生物质的用途范文1
湖北省生物质能集约化应用的方向和途径
1994年3月25日国务院第16次常务会议通过的“中国21世纪议程”--中国21世纪人口、环境与发展白皮书中写道：“开发利用新能源和可再生能源。把开发可再生能源放在优先地位，加快水能、生物质能、太阳能、风能、地热能、海洋能的开发，提高可再生能源在能源结构中的比例”。这是我国政府对联合国作出的政治承诺，也是各级政府和经济管理部门一项重要工作。
1、实施小康家庭能源工程，推进沼气的集约化经营，促进生物良性循环，建立生态农业。
生态农业的基本特点：充分合理利用自然资源，依靠生物之间的多种物资循环，在良性循环中保持相对平衡，系统内部的物质可以多次重复利用；从时间上和空间上不断提高太阳能的利用率和生物能的转化率，求得投入少产出多，达到生产水平较高，土地利用率较高、经济效益和生态环境质量较好的目的。
生态农业本身就是一种多元能源的农业发展道路，开发农村能源是建设生态农业的战略措施。以多级循环为主的生态农业，有各种各样不同模式和类型，其中以沼气为纽带的生态模式堪称是一枝独秀。沼气生产过程不仅可以最大限度地利用太阳能，并在沼渣沼液中保持原有的N、P、K等元素和有机质成为生态系统第二循环过程中的优质有机肥料和饲料，大大提高生态系中能流和物流的质量，这就是沼气生产在生态农业中的起的突出作用。
现在全国已有60%以上的沼气户（约300万农户）发展以沼气为纽带的庭院经济，农民增加收入9亿元以上。湖北省开展沼气、沼液、沼渣的综合利用的农户已超过20万户，年增收4000多万元。“九五”期间，随着农村产业结构的调整，为农村沼气发展提供良好机遇，湖北省将新增20-25万户农村家用沼气池用户，开展“三沼”综合利用农户将达到35万户以上，种植业、养殖业与沼气三结合或种植业、养殖业、加工业、沼气四结合利用类型的模式将进一步推广普及。为使这种模式在湖北省农村大量发展实施，应该注重选择各种养殖、种植业专业户大力举办沼气，以期获取最好的能源、生态经济效益，同时提高农民用能质量和水平，充实小康内涵。
2、实施能源--环保工程，推进城乡有机废水的厌氧消化处理，获得环保能源双效益。
目前，我国工农业有机废物废水排放量相当大，据统计，1990年轻工系统仅制糖、食品发酵、皮革等行业排放的高浓度有机废水就达60亿吨，占全国工业废水排放总量的22%，废水中含有机物排放量的50%，若利用其中的50%，即125万吨来制取沼气，年产沼气可达12.5亿M3，相当于原煤125万吨，标准煤90万吨，可发电17.86亿KW·h。同时，全国“菜篮子工程”的全面建设，集约化畜禽场的粪便排放量迅猛增加，给环境造成越来越大的压力。解决这一问题的最优化方案是采用生物质能的厌氧消化技术。以有机废物废水和禽粪粪便为原料，兴建大中型的沼气工程，既可以有效地治理环境污染，又能为当地职工和居民提供优质气体燃料，还可以利用发酵后的沼渣，生产养鱼喂猪的颗粒饲料。
近十年来，湖北省的厌氧消化技术经多学科、多部门的科研攻关，取得了较大的进展。在禽畜粪便的处理方面，先后兴建了容积分别为200-800立方米的沼气工程，采用上流式厌氧污泥床处理工艺，中温发酵，平均产气率0.5-0.8m3/m3·d。特别是1994年由武汉市能源所负责设计建造的荆门出口猪场能源环保工程，采用上流式厌氧污泥床加固液分离器，后期为射流曝气好氧处理，使得最后出水达到国家二级排放标准，在工业有机废水处理方面，共兴建了九处工程，首先在淀粉废水的中试研究上取得成功。为全国淀粉废水处理首开先河。紧接其后，酒厂的废水处理进入高潮，先后在七个酒厂兴建了沼气工程，总容积3250立方米，采用中高温发酵，滞留期4-5天，产气率3-3.5m3/m3·d。湖北省这些大中型沼气工程实现了工厂化产气，商品化供气，使能源建设上了一个新的台阶。它们有效地处理了酒厂的有机废水和集约化禽畜场厂的粪便，改善了环境卫生，对保护生态，促进生产，都具有明显的效益。“九五”期间，湖北省将按照国家制定的计划，重点在大中城市郊区、“菜篮子”工程基地，实施采用厌氧消化技术，以保护环境，兼取能源回收的能源--环保工程10-20处。近期首先在松滋、天门等地，兴建一批发酵工程总容量在1000m3以上的大型工程，实现集中供气，同时治理环境污染。
大中型沼气工程，作为一项新兴能源--环保工程，具有与其他能源工程（如城市煤气）不同的优越性的特点；
a、在工程目标上，煤气工程单纯制气，而沼气工程除制气外，又治理污染，并可获取有机肥料，而且不同的工程有不同的侧重点。
b、在制气原料上，煤气工程使用煤炭，这些煤炭还需经长途转运，而沼气工程使用就地可取的可再生生物质如禽畜粪便、食品、酿造、制药等企业排放的有机废水，全部是污染环境的废弃物。
c、从规模讲，煤气工程一般规模较大，沼气工程则可因地制宜，大中小并举，国家计委、农业部曾组织城市生物资源调查，不少中小城市的日排放高浓度有机废水上万吨。如按每吨COD5万毫克/升浓度的废水计算可产沼气20立方计算，每天排放1500吨有机废水所产的沼气即可供近2万户居民使用。如将这些工厂和郊区畜牧场统一规划，联片供气，将对城镇煤气化不足起到补充作用。
d、从建设周期来说，新建一个煤气气源厂，至少3-5年，而沼气工程，从动工到产气不到一年。
e、从投资上看，“六五”期间，平均每户1500元，政府还要对用户每人补贴煤气费4元，现在每增加一个煤气用户至少投资2000元。如河北唐山市煤焦制气厂每增加一个用户需增加投资1250元，而河北华北制药厂的沼气工程，每户仅需投资563元，还可节约排污罚款每吨1.27元。上海浦东煤气厂平均每户基建投资1500元，每千卡煤气成本3.8×10-5元，而上海前进农场的沼气站平均每个沼气用户投资709元（为浦东煤气厂的47.3%），制气成本为每千卡3×10-5元（比浦东煤气厂低21%）。
目前湖北省的大中型沼气工程无论其规模，其范围，其投资额均是远远不够的。一方面大量的粪便，工业有机废水的排放污染了环境，另一方面，处处在呼吁能源短缺，广大城镇居民迫切要求使用优质气体炊事燃料。这两大矛盾的最优化解决的办法就是积极、慎重地兴建大中型沼气集中供气工程，实践已反复证明只有这种对生物质能集约化应用的方式可同时做到治理环境污染，回收优质能源的双重效益。
3、开展生物质固化和气化的研究与试验，为农村小康化提供商品性能源。
为适应农村小康发展对用有质量的需求，我们在开展对生物质能利用技术的研究中，应转变过去那种单纯以解决缺烧为目标的观点，而应以实现小康为目的，把农村的低级能源转化为高级能源。因此，我们应立即着手进行生物质能固化和气化的转化技术研究与试验，并开展气化配套设施及用途的研制。如在木材、秸秆较为富余的地区，以这些原料或其它农业废弃物生产出成型燃料，以供给严重缺柴区使用（比烧煤便宜）；同时，湖北省也应对国内生物能利用中极有前途的炭、油、气综合转换技术尽早进行研究及应用试验，使常规生物质转化为高品位能源，供农村生产和生活用。湖北省可用作气化炉原料的生物质资源，除按通常方法所统计的2678万吨（薪柴799万吨，秸秆1879万吨）外，还有大量的农业废弃物，如木屑、木片、棉壳、稻壳等，据不完全统计，全省可收集的棉壳有26万吨，稻壳140万吨。若用这些废弃物作气化炉的原料，则所得产品的成本将大幅度下降，产品的市场竞争力也得到提高。从炭、油、气这三种产品的社会需求来看，潜力是很大的。仅原沙市市，一年的生活用炭和工业用炭量就在5000吨以上，武汉市仅工业用炭量一年就需4700吨；此外，农民也迫切需要以秸秆变为木炭解决冬季取暖，至于木焦油、木质气、其用途更广，既可作优质燃料，也可作化工原料（木焦油）。使用炭、油、气综合转换设备主要以产炭为主，在调节炉内热解温度后，也能成为以油、气为主要产品的生产过程。而在以产气为主的气化炉中，利用稻壳经气化后即可得到优质燃气，据国内外研究试验表明，用稻壳气化、发电具有很高的经济效益，整套设施（包括土建、设备和稻壳灰利用）的投资，在两年内即可收回。江苏昆山有我国最大的稻壳发电系统，7套机组共1560千瓦，其发电量已成为粮食工业的主要能源。综上所述可见湖北省尽早开展生物固化与气化研究有百利而无一害，有原料、有市场、更有技术，湖北省科技力量雄厚、门类齐全，科技攻关势在必行。按照全国21世纪议程的规划，对于生物质的高层次利用技术要在2000年取得突破性进展，湖北省若不立即着手进行必将落伍。因此，湖北省要充分利用自己技术、原料、市场三大优势对生物固体气化转换技术作高起点研究。
关于加快开展我省生物质能集约化应用的建议
综上所述，既然开发生物质能在湖北省具有重大的战略意义，是发展生态农业的根本有效措施，而湖北省又具有开发利用生物质能的良好自然资源条件，对生物质能的集约化应用也具有一定的基础，那么制定规划，采取措施，加速湖北省生物质能利用技术的发展则是当然之举。建议如下：
1、将生物质能的应用纳入湖北省国民经济和社会发展“九五”计划和2010年规划。
国家十分关心包括生物质能在内的新能源和可再生能源发展，1995年1月5日，国家计委、科委、经贸委办公厅联合印发《新能源和可再生能源发展纲要》，提出的今后15年发展总目标是：“提高转换效率，降低生产成本，增大在能源结构中所占的比例。新技术、新工艺有大的突破，国内外已成熟的技术要实现大规模、现代化生产，形成比较完善的生产体系和服务体系；实际使用数量要达到39000万吨标准以上（包括生物质能传统利用方式的利用量），为保护环境和国民经济持续发展做出贡献”。根据国家《纲要》精神，结合湖北省实际情况，相应地编制湖北省生物质能“九五”计划和2010年规划，并做为湖北省生态农业和能源发展的相关内容，纳入湖北省国民经济和社会发展“九五”计划和2010年规划，使这一关系广大农民切身利益和农村工作重要内容的生物质能发展列上党和国家重要议事日程，并纳入法制轨道。
2、制订切实可行的优惠政策和支持措施。
生物质能转换技术是着眼于未来替代能源的、正在研究、探索、发展中的一项高新技术，许多技术的社会效益显著而经济效益却一时难以体现。许多项目是为贫困落实地区广大人民造福的扶贫事业，是改善生态环境、保障生态平衡的公益事业。为了促进这项战略措施的发展，建议我国政府也和世界各国一样，对于新能源的研究开发和推广应用给予积极的鼓励和支持，实行免税、减税、补贴、无息或低息贷款等优惠政策。比如对于大中型沼气工程的投资除了政策的部分拨款外，可将所要使用的技术改造贷款等优惠政策。比如对于大中型沼气工程的投资除了政策的部分拨款外，可将所要使用的技术改造贷款纳入政策性银行，由于大中型沼气工程同时也是一项环保工程，应采取行政、法制和经济手段鼓励甚至强制推广应用，从环保罚款中还可提留一定的比例作为投资来源之一。还可考虑从各种渠道筹集资金建立湖北省的生物质能研究开发基金，作为有关部门和科研人员从事专题项目的研究经费。
3、抓好示范项目，推选产业建设。
由于生物质能集约化应用，目前主要是面向广大农村和中小城镇，因此应以点带面，抓好示范项目，然后推而广之，使之形成气候，推进产业建设，示范项目的选取须注意：技术先进而又成熟，工艺不甚复杂，成本不是很高，能源利用率较高，经济和社会效益明显等，近期可以考虑围绕省柴节煤灶、生物质炭化有条件的地方可将固化气体裂解等技术综合使用和沼气工程等示范项目推进产业建设。
1981年起，国家提倡农村使用省柴节煤灶，注重节约、实用、方便的统一，经过十年努力，便迅速控制了过量燃用生物质资源的严峻局面，新型高效炉灶成为农民欢迎的厨具，现在全国有1.2亿农户使用热效率超过20%的炉灶，较旧式炉灶节些30-50%，1994年我省普及省柴灶已达1000万户，目前是，省柴节煤灶正向多功能、商品化方向发展，是农村能源一宗主要产业。
