微生物培养的方法范文

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篇1

中图分类号 O614.62 文献标识码 A 文章编号 1000-2537（2015）03-0022-07

随着核工业的发展，含U放射性废物不断进入环境中，对人类健康和生态环境造成威胁.地壳表层平均铀含量为3 μg/g[1].铀矿冶、核电站、核武器实验等含铀废水中，铀的质量浓度约为5 mg/L，远高于国家排放标准（0.05 mg/L），也远高于世界卫生组织（WHO）规定饮用水标准最高铀质量浓度50 μg/L [2-3].高浓度铀的放射性和化学毒性影响动物和人体肾脏和骨骼的正常功能[4]，因此，U污染的环境修复问题已成为当前的研究热点.据报道微生物修复U污染比物理化学修复更具有显著优势[5].自然环境中，U有Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ和Ⅵ 4种价态，U（Ⅲ）和U（V）不稳定，极易歧化，因此U（Ⅵ）和 U（Ⅳ）是两种最主要的价态[6].

因U易受环境中pH值、有机物、氧化还原条件等的影响，其化学形态在实际环境体系中可互相转化，增加了U价态分析的难度.

目前，微生物培养基中U（Ⅵ）和 U（Ⅳ）的测量方法为偶氮胂（Ⅲ）分光光度法[7-8].其原理是U（Ⅵ）和 U（Ⅳ）在酸性条件下与偶氮胂（Ⅲ）形成1∶1络合物，在特定波长处测其吸光度[9-10].但偶氮胂（Ⅲ）分光光度法在U（Ⅵ）和U（Ⅳ）质量浓度的测量过程中，忽略了微生物培养基对U的影响及U（Ⅳ）的不稳定性，而不能同时准确测量其中U（Ⅳ）的质量浓度.因此，为了深入研究微生物对U的氧化还原作用，有必要在微生物培养基中建立一种能同时测量U（Ⅵ）和U（Ⅳ）质量浓度的方法.

通过将U的多形态分析转为单一形态分析，即运用分光光度法，通过U的氧化还原，测量体系中U（Ⅵ）和总U的质量浓度ρ，ρ总U减去ρU（Ⅵ）得出ρU（Ⅳ），可消除培养基中U（Ⅳ）不稳定性及微生物培养基对其影响问题.U（Ⅳ）作为U（Ⅵ）的还原产物，也是氧化还原过程中的反应试剂，其制备方法包括还原剂还原法（金属还原剂、汞齐及合金还原剂、低价金属化合物）、电化学法、光催化法等[11].其中部分还原方法操作复杂、易受还原剂、催化剂及反应条件等的限制.因此需寻找一种操作过程简单、不易引入干扰物质，避免在HCl、HF、稀H2SO4、低浓度HClO4中U（Ⅵ）还原产物U（Ⅳ）的再氧化作用的U（Ⅳ）制备方法；再运用U的氧化还原过程建立U（Ⅵ）和U（Ⅳ）的分光光度法；通过该方法研究U（Ⅵ）和U（Ⅳ）在微生物培养基中的稳定性，为微生物固定U（Ⅵ）选用适合的培养基提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 材料和试剂

TGY培养基（胰蛋白胨酵母葡萄糖培养基）：胰蛋白胨5 g，酵母粉3 g，葡萄糖1 g，定容至1 000 mL，pH 7.0～7.2.

LB培养基（溶菌肉汤培养基）：酵母粉5 g，蛋白胨10 g，氯化钠10 g，定容至1 000 mL，pH 7.2～7.4.

NA培养基（牛肉膏蛋白胨培养基）：蛋白胨10 g，牛肉膏3 g，氯化钠5 g，定容至1 000 mL，pH 7.0.

1 000 mg/L U（Ⅵ）标准储备液：1.782 2 g醋酸双氧U（UO2（CH3COO）2・H2O上海谱振生物科技有限公司），溶解并定容至1 000 mL，摇匀，避光保存，其他各浓度U（Ⅵ）由此溶液稀释获得.

0.05%偶氮胂（Ⅲ）显色液（上海阿拉丁）：偶氮胂（Ⅲ）0.05 g，定容至100 mL.

无砷锌粒（成都市科龙化工试剂厂）.其他试剂均为国产分析纯.

1.2 U（Ⅵ）标准曲线的制作

取1 000 mg/L U（Ⅵ） 2 mL，去离子水定容至50 mL，配制成40 mg/L U（Ⅵ），8支10 mL比色管，分别加入40 mg/L U（Ⅵ）0，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0，1.5，2 mL，0.05%偶氮胂Ⅲ1 mL，缓冲液定容至10 mL，充分摇匀，静置30 min，于652 nm处测其吸光度.

1.3 U（Ⅳ）的制备方法优化

在6 mol/L HCl介质中，以锌粒为还原剂，考察U（Ⅵ）初始浓度、锌粒用量、反应时间等对U（Ⅳ）制备的影响，得出优化条件[12].最后测量溶液残留U（Ⅵ），考察U（Ⅳ）的生成率.

U（Ⅵ）的生成率（%）=ρ1-ρ2ρ1×100%，（1）

式中ρ1为U（Ⅵ）起点质量浓度，mg/L；ρ2为U（Ⅵ）残留质量浓度，mg/L.

1.3.1 初始U（Ⅵ）质量浓度对U（Ⅳ）制备的影响 分别取1 000 mg/L U（Ⅵ） 0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9，1.0 mL于50 mL容量瓶中，加入6 mol/L HCl 45 mL，加入锌粒0.6 g，使其用量为12 g/L，定容.U（Ⅵ）最终分别为4，6，8，10，12，14，16，18，20 mg/L.

1.3.2 锌粒用量对U（Ⅳ）制备的影响 取1 000 mg/L U（Ⅵ） 0.5 mL于50 mL容量瓶中，加入6 mol/L HCl 45 mL，加入锌粒分别为0.2，0.4，0.6，0.8，1.0，1.2，1.4，1.6，1.8，2.0 g，定容.使锌粒用量分别为4，8，12，16，20，24，28，32，36 g/L.

