【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#
“合成森林”这个词可能会让人联想到一些科幻小说中的场景---金属或半透明的树木，硅树叶在上方机械地挥舞着，被一群穿着无菌服的工人照料，树叶间飒飒作响的风声被机械的嗡嗡声取代了。
这是一种未来主义的美学，但不幸的是，对艺术家和梦想家来说，这一点都不像真实的东西。人造森林很可能是一排排又长又窄的矩形建筑，它们的表面布满了一排排巨大风扇，风扇尽快地把空气抽出来，以便在每100万个大气分子中找到400个左右的二氧化碳分子。
就像树木利用二氧化碳中的碳来建造它们的结构一样，人类也可以。自从二氧化碳成为气候的头号敌人以来，科学家们就一直在尝试找出如何最大程度地利用过量二氧化碳的方法。当人们开始讨论从大气中捕获碳的想法时，重点是如何利用这一过程来处理燃烧煤炭产生的排放物，从而产生所谓的“洁净煤”。
伍斯特理工学院化学工程教授詹妮弗·威尔科克斯（Jennifer Wilcox）说：“这是一个可怕的词。”但是现在，随着煤炭行业蹒跚走向灭亡，碳捕获也有了新的含义。威尔科克斯说：“我们认为碳捕获的2.0版本，这与脱碳的煤炭无关，而是真正着眼于深度脱碳或碳捕获和碳存储。”它不仅是从现有过程中捕获碳（例如钢铁或水泥的制造），而且还可以从大气中积极的清除碳并将其存储或投入使用。
第一个挑战是如何以不比之前所造成的更多的环境问题的方式来捕获二氧化碳。直接捕获二氧化碳的方法有很多，但是最基本的原理是使二氧化碳与一种固体或液体物质(例如氢氧化钾)接触，并与之进行化学结合。然后对这些物质进行处理，通常是通过高强度的加热，提取捕获的二氧化碳并对其进行净化。这最后一步需要大量的能源，这些能源最好来自可再生资源，这样在这个过程中几乎没有额外的二氧化碳排放。如今已经油几家公司已经开发了直接的空气碳捕获技术，例如加拿大的Carbon Engineering，瑞士的Climeworks和美国的Global Thermostat。
一旦二氧化碳被捕获和净化，我们能做什么呢？它可以被埋入地下，最好的埋入地点是那些非常善于吸收二氧化碳的岩石，例如那些镁含量高的岩石。在冰岛，CarbFix开发了一种将碳酸水注入地下玄武岩煤层的方法，二氧化碳与玄武岩发生反应，实际上就变成了石头。
不幸的是，掩埋碳并不一定有利可图。有人估计，在商业规模上直接捕集空气的成本约为每吨600美元，不过在未来几年内，这一成本可能会降至每吨200至300美元左右。另一个问题是，如果直接的空气捕获设备与这些矿产资源不能在一个地方，液态碳就必须运输到矿产资源那里去。威尔科克斯说：“地球上有很多存储空间。只是不是到处都有这种存储资源。所以问题是，你愿意付多少运输费?”掩埋碳，虽然它实现了将碳永久性地从循环中去除的最终目标，至少在地质时间框架内是这样的；但是，除非碳信用额的价格足够高，使其物有所值，否则就会有不获利的风险。
但二氧化碳和碳都是有用的材料，越来越多的公司正在研究如何使用它们来赚钱。碳可用来生产碳酸饮料，例如，制造合成液体燃料（合成气），或制造塑料（乙烯）等等。它可以用来制造碳负性混凝土，例如，在固化过程中向水泥中注入二氧化碳，从工业过程中捕获的二氧化碳，可以提高水泥的强度，同时也可以隔离二氧化碳。一种由氯氧镁(镁开采的副产品)与煤燃烧产生的粉煤灰混合制成的水泥，不仅比传统水泥坚固，固化速度更快，而且氯氧镁还能积极吸收二氧化碳。甚至由水泥粘结在一起的集料（沙子，砾石和岩石）也可以被工业过程中捕获的二氧化碳制成的岩石所代替。