近年来湖北、河北、江苏、山东、安徽等省将秸秆开发为“生物煤块”，直接替代煤炭，供乡镇企业锅炉使用，或者进一步炭化，供乡镇企业锅炉使用，或者进一步炭化，制成生物炭，出售给冶金行业或提供出口，这样每亩秸秆可增值40-50元，压块机和生物煤已成为新产业。
另外，大型的沼气工程集中供气站在抓沼渣沼液的综合利用中，也呆派生出饲料、肥料等加工企业，小型户用沼气工程也可带动发展预制模块，家庭沼气--养殖等产业。
4、加强技术科研工作并突出重点。
新能源技术是世界新技术革命的支柱技术之一，高效率的利用生物质属于高科技领域，正在迅速发展，有许多技术难关须要攻克，有许多新产品有待开发研制，有许多成功的新技术要很好地消化吸收和推广应用，因此，科研工作至关重要，应大力加强，增加投资。
由于小柴炉灶和沼气工程已基本定型，只是巩固推广应用的问题，湖北省在“九五”期间可将生物质的气化、固化技术列为近期重点科研攻关项目，随着农村小康目标实现，农民用能水平、质量和设备现代化将成为评价小康内涵的重要内容，可以预见，炊事和采暖用能及其设备最具市场活力，可再生能源产品从研制经中试到商业利润回收，不同阶段应形成自身的梯度构架，即①成熟技术向市场投入一批，商业利润回收一批；②向市场过渡中试示范投入一批；③重点科技攻关项目起动一批。
“九五”期间逐步开展以下工作；
①进一步研究完善生物质气化装置，并扩大功能，开拓市场，进入食品、中药材、养殖、种植业的烘干供热领域。
②对生物质固化成型技术，建议两个面向，即一是制炭，一是制“生物煤”，制炭市场效益高，但对压制成型技术要求高：比重1.35-1.45，机械弯曲强度38kg/cm2，抗压强度320kg/cm2，关键技术是磨损件的使用寿命和可靠性，低压成型产品“生物煤”压制强度低，比重0.5-0.6，做到易燃，可运储，取代煤和柴。
③生物质热解液化技术难度较高，但应安排少量科技人员跟踪国内外动向，做些技术储备，为下一世纪生物质高品位产品进入市场打下基础。
以下项目对湖北省农村的现实虽然是较长期的，投资是巨大的，但2010年可能是被接受的产品：
a、热值达到（9350-450）×4.1868J/m3的可管道输送的甲烷化煤气和热解水煤气；
b、生物质注氧/蒸汽气化甲烷化，生产液体燃料替代矿物燃料油；
c、生物质制氢技术。
④重视生物质能软课的研究，为制定正确研究开发方针，少走弯路，减少失误，做好工程技术项目的前期准备，提供依据的佐证。
生物质的用途范文2
【关键词】生物资产准则；生命周期；生产性生物资产
一、生产性生物资产准则解析
生物资产是与涉及活性物种企业的生产相关且具有活性和脉搏的资产，它可以进行物种产出，导致自身在定义划入、衡量数据和对外说明方面产生特性。尤其针对活性物种相关企业，活性物种资产的正确划入和衡量，将有助于企业的良好存续。
生产性生物资产盘点之后有盈余的成年类型的生产用途活性物种资产，其价格的记录是盘点当时的市场的价格，在借方增加记录生产用途活性物种资产，贷方增加记录为待处理财产增减。如果成年类型的生产用途活性物种资产之后进行处理或是转出出售，价值仍然是处理当时的账面的价值，要从生产用途活性物种资产的账户转出，然后成为固定资产账户下属的用于处理用途的清理账户，同时将已记录的累计折旧和跌价准备进行相应转出。
二、生产性生物资产准则执行现状分析
1.生物资产分类标准界定不明
由于活性物种资产具有活性，处于不同阶段的活性物种资产的本质迥异，因此衡量方式应不同。而现阶段的基本情形是我国的活性物种上市公司依照规章规定将活性物种资产划分了为耗竭用途、环保用途、生产用途三大类，只是反映了企业持有生物资产的用途，界定过于简单化，没有注意到生物资产生长特征，未完整反映出活性物种资产的确实本质。显然处于不同活性时期的活性物种资产有很大本质区别，只反映活性物种资产的服务运作将会使决策者无法清楚明确地了解企业的活性物种资产在当前的确实本质以及资产的未来本质。
2.现存折旧方法的缺陷
我国会计规章针对活性物种资产取消了加速折旧法的实行，加速折旧法加快了成本分摊速度。事实上在实务中加速折旧法对于生物资产是很有效的折旧计提方法，因为加速折旧法是根据资产的效用逐年递减来计提的，而生产用途活性物种资产在成年期后也具有逐年服务递减的特性，若采用加速折旧法计提生产用途活性物种资产会更符合收益费用相配原则。
使用年限平均法计提折旧，导致生产用途活性物种资产于成年后的成本分摊增加、收益下降，违背了配比原则。而工作量法又是假定了每一个服务单位要分配相同的成本分摊支出，实质上就是年限平均法的延伸。
产量法的原理是按活性物种资产提供的产品数量和活性物种资产数量计提成本分摊，即指活性物种资产提供的产品越多，计提的成本分摊也相应越多，这更符合活性物种资产的活性周期。
3.公允价值计量模式引入的困境
我国的生物资产市场不完整，对于大多数活性物种资产，尤其针对未成年的生产用途活性物种资产，难以找到可观察到的市场价值，加之估值单位不可信赖，资产评估的人为操纵，且公允价值的估价技术也有一定难度，各方面因素共同导致了我国活性物种资产还不能满足规章中的公允化买卖价格衡量状态，因此在实务中还是大多普遍采用了成本衡量，可见规章中关于公允化买卖价格的引入与运用仍将会有一个较长的适应和调试过程。
4.信息披露不足
我国的生产性生物资产准则中要求披露的信息仍不够详尽，未针对生产性生物资产的分类标准、生产性生物资产的性质、生产性生物资产生长的地理环境和气候、生产性生物资产的收益信息等等方面的披露做出具体要求。此外，针对农业相关活动的风险和会计政策方面的规定也不充分，这将会降低生产性生物资产提供的信息对于决策的有用性和相关性。
我国的活性物种资产规章只要求企业对外说明生产用途活性物种资产的成本分摊，但是缺乏针对活性物种资产的定义划入、有关收入的衡量、以及价值减损的衡量等等规定。
生产用途活性物种资产因为活性生长，第一次产出的收益应该在财务报告附注中对外说明。因为生产用途活性物种资产成长价值的信息对决策者影响较大，增加该信息的对外说明可以大幅度提高生产用途活性物种资产对决策者的评判准确性。
三、完善生产性生物资产准则的建议
1.细化生物资产的确认和分类标准
我国规章中根据用途和目的将活性物种资产划分为耗用类型活性物种资产、环保类活性物种资产、生产用途活性物种资产三大类，但活性物种资产中各种不同类型又有各自生长特性和周期，简单划分为如此三大类进行会计核算会造成折旧等成本的错误划归。要根据其成长活性具体划分为幼年期、茁壮期、成年期、老化期四个阶段来进行不同的会计确认和计算，尤其针对生产性生物资产，其生命周期难以明确界定和划分，还可以根据是否进入正常生产周期来划分为未成年型和成年型两类。成年的生产用途活性物种资产指的是进入了成年服务期，可完整提供服务的生产用途活性物种资产，而未成年的生产用途活性物种资产是指将来用于生产用途活性物种资产，但还不能完整提供服务的生产用途活性物种资产。
2.改进生产性生物资产的折旧政策
3.逐步推进公允价值的分类实施
在我国，生产用途活性物种资产的完整交易市场近似存在，即便某些情况中无法取得生产用途活性物种资产在现存条件下的本质价值，企业也可以通过估算将来取得资金折算到此刻的价格确定其公允化买卖价格。在此种情况中对生产性生物资产用公允价值替代历史成本计量是有效可行的，建议我国针对生产性生物资产的公允价值运用条件可以适当地放宽松。公允化买卖价格衡量的信赖程度成为难题与运作中的坎坷，需要通过立法规章、严密监察监管，且具体情境具体运作推行生产用途活性物种资产的公允化买卖价格衡量，则其信赖程度可以提高。
4.完善生物资产信息披露制度
此外还要增加生产用途活性物种资产的利润取得的对外说明。收入包含净收益、其他收益等，净收益是指企业主营业务所产生，其他收益指的是企业其他业务的个别活动和自然条件变化造成的，这些收益项目采用了公允价值而形成。一般出现于资产后期衡量时期，会产生已经确认但没有收到或付出的损益，因此必须在财务报告中对外说明生产用途活性物种资产的成长活性增加额的信息。
生物质的用途范文3
一、斯密关于资本用途的划分
在1776年出版的著作中，斯密在第二篇中单辟一章讨论资本的各种用途，这足以表明他对这一问题的重视程度。斯密认为：“资本有四种不同用途。第一，用以获取社会上每年所须使用所须消费的原生产物；第二，用以制造原生产物，使适于眼前的使用和消费；第三，用以运输原生产物或制造品，从有余的地方运往缺乏的地方；第四，用以分散一定部分的原生产物或制造品，使成为较小的部分，适于需要者的临时需要。”[①]按照斯密的解释，这四种用途中的第一种用途是指农业、矿业、渔业投资，第二种用途是指工业制造业投资，第三种用途是指批发商业投资，第四种用途是指零售商业投资。斯密不仅作出了这四种资本用途的划分，更重要的是，他从自身对社会经济活动的考察结果出发，高度概括且明确地以为：“这四种用法，已经包括了一切投资的方法。”[②]
不过，在此需要阐明的是，斯密所说的分有四种用途的资本均指用以维持生产性劳动的资本，也就是说对生产性劳动的确认是资本存在及用途划分的前提。而什么是生产性劳动，生产性劳动与一般劳动、与非生产性劳动的区别是什么？这是学术界长期讨论至今仍争论不休的问题。至少在中国，关于这一问题就进行过三次大的讨论。第一次是在二十世纪60年代，第二次是在二十世纪80年代，第三次是在二十一世纪初也就是现在。如果说这一问题是二十一世纪的经济学仍在讨论的大事，那么十八世纪的经济学家对这一问题的认识是难免有偏差的，而他们提出这一问题又显得是十分可贵的。为了清楚地了解斯密划分资本的范围，这里有必要引证一下斯密本人对于生产性劳动与非生产性劳动划分的认识，他说：“有一种劳动，加在物上，能增加物的价值；另一种劳动，却不能够。前者因可生产价值，可称为生产性劳动，后者可称为非生产性劳动。”[③]由此可见，斯密认为能将劳动物化在物上，能使物的价值增加的劳动是生产性劳动，否则就不是生产性劳动，资本同生产性劳动的结合是资本发挥自身作用的前提条件，或者说只有同生产性劳动结合的投资才是资本，即资本不论怎样划分用途，都是同价值创造或是说物的价值增加直接有关的。
但是，在确定资本与生产性劳动结合这一资本存在的前提下，我们还需重视斯密关于资本用途划分的体现他本人学术风范的两方面思想。
其一，斯密认为：“一切资本，虽都用以维持生产性劳动，但等量资本所能推动的生产性劳动量，随用途的不同而极不相同，从而对一国土地和劳动的年产物所能增加的价值，亦极不相同。”[④]在一般市场经济的运行规则中，等量资本是可获取等量利润的，而斯密却认为等量的价值增加可能使用的资本是不等量的，资本因用途不同而不是因其他方面的不同就可能会产生不同的推动生产性劳动作用，等量资本的投入可能不会产生等量的价值增加。斯密的这一思想应该说较之等量资本得等量利润的认识更为深刻，因为这不是局限于资本收益看问题，而是通过资本的使用看到了基础性产业与非基础产业之间的不同，即看到了在不同产业之间的投资效果的根本性不同。具体说，就是资本在农业、工业、批发商业和零售商业这四种用途上所起到的作用是不同的。
其二，斯密认为：“这四种投资方法，有相互密切关系，少了一种，其他不能独存，即使独存，亦不能发展。为全社会的福利计，亦是缺一不可。”[⑤]这就是说，作为经济学家，而不是作为商人，斯密更注重的不是资本的用途，而是各种资本用途之间的联系。如果说，斯密对资本用途强调其效果的不同，那么在资本用途之间的联系上，斯密则更强调的是各种用途的必要性即不可缺少性。这同样是与其同代人相比相当深刻的认识。斯密考察的范围是国民经济，他是站在国民经济的立场上分析研究资本的用途和资本的作用，他不仅强调了劳动的分工与协作，而且也强调了资本的用途分类及各种用途之间的统一。就此而言，这往往是现代经济学研究所忽略的一种思想，即资本的宏观整体性更重于资本的微观竞争性。
