用启发式、设问式、研讨式、案例式、实物演示等多种教学方法，综合利用多媒体课件、板书、动画、网络课程等教学手段为学员提供丰富的物理情景，激发学员提出问题，吸引学员共同思考，充分调动学员的学习研究兴趣与积极性。

3深入研究开发多媒体网络教学平台，实现互动教学

为提高研究型教学效果和教学质量，我们深入研究并在校园网上开发了专门的“应用光学”课程网络教学平台，拓展了课堂教学，为学员的课外学习和发展提供了形式多样的学习环境。我们将精心编制的教学课件、电子教案、课程标准、教学进度安排、教员信息、国内外优秀电子教材、中英文参考文献、习题库与历届考卷、授课视频、国内外优秀教学视频、演示实验视频、教学案例的相关资料、科学家传记等放在课程网站上，学员可以在课外时间充分利用网络课堂预习、自学、复习、提交作业、查阅、学习感兴趣的课外知识。同时，课程网站还具有在线答疑、论坛留言等功能，可方便教员和学员进行互动式交流，提高学员学习的主动性和自主性。我们还将国内知名大学的“应用光学”精品课程和先进的学习网站进行友情链接，里面汇集了国内外一流大学的知名教授的视频公开课，鼓励学员进行扩展学习，了解国内外相关课程教学模式和动态。

4结合学科前沿与科研工作进行研究型教学，培养学员创新能力

在实施研究型教学过程中，教员将“应用光学”课程设计与学科前沿和科研工作紧密结合，将科学研究工作的思想、方法、技术等注入教学，将一些科研成果转化为具体的教学内容。在教学过程中，我们充分利用本单位在光学精确制导技术方面的科研优势，结合教学内容，向学员介绍相关领域国内外研究的前沿动态；充分结合科研让学员了解与应用光学相关的一些研究项目，特别是应用光学在一些重大军事科研项目中的具体应用，提高学员的学习热情和学习效果。同时还适时将最新的研究成果引入课堂教学，加深学员对所学知识的理解。同时根据学员个性和能力，因材施教，让一些有兴趣、有想法的学员参与到科研活动中来，发挥学员的才华，让他们跟随教员体会运用所学知识进行创新研究。

光合作用研究篇7

在体成像技术的发展及成像策略的不断提高，能够在活的生物体内揭示细胞和分子水平的诸多细微变化，有助于在生物整体、真实的体内环境中高时间分辨率地研究生命过程。针对某一生物过程的带有光学标记的报告基因已被广泛应用于细胞生物学的研究，近年来正被更多地用于在活的动物模型中探究人体内生理机能和疾病的生物学过程。利用荧光蛋白、萤光素酶基因等生物材料标记细胞、病原体和基因，早已被证实是一种在体内设置“检测器”、体外直观检测的非常可行的策略[1]。

1在体生物发光成像技术的原理

通过生物技术将构建的以萤光素酶基因作为标记基因的载体（重组原核表达质粒、重组真核表达质粒或重组病毒），经转化、转染或感染并筛选得到重组病原菌、细胞（如免疫细胞、肿瘤细胞、胚胎干细胞等）或重组病毒（如腺病毒、慢病毒、逆转录病毒等）用于转入小动物；或是将含萤光素酶及调控序列的载体线性化后经显微注射等技术稳定整合于小动物基因组制备转基因动物[2－4]。标记基因的表达可通过多种调控元件进行调控，如靶基因的启动子和增强子等；标记的方法因研究领域、研究目的和实验策略的不同而各异[4]，但最终都是在体内组织如血液、肝脏、脑、脾、肾等靶部位因特定生物过程的发生而伴随产生有酶活性的萤光素酶。在注入底物即萤光素的条件下，萤光素酶催化底物反应产生特定波长的光信号，通过成像系统可以直观检测到光信号的产生及变化，实时反映体内发生的生物过程，如基因的调控表达、信号传导、蛋白质之间的相互作用、细胞增殖与分化等。因此，在体生物发光成像技术可广泛应用于分子生物学、细胞生物学、病毒学与免疫学、肿瘤学等研究领域[5－8]。

2在体生物发光成像技术的应用

2．1标记于肿瘤细胞、免疫细胞、胚胎干细胞等，转入体内后进行成像

萤光素酶基因作为一种报告基因，最初应用于体外培养细胞内目的基因的表达研究。在体生物发光成像技术的发展，使其能够应用于在体组织细胞的表达研究[9]。萤光素酶是一类生物发光酶，1种细胞可同时被2种具有不同底物的萤光素酶标记。例如其一可由一组成性稳定表达的启动子驱动，作为内参，反应细胞数量的变化；另一萤光素酶由要研究的组织特异性启动子驱动，其发光信号的变化，在消除细胞数量变化的影响后就可反映特定的启动子在动物体内的表达活性[10－11]。