碳捕获不需要技术，甚至不需要有机过程。增强风化是一项低技术含量的加速，它可加速大气中二氧化碳与地表矿物质之间的自然化学作用。早在人类甚至生命出现在地球上之前，地表矿物就已经把二氧化碳从地球大气中隔离了。当然也可以通过挖出或压碎它们来进行加速，这种过程行业通常是是采矿业；这一过程可以加速地球上更多的地表矿物质，特别是富含钙和镁的矿物质暴露在大气中。
在21世纪初，魁北克一家旧石棉矿的废料堆被发现能够吸收大量的二氧化碳，因为废料堆中富含镁的矿物质与大气中的二氧化碳发生了反应，生产碳酸镁。一项研究估计，该矿山每年可储存约600吨二氧化碳，大致相当于118辆乘用车的年排放量。
富含镁的矿物废物不仅是石棉矿石的副产品，也是金刚石、铂和镍矿的副产品。因此，这些废物堆可能含有巨大的，尚未开发的碳储存潜力。加拿大安大略省皇后大学的环境地球化学家兼助理教授安娜·哈里森说：“如果这些反应发生得足够多，那么我们可以储存矿山排放的二氧化碳，或者在某些情况下，储存的二氧化碳甚至比矿井排放的还要多。”例如，对西澳大利亚州基思山镍矿的评估发现，尾矿中存储的二氧化碳量约占该矿每年温室气体总排放量的11％。
当然它利用了在地质时间尺度上发生的自然过程。但是在矿山废料堆中，岩石被粉碎成碎石，所富含镁的岩石在更大的范围内暴露于空气中，所以反应发生得更快。一旦二氧化碳被锁定在碳酸盐矿物中，它就会在那里停留很长的时间。这种反应速度也可能会加速，因为主要的限速因素是到达岩石的二氧化碳的供给。哈里森说:“它们只是作为大量的细颗粒物质沉积下来，其中部分充满了水，然后大气中的二氧化碳似乎只会与尾矿堆的上部10到15厘米发生反应。”
碳酸盐矿物也可用于农业，将碳返回土壤，也有助于平衡农业土壤的酸度。一项研究表明，以这种方式使用的增强风化可以吸收的碳与农业土壤吸收的碳数量相同。
碳矿化可以产生碳中性，甚至碳负性的矿物。钻石公司比尔斯(DeBeers)已经在其一些矿场进行了试验，因为经常发现钻石的金伯利岩中含有很高的镁元素，非常适合碳化。典型的钻石矿可以产生足够的金伯利岩，以抵消其自身碳排放量的十倍。事实上，这样的选择非常的恰当。
珍妮弗·威尔科克斯（Jennifer Wilcox）说：“清除碳是一个回归的机会。这并不意味着回到工业革命前的二氧化碳水平，甚至是1970年前的水平，因为我们现在已经走得太远了。我们已经超过了仅靠负排放技术而不采取任何其他减排措施就能拯救我们的临界点。但这些技术和实践可以为我们赢得时间。”
威尔科克斯说：“如果我们想将大气中的二氧化碳浓度降低到合理水平，就必须将它们清除掉。但是我们也知道现在和将来我们继续排放二氧化碳的速度。我们需要消除碳，我们也要米面过的得尽兴碳排放，要把这一目标放在首位，这也是我们必须要做的事情。”
（完）
这是一种未来主义的美学，但不幸的是，对艺术家和梦想家来说，这一点都不像真实的东西。人造森林很可能是一排排又长又窄的矩形建筑，它们的表面布满了一排排巨大风扇，风扇尽快地把空气抽出来，以便在每100万个大气分子中找到400个左右的二氧化碳分子。
就像树木利用二氧化碳中的碳来建造它们的结构一样，人类也可以。自从二氧化碳成为气候的头号敌人以来，科学家们就一直在尝试找出如何最大程度地利用过量二氧化碳的方法。当人们开始讨论从大气中捕获碳的想法时，重点是如何利用这一过程来处理燃烧煤炭产生的排放物，从而产生所谓的“洁净煤”。
伍斯特理工学院化学工程教授詹妮弗·威尔科克斯（Jennifer Wilcox）说：“这是一个可怕的词。”但是现在，随着煤炭行业蹒跚走向灭亡，碳捕获也有了新的含义。威尔科克斯说：“我们认为碳捕获的2.0版本，这与脱碳的煤炭无关，而是真正着眼于深度脱碳或碳捕获和碳存储。”它不仅是从现有过程中捕获碳（例如钢铁或水泥的制造），而且还可以从大气中积极的清除碳并将其存储或投入使用。