二、斯密对前人认识的超越
斯密关于资本用途划分的理论，即使在今天来看，也是很深刻的，因为他不单纯是划分了资本的四种用途，而是进一步揭示了资本各种用途之中的基础性投资与非基础性投资的不同，资本各种用途之间的相互密切联系，每一种用途都具有必要性。历史地看，斯密的这一理论代表了十八世纪经济学研究的高度，这既不同于十九世纪、二十世纪的资本理论研究，也不同于斯密之前的经济学认识水平。斯密对资本用途的划分及其深刻认识，反映了十八世纪资本主义的发展状况，超越了当时原有的资本理论思想，更具有经济学研究贴近社会真实的全面性。斯密的思想主要表现在对重商主义和重农主义认识的超越上。
重商主义是产生于资本主义原始积累时期的经济学说。“到了中世纪晚期，西欧社会依稀地出现了资本主义生产方式的曙光。随着封建自然经济的日趋衰落和商品货币关系的日益发展，民族国家的兴起对于财富的空前渴望以及地理大发现对于世界贸易的极大刺激，导致了一场商业资本的革命。商人以及商业资本在社会经济生活中发挥了至关重要的作用。在这样的历史条件下，人们对于资本的研究与考察便自然地集中于商业资本的形态，从而形成了重商主义的经济学说。”[⑥]重商主义的基本思想是，只有货币才是财富，货币与资本是等同意义的，只有经商才能创造财富，而生产只是创造财富的先决条件。重商主义最重的是商业资本，即他们只认为商业才能增加货币。马克思曾认为，重商主义是对资本主义生产方式最早的理论探讨，反映了资本主义原始积累时期商业资产阶级的利益。而斯密对于重商主义的认识超越，则就表现在经济学思想对于狭隘商业资产阶级利益的超越上。斯密并不认为商业是创造财富的惟一源泉，他对资本用途的划分以及他对资本四种用途之间关系的分析说明他的理论比之重商主义的认识已经有了更为广阔的视野，不再以偏概全，不再将对资本的认识停留在货币关系的表层。斯密认为：“原生产物及制造品富饶的地方，必以所余运往缺乏的地方，假设没有资本投在运输业中，这种运输便不可能。于是它们的生产量便不能超过本地消费所需要的。批发商人的资本，可通有无，使这个地方的剩余生产物交换别个地方的剩余生产物，所以，既可以奖励产业，又可以增进这两个地方的享用。”[⑦]并且，斯密还进一步分析了零售商业资本的重要性和必要性。但是，斯密并没有沿袭重商主义对商业资本的完全推崇，没有将商业资本视为惟一的资本，他认为资本有四种用途，更认为：“假设没有资本用来提供相当丰饶的原生产物，制造业和商业恐怕都不能存在。”[⑧]这就表明，斯密将农业视为基础产业，将投在农业上的资本视为更具有基础性的资本存在。这是斯密的资本理论对于重商主义认识的超越。
再者，斯密的这一理论也超越了在他之前产生并与他同时代存在的重农主义认识。重农主义，又称重农学派，是继重商主义之后又出现的一个资产阶级经济学学派。这一学派的代表性著作即弗朗斯瓦·魁奈的《重农主义，或者对人类最有利的治理的自然准则》于1767年出版，比斯密的《国民财富的性质和原因的研究》早出版了9年。在此代表著中，魁奈坚持认为社会总产品与农业的年产量等同，工业和贸易都不能增加国家的财富。这也就是说，重农学派将资本的存在仅限于农业领域，同重商主义将资本的存在仅限于流通领域一样，表现出认识上的以偏概全。然而，毕竟时代在进步，与重商主义不同的是，重农学派是将这惟一的资本存在锁定在基础性的农业产业上，而不是非基础性的商业流通中。魁奈生活的时代与斯密生活的时代是一致的，但在当时，在魁奈对资本的认识还存在简单化的局限性之时，斯密用自己的著作分析超越了魁奈的片面性，达到了对资本综合认识的全面性高度。斯密关于资本四种用途的划分，实质说明资本是存在于农业、工业、商业各个领域之中，并非只存在于商业，也并非只存在于农业，社会的财富是各个领域共同创造的。与重商主义相比，斯密对资本的认识克服了对非基础性产业资本崇拜的片面性；与重农主义相比，斯密又克服对基础性产业资本崇拜的片面性。斯密认为：“农业家资本所能推动的生产性劳动量最大。”[⑨]但是，他更为全面地认识到：“输出入虽有国籍上的差别，但以资本输出国内剩余生产物来交换国内需要的物品，那就无论是外国人或是本国人的资本，对这剩余生产物所给予的价值，总是一样的。批发商人是本国人也好，不是本国人也好，他的资本，同样有效地使生产这剩余生产物的人的资本得以偿还，同样有效地使生产这剩余生产物的人的营业得以继续经营下去。这就是批发商人资本对维持本国生产性劳动和对增加本国年产物价值所提供的主要助力。”[⑩]像魁奈一样，斯密也是高度重视农业和农业资本的基础性作用，但是他又能超越其同代人，更全面地认识资本的存在和资本的各种用途的必要性，并不因资本的基础性用途的重要性而否认资本用途的全面性和非基础性用途的不可缺少性。
三、马克思的抽象划分与斯密的具体划分
斯密对资本各种用途的论述是按其投入的产业具体划分的。这一点与十九世纪马克思对资本用途作出的抽象划分是不同的。研究马克思抽象划分与斯密具体划分的不同，也是有助于研究斯密资本理论的贡献和十九世纪经济学是对资本认识的发展历史的。
不过，需要明确马克思关于不变资本和可变资本的划分不在本文的讨论范围之内，因为那不是资本用途的划分，而是资本性质的划分。与此相关，本文也不涉及固定资本和流动资本方面的探讨，即在此不分析不变资本和可变资本与固定资本和流动资本之间的区别，对这四个范畴的分析可能具有更一般的意义。本文要分析的是与斯密具体划分资本用途相关的马克思对资本用途的抽象划分，以此来加深对斯密资本理论的认识和了解。
马克思没有像斯密那样，具体地分析农业资本、工业资本、商业资本的划分意义。他的研究以工业资本为主，以商业、银行资本为辅，兼顾农业资本问题，但其关于资本在社会运行中的用途的认识，则是以高度概括性的分析为特征的。马克思抽象地将社会的再生产分为两大部类，第一大部类是生产资料的生产，第二大部类是生活资料的生产。在这一抽象划分上，不能不说马克思的认识比斯密的认识又深入了一步，斯密始终强调的各种资本用途的相互密切的关系在马克思的两大部类划分的再生产模式中得到了更清楚的证明。也许正因如此，或还有别的原因，在改革之前，甚至在改革之后相当一段时间内，中国的学者对按具体的产业划分出第一、第二、第三产业的归类不予接受，而只研究和运用马克思的两大部类的划分。事实上，斯密的资本四种用途的划分，是很接近或是说很类似于第一、二、三产业的划分，只要将斯密的商业资本扩展为服务业资本就可以了。而在这种划分上，确实缺少两大部类划分的概括性，也缺少对各类资本用途联系的解释力。但是，从长期的讨论中，也可以看出，两大部类的抽象与斯密四种用途划分的范围并不一致，马克思的抽象范围似乎只概括了斯密的前两种用途，即只包括农业、矿业、渔业和工业制造业，并不包括批发商业、零售商业等等。从这一点来讲，如果单纯讨论资本用途，那么可以说斯密的划分范围是完整的，至少在他那个时代是较为完整的。因此，与斯密相比，马克思的抽象划分缺少对今天讲的第三产业即非物质生产领域的概括。马克思对生产的理解虽然是高度抽象的，是明确指向生产资料和生活资料的生产，但却局限于物质生产领域，这是与斯密四种用途的划分有区别的地方。从现实来讲，不论是关于资本的研究，还是关于社会再生产的研究，都不可缺少非物质生产领域，即都应将第三产业概括进去。所以，马克思的抽象划分与斯密具体划分的不同在这方面可引起理论界的进一步思考。
马克思的抽象认识较之斯密的具体划分更为深入的表现是，马克思对产业资本作了抽象的三种形态的划分。在研究资本循环中，马克思指出：“资本价值在它的流通阶段所采取的两种形式，是货币资本的形式和商品资本的形式；它属于生产阶段的形式，是生产资本的形式。在总循环过程中采取而又抛弃这些形式并在每一个形式中执行相应职能的资本，就是产业资本。”[11]而斯密在论述资本的各种用途及其对社会财富的创造作用时，并未探讨资本的循环过程，也未能认识到资本循环中的各种形态的存在。但就生产资本的认识来讲，斯密是在前强调惟有生产性劳动才能使资本起到创造财富或增加物的价值的作用，马克思是在后强调惟有生产资本存在的阶段才是价值创造和价值增值过程的统一。马克思与斯密关于这一资本的界定也是有分歧的。马克思通过资本循环过程的分析，更进一步缩小产业资本的本质活动范围，指出只有处于生产阶段的资本才是生产资本，在流通领域不可能有生产性的资本作用。这对于斯密的认识实质是一种批判，因为斯密对于资本用途的划分始终表明流通领域也是资本发挥作用的领域，斯密通过对各种资本用途相互密切联系的分析说明各种资本，包括商业资本都可起到维持生产性劳动的作用，都是必不可少的独立存在的资本。可以说，关于这一问题的讨论，具有完全的学术性，不论是马克思，还是斯密，都应服从客观的逻辑。在二十一世纪，经济学仍需继续探讨这方面的理论问题，马克思的抽象划分研究和斯密的具体划分论述都将是不可忽视的思想素材。
四、斯密对资本用途的
评析
斯密将资本的用途划分为四种，他对每一种用途都有自己的看法。与现代资本理论的研究相比，斯密对资本用途的认识是最基础性的，仅仅是从产业的存在与发展来讲资本的投入及其作用，远没有接触到市场经济的中枢神经即资本市场的运行问题。但由于斯密的研究是最基础性的，其划分的用途是最基本的划分，所以，斯密的分析对于现代资本理论研究仍是值得注意和重视的。对于科学研究来说，一个学者的认识价值并不在于正确与否，而在于能否起到学科推进作用，能否对后人的研究给予启示。因为在探索的过程中，任何人都不能保证自己的认识始终正确。因而，在经历了200多年之后，我们更应以平和的学术心态看待斯密对资本用途主要观点。
1、“在各种资本用途中，农业投资最有利于社会。”[12]斯密特别强调这一点并始终坚持这一点。其实，斯密所处的时代，已经是工业革命兴起之后了，资本主义大工业的力量已经震撼了整个世界，但是，斯密还是强调农业在整个国民经济中的重要性，农业投资在整个社会资本运作中的基础性。斯密认为：“按照事物的自然趋势，进步社会的资本，首先是大部分投在农业上，其次投在工业上，最后投在国外贸易上。这种顺序是极自然的；我相信，在所有拥有多少领土的社会，资本总是在某种程度上按照这种顺序使用。”[13]在现代资本已证券化的状态下，斯密的认识仍是有重要意义的，即社会到任何时候也不能不重视农业，农业的重要决定农业投资重要，只有保障农业投资才能保障农业起到应有的基础作用。如果因为资本都虚拟化了，而忽视农业投资，那将对整个国民经济的发展是极其不利的。从现在讲，并不能对斯密在农业投资上的观点质疑。
2、“比较重要的是，制造者的资本应留在国内。”[14]斯密同样极其重视工业资本，这是斯密不同于同时代的重农学派的地方。正是由于有这样的见地，才使得斯密能成就自己的经济学理论，成为那一特定历史时代的大师。斯密认为：“因为有这种资本留在国内，本国所能推动的生产性劳动量必较大，本国土地和劳动的年产物所能增加的价值也必较大。但不在本国境内的制造者资本也对本国极有效用。”[15]这就是说，在斯密时代，他很明确支撑当时社会的，必须有一定量的工业资本，少了这种资本，国家就不能强盛。在现代，虽然资本已经全球化运动了，跨国公司几乎统治着大半个世界市场，但是斯密强调工业资本应留在国内的观点仍具有现实意义，因为毕竟在人类整体利益之下还划分各个国家的利益。这里，斯密说的留在国内的工业资本是对本国有利，斯密说的不留在国内的资本也是对本国有利的。现在欧美跨国公司的资本不留在国内的，正像斯密所说，也是有利于本国的。