1.3.3 反应时间对U（Ⅳ）制备的影响 取1 000 mg/L U（Ⅵ） 0.5 mL于50 mL容量瓶中，加入6 mol/L HCl 45 mL，加入锌粒使其用量为12 g/L，反应时间分别为90，120，150，180，210 min，定容.

1.4 微生物培养基中ρU（Ⅵ）和ρU（Ⅳ）测试方法的建立

1.4.1 微生物培养基中ρU（Ⅵ）和ρU（Ⅳ）分光光度法的建立 微生物培养基中U（Ⅳ）由于易受温度、空气中气体、体系中酸性介质等影响发生氧化，造成形态发生变化.在U（Ⅵ）和U（Ⅳ）的微生物培养基混合体系中，运用偶氮胂（Ⅲ）分光光度法先测量样品中ρU（Ⅵ），另取样品将U（Ⅳ）氧化成总U，利用ρ总U减去ρU（Ⅵ）得出ρU（Ⅳ），即整个研究过程中通过ρU（Ⅵ）和ρ总U定量ρU（Ⅳ），使多组分分析转换成单组分分析.该方法解决了微生物培养基对U的影响及U（Ⅳ）的不稳定性问题，能同时测量微生物培养基中ρU（Ⅵ）和ρU（Ⅳ）.

偶氮胂（Ⅲ）分光光度法测试ρU（Ⅵ）：取2 mL样品，1 mL 0.05%偶氮胂（Ⅲ）显色液，0.4 mol/L氯乙酸-0.4 mol/L氯乙酸钠缓冲液定容至10 mL，静置30 min，波长652 nm处测量其吸光度；偶氮胂（Ⅲ）分光光度法测试ρU（Ⅳ）则先测试样品中ρU（Ⅵ），另取2 mL样品采用1 mL浓硝酸加热赶酸，保持微沸状态，直到出现白色残渣为止，溶解并定容至5 mL.用偶氮胂（Ⅲ）分光光度法测试ρU（Ⅵ），此为ρ总U.含U混合体系中ρU（Ⅳ）由两者的差值得出.ρU（Ⅳ）按式（2）计算：

ρU（Ⅳ）=ρ总U-ρU（Ⅵ）.（2）

式中 ρU（Ⅳ）为U（Ⅳ）质量浓度，mg/L；ρ总U为总U质量浓度，mg/L；ρU（Ⅵ） 为U（Ⅵ）质量浓度，mg/L.

1.4.2 浓硝酸用量对U（Ⅳ）氧化率的影响 取10 mg/L U（Ⅳ）25 mL于容量瓶中，TGY培养基定容至50 mL.分别加入0，0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0 mL浓硝酸对2 mL培养基中的U（Ⅳ）进行氧化，反应完成后偶氮胂（Ⅲ）分光光度法测量ρU（Ⅵ），即ρ总U.考察浓硝酸用量对U（Ⅳ）氧化率的影响，U（Ⅳ）的氧化率按式（3）计算：

氧化率（%）U（Ⅳ）=ρU（Ⅵ）ρ总U×100%.（3）

式中ρU（Ⅵ）为U（Ⅵ）质量浓度，mg/L；ρ总U为总U质量浓度，mg/L.

1.5 U在培养基中的稳定性研究

1.5.1 U（Ⅵ）在TGY，LB，NA培养基中的稳定性研究 取过滤除菌1 000 mg/L U（Ⅵ） 1 mL，分别加入至已灭菌的99 mL NA，LB，TGY的液体培养基中，得到最终10 mg/L U（Ⅵ）.30 ℃，120 r/min，震荡60 h，间隔12 h 取样，测量微生物培养基对U（Ⅵ）的影响率.微生物培养基对U（Ⅵ）的影响率按式（4）计算：

影响率（%）=ρ1-ρ2ρ1×100%.（4）

式中ρ1为U（Ⅵ）起点质量浓度，mg/L；ρ2为U（Ⅵ）残留质量浓度，mg/L.

1.5.2 培养基单组分对U（Ⅵ）稳定性的影响 按单组分在微生物培养基中的比例，即3 g/L酵母粉，10 g/L 蛋白胨，3 g/L牛肉膏，5 g/L胰蛋白胨，1 g/L葡萄糖，10 g/L氯化钠的液体培养基中加入过滤除菌的1 000 mg/L U（Ⅵ） 1 mL，得到最终10 mg/L U（Ⅵ）.30 ℃，120 r/min，震荡60 h，间隔12 h取样，考察培养基单组分对U（Ⅵ）的影响.

1.5.3 U（Ⅳ）在TGY培养基中的稳定性研究 等体积混合过滤除菌的10 mg/L U（Ⅳ）与灭菌TGY培养基， 30 ℃，120 r/min，震荡60 h，间隔12 h取样.含U混合体系中，测量2 mL样品中ρU（Ⅵ），另取2 mL样品加入1 mL浓硝酸将其中U（Ⅳ）硝化为总U，测ρ总U，ρU（Ⅵ），计算出ρU（Ⅳ），考察TGY培养基中U（Ⅳ）的稳定性.

2 结果与讨论

2.1 U（Ⅵ）标准曲线的制作

以U（Ⅵ）质量浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，拟合后得到U（Ⅵ）标准曲线，结果如图1所示.可知标准曲线方程y=0.040x-0.007，R2=0.999，在ρU=0.0～20.0 mg/L范围内，吸光度-ρU关系符合比尔定律.

