【方案参考 | 微生物蛋白纯化实验室搭建模版】
一级学科：生物学
二级学科：生物化学、微生物学
简述：方案包含重组载体构建、蛋白纯化、蛋白性质分析等3大部分3个流程，涉及21种设备。
核心设备：高压破碎仪、蛋白纯化仪、高速冷冻离心机、紫外可见分光光度计、高效液相色谱
关键词：重组载体构建、蛋白纯化、亲和层析、疏水层析、离子交换层析、尺寸排阻层析、生理生化性质鉴定。
基本概念：重组载体构建、蛋白纯化、亲和层析、疏水层析、离子交换层析、尺寸排阻层析、蛋白性质分析。
实验流程：
蛋白纯化主要包括三个步骤：1）重组载体的构建；2）蛋白的上柱纯化；3）蛋白性质分析。
1、重组载体的构建
蛋白纯化主要分为异源表达纯化和野生菌纯化。其中异源表达纯化在蛋白上柱纯化之前需要构建目的基因的重组载体，并且在载体构建过程中给目的基因添加特殊的标签，如His-Tag、GST、Strep等，最终通过相应的亲和层析柱获得目的蛋白.此方法为蛋白纯化最常用的方法。
而野生菌纯化则是通过离子交换层析、疏水层析、尺寸排阻层析（凝胶过滤）等方法原理，从野生菌中直接获得某种蛋白的蛋白纯化方法。
其中重组载体的构建主要由分为三个步骤：1）目的基因片段的获得；2）酶切及切胶回收；3）酶连、转化及保存等
1.1目的基因片段的获得（对应编号1-1）
选用合适的质粒作为载体，并选择合适的双酶切位点。
以相应菌株的基因组为模板，设计相应引物，利用PCR仪对目的基因进行扩增，获得大量的目的基因片段。
1.2酶切及切胶回收（对应编号1-2）
将PCR获得的目的基因片段和提取的质粒同时进行双酶切处理，该过程需要在恒温水浴槽中37℃中酶切40 min。
对酶切之后的反应液利用水平电泳仪进行TAE琼脂糖凝胶电泳，在凝胶成像系统下切下目的片段及酶切后的载体片段，用DNA纯化回收试剂盒进行纯化回收，该回收过程需要多次用到小型高速离心机。
1.3酶连、转化及保存（对应编号1-3、1-4）
用T4 DNA Ligase对切胶回收后的目的片段和载体质粒进行酶连实验，该过程需要在恒温水浴槽中25℃中酶连30 min左右，最终将酶连产物通过转化转入克隆宿主。
转化的方法有两种，第一种方法是通过电转化法，直接通过电转仪将重组后的质粒转入克隆宿主，省时高效；另一种方法是将连接液加入到感受态细胞中，冰浴30 min，之后37℃水浴5 min，冰上放置3 min，之后超净台中加入500 μL LB培养基，37℃振荡培养箱振荡培养约1 h。
将上述培养液在超净工作台进行平板涂布，过夜培养观察平板菌落生长情况。
通过PCR验证与测序挑选正确的转化子，并将正确的转化子转入到表达宿主中，经PCR验证后将含有重组质粒的表达宿主甘油处理，并保存在超低温冰箱的-80℃环境中。
2、蛋白的上柱纯化
蛋白的上柱纯化主要分为四个步骤组成：1）目的细胞的培养；2）目的细胞的破碎及离心；3）目的蛋白上柱纯化及浓缩脱盐等。
2.1 目的细胞的培养（对应编号2-1）
对于异源表达纯化来说，需对上述含有重组质粒的表达宿主进行诱导表达。
一般方法如下（假设表达宿主为BL21（DE3），载体为pET28b(+)）：将测序成功的含有重组质粒的表达宿主在超净工作台接种至LB培养基，在大容量恒温振荡器中37℃、170 rpm培养至OD值达到0.8-1.0时，加入诱导剂IPTG（终浓度一般为0.5 mM），降低温度和转速至30℃、130 rpm，过夜诱导后利用大容量高速冷冻离心机收菌，并用pH 7.0的50 mM磷酸钠清洗两遍，-20℃保存细胞。
而对于野生菌纯化来说，只需在该菌株最适生长条件之下培养获得大量菌体，以备下一步试验所需。
该过程中培养基以及以下步骤所需的缓冲液均需要pH计来调剂pH。如果所需目的细胞为厌氧细胞，需用厌氧手套箱进行培养基的配制。
2.2 目的细胞的破碎及离心（对应编号2-2、2-3）
将目的细胞用缓冲液重悬，并用高压细胞破碎仪破碎目的细胞，如果是革兰氏染色阳性的细胞，需在菌悬液中添加溶菌酶，并在37℃下恒温水浴30 min。
细胞破碎液用高速冷冻离心机在35000 ×g、4℃下离心30 min，将上清用0.22 μm滤头过滤，最终获得上清粗酶液。
对于膜蛋白组分，需用超速离心机进行离心。
2.3 目的蛋白上柱纯化（对应编号2-4、2-5）
对于异源表达纯化来说，将上述步骤制备的粗酶液通过蠕动泵上样到以亲和层析为主的蛋白纯化柱上（此处以常用的His-Tag和Ni柱为例）。
将上样完成的Ni柱利用蛋白纯化仪进行咪唑梯度蛋白洗脱，并将每个梯度的样品分别收取，并利用浓缩管和高速冷冻离心机对蛋白进行浓缩脱盐，用于目的蛋白的验证和表征。
相比异源表达纯化，野生菌纯化要复杂得多。首先需知道所要纯化蛋白的基本性质，比如所催化的基础反应。
利用此反应，依据不同的纯化原理来进一步捕获和纯化蛋白，该过程需要蛋白纯化仪的支持。
如首先通过蠕动泵上样离子交换层析柱（通常用Q柱或DEAE柱），该层析柱通过逐步提高盐浓度洗脱蛋白，依据目的蛋白所催化的基础反应捕获蛋白，该过程通常需要用到电脑实时监测的双光束紫外可见分光光度计。
当监测到目的蛋白所在梯度后，对该梯度进行蛋白浓缩，并将缓冲液换成疏水层析柱（一般为苯基柱）的缓冲液。
将上述样品通过蠕动泵上样苯基柱，该层析柱需要逐步降低盐浓度来洗脱蛋白，依据目的蛋白所催化的基础反应进一步蛋白，并将目的蛋白梯度浓缩脱盐。