3、“投在出口贸易上的资本，在三者中，效果最小。”[16]斯密的这一认识是针对当时情况讲的，但是对于一个大国来讲，这应是一种永远不可改变的信条。出口贸易不能成为一个大国的主要经济活动，不论何时，大国的消费主要都需由本国的生产来保障，本国的生产物应主要供应本国消费。所以，即使是今天来看，斯密的这一认识也是很准确的。斯密的态度在这一问题上是很明确的，他认为：“政治经济学的大目标，既是增进本国的富强，所以，为本国计，与其奖励消费品国外贸易，无宁奖励国内贸易，与其奖励运送贸易，无宁奖励消费品国外贸易或国内贸易。为本国计，不应强制亦不应诱使大部分资本，违反自然趋势，流到消费品国外贸易或运送贸易方面去。”[17]而斯密讲的这种自然趋势，实际指的就是大国经济基本应自给自足，不论大量出口，还是大量进口，都是不合算的。
4、“私人利润的打算，是决定资本用途的惟一动机。”[18]斯密的这一条总结，可以说精辟地概括了市场经济运行的精髓，也是对资本运行的微观基础最好的阐释。因为在哪一个领域投资，对投资者来说，追求的目标都一样，只有收益高，才能吸引投资者。至于具体的产品是农产品、工业品，还是技术、服务、贸易，这对投资者并不重要。投资只要求价值增值，斯密是准确地抓住了这一点来做资本用途分析的，所以，他既要划分资本用途，又要解释市场的机制。但是，作为经济学家，斯密并不完全认同这种市场机制的作用，因为这一机制与他所论述的各种资本用途的自然趋势可能是存在某种冲突的。因此，从斯密的整体学说来讲，他并不主张完全的市场自由，他从实际出发同样要求社会对自发的市场机制有一定的干预，包括社会对私人投资用途的一定干预，以保证国民经济运行合理，国家富强昌盛。
主要参考文献：
马克思：《资本论》，人民出版社，1975。
张卓元主编：《政治经济学大辞典》，经济科学出版社，1998。
王振中主编：《政治经济学研究报告2》，社会科学文献出版社，2001。
钱津：《劳动论》，企业管理出版社，1994。
钱津：《劳动价值论》，社会科学文献出版社，2001。
[①] 亚当·斯密：《国民财富的性质和原因的研究》上卷，商务印书馆1988年版，第329、330页。
[②] 亚当·斯密：《国民财富的性质和原因的研究》上卷，商务印书馆1988年版，第329、330页。
[③] 亚当·斯密：《国民财富的性质和原因的研究》上卷，商务印书馆1988年版，第303页。
[④] 亚当·斯密：《国民财富的性质和原因的研究》上卷，商务印书馆1988年版，第329页。
[⑤] 亚当·斯密：《国民财富的性质和原因的研究》上卷，商务印书馆1988年版，第330页。
[⑥] 张凤林：《西方资本理论研究》，辽宁大学出版社1995年版，第2页。
[⑦] 亚当·斯密《国民财富的性质和原因的研究》上卷，商务印书馆1988年版，第330页。
[⑧] 同上。
[⑨] 亚当·斯密：《国民财富的性质和原因的研究》上卷，商务印书馆1988年版，第333页。
[⑩] 亚当·斯密：《国民财富的性质和原因的研究》上卷，商务印书馆1988年版，第335页。
[11] 马克思：《资本论》第二卷，人民出版社1975年版，第60页。
[12] 亚当·斯密：《国民财富的性质和原因的研究》上卷，商务印书馆1988年版，第334页。
[13] 亚当·斯密：《国民财富的性质和原因的研究》上卷，商务印书馆1988年版，第349页。
[14] 亚当·斯密：《国民财富的性质和原因的研究》上卷，商务印书馆1988年版，第335页。
[15] 同上。
[16] 亚当·斯密：《国民财富的性质和原因的研究》上卷，商务印书馆1988年版，第336页。
生物质的用途范文4
关键词：地面水，安全，评估模型，污染源
中图分类号：TU991文献标识码： A
1.引言
饮用水源地污染是人类健康的最大杀手。从全球范围而言，污染的水源是人类致病、致死的最大单一原因[1]，全世界80%的疾病是由饮用被污染的水而造成，全世界50%儿童的死亡是由于饮用水被污染造成。随着城镇化的发展，越来越多地区采用地表水作为人们饮用水源。然而，大量的化学污染物被排放到外部环境中，将严重威胁饮用地表水的安全[2]。在缺水地区，地面水在越来越多的城市被作为饮用水的主要来源[3]。国际癌症研究中心对饮用水中的有害物质进行了定量研究[4-6]，指出如何确定饮用水资源中的污染物需要利用更为精确的评价方法[7]。对饮用水资源进行健康安全评价和管理是一种有效提高水资源质量的方法。本文根据健康风险评价方法建立了饮用水评价模型，并以石家庄为例进行了实证分析。
石家庄市位于河北省中南部，位于北纬37°27′～38°47′，东经113°30′～115°20′，跨太行山地和华北平原两大地貌单元。石家庄于1925年建市，1968年改为河北省省会。在工业化和城市化过程中，因长期使用地下水造成水位的急剧下降，随于1995年开始启用市区西部的滹沱河上的黄壁庄水库和其上游的28 km处的岗南水库的地表水作为城市的饮用水源，目前已占供水量的50%，且逐年增加。地表水和地下水混合供水，增加了水质的风险。本次研究收集了石家庄市专门净化来源于黄壁庄和岗南水库原水的城市地表水厂1996-2006年的出水水质环境监测数据，包括水质物理、化学指标。
2. 饮用水健康风险评价模型
健康风险评价是通过估算环境中有害因素对人体发生不良影响的概率来评价暴露于该因素下人体健康所受的影响。它的主要特点是以危害度作为评价指标，把环境污染程度与人体健康联系起来，定量地描述污染物对人体产生的健康危害[8]。水环境健康风险评价主要研究水环境中有害物质对人体健康损害的评价。水中有害物质按照是否致癌分为致癌毒物质和非致癌毒物质，前者包括放射性物质、生物致癌物和化学致癌物[3]。
根据污染物对人体产生的危害效应，以及人类几十年来对水环境中有毒物质(包括致癌毒物质和非致癌毒物质)的大量研究结果，可建立起不同类型污染物(饮用途径)对人体健康危害影响的风险评价模型。
2.1致癌毒物质所致健康危害的风险
致癌风险率对于致癌物来说，一般认为它们没有阈值的限制，即便只有微量存在，都可能对人体健康产生不利影响。致癌风险是以风险值来表征的，定义为长期的每日摄人剂量与致癌强度因子的乘积，它表示暴露于该种物质而导致一生中超过正常水平的致癌发病概率，即:
(1)
式中：p为致癌风险;（Dose）为一个生命周期中长期暴露的单位体重日均口服剂量;（carcinogenic potency factor）为致癌强度因子，其含意是终生持续暴露于某一单位浓度的化学致癌物中所能导致的超额患癌风险，其数值为剂量反应关系曲线斜率的95%可信上限(以动物试验资料为依据)或者为该斜率的最大似然估计值(以人体资料为依据)，一般直接可由USEPA风险信息系统(IRIS )和健康效应评价摘要表(HEAST)中查得。该模型假定肿瘤的形成的剂量反应关系曲线在小剂量时为直线且通过原点(即肿瘤形成的启动为无阈值效应)。另外这一模型将风险定义为个体发生癌症的概率或群体中癌症患者的比例。在大剂量时反应达到饱和，则有
(2)
当计算多种物质通过饮用水暴露途径的风险时，在分别计算出每种物质的致癌风险的基础上，通过累加计算可以得到总的风险水平，即
(3)
(4)
式中:为第种污染物经口服途径日均摄人量;为第种污染物经口服途径的致癌强度因子;n为致癌物总数。
根据USEPA数据，经由口服途径暴露的长期日摄人剂量可按下式计算：
(5)
式中取成人每日饮水量为2.2L，成人平均体重70,则(5)式变为
(6)
代入(4)式得到
(7)
假设研究区域内居民平均寿命为70年，则年度致癌风险为
(8)
2.2非致癌毒物质所致健康危害的风险
非致癌毒物质所致健康危害的风险可按下式计算
(9)
式中：P为非致癌毒物质通过口服途径对平均个人产生的健康危害风险;为非致癌毒物质通过口服途径的单位体重日均暴露剂量，; 为非致癌毒物质通过口服途径参考剂量; 为假设为参考剂量水平所对应的健康危害的风险，即该风险水平对应于暴露剂量为参考剂量的水平，为个体终生(70年)发生某种健康危害的概率。
式(1)～(7)为水环境健康风险评价的基本模式。对于不同地区的不同对象，可以根据污染物浓度、成人每日饮用水量人均体重以及人均寿命等因素变化来改进评价模型。
2. 3评价参数的确定
根据国际癌症研究机构(IARC)和世界卫生组织(WHO)编制的分类系统，致癌毒物质致癌强度因子见表1。
表1 致癌物质饮水途径致癌强度因子
Tab.1 Strength factor of chemical carcinogen
致癌物质 CSF
57.9
15
41
7.3
对于非致癌物所致健康风险评价，参考剂量(饮水途径)参数见表2。
表2 非致癌物质参考剂量
Tab.2 The value of model parameter
非致癌物质 Reference Dose Rfd
0.014
0.0003
- 0.037
0.14
phenol 0.10
表3石家庄市地表水水质检测数据()
项目 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
Cd 0.0041 0.0035 0.0047 0.0039 0.0046 0.0047 0.0043 0.0042 0.005 0.0048
0.0045 0.0047 0.0048 0.0043 0.0042 0.00434 0.00396 0.00424 0.00432 0.00426
0.0038 0.0036 0.0039 0.00369 0.00353 0.00371 0.00307 0.00354 0.00381 0.00301
0.0009 0.0012 0.0013 0.0011 0.0013 0.0012 0.0015 0.0011 0.0017 0.0018
0.009 0.01 0.011 0.0097 0.0098 0.009 0.014 0.016 0.013 0.012
0.001 0.0009 0.00097 0.00091 0.001 0.0011 0.00092 0.00092 0.00094 0.00093
0.048 0.043 0.038 0.043 0.041 0.038 0.032 0.037 0.036 0.038
Mn 0.67 0.71 0.66 0.56 0.58 0.71 0.69 0.44 0.64 0.62
酚 0.001 0.001 0.002 0.001 0.001 0.001 0.002 0.002 0.001 0.002
3结果分析
3.1致癌毒物质
表4为致癌毒物质饮水途径健康危害的年风险，由表中数据可知石家庄市地面水环境健康风险变动幅度较小。年风险值介于1.13E-4～7.84E-05。
表4致癌毒物质风险度
项目 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
Cd 8.03E-05 9.07E-05 8.56E-05 7.52E-05 7.52E-05 7.27E-05 7.00E-05 5.71E-05 6.23E-05 7.26E-05
1.23E-05 1.29E-05 1.31E-05 1.17E-05 1.15E-05 1.19E-05 1.08E-05 1.16E-05 1.18E-05 1.17E-05
1.04E-05 9.86E-06 1.07E-05 1.01E-05 9.67E-06 1.02E-05 8.41E-06 9.69E-06 1.04E-05 8.24E-06
2.95E-09 3.93E-09 4.26E-09 3.61E-09 4.26E-09 3.93E-09 4.92E-09 3.61E-09 5.57E-09 5.90E-09
总风险 1.03E-4 1.13E-04 1.09E-04 9.70E-05 9.64E-05 9.63E-05 8.92E-05 7.84E-05 8.45E-05 9.25E-05