第一个挑战是如何以不比之前所造成的更多的环境问题的方式来捕获二氧化碳。直接捕获二氧化碳的方法有很多，但是最基本的原理是使二氧化碳与一种固体或液体物质(例如氢氧化钾)接触，并与之进行化学结合。然后对这些物质进行处理，通常是通过高强度的加热，提取捕获的二氧化碳并对其进行净化。这最后一步需要大量的能源，这些能源最好来自可再生资源，这样在这个过程中几乎没有额外的二氧化碳排放。如今已经油几家公司已经开发了直接的空气碳捕获技术，例如加拿大的Carbon Engineering，瑞士的Climeworks和美国的Global Thermostat。
一旦二氧化碳被捕获和净化，我们能做什么呢？它可以被埋入地下，最好的埋入地点是那些非常善于吸收二氧化碳的岩石，例如那些镁含量高的岩石。在冰岛，CarbFix开发了一种将碳酸水注入地下玄武岩煤层的方法，二氧化碳与玄武岩发生反应，实际上就变成了石头。
不幸的是，掩埋碳并不一定有利可图。有人估计，在商业规模上直接捕集空气的成本约为每吨600美元，不过在未来几年内，这一成本可能会降至每吨200至300美元左右。另一个问题是，如果直接的空气捕获设备与这些矿产资源不能在一个地方，液态碳就必须运输到矿产资源那里去。威尔科克斯说：“地球上有很多存储空间。只是不是到处都有这种存储资源。所以问题是，你愿意付多少运输费?”掩埋碳，虽然它实现了将碳永久性地从循环中去除的最终目标，至少在地质时间框架内是这样的；但是，除非碳信用额的价格足够高，使其物有所值，否则就会有不获利的风险。
但二氧化碳和碳都是有用的材料，越来越多的公司正在研究如何使用它们来赚钱。碳可用来生产碳酸饮料，例如，制造合成液体燃料（合成气），或制造塑料（乙烯）等等。它可以用来制造碳负性混凝土，例如，在固化过程中向水泥中注入二氧化碳，从工业过程中捕获的二氧化碳，可以提高水泥的强度，同时也可以隔离二氧化碳。一种由氯氧镁(镁开采的副产品)与煤燃烧产生的粉煤灰混合制成的水泥，不仅比传统水泥坚固，固化速度更快，而且氯氧镁还能积极吸收二氧化碳。甚至由水泥粘结在一起的集料（沙子，砾石和岩石）也可以被工业过程中捕获的二氧化碳制成的岩石所代替。
碳捕获不需要技术，甚至不需要有机过程。增强风化是一项低技术含量的加速，它可加速大气中二氧化碳与地表矿物质之间的自然化学作用。早在人类甚至生命出现在地球上之前，地表矿物就已经把二氧化碳从地球大气中隔离了。当然也可以通过挖出或压碎它们来进行加速，这种过程行业通常是是采矿业；这一过程可以加速地球上更多的地表矿物质，特别是富含钙和镁的矿物质暴露在大气中。
在21世纪初，魁北克一家旧石棉矿的废料堆被发现能够吸收大量的二氧化碳，因为废料堆中富含镁的矿物质与大气中的二氧化碳发生了反应，生产碳酸镁。一项研究估计，该矿山每年可储存约600吨二氧化碳，大致相当于118辆乘用车的年排放量。
富含镁的矿物废物不仅是石棉矿石的副产品，也是金刚石、铂和镍矿的副产品。因此，这些废物堆可能含有巨大的，尚未开发的碳储存潜力。加拿大安大略省皇后大学的环境地球化学家兼助理教授安娜·哈里森说：“如果这些反应发生得足够多，那么我们可以储存矿山排放的二氧化碳，或者在某些情况下，储存的二氧化碳甚至比矿井排放的还要多。”例如，对西澳大利亚州基思山镍矿的评估发现，尾矿中存储的二氧化碳量约占该矿每年温室气体总排放量的11％。
当然它利用了在地质时间尺度上发生的自然过程。但是在矿山废料堆中，岩石被粉碎成碎石，所富含镁的岩石在更大的范围内暴露于空气中，所以反应发生得更快。一旦二氧化碳被锁定在碳酸盐矿物中，它就会在那里停留很长的时间。这种反应速度也可能会加速，因为主要的限速因素是到达岩石的二氧化碳的供给。哈里森说:“它们只是作为大量的细颗粒物质沉积下来，其中部分充满了水，然后大气中的二氧化碳似乎只会与尾矿堆的上部10到15厘米发生反应。”