再将上一步样品利用尺寸排阻层析柱（分子筛）进一步纯化蛋白样品，最终获得较纯的蛋白样品，用于蛋白生理生化性质的分析，还可通过分子筛测定蛋白的分子量，并预测蛋白亚基的聚合形式。
3、蛋白性质分析
对于蛋白的生理生化性质的测定，主要包括以下几个方面：1）蛋白浓度测定及SDS-PAGE电泳；2）催化性质及其产物测定；3）辅基测定；4）蛋白结构解析等。
3.1 蛋白浓度测定及SDS-PAGE电泳（对应编号3-1）
对于蛋白浓度的测定，一般以牛血清白蛋白为标准品，用Bradford法进行测定，该测定须使用紫外可见分光光度计。
SDS-PAGE电泳首先对蛋白样品进行处理，选择合适浓度的蛋白样品，加入蛋白loading，100℃金属浴10 min，经小型高速离心机离心后，在垂直电泳槽中点样，最终完成蛋白电泳。
3.2 催化性质及其产物测定（对应编号3-2、3-4）
对于目的蛋白催化性质的测定，一般可使用电脑实时监测的双光束紫外可见分光光度计来完成，通过监测底物的消耗或产物的生成监测反应进行，并可通过计算酶活曲线的斜率计算比酶活。
有的反应因底物产物较为相似，无法用紫外可见分光光度计分开，这时需要高效液相色谱（HPLC）来监测反应的进行，一般通过监测单位时间内产物的生成来计算比酶活。
3.3 辅基测定（对应编号3-3）
对于蛋白辅基的测定，测定方法多种多样。
如Fe含量的测定，通常使用 Ferene法，该方法需用到紫外可见分光光度计和金属浴。
对于蛋白中其他离子的鉴定与定量如Zn、Mo、W和S等，其最便捷高效的方法就是使用原子吸收光谱进行测定。
而对于其他辅基如FAD、FMN等，其最简便的鉴别定量方法是利用HPLC进行监测。
3.3 蛋白结构解析（对应编号3-5、3-6）
目前对于蛋白质二级结构的研究，其主要手段之一是利用圆二色光谱进行鉴定，该方法广泛应用于蛋白质的构象研究中。
而对于蛋白质三级结构的解析，主要的方法包括X-射线衍射法、核磁共振和冷冻电镜。
其中X-射线衍射法需要先对蛋白进行结晶，然后利用X-射线衍射仪进行结构分析，因此适用于较小分子蛋白质的结构解析，因为大分子蛋白很难结晶，该方法同样很难捕捉蛋白质动态变化过程；
核磁共振依据强磁场中原子和对射频辐射的吸收作用，需要用到核磁共振波谱仪进行研究，该方法可以捕捉蛋白质分子动力学，但是仅适用于小分子蛋白；
冷冻电镜是近年来兴起的蛋白质结构测定方法，难以结晶的膜蛋白以及生物大分子复合体可用此方法进行解析。#木木西里# #实验方案# #微生物蛋白#
一级学科：生物学
二级学科：生物化学、微生物学
简述：方案包含重组载体构建、蛋白纯化、蛋白性质分析等3大部分3个流程，涉及21种设备。
核心设备：高压破碎仪、蛋白纯化仪、高速冷冻离心机、紫外可见分光光度计、高效液相色谱
关键词：重组载体构建、蛋白纯化、亲和层析、疏水层析、离子交换层析、尺寸排阻层析、生理生化性质鉴定。
基本概念：重组载体构建、蛋白纯化、亲和层析、疏水层析、离子交换层析、尺寸排阻层析、蛋白性质分析。
实验流程：
蛋白纯化主要包括三个步骤：1）重组载体的构建；2）蛋白的上柱纯化；3）蛋白性质分析。
1、重组载体的构建
蛋白纯化主要分为异源表达纯化和野生菌纯化。其中异源表达纯化在蛋白上柱纯化之前需要构建目的基因的重组载体，并且在载体构建过程中给目的基因添加特殊的标签，如His-Tag、GST、Strep等，最终通过相应的亲和层析柱获得目的蛋白.此方法为蛋白纯化最常用的方法。
而野生菌纯化则是通过离子交换层析、疏水层析、尺寸排阻层析（凝胶过滤）等方法原理，从野生菌中直接获得某种蛋白的蛋白纯化方法。
其中重组载体的构建主要由分为三个步骤：1）目的基因片段的获得；2）酶切及切胶回收；3）酶连、转化及保存等
1.1目的基因片段的获得（对应编号1-1）
选用合适的质粒作为载体，并选择合适的双酶切位点。
以相应菌株的基因组为模板，设计相应引物，利用PCR仪对目的基因进行扩增，获得大量的目的基因片段。
1.2酶切及切胶回收（对应编号1-2）
将PCR获得的目的基因片段和提取的质粒同时进行双酶切处理，该过程需要在恒温水浴槽中37℃中酶切40 min。
对酶切之后的反应液利用水平电泳仪进行TAE琼脂糖凝胶电泳，在凝胶成像系统下切下目的片段及酶切后的载体片段，用DNA纯化回收试剂盒进行纯化回收，该回收过程需要多次用到小型高速离心机。
1.3酶连、转化及保存（对应编号1-3、1-4）
用T4 DNA Ligase对切胶回收后的目的片段和载体质粒进行酶连实验，该过程需要在恒温水浴槽中25℃中酶连30 min左右，最终将酶连产物通过转化转入克隆宿主。
转化的方法有两种，第一种方法是通过电转化法，直接通过电转仪将重组后的质粒转入克隆宿主，省时高效；另一种方法是将连接液加入到感受态细胞中，冰浴30 min，之后37℃水浴5 min，冰上放置3 min，之后超净台中加入500 μL LB培养基，37℃振荡培养箱振荡培养约1 h。
将上述培养液在超净工作台进行平板涂布，过夜培养观察平板菌落生长情况。
通过PCR验证与测序挑选正确的转化子，并将正确的转化子转入到表达宿主中，经PCR验证后将含有重组质粒的表达宿主甘油处理，并保存在超低温冰箱的-80℃环境中。
2、蛋白的上柱纯化
蛋白的上柱纯化主要分为四个步骤组成：1）目的细胞的培养；2）目的细胞的破碎及离心；3）目的蛋白上柱纯化及浓缩脱盐等。