对于单个致癌毒物质来说(见表4)，由饮水途径所致的个人年健康风险排序为Cd>As>Cr>BaP。但是，所选取的致癌毒物产生的健康风险都高于国际辐射防护委员会(ICRP)推荐的最大可接受风险水平，其中由Cr污染所产生的健康风险是ICRP最大可接受风险水平的1.5倍;由BaP产生的健康风险分别是ICR所推荐的最大可接受风险水平的4.5倍。
3.2 非致癌毒物质
表5为非致癌毒物质由饮水途径所致健康危害的个人年风险，由表中数据可知，各污染物健康风险有较大的差异。其中酚的健康风险较低，年风险值介于4.76E-08～1.43E-10之间。
表5非致癌毒物质风险度
项目 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
9.18E-09 1.02E-08 1.12E-08 9.90E-09 1.00E-08 9.18E-09 1.43E-08 1.63E-08 1.33E-08 1.22E-08
4.76E-08 4.29E-08 4.62E-08 4.33E-08 4.76E-08 5.24E-08 4.38E-08 4.38E-08 4.48E-08 4.43E-08
1.85E-08 1.66E-08 1.47E-08 1.66E-08 1.58E-08 1.47E-08 1.24E-08 1.43E-08 1.39E-08 1.47E-08
Mn 6.83E-08 7.24E-08 6.73E-08 5.71E-08 5.92E-08 7.24E-08 7.04E-08 4.49E-08 6.53E-08 6.32E-08
酚 1.43E-10 1.43E-10 2.86E-10 1.43E-10 1.43E-10 1.43E-10 2.86E-10 2.86E-10 1.43E-10 2.86E-10
总风险 8.67E-08 7.90E-08 8.05E-08 7.92E-08 8.28E-08 8.35E-08 7.99E-08 8.49E-08 8.23E-08 8.17E-08
对于单个非致癌毒物质来说(见表5)，由饮水途径所致的个人年健康风险以锰和汞为主，其中锰占非致癌毒物质所产生健康风险的51.8～37.4%；汞占非致癌毒物质所产生健康风险的30.2～35.2%。西部太行山区地质岩石中Mn 矿含量高,由于水的渗透侵蚀,Mn 溶解于水中,使每年夏季岗南水库地表水中Mn 元素偏高。
3.3风险分析
饮用水健康危害总风险为致癌毒物质和非致癌毒物质所产生的健康风险之和。由表1～5分析发现致癌毒物的含量标准低于国家标准，地表水的致癌毒物质引起的健康危害的风险度要比非致癌物所致的健康危害风险度高4～5个数量级，其中致癌毒物质所致健康危害的个人年总风险超过国际辐射防护委员会(ICRP)推荐的最大接受值5.1×10-5(即每年每千万人口中因饮用水中各类污染物而受到健康危害或死亡的人数不能超过510人)。
地表水受水库周围环境和上游环境影响较大，1996年-2005年致癌毒物质健康风险变化不规律，详见图1。地表水厂再水处理过程中应增加必要的环节，进一步除去饮用水中的致癌毒物质，降低风险度。
4结论
通过对石家庄市地表水厂出口污染物的健康危害风险度计算，结果显示，使用地表水的饮用水水质因化学致癌物所致的风险度超过国际辐射防护委员会推荐的最大可接受限值5.10x10-5 ，风险度由大到小排列顺序为Cd>As>Cr>BaP。该市一方面地表水厂应特别重视镉离子和砷化物的去除，另一方面应改善黄壁庄水库和岗南水库的水质，加强上游污染的治理，特别是山西境内的滹沱河两岸的炼焦厂的废水治理。因为镉离子焦油中含量较高。非致癌性污染物的风险度大小顺序为Mn>Hg>氰化物>Pb>挥发酚，尽管其风险度目前还处于较低水平，但应引起管理部门的重视，增加设备去除Mn化合物，提高饮用水的水质。本研究沿用美国EPA饮用水污染物对人体健康暴露风险评价方法，暴露途径仅考虑平均饮水摄入，没有考虑其他暴露途径。
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生物质的用途范文5
关键词：泛素蛋白酶体途径；运动；骨骼肌；研究进展
中图分类号：G804.2
文献标识码：B
文章编号：1007-3612（2012）09-0085-07
The Progress of the Research on Ubiquitin-Proteasome Pathway of Skeletal Muscle in Movement
ZHU Rong
（School of Sports Science， Wenzhou Medical College， Wenzhou 325035，Zhejiang China）
Abstract： Components of ubiquitin-proteasome pathway （UPP） include ubiquitin， protein ubiquitination enzymes and 26S proteasome. The misfolding， aging， damage， mutation protein， and modification enzymes broke into small peptides through its highly ordered process， which maintain the intracellular protein level. The Activity of UPP could be increased in skeletal muscle after once exercise， but could be decreased after repetitive exercises. The mechanism is not clear. It could act via pathway independent signals （FOXO， p38） and pathway dependent signals （MyoD， NF-κB） to upregulate inducible pathway elements （ubiquitin， E2/E3 proteins and proteasome subunits）， to active pathway， which cause protein degradation. But the detailed regulatory mechanism requires further study.
Key words：
ubiquitin-proteasome pathway； movement； skeletal muscle； research progress
骨骼肌是适应能力很强的器官，废用可以发生肌肉萎缩，增加运动可以使肌肉肥大，肌肉适应这种使用改变的最终结果依赖蛋白质合成和分解的平衡。蛋白质从头合成是一个比较缓慢的过程，而蛋白质降解速度不一，有的半衰期是几分钟，而有的却需要几天。研究表明，肌肉蛋白质降解可以通过四种途径来完成，溶酶体途径、calpain途径、caspase途径和泛素蛋白酶体途径。溶酶体途径主要负责降解膜蛋白和内吞的蛋白［1］，在运动后一段时间组织蛋白酶高升，参与与肌肉损伤［2］。calpain和caspase途径能劈开肌原纤维，释放肌丝到胞浆中［3］，启动肌纤维的降解，但不能降解蛋白质成氨基酸。而泛素蛋白酶体途径是基因和蛋白质功能的主要调节者和终结者，负责细胞内80%～90%的蛋白质周转，有着广泛的生物学意义，如细胞周期的调控、抗原递呈、免疫应答、细胞表面受体和离子通道的调控、DNA的修复等［4］。由calpain和caspase途径解离的肌丝，包括actin和myosin可以被泛素蛋白酶体途径降解［5］，可见该途径在肌纤维蛋白分解代谢很重要。本文就泛素蛋白酶体途径的组成、作用机制、与运动骨骼肌蛋白降解间的关系作一综述，以利于运动骨骼肌蛋白质代谢的更深入研究。
1 泛素蛋白酶体途径的组成
泛素蛋白酶体介导的细胞蛋白质降解途径是一个复杂、缜密的过程。其组成成分包括泛素、蛋白泛素化相关的酶、降解泛素化蛋白的蛋白酶体，它们相互作用，共同完成细胞内蛋白降解，参与细胞进程。
1.1 泛素 泛素（ubiquitin，Ub）是76个氨基酸组成的8.5-kDa多肽，序列高度保守，呈紧密的球形结构，存在于细胞内或共价结合在各种胞浆、核及膜蛋白上。编码泛素的基因有两种，一种是核糖体蛋白上的泛素基因，编码融合蛋白，蛋白合成后，由泛素C末端水解酶切割掉融合蛋白；另一种是多聚泛素基因，形成的蛋白是由多个泛素单体首尾相连而形成的多聚泛素。不同生物体中多聚泛素基因的拷贝数以及不同拷贝的多聚泛素基因所包含的泛素基因单体数目相差很大。泛素通过第76个甘氨酸的α-羧端与底物蛋白赖氨酸的ε-氨基以共价键连接，多聚泛素链也以相似结构彼此相连接。一般情况下，至少要有4个泛素单体连成的多肽链才能激活26S蛋白酶体。发生在赖氨酸残基上的多聚泛素化是非常重要的，第48位赖氨酸和第29位赖氨酸泛素化是蛋白质降解的信号，前者引起26S蛋白酶体降解［6］，后者则被送到溶酶体中降解［7］。蛋白单泛素化是一个重要的调节修饰，不引起蛋白质降解，主要负责内吞作用、病毒出芽、组蛋白和转录因子的调节等。例如，赖氨酸63位点的泛素化参与DNA修复、内吞、信号转导等功能的调节［8］。不管泛素以何种形式连接到底物上，其共同特点是需要ATP水解提供能量。
1.2 蛋白泛素化相关的酶
1.2.1 泛素活化酶 泛素活化酶（ubiquitin-activating enzyme，E1）是催化泛素结合底物蛋白所需要的第一个酶，存在于细胞浆和细胞核中，由两个亚基E1a （117 kDa） 和E1b （110 kDa） 组成，生物体（酵母、植物、人类）内高度保守。它不仅与泛素形成泛素-AMP中间物而激活泛素单体，还可直接催化第48位赖氨酸连接的多聚泛素化链的延长［9］。研究发现当缺乏酶E1时，可导致酵母死亡［10］，可见E1在细胞生存中是非常重要的。
1.2.2 泛素结合酶 泛素结合酶（ubiquitin-conjugating enzyme，E2）将E1传递过来的泛素在活性位点半胱氨酸上以硫酯链相结合，发挥其载体功能，因此又被称为泛素载体蛋白，是泛素蛋白酶体途径底物特异性的第一个决定因子。不同的E2间约有35％的同源性。酿酒酵母基因组中，有13种基因编码 E2类的蛋白，起命名为Ubc家族；哺乳动物基因组中，至少有25种E2。所有E2拥都有一个保守的150个氨基酸左右（14～16 kDa）的核心结构域，其内含有与泛素结合所需的半胱氨酸残基［11］。E2还有N-或C-末端的延伸，这与识别泛素连接酶（ubiquitin-protein ligating enzyme，E3）和E2自身活性以及底物识别有关。E2与泛素结合力非常低，这有利于泛素转移到底物蛋白上去。E2可直接将泛素传递给底物蛋白的或另一泛素链的赖氨酸上，也可通过转硫醇作用将泛素转移到E3的半胱氨酸上。
1.2.3 泛素连接酶 E3负责底物蛋白选择性识别和促进泛素转移到底物蛋白上。酶E1只有1种或几种，E2有数十种，而E3有上千种，使蛋白泛素化更加高度专一，它是蛋白质泛素化过程的限速酶，其活动受到严格调节。根据E3亚基组成和作用机制，可分为两大家族［12］： HECT（homologous to E6-AP C-terminus，E6相关蛋白羧基端的类似物）型E3和RING finger 型E3。1）HECT型E3有个保守的半胱氨酸残基催化区域（HECT），呈L形，能催化泛素的硫酯键形成Ub-E3过渡复合物，再将泛素转移到底物蛋白上。2）RING finger 型E3有个由40～100个氨基酸组成的RING区域，该区域含有8个半胱氨酸、组氨酸以及两个螯合的锌离子保守环指结构序列，它含有相似的E2结合结构域，可作为桥梁直接将活化的泛素从E2转移到底物蛋白上，而不用形成多余的硫酯链。RING finger 型E3大部分是多分子的复合物，如SCF复合体、VHL-CBC复合体和APC复合体等，其中SCF复合体数量最多。
