DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 4. 讨论 儿童的身心健康成长是一个国家与民族未来发展的根本。营养与饮食是儿童身心健康成长的重要组成部分。提升儿童营养与饮食健康水平需要政府、社区、学校等多方面的努力，但最根本的仍然主要依托家庭这一基本社会单位。本研究综合分析家长在喂养孩子过程中的行为与心理特征与儿童进食行为中的问题，揭示了喂食压力这一重要的中介变量。家长在喂食中采取的不同策略，都是通过喂食压力这一行为特征与儿童进食问题行为产生关联的，而这些儿童进食问题又与儿童BMI这一体重生理指标有关。 Table 2 Regression analysis of parental feeding strategy and child’s eating behavior (N = 424 表2. 父母喂养策略对儿童进食行为的回归分析(N = 424) 注： ** p < 0.01， * p < 0.05。 Table 3 The mediation effect of parental feeding pressure between parental feeding strategy and child’s behavior (N = 424 表3. 喂养策略、儿童饮食行为、喂食压力中介模型检验(N = 424) 注：以上分析只包括在自变量与因变量的回归分析中显著的路径，均控制了儿童年龄和父母担忧程度对因变量及中介变量。 ** p < 0.01， * p < 0.05。 4.1. 儿童进食行为与BMI的相关 本研究发现：饱足反应/进食慢、情绪性厌食、挑食以及食物享受度，与BMI显著相关。当儿童进食过程中出现容易感到饱，或者进食时间拖延比较长的时候，这些儿童倾向于拥有较低的BMI值。这一现象可能是与进食过程中的饱腹感导致儿童进食减少所致，而进食过程如果存在拖延，过长时间可能会使得饱腹感更容易被觉察到甚至放大，造成儿童在未获得足够营养的情况下停止进食。情绪性厌食问题与挑食问题都会导致儿童摄入食物过少，或者摄入食物种类不均衡，导致营养不足。这两个问题行为与较低BMI值的相关是比较容易理解的。最后，食物享受度与BMI值正相关，说明儿童在进食过程中的积极心理体验有助于提升营养吸收。本研究考察的情绪性暴食这一问题行为与BMI值的相关不显著，这与以往欧美儿童样本的研究结果不一致(Spence et al.， 2011; Webber et al.， 2008; Kröller et al.， 2013)。一个可能的解释是中国儿童样本中情绪性暴食这一问题并不常见，大部分家长在报告中对该问题行为评分较低，显著低于其他几个进食问题行为。 4.2. 父母喂养策略与儿童挑食行为的相关 本研究发现四种喂养策略中只有解释策略与挑食行为不存在显著相关，偏好、奖励和强制策略都与挑食行为存在显著的正相关。这与以往的研究结果相同(Rigal et al.， 2012)。偏好策略顺从了儿童的饮食偏好，避免了进餐过程中的冲突，但同时这种策略也阻止了接触多种食物的可能性，引起儿童挑食行为的强化。与偏好策略没有及时纠正挑食行为不同，奖励策略与强制策略则涉及到让儿童进食不喜欢的食物，但是奖励策略会降低儿童进食的内部动机从而增强挑食行为，而强制策略则会增强对食物的厌恶。这些结果对于家庭提升儿童营养水平具有一定的借鉴意义，家长在采取不同喂食策略的时候，应该关注该策略对儿童的长期影响，而不能只是满足于使用某种策略解决某一餐或某一天的进食问题。比如，适当采取偏好策略，给孩子选择他喜欢的食物，这样的方法是人之常情，但如果每一次儿童进食遇到问题都采取这一策略的话，就有可能反而进一步加剧儿童的挑食问题。 4.3. 父母喂养策略产生的副作用 解释、奖励和偏好策略都会引起儿童饱足反应/进食慢，以及情绪性厌食。强制策略除了会引起以上两种问题饮食行为，还会引起食物享受度的下降。这部分验证了我们的假设，所有这些策略都涉及到让儿童进食不喜爱的食物，其中解释策略、奖励策略以及偏好策略较为温和，儿童可能只是因为不想吃盘子里剩下的不喜爱的食物因而延长进食时间，表现出饱足反应以避免进食。而强制策略涉及到家长强迫儿童进食，这种策略就可能导致儿童厌恶食物，表现为食物享受度降低。 在控制了BMI的前提下，四种喂养策略仍然与情绪性厌食行为有关。情绪性厌食行为指心情不佳时会减少进食，在成人中情绪性厌食和情绪性暴食都被认为是一种正常反应，有研究表明在压力状态下约有42%的成人会增加进食，38%的成人会减少进食(Oliver & Wardle， 1999)，有研究发现，儿童的情绪性进食行为可能是因为儿童在情绪低落时被父母用食物来安抚(Braden， Rhee， Peterson， Rydell， Zucker， & Boutelle， 2014)。当家长采取某种喂养策略的时候，不论策略如何，这都是一种尝试引导孩子进食，规避因为进食而引发的情绪冲突的过程。当儿童感知到家长会因为自己的负面情绪表达而采取喂养策略行为的时候，儿童就有可能会有意识地在自己处于负面情绪时，采取拒绝进食等哭闹行为来影响家长，结果表现为喂养策略与情绪性厌食行为出现关联性。 4.4. 喂食压力的中介作用 本研究发现，父母喂食压力只在父母解释、强制和奖励三种喂养策略(而非偏好策略)对饱足反应/进食慢的预测中起中介作用，这与我们的预测相符。除了偏好策略以外的三种策略，都涉及到直接敦促儿童进食不喜爱的食物，由此产生的普遍喂食压力，会导致儿童延长进食时间或表现出饱足反应来避免进食。而偏好策略只是将食物混合，并不涉及直接施加的喂食压力。 喂食压力的中介作用模型揭示了父母的喂食策略与儿童进食问题之间的关联路径。父母采取的喂食策略可能会有不同，但只要策略中涉及到采取给儿童喂食压力的行动，都会与儿童进食中的问题行为发生关联。这提示我们，家长采取的喂食策略可能会因为喂食压力而产生一定事与愿违的副作用。 这一中介机制也证实了我们的预测，即父母对儿童进食行为的影响，不仅取决于父母的行为本身，还取决于该行为的强度和方式(比如父母行为是否体现高压的特征)。本研究将喂养策略与行为进行更细致的分解，有助于深入分析家长与儿童之间的互动机制，可以在未来用于更多的家庭养育场景研究。
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user: 5. 结论 父母采取的喂养策略，可能造成儿童饱足反应/进食慢、情绪性厌食、食物享受度下降这些与儿童BMI指数有负相关的进食问题，而且喂食压力中介了父母喂养策略和儿童进食行为之间的关系。父母针对儿童挑食所采取的“高压”喂养策略，可能会产生事与愿违的反作用。以上结果具有跨年龄稳定性。