2.1 目的细胞的培养（对应编号2-1）
对于异源表达纯化来说，需对上述含有重组质粒的表达宿主进行诱导表达。
一般方法如下（假设表达宿主为BL21（DE3），载体为pET28b(+)）：将测序成功的含有重组质粒的表达宿主在超净工作台接种至LB培养基，在大容量恒温振荡器中37℃、170 rpm培养至OD值达到0.8-1.0时，加入诱导剂IPTG（终浓度一般为0.5 mM），降低温度和转速至30℃、130 rpm，过夜诱导后利用大容量高速冷冻离心机收菌，并用pH 7.0的50 mM磷酸钠清洗两遍，-20℃保存细胞。
而对于野生菌纯化来说，只需在该菌株最适生长条件之下培养获得大量菌体，以备下一步试验所需。
该过程中培养基以及以下步骤所需的缓冲液均需要pH计来调剂pH。如果所需目的细胞为厌氧细胞，需用厌氧手套箱进行培养基的配制。
2.2 目的细胞的破碎及离心（对应编号2-2、2-3）
将目的细胞用缓冲液重悬，并用高压细胞破碎仪破碎目的细胞，如果是革兰氏染色阳性的细胞，需在菌悬液中添加溶菌酶，并在37℃下恒温水浴30 min。
细胞破碎液用高速冷冻离心机在35000 ×g、4℃下离心30 min，将上清用0.22 μm滤头过滤，最终获得上清粗酶液。
对于膜蛋白组分，需用超速离心机进行离心。
2.3 目的蛋白上柱纯化（对应编号2-4、2-5）
对于异源表达纯化来说，将上述步骤制备的粗酶液通过蠕动泵上样到以亲和层析为主的蛋白纯化柱上（此处以常用的His-Tag和Ni柱为例）。
将上样完成的Ni柱利用蛋白纯化仪进行咪唑梯度蛋白洗脱，并将每个梯度的样品分别收取，并利用浓缩管和高速冷冻离心机对蛋白进行浓缩脱盐，用于目的蛋白的验证和表征。
相比异源表达纯化，野生菌纯化要复杂得多。首先需知道所要纯化蛋白的基本性质，比如所催化的基础反应。
利用此反应，依据不同的纯化原理来进一步捕获和纯化蛋白，该过程需要蛋白纯化仪的支持。
如首先通过蠕动泵上样离子交换层析柱（通常用Q柱或DEAE柱），该层析柱通过逐步提高盐浓度洗脱蛋白，依据目的蛋白所催化的基础反应捕获蛋白，该过程通常需要用到电脑实时监测的双光束紫外可见分光光度计。
当监测到目的蛋白所在梯度后，对该梯度进行蛋白浓缩，并将缓冲液换成疏水层析柱（一般为苯基柱）的缓冲液。
将上述样品通过蠕动泵上样苯基柱，该层析柱需要逐步降低盐浓度来洗脱蛋白，依据目的蛋白所催化的基础反应进一步蛋白，并将目的蛋白梯度浓缩脱盐。
再将上一步样品利用尺寸排阻层析柱（分子筛）进一步纯化蛋白样品，最终获得较纯的蛋白样品，用于蛋白生理生化性质的分析，还可通过分子筛测定蛋白的分子量，并预测蛋白亚基的聚合形式。
3、蛋白性质分析
对于蛋白的生理生化性质的测定，主要包括以下几个方面：1）蛋白浓度测定及SDS-PAGE电泳；2）催化性质及其产物测定；3）辅基测定；4）蛋白结构解析等。
3.1 蛋白浓度测定及SDS-PAGE电泳（对应编号3-1）
对于蛋白浓度的测定，一般以牛血清白蛋白为标准品，用Bradford法进行测定，该测定须使用紫外可见分光光度计。
SDS-PAGE电泳首先对蛋白样品进行处理，选择合适浓度的蛋白样品，加入蛋白loading，100℃金属浴10 min，经小型高速离心机离心后，在垂直电泳槽中点样，最终完成蛋白电泳。
3.2 催化性质及其产物测定（对应编号3-2、3-4）
对于目的蛋白催化性质的测定，一般可使用电脑实时监测的双光束紫外可见分光光度计来完成，通过监测底物的消耗或产物的生成监测反应进行，并可通过计算酶活曲线的斜率计算比酶活。
有的反应因底物产物较为相似，无法用紫外可见分光光度计分开，这时需要高效液相色谱（HPLC）来监测反应的进行，一般通过监测单位时间内产物的生成来计算比酶活。
3.3 辅基测定（对应编号3-3）
对于蛋白辅基的测定，测定方法多种多样。
如Fe含量的测定，通常使用 Ferene法，该方法需用到紫外可见分光光度计和金属浴。
对于蛋白中其他离子的鉴定与定量如Zn、Mo、W和S等，其最便捷高效的方法就是使用原子吸收光谱进行测定。
而对于其他辅基如FAD、FMN等，其最简便的鉴别定量方法是利用HPLC进行监测。
3.3 蛋白结构解析（对应编号3-5、3-6）
目前对于蛋白质二级结构的研究，其主要手段之一是利用圆二色光谱进行鉴定，该方法广泛应用于蛋白质的构象研究中。
而对于蛋白质三级结构的解析，主要的方法包括X-射线衍射法、核磁共振和冷冻电镜。
其中X-射线衍射法需要先对蛋白进行结晶，然后利用X-射线衍射仪进行结构分析，因此适用于较小分子蛋白质的结构解析，因为大分子蛋白很难结晶，该方法同样很难捕捉蛋白质动态变化过程；
核磁共振依据强磁场中原子和对射频辐射的吸收作用，需要用到核磁共振波谱仪进行研究，该方法可以捕捉蛋白质分子动力学，但是仅适用于小分子蛋白；
冷冻电镜是近年来兴起的蛋白质结构测定方法，难以结晶的膜蛋白以及生物大分子复合体可用此方法进行解析。#木木西里# #实验方案# #微生物蛋白#
有机肥对农业有7大贡献！无可替代！
1、提高土壤培肥地力作用
土壤中的微量元素95%以不溶态形式存在，不能被植物吸收利用，而微生物代谢产物中含有大量的有机酸类物质，这些物质就像在冰块中加入的热水一样，很快就能把微量元素如钙、镁、硫、铜、锌、铁、硼、钼等植物必需的矿物元素溶解，变成可以被植物直接吸收利用的营养元素，大大增加了土壤的供肥能力。