骨骼肌中存在两种特殊的E3，MuRF（Muscle RING Finger）和MAFbx（Muscle atrophy F-box protein，也称为Atrogin-1）。MuRF由3部分构成， RING finger结构（E3的活性区、B-box结构和卷曲螺旋结构；已知MuRF有三种类型：MuRF1，MuRF2，MuRF3。MuRF1与巨大的肌节蛋白titin结合，连接于其激酶区域，维持M线和粗肌丝完整性，Titin缺失激酶区和MuRF1连接区将导致小鼠肌节解体、肌无力［13］；过表达MuRF1，又可引起titin与MuRF1的结合部分被破坏 ［14］。MuRF1还与泛素相关修饰因子-3、转录因子、糖皮质激素受体元件结合蛋白-1、蛋白激酶C的受体等结合，参与肌细胞蛋白泛素化、信号转导、基因转录、分化、形态形成。研究表明，在去神经、损伤、关节固定、卧床休息、糖皮质激素治疗、脓毒症、癌症和衰老等引起的肌肉萎缩中，MuRF1表达上调，而缺失MuRF1基因的小鼠却能抵抗骨骼肌萎缩［15］。可见，MuRF1参与肌原纤维的结构维持和蛋白质周转，在肌肉质量控制中发挥重要作用。MuRF2作为微管、中间丝（包括desmin、vimentin、paranemin、synemin、cytokeration）、肌节M线的瞬间接头者，影响肌原纤维的形成［16］；MuRF3主要负责微管的组装和分解，对肌肉的分化很重要［17］。MAFbx是典型的SCF型E3家族成员，肌肉萎缩MAFbx基因表达也上调。最近研究发现心肌中的神经钙蛋白是MAFbx的底物，MAFbx在心肌中过表达能阻止神经钙蛋白引起的心肌肥大［18］。另外，MAFbx参与转录因子MyoD（Myocyte differentiation factor，肌细胞分化因子）的分解［19］，而这种转录因子在肌肉的发育和分化中非常重要。鉴于MuRF1、MAFbx在肌肉萎缩中的明显变化，将它们作为骨骼肌萎缩的标志物以及干预治疗的可能靶点是为之不过的。
1.2.4 去泛素化酶 在蛋白质被泛素化时，同样存在反向过程，即去泛素化，以调节蛋白质泛素化水平和泛素化蛋白质的降解。去泛素化酶主要有两大类： 泛素羧基末端水解酶家族（ ubiquitin C-terminal hydrolases， UCHs）和泛素特异性修饰酶家族（ ubiquitin- specific processing enzymes，UBPs）。一般来说，UCHs从泛素上移除加合物，恢复自由单体泛素，而UBPs是将从多聚泛素化蛋白上移除泛素。基因分析表明，在大多数生物体内编码UBPs的基因多于编码UCHs的基因。去泛素化酶能促进泛素前体转化成活性泛素分子，维持游离泛素的浓度；可以将底物蛋白的泛素化链修饰到能被26S蛋白酶体识别的长度，以调节泛素化蛋白的降解速度；将多聚的泛素分子拆散成单个泛素分子，以便重新利用和维持泛素蛋白酶体途径；能够识别并移除错误结合到底物蛋白质上的泛素分子，阻止该蛋白质的降解［20］。
1.3 26S蛋白酶体 26S蛋白酶体（26S proteasome）是一个巨大的胞浆蛋白酶复合物，约2.5MDa，占细胞内总蛋白质的1%左右。26S蛋白酶体由圆桶状的20S蛋白酶体和多种调节复合物组成，常见的有19S调节复合体，也称PA700。
19S调节复合体分为基底和盖子两部分。在ATP存在下，19S调节复合体结合到20S蛋白酶体一端或两端，盖子中去泛素化酶，将底物去泛素化，以利于进入20S蛋白酶体腔内；基底中与泛素化蛋白结合的酶与底物蛋白的多聚泛素结合，利用ATP酶活性，将底物蛋白扭转展开，进入20S蛋白酶体的狭隘孔隙［21］。
20S蛋白酶体是由两个α环和两个β环叠加在一起形成的筒状结构，两个α环在外侧，两个β环在内侧。真核生物的α环和β环各由7个不同的亚基组成，其基本结构可表示为α1～7/β1～7/β1～7/α1～7。α亚基比β亚基保守，在催化腔和细胞质之间形成选择性屏障，主要用于底物识别，而β亚基含有催化位点，负责底物降解，可以将19S调节复合体送来的底物蛋白降解成6～8个氨基酸长度的片断［22］。α环的中心在不工作时几乎是密闭的，这可以阻止蛋白穿过含有催化中心的β环内表面。大多数β亚基都有一个N端前导序列（N-terminal prosequence），这个保守性不高的肽段在20S装配过程中被切除，对引导真核生物20S蛋白酶体β亚基的正确折叠和β与α亚基的组装非常重要。20S蛋白酶体的催化部位含有多种蛋白酶活性：1）类糜蛋白酶活性，水解疏水性氨基酸的肽键，是限速酶；2）类胰蛋白酶活性，水解碱性氨基酸的肽键；3）谷氨酰水解酶活性，水解酸性氨基酸的肽键；4）支链氨基酸肽酶活性，水解支链氨基酸的肽键；5）中性氨基酸切割活性。研究表明各活性部位之间可以互相调节。已经知道，β5亚基具有类糜蛋白酶活性位点，β2具有类胰蛋白酶活性位点，β1具有谷氨酰水解酶活性位点［23］。
26S蛋白酶体还具有不依赖泛素化的水解功能［24］：1）切割大分子无活性蛋白前体，使之转变为活性形式。如转录因子NF-κB亚基P50的前体蛋白P105 c端部分被26S蛋白酶体降解后，残余的N端部分即成为有活性的P50；2）抗原提呈过程中，抗原分子被蛋白酶体降解为小的肽段，而后转运到内质网上与组织相容性复合体I类分子结合。蛋白酶体还与许多重要的生理功能密切联系，对它结构与功能的研究会有助于阐明机体的一些生理和病理机制。
2 泛素蛋白酶体途径作用机制
泛素蛋白酶体途径贯穿于整个细胞，涉及了众多的底物和体内反应过程。一个完整的蛋白质经泛素蛋白酶体途径降解可分成两个连续的步骤（图1）：1）底物蛋白泛素化；2）泛素化蛋白的降解。
2.1 底物蛋白泛素化 泛素化调节细胞内蛋白质水平，与磷酸化一起参与着生物信号转导调控，但是泛素化的酶学机制要比磷酸化复杂得多，因为泛素化需要对信号进行识别，如一定的氨基酸序列、底物蛋白的磷酸化、接头蛋白的结合或由于断裂、氧化和衰老等引起的蛋白质损伤等。泛素化信号识别的同时，泛素被活化，进而底物蛋白泛素化，这一过程受前面所述E1、E2、E3催化作用高度调控。E1首先通过ATP依赖性反应将一个游离的泛素激活，活化的泛素随即被转到E2，而后在E3的催化作用下，活化的泛素与底物蛋白的赖氨酸残基共价结合，完成底物蛋白的泛素化。体内存在多种泛素化模式：单个泛素分子与相应底物上的单个赖氨酸残基结合，称为单泛素化；多个泛素分子与相应底物上的多个赖氨酸残基结合，称为复合的单泛素化；多个泛素分子以共价键相互连接形成聚泛素链后与底物上的单个赖氨酸残基结合，称为多聚泛素化。只有经过多聚泛素化的底物蛋白才能被蛋白酶体识别、降解。
2.2 泛素化蛋白在26S蛋白酶体中的降解 在ATP存在的情况下，19S调节复合物与20S蛋白酶体组装成有活性的26S蛋白酶体。调节复合物首先识别、结合泛素化蛋白，利用依赖ATP的酶打开折叠结构，改变构象，去除泛素，主动转运展开的蛋白到20S蛋白酶体。蛋白在20S蛋白酶体里以不依赖ATP的形式降解成小分子肽及氨基酸［26］。去除的泛素并不被降解而是重新进入泛素蛋白酶体途径。蛋白酶体对蛋白质的选择性降解，受到精确的调节，以避免水解扩大化引起的细胞损伤。这种调节可分为三个方面：1）20S自身的结构， 即中央腔内孤立的活性中心和环的狭窄人口，只允许完全伸展或线性化的蛋白质进入降解，有效地减少了胞内成分的非特异性降解；2）蛋白酶体自身所固有的调节性质以及各种细胞抑制因子可使它维持无活力状态；3）在真核生物中，19S复合物是20S蛋白酶体重要活化因子。
3 泛素蛋白酶体途径生物学功能
大量研究证实，泛素蛋白酶体途径是细胞内环境稳定的关键调节因素之一，在机体的许多生理功能中起了很重要的作用。如抗原递呈、细胞周期的调控、免疫应答和炎性反应、转录的调控、细胞对应激和细胞外效应剂的应答、细胞表面受体和离子通道的调控、DNA的修复、生理节奏的控制、发育和分化、凋亡肌肉萎缩等等［27］，目前还不断有新的作用被发现。泛素蛋白酶体途径降解细胞内蛋白的机制，已成为近年来国内外研究的热点问题。
4 运动骨骼肌中泛素蛋白酶体途径活性变化及机制
4.1 一次运动对骨骼肌泛素蛋白酶体途径活性的影响 多数研究表明，各种类型的一次性运动都使泛素蛋白酶体途径活性增加。Thompson［28］发现一次损伤性离心运动后2 d，肱二头肌泛素蛋白含量比不运动的对照组增加了55%，同时泛素化蛋白也相似增加。Willoughby ［29］让健康志愿者做离心伸膝运动，也发现运动后6、24 h，泛素、E2、20S蛋白酶体的mRNA水平、蛋白含量增加；运动后24、48 h肌四头肌DN断、肌纤维蛋白含量、肌力减少，疼痛增强，表明离心运动造成的肌纤维损伤，与泛素蛋白酶体途径活性激活、蛋白质降解增强有关。Sandri ［30］让小鼠转轮一夜后，腓肠肌DNA断裂，泛素蛋白含量增加。Wakshlag［31］发现在狩猎季节高峰期，猎狗骨骼肌中泛素化蛋白、帽子调节亚基P31蛋白含量增加。Louis［32］也发现抗跑步后4 hMuRF-1、MAFbxmRNA含量增加分别是3.6倍和1.6倍。我们在大鼠一次大强度上坡跑运动后，也发现MuRF1、MAFbx、26S蛋白酶体C2 基因表达、泛素化蛋白浓度升高，26S蛋白酶体活性增强，骨骼肌收缩蛋白降解增强［33，34］。可见，向心运动同样增加途径中某些组分的表达。Reid［35］认为一次性运动中泛素蛋白酶体途径的反应是多相的和时间依赖的（图2）。最初的泛素化蛋白增加有利于运动刺激的信号转导；超过几小时至几天，因途径中重要成分基因表达的升高再次使泛素化蛋白增加，以调节后期蛋白质的降解。
4.2 重复运动对骨骼肌泛素蛋白酶体途径活性的影响 研究表明，重复运动有抑制泛素蛋白酶体途径活性的效果。Willoughby ［29］让健康志愿者做两次离心伸膝运动，其中间隔3周，发现第二次运动后股四头肌肌力的减少、疼痛的增强，以及泛素、E2、20S蛋白酶体的蛋白、mRNA含量的增加都小于第一次；并且肌纤维蛋白含量不再减少。Mascher等［36］也发现第二次抗阻运动后24 h，青年男子肱二头肌MuRF1 mRNA含量比第一次降低30%，运动后48 hMAFbx mRNA含量也比第一次下降了30%。于是人们将运动训练或是运动训练结合营养补充应用于肌萎缩患者的治疗中，帮助康复和减少萎缩。例如，Suman［37］让烧伤儿童进行12周的康复训练，肌力和瘦体重明显比不运动恢复的患者有所改善。Hespel等［38］让废用性萎缩患者进行10周的康复训练并补充肌酸，发现股四头肌肌力比单纯康复训练恢复更快。Willoughby等［39］让脊髓损伤患者做12周被动腿部自行车运动进行康复，发现骨骼肌中MHC（myosin heavy chain，肌球蛋白重链）IIa、MHC IIx mRNA含量增加，同时泛素、E2和20S蛋白酶体的mRNA水平下降，说明长期运动可以降低泛素蛋白酶体途径活性，以利于改善肌萎缩状况。不过，Ordway［40］发现持续28 d的运动神经元刺激，大白兔胫骨前肌蛋白酶体、两个调节复合体19S、11S蛋白含量以及亚基C3 mRNA水平增加，认为蛋白酶体活性增加有利于清除代谢产物，保护胞质蛋白正常功能，并有助于肌肉的重塑和适应应激。