2.2 U（Ⅳ）的制备方法优化

2.2.1 ρU（Ⅵ）对U（Ⅳ）制备的影响 保持反应体系中的ρU（Ⅵ）分别为4，6，8，10，12，14，16，18，20 mg/L，HCl浓度6 mol/L，锌粒12 g/L，总反应体积为50 mL.U（Ⅳ）生成率随U（Ⅵ）初始浓度的变化见图2.由图2可知，在4～10 mg/L U（Ⅵ）终浓度范围内，U（Ⅳ）生成率随着ρU（Ⅵ）的增大保持稳定状态，达到95%左右.但ρU（Ⅵ）为10～20 mg/L时，U（Ⅳ）生成率随着ρU（Ⅵ）的增加，生成率急剧下降.因此，选择最适ρU（Ⅵ）为10 mg/L.

2.2.2 锌粒用量对U（Ⅳ）制备的影响 保持反应体系中的ρU（Ⅵ）为10 mg/L，HCl浓度为6 mol/L，总反应体积为50 mL，反应体系中的锌粒用量分别为4，8，12，16，20，24，28，32，36 g/L.U（Ⅳ）生成率随锌粒用量的变化见图3.由图3可知，锌粒用量在4～12 g/L范围内，U（Ⅳ）生成率随着锌粒浓度的增加而增大.当锌粒用量为12 g/L时，生成率达到最大.但当锌粒用量大于28 g/L时，生成率呈明显减小趋势，且有典型的黑色絮状沉淀.推测锌粒过量时，会对ρU（Ⅵ）的测量有较大影响.因此选择最适宜锌粒用量为12 g/L.

2.2.3 反应时间对U（Ⅳ）制备的影响 保持反应体系中的ρU（Ⅵ）为10 mg/L，HCl浓度为6 mol/L，总反应体积为50 mL，锌粒12g/L，反应时间分别为90～210 min.U（Ⅳ）生成率随反应时间的变化见图4.

由图4可知，U（Ⅳ）生成率随着反应时间的增加而缓慢增大，当反应时间达到180 min时，再增加反应时间，U（Ⅳ）生成率变化不明显.因此，体系中最适宜反应时间为180 min.

从图2～图4得出，U（Ⅵ）初始质量浓度、锌粒用量、反应时间是影响U（Ⅳ）制备的3个重要因素.ρU（Ⅵ）为10 mg/L，锌粒为12 g/L，反应时间180 min是U（Ⅳ）制备的最优条件，此时U（Ⅳ）的生成率达到95%.这与李斌等[13]报道通过肼催化还原U（Ⅵ）制备U（Ⅳ）的生成率99%相比虽略低，但利用肼为还原剂制备U（Ⅳ）易受温度、还原剂、催化剂及反应条件等的影响.研究过程中采用锌粒还原U（Ⅵ）制备U（Ⅳ）与其他制备U（Ⅳ）的方法相比具有明显的优势，操作过程简单、快速、避免了U（Ⅳ）的不稳定性问题及其他制备U（Ⅳ）过程中易受操作工艺和实验条件限制的问题.

2.3 微生物培养基中ρU（Ⅵ）和ρU（Ⅳ）测试方法的建立

2.3.1 浓硝酸用量对U（Ⅳ）氧化率的影响 在5 mg/L U（Ⅳ）的反应体系中，取样液2 mL，分别加入0，0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0 mL硝酸对U（Ⅳ）进行氧化，U（Ⅳ）氧化率随浓硝酸用量的变化见图5.由图5可知，浓硝酸用量对微生物培养基中U（Ⅳ）氧化率影响较大，硝酸用量在0～1 mL范围内，随着硝酸用量的增加氧化率增大；当硝酸用量在1～2 mL范围内，氧化率可达到98%；但随后呈下降趋势.推测体系中残留的微量硝酸会改变体系的酸度，从而影响了U（Ⅵ）与显色剂偶氮胂（Ⅲ）的组成和稳定性，即影响了U（Ⅵ）的测量，因此，选择浓HNO3用量为1 mL.HNO3，HF，浓H2SO4 ，HClO4中HF通常用于氧化硅酸盐，浓HNO3与浓H2SO4沸点分别为83 ℃与338 ℃，因此在氧化金属时通常选用HNO3或者HClO4 [14].研究中采用浓硝酸对U（Ⅵ）还原产物U（Ⅳ）进行氧化，其氧化原理是浓硝酸在酸度较高时，易分解形成亚硝酸和氮氧化物，亚硝酸性质活泼，很容易将U（Ⅳ）氧化成U（Ⅵ），反应式为：U4++2HNO2UO2+2+2NO+2H+.

本研究与刘金巍等[15]指出地质样品经HF-HNO3-HCl-HClO4硝化后，样品中有机质对U的测量无干扰一致，说明浓HNO3氧化效率高，可消除培养基中氨基酸和有机质等大分子物质对ρU测量的影响.

2.3.2 分光光度法精密度和准确度分析 5 mg/L U（Ⅵ）和5 mg/L U（Ⅳ）的等体积混合TGY培养基中，运用偶氮胂（Ⅲ）分光光度法结合氧化还原过程平行测定5次，进行精密度和准确度分析，结果见表1.

由表1和2.1及文献[9]可得，ρU（Ⅵ）测量的线性范围为0.05～20.0 mg/L，回收率为96%，RSD=1.7%，误差为-4%.因此，本方法能用于生物样品中U（Ⅵ）和U（Ⅳ）的测定.

2.4 U在培养基中的稳定性研究

2.4.1 U（Ⅵ）在TGY，LB，NA培养基中的稳定性研究 采用分光光度法考察10 mg/L U（Ⅵ）在TGY，LB，NA微生物培养基中的稳定性，结果见图6.由图6可知，蛋白胨、牛肉膏、氯化钠组成的NA培养基对ρU（Ⅵ）的影响最大，48 h影响率可达到47.9%；酵母粉、蛋白胨、氯化钠组成的LB培养基作用48 h对ρU（Ⅵ）的影响率达到37.3%；60 h后，NA和LB培养基对U（Ⅵ）测量的影响率呈锯齿状的趋势，可能是培养基对U（Ⅵ）的作用不稳定，具体原因还待探究.胰蛋白胨、酵母粉、葡萄糖组成的TGY培养基作用12 h对ρU（Ⅵ）的影响率仅为5.6%.Halbach等[16] 通过研究花岗岩基岩中有机物与U结合实验表明： 有机物官能团通过离子交换机制和等量铀酰离子进行结合.NA和LB培养基中的主要成分蛋白胨、牛肉膏等有机质和氨基酸类物质，其官能团可能与U（Ⅵ）结合.