2．1．1肿瘤及抗肿瘤研究在体生物发光成像技术可直接实时地监测各种癌症模型中肿瘤的生长和转移，并可对癌症治疗中癌细胞的变化进行实时观测和评估，能够无创伤地定量检测小鼠整体的原位瘤、转移瘤及自发瘤。Klerk等[12]研究证实了利用此技术测量肿瘤负荷具有很高的可靠性。Minn等[13]应用该技术进行了乳腺癌肺转移相关基因的研究，他们构建能够表达荧光蛋白、萤光素酶的反转录病毒载体，并稳定转染已获得的不同亚群肿瘤细胞，先通过荧光激活细胞分选术筛选同一亚群内具有相同转染效果（稳定表达外源蛋白即荧光蛋白和萤光素酶，且水平一致）的细胞，并尾静脉注射免疫缺陷小鼠，通过检测生物发光的部位和大小，评价不同亚群肿瘤细胞向肺部位的转移情况及其转移能力，再通过检测细胞内各基因的表达差异来分析肺转移相关基因。Gupta等[15－16]又用相似的方法来研究乳腺癌脑转移相关基因及乳腺癌肺转移过程中分化基因介导的肿瘤再起始，结果再次显示了生物发光成像技术应用于肿瘤及癌转移机理研究领域的优越性。

2．1．2抗肿瘤免疫及肿瘤细胞疫苗的研究用带有生物发光标记基因的小鼠淋巴细胞或基因修饰的肿瘤细胞疫苗，可以检测放射及化学药物治疗的效果，并可寻找在肿瘤骨髓转移及抗肿瘤免疫治疗中复杂的细胞机制。Cayeux等[17]用萤光素酶基因标记基因修饰的肿瘤细胞疫苗来免疫小鼠，而用另一种底物不同于前者的5，6－carboxy－succinimidyl－fluorescein标记该小鼠内一种与肿瘤相关的免疫细胞，通过2种不同的标记研究了基因修饰的肿瘤细胞疫苗免疫小鼠后抗原递呈、免疫细胞之间的相互作用及不同免疫细胞在体内免疫过程中的作用。

2．1．3药物促肿瘤细胞凋亡的研究当萤光素酶与抑制多肽以融合蛋白形式在哺乳动物细胞中表达，产生的融合蛋白无萤光素酶活性，细胞不能发光，而当细胞发生凋亡时，活化的caspase－3在特异识别位点切去抑制多肽，萤光素酶活性得到恢复，由此可用于观察活体动物体内的细胞凋亡相关事件。细胞凋亡时被激活的caspase－3／7与DEVD－氨基萤光素（aminoluciferin）特异结合而被酶解为氨基萤光素，它可被萤光素酶识别而产生生物发光信号。Liu、Hickson等[18－19]利用这一现象设计的细胞凋亡检测方法均能够以极低的DEVD－氨基萤光素量获得较强的发光强度，因而这一方法可用于评价TNFα（α肿瘤坏死因子）、FasL、TRAIL（TNF相关促凋亡配体）等因素针对肿瘤的治疗效果。

2．1．4胚胎干细胞及再生医学的研究胚胎干细胞在再生医学领域极具应用前景，然而注入活机体的胚胎干细胞及其分化细胞尚存在显著的细胞死亡、畸胎瘤的形成、宿主免疫排斥反应等障碍。应用在体生物发光成像技术，可对胚胎干细胞本身及其在注入机体后的存活、增殖、分化等生物事件的发生机理进行深入研究，从而使上述诸多问题得以解决[20]。

2．2标记病原微生物，用于研究感染致病机制、转移途径及宿主免疫反应等

在感染性疾病的研究中，在体生物发光成像技术的应用，不仅可以提供疾病进程中观测病原体在动物体内的寄居部位、数量变化及对外界因素的反应等实时变化信息，而且更有助于揭示感染体内病原体逃逸宿主防御的机制[21]。对病原体感染过程非侵入性的检测能够对疾病进程实时地提供新的信息，且有可能发现新的感染位点[22]。Lucker等[23－26］以萤光素酶基因标记HSV－1（单纯疱疹病毒）并分别侵染Ⅰ类干扰素受体缺失、Ⅱ类干扰素受体缺失、Ⅰ和Ⅱ类干扰素受体均缺失的小鼠，可观察到HSV－1对不同干扰素受体缺失小鼠的肝脏、肺、脾、淋巴结的侵袭，及病毒从血液系统进入神经系统的过程，从而证实了不同干扰素在HSV－1感染中所起的不同的作用。Lucker等[27]针对痘苗病毒的类似研究也证实，不同干扰素在机体感染过程中各自和协同发挥的重要作用。#p#分页标题#e#

2．3标记于基因治疗载体用于探究基因治疗机制和评价治疗效果

将一个或多个目的基因安全有效地转入体内靶细胞可用于基因治疗，应用萤光素酶基因作为报告基因构建载体，观察目的基因是否能够在试验动物体内持续高效和特异性表达。这种非侵入方式具有容易准备、低毒性及轻微免疫反应的优点。萤光素酶基因也可以插入脂质体包裹的DNA分子中，用来观察脂质体为载体的DNA运输和基因治疗情况。Smith等[28]已经运用该技术进行了HSV作为肝脏疾病基因治疗载体的可行性研究。Chou等[29]将带有萤光素酶基因标记的稳定表达肝细胞癌抗原的质粒转入沙门菌减毒株，并作为疫苗口服免疫模型小鼠，在体成像显示了体内沙门菌成功表达抗原和沙门菌作为活菌疫苗在体内的清除过程。