4.3 骨骼肌泛素蛋白酶体途径活性的调节机制 Reid［35］认为泛素蛋白酶体途径对肌肉使用改变的反应，随肌肉使用强度和持续时间的变化而变化。当刺激蛋白降解信号（ROS、激酶、磷酸酶）时，途径活性增加，蛋白质降解加强。途径活性的调节可通过不依赖途径的信号通路（FOXO，p38）和依赖途径的信号通路（MyoD，NF-κB）上调可诱导成分（泛素、E2/E3、蛋白酶体），改变活性（图3）。
4.3.1 不依赖泛素蛋白酶体途径的信号调节
4.3.1.1 FOXO对泛素蛋白酶体途径活性的调节 FOXO家族是转录调节因子，也是INS/IGF-1信号通路中的关键分子，对细胞增殖、细胞凋亡等生理过程具有重要调节作用。Sandri［41］发现肌萎缩中PI3K/AKT （磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B）途径减弱， FOXO转录因子激活，诱导MAFbx mRNA表达。一次抗阻运动后4 h，老年人股外侧肌MuRF1和FOXO3A的mRNA含量都增加［42］。跑步后，腓肠肌活检发现MuRF-1、MAFbx和FOXO3a的mRNA含量分别增加3.6倍、1.6倍 和 1.9倍［33］。而抑制FOXO3a的表达可阻碍MAFbx和MuRF1启动子的激活［43］。这些都说明运动时MuRF-1、MAFbx mRNA的表达受转录子FOXO3a的调节。
4.3.1.2 P38 MAPK对泛素蛋白酶体途径活性的调节 MAPK（mitogen-activated protein kinase），即丝裂原活化蛋白激酶，是细胞内的一类丝氨酸／苏氨酸蛋白激酶，可将细胞外刺激信号转导至胞质内或胞核内，在基因表达调控和细胞质功能活动中发挥关键作用。目前发现多条并行的MAPK信号通路，其中ERK、JNK/SPAK、p38MAPK研究最多。研究表明，结扎大鼠左冠状动脉的心力衰竭模型中，心肌TNF-α增加，介导p38MAPK信号通路提高MuRF1、MAFbx mRNA表达［44］。尽管MAPK在肌肉蛋白质降解方面研究较少，但是，运动激活MAPK信号通路的事实大量存在，通过对它的研究或许能揭示胞质中蛋白质合成和降解上游信号的复杂关系。
4.3.2 依赖泛素蛋白酶体途径的信号调节 依赖途径的信号系统不仅调节该途径的活性，同时还受该途径活性调节，这使得泛素蛋白酶体途径的调控错综复杂。
4.3.2.1 MyoD与泛素蛋白酶体途径活性的调节 生肌转录因子MyoD是肌肉特异性的调节生长因子，与泛素蛋白酶体途径降解蛋白的作用相对立。MyoD为短寿命调节蛋白，受泛素蛋白酶体途径调节。DNA与 MyoD结合，能掩盖泛素化序列，稳定MyoD；然而当MyoD结合第二生肌调节因子Id1时，将抑制MyoD与DNA的相互作用，暴露泛素的识别位点，促进MyoD降解。MyoD泛素化发生在G1期，当丝氨酸200位点或赖氨酸1333位点磷酸化，前者将受cyclin E-Cdk2调节［45］，后者受atrogin1/MAFbx调节［19］。肌肉的使用激活泛素蛋白酶体途径活性，使肌肉易缺失MyoD。MyoD净丢失又被MyoD基因表达上调而得以补偿，这可能是肌萎缩的反馈作用，促进肌萎缩的反相——生肌作用加强，以抵抗萎缩，维持肌肉蛋白质平衡。MyoD对泛素蛋白酶体途径影响的研究还见报道，但是两者一起共同作用，完成肌肉萎缩、重塑过程。
4.3.2.2 转录因子NF-κB对泛素蛋白酶体途径活性的调节 NF-κB是一类核转录因子，存在于每个细胞中，是许多信号途径的连锁点。其家族有五个成员（图2-8），包括p50、p52、Rel（p65）、RelB和C-Rel，但必须两种蛋白形成二聚体才能与DNA结合并调节基因转录，因此通常以同源或异源二聚体的形式存在，最常见的形式为p50/p65组成的二聚体。细胞在非刺激状态下，NF-κB与它的抑制物IκB蛋白结合，在哺乳动物内有7种，IκBα、IκBβ、IκBε、IκBγ、Bcl-3、p105、p100。这种未被激活的形式存在于细胞浆，当细胞受到损伤等刺激后，NF-κB被激活。例如激活IκBα激酶（IκK），可引起IκBα在32和36位点上丝氨酸磷酸化，引发IκBα多聚泛素化，并通过蛋白酶体降解。解离了IκB抑制因子，NF-κB才能转移进入核内，发挥它的调节功能［46］。研究表明，NF-κB是肌肉分解代谢的调节因子，在骨骼肌代谢调节中发挥一定作用。因为长期不负重使小鼠比目鱼肌萎缩，NF-κB活性提高［47］。进一步观察，发现肌细胞培养中加入TNF-α，可使NF-κB激活，UbcH2 转录加强，泛素结合能力增强［48］，而抑制NF-kB的活性，可抑制C2C12肌管蛋白分解［49］。此外，NF-κB还能调节MuRF1、MAFbx、20S蛋白酶体亚基C3和Foxo3a基因的转录［50-52］。但是，Durham［53］发现离体小鼠膈肌体外10 min强直疲劳收缩，NF-κB活性降低；12 d无负重小鼠比目鱼肌NF-κB活性的增加可因疲劳运动而减少；青年男子蹬自行车疲劳运动后，股外侧肌运动即刻的NF-κB活性比运动前和运动后1 h低，认为疲劳运动降低NF-κB活性。不过，Ji ［54］仍发现跑台力竭运动后大鼠腓肠肌NF-κB活性增加。这种不同的结果可能是因为研究对象、取样部位、运动方式不同，这需要更多的研究去验证。
5 小 结
综上所述，依赖ATP的泛素蛋白酶体途径是细胞内蛋白质降解的主要方式。骨骼肌蛋白质降解过程，泛素、MuRF1、MAFbx、蛋白酶体基因表达以及蛋白质的增加，表明途径在肌蛋白代谢中有着重要作用。由于航天失重、卧床休息以及疾病引起的代谢性消耗症等都会引起骨骼肌蛋白质减少，肌肉萎缩，影响正常生活，甚至威胁生命，这使得肌肉中泛素蛋白酶体途径变化机制成为研究热点，以期能改善疾病、恢复健康。但是运动中骨骼肌的细微结构变化、以及肌肉损伤是否也是由于途径激活造成的呢？已经知道病理过程中激素、细胞因子、氧化应激等因素变化可激活多个信号通路，改变途径活性，运动中也有这些变化的因素，借此深入研究，可能会揭示运动引起肌肉功能障碍、肌肉疲劳和肌肉损伤产生的原因，为肌肉重塑提供了分子理论基础，为疾病治疗和运动训练提供可能的调控措施。
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生物质的用途范文6
【摘要】 【目的】 研究青蒿素生物合成基因在不同发育时期和不同组织中的表达规律,探讨青蒿素生物合成的时空调节机制。【方法】 利用实时荧光定量pcr技术定量追踪分析青蒿素主要及协同合成途径基因在盛叶期、开花前、开花后不同的发育时期,以及在根、茎、叶、花不同组织中的表达模式。【结果】 各基因的表达水平在6月份时最低,随后开始上升,在8月份(开花前)达到高峰,与6月份比较，转录水平显著提高3~15倍(均p<0?01),其中青蒿素特异合成酶基因ads和cyp71av1上升幅度最大,为最低水平的12和15倍,9月份(开花后)则呈下降趋势。处于盛花期的青蒿在根、茎、叶、花各个组织中都能检测到青蒿素合成基因的表达,叶片中ads基因mrna水平较其他组织显著升高2倍左右(均p<0?01),显示组织表达特异性。【结论】青蒿素生物合成基因的发育表达模式与青蒿素的合成规律一致。ads和cyp71av1基因的表达在青蒿素生物合成过程中可能起关键作用。
【关键词】 青蒿素/生物合成;基因转录;基因表达
青蒿素是1970年代由我国科学家根据古籍记载及民间验方首先从中药青蒿(artemisia annua l.)中发现并率先应用的抗疟药,疟原虫至今尚未对其产生抗药性,为who所推荐使用的一线疟疾治疗药物。在青蒿中,青蒿素的生物合成以萜类化合物共同前体——异戊烯基焦磷酸(ipp)为前体。ipp在法呢基焦磷酸合酶(fps)的作用下生成法呢基焦磷酸(fpp),fpp经青蒿所特有的紫穗槐二烯合酶(ads)环化生成紫穗槐-4,11-二烯 [1],然后细胞色素p450单加氧酶(cyp71av1)催化紫穗槐-4,11-二烯经青蒿醇、青蒿醛生成青蒿酸[2-3]。其中青蒿醛可经青蒿醛δ11(13)双键还原酶(dbr2)催化生成双氢青蒿醛,后者再由cyp71av1氧化生成双氢青蒿酸[4]。以上步骤已经经过实验证实,但从青蒿酸或/和双氢青蒿酸到青蒿素的过程仍停留在假说推演阶段。植物中存在着2条ipp合成途径[5],即细胞质中经典的甲羟戊酸(mva)途径和质体中的脱氧木酮糖-5-磷酸(dxp)途径。在许多植物中,这2条位于不同亚细胞空间的萜类合成途径并不是孤立的,而是存在协同效应[6-8]。towler等[9]发现在青蒿素生物合成中也存在类似的现象：青蒿可以利用2条途径的ipp来合成青蒿素,其中mva途径为青蒿素主要合成途径,dxp途径为协同合成途径。
尽管青蒿素化学全合成的技术问题早在1980年代就由我国科学家许杏祥等解决,但其合成路线繁琐,工艺复杂,成本高,不适合工业化生产。而利用微生物发酵生产青蒿素的研究至今仅培育出产青蒿素前体青蒿酸的酵母工程菌。目前,从青蒿中提取青蒿素仍然是青蒿素商品化生产的唯一方式,因此通过代谢途径工程来提高青蒿的青蒿素合成量就成为最有前景的可行方法。然而,至今关于青蒿素合成机理尤其是青蒿素合成基因表达调控的研究仍然是青蒿素生物合成研究的薄弱环节,这大大延缓了青蒿素代谢途径工程的研究进展。本实验采用实时荧光定量pcr技术(rtfq?pcr)分析了青蒿素合成基因在不同的发育阶段及组织中的表达规律,初步揭示了青蒿素合成基因表达的发育及组织特异调节机制,为进一步开展青蒿素高产代谢基因工程改良提供科学依据。现报道如下。
1材料与方法
1?1植物及样品采集青蒿(a. annua)种子(四川酉阳,华阳2号)3月下旬撒播在广州中医药大学药圃内。分别在青蒿盛叶期(6月和7月)、开花前(8月)及开花后(9月)中旬采集青蒿植株中部叶片,并在9月中旬开花后分别采集青蒿植株根、茎、叶及花作为样品(n=6)。所有样品均在液氮中保存备用。
杨瑞仪等.青蒿素生物合成基因的转录谱分析第4期2010年第27卷广州中医药大学学报1?2主要试剂与仪器质粒提取试剂盒、凝胶回收试剂盒、rnaprep pure植物总rna提取试剂盒均为tiangen公司产品,revertaidtm h minus first strand cdna synthesis kit为fermentas公司产品,sybr green realtime pcr master mix为toyobo公司产品。spx?b?g型光照培养箱购自上海博讯实业有限公司医疗设备厂,ultrospec 3300 pro 紫外可见光分光光度计产自美国ge公司,定量pcr反应在美国应用生物系统公司abi7300实时荧光定量pcr仪上进行。
1?3定量pcr标准样品的建立青蒿素生物合成各相关基因的质粒——pmd18?hmgr、pmd18?fps、 pet29a?ads、pmd18?cyp71av1、pmd18?cpr、pmd20?dbr2、pmd18?dxs、pmd18?dxr以及内参基因actin的质粒——pmd20?actin均由本实验室构建。用相应的限制性内切酶将各质粒消化成线性dna(pmd18?hmgr∶hindⅲ;pmd18?fps、 pet29a?ads、pmd18?cyp71av1、pmd18?cpr∶bamhⅰ;pmd20?dbr2、pmd18?dxs、pmd18?dxr、pmd20?actin∶ecorⅰ),回收纯化测定浓度后,按照公式：ncopies=浓度/分子量×6?023×1023将各线性化的标准样品稀释成107、106、105、104、103、102 copies/μl。定量pcr时加入2?5μl梯度稀释的相应基因的标准样品绘制标准曲线。