2.4.2 培养基单组分对U（Ⅵ）的稳定性的影响 由2.4.1可知U（Ⅵ）在LB及NA培养基中不稳定，因此进一步考察了全组分中一定比例的酵母粉、蛋白胨、牛肉膏、胰蛋白胨、葡萄糖、氯化钠对10 mg/L U（Ⅵ）的影响，结果见图7.由图7可知，各单组分对U（Ⅵ）的影响率分别为7.4%，33.5%，19.7%，2.8%，2.7%，5.2%.结果表明由蛋白胨、牛肉膏、氯化钠组成的NA培养基全组分对U（Ⅵ）的影响相对TGY和LB培养基较大.Li等[17]研究了芽孢杆菌属dwc-2对U的吸附机制，结果表明芽孢杆菌属dwc-2对U（Ⅵ）的吸附是复杂的，至少涉及生物集聚、离子交换和复合体形成.也有文献通过研究微生物对U（Ⅵ）的还原物机制表明：其还原机制较复杂，包括U（Ⅵ）和细胞表面发生了离子交换、成核、螯合、微沉淀、酶对U（Ⅵ）的还原等作用[18-19].曾峰等[20]还指出一定浓度U胁迫会使植物羟基、羧基等发生明显变化.微生物培养基主要成分为碳源、氮源和无机盐，包括一些特殊官能团、阴离子、阳离子等，推测U（Ⅵ）可能与培养基中的有机质、氨基酸的某些基团发生了络合、螯合等作用，与培养基中的阴阳离子发生了离子交换作用，从而影响了ρU（Ⅵ）的测量.其中蛋白胨、牛肉膏影响较大，可能是其多肽和氨基酸类物质中R基含有的苯环共轭双键系统，与U（Ⅵ）发生络合反应，说明培养基中有机物中某些基团能与金属阳离子发生结合，这与郭丽艳等[21]研究不同物质对铬价态测定结果的影响研究结果相似.

2.4.3 U（Ⅳ）在TGY培养基中的稳定性研究 10 mg/L U（Ⅳ）加入等体积TGY培养基中，即为5 mg/L U（Ⅳ）.按1.5.3步骤考察了U（Ⅳ）在TGY培养基中的稳定性，结果见图8.由图8可知，TGY培养基对U（Ⅳ）的影响在12～60 h内基本保持稳定，影响率仅为8.6%，表明U（Ⅳ）在TGY培养基中保持稳定.由图6可知，U（Ⅵ）在TGY培养基中保持稳定，即U（Ⅵ）和U（Ⅳ）在TGY培养基中均能保持相对稳定，该研究对U在微生物培养基中的价态分析提供了基础.

3 结论

在稀HCl 体系中，以锌粒为还原剂，考察了U（Ⅵ）质量浓度、锌粒用量、反应时间对U（Ⅳ）制备的影响.其优化条件是U（Ⅵ） 10 mg/L，锌粒12 g/L，反应时间180 min.

以ρU（Ⅵ）和ρ总U定量ρU（Ⅳ），建立了测量微生物培养基中ρU（Ⅵ）和ρU（Ⅳ）的分光光度法.考察了浓硝酸用量对U（Ⅳ）氧化率的影响.测量ρU（Ⅵ）的线性范围为0.05～20.0 mg/L，回收率为96%，RSD=1.7%，误差为-4%.因此，本方法能用于生物样品中ρU（Ⅵ）和ρU（Ⅳ）的测试.该方法与ICP-MS测量方法相比，具有操作简单、价格便宜、不易引入干扰物质的特点，且该方法在含U混合体系中能实现ρU（Ⅵ）和ρU（Ⅳ）的同时测定，对微生物修复U污染具有重要意义.

运用分光光度法考察了微生物培养基中U（Ⅵ）和U（Ⅳ）的稳定性.结果表明，相对于NA和LB培养基而言，U（Ⅵ）和U（Ⅳ）在TGY培养基中能够保持稳定.进一步考察了组成培养基一定比例的单组分对U（Ⅵ）的影响，得出牛肉膏、蛋白胨因含有氨基酸、有机质等物质，对U（Ⅵ）影响较大.通过稳定性考察可为微生物固定U（Ⅵ）选用适合的培养基提供参考.

参考文献：

[1] KALIN M， WHEELER W N， MEINRATH G. The removal of uranium from mining waste water using algal/microbial biomass[J]. J Environ Radioact， 2004，78（2）：151-177.

[2] 聂小琴， 董发琴， 刘明学，等. 生物吸附剂梧桐树叶对铀的吸附研究[J]. 光谱学与光谱分析， 2013，33（5）：1290-1294.

[3] GAVRILESCU M， PAVEL L V， CRETESCU I. Characterization and remediation of soils contaminated with uranium[J]. J Hazard Mater， 2009，163（2）：475-510.

[4] BLEISE A， DANESI P R， BURKART W. Properties， use and health effects of depleted uranium （DU）： a general overview[J]. J Environ Radioact， 2003，64（2）：93-112.

[5] BAEZA A， FERNANDEZ M， HERRANZ M， et al. Removing uranium and radium from a natural water[J]. Water Air Soil Pollut， 2006，173（1-4）：57-69.

[6] CROSBY H A， JOHNSON C M， RODEN E E， et al. Coupled Fe （Ⅱ）-Fe （Ⅲ） electron and atom exchange as a mechanism for Fe isotope fractionation during dissimilatory iron oxide reduction[J]. Environ Sci Technol， 2005，39（17）：6698-6704.

[7] SAWIN S B. Analytical use of arsenazo Ⅲ： Determination of thorium， zirconium， uranium and rare earth elements[J]. Talanta， 1961，8（9）：673-685.