2．4蛋白质间相互作用、信号转导等的研究

蛋白片段互补策略广泛用于研究细胞内蛋白质间的相互作用，这种策略在借助在体生物发光成像技术后就可以被运用到活体动物内，以非侵入、可量化、实时地显示蛋白质之间的相互作用[31]。在动物体内直接观察细胞中或活体动物体内2种蛋白质的相互作用，可将Firefly萤光素酶（Fluc）的N端与C端分离开，分别与2个可能产生相互作用的目的蛋白相连，并使2组蛋白由不同的载体分别诱导表达。在体的细胞内若2个目的蛋白能靠近并结合形成完整的Fluc，则会产生发光信号。Andrea等[32]建立了一种转基因报告小鼠，由特异启动子（TgG4F（＋／－））及其转录反式作用因子多联体蛋白Gal4进行调控。将融合了Gal4BD的p53和融合了VP16的TAg的病毒载体共转入该小鼠的肝脏细胞，在小鼠肝脏部位观察到了明显的发光信号，显示p53与TAg的结合引发Gal4BD与VP16结合，结合的多联蛋白顺利与启动子TgG4F（＋／－）结合，进而引发Fluc在肝脏组织的表达。

2．5体内干扰RNA及DNA疫苗的研究

目前RNA干扰技术已经发展成为一种体外转录后沉默基因的方法，在体内RNA干扰的转录后表达沉默可以引起各种广泛的生物学效应，因此生物发光在体成像技术有力地促进了体内RNA干扰的研究和在体内利用RNA干扰技术进行其他疾病机理及生物治疗的探索。McCaffrey[33]等通过将表达萤光素酶的真核表达载体与针对萤光素酶基因设计的双链小干扰RNA（siRNA）共注射成年小鼠，与对照组比较，前者的荧光强度明显减弱，表明针对性的双链siRNA明显起到抑制基因表达的作用。他们还构建表达功能性小发夹RNA（shRNA）的真核表达载体，与表达萤光素酶的载体共注射成体小鼠，与对照组相比，同样观察到长时程后荧光强度明显减弱。RNA干扰技术成功用于临床治疗须保证双链siRNA有效转入体内并维持有效的浓度，而借助在体生物发光成像技术则可便捷准确地评价双链siRNA运送方法的效果。Takeshita等[34－36]已利用该技术分别对各自所设计的不同的双链siRNA运送方法进行了全面的评价，并发现合理的运送方法，如双链siRNA与某些小分子化合物的连接修饰与单独的注射双链siRNA相比，前者能使双链siRNA在体内较长时间内不被降解。RNA干扰可作为传统DNA疫苗的补充，被用以在体内消除免疫抑制因子表达。DNA疫苗的效应常常因相关的信号转导途径下调该获得性免疫反应而受到限制。因此，免疫抑制性的信号途径的沉默将是DNA疫苗效能得到加强的一种极有潜力的策略。Huang等[37]应用在体生物发光技术所做的研究结果显示，皮下注射编码shRNA的DNA，可以作为体内基因沉默和一种能够有效提高DNA疫苗效果的手段。

2．6标记于转基因载体建立转基因动物模型

2．6．1基因表达动物模型为研究目的基因是在何时、何种刺激下表达的，可将萤光素酶基因插入目的基因启动子的下游，并稳定整合于实验动物染色体中，形成转基因动物模型。可用于研究动物发育过程定基因的时空表达情况，观察药物诱导特定基因表达及其他生物事件引起的相应基因表达或关闭。Chen等[37]将受胰岛素调控启动子调控表达萤光素酶的转基因小鼠制成糖尿病小鼠模型，采用在体生物发光成像技术证实了肝脏组织中含有可生成胰岛素的细胞。研究结果也证实了在转录调控序列和反式转录因子与目的基因相同的情况下，萤光素酶的表达水平及底物发光强度能够真实反映目的基因的表达状况。目前对于调控多药耐药性基因－1（mdr－1a）表达的关键因子和胞内微环境的机制尚不明了，使多药耐药性依然成为对癌症患者成功化疗的一大障碍。为深入研究mdr－1a在体内组织中转录调控的机制，Long等[38]通过胚胎干细胞同源重组、遗传杂交的手段构建了基因型为mdr－1a＋／Fluc的转基因小鼠（野生型基因型为mdr－1a＋／＋）。mdr－1a＋／Fluc中Fluc已完全置于mdr－1a开放读码框中，其表达受内源性mdr－1a启动子及相应各种反式作用因子的调控，Western印迹等不同方法均验证了该模型mdr－1a的表达量与Firefly萤光素酶蛋白表达、发光强度成正比。该小鼠体内Fluc的表达与mdr－1a的表达在时间、所处的微环境均完全一致，可作为研究各种因素下mdr－1a表达调控的理想的动物模型。类似的研究所建立的模型能弥补体外细胞培养不能提供的特定基因表达的真实微环境的缺点，也能弥补基因敲除小鼠存在的代偿效应等不足[39]。

2．6．2各种疾病模型研究者根据研究目的，将致病基因、病毒及细菌进行萤光素酶标记，转入动物体内形成所需的疾病模型，包括免疫系统疾病、感染疾病等。除可提供靶基因在体内的实时表达和对候选药物的准确反应，还可以用来评估候选药物和其他化合物的毒性，为药物在疾病中的作用机制及效用提供研究方法。Hsieh[40－41]等将受前列腺特异性抗原启动子调控表达萤光素酶转基因小鼠（sPSA－Luc），与前列腺癌转基因模型小鼠TRAMP杂交，经检测筛选得到的子代小鼠TRAMP－Luc随前列腺特异性抗原的表达稳定产生萤光素酶。因此，该小鼠借助在体生物发光成像技术已被成功地用于前列腺癌的发生及转移研究。