碳酸盐矿物也可用于农业，将碳返回土壤，也有助于平衡农业土壤的酸度。一项研究表明，以这种方式使用的增强风化可以吸收的碳与农业土壤吸收的碳数量相同。
碳矿化可以产生碳中性，甚至碳负性的矿物。钻石公司比尔斯(DeBeers)已经在其一些矿场进行了试验，因为经常发现钻石的金伯利岩中含有很高的镁元素，非常适合碳化。典型的钻石矿可以产生足够的金伯利岩，以抵消其自身碳排放量的十倍。事实上，这样的选择非常的恰当。
珍妮弗·威尔科克斯（Jennifer Wilcox）说：“清除碳是一个回归的机会。这并不意味着回到工业革命前的二氧化碳水平，甚至是1970年前的水平，因为我们现在已经走得太远了。我们已经超过了仅靠负排放技术而不采取任何其他减排措施就能拯救我们的临界点。但这些技术和实践可以为我们赢得时间。”
威尔科克斯说：“如果我们想将大气中的二氧化碳浓度降低到合理水平，就必须将它们清除掉。但是我们也知道现在和将来我们继续排放二氧化碳的速度。我们需要消除碳，我们也要米面过的得尽兴碳排放，要把这一目标放在首位，这也是我们必须要做的事情。”
（完）
#春游江淮请您来# 春游江淮请您来丨禹会区旅游景点——禹会村遗址
禹会村遗址
禹会村遗址为全国重点文物保护单位。
禹会村遗址又名禹墟，位于涂山南麓，蚌埠市西郊禹会区秦集乡禹会村。分布范围自合体东岸至大堤下，遗址到村东、村南，东西宽约300米，南北长约2000米，面积约60万平方米，是一处较大的龙山文化时期遗址。2013年5月，被国务院核定公布为第七批全国重点文物保护单位。
历史
禹会村遗址地表遗存有陶器、石器、骨器等。陶器以夹砂红褐陶为主，另有少量器物为夹谷壳、蚌末陶；陶器陶胎厚重、火候低；器形有罐、碗、钵等，鼎足有侧三角形扁足、“鬼脸”式空足和尖锥足等。陶器的纹饰以素面为主，有少量划纹、弦纹、绳纹和捺窝纹。根据遗址分布特点和采集的标本分析，禹会村遗址是淮河岸边的新石器时期龙山文化晚期的一处较大的古人类聚落遗址。根据C14测定为距今约4100年，与传说中的大禹时代基本相符。禹会村的村名在《汉书》中就有记载，一直延续至今，可见村名存在之悠久。禹墟的称谓在北魏时郦道元的《水经注》的“禹墟在（涂）山西南”中得到确指，这正与蚌埠西南郊禹会村的禹墟相吻合。1981年发现禹会村有龙山时期的文化遗址，这片遗址从淮河东岸大堤下一直延续到村中，初步勘探出整个遗址区规模约有60万平方米。这里已经发掘出土大量鬼脸式鼎足陶器碎片、动物牙齿、碳粒物、石镞和耕作石器工具等，根据已出土的文物推断，禹墟文化可以追溯到5000年左右的新石器时代。禹墟的发掘被列入“国家文明探源”课题的一个子课题。经国家文物局、中国古代文明探源工程课题组批准的禹墟考古发掘工程，由中国社科院考古研究所王吉怀研究员率队具体实施发掘以来，禹墟陆续出土的文物已引起举世关注，遗址被专程来禹墟遗址实地考察的国内考古界十多位专家确认为龙山文化晚期，特别是中国社科院考古所实验室通过碳14测定王吉怀试掘时出土的木炭等标本，进而得出该标本准确年代为公元前2350至2190年的结论，使禹墟遗址的断代有了科学依据，同时也验证出土文物与大禹时代相吻合。据传说，4100多年前，大禹在这里会诸侯，娶涂山氏女为妻，三过家门而不入。根据现有的考古材料推断，大禹生活的年代正是中国古代国家（夏王朝）形成关键时期，当处于龙山文化中晚期。这也正是“探源工程”所要考证的问题。
历程