有机肥料中的有机质增加了土壤中的有机质含量，使得土壤粘结度降低，砂性土壤保水保肥性能变强，从而土壤形成稳定的团粒结构，便可以发挥良好的肥力协调供应能力。用过有机肥，土壤会变得疏松、肥沃。
2、促进土壤微生物繁殖
有机肥料可以使土壤中的微生物大量繁殖，特别是许多有益的微生物，如固氮菌、氨化菌、纤维素分解菌等。.这些有益微生物，能分解土壤中的有机物，增加土壤的团粒结构，改善土壤组成。微生物在土壤中的繁殖速度非常快，他们就像一张看不见的大网，错综复杂。微生物的菌体死亡后，在土壤中留下了很多微细的管道，这些微细的管道不但增加了土壤的透气性，而且还使土壤变得蓬松柔软，养分水分不易流失，增加了土壤蓄水蓄肥能力，避免和消除了土壤的板结。
有机肥中的有益微生物还能抑制有害病菌的繁殖，这样就可以做到少打药，如果连续多年施用，可以有效抑制土壤有害生物，省工、省钱、无污染。
同时，有机肥料中有动物消化道分泌的各种活性酶，以及微生物产生的各种酶。这些物质施到土壤后，可大大提高土壤的酶活性。长期持久使用有机肥可以改善土壤的质量。从根本上改善提高了土壤的质量，就不怕种不出优质的果实。
3、提供农作物所需全面营养
有机肥料含有植物所需要的大量营养成分、微量元素、糖类和脂肪。有机肥分解释放的CO2可作为物光合作用的材料。
有机肥还含有氮、磷、钾5%三要素，有机质45%，可为农作物提供全面的营养。
同时，不得不提的是有机肥在土壤中分解，能够转化形成各种的腐殖酸是一种高分子物质，具有很好的络合吸附性能，对重金属离子有很好的络合吸附作用，能有效地减轻重金属离子对作物的毒害，并阻止其进入植株中，并且保护植腐殖酸物质物的根茎。
4、增强农作物抗病抗旱耐涝能力
有机肥含有维生素、抗生素等，可增强农作物抗性，减轻或防止病害发生。有机肥施入土壤后，可增强土壤的蓄水保水能力，在干旱情况下，能增强作物的抗旱能力。
同时，有机肥还可使土壤变得疏松，改善作物根系的生态环境，促进根系的生长，增强根系活力，提高作物耐涝能力，减少植物的死亡率，提高了农产品的生存率。
5、提高食物安全性绿色性
国家早已明文规定：农业生产过程必须限制无机肥料的过量使用，有机肥料才是生产绿色食品的主要肥源。
由于有机肥料中各种营养元素比较完全，而且这些物质完全是无毒、无害、无污染的自然物质，这就为生产高产、优质、无污染的绿色食品提供了必须条件。前面说的腐殖酸物质，可以减轻重金属离子对植物的危害，也就相当于减少了重金属对人体的危害。
6、提高农作物产量
有机肥中的有益微生物利用土壤中的有机质，产生次级代谢物，其中含有大量的促生长类物质。
如生长素，能促进植物伸长生长，脱落酸能促进果实成熟，赤霉素能促进开花坐果，增加开花数、保果率，提高产量，使果实饱满，色泽鲜嫩，还能提早上市，达到增产增收。
7、提高化肥利用率
化肥的实际利用率只有30%～45%。损失的化肥一部分分解释放到大气中，一部分则随着水土流失掉了，还有一部分被固定在土壤中，不能被植物直接吸收利用。
当施入有机肥后，由于有益生物活动改善了土壤结构，增加了土壤保水保肥能力，从而减少了养分的流失。加上有益微生物解磷解钾作用，能使化肥有效利用率提高到50%以上。
推荐产品：中科利农有机肥
本品是小分子碳养根酵素新型肥料产品。配方科学，独特，内含自主创新技术，是肥料，却超越了肥料的功效；不是农药，却有让土壤和作物更加健康之能力。
主要成分：
氮磷钾，有机质【有效小分子碳EC】，天然酵素，有益菌，中微量元素，激发子，次生代谢诱导子，复合仿生因子。
产品优势：
碳是农作物必须的第一大量元素，没有碳就没有光合作用，缺碳病是当今农作物的一号病害。有机肥质量的决定因素是能被根系直接吸收的有效小分子碳【EC】的含量，本品特别添加小分子碳养根酵素，其EC值是普通有机肥的15倍以上，加上内含自主创新技术，其有机营养肥力远远超越其他普通有机肥。
1、提高土壤培肥地力作用
土壤中的微量元素95%以不溶态形式存在，不能被植物吸收利用，而微生物代谢产物中含有大量的有机酸类物质，这些物质就像在冰块中加入的热水一样，很快就能把微量元素如钙、镁、硫、铜、锌、铁、硼、钼等植物必需的矿物元素溶解，变成可以被植物直接吸收利用的营养元素，大大增加了土壤的供肥能力。
有机肥料中的有机质增加了土壤中的有机质含量，使得土壤粘结度降低，砂性土壤保水保肥性能变强，从而土壤形成稳定的团粒结构，便可以发挥良好的肥力协调供应能力。用过有机肥，土壤会变得疏松、肥沃。
2、促进土壤微生物繁殖
有机肥料可以使土壤中的微生物大量繁殖，特别是许多有益的微生物，如固氮菌、氨化菌、纤维素分解菌等。.这些有益微生物，能分解土壤中的有机物，增加土壤的团粒结构，改善土壤组成。微生物在土壤中的繁殖速度非常快，他们就像一张看不见的大网，错综复杂。微生物的菌体死亡后，在土壤中留下了很多微细的管道，这些微细的管道不但增加了土壤的透气性，而且还使土壤变得蓬松柔软，养分水分不易流失，增加了土壤蓄水蓄肥能力，避免和消除了土壤的板结。
有机肥中的有益微生物还能抑制有害病菌的繁殖，这样就可以做到少打药，如果连续多年施用，可以有效抑制土壤有害生物，省工、省钱、无污染。