3在体生物发光成像技术的发展趋势

光合作用研究篇8

生为化学

彭天右，1 969年生于湖北省麻城市，长期以来从事无机化学和材料化学的研究及教学工作，年纪尚青却成绩斐然。

“江城多山，珞珈独秀，山上有黉，武汉大学。”武汉大学是他的母校，在这个被誉为“中国最美丽的大学”里，彭天右停留最多的地方不是花香流溢的樱花大道，不是风光旖旎的东湖之畔，而是对于常人来说有些枯燥的化学实验室。学习，实验对他来说，发于乐趣，兴于责任。春华秋实1 998年6月，他博士毕业后留校任职，2004年破格晋升教授。对知识瀚海的探索让他甘之若饴，从不止步2001年10月至2003年5月在京都大学做博士后研究，其间兼任日本基础化学研究所外国人特别研究员：2003年3月访问美国罗切斯特大学和新泽西州立大学；2004年7月和2005年10月应邀访问京都大学福井谦一研究中心和香港浸会大学化学系2007年7月访问新加坡国立大学和南洋理工大学；2008年11月访问美国wisconsln--Madison大学和DeIaware大学。

无论走到哪里，他从未离开心爱的科研事业。在小小的实验室里，他苦炼神功，用“天眼”识别着自然界的万千物质，为祖国无机化学的发展燃烧着自己的青春与活力。工作几年，他曾先后主持国家“863"‘计划专题，国家自然科学基金，教育部新世纪优秀人才基金、留学回国人员基金，湖北省杰出人才基金，纳米重大专项、重点科技计划和自然科学基金等项目。

追探纳米前沿

纳米技术近几年来得到了飞速的发展。紧扣化学发展时代脉搏的彭天右，主要从事金属氧化物、硫化物及其复合纳米材料的合成及其光电转换、光催化性能研究工作。在组成，晶形、形貌、多孔性、空间结构的调控及其光电功能性研究方面积累了一些重要的经验。在纳米复合光催化材料的制备及其可见光分解水制氢、光催化降解有机污染物以及染料敏化太阳能电池等方面均取得了重要的研究进展。

他在国际上较早制备了微米／纳米Al203、Ti02、NlO，Si02管，CdS纳米管，竹结状Ti02纳米管以及分级有序T10：管中管结构等。在纳米材料的组成，形貌、多7L性、空间结构、能带调控等方面取得了一定的成果。从调节能带宽度和红移匹配入手+探索能可见光响应的复合光催化材料。经过不同的掺杂(包括有机／无机金属元素及稀土元素)以及不同能带半导体材料的复合，获得了不同的能隙、p／n特性的纳米介孔半导体复合氧化物。首次合成的介7LTi02(m-Ti02)纳米粉体具有较高的比表面积和高度晶化的介孔壁等结构特点。该类材料由于其独特的微观结构而表现出优异的光催化活性，对m-Ti02的微观结构与光催化制氢效率的相关性也进行了较为深入的研究。结果表明：m--Ti02纳米粉体在甲醇为牺牲试剂，紫外光照下的光催化产氢效率高达9，1mmoI／g h，高于商品催化剂(德国P25)的光催化产氢效率。使用m--Ti02制作的染料敏化太阳能电池的效率在光强为42mW／cm2时达到了10 1 2％，比使用P25粉体时提高了3 79％，这主要是因为m-Ti02纳米粉体制备膜电极的表面态的影响较小，且染料分子的负载量较大。

在“敏化剂设计，合成及其敏化纳米Ti02产氢性能”研究中，彭天右首次提出采用双核钌联吡啶为染料，利用其天线效应提高对可见光的吸收和光电子注入效率的新思路。与单核配合物相比，双核钉联吡啶敏化m-Tioz的产氢效率提高了3―5倍。他还提出了通过建立基态染料分子在半导体表面的化学键合和氧化态染料分子的离解之间的动态平衡，可实现电子的有效注入和通过氧化态染料分子的及时解离来阻塞电子回传通道，从而有效地提高染料敏化半导体体系的光催化产氢效率及其长效稳定性的新观点。

在“系光催化材料的可见光催化活性”研究中，他采用沉淀法制备的单斜BiV04纳米粒子为单晶颗粒，光谱带边值为520nm，其可见光催化活性较高。研究发现，Ag团簇的负载有利于释氧，但AgN03／BiV04再生困难。因此，彭天右提出采用铁盐代替银盐做牺牲试剂，具有更好的实际应用前景的新观点。此外，他还首次发现利用CTAB做模板剂时，通过调节水热温度可选择性地合成微球状或片层状BiV04，并可调节其晶相组成。

在“碳基一半导体氧化物复合材料系列的制备及其产氢性能”研究方面，他较早采用水热法原位合成了碳基(c60、SWNT，MWNT、石墨等) 半导体氧化物(ZnO、Ti02等)纳米复合材料。其中，C60／Ti02、MWNT／Ti02、C60／T102在400nm--800nm范围内有明显的吸收，并表现出明显的可见光催化制氢活性。随着复合比例的提高，产氢效率逐渐提高，但比例过高反而会导致产氢效率的降低。在全光谱条件下，纳米复合光催化剂均表现出了优于纯Ti02的产氢性能。该类复合材料突破了半导体氧化物只吸收紫外光而有机光敏剂的光降解和不稳定等难题，具有良好的稳定性和较高的可见光催化产氢效率，是一类新型的具有光明前途的可见光驱动催化剂。