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user: 摘 要 土壤是多介质互作用的复杂环境，具有过程多样性和各向分异性特征，采用变性梯度凝胶电泳(DGGE)或克隆文库等传统指纹图谱技术研究土壤微生物对外界环境、营养条件等变化的响应机理，存在工作量大，检测限低等局限性，采用非靶向代谢组学方法对低分子量代谢物全谱分析，有可能获得土壤环境微生物研究的新思路，从而突破这一束缚。本文综述了代谢组学特别是微生物代谢组学的分析平台、研究方法及土壤环境微生物代谢组学的研究进展，讨论了利用代谢组学手段揭示污水土地处理系统微生物机制的可行性，提出了微生物代谢组学面临的关键问题与挑战。 关键词 :微生物代谢组学，土壤环境，污水土地处理系统，进展 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 代谢组学(Metabolomics)是对生物或细胞在特定生理时期内全部低分子量代谢产物同时进行定性和定量分析的一门新兴学科 [ 1 ] ，以样本各项指标为变量，通过高通量的检测和数据处理手段，对数据信息进行建模与预测，研究生物体系(细胞、组织或生物体)在外界环境发生变化后其代谢产物的变化规律。 微生物代谢组学是代谢组学的一个研究领域，已在微生物表型分类、突变体筛选、代谢通路研究及发酵工艺监控、污染物的微生物降解及肠道微生物与宿主的代谢表型、病理关系等方面得到应用 [ 2 ] ，具体内容涉及微生物功能基因组学 [ 3 ] 、食品中微生物污染的检测 [ 4 ] 、与不同宿主细胞共生时微生物的表征等 [ 5 ] 。 目前，微生物代谢组学的应用集中在医学、食品和营养学等领域，研究对象多为单一菌群代谢物，而对群落微生物代谢物的研究鲜有报道。在土壤环境微生物研究方面，由于土壤环境复杂度极高，其微生物群落的多样性和各种微生物的生命活动造就了一个庞大的代谢物体系，因此其研究广度与复杂性远超单一菌群。尽管对土壤微生物代谢组学研究具有一定难度且成果甚少，但最近一些研究依然提示适用于微生物代谢组学的技术平台(GC-MS、LC-MS等同样可用于土壤微生物代谢组学的研究(相关文献综述见第3部分：土壤环境微生物代谢组学研究方法与应用)，在适当改进的基础上，仍可采用代谢组学方法对土壤环境微生物全部低分子量代谢产物进行定性和定量分析，得到可靠的生物学信息。
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user: 2. 微生物代谢组学技术平台 通过微生物代谢组学分析代谢物差异并鉴定微生物在不同环境下细胞的代谢差异，能更深入地了解外界环境所造成的微观物质变化，因此，代谢组学技术是研究微生物代谢与发展动力学的可靠工具。微生物代谢组学的研究流程包括：微生物培养、生物样本提取与猝灭、衍生化、仪器分析、数据分析、代谢物鉴定。以土壤环境微生物代谢组学为例，研究流程如图1。 2.1. 样品分析平台 代谢组学要求尽可能全面地分析生物体系中所有的小分子代谢产物，因此，整个实验操作方法与技术手段应保证能反映出代谢物全谱信息，基于此，应采用精确、灵敏、高通量的分析方法与技术平台，代谢组学主要分析技术包括NMR (核磁共振技术)、LC-MS、GC-MS和CE-MS (毛细管电泳质谱联用技术)等。通常，质谱检测适用于研究植物与微生物代谢物，而核磁共振技术多用于对动物样品的分析 [ 6 ] 。 图1. 土壤环境微生物代谢组学一般研究流程 GC-MS和LC-MS作为应用最广泛的分析技术，可以检测出数百种化合物，包含氨基酸、糖、醇、有机酸、脂肪酸等初级代谢产物以及萜类、聚酮类等次级代谢物。GC-MS能够检测极性较大的化合物 [ 7 ] ，也能检测极性较小的化合物，同时还有标准谱库以备检索，能快速方便地对代谢物定性。LC-MS具有强大的分离能力，且对样品预处理要求不复杂，适合分析难挥发性物质。毛细管电泳在代谢物分离方面潜力巨大，其效率优于LC和GC。Hegeman等 [ 8 ] 采用LC-ESI-MS-MS技术分析了葡萄糖冲击下的酿酒酵母的糖分解和三羧酸循环中间代谢产物。Ibanez等 [ 9 ] 采用CE-RP-UPLC (毛细管电泳–反相–超高效液相色谱)和HILIC/UPLC-TOF-MS (亲水相互作用色谱/超高效液相色谱–飞行时间–质谱)联用技术研究了食品中多酚类物质对人体结肠癌HT29细胞抗增生的重要影响。已有研究表明，LC-LC-MS (液相质谱串联色谱技术)、LC-CE-MS (液相色谱–毛细管电泳–质谱联用技术)、HPLC-MS (高效液相色谱质谱联用技术)、毛细管HPLC-MS、UPLC-MS (超高效液相色谱质谱联用技术)以及多维色谱等技术逐渐应用到代谢物组学研究，大大提高了分辨率、重现性和灵敏度。 代谢物的复杂与多样性使得样品分析技术平台趋于多元化，不同分析技术的组合是现阶段的发展方向，应根据样品特性及研究目的选择适宜的分析技术。 2.2. 数据分析平台 通过大量的组间数据对比来得到差异显著的代谢产物，是微生物代谢组学图谱分析的核心思想。由于代谢物自身容易发生变化，受环境波动较为明显，从GC-MS等仪器得到的数据可能出现异常值，因此首先要采用一定的数据预处理方法来增加数据的稳定性和可靠性。通常采用批处理方法对多个图谱的数据同时进行处理，一维谱图的批处理包括填零及加窗函数变换、谱峰漂移校正，通过以上步骤将一维图谱中特定的、不需要的区域去除，接着采用AMDIS、MetAlign等数据处理软件对数据进行解卷积、峰识别、峰提取、峰对齐等预处理，得到的数据包括已定性的化合物名称、保留时间、峰面积等。 对预处理后得到的信息进行减相关性的差异性分析，是代谢组学数据分析的核心内容。由于代谢组学得到的数据十分繁杂且变量之间具有相关性，无法实现对所有数据进行详细且独立地分析，所以经过预处理得到的数据，就需要利用多变量分析法和模式识别技术来进行进一步分析，降低数据之间的相关性，放大数据之间的差异性，得到对数据分类贡献显著的差异代谢物，从而找到与生物体相关的生物学信息 [ 10 ] 。模式识别技术包括非监督学习方法和有监督学习方法。非监督学习方法主要有主成分分析(Principal Component Analysis， PCA)、分线性映射、簇类分析等；有监督学习方法包括偏最小二乘法–判别分析(Partial Least Squares Discriminant Analysis， PLS-DA)、正交算法、人工神经网络及基于进化的计算算法。其中主成分分析和偏最小二乘法–判别分析是代谢组学研究中最常用的模式识别方法，这两种方法能够使实验数据更加简化与可视化，提取数据的本质特征。代谢组学通常采用SIMCA-P软件进行数据分析，通常采用得分图和荷载图来分析样本的分类情况和对样本分类有贡献的变量，贡献率大的变量可作为生物标志物，并从中得到需要的生物学信息。SIMCA-P、SPSS、SAS、XCMS、MestReNova是代谢组学数据分析常用软件。