同时，有机肥料中有动物消化道分泌的各种活性酶，以及微生物产生的各种酶。这些物质施到土壤后，可大大提高土壤的酶活性。长期持久使用有机肥可以改善土壤的质量。从根本上改善提高了土壤的质量，就不怕种不出优质的果实。
3、提供农作物所需全面营养
有机肥料含有植物所需要的大量营养成分、微量元素、糖类和脂肪。有机肥分解释放的CO2可作为物光合作用的材料。
有机肥还含有氮、磷、钾5%三要素，有机质45%，可为农作物提供全面的营养。
同时，不得不提的是有机肥在土壤中分解，能够转化形成各种的腐殖酸是一种高分子物质，具有很好的络合吸附性能，对重金属离子有很好的络合吸附作用，能有效地减轻重金属离子对作物的毒害，并阻止其进入植株中，并且保护植腐殖酸物质物的根茎。
4、增强农作物抗病抗旱耐涝能力
有机肥含有维生素、抗生素等，可增强农作物抗性，减轻或防止病害发生。有机肥施入土壤后，可增强土壤的蓄水保水能力，在干旱情况下，能增强作物的抗旱能力。
同时，有机肥还可使土壤变得疏松，改善作物根系的生态环境，促进根系的生长，增强根系活力，提高作物耐涝能力，减少植物的死亡率，提高了农产品的生存率。
5、提高食物安全性绿色性
国家早已明文规定：农业生产过程必须限制无机肥料的过量使用，有机肥料才是生产绿色食品的主要肥源。
由于有机肥料中各种营养元素比较完全，而且这些物质完全是无毒、无害、无污染的自然物质，这就为生产高产、优质、无污染的绿色食品提供了必须条件。前面说的腐殖酸物质，可以减轻重金属离子对植物的危害，也就相当于减少了重金属对人体的危害。
6、提高农作物产量
有机肥中的有益微生物利用土壤中的有机质，产生次级代谢物，其中含有大量的促生长类物质。
如生长素，能促进植物伸长生长，脱落酸能促进果实成熟，赤霉素能促进开花坐果，增加开花数、保果率，提高产量，使果实饱满，色泽鲜嫩，还能提早上市，达到增产增收。
7、提高化肥利用率
化肥的实际利用率只有30%～45%。损失的化肥一部分分解释放到大气中，一部分则随着水土流失掉了，还有一部分被固定在土壤中，不能被植物直接吸收利用。
当施入有机肥后，由于有益生物活动改善了土壤结构，增加了土壤保水保肥能力，从而减少了养分的流失。加上有益微生物解磷解钾作用，能使化肥有效利用率提高到50%以上。
推荐产品：中科利农有机肥
本品是小分子碳养根酵素新型肥料产品。配方科学，独特，内含自主创新技术，是肥料，却超越了肥料的功效；不是农药，却有让土壤和作物更加健康之能力。
主要成分：
氮磷钾，有机质【有效小分子碳EC】，天然酵素，有益菌，中微量元素，激发子，次生代谢诱导子，复合仿生因子。
产品优势：
碳是农作物必须的第一大量元素，没有碳就没有光合作用，缺碳病是当今农作物的一号病害。有机肥质量的决定因素是能被根系直接吸收的有效小分子碳【EC】的含量，本品特别添加小分子碳养根酵素，其EC值是普通有机肥的15倍以上，加上内含自主创新技术，其有机营养肥力远远超越其他普通有机肥。
动力电池性能提升空间有多少？
新能源汽车之所以没有完全普及，主要受制于动力电池产品性能、质量和成本。下面从物理和化学途径聊一下动力电池性能提升空间，并对动力电池未来发展趋势进行展望。
物理途径
01 圆柱电池
目前最成熟的技术就是18650电池，即通常所说的5号电池。特斯拉汽车的动力电池就是由7623颗5号电池串并联组成。圆柱形电池由自动化设备卷绕而成，生产效率高，生产流程标准化，普及率高。但是圆柱形电池也有其天生缺陷，因为体积小，所以单体容量较小，且在高强度放电时，发热量大；使用寿命短，电池循环次数在1000次左右。
针对18650电池的缺点，特斯拉采取增大电芯尺寸的方式加以改进，例如特斯拉Model3中用20700替代18650电芯，20700电池增加的尺寸大概为10%，而体积和能量储存提升了1.33倍。20700电芯量产后，其动力电池包能量密度增加3-4%，成本下降5-10%。可见，圆柱电池的发展已经做到极致，再往上提升的空间不大。
02 方形电池
方形锂电池，顾名思义，其形状为方形，方便叠加，也方便置于汽车之中。其外壳通常是铝制壳或钢制作壳。其特点是结构简单、能量密度高，国内普及率高。方形电池多采用卷绕式或叠片式工艺，制造效率高，安全性好。随着新能源汽车工业的发展，未来新能源汽车也将如现在的常规能源汽车一样大规模生产，这就涉及到标准化问题。现在的传统燃油汽车，大多数零部件大多采用标准件，全球通用，这样一来不仅降低了制造成本，也降低了研发成本。未来的大趋势是全球采取统一尺寸，统一规格的方形电池。这将极大的推动动力电池的发展。降低动力电池的生产成本及研发成本，推动新能源汽车产业加速发展。美国卡内基梅隆大学的研究成果也证明：圆柱形电池进一步降低成本的空间很小，而方形电池则有很大的潜力。
03 软包电池将如现在的常规能
软包电池，又称聚合物锂电池，其内部使用高分子胶态或固态电解质，区别于电解液。其电池形状不固定，可以根据实际需求制作成各种形状。目前在苹果手机电池中广泛使用。软包电池目前价格昂贵，主要因为高分子电解质成本较高，其外包装材料不同于普通电池，为铝塑复合膜。其正负极材料与传统锂电池一样。
由于采用铝塑膜包装，其安全性能得到较好提升，发生安全问题时，软包电池一般会鼓气裂开，而不会发生爆炸；软包电池的优点还包括：质量轻、自耗电小、循环寿命长等。但是，软包电池也有缺点，比如一致性差，成本高，容易漏液。作为一种新型动力电池，软包电池未来提升空间很大。
04 物理途径小结