2001年7月，蚌埠市人民政府公布为市级重点文物保护单位。中国社会科学院考古研究所于2006年实地勘察和钻探后，又于2007年至2011年先后进行了5次规模性发掘，揭露面积8000多平方米。遗址全面揭露出一处面积为2500多平方米的大型祭祀台基以及大型祭祀沟、祭祀坑和大型简易式工棚建筑等。并出土了大量相同时期且具有不同地区考古学文化特点的陶器，地域范围涵盖了山东、河南、安徽、江苏、上海、浙江等地，凸显了各地文化交汇于此的文化现象。禹会村遗址考古发掘获得的重大学术成果，对解读《左传》：“禹合诸侯于涂山，执玉帛者万国”；《史记》：“夏之兴焉以涂山”等历史记载提供了强力支撑,为解读淮河流域文明化进程提供了有力佐证，对研究古淮夷文化、大禹治水以及夏王朝的建立等一系列历史学和考古学问题都具有重大意义，在中国考古史上占据很重要的地位。2013年国务院公布为全国重点文物保护单位。
遗存构成
遗址总面积约为 200 万平方米，其分布边界为：东至小新庄自然村西 70 米处，南界至后胡村南 240 米处至 206 国道东侧水塘南边、修理厂北侧一线，西南至淮河东岸，西至国道以西 50 米，北至禹会村西北边缘。遗迹分布较密集的区域分为北、中、南三个不连续的部分，其中：北区：面积约 13.7 万平方米，考古发掘发现的遗迹现象表现出双墩文化特征；中区：面积近 3 万平方米，考古发掘发现的遗迹现象表现出龙山时时期文化特征；南区：总面积约 9.46 万平方米，历次发掘清理的主要遗存为龙山文化时期，是禹会村遗址的文物构成包括遗址本体、历史环境和可移动文物三部分。
(1）遗址本体
结合历年考古发掘成果，禹会村遗址整体按空间分布可分为三个主要区域：北区、中区、南区。北区：面积约 13.7 万平方米，距今 7000 年，属双墩文化特征，主要遗迹有：带柱坑沟槽（槽宽约 80 公分，东西向，内有柱坑，推测为墙槽）、房址、储藏区和大型房址的公共活动区。中区：面积约 3 万平方米，距今 4000-4300 年，为龙山文化分布区。主要遗迹为：灰坑（含有大量陶片），其他遗迹较少。南区：面积约 9.46 万平方米，距今 4000-4300 年，属于龙山文化时期，是发现遗迹、遗物最密集的区域。考古推测南区为一个龙山文化时期的聚落，由带有外壕或排水沟的夯土台围合，内部筑台营造居住址，适应了当地的水文环境，聚落东北部为高规格祭祀活动场所。
2007 年至 2011 年间，南区共发掘 I、 II、 III 三个区域。
I 区位主要遗迹有：大型祭祀遗址与祭祀沟；长条形台基及附属设施遗迹，早年推测为与祭祀有关。
II 区主要遗迹有：房址、灰坑、灰沟等、排水沟等生活遗迹，早年推测为祭祀相关的设施。
III 区受治淮工程破坏严重，仅存遗迹为：少量房址和灰坑。
2015-2017 年最新的考古工作揭露，南区新增遗迹有：夯土梁（墙垣）、居住址以及 8 座汉代窑址。除了遗存分布密集的北、中、南区，2017 年的勘探工作在整个遗址分布范围内发现 35 处规模较小的遗迹，其中龙山文化时期遗迹 19 处，多数处于人工堆筑台地上，功能尚不明确；汉代遗迹15 处，包括 4 座汉墓。
(2）历史环境
配合禹会村考古工作开展的地质学、地貌学研究已证实遗址以北与西北面为古河道。历史上淮河的水文环境对禹会村遗址应该产生了重要的影响。
(3）可移动文物
2007-2011 年发掘的遗物已经彻底整理，出土遗物中最多的是陶器，其次是石器中的磨石。遗物特点表现为与生产活动相关的器物少，罕见骨器，不见蚌器，显示了较单调的器物组合：
1）陶器
禹会村遗址共修复成型和能看出器型特征的陶器共计 416 件，以陶罐为主，达 150 余件，陶鼎和陶器盖次之，各有 50 件左右，另外有少量的鼎、甗、缸、尊、刻槽盆、假腹簋、高柄杯、瓮、甑、盉等。大部分陶器的器型不规整、火候低、质地酥松。
2）石器
石器的种类较多，但数量较少，仅 205 件，且多为残件。最多的是磨石，达 133 件，其他为少量的石斧、石锛、石凿、石钺、磨盘、石刀、石楔器、研磨器、石镞等标本。另有自然石块形 40 件，彩色石料 24 件。