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user: 3. 微生物代谢组学应用进展 在突变体筛选以及功能基因的研究方面，微生物代谢组学已成功应用于区分动物细菌性肺炎的不同病原 [ 11 ] 以及对小儿感染性休克的早期诊断 [ 12 ] 。在食品与营养学方面，微生物代谢组学开始应用于揭示病原体、毒素等的降解过程，并已成功应用于食品中有毒物质的检测，为食品安全监测提供了新方法。如Ediage等 [ 13 ] 采用LC-MS-MS技术检测了不同高粱品种，对定性了的23种真菌毒素进行了定量分析；席晓敏等 [ 14 ] 采用GC-MS技术探究了某些食品中的存在与微生物污染有关的代谢产物。 近年来，运用基因组学、转录组学、蛋白组学以及代谢组学等方法探索乳酸菌等肠道微生物对肠道的影响是本领域的热点之一。微生物代谢组学方法不仅能够检测到乳酸菌作用下肠道中代谢物变化，而且能够阐明乳酸菌代谢通路对宿主细胞的影响 [ 14 ] 。此外，肠道菌群也是目前系统生物学和代谢组学研究的重点之一 [ 15 ] 。Raman [ 16 ] 、Ahmed [ 17 ] 等采用基于GC-MS等技术的代谢组学方法对肠道菌群与宿主细胞代谢产物进行了研究，探寻了肠道菌群与宿主健康与疾病的相互关系。
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user: 4. 土壤环境微生物代谢组学研究方法与应用 土壤微生物群落中小分子代谢物的产生和释放以及代谢活动的消耗构成了复杂的土壤微生物胞外代谢物体系，而胞外代谢物正是微生物群落代谢状态的直接反映。研究不同条件下微生物群落的胞外代谢物能够引导我们更好地了解微生物的应激反应。 土壤环境复杂、土壤微生物代谢物样品处理与分析困难，是目前土壤环境胞外代谢产物研究匮乏的原因之一。组成SOM (土壤有机质)的有机化合物存在于土壤的不同层次结构中并且其生物可利用度不同，其中溶解性有机物最容易被土壤微生物利用。土壤中存在的溶解性有机物大部分由微生物代谢与细胞分解得来。由以上，可以建立土壤有机质与微生物代谢物相关性的研究。 土壤微生物代谢组学研究中，代谢物的提取是关键。目前土壤代谢物提取方法主要有盐溶液提取法、氯仿熏蒸法和有机溶剂提取法等三种。其中，盐溶液提取法是土壤有机质提取的主要方法。Warren等 [ 18 ] 采用震荡、离心、过滤的方法来提取土壤溶液中的有机质。Swenson等 [ 19 ] 分别采用10 mmol∙L − 1 K 2 SO 4 溶液和10 mmol∙L −1 NH 4 HCO 3 溶液来提取土壤，发现两种方法提取到的代谢产物无显著性差异。在研究土壤微生物的胞内及胞外代谢产物时，为了单独获得胞内代谢产物，传统方法是采用氯仿熏蒸溶解微生物细胞再进行代谢物提取 [ 20 ] 。Swenson等 [ 19 ] 分别采用了熏蒸与非熏蒸方法来提取土壤样品并对代谢物轮廓进行比较，发现熏蒸法得到的代谢物种类和数量有显著增加，但需要将土壤样品长时间暴露在氯仿蒸汽中，无法避免微生物继续进行生命活动而带来代谢物发生变化的影响 [ 18 ] 。Swenson等 [ 19 ] 的这项土壤微生物代谢产物研究的具体流程为：第一步：土壤首先经2 mm筛子过筛，再用氯仿熏蒸24 h以得到胞内代谢产物，未被熏蒸到的部分得到胞外代谢产物；第二步：将土壤以1:4比例溶解(2 g土壤：8 mL提取剂)，在4˚C下、轨道式摇床中摇晃1 h；第三步：将溶液离心，得到的上清液通过0.45 μm的滤膜过滤；第四步：将滤液衍生化后进行GC-MS上机，结果定性出了100多种胞内胞外代谢物。Warren等 [ 18 ] 采用CE-MS技术研究了土壤中含氮代谢产物(溶解性有机氮，DON)，检测到接近100种含氮代谢物，其中57种已定性。Kakumanu等 [ 21 ] 分别采用氯仿熏蒸法和非熏蒸有机溶剂法提取土壤代谢物，发现采用非熏蒸氯仿–硫酸钾溶液(V:V = 1:4)可得到胞内胞外代谢产物。Rochfort [ 22 ] 等将冻干土壤用甲醇–水溶液(V:V = 4:1)溶解，将该混合液进行10 min超声震荡，得到了种类非常多的胞内胞外代谢物。 目前，土壤微生物代谢组学的相关研究较少，但从有限的研究中仍可发现研究技术与平台与代谢组学无太大差异。Chamam A等 [ 23 ] 采用RP-HPLC (DAD) (高效液相色谱技术，配有二极管阵列检测器)和LC-MS技术研究水稻与细菌的相互作用，对细菌产生的次级代谢产物(黄酮类、有机酸、间苯二酚)进行代谢物轮廓分析。FT-ICR-MS (傅里叶变换离子回旋共振质谱技术)是一种天然有机物的分析方法，可以进行高质量精度和分辨率的离子检测，已广泛应用于环境样品中复杂的有机混合物的特征研究中，FT-ICR-MS是土壤DOM动态获取的高效技术，碳水化合物、脂类、木质素、蛋白质等都可以通过该技术检测出 [ 24 ] 。核磁共振技术一般用来分析土壤中大分子物质及其结构，在土壤中小分子代谢物的研究中应用较少。Jones等 [ 25 ] 利用核磁共振技术分析了矿区土壤的提取物，获得土壤群落微生物自然活动的糖类、氨基酸等代谢产物。选择何种分析方法取决于研究的重点和需要，组合多种分析技术可能会提供更全面的分析结果。 在某些研究中，土壤作为代谢组学研究的载体而存在。当前土壤微生物代谢组学的研究主要集中在微生物与植物相互作用机制的探索。土壤微生物与植物根际分泌物相互作用的研究较多，植物根际分泌物主要成分为氨基酸和糖类，还有黄酮类等次级代谢产物，这些分泌物直接影响土壤微生物的结构和功能。还有研究者采用植物根系分泌物代谢组学方法研究了土壤–植物的相互作用对土壤多氯联苯(PCBs)生物修复的影响，通过建立拟南芥–假单胞杆菌模型，定性了125种化合物 [ 26 ] 。至今，大部分文献集中于研究单一种类微生物对植物分泌物的应激反应，极少见统筹考虑土壤中多种微生物的报道 [ 27 ] 。关于土壤环境微生物代谢组学的应用与分析方法研究进展可归纳为表1。
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user: 5. 微生物代谢组学在污水土地处理系统中的应用 污水土地处理技术的核心是经过人工调制的特殊土壤(基质层)，污水在可控条件下(限定的水力负荷 Table 1 Application of different analytical techniques in soil microbial metabolomic 样品 土壤中幼苗和植株分泌物 土壤中的虫 土壤中植物 根系分泌物 土壤 植物根系， 丛枝真菌菌根 处理方法 NaCl和NaHCO 3 溶液提取 不同土壤类型；不同有机物类型 溶剂提取，分馏 熏蒸， 13 C标记 溶剂提取 技术平台 1 H-NMR NOESY (D 2 O， Na 2 HPO 4 ， NaH 2 PO 4 ， TSP) 1 H-NMR (D 2 O， TSP or CDCl 3 ) GC-MS (Rtx5Sil-MS column) GC-MS (Rtx5Sil-MS column) LC-ESI Q-TOF-MS (SunFire C18 analytical column) 代谢产物类型 氨基酸、有机酸等 氨基酸等 糖，醇，酚醛类，氨基酸等 氨基酸，有机酸，糖醇等 氨基酸，有机酸，磷酸盐，维生素等 研究目的 生物标志物，确定最佳施肥浓度 生物标志物，确定最佳施肥浓度 定性影响土壤微生物的代谢产物 完善土壤代谢组学研究流程 丛枝真菌菌根与茄科植物的相互关系 参考文献 [ 28 ] Pang et al. 2016 [ 29 ] Rochfort et al. 2009 [ 30 ] Badri et al. 2013 [ 27 ] Swenson et al. 2015b [ 31 ] Rivero et al. 2015 表1. 