在光电极及其集成器件的制备及其光电化学性能调控方面，彭教授也开展了一些研究。以自制的光催化材料为主要研究对象，采用刮涂和丝网印刷技术制备光电极膜或其多层复合膜器件。利用电化学测定，以及将制备膜电极与Pt化对电极组成染料敏化纳米晶太阳能电池(DSSCs)测定其光电流一光电压(1 V)曲线等手段，对膜电极的电子传输效率、光生载流子的界面复合、电子界面传输效率、光电子寿命、电化学和光电化学行为进行了较为深入的探讨，获得了一些膜电极制备及其光电转换效能方面的具有指导意义的规律与结论。

另外，彭天右还在湖北省重点和重大科技计划(纳米专项)的资助下，开展了纳米氧化物粉体的软化学合成及其产业化研究。采用独特而价廉的异相共沸蒸馏技术，有效地解决了制备过程中的粒子不正常长大，防止了纳米粉体在煅烧过程中硬团聚体的形成这一氧化铝制备过程中所普遍存在的难题。提出的高纯氧化铝纳米粉体的软化学制备技术，可缩短工期，降低能耗。通过优选添加剂，调控合成工艺控制晶核的形成和粒子的生长，根据不同需求，调节合成条件生产不同形态的粒体(如球形、准球形、片状，棒状及多孔型等)。粒径在5nm～5 u m之间局部可调，产品纯度达到99.95％以

上，粒度分布均匀且分布窄的高纯氧化铝超细粉体。该纳米氧化铝产品可替代进口，经有关企业使用测试证明其制备的纳米氧化铝具有较好的压制和烧结性能。上述相关研究成果通过湖北省科技厅组织的专家鉴定，鉴定结论为：该项研究成果属国内首创，整体技术达到国际先进水平。此外，以软化学方法廉价制备的介孔v Al z03具有高比表面积(600℃热处理后400m2／g)、高热稳定性(在1000℃下仍然为Y相，120m 2／g)，可望在催化剂、汽车尾气三效催化转化中获得应用。锐钛矿Tioz通常在600~C就开始向金红石转化。为了利用锐钛矿的光催化，杀菌能力，需将其固化在玻璃或陶瓷表面，但其处理温度一般在800℃以上，因此要求在高温下稳定且保持锐钛矿相的Ti02。然而，以表面活性剂模板法制备的多孔Tio2通常为无活性的无定形结构，在其晶化过程中会导致孔结构的塌陷。为此，彭天右及其课题组较早制备了具有高热稳定性、高比表面积、高度晶化的锐钛矿孔壁的介孔材料。其在光催化降解污染物、光解水制氢和太阳能光电化学电池等方面具有广阔的应用前景。

也许这一个个简单的案例无法述清他的执著与努力，然，天道酬勤，那一项项奖项还是印证了一切。2000年9月，获湖北省优秀博士学位论文奖2000年9月，获武汉大学化学院本科生业余科研指导奖；2003年3月，获教育部自然科学二等奖：2004年4月，取得成果鉴定1项(国际先进水平)：2004年1 2月获武汉大学蓝月亮优秀研究生指导教师奖：2004年1 2月，获武汉大学优秀研究生教学奖：2006年获优秀研究生指导教师奖和研究生教学奖：2008年11月获湖北省自然科学三等奖……100余篇(其中SCl收录论文62篇)，论文他引250余次，获授权发明专利5项。

赋生命以质感

看今朝，硕果累累：忆往昔，峥嵘岁月。难忘2003年5月回国后，在只有半间实验室、5000元科研经费的情况下，他艰难地开始实验室的组建和科学研究工作。面对困难，他积极创造条件开展教学科研工作，甚至在科研经费紧缺时，自掏腰包垫付购买设备和试剂的费用(最高达7万余元)。经过6年的不断耕耘，由他主持的科研经费已达260余万元，新购买实验与办公设备等固定资产共计1 20余万元。

作为一名教授，彭天右不仅要积极争取研究经费，时刻关注本研究方向乃至本学科的发展动向与前沿，而且身体力行，言传身教，培养了学生严谨务实、勇于创新的作风。作为一名年轻教师，彭教授深知学生需要老师全方位的悉心指导，及时纠正研究过程中出现的偏差。长期以来主讲本科生基础课《无机及分析化学》，本科生及研究生选修课《生物无机化学》，研究生课程《现代合成化学》和《材料化学》的部分内容。几年来指导博士生8人、硕士生1 0人，指导本科生毕业论文1 6人(6人攻读硕士学位，2人被推荐到国外攻读博士学位)，本科生业余科研1 6人。2004、2005连续两年，由他指导的杨焕平(三星奖)、赵德(曾昭抡奖)同学都获得了研究生专项奖学金。彭天右非常注重教书与育人相结合，以身作则树立良好的学风，以负责的态度关心、爱护与帮助学生，使学生在知识的殿堂里将学业和品质双向提升，将来更好地服务于社会。