3）骨器，仅发现骨笄 1 件。
2015-2017 年的考古工作也发现大量陶片残片，来自器物的口沿、腹部，有红陶、灰陶和黑陶，部分夹砂，年代在龙山文化中晚期或略早于龙山文化，但尚未进行系统的修复整理。
2012 年至今发掘出土的遗物较多，尤其 2017 年考古发掘面积 1.6 万平米，出土了大量陶片、兽骨等可移动文物，一部分保存在蚌埠市提供的文物标本专用库房里，还有一部分正在整理和修复中，有待未来公园建设博物馆，向公众展出。
禹会村遗址
禹会村遗址为全国重点文物保护单位。
禹会村遗址又名禹墟，位于涂山南麓，蚌埠市西郊禹会区秦集乡禹会村。分布范围自合体东岸至大堤下，遗址到村东、村南，东西宽约300米，南北长约2000米，面积约60万平方米，是一处较大的龙山文化时期遗址。2013年5月，被国务院核定公布为第七批全国重点文物保护单位。
历史
禹会村遗址地表遗存有陶器、石器、骨器等。陶器以夹砂红褐陶为主，另有少量器物为夹谷壳、蚌末陶；陶器陶胎厚重、火候低；器形有罐、碗、钵等，鼎足有侧三角形扁足、“鬼脸”式空足和尖锥足等。陶器的纹饰以素面为主，有少量划纹、弦纹、绳纹和捺窝纹。根据遗址分布特点和采集的标本分析，禹会村遗址是淮河岸边的新石器时期龙山文化晚期的一处较大的古人类聚落遗址。根据C14测定为距今约4100年，与传说中的大禹时代基本相符。禹会村的村名在《汉书》中就有记载，一直延续至今，可见村名存在之悠久。禹墟的称谓在北魏时郦道元的《水经注》的“禹墟在（涂）山西南”中得到确指，这正与蚌埠西南郊禹会村的禹墟相吻合。1981年发现禹会村有龙山时期的文化遗址，这片遗址从淮河东岸大堤下一直延续到村中，初步勘探出整个遗址区规模约有60万平方米。这里已经发掘出土大量鬼脸式鼎足陶器碎片、动物牙齿、碳粒物、石镞和耕作石器工具等，根据已出土的文物推断，禹墟文化可以追溯到5000年左右的新石器时代。禹墟的发掘被列入“国家文明探源”课题的一个子课题。经国家文物局、中国古代文明探源工程课题组批准的禹墟考古发掘工程，由中国社科院考古研究所王吉怀研究员率队具体实施发掘以来，禹墟陆续出土的文物已引起举世关注，遗址被专程来禹墟遗址实地考察的国内考古界十多位专家确认为龙山文化晚期，特别是中国社科院考古所实验室通过碳14测定王吉怀试掘时出土的木炭等标本，进而得出该标本准确年代为公元前2350至2190年的结论，使禹墟遗址的断代有了科学依据，同时也验证出土文物与大禹时代相吻合。据传说，4100多年前，大禹在这里会诸侯，娶涂山氏女为妻，三过家门而不入。根据现有的考古材料推断，大禹生活的年代正是中国古代国家（夏王朝）形成关键时期，当处于龙山文化中晚期。这也正是“探源工程”所要考证的问题。
历程
2001年7月，蚌埠市人民政府公布为市级重点文物保护单位。中国社会科学院考古研究所于2006年实地勘察和钻探后，又于2007年至2011年先后进行了5次规模性发掘，揭露面积8000多平方米。遗址全面揭露出一处面积为2500多平方米的大型祭祀台基以及大型祭祀沟、祭祀坑和大型简易式工棚建筑等。并出土了大量相同时期且具有不同地区考古学文化特点的陶器，地域范围涵盖了山东、河南、安徽、江苏、上海、浙江等地，凸显了各地文化交汇于此的文化现象。禹会村遗址考古发掘获得的重大学术成果，对解读《左传》：“禹合诸侯于涂山，执玉帛者万国”；《史记》：“夏之兴焉以涂山”等历史记载提供了强力支撑,为解读淮河流域文明化进程提供了有力佐证，对研究古淮夷文化、大禹治水以及夏王朝的建立等一系列历史学和考古学问题都具有重大意义，在中国考古史上占据很重要的地位。2013年国务院公布为全国重点文物保护单位。
遗存构成