不同分析技术在土壤微生物代谢组学中的应用 与污染物负荷)投配到系统中，污染物在基质层物理、化学和生物作用下得到去除。在此过程中，污染物的去除与微生物的生命活动关系密切；通过精准分析微生物代谢产物来揭示基质层微生物代谢通路，能够突破长期以来污水土地处理理论的黑箱限制。 作者初步探讨了微生物代谢组学分析方法在地下渗滤系统(土地处理的主要类型)中应用的可行性，以期通过代谢组学的视角揭示不同基质层剖面深度的特征微生物代谢行为与污水净化过程之间的定性、定量关系。采取的具体实验步骤为：1) 建立稳定运行的模拟地下渗滤系统；2) 定期分层取基质层土壤样品(土壤样本取自沈阳农业大学试验田表层壤土)，进行预处理：将取出的土壤转移至冻干瓶中，先于−80˚C冰箱中预冻8小时，再放入真空干燥机中冻干2小时后取出置于研钵中，充分研磨后称取500 mg，放入2 mL离心管中，加入0.5 mL乙酸乙酯，0.5 mL (甲醇:氯仿体积比 = 3:1)，混匀后置于−20˚C冰箱中保存；3) 离心处理：向研磨后冷藏保存的样品内加入60 μL浓度为0.2 mg/mL的核糖醇(溶解于纯净水)，涡旋15 s后放入冷冻微量离心机中，12，000 ×g离心15分钟；小心地取出0.8 mL上清液于2 mL进样瓶中，并在真空浓缩仪中干燥备用；4) 衍生化处理：向干燥后的代谢物中加入30 μL盐酸甲氧胺溶液(20 mg/mL，溶于吡啶中)，轻轻摇匀后，放入烘箱中80˚C孵30分钟，之后向每个样品中迅速加入40 μL MSTFA (N-甲基-N-(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺)，将混合物在70˚C下孵2小时；冷却至室温后，经0.45 μm滤膜过滤至GC样品瓶中待测；5) 仪器分析：采用GC-TOF-MS技术对样品进行定性定量分析；6) 图谱分析：通过各谱峰的保留时间、荷质比、峰面积等数据，采用主成分分析、正交偏最小二乘判别分析以及单变量统计分析，寻找对应的代谢产物和潜在的生物标志物，探究其中蕴含的生物学信息。作者对地下渗滤系统模拟装置好氧基质层与厌氧基质层中微生物进行代谢组学研究，初步定性出473种代谢产物，筛选出糖类、醇类、有机酸等24种差异代谢物，具体见表2。代谢产物的差异性表明，基质层在好氧或厌氧条件下存在不同的代谢通路和优势微生物。根据基质层微生物代谢产物的差异，可以反推出地下渗滤暗箱系统中微生物的生长环境发生了改变。 Table 2 Differential metabolites in aerobic matrix and anaerobic matri 好氧基质层显著性代谢产物 厌氧基质层显著性代谢产物 英文名称 中文名称 英文名称 中文名称 trehalose 海藻糖 citraconic acid 柠康酸 1，2，4-benzenetriol 苯三酚 2-ketobutyric acid 酮丁酸 maltotriitol 麦芽三糖醇 lignoceric acid 木焦油酸 mannitol 甘露醇 glutaconic acid 戊烯二酸 cumic acid 异丙苯甲酸 pyrrole-2-carboxylic acid 吡咯-2-羧酸 methyl hexacosanoate 二十六烷酸甲酯 1，2-cyclohexanedione 1，2-环己二酮 sulfuric acid 硫磺酸 phosphomycin 磷霉素 2-ketoadipate 邻苯二酚 palmitoleic acid 棕榈油酸 urocanic acid 4-咪唑丙烯酸 3-hydroxypyridine 3-羟基吡啶 succinic acid 琥珀酸 tartronic acid 羟基丙二酸 sophorose 槐糖 saccharopine 酵母氨酸 3-hydroxybutyric acid 3-羟基丁酸 farnesal 金合欢醛 表2. 好氧基质层与厌氧基质层的差异代谢物
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user: 6. 总结与展望 迄今为止仍缺乏标准的取样与样品预处理方法，建立标准化研究方法是未来的重要研究方向；微生物代谢产物数据量庞大，根据图谱鉴别代谢产物的化学结构也存在对比库信息量匮乏和图谱解译速度慢的问题，因此，将代谢组学与蛋白组学、基因组学相结合，建立关联基因组、蛋白组及代谢组数据的大型数据库，开发数据挖掘和分析软件，构建高通量代谢物分析平台，从而实现数据处理自动化，是未来发展的热点。 将微生物代谢组学研究方法运用于探索复杂环境条件下、特别是土壤环境中微生物的代谢通路，有助于从本质上阐明微生物降解的机理，全面揭示微生物在生态修复中的作用。利用微生物代谢组学方法研究污水土地处理系统的生物代谢机制，以代谢产物的角度反演污染物降解历程与系统健康度，有望突破以往依赖具有明显滞后性的微生物种群结构鉴定结果来回答基质层微环境演变规律及其影响因子的局限性，从而深入解译污水土地处理系统基质层的生物暗箱过程，为微生物代谢组学研究开辟新的应用领域。
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user: 摘 要 研究了羊栖菜岩藻甾醇提取物的抗氧化生物活性。实验以VC和BHT作为阳性对照，分别对三种物质的总还原力、·DPPH自由基、 ⋅ O 2 − 自由基以及·OH自由基进行了测定。结果表明：在20~200 µg/mL的实验浓度范围内，羊栖菜岩藻甾醇提取物表现出较好的抗氧化活性。 关键词 :羊栖菜，岩藻甾醇，抗氧化活性 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 羊栖菜(Sargassum fusiforme)隶属褐藻门马尾藻科，是一种暖温带–亚热带性海藻，适宜生长于海水透明度较高、营养盐量丰富的海域。在我国，北至辽东半岛，南至闽粤沿海，其均有分布，其中尤以浙闽海域为盛；在日本、韩国以及朝鲜部分海域亦有分布 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] 。抗氧化剂在日常生活中的应用愈发广泛，人工合成的抗氧化剂所导致的副作用日益凸显，天然抗氧化剂因其绿色、安全的优点而噬待开发。据相关文献报道，岩藻甾醇具有较强的抗氧化性 [ 4 ] 。本实验通过总还原力、·DPPH自由基清除率、 ⋅ O 2 − 自由基清除率以及·OH自由基清除率对岩藻甾醇提取物的抗氧化活性进行初步探索，为后期其他天然抗氧化剂的研究开发提供一定的理论依据 [ 5 ] [ 6 ] 。