[8] KHAN M H， WARWICK P， EVANS N. Spectrophotometric determination of uranium with arsenazo-Ⅲ in perchloric acid[J]. Chemosphere， 2006，63（7）：1165-1169.

[9] 郭一飞， 梁俊福， 焦荣洲，等. 分光光度法测量高放废液处理工艺中的U[J]. 原子能科学技术， 2000，34（3）：252-258.

[10] 王 亮， 何 辉， 张秋月. 直接分光光度法测量四价U[J]. 中国原子能科学研究院年报， 2013（1）：195-196.

[11] 董灵英. 铀的分析化学[M]. 北京：原子能出版社， 1982.

[12] 曹诗倜. 矿石中微量铀的比色测定[J]. 原子能科学技术， 1966（4）：232-239.

[13] 李 斌， 何 辉， 丁伯发，等. 肼为还原剂催化还原U （Ⅵ） 制备 U （Ⅳ） 的工艺条件[J]. 核化学与放射化学， 2013，35（1）：24-35.

[14] HANNA T， DANIELA V， ESA P， et al. A comparison of analytical methods for determining uranium and thorium in ores and mill tailings[J]. J Geochem Explor， 2014，9（4）：1-7.

[15] 刘金巍， 王彦丽， 杨金荣，等. 碳酸钠浸取-紫外荧光光谱法测量地质样品中痕量U[J]. 岩矿测试， 2007，26（2）：160-162.

[16] HALBACH P， BORSTEL D， GUNDERMANN K D. The uptake of uranium by organic substances in a peat bog environment on a granitic bed rock[J]. Chem Geol， 1980，29（1）：117-138.

[17] LI X L， DING C C， LIAO J L， et al. Biosorption of uranium on Bacillus sp. dwc-2： preliminary investigation on mechanism[J]. J Environ Radioact， 2014，135：6-12.

[18] MTIMUNYE P J， CHIRWA E. Characterization of the biochemical-pathway of uranium （Ⅵ） reduction in facultative anaerobic bacteria[J]. Chemosphere， 2014，113：22-29.

篇2

小学阶段是培养学生各方面能力的黄金阶段，学生对世界充满了好奇心和求知欲。学生思维能力的锻炼和培养是教师重要的任务之一，数学学科要求学生具备一定的运算能力、逻辑思维能力以及创新能力。教师要重视课堂效率，将小学生思维能力的培养置于关键位置，灵活应用多种教学方法。

数学思维能力主要是指小学生将逻辑思维运用到数学知识中的一种能力。小学生在学习数学的时候，会有不同的思考方式，有的学生能够多角度、多思维进行思考，有的学生却不懂得数学知识之间的有效转化，举一反三的能力较差，这就关系到小学生的思维能力。数学思维能力较强的学生往往运算快、解题方法多、逻辑思维强，他们非常善于将复杂的数学知识进行归纳和总结，然后形成自己可以理解的数学知识框架。不仅如此，具备较强数学思维能力的学生还能够在学习过程中发现问题和解决问题。

二、培养学生思维的方法

思维能力对数学学习来说至关重要，关系到学生今后学习数学的兴趣和成效。教师在课堂教学中应该采取有效的方法和手段，激发学生的数学思维，进而提高学生的数学成绩。

1.运用数形结合强化思维深度

小学生数学思维能力的培养需要在数学实践中进行，教师应当耐心地引导小学生运用数形结合的方式培养思维能力。数形结合是数学教学中经常应用的教学方法，由于很多数学知识较为抽象，小学生很难深刻理解其概念，而数形结合将抽象与具体的数学知识有效结合，小学生就可以更加直观理解数学知识，其思维水平也会随之得到提升。数形结合锻炼学生的空间思维，当学生看到某种数量关系的时候，他们能够将其转化为空间上的形态，从而掌握其本质。教师在讲解长方形周长的公式时会让学生花时间去记忆长方形周长公式，这种死记硬背的方式无法让学生真正掌握数学知识，学生缺乏创造力。教师应该将数形结合的方式应用其中，让学生自己画一个长方形，然后计算周长，这样学生的数学思维能力就得到了培养。

2.创设教学情境

知识源于实践，单纯的数学理论讲解只会让小学生感到枯燥，失去学习数学的兴趣，学生的数学思维能力也无法得到培养。因此，教师要耐心引导学生进行实践，为他们创造有趣的教学情境，激发学生的学习兴趣。小学生对于事物的理解往往会停留在表面，比较直观，他们的抽象学习能力比较欠缺，教师可通过创设情境的方式来培养学生的数学思维能力。例如：教师在讲解几何图形时，不能局限于课本上所列出的内容，教师可以提前准备好积木，并在课堂提出问题：“同学们，你们玩过积木吗？会不会搭建呢？这节课我们来搭建出你们认识的几何体。”学生积极参与，数学思维能力以及动手操作能力都得到提升。

3.数学教学生活化

数学思维的培养不应局限于教材知识，教师应该将数学知识和学生的实际生活结合起来，通过生活化教学来增强学生的数学应用思维和探究思维。数学知识在生活中无处不在。例如：在学习圆的面积计算时，教师可以将教材中枯燥的圆形放到生活中，计算花坛的面积和圆形铺砖面积。数学教学生活化有助于培养学生理论结合实际的思维方式，深化对数学知识的理解，从而在生活中灵活应用数学来解决生活实际问题。