对比分析以上提升动力电池性能的物理途径来看，圆柱电池的发展已经遇到天花板，未来提升空间不大；软包电池与方形电池将来会有较大的竞争力。动力电池降成本的重要途径就是标准化与模块化。未来全国动力电池若能建立统一标准、统一规格、统一形状、统一尺寸以及批量生产，相信动力电池的生产效率将大幅提升，成本将大幅下降。例如，当年福特发明的标准化生产方式让汽车的价格从2000美金降到了300 美金。在未来大规模使用新能源汽车过程中，方形电池是最具发展潜力的。它可以让全国的新能源汽车都采用统一标准的方形电池，续航里程大的纯电动汽车，方形电池可以叠加得多一些，续航里程短的混动汽车，方形电池可以叠加得少一些。电池封装系统也可以全国统一标准，依据动力电池容量的不同，分别采取相应的电池封装技术，将方形电池封装起来。将方形电池与封装技术结合起来，形成全国统一标准的方形电池封装技术，将极大的降低动力电池的生产成品，提升动力电池性能。助力中国汽车工业实现弯道超车，达到世界顶尖水平。
化学途径
01 高镍NCM 与NCA 正极材料
正极材料是动力电池能量的短板，只要正极材料比容量提高就能提高电池能量密度。正极材料的比容量一般为100-200mAh/g，而石墨负极材料的比容量高达400mAh/g。采用高容量的正极材料，能够让负极、隔膜、电解液用量之间的搭配更加完美，电池最终能量密度的提升直接取决于正极材料比容量的提升。动力电池能量密度突破的关键就在于正极材料。
目前国内NCM111 和NCM 523 型三元正极材料产品已经量产，并开始大规模使用，而新型622NCM 则已逐步在部分动力电池企业中推广，未来将逐步拓展至811NCM 以及NCA 材料。当然三元锂电池也有自己的瓶颈，它的正极理论比容量的最大值是300mAh/g，达到300mAh/g就已经是极限。三元锂电池是目前动力电池厂商主攻的方向，未来将有新型的正极材料系统。
02 硅碳负极
动力电池的负极材料主要是硅碳负极，即在石墨材料加入硅，其理论能量密度高达4200mAh/g。例如，特斯拉在Model3 中采用了新型硅碳负极材料，特斯拉在传统石墨负极材料中加入10%的硅，使其能量密度达到550mAh/g 以上。国内贝特瑞公司研发的S1000 型号硅碳负极材料的比容量更是高达1050mAh/g。负极材料目前没有技术瓶颈，完全能满足动力电池的各种需求。
03 隔膜性
隔膜在单体电池上主要用来隔开正负极，让电解液能够通过隔膜在正负极之间交换物质。受制于电池体积所限，以及提高电池能量密度的要求，动力电池隔膜需要尽量轻、薄。隔膜性能决定了电池内部结构、内阻等，直接影响电池容量、安全性能等。优质隔膜对提升电池性能作用巨大。
隔膜技术有干法与湿法两种制造工艺，干法成本较低但只适合小功率电池，湿法成本高但能适合大功率电池。早期，动力电池主要采用干法隔膜，目前湿法隔膜开始推广使用，预计2020 年干湿法薄膜技术各占一半，分别应用于中低端与高端领域。隔膜工艺的核心技术掌握在日本旭化成公司手中。中国有大量企业生产隔膜，但无核心技术。旭化成干法现在可量产12 微米隔膜，湿法可量产6-7 微米。国内企业大多只能生产干法20-40 微米隔膜。对比与隔膜行业世界一流水平企业的差距，我国企业应该引进先进工艺设备，苦练内功，力争取得突破。
04 新型电解液LiFSI
锂电池电解液是电池中离子传输的载体。一般由锂盐和有机溶剂组成。电解液在锂电池正、负极之间起到传导离子的作用，是锂离子电池获得高电压、高比能等优点的保证。电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐、必要的添加剂等原料，在一定条件下、按一定比例配制而成的。
锂电池主要使用的电解质是六氟磷酸锂。用含氟锂盐制成的电池性能好，无爆炸危险，适用性强。在锂电池电解质中添加LiFSI 后，可提高离子导电率及电池充放电特性。比如，反复充放电300 次后，1.2MLiPF6 的情况下放电容量保持率会降至约60％，而在1.0MLiPF6 中添加0.2MLiFSI 后，保持率可超过80％。目前LiFSI 已经进入商用，用此种电解质废弃电池处理工作相对简单，对生态环境友好，因此该类电解质的市场前景十分广泛。
05 化学途径小结
对比分析以上四种提升动力电池性能的化学途径，未来提升动力电池比容量的关键点在正极材料。而正极材料目前是短板，补齐短板，动力电池的比容量提升将有质的飞跃。目前，全球厂商均集中力量研究三元锂动力电池，在锂正极中主要是加入镍、钴、锰三元素。并不断调配三种元素之间的比例以提升电池性能。未来更有前途的三元材料是镍、钴、铝，不断调配实验这三种材料间的配比，将会获得能量密度更大的三元锂电池。新型三元锂电池通过与硅碳负极的适配，再搭配新型电解液LiFSI，并用更薄的湿法薄膜包裹，将使得新型动力电池的能量密度更高、环境更友好、安全性更高以及循环寿命更长。
动力电池展望
现有体系下，电池能量密度的理论极限为300Wh/kg，如果要达到2025 年，新体系动力电池技术取得突破性进展，单体比能量达500Wh/kg，有前景的方案包括固态锂电池、锂硫电池和锂空气电池等新的电化学体系电池。