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user: 2. 材料与方法 2.1. 材料与试剂 新鲜羊栖菜购买于浙江省温州市洞头县，查阅《中国药典》相关规定，将羊栖菜湿样用清水冲洗，以去除泥沙，切碎，置于55˚C真空烘箱中恒温烘干至恒重，然后研制成粉末状，密封，在避光低温条件下储藏备用。·DPPH、VC、BHT、 ⋅ O 2 − 、·OH购于阿拉丁试剂公司。其它化学试剂均购自杭州汇谱化工有限公司。 2.2. 仪器 Milli-Q超纯水装置，美国MILLIPORE公司；Evolution 60S紫外可见光分光光度计，美国Themo Fisher公司；iMARK酶标仪，美国Bio-Rad公司。 2.3. 实验方法 2.3.1. 羊栖菜岩藻甾醇粗提物的制备 称量约150 g的羊栖菜干粉，以甲醇–二氯甲烷(1:1， v/v)进行热回流提取，回流液经自然冷却后于高速冷冻离心机中以5000 rpm离心10 min (室温)，取上清液后旋转蒸发，获得羊栖菜岩藻甾醇粗提物5.86 g，将岩藻甾醇提取物样品以95%乙醇进行溶解，配制成浓度分别为20 µg/mL、40 µg/mL、80 µg/mL、100 µg/mL、150 µg/mL、200 µg/mL的样品溶液。 2.3.2. 总还原力的测定 物质的总还原力是其潜在抗氧化性的标志。抗氧化剂因自身的还原能力而给出电子从而实现自由基的清除，总还原力越强，抗氧化性越强。因此通过总还原力的测定可以说明其抗氧化活性的强弱。岩藻甾醇提取物总还原力的测定参考相关文献 [ 7 ] 并稍作改动，具体实验操作如下：取各浓度样品溶液0.5 mL，向其中分别加入0.2 mol/L PBS缓冲液(pH = 6.6)和1% K 3 Fe(CN) 6 各1.25 mL，待其混合均匀后，于50˚C恒温水浴锅中反应20 min。取出后，加入1.25 mL 10%的三氯乙酸，混匀后以1000 rpm离心10 min。取上清液2.5 mL，并加入2.5 mL 95%乙醇以及1 mL 0.1%的FeCl 3 ，混匀后测定其在700 nm下的吸光度。以VC、BHT重复上述实验作为阳性对照。为减小误差，各浓度样品均平行测定3次，取平均值。样品吸光度至越大，表明其总还原力越强。 2.3.3. ·DPPH自由基清除能力的测定 DPPH是以氮为中心的自由基，性质非常稳定，自身呈紫色，其在517 nm下有强烈的吸收。当待测物具有降低烷基自由基、过氧化自由基、羟基自由基及切断脂质过氧化反应等能力时，表明该待测物也具有清除·DPPH自由基能力。样品中氢与·DPPH相结合即·DPPH自由基中孤电子被配对时，其颜色由紫色逐渐变为黄色，直至反应结束，相应地，其在517 nm处的吸光度也逐步降低。因此可以通过吸光度的测定检验物质的清除·DPPH自由基的能力，进而为该物质的抗氧化能力给出参考 [ 8 ] 。 准确量取1 mL 1 × 10 −4 mol/mL ·DPPH乙醇溶液，向其中加入1 mL样品溶液，混匀，氮气保护下，于暗处反应40 min后，用95%乙醇做参比液，测定反应体系在517 nm处的吸光度A i ；同时测定517 nm处1 mL ·DPPH溶液与等体积95%乙醇混合液的吸光度A c 及1 mL岩藻甾醇样品溶液与等体积乙醇95%混合液的吸光度A j 。以VC、BHT重复上述实验作为阳性对照。各浓度岩藻甾醇提取物样品溶液均平行测定3次，·DPPH自由基清除率的计算公式如下： · DPPH 自 由 基 清 除 率 ( % ) = [ 1 − ( A i − A j ) / A c ] × 100 % (1) 其中： A c —1 mLDPPH溶液加1 mL乙醇的吸光度； A j —1 mL样品溶液加1 mL乙醇的吸光度； A i —1 mL样品溶液加1 mL DPPH的吸光度。 2.3.4. ⋅ O 2 − 自由基清除能力的测定 超氧阴离子( ⋅ O 2 − )是氧类自由基的基础，具有转化成其他自由基的能力。作为机体内存活时间最久的自由基，超氧阴离子自由基可以引发自由基链式反应，从而生成活性相对更强的自由基。由于超氧阴离子自由基具有较强的扩散性及靶向性，从而对机体造成多种伤害：钝化机体内SOD酶及含-SH的酶；氧化机体内抗坏血酸等。因此对 ⋅ O 2 − 自由基的有效清除将极大地降低氧自由基的产生量 [ 9 ] 。 实验原理：邻苯三酚自氧化法。具体操作如下：将4.5 mL 0.05 mol/L Tris-HCl (pH = 8.2)于25˚C恒温水浴中预热20 min后，分别向其中加入1 mL岩藻甾醇提取物样品溶液和0.4 mL 25 nmol/L邻苯三酚溶液，混匀并于25˚C水浴中准确反应5 min，立即向其中加入2滴8 mol/L的HCl以终止反应。在波长320 nm处，测定反应体系的吸光度A i ；另在预热20 min的Tris-HCl (pH = 8.2)中加入1 mL样品溶液和0.4 mL 95%乙醇，混匀后于25˚C水浴中准确反应5 min后，于320 nm测其吸光度A j ；在预热20 min Tris-HCl (pH = 8.2)中加入1 mL乙醇和0.4 mL 25 nmol/L邻苯三酚混匀后于25˚C水浴中准确反应5 min，作为对照，于320 nm测其吸光度A c 。以VC、BHT重复上述实验作为阳性对照。岩藻甾醇提取物 ⋅ O 2 − 自由基清除率的计算公式如下： ⋅ O 2 − 自 由 基 清 除 率 ( % ) = [ 1 − ( A i − A j ) / A c ] × 100 % (2) 其中： A i —样品溶液加邻苯三酚溶液的吸光度； A j —样品溶液加乙醇的吸光度； A c —邻苯三酚溶液加乙醇的吸光度。 2.3.5.·OH自由基清除能力的测定 羟自由基(·OH)是机体内最为活泼的自由基，其可以通过解聚或聚合蛋白质、裂解核酸及脂类等促使细胞及组织发生病变，进而对机体造成巨大伤害。清除·OH自由基可以有效地预防早衰及心血管疾病等 [ 10 ] 。 实验原理：Fe 2+ 与H 2 O 2 发生反应会产生·OH，其可以被水杨酸捕捉并产生有色物质，此有色物质在510 nm处有最大吸收。具体实验步骤为：取2 mmol/L FeSO 4 及6 mmol/LH 2 O 2 溶液各25 mL，充分混匀后，向其中加入6 mmol/L水杨酸75 mL，取1 mL混合液，加入1 mL 95%乙醇，将其于36.5˚C的恒温水浴锅中反应10 min后于波长510 nm下测吸光度A 0 ；取混合液1 mL，加入1 mL待测样品溶液，于36.5˚C的恒温水浴锅中准确反应10 min后在波长510 nm下测吸光度A x 。以VC、BHT重复上述实验作为阳性对照。样品的·OH自由基清除率计算公式如下： · OH 自 由 基 清 除 率 ( % ) = ( A 0 − A x ) / A 0 × 100 % (3) 其中： A 0 —空白对照的吸光度； A x —加入样品溶液后测得的吸光度。