1?4总rna提取及第一链cdna合成取青蒿样品100mg,按照rnaprep pure植物总rna提取试剂盒说明书提取总rna。取1μg 总rna,按照revertaidtm h minus first strand cdna synthesis kit说明书进行逆转录反应,合成cdna。
1?5基因表达的rtfq?pcr检测根据相应的青蒿基因序列,用primer 3?0在线软件程序( frodo.wi.mit.edu/)设计各基因定量pcr引物(表1),引物由invitrogen公司合成。以actin基因为内参。实时荧光定量pcr反应液配制按sybr green realtime pcr master mix说明书进行：12?5μl sybr green realtime pcr master mix、1μl引物对(两条引物各10μmol/l)、9μl灭菌三蒸水、2?5μl10倍稀释的cdna样品,总体积为25μl。定量pcr反应循环条件为：95℃、60s，95℃、15s,60℃、15s,72℃、45s(信号收集),40个循环。熔解曲线分析步骤为：95℃、15s,60℃、30s,95℃、15s。每个样品设3个平行,求出平均值,基因的相对转录水平以基因mrna copies/actin mrna copies表示。
1?6统计学方法采用spss11?5软件进行数据统计,用单因素方差分析(one?way anova)进行统计学显著性分析。表1定量pcr引物
2结果
2?1青蒿素生物合成主要基因在不同发育时期的转录特性
青蒿素生物主要合成途径(mva途径)的关键酶基因包括ipp合成上游的3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶a还原酶基因(hmgr)以及下游的fps、ads、cyp71av1、cpr、dbr-2基因。采用rtfq-pcr方法检测了上述基因在青蒿盛叶期(6、7月)、临近开花前(8月)和开花后(9月)的转录模式,得到各基因的标准曲线方程及决定系数分别为：actin∶y=-3?393095x+41?201069,r2=0?997841;hmgr∶y=-3?476657x+39?523457,r2=0?997848;fps∶y=-3?389733x+35?215302,r2=0?997412;ads∶y=-3?224546x+38?216091,r2=0?998369;cyp71av1∶y=-3?476058x+38?277225,r2=0?996758;cpr∶y=-3?476720x+38?277225,r2=0?998181;dbr2∶y=-3?847960x+44?088917,r2=0?998057。图1结果显示,hmgr、fps、cyp71av1的表达水平较低(相对转录水平为0?02～0?2);ads与cpr的表达属于中等水平(相对转录水平为0?2～3?0);dbr-2的表达水平较高(相对转录水平为3?0～10?0),为低水平表达组基因的10～100倍。
各基因的表达水平在6月份时最低,随后开始上升：其中hmgr、fps、ads、cyp71av1、cpr的转录水平在开花前(8月)达到高峰后,开花后(9月)则呈下降趋势(图1-a、b);dbr-2基因的转录水平到9月仍呈上升趋势(图1-b)。与转录水平最低的6月比较,各基因在转录高峰时的转录水平显著提高3～15倍(均p<0?01),其中青蒿素特异合成的关键酶基因ads和cyp71av1上升幅度最大,为最低水平的12和15倍。
统计方法：单因素方差分析;①p<0?01,与6月份转录水平比较
图1青蒿素生物合成主要基因在不同发育时期的转录水平
figure 1developmental expression patterns of artemisinin biosynthetic genes
2?2青蒿素生物合成协同途径相关基因在不同发育时期的转录特性
青蒿素生物合成同时也能利用质体dxp途径合成的ipp作为前体。因此,本文也同时采用rtfq-pcr方法检测了dxp途径中ipp合成的关键酶基因——dxs和dxr在青蒿青蒿不同发育阶段的表达模式,得到各基因的标准曲线方程及决定系数分别为：actin∶y=-3?393095x+41?201069,r2=0?997841;dxs∶y=-3?651419x+40?314491,r2=0?991474;dxr∶y=-3?528084x+36?050751,r2=0?993824。图2结果显示,在不同的发育阶段, dxs和dxr的表达规律与青蒿素主要合成途径基因的发育表达模式基本一致。相应的mrna水平在6月份相对较低,7月后迅速提高,与6月份水平比较，8月基因表达水平显著升高5~6倍(均p<0?01),9月开花后开始回落。结果间接表明细胞质mva途径及质体dxp途径可能共同参与青蒿素的生物合成。
统计方法：单因素方差分析;①p<0?01,与6月份转录水平比较
图2青蒿素生物合成协同途径相关基因在不同发育时期的转录水平
figure 2developmental expression patterns of artemisinin biosynthetic genes on the cooperative pathway
2?3青蒿素生物合成基因的组织特异性转录
图3结果显示,在9月青蒿开花后采集根、茎、叶、花等组织检测青蒿素合成主要及协同途径的基因表达,发现处于盛花期的青蒿在根、茎、叶、花各个组织中都能检测到hmgr、fps、ads、cyp71av1、cpr、dbr-2、dxs和dxr基因的表达。其中,hmgr、fps、cyp71av1、cpr、dbr-2、dxs和dxr基因在各组织的表达水平无显著差异,表明这些青蒿素合成基因的表达在转录水平无明显的组织特异性。但中水平表达组叶片中ads基因mrna水平较其他组织的水平显著升高2倍左右(均p<0?01),显示组织表达特异性。rtfq-pcr各基因的标准曲线方程及决定系数分别为：actin∶y=-3?939095x+41?201069,r2=0?997841;hmgr∶y=-3?344985x+38?589870,r2=0?996925;fps∶y=-3?393294x+35?677765,r2=0?996712;ads∶y=-3?378548x+39?118320,r2=0?996767;cyp71av1∶y=-3?457978x+37?969635,r2=0?997332;cpr∶y=-3?479555x+38?889797,r2=0?999238;dbr-2∶y=-3?873987x+44?862797,r2=0?997820;dxs∶y=-3?587049x+40?033127,r2=0?990662;dxr∶y=-3?572425x+39?707245,r2=0?994868。
统计方法：单因素方差分析;①p<0?01,与根、茎、花的转录水平比较
图3青蒿素生物合成基因在不同组织的转录水平
figure 3transcriptional expressions of artemisinin biosynthetic genes in different tissues
3讨论
青蒿素的含量与植株的生长发育直接相关,通常认为在开花前[10]或正在开花时[11-12]的青蒿素含量最高。也有研究表明,在青蒿叶内,青蒿素约从4月份叶片刚出现时渐渐开始合成和积累,在5、6月份开始升高,在8、9月达到顶峰。本课题组追踪采集了从6月份到9月份(开花)的青蒿叶片,检测了青蒿素合成基因的mrna水平,发现各基因在6月份的mrna水平最低,在7月后迅速提高,到8月份(临近开花前)基因的mrna水平达到顶峰,9月(开花后)基因的表达水平开始回落。由此看来,青蒿素生物合成基因的转录与青蒿素的合成规律一致,表明青蒿素合成基因的表达直接影响青蒿素的合成。同时还发现青蒿质体dxp途径基因(dxs和dxr)与细胞质mva途径青蒿素主要合成基因的发育表达模式基本一致,间接表明质体dxp途径可能协同参与青蒿素的生物合成。
dbr-2基因与其他基因的表达模式不同,在9月份其他基因表达量开始下降时,其表达水平仍呈现上升势头。dbr2基因编码的青蒿醛δ11(13)双键还原酶作用于青蒿素生物合成途径的下游,负责催化青蒿醛生成双氢青蒿醛,双氢青蒿醛再由cyp71av1基因编码的细胞色素p450单加氧酶氧化成双氢青蒿酸,再进一步转化为青蒿素[4]。由此可以推测,在前一阶段,由于青蒿素合成途径中较上游的基因持续高水平表达,导致青蒿素合成前体(如青蒿醛)的积累,可能需要青蒿醛δ11(13)双键还原酶持续维持高表达水平来促进青蒿醛的进一步转化,以促进青蒿素在开花期的合成与积累。
青蒿素的积累具有组织特异性,在花和叶片的腺毛中含量最高[13-14],茎次之,根系中含量最少。在青蒿营养期,90%的青蒿素聚集在叶和优质茎中;正在开花的植株中,叶中的青蒿素含量约占总量的30%,冠状花序中约含40%的青蒿素;根中所含青蒿素在整个生长过程中都较低[13]。本课题组对青蒿根、茎、叶、花等组织中青蒿素生物合成的相关基因mrna水平的定量检测结果显示,hmgr、fps、cyp71av1、cpr、dbr-2、dxs和dxr基因在青蒿各组织中都有表达,且表达量无明显差异,但青蒿素合成关键酶基因ads在叶片中的表达水平明显高于其他组织。在青蒿萜类化合物合成中,fpp是多种萜类物质的共同前体,可在不同的酶的催化作用下进一步生成不同的萜类物质。紫穗槐二烯合酶(ads)是青蒿所特有的倍半萜合酶,它催化fpp生成紫穗槐二烯,是青蒿素生物合成分支途径的第一个限速酶[1]。wallaart等[15]曾报道青蒿试管苗只有经过干旱(30%相对湿度)和强光(6000lx)处理后才能扩增到ads编码基因,提示ads可能是一个诱导基因。本课题组在过往的研究中也进一步证实ads的表达具有诱导特性,且其表达量与青蒿素产量密切相关：经过低温(4℃)处理青蒿试管苗ads的表达提高11倍,青蒿素含量上升66~95%[16]。而且,本课题组从青蒿基因组中成功克隆了ads基因的启动子(adsp),并在烟草中建立了adsp调控表达的β-葡萄糖苷酸酶(gus)检测平台,发现在低温和紫外辐射条件下,gus活性显著提高,表明adsp序列中存在诱导表达的作用元件[17]。在本研究中发现在开花前ads基因mrna水平上升11倍,且在叶片组织中也呈现高水平,用elisa法检测该基因编码的ads在根、茎、叶中的含量,结果显示ads 在叶中的含量分别比根、茎高16和10倍 [18]。上述结果表明,ads 基因表达受到发育和环境胁迫的双重调控,且具有组织特异性,可能是青蒿素合成的关键调控点。将反义鲨烯合酶基因(assqs)导入青蒿基因组中,建立了高产青蒿素的转assqs基因青蒿株,伴随sqs表达量的下降,ads表达水平上升1?1~3?4倍,在此基础上进一步通过低温诱导使ads mrna水平再提高2~5倍,青蒿素产量从原来的6?71 mg/g干重提高到最高达16?6 mg/g干质量[17,19]。另外,在本研究中cyp71av1基因的表达量在发育过程中也显著提升,提示该基因可能成为青蒿素合成代谢途径中的另一个关键调控点。
(致谢：本实验室尹录录为本研究提供了pmd18-cyp71av1、pmd18-cpr质粒,在此谨表示诚挚的谢意。曾庆平、陈沛泉、曾晓梅、卢文婕、曾丽香、郭晓霞也为本研究提供了有益的帮助,在此一并致谢)
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