光合作用研究篇9

关键词：光催化 高岭石 半导体

中图分类号：O643 文献标志码：A 文章编号：1674-098X（2014）06（a）-0231-01

环境污染的有效控制与治理是目前我们国家甚至是全人类正在面临和亟待解决的一个重要问题。近年来研究较多的光催化氧化技术在未来可以在某种程度上解决日益严重的环境污染。出于此方面考虑，可见光响应型光催化材料的研究得到研究人员广泛关注。对于可见光响应型光催化材料的研究主要集中在催化剂的选择、改性以及负载技术等方面。已有大量研究表明，尽管二氧化钛、氧化锌、硫化镉、氧化铬、三氧化二铁、三氧化钨等半导体催化剂都可以作为光催化材料，但是锐钛型二氧化钛因催化活性高、性质稳定、无毒、抗化学和光腐蚀等优点而成为众多科研工作者的首选[1，2]。但二氧化钛在实际应用方面仍存在以下问题，例如吸附性差、光生载流子的复合率高，禁带宽度大而导致的太阳光的利用率低，使用过程中分离回收困难等因素的影响使这项技术的实用化进程受到了非常大的限制。近年来，研究主要集中在降低其禁带宽度的问题上。已经采用了二氧化钛的掺杂改性、氧化物复合改性及半导体光催化剂的负载化来增强二氧化钛的可见光吸收性能及稳定性。

1 二氧化钛光催化材料掺杂

离子掺杂是通过物理或化学方法，使离子进入到二氧化钛晶格内部或者表面，使其在晶格中引入新的电荷、形成晶格缺陷或者改变晶格类型，从而影响光生电子和空穴、调整其分布状态或者改变二氧化钛的能带结构，最终达到提高二氧化钛光催化活性的目的。已经有大量研究表明，硅、铝、铁和碳等都可以作为掺杂剂与二氧化钛复合而有效提高二氧化钛对太阳光的利用效率。下面对近年来的代表性研究进行介绍。

首先，对二氧化钛光催化材料掺杂开展的工作进行介绍。Li x J等[3]采用溶胶凝胶法合成了铁/铈共掺杂的二氧化钛，通过增加二氧化钛表面羟基含量提高了其光催化性能。Ao Y Y等[4]合成的碳、氮、硫共掺杂的介孔二氧化钛光催化材料展现了高的可见光光催化活性。Lv Kangle等[5]制备的铋、碳和氮共掺杂的二氧化钛同样提高了其光吸收能力。

2 光催化材料负载吸附剂

另外，光催化材料负载吸附剂改善光催化性能的研究也有很多。例如对沸石分子筛、活性炭、活性氧化硅胶、天然矿物等吸附剂的负载技术研究。近来对于天然矿物负载研究有很大进展。尤其是高岭石的层片状结构使其能够成为一种很理想的二氧化钛寄主。因此研究人员将具有光催化活性的半导体负载在高岭石上提高光催化效率和降低光催化剂成本。萨嘎拉等[6]合成的铁掺杂的二氧化钛/高岭石负载型催化剂，对偶氮砷III具有较高的光催化活性。马惠言等[7]用四氯化钛水解法制备出二氧化钛/高岭石负载型复合光催化剂能够在可见光条件下对草酸具有很高的光催化活性。另外，除二氧化钛外，半导体催化剂氧化锌负载高岭土的研究今年来也迅速发展。

3 结语

以上实验结果表明，基于掺杂改性的二氧化钛以及半导体负载高岭石的复合光催化剂的研究已经说明此类新型光催化技术的研制与开发是可行的。近年来许多性能和功能优越的材料模拟计算软件的研发使得采用计算机来模拟和预测材料的性能成为计算材料科学中的前沿热点，因此为更快更好地开发新型高效的光催化剂和光催化技术实用化，可以将计算机模拟技术结合试验研究为寻找光催化活性超过现有催化体系的新体系提供理论及实验依据。

参考文献

[1] A.Kudo，Y.Miseki.Heterogeneous photocatalyst materials for water splitting[J].Chemical Society Review，2009（38）：253-278.

[2] M.Ni，Michael K.H.Leung，Dennis Y.C.Leung，K.Sumathy.A review and recent developments in photocatalytic water-splitting using 二氧化钛 for hydrogen production[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews，2007（11）：401-425.

[3] Li X J，si D J，Fang J，et a1.Co-doping of iron and cerium in titanium dioxide：Observation of a cooperative effect[J].Chinese J Chem Phys，2006，19（6）：539.

[4] Ao Y H，Xu J J，et a1.Synthesis of C，N，S～tridoped meso―porous titania with enhanced visible light-induced photocatalytic-activity[J].Microp Mesop Mater，2009，122（1/3）：l.

[5] Lv Kangle，Zuo Housong，Sun Jie，et a1.（Bi，C and N） co-doped 二氧化钛 nanoparticles[J].J Hazard Mater，2009，161（1）：396.

光合作用研究篇10

（郑州大学 教育系，河南 郑州 450001）

摘要：介绍了一种新兴的脑功能成像技术--近红外光谱技术（fNIRIS），阐述了fNIRIS的基本原理及该技术在语言、记忆、阅读等人脑的高级认知中的应用，讨论近红外光谱技术的优势和不足，并对其在认知神经科学方面提出研究展望.