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user: 3. 结果与分析 3.1. 总还原力的测定 VC、BHT、岩藻甾醇提取物的总还原力测定结果如图1所示。实验所测浓度范围内，三者均具有一 图1. VC、BHT、岩藻甾醇提取物的总还原力 定的还原能力，且三者的还原能力与各自浓度呈正相关。其中，在样品浓度低于40 µg/mL时，三者的还原能力相差不大，响应值均在0.3以内；在浓度在40~80 µg/mL范围内，VC的还原能力迅速提高；80 µg/mL以后，三者之间还原能力差距越来越大，基本呈现倍数关系。综合三者相比较，岩藻甾醇提取物的还原能力较低，VC的还原能力明显强于BHT和岩藻甾醇提取物。 3.2. ·DPPH自由基清除能力的测定 VC、BHT、岩藻甾醇提取物的·DPPH自由基清除能力测定结果如图2所示。VC、BHT、岩藻甾醇提取物在实验浓度范围内均表现出较强的·DPPH自由基清除能力，且清除能力与各自的浓度均呈正相关。其中，VC的·DPPH自由基清除能力明显强于岩藻甾醇提取物及BHT。当浓度在20~60 µg/mL范围内，岩藻甾醇提取物的清除能力最弱，但当浓度超过40 µg/mL时，随着浓度的增加，岩藻甾醇提取物的清除率上升幅度明显快于BHT；当浓度在60~150 µg/mL范围内，岩藻甾醇提取物的清除率均高于BHT，但当浓度超过80 µg/mL时，其清除率增幅逐渐趋于平缓而BHT的清除率增幅逐渐增大；当浓度在150~200 µg/mL范围内，岩藻甾醇提取物与BHT的·DPPH自由基清除能力基本持平。 3.3. ⋅ O 2 − 自由基清除能力的测定 VC、BHT、岩藻甾醇提取物的 ⋅ O 2 − 自由基清除能力测定结果如图3所示。VC、BHT、岩藻甾醇提取物在实验所测浓度范围内表现出较强的 ⋅ O 2 − 自由基清除能力，且清除能力与各自的浓度均呈正相关。其中，当浓度为20 µg/mL时，岩藻甾醇提取物的清除率为6.27%，VC与BHT的清除率分别为12.06%和10.67%；当浓度增加到200 µg/mL时，岩藻甾醇提取物的清除率达到53.57%，而VC与BHT的清除率分别达到83.62%及81.20%。 3.4. ·OH自由基清除能力的测定 VC、BHT、岩藻甾醇提取物的·OH自由基清除能力测定结果如图4所示。VC、BHT、岩藻甾醇提 图2. VC、BHT、岩藻甾醇提取物的·DPPH自由基清除能力 图3. VC、BHT、岩藻甾醇提取物的 ⋅ O 2 − 自由基清除能力 图4. VC、BHT、岩藻甾醇提取物的 . OH自由基清除能力 取物在所测浓度范围内据具有清除·OH自由基的作用，且清除能力与各自的浓度均呈正相关。当浓度低于40 µg/mL时，三者的清除能力相差不大，均在30%以内；当浓度在40~80 µg/mL范围内，随着浓度的增加，BHT和岩藻甾醇提取物的清除能力增幅快于VC；当浓度超过80 µg/mL时，BHT的清除能力上升越来越快，而岩藻甾醇提取物和VC的清除率增幅相对逐渐趋于平缓；当浓度达到200 µg/mL时，BHT的·OH自由基清除率达到87.96%，岩藻甾醇提取物与VC的·OH自由基清除率分别为57.85%和56.33%。
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user: 4. 结论 本文对羊栖菜岩藻甾醇提取物进行系列的体外抗氧化生物活性试验。在20~200 µg/mL的实验所测浓度范围内，分别对总还原力、·DPPH自由基清除率、 ⋅ O 2 − 自由基清除率以及·OH自由基清除率进行测定，并与VC、BHT两种抗氧化剂进行对比。结果表明：VC的总还原力最强、BHT次之，而岩藻甾醇提取物相对较弱；岩藻甾醇提取物的·DPPH自由基清除率较强，在浓度为60~140 µg/mL范围内，其清除率甚至超过了BHT；岩藻甾醇提取物的 ⋅ O 2 − 自由基清除能力虽弱于VC和BHT，但当浓度为200 µg/mL时，其清除率亦达到53.5%；与VC相比，岩藻甾醇提取物的·OH自由基清除能力较强。综上所述，羊栖菜中岩藻甾醇提取物具有较好的抗氧化活性。
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user: 摘 要 本文建立桁架模型模拟材料的力学行为，针对正交各向异性和各向同性材料，构建相应的框架模型，并依据材料的本构关系(胡克定律)确定模型参数。本文进一步讨论了材料泊松比对模型构造的影响，验证了模型的适用性和桁架模型模拟力学行为的合理性。对于各向同性材料，本文应用该桁架模型对材料曲屈行为进行了研究，将桁架模型的基本参数确定与材料杆件屈曲行为结合起来，建立框架模型曲屈失效的判据，探讨了杆件失效的材料细观机制。 关键词 :本构关系，桁架模型，泊松比，屈曲，细观机制 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 前言 桁架结构由若干杆件和连接杆件的铰点组成，杆件通过铰点相互作用；桁架结构形式简单、拆卸方便，运输便利，是一种应用十分广泛的工程结构形式。桁架结构中各个杆件受力情况不尽相同，通过合理设计桁架结构，可使各杆最大限度地发挥自身的力学性能，从而有效减轻结构整体重量，是桁架结构应用的关键。 在框架模型的发展中，Schmit构建了多工况情形中弹性结构优化的数学模型 [ 1 ] ，采用应用数学规划法来优化设计；Cornell构造以运动极限为准则的线性序列法 [ 2 ] ，桁架杆件截面积得到了优化；Bendsoe将桁架结构以重量为约束条件，以位移为设计变量，按照最小势能原理求解原问题极值 [ 3 ] ；刘亮等人以有限元法为基础，建立了杆单元位移的计算方法，将结构设计的优化变量与模型参数之间的关系用显式表达 [ 4 ] ；程耿东和郭旭提出变量 释放的算法 [ 5 ] ，得到了桁架结构的奇异问题的最优解，从而通过已有的拓扑优化算法得到全局最优解。 上述工作主要是针对结构分析，与此不同的是，本文以桁架结构为基础，将桁架这种非连续介质形式用于一般连续介质的力学行为模拟上，通过桁架受力平衡分析，建立桁架中杆件受力平衡关系与被模拟材料的本构关系的当量性，从而建立起桁架模型参数与被模拟材料参数的关系，达到桁架模型变形与被模拟材料变形的一致性，进而可应用桁架模型研究被模拟材料的力学行为，揭示被模拟材料的力学特性。在其他的本构关系的问题方法中，本文与其推论的理论基础基本相似，而本文建立了更具有一般性的桁架模型。 本文后半部分通过桁架模型对材料曲屈行为进行了研究，桁架模型不仅能够模拟真实材料的力学行为，通过模型构造也可以适用于各种不同性质的材料性能模拟，为材料力学行为研究提供一种新的思路。