遗址总面积约为 200 万平方米，其分布边界为：东至小新庄自然村西 70 米处，南界至后胡村南 240 米处至 206 国道东侧水塘南边、修理厂北侧一线，西南至淮河东岸，西至国道以西 50 米，北至禹会村西北边缘。遗迹分布较密集的区域分为北、中、南三个不连续的部分，其中：北区：面积约 13.7 万平方米，考古发掘发现的遗迹现象表现出双墩文化特征；中区：面积近 3 万平方米，考古发掘发现的遗迹现象表现出龙山时时期文化特征；南区：总面积约 9.46 万平方米，历次发掘清理的主要遗存为龙山文化时期，是禹会村遗址的文物构成包括遗址本体、历史环境和可移动文物三部分。
(1）遗址本体
结合历年考古发掘成果，禹会村遗址整体按空间分布可分为三个主要区域：北区、中区、南区。北区：面积约 13.7 万平方米，距今 7000 年，属双墩文化特征，主要遗迹有：带柱坑沟槽（槽宽约 80 公分，东西向，内有柱坑，推测为墙槽）、房址、储藏区和大型房址的公共活动区。中区：面积约 3 万平方米，距今 4000-4300 年，为龙山文化分布区。主要遗迹为：灰坑（含有大量陶片），其他遗迹较少。南区：面积约 9.46 万平方米，距今 4000-4300 年，属于龙山文化时期，是发现遗迹、遗物最密集的区域。考古推测南区为一个龙山文化时期的聚落，由带有外壕或排水沟的夯土台围合，内部筑台营造居住址，适应了当地的水文环境，聚落东北部为高规格祭祀活动场所。
2007 年至 2011 年间，南区共发掘 I、 II、 III 三个区域。
I 区位主要遗迹有：大型祭祀遗址与祭祀沟；长条形台基及附属设施遗迹，早年推测为与祭祀有关。
II 区主要遗迹有：房址、灰坑、灰沟等、排水沟等生活遗迹，早年推测为祭祀相关的设施。
III 区受治淮工程破坏严重，仅存遗迹为：少量房址和灰坑。
2015-2017 年最新的考古工作揭露，南区新增遗迹有：夯土梁（墙垣）、居住址以及 8 座汉代窑址。除了遗存分布密集的北、中、南区，2017 年的勘探工作在整个遗址分布范围内发现 35 处规模较小的遗迹，其中龙山文化时期遗迹 19 处，多数处于人工堆筑台地上，功能尚不明确；汉代遗迹15 处，包括 4 座汉墓。
(2）历史环境
配合禹会村考古工作开展的地质学、地貌学研究已证实遗址以北与西北面为古河道。历史上淮河的水文环境对禹会村遗址应该产生了重要的影响。
(3）可移动文物
2007-2011 年发掘的遗物已经彻底整理，出土遗物中最多的是陶器，其次是石器中的磨石。遗物特点表现为与生产活动相关的器物少，罕见骨器，不见蚌器，显示了较单调的器物组合：
1）陶器
禹会村遗址共修复成型和能看出器型特征的陶器共计 416 件，以陶罐为主，达 150 余件，陶鼎和陶器盖次之，各有 50 件左右，另外有少量的鼎、甗、缸、尊、刻槽盆、假腹簋、高柄杯、瓮、甑、盉等。大部分陶器的器型不规整、火候低、质地酥松。
2）石器
石器的种类较多，但数量较少，仅 205 件，且多为残件。最多的是磨石，达 133 件，其他为少量的石斧、石锛、石凿、石钺、磨盘、石刀、石楔器、研磨器、石镞等标本。另有自然石块形 40 件，彩色石料 24 件。
3）骨器，仅发现骨笄 1 件。
2015-2017 年的考古工作也发现大量陶片残片，来自器物的口沿、腹部，有红陶、灰陶和黑陶，部分夹砂，年代在龙山文化中晚期或略早于龙山文化，但尚未进行系统的修复整理。
2012 年至今发掘出土的遗物较多，尤其 2017 年考古发掘面积 1.6 万平米，出土了大量陶片、兽骨等可移动文物，一部分保存在蚌埠市提供的文物标本专用库房里，还有一部分正在整理和修复中，有待未来公园建设博物馆，向公众展出。
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