固态电池大规模商用的可能性最高，因为固态锂电池和液态锂电池在工作原理上并无区别，只是电解质为固态与液态的区别。由于固态电池不再使用石墨负极，而是直接使用金属锂负极，所以大大减轻负极材料用量，使得整个电池的能量密度明显提高。目前实验室已试制出能量密度为300-400Wh/kg 的全固态电池，安全性能也比较高，不过该种电池体积较小，成本较高，目前仅在苹果手机等高端小巧设备上有应用。
锂硫电池的能量密度最高，目前实验室试制的锂硫电池比能量密度可达500Wh/kg，硫作为正极材料理论比能量高达2600Wh/kg，且单质硫成本低、对于环境友好，但是，锂硫电池在试制过程中有诸多技术难题无法突破，包括安全性、倍率性能和循环稳定性等。锂硫电池应用前景广阔，环境友好，如果试制成功，无异于一场革命，新能源汽车将会迅速取代传统燃油汽车。
锂空气电池的续航里程最长，单次续航里程可达2000 公里，不仅如此，锂空气电池比能量有望超过700Wh/kg。金属空气电池是以金属为燃料，与空气中的氧气发生氧化还原反应而产生电能的一种特殊燃料电池。锂空气电池的比能量是锂离子电池的10 倍，体积更小，重量更轻。但是锂金属过于活泼，碰见水蒸汽马上会发生剧烈氧化还原反应，其安全性、稳定差。锂空气电池的应用还有诸多技术难关要攻克。
来源：中尚能量
汕头市全量新能源科技有限公司
联系人：蔡先生
联系电话：13929657899
电话：0754-86506888
传真：0754-88095988
邮箱：qlxnykj@163.com
地址：广东省汕头市澄海区澄华街道上埭竹树园
新能源汽车之所以没有完全普及，主要受制于动力电池产品性能、质量和成本。下面从物理和化学途径聊一下动力电池性能提升空间，并对动力电池未来发展趋势进行展望。
物理途径
01 圆柱电池
目前最成熟的技术就是18650电池，即通常所说的5号电池。特斯拉汽车的动力电池就是由7623颗5号电池串并联组成。圆柱形电池由自动化设备卷绕而成，生产效率高，生产流程标准化，普及率高。但是圆柱形电池也有其天生缺陷，因为体积小，所以单体容量较小，且在高强度放电时，发热量大；使用寿命短，电池循环次数在1000次左右。
针对18650电池的缺点，特斯拉采取增大电芯尺寸的方式加以改进，例如特斯拉Model3中用20700替代18650电芯，20700电池增加的尺寸大概为10%，而体积和能量储存提升了1.33倍。20700电芯量产后，其动力电池包能量密度增加3-4%，成本下降5-10%。可见，圆柱电池的发展已经做到极致，再往上提升的空间不大。
02 方形电池
方形锂电池，顾名思义，其形状为方形，方便叠加，也方便置于汽车之中。其外壳通常是铝制壳或钢制作壳。其特点是结构简单、能量密度高，国内普及率高。方形电池多采用卷绕式或叠片式工艺，制造效率高，安全性好。随着新能源汽车工业的发展，未来新能源汽车也将如现在的常规能源汽车一样大规模生产，这就涉及到标准化问题。现在的传统燃油汽车，大多数零部件大多采用标准件，全球通用，这样一来不仅降低了制造成本，也降低了研发成本。未来的大趋势是全球采取统一尺寸，统一规格的方形电池。这将极大的推动动力电池的发展。降低动力电池的生产成本及研发成本，推动新能源汽车产业加速发展。美国卡内基梅隆大学的研究成果也证明：圆柱形电池进一步降低成本的空间很小，而方形电池则有很大的潜力。
03 软包电池将如现在的常规能
软包电池，又称聚合物锂电池，其内部使用高分子胶态或固态电解质，区别于电解液。其电池形状不固定，可以根据实际需求制作成各种形状。目前在苹果手机电池中广泛使用。软包电池目前价格昂贵，主要因为高分子电解质成本较高，其外包装材料不同于普通电池，为铝塑复合膜。其正负极材料与传统锂电池一样。
由于采用铝塑膜包装，其安全性能得到较好提升，发生安全问题时，软包电池一般会鼓气裂开，而不会发生爆炸；软包电池的优点还包括：质量轻、自耗电小、循环寿命长等。但是，软包电池也有缺点，比如一致性差，成本高，容易漏液。作为一种新型动力电池，软包电池未来提升空间很大。
04 物理途径小结
对比分析以上提升动力电池性能的物理途径来看，圆柱电池的发展已经遇到天花板，未来提升空间不大；软包电池与方形电池将来会有较大的竞争力。动力电池降成本的重要途径就是标准化与模块化。未来全国动力电池若能建立统一标准、统一规格、统一形状、统一尺寸以及批量生产，相信动力电池的生产效率将大幅提升，成本将大幅下降。例如，当年福特发明的标准化生产方式让汽车的价格从2000美金降到了300 美金。在未来大规模使用新能源汽车过程中，方形电池是最具发展潜力的。它可以让全国的新能源汽车都采用统一标准的方形电池，续航里程大的纯电动汽车，方形电池可以叠加得多一些，续航里程短的混动汽车，方形电池可以叠加得少一些。电池封装系统也可以全国统一标准，依据动力电池容量的不同，分别采取相应的电池封装技术，将方形电池封装起来。将方形电池与封装技术结合起来，形成全国统一标准的方形电池封装技术，将极大的降低动力电池的生产成品，提升动力电池性能。助力中国汽车工业实现弯道超车，达到世界顶尖水平。
化学途径
01 高镍NCM 与NCA 正极材料
正极材料是动力电池能量的短板，只要正极材料比容量提高就能提高电池能量密度。正极材料的比容量一般为100-200mAh/g，而石墨负极材料的比容量高达400mAh/g。采用高容量的正极材料，能够让负极、隔膜、电解液用量之间的搭配更加完美，电池最终能量密度的提升直接取决于正极材料比容量的提升。动力电池能量密度突破的关键就在于正极材料。