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user: 3. 正交各向异性材料模拟–桁架模型参数确定 基于上一节的模型，由正交各向异性材料的性质，可设定对应平行棱边杆的材料模量相等，平行面的对应面内杆的材料模量相等。故令三个棱边杆的模量分别为K xx 、K yy 和K zz ，六个面的面内杆的材料模量分别为K 13 、K 24 、K 16 、K 25 、K 18 和K 45 ，其中下标为杆两端点编号，编号参看图1(b)。 对于正交各向异性材料，本构关系 [ 7 ] 为 σ x x = C 11 ε x x + C 12 ε y y + C 13 ε z z σ y y = C 21 ε x x + C 22 ε y y + C 23 ε z z σ z z = C 31 ε x x + C 32 ε y y + C 33 ε z z σ x y = C 44 ε x y σ y z = C 55 ε y z σ x z = C 66 ε x z (3.1) 其中 C 11 = 1 − μ 23 μ 32 E 1 E 2 Δ C 12 = μ 21 + μ 31 μ 23 E 3 E 2 Δ = μ 12 + μ 13 μ 32 E 3 E 2 Δ C 22 = 1 − μ 13 μ 31 E 1 E 3 Δ C 23 = μ 32 + μ 12 μ 31 E 1 E 3 Δ = μ 23 + μ 21 μ 13 E 3 E 1 Δ C 33 = 1 − μ 12 μ 21 E 1 E 2 Δ C 13 = μ 13 + μ 12 μ 23 E 1 E 2 Δ = μ 31 + μ 21 μ 32 E 2 E 1 Δ C 44 = G 23 C 55 = G 13 C 66 = G 12 Δ = 1 E 1 E 2 E 3 | 1 − μ 21 − μ 31 − μ 12 1 − μ 32 − μ 13 − μ 23 1 | (3.2) 通过式(2.10)与式(3.1)比较可知 K 13 − K 24 + K 57 − K 68 = 0 K 16 − K 25 + K 47 − K 38 = 0 K 18 − K 45 + K 27 − K 36 = 0 故令 K 16 = K 25 = K x z ，       K 13 = K 24 = K x y ，       K 18 = K 45 = K y z 则式(2.9)简化为 σ x x = [ 2 K x x + K x y + K x z ] ε x x + K x y ε y y + K x z ε z z σ y y = K x y ε x x + [ 2 K y y + K y z + K y x ] ε y y + K y z ε z z σ z z = K z x ε x x + K z y ε y y + [ 2 K z z + K y z + K x z ] ε z z σ y z = 2 K y z ε y z ，       σ x z = 2 K x z ε x z ，       σ x y = 2 K x y ε x y (3.3) 对比式(3.1)和式(3.3)有 2 K x x + K x y + K x z = C 11 = 1 − μ 23 μ 32 E 1 E 2 Δ ，     K x y = C 12 = μ 21 + μ 31 μ 23 E 3 E 2 Δ = μ 12 + μ 13 μ 32 E 3 E 2 Δ 2 K y y + K y z + K y x = C 22 = 1 − μ 13 μ 31 E 1 E 3 Δ ，     K z y = C 23 = μ 32 + μ 12 μ 31 E 1 E 3 Δ = μ 23 + μ 21 μ 13 E 3 E 1 Δ 2 K z z + K y z + K x z = C 33 = 1 − μ 12 μ 21 E 1 E 2 Δ ，     K z x = C 13 = μ 13 + μ 12 μ 23 E 1 E 2 Δ = μ 31 + μ 21 μ 32 E 2 E 1 Δ (3.4) 由上式可知桁架参数由材料参数计算得到。桁架模型有9个未知杆模量，材料刚度矩阵亦有9个独立常数，桁架模型参数可由材料基本参数唯一确定。
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user: 4. 各向同性材料模拟―改进的桁架模型 对各向同性材料而言，式(3.4)中 E i = E ，     μ i j = μ ，       i ， j = 1 ， 2 ， 3 参考式(3.4)有 K x y = K z y = K z x = μ ( 1 − 2 μ ) ( 1 + μ ) E = 1 2 ( 1 + μ ) E (4.1) 即泊松比μ固定为0.25，这一结果大大降低了桁架模型的普适性。 考虑到上述问题，在原有模型中引入六个面的面内剪切板，即只承受剪切、不承受面内拉压的板，为桁架模型加入新的独立参数，以适应材料不同的泊松比。 参考图1，以由节点1234组成的剪切板为例，其剪应变为 2 ε x y ，令其剪切模量为 G m ，故桁架模型的剪切板的应变能为 2 G m ε x y 2 ，引入虚功原理得到平衡方程如下： σ x x = ( 2 K e + K d ) ε x x + K d θ ，     σ y y = ( 2 K e + K d ) ε y y + K d θ ，     σ z z = ( 2 K e + K d ) ε z z + K d θ σ x y = ( 2 K d + t l G m ) ε x y ，     σ x z = ( 2 K d + t l G m ) ε x z ，     σ z y = ( 2 K d + t l G m ) ε z y (4.2) 其中， θ 为体积应变 θ = ε x x + ε y y + ε z z 线弹性各向同性材料本构关系的一般式为 σ x x = E 1 + v ε x x + E v ( 1 + v ) ( 1 − 2 v ) θ σ y y = E 1 + v ε y y + E v ( 1 + v ) ( 1 − 2 v ) θ σ z z = E 1 + v ε z z + E v ( 1 + v ) ( 1 − 2 v ) θ σ x y = E 2 ( 1 + v ) ε x y σ x z = E 2 ( 1 + v ) ε x z σ y z = E 2 ( 1 + v ) ε y z 故有 2 K e + K d = E 1 + v ，     K d = E v ( 1 + v ) ( 1 − 2 v ) ，     2 K d + t l G m = E 2 ( 1 + v ) (4.3) 与各向同性材料的本构关系对比，由式(4.3)可得 K e = K x x = K y y = K z z = 1 − 3 μ 2 ( 1 − 2 μ ) ( 1 + μ ) E K d = K x y = K z y = K z x = μ ( 1 − 2 μ ) ( 1 + μ ) E G m = l ( 1 − 4 μ ) t ( 1 − 2 μ ) ( 1 + μ ) E (4.4) 从上述结果可以看出，引入剪切板后，材料的泊松比不再固定，可以随着被模拟材料本身的性质变化。值得注意的是，当材料的泊松比大于0.25且小于0.5时，剪切板的弹性模量为负数。而这个结果的产生是因为框架结构既要与介质单元的受力状况相一致，各个节点又要与介质单元对应点的位移相同在此约束下产生的数学结果表现为如上所示。尽管现实中应力应变方向相反的剪切板是不可能存在的，只是以此模拟介质单元的力学性能。