关键词 ：近红外光谱技术；认知；大脑前额叶

中图分类号：Q632；B842.1文献标识码：A文章编号：1673-260X（2015）05-0038-02

1 前言

现有的脑功能成像技术由于设备庞大、伪迹影响较大、造价较高等原因，不适用于研究以儿童、老人及特殊人群为研究对象的脑功能成像，也不利于研究日常工作、生活等自然情境下的高级神经活动的认知过程.然而近几十年来新兴的近红外光谱技术（fNIRIS）是一种能补充上述脑功能成像技术的不足，同时也是一种能为认知神经科学研究提供新视角的技术，普遍被认为具有良好的发展前景.该技术具有价钱便宜、容易携带和移动、没有噪音污染、对被试无创和实验过程中被试动作不影响实验效果等优点.本文主要介绍近红外光谱技术的基本原理；纵观该技术在自然情境下，如何研究语言、记忆、阅读等人脑的高级认知；并讨论近红外光谱技术的优势和不足.

2 近红外光谱技术的基本原理

2.1 近红外光谱技术的生理学原理

近红外光谱技术以生物组织光学特性为基础，结合光在组织中的传播规律，探究在生物组织中经过散射、吸收等一系列过程后的出射光携带的生化信息，研究目标是找到生物组织中的吸收色团，如氧合血红蛋白（HbO2）、脱氧血红蛋白（Hb）等浓度的定量测量方法，为临床和研究提供方便可靠的监测指标.近红外光谱技术旨在探求组织表面下数毫米的组织光学特性.在生物组织中,光子会历经数千次的弹性散射事件与数次源于吸收发色团的吸收事件,而两种组织中主要的吸收发色团为HbO2和Hb,二者在600nm到900nm的光谱范围中拥有截然不同的吸收光谱.近红外光谱技术可以依据对所测量的HbO2和Hb浓度准确定位测量点所在位置的局部脑活动，这样就可以根据在进行认知活动时HbO2和Hb的浓度相对变化，推知那些脑区参与认知活动，及这些脑区之间的关系.所以，研究人员可利用近红外光谱技术研究脑高级认知活动的神经机制.

2.2 近红外光谱技术的测量指标

近红外光谱技术能测两种浓度变化：一种是测量脑认知活动过程中相关脑区中脱氧血红蛋白浓度以及氧合血红蛋白的浓度发生的变化趋势；还有一种则是测量脑认知活动过程中脑区总血红蛋白浓度变化.研究人员在统计相关指标时常常使用的是氧合血红蛋白指数、脱氧血红蛋白指数以及总血红蛋白指数这三种数据.[1]

2.3 近红外光谱技术的仪器构成

脑功能近红外光谱检测系统主要由柔性探头、测控模块和计算机3个部分组成.测控模块由计算机事先设定的时钟控制频率.近红外光是从柔性探头上的四个光源发出的，光源是利用时分复用技术由光源驱动单元依次点亮的.仪器工作时，特定波长的近红外光照射在待测生物组织上，光信号经过生物组织衰减后被探测器接收，然后在探测器中进行光电信号的转换和信号的放大.经过信号放大、滤波等处理前端模拟信号经USB接口输入到计算机中.然后由计算机即时对信号数据进行处理，计算出血氧浓度随组织活动的变化并呈现在界面上，由此可推测出相关组织区域的活动强弱.[2]

3 近红外光谱技术在高级认知神经科学研究中的运用

3.1 近红外光谱技术在工作记忆研究中的应用

华中科技大学生物医学光子学教育部重点实验室已经展开了关于各种脑功能的研究.如采用n-back作业范式研究工作记忆中大脑前额叶的活动情况.我们都知道，工作记忆的作用在于初步加工和短暂存储被激活信息，以备进入长时记忆或提取等，其对完成学习、语言理解及问题解决等脑的高级认知活动十分重要.由于工作记忆的中央执行系统中的信息执行控制过程十分难理解，内容包括计划、注意、任务及监督管理等各种认知成分，这些不同功能很难在大脑功能的影像中严格分开.研究利用fNIRIS系统，采用言语性n-back作业范式，监测被试在执行言语性n-back任务时前额叶皮层的激活情况，并分析被试行为表现及脑激活数据.[3]另外他们还研制了一种更实用的三波长近红外脑功能光学成像系统，从而考察被试行为表现及前额叶的工作记忆负荷效应，进而研究较高记忆任务条件下，被试前额叶脑区激活情况对其行为表现的影响.一系列的研究结果表明，被试前额叶的工作记忆负荷效应显著：前额叶皮层激活脑区具有典型的激活模式，被试的错误判断引起额外的前额叶皮层激活；前额叶皮层活动的功能侧化现象显著，记忆负荷越大，侧化指数越小；较高记忆负荷下，被试激活脑区活动程度与其行为参数之间存在着规律性联系.随着近红外光谱技术的发展及其在工作记忆方面的研究应用，利用近红外光谱技术得到的研究结果必将为工作记忆的脑机制的研究提供更加科学可靠的实验数据，为不断加深对工作记忆的认知加工过程的研究做出更多的贡献.

3.2 近红外光谱技术在自然情境下认知过程研究中的应用

由于近红外光谱技术的设备较小，轻便，能进行长时间的重复测量，并且被试实验过程中的动作对脑成像影响不是特别明显，因此适合研究自然情境下认知过程的神经机制.如Nagamitsu等人采用近红外光谱技术研究被试在观看视频游戏时大脑局部血容量，实验过程中要求被试玩巧妙的游戏.实验结果发现，在玩游戏过程中五个成人被试中有四个被试的大脑双侧前额叶的总血红蛋白浓度上升显著；七个儿童被试中有两个被试大脑双侧前额叶的总血红蛋白浓度显著下降.研究结果表明，大脑前额区氧合血红蛋白和双侧运动区氧合血红蛋白的浓度呈显著正相关[4].近年来，研究者不断采用fNIRIS研究大脑前额叶在睡眠、和伦敦塔任务等自然情境中的变化，取得了一系列重要的结果.并且研究者还将此技术用于研究模拟驾驶、电子游戏、教育及咨询情境中的大脑的认知活动研究.近年来，近红外在便携、无伤害性等方面的发展成熟，为在自然情境中研究大脑认知活动机制提供了有效的技术手段.随着近红外光谱技术的广泛应用，日常生活状态下人们认知过程的神经机制将越来越能被脑功能成像的结果所解释[5].