目前国内NCM111 和NCM 523 型三元正极材料产品已经量产，并开始大规模使用，而新型622NCM 则已逐步在部分动力电池企业中推广，未来将逐步拓展至811NCM 以及NCA 材料。当然三元锂电池也有自己的瓶颈，它的正极理论比容量的最大值是300mAh/g，达到300mAh/g就已经是极限。三元锂电池是目前动力电池厂商主攻的方向，未来将有新型的正极材料系统。
02 硅碳负极
动力电池的负极材料主要是硅碳负极，即在石墨材料加入硅，其理论能量密度高达4200mAh/g。例如，特斯拉在Model3 中采用了新型硅碳负极材料，特斯拉在传统石墨负极材料中加入10%的硅，使其能量密度达到550mAh/g 以上。国内贝特瑞公司研发的S1000 型号硅碳负极材料的比容量更是高达1050mAh/g。负极材料目前没有技术瓶颈，完全能满足动力电池的各种需求。
03 隔膜性
隔膜在单体电池上主要用来隔开正负极，让电解液能够通过隔膜在正负极之间交换物质。受制于电池体积所限，以及提高电池能量密度的要求，动力电池隔膜需要尽量轻、薄。隔膜性能决定了电池内部结构、内阻等，直接影响电池容量、安全性能等。优质隔膜对提升电池性能作用巨大。
隔膜技术有干法与湿法两种制造工艺，干法成本较低但只适合小功率电池，湿法成本高但能适合大功率电池。早期，动力电池主要采用干法隔膜，目前湿法隔膜开始推广使用，预计2020 年干湿法薄膜技术各占一半，分别应用于中低端与高端领域。隔膜工艺的核心技术掌握在日本旭化成公司手中。中国有大量企业生产隔膜，但无核心技术。旭化成干法现在可量产12 微米隔膜，湿法可量产6-7 微米。国内企业大多只能生产干法20-40 微米隔膜。对比与隔膜行业世界一流水平企业的差距，我国企业应该引进先进工艺设备，苦练内功，力争取得突破。
04 新型电解液LiFSI
锂电池电解液是电池中离子传输的载体。一般由锂盐和有机溶剂组成。电解液在锂电池正、负极之间起到传导离子的作用，是锂离子电池获得高电压、高比能等优点的保证。电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐、必要的添加剂等原料，在一定条件下、按一定比例配制而成的。
锂电池主要使用的电解质是六氟磷酸锂。用含氟锂盐制成的电池性能好，无爆炸危险，适用性强。在锂电池电解质中添加LiFSI 后，可提高离子导电率及电池充放电特性。比如，反复充放电300 次后，1.2MLiPF6 的情况下放电容量保持率会降至约60％，而在1.0MLiPF6 中添加0.2MLiFSI 后，保持率可超过80％。目前LiFSI 已经进入商用，用此种电解质废弃电池处理工作相对简单，对生态环境友好，因此该类电解质的市场前景十分广泛。
05 化学途径小结
对比分析以上四种提升动力电池性能的化学途径，未来提升动力电池比容量的关键点在正极材料。而正极材料目前是短板，补齐短板，动力电池的比容量提升将有质的飞跃。目前，全球厂商均集中力量研究三元锂动力电池，在锂正极中主要是加入镍、钴、锰三元素。并不断调配三种元素之间的比例以提升电池性能。未来更有前途的三元材料是镍、钴、铝，不断调配实验这三种材料间的配比，将会获得能量密度更大的三元锂电池。新型三元锂电池通过与硅碳负极的适配，再搭配新型电解液LiFSI，并用更薄的湿法薄膜包裹，将使得新型动力电池的能量密度更高、环境更友好、安全性更高以及循环寿命更长。
动力电池展望
现有体系下，电池能量密度的理论极限为300Wh/kg，如果要达到2025 年，新体系动力电池技术取得突破性进展，单体比能量达500Wh/kg，有前景的方案包括固态锂电池、锂硫电池和锂空气电池等新的电化学体系电池。
固态电池大规模商用的可能性最高，因为固态锂电池和液态锂电池在工作原理上并无区别，只是电解质为固态与液态的区别。由于固态电池不再使用石墨负极，而是直接使用金属锂负极，所以大大减轻负极材料用量，使得整个电池的能量密度明显提高。目前实验室已试制出能量密度为300-400Wh/kg 的全固态电池，安全性能也比较高，不过该种电池体积较小，成本较高，目前仅在苹果手机等高端小巧设备上有应用。
锂硫电池的能量密度最高，目前实验室试制的锂硫电池比能量密度可达500Wh/kg，硫作为正极材料理论比能量高达2600Wh/kg，且单质硫成本低、对于环境友好，但是，锂硫电池在试制过程中有诸多技术难题无法突破，包括安全性、倍率性能和循环稳定性等。锂硫电池应用前景广阔，环境友好，如果试制成功，无异于一场革命，新能源汽车将会迅速取代传统燃油汽车。
锂空气电池的续航里程最长，单次续航里程可达2000 公里，不仅如此，锂空气电池比能量有望超过700Wh/kg。金属空气电池是以金属为燃料，与空气中的氧气发生氧化还原反应而产生电能的一种特殊燃料电池。锂空气电池的比能量是锂离子电池的10 倍，体积更小，重量更轻。但是锂金属过于活泼，碰见水蒸汽马上会发生剧烈氧化还原反应，其安全性、稳定差。锂空气电池的应用还有诸多技术难关要攻克。
来源：中尚能量
汕头市全量新能源科技有限公司
联系人：蔡先生
联系电话：13929657899
电话：0754-86506888
传真：0754-88095988
邮箱：qlxnykj@163.com
地址：广东省汕头市澄海区澄华街道上埭竹树园
✋热门推荐