4.布置开放式作业

培养学生的思维能力需要教师把好作业关，通过适当地布置开放式作业启发学生的智慧，激发学生的想象力和创造力。做作业是一个巩固所学知识，应用所?W知识的过程。学生在做作业的时候学会独立发现问题和解决问题，因而作业是学习中必不可少的一个环节。开放式作业更能激发学生的学习兴趣，开拓学生的思维。例如：计算矩形面积时，教师可以布置作业，即针对教室里的两扇窗户的尺寸来购买窗帘布，窗户的高和宽分别为2米，应该购买多大尺寸的窗帘才能满足需求？这一问题并没有一个准确的数字答案，而是需要学生开动脑筋，从实际出发，考虑阳光、窗帘褶皱、美观度等多个因素。学生会发现这并不仅仅只是计算出每个窗户的面积就可以了，还要确保窗帘的面积大小能够彻底遮住阳光，兼顾窗帘之间的重叠部分和褶皱部分。学生通过小组合作交流互动，思考问题并解决问题，学生对面积知识点的认识也会更加深入，遇到问题时懂得思考多个可能性因素。

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思维科学是研究人的思维规律、方法和应用的综合性科学,我国于上世纪八十年代初兴起,研究的内容相当广泛,包括思维的自然属性和社会属性、思维的生理机制、思维的历史发展等。随着当今脑科学、神经科学的研究和发展,思维科学领域不断得到充实和完善。当前,在生物教学中能否重视培养学生的思维能力,以促进学生思维素质的提高,是取得理想教学效果的最重要因素之一。为此,在教学中要充分发挥教师的主导作用,教师本身思维能力的素养直接影响着学生的思维能力。这就需要教师积极主动地加强思维科学的学习和研究,不断探索思维规律和方法,用理论来指导自己的教学实践,形成科学的、系统的思维训练与培养体系,以便取得最佳的教学效益。

二、激发学生学习兴趣,是培养学生思维能力的基础

兴趣是指人们力求认识某种事物或爱好某种活动的倾向。兴趣是思维的催化剂,是一种最直接、最活跃的学习动力。当教师讲授知识的同时,加以适当的点拨、激发,学生就会产生强烈的求知欲望、积极踊跃的思维,调动了学生的学习的主动性和能动性,形成了良好的学习氛围,成为学生乐于刻苦,勇于攻克难关的强大原动力。孔子说过:“知之者,不知好之者。好知者,不如乐之者。”爱因斯坦曾指出:“兴趣是最好的老师”。针对学生的心理特点,笔者通过以下几种途径来激发学生的思维兴趣:

1.祖国现代化建设需要大批有知识、有文化的人才。把学好生物与祖国现代化建设需要联系起来,使学生感到学好生物的重要性和紧迫感。树立远大理想,立志成为栋梁之材。

2.介绍科学技术是第一生产力和在国民经济中的战略地位。了解生物工业的飞速发展和广阔前景。如当今世界面临的五大问题的解决、生物工程技术的发展、生物分子水平研究成果等等都与学好生物知识联系起来,激发学生钻研生物知识,献身于生物学事业的崇高思想境界。

3.以丰富多彩的生物活动来吸引学生,如开展“生物月活动”的活动、课外实验、讲座、竞赛、参观工厂、展览会、科普宣传等,造成浓厚的生物学习环境。

4.生物是一门以实验为基础的学科。生动、有趣、现象明显的实验能有效地吸引学生的注意力,刺激学生的思维活动。如在色素的提取和分离实验中利用多余的色素进行荧光现象的实验并适时加以引导,这样可大大提高学生对生物的学习兴趣,激发学生的思维。

5.经常讲述科学家致力于生物研究的生平事迹,逐步成为他们学习、工作的偶像。同时热情辅导学生积极撰写小论文、指导科技小制作,使学生体会到学以致用、求索创新的乐趣。

6.优化教学结构,促使学生思考。精心挑选习题,一题多变、一题多解、一题多用,举一反三、触类旁通。如有丝分裂后期和减数第二次分裂后期图像辨别。只要条件发生变化,情况就不同了。二倍体生物的有丝分裂后期的图像就可能变成了多倍体生物体中的减数第二次分裂后期图像了,相反二倍体生物的减数第二次分裂后期图像也有可能变成单倍体生物体的有丝分裂后期的图像。这样就培养了学生多向思维和发散思维能力,努力克服思维定势带来的消极作用。

三、训练学生思维方法,是培养学生思维能力的有效途径

思维是人脑对客观事物间接的和概括的反映,它反映的是客观事物的本质属性和规律性的联系。思维既能动地反映客观世界,又能动地反作用于客观世界。思维方法的优劣是智能高低的重要标志。思维方法的训练程度与教学效果成正相关。这样,教师在授课结构和类型方面。从组织教学、检查复习、讲授新课、小结巩固、布置作业,习题讲解、单元总结、专题指导、综合复习、考试讲评等教学环节,紧紧抓住一切机遇,不失时机地教给学生思维方法。首选要暴露的是科学家研究成果的思维过程,如孟德尔得出遗传定律和格林菲斯从肺炎双球菌转化实验的结果得出结论时的思维过程,让学生体会科学的思维发展;其次要暴露教师知识教学的思维过程,体会科学的思维发展,让学生熟悉教师钻研教材、分析疑难问题、解决问题的实际过程。如证明某种矿质元素是植物的必需矿质元素的实验,笔者在授课时介绍了自己是怎样来设计这一实验的思维过程。授给学生清晰的思维思路,同时掌握学生的思维状态。通过双向交流、信息反馈,不断纠正和优化思维方法,养成良好的思维习惯,组成一个高效的教学系统。

优化教学中应用最多的是形象思维,即凭借事物的具体形象的联想进行的思维。形象思维不能脱离具体的形象,不能抛弃事物的现象形态。因此,笔者在教学过程中尽可能多的展示实验、标本、挂图、幻灯片、课件等丰富的感性材料。如DNA是怎样进行复制的,笔者通过互联网下载课件,上课时进行播放,并进行适时的点评,通过这一实践活动使原本十分抽象的知识有了一个感性认识并上升到理性认识,同时也达到了对知识的认识和把握、理解和应用。