3.3 近红外光谱技术在发展性阅读障碍研究中的应用

发展性阅读障碍是一种较常见的学习障碍现象.发展性阅读障碍的儿童通常有与正常儿童水平相当的智力，他们享有共同的教育机会，但是前者的阅读水平显著落后于后者.以往研究中，其它功能监测技术对阅读障碍儿童大脑功能进行监测所得到的结果各有不同.鉴于此研究者采用fNIRIS设计了恰当的实验范式，以汉语阅读障碍儿童为研究对象，研究其大脑皮层活动在进行汉字语音和语义加工时与正常儿童的差异.研究结果表明汉语阅读障碍儿童在执行汉字阅读任务时，左前额叶皮层中血容增加的区域明显小于正常儿童，且血容增加的幅度较正常儿童低.实验结果为阅读障碍的神经生理学研究提供了可靠证据.[6]

目前随着光电技术和信息技术的发展进步，近红外光谱技术在大脑功能活动的监测上得到了进一步的发展.不仅如此，在研究婴儿大脑方面，由于其大脑发育尚未完全、体积较小、几何结构较简单、光学特性参数也比成人脑有规律，便于研究，因此近红外光谱技术在研究对婴儿大脑的发育与发展方面也十分有效.另外一些研究者使用近红外光谱术研究语音识别时被试皮层的活动，都得到了一些重要的发现.

4 近红外光谱技术的优势与不足

4.1 近红外光谱技术的优势

在现有的脑功能成像技术中，脑电技术（EEG）和事件相关电位技术（erp）虽然有着较高的时间分辨率，但是它们的空间分辨率却较低，并且溯源分析困难.而fMRI和PET等虽然空间分辨率能够满足需要，可是它们又满足不了对时间分辨率的要求.但是近红外光谱技术却能两者兼顾，基本能满足研究者对时间分辨率和空间分辨率的要求.另外近红外光谱技术还有灵活、易用、成本低和没有侵入性的优点，不仅能实时监测脑区认知活动在自然情境中的情况，还可以同时与EEG、fMRI、PET等其他脑功能成像技术研究手段进行测量，并且互不干扰.还能用于对大量被试进行反复多次实验.近年来在近红外光谱技术已广泛应用于认知神经科学领域[7].

4.2 近红外光谱技术的不足

作为一种刚刚发展起来的脑功能成像技术，近红外光谱技术存在许多的不足有待改进.主要不足是定位能力较差，不能覆盖全脑，探测深度有限.同时近红外光谱技术在空间分辨率方面还不够完善，因此大多数研究者采用近红外光谱技术时只报告血氧的变化，通常不报告空间分辨率.这些不足还有待在今后的研究中改进.

5 结语与展望

在近几十年里，近红外光谱技术在研究大脑高级认知神经机制中显示出越来越明显的优势，采用近红外光谱技术研究的实验报告也越来越多的发表在很多高水平的杂志上.近红外光谱技术开辟了大脑研究的新领域和脑功能成像研究的新方向，必将使人们深入的了解大脑功能.近年来功能性近红外光谱技术已经取得了美国药物和食品管理局的认证，并且已在新生儿语言加工的研究、语言和认知发展、认知切换能力等各个认知神经科学领域中得到了普遍的应用[8].当然近红外光谱技术还有待进一步的发展与完善，但随着这项新技术的不断改进，其在心理学各领域的研究将会不断加深，应用范围也将会不断扩大，近红外光谱技术在脑功能研究领域的应用价值将不可估量.

参考文献：

〔1〕刘宝根,周兢,李菲菲.脑功能成像的新方法—功能性近红外光谱技术(FN IRS).心理科学,2011，34(4):943-949.

〔2〕杨炯炯,曾绍群,骆清铭,管林初,匡培梓,龚辉，等.左前额叶参与非相关词对的语义编码过程一来自光学成像的佐证.心理学报,2001，33(l)：48-54.

〔3〕Minagawa-Kawai Y, Matsuoka S, Dan I,et al.(2009).Prefrontalactivation associated with social attachment: facial-emotion recognition in mothers and infants[J].Cereb Cortex,19(2):284-292

〔4〕Naganlitsu,S., Nagano, M ., Yarnashita , Y ., Takashima, S., & M atsuishi, T . (2006 ). Prefontal cerebral blood volume pattems while playing video games a near -infrared spectroscopy study. Brain and develo .28(5),315-321.

〔5〕Dale A. M. , Liu A. K. , Fischl B. R. , et al..(2000). Dynamic statistical parametric mapping:combining fMRI and MEG for high-resolution imaging of cortical activity. Neuron,26(1):55-56.

〔6〕Grossmann T. (2010).The development of emotion perception in face and voice during infancy[J].Restor Neurol Neurosci,28(2):219-236.