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user: 6. 本文小结 本文提出的桁架模型中，杆件只承受杆的轴向力，面内板只受剪切力作用，不承受面内拉压作用；该桁架模型有八个节点，十二个棱边杆、十二个面内杆和六个剪切板，对于不同类型和性质的材料，可具体设定模型杆件和剪切板的材料模量；本文基于桁架模型和被模拟介质体元变形一致的前提，通过虚功原理建立桁架模型与被模拟介质体元的刚度等效关系，从而用材料参数确定桁架模拟模型的参数。 1) 对于各向同性材料，本文在原模型的基础上添加了只承受剪切的面板元件，解决了桁架模型对材料泊松效应的模拟问题。 2) 由改进的桁架模拟模型可知，引入的剪切板材料剪切板模量 G m = 0 时，被模拟的材料泊松比为0.25；值得注意到的是，当材料的泊松比大于0.25且小于0.5时，桁架模型剪切板的材料剪切模量为负，即该剪切板的应力应变方向相反。 3) 基于框架模型的建立继而分析屈曲变化的引发机制，并结合框架模型计算对屈曲问题进行分析，讨论细长构件在压缩载荷下从压缩变形到弯曲变形的变化过程和力学作用，特别是在临界屈曲载荷下，分析框架模型的受力状况。 4) 从模型失效研究中我们看到，对于宏观杆材料的不同泊松比，框架模型的失效形式是不同的，由此可以反映出该宏观杆材料屈曲特性的不同。我们认为框架模型棱边杆失效时，宏观杆屈曲是由压应力主导的；框架模型与受力方向相平行的面中的面内杆失效时，宏观杆屈曲是由相应的剪切应力主导的。 上述结果表明，桁架模型不仅能够模拟真实材料的力学行为，通过模型构造也可以适用于各种不同性质的材料性能模拟，为材料力学行为研究提供了一种新的方式。
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user: 摘 要 在新课程标准中，培养学生自主学习能力是高中历史课堂教学的重要目的之一，这已引起教育者的广泛关注，并通过课堂教学形式的改革，对学生自主学习能力的培养做出诸多努力。然而学生自主学习能力的培养，不能摈弃基础学习，要注意梳理知识点，建构知识体系；同时要进一步强化情境教学，体验文化演变，培养学生历史地看待、思考问题的能力；另外，引导学生运用历史思维思考、辨析新材料、新观点，培养发现问题、解决问题的能力，也是学生自主学习能力的重要体现。“中国传统文化主流思想的演变”一章的教学，能很好地契合以上各方面内容，并可推广到其他专题教学，具有良好示范意义。 关键词 :自主学习，知识建构，情境教学，历史思维 Copyright © 2017 by author and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 导言 所谓学生的自主学习能力，是指“学生在教师的科学指导下，通过能动的创造性的学习活动，实现自主性发展” [ 1 ] ，这要求以教师的科学指导为前提条件和主导，学生成为教育的主体、学习的主体。近年来，随着教育改革的深入，素质教育的全面推广，对学生自主学习能力的培养已得到各界广泛重视。2015年版《普通高中历史课程标准》也明确提出：“提高历史素养需主客观相结合。历史课程的设计要有利于教师教学理念的更新和教学方式的转变”，要“引领学生学会学习，学会深入思考和探究；要有利于学生学习方式的转变，倡导学生自主学习、合作学习和探究学习，提高创新意识和实践能力”。实际上，这不仅是历史学科，也是一切教学活动的目的，是一切教育教学活动的本质要求。 对学生自主学习能力的培养，当前很多教育工作者进行了多方实践，并做了诸多理论阐释，如《高中学生历史思维能力现状调查和对策研究》 [ 2 ] 、《让历史思维在合作中碰撞出生命之花》 [ 3 ] 、《高中历史自主学习能力的培养》 [ 4 ] 等文章，从不同侧面对目前高中历史教学中存在的问题及教师所采取的改革方法做了分析，提出了一些有益的建议和对策。但整体看来，学界对学生自主学习能力培养的讨论，较多集中在课堂教学趣味化、教学形式多样化如分组讨论、课下讨论等方面，具体到思维锻炼、能力提升等方面，则多宏观地、理论地抽象分析，缺少更为具体的案例展示及可行性建议。 历史学是揭示人类历史进程的学科，是在一定的历史观指导下对人类历史的叙述和阐释，必然涉及到诸多知识点和历史现象，因而历史学习永远不能忽视基本知识和理论的学习和记忆；但历史学习更要求梳理知识和现象背后的规律，拓展历史视野，发展历史思维，这就不是记忆和简单理解所能达成的了，而对学生的自主学习意识和能力提出了较高要求，相应地教师的教学理念和教学设计也要不断更新。高中历史必修3“中国传统文化主流思想的演变”一章具有宏阔的文化背景，涉及人物繁杂，历史概念零散，脉络纵横交织，但教材介绍相对“扁平化”，无法详尽地展示案例和支撑材料。本文将以此为中心，对高中历史学科学生自主学习能力的培养再次进行探析，尝试提出一些较为可行的思路，希望能对当前的教育改革略尽绵薄。
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user: 2. 梳理知识点，构建知识体系 历史学科包含丰富的史实和概念，它们是历史知识的基本单位，是支持历史思维的细胞，连接着历史规律。因此，历史学习不可能回避知识点的梳理和记忆，而对历史的再现和认知、对史料的掌握和鉴别也是学生自主学习能力的体现。“中国传统文化主流思想的演变”章节中，涉及到的历史知识点极为繁复，比如儒道墨法等思想主张、代表人物、代表著述，秦汉思想的演变，汉代儒学的发展、主要人物及其主张等，这些都是要求学生理解、记忆的内容，是构建知识体系的“砖瓦”。 历史的每一部分内容并不是彼此孤立的，而是相互联系、共同构成完整的历史学科知识体系。学生在学习中，要把零散的知识纳入知识体系，进行系统的掌握。“砖瓦”齐备，就可进一步构建知识体系。历史学科本身就具备明确的时序性和因果关系，教师可引导学生以时间为纵轴线、以知识点为节点和横线来构建知识网。首先，每一个时代的文化都有主流思想，以推动整个社会向前发展，因此探讨主流思想的演变必然要以时间为轴构建整个知识体系，使学生纹理清晰。比如：“百家争鸣”时期，主流思想由“道”“儒”“法”“墨”四大家组成；而到了汉代，由于政治、经济方面的影响，儒学成为主流思想，“法”“墨”两家衰微，道家逐渐走向民间；至宋、明两代，儒家学说向理学发展；到了明末清初，由于经济的发展，社会阶级结构发生变化，儒学又向实用性发展。其次，针对本章内容，还可将每个知识节点展开，建立更为详尽的知识架构。如可对“道”“儒”“法”“墨”代表人物出现顺序进行排序，并排比出其主张，其具体演变则一目了然。以上这种梳理，一方面有助于零散知识点的归纳、比较，另一方面在概括、总结过程中，潜移默化培养了学生的自主学习能力。