立体思维是指在事物发展的不同层次上,向纵横两个方向延伸,思考研究问题的思维。DNA规则的空间双螺旋结构等一些知识就需要培养学生的立体空间想象能力。

抽象思维又称逻辑思维,在生物教学中占有十分重要的位置。它是超脱客观事物的、生动的、直观的形象,用抽象的概念和理论知识来解决问题的思维形式,是思想的核心。教授生物学基本概念、理论知识时,借助于抽象思维,经过由实践到理论,再由理论到实践多次地反复,形成概念,作出判断和进行推理。如证明植物对矿质元素和水的吸收是两个相对独立的过程这一实验设计。则需要借助相应的理论基础进行正确的逻辑推理才能得到准确的实验效果。正确的抽象思维必须应用分类和比较、归纳和演绎、分析和综合等辩证的思维方式。形象思维和抽象思维不是互相排斥,而是相辅相成的。动作思维是在实际操作中对事物进行分析、综合的思维。生物实验是中学生物教材和重要组成部分,占有相当的比例。学生实验是培养学生动作思维的主阵地它能让学生的理性认识再回到实践中得到验证,这是生物教学的重要环节。

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所谓迁移，是指己经获得的知识技能甚至方法和态度，对学习新知识，新技能与解决新问题产生的影响。如果影响是积极的，起促进作用，就是正迁移；如果影响是消极的，起干扰作用，就是负迁移。

原型启发、相似原理、仿生移植、模拟类比、联想等都是迁移法的具体运用。心理学的实验研究表明：能否顺利地、正确地迁移，受制于许多条件，诸如不同情境所具有的共同因素、己有经验的概括化水平、分析问题及使课题类化的能力等都是影响迁移的重要因素。因此，为了在生物学学习中实现有效的迁移，更好地实施发散性思维，应注意以下几个方面：

一是要注重掌握生物学基础知识与基本技能。迁移的实质就是将基础知识与基本技能的概括化与具体化。生物学基础知识与基本技能蕴含于各种具体的课题之中，所以，掌握基础知识与基本技能就能促进迁移。

二是要发展概括能力。经验的概括化水平直接影响着迁移的效果。概括能力的发展，有助于对生物学知识之间的关系做出概括性的了解，有利于实施发散性思维。课题的类化是以己有的知识和经验系统或认知结构的概括化水平为基础的。实验研究表明：概括能力越高、越易发现新问题、越易于与已有的知识之间产生内在联系，才能正确地认识问题，创造性地解决生物学学习过程中遇到的问题。

三是要注重知识与技能的应用。只有在不同情境中积极运用生物学原理，才能真正弄懂原理，才能明白某个原理的应用不仅仅局限于狭小的范围。运用的范围越广，将来迁移的可能性就越大。

四是要提高分析问题和解决问题的能力。要养成分析问题及进行对应联想的习惯，以便在复杂情景中也能很好的迁移，有效地促进创造、发明。

比如，我国杰出的生物学家袁隆平对杂交水稻的研究就经历了这么一个过程，他从1964年就开始培育杂交水稻，但连续六年都没有成功，原因就是没有培育出“不育株”。1970年在与日本学者交流时，受到“这路不通那路通”思维方法的启发，忽然想到能不能从野生稻里发现不育株，于是他们跳出原先人工栽培稻的圈子，到海南岛崖县进行野生水稻资源考察，结果当年就发现了一株雄花不育的野生稻。经过反复试验终于在1973年培育出了我国第一批籼型杂交水稻。这就是思维迁移的结果。

2.组合法

爱因斯坦认为，组合作用似乎是发散性思维的本质特征。一个人为了更经济地满足人类需要而将原物进行新的组合，就是发明家。爱因斯坦创立相对论时，他所掌握的知识并没有超过他之前60年科学界己发现的东西。他做的只不过是把人类己经拥有的知识和已经发现的事实，从一个新角度用一种新观点重新看一下、重新排列组合一下而己。

在对DNA分子结构的研究中，1953年摘取桂冠的两位年轻的科学家――美国的生物学家沃森和英国的物理学家克里克，同样也是将英国著名生物物理学家威尔金斯(M.Willkins)DNA的X射线衍射的幻灯片和富兰克林(R.E.Frinklin)提供的有关数据以及奥地利著名生物化学系查哥夫的碱基信息组合到一起得到了DNA的双螺旋结构，从而在1962年获得了诺贝尔生理学和医学奖。生长素的发现同样也经历了这样一个过程，1934年荷兰人郭葛就是在达尔文和温特试验的基础上分离出了纯粹的生长素――吲哚乙酸。

3.分离法

上面的组合法表明，组合可以实施发散思维，其实分离法也可以实施发散性思维。例如科学家通过发散性思维把扬声器从收录机分离出来，分别设计出了音箱和单放机。在生物学教学中也是一样，我们可以把真核细胞的分裂方式分解为有丝分裂、无丝分裂和减数分裂三种形式分别去讲述，让学生通过发散性思维来比较观察三种分裂方式的异同。我们可以把DNA的分子结构分离为碱基、五碳糖和磷酸分子去讲解，这样学生就更容易接受，同时还可以培养学生认识事物之间联系的思维能力。

4.相反法

所谓相反也就是在解决问题的过程中，当运用某种方法不能解决问题时，改用相反的方法。如顺向思维及其相反的逆向思维，水平思维及其相反的倾斜思维，正面思维及其相反的背面思维，直线思维及其相反的曲线思维，纵向思维及其相反地的横向思维，单一角度思维及其相反的多种角度思维，平面思维及其相反的立体思维，朝向目标思维及其相反的背离目标思维等等。

遗传学上的连锁与互换定律就是著名的生物学家摩尔根利用发散思维的相反法发现的，最初，摩尔根认为孟德尔的遗传规律是正确的，因为它们都是建立在可靠的实验基础之上的。后来，由于在自己所进行的实验中没能取得类似的结果，他便对这些定律产生了怀疑。于是，他便展开自己思维的翅膀利用发散思维的相反法，进行了一系列新的实验。当大量的果蝇实验结果最终验证了孟德尔的定律之后，他不仅确信了两大定律的正确性，而且还发现了遗传学上新的连锁与互换定律。

5.群体法

发散性思维活动是复杂的社会实践活动，需要具备各种各样的才能，但个人的智力和精力总是有限的。俗话说：“三个臭皮匠,赛过诸葛亮”。通过合作，把大家的智慧集中起来，形成“1+1〉2”的力量完成自己无法完成的工作。

至于合作的形式是多种多样的，可以长期在一起讨论研究；也可以固定分小组进行合作交流；还可以参加兴趣小组，开展学术交流。无论哪种形式的合作，只要合作得好，就能发挥群体的作用，就可以利用发散性思维的结果，集思广益，很好地解决问题。正如贝弗里奇所认为的：一个人如果被隔绝于世，接触不到与他同样兴趣的人，那么，他自己是很难有足够的精力和兴趣长期从事一项研究的。多数科学家在孤独一人时就会停滞而无生气，而在集体中就能发生一种类似共生的作用。我们前面所谈到的DNA双螺旋结构的发现就是由美国的生物学家沃森和英国的物理学家克里克共同合作完成的。

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学习和研究物理问题总是从理想化的物理模型和过程开始的。经过科学抽象而构建出的物理模型和物理过程会大大简化物理问题而又避免产生较大的偏差，特别是研究对象是特别复杂的实际问题，更应该先建模然后根据实际问题对结果加以修正。比如，理想气体就是对实际气体的理想化，忽略了气体分子的体积和分子之间的相互作用力，常见的把氢气、氧气、氮气等在常温下都可视为理想气体，这样处理起问题来就简单多了。高中阶段的气体问题通常来说都可以用理想气体状态方程来分析和处理。但是，我们在教学过程中应该明确告诉学生，如果气体所处环境发生了变化，是在低温高压环境下，就不能再用理想气体状态方程来求解了，因为这时分子之间的引力和斥力都不能再忽略了，需要对理想气体状态方程加以修正和推广，进而得出大学物理当中的范德瓦耳斯方程。

现行的高中物理教材当中，涉及了大量的物理模型，如质点、点电荷、核式结构等，也有大量的理想化过程，如匀速直线运动、匀加速直线运动等。实际上这些知识在初中物理教学中就已经开始初步涉及。所以在初中物理教学过程当中，教师就应该逐渐地引导学生完成物理模型的建立，引导其形成自主思考问题、主动抽象实际问题的能力。这样的话，学生就会形成一定的科学抽象和合理简化的能力，到学习高中物理时，就不会感觉陌生。当然在高中物理教学当中，还应该注意教学方法，一般来说都是遵从合理假设逻辑推理验证结论的规律，这样有利于培养学生的空间想象力和抽象思维能力。

理想实验也是高中物理当中的一个重要的科学思维方法。这种方法的基础是对物理实验的高度抽象与概括，突出主要矛盾，忽略次要矛盾。如初中和高中物理当中都涉及的伽利略斜面实验、高中物理当中的自由落体实验等，都是通过理想实验的方法来得出结论的。注意，理想实验的目的并不是为了让学生记住历史，而是让学生学会通过严密的逻辑推理来对实际的实验进行外推，得出普遍的规律。如伽利略斜面实验就可以从实际生活当中司空见惯的小车由运动到静止的现象，延伸到同一小车从斜面上同一高度下滑沿粗糙程度不同的水平面滑动的距离各不相同，外推得出如果平面绝对光滑，则小车将永远保持匀速直线运动。这样一来，就会让学生在对生活经验的批判当中得出更为科学的结论。

二、比较分析，科学归纳，掌握事物的本质规律

归纳法是从个别事实当中得出一般规律的科学方法，对于物理规律、概念和定律的得出极其重要。高中物理当中不少物理规律都是通过对若干个实验的归纳总结得出的。当然，其中有些实验还是离不开初中物理实验的基础的。如在进行“电磁感应”的教学时，我们可以引导学生回忆初中得出阿基米德定律的方法，先观察现象鲜明、趣味性强的课堂小实验，然后对不同的电磁感应现象进行比较分析，得出两个基本的认识：①闭合回路中部分导线作切割磁感线运动时，产生感应电流；②磁铁与闭合线圈做相对运动时，线圈中产生感应电流；通电螺线管（原）与闭合线圈（副）做相对运动时，闭合线圈（副）中产生感应电流；线圈（原）中的电流突然接通或断开时，闭合线圈（副）中会产生感应电流；通电线圈（原）中的电流强度大小发生变化时，闭合线圈（副）中也会产生感应电流。当然，这两个基本认识还过于肤浅，只注意到了电磁感应的一个侧面。最后，再引导学生对这两个基本认识加以系统，得出产生感应电流的条件在于“穿过闭合回路所围面积的磁通量发生变化”。这里磁通量的变化是抽象的概念，是对大量的物理实验进行概括总结和抽象思维而得出的结论。以磁通量的变化为手段，我们可以对电磁感应现象有相对完整的认识。

在教学过程中需要我们注意的是，由于初中生和高中生思维特点的不同，使得我们在教学中的关注点有所不同。初中生形象思维占主体，对物理现象的认识需要借助于感性材料，因此初中物理教学应该加强对实验现象的观察，由实验现象引出物理概念，进而归纳出物理规律；高中生则是抽象思维占主体，可以经过对已有知识的推理得出科学的结论，然后用实验来加以验证，但仍有某些较为抽象的内容单靠学生的想象难以理解，需要先安排具体实验。比如，在讲到“光的干涉现象”时，学生只靠想象难以理解“在某些状态下光不沿直线传播”，所以我们在教学中就应该通过双缝干涉实验来使学生获得感性认识，为进一步的分析和概括打好基础，以从本质上理解光的干涉现象。

三、温故知新，类比推理，突破重点难点

从物理学的发展史来看，类比推理是一种重要的思维形式。如惠更斯就是在将光学现象和声学现象的类比与推理之后提出的光的波动学说；德布罗意也是由光子与一般微观粒子的类比推理之后提出的德布罗意波的概念。