微生物的敏感性研究论文

提供小小的 对你有所启示2月5日，《美国国家科学院院刊》(《PNAS》)网络版发表了中英两国5个机构联合完成的有关人类元基因组与健康的研究成果，在国际上引起较大反响，美国合众国际社及国内多家媒体纷纷进行了报道。人类元基因组其实是人类微生物组的另一种说法。近年来,对该领域研究的逐渐升温——包括人类元基因组计划的酝酿启动、有关元基因组重要研究论文的陆续发表，促使更多科研人员给予关注。日前，记者就相关问题采访了参加“人类微生物组国际研究联盟(IHMC)”筹备工作的上海交通大学系统生物医学研究院赵立平教授。 ▲作用重要的“小不点儿” “人体内共生的微生物多达1000多种，它们的基因总和叫‘微生物组’，也被称为‘人类元基因组’。”赵立平教授如数家珍地告诉记者：“人们一直认为，一个生物，不管是单细胞细菌还是像人类这样的高等生物，都是由基因信息控制其生老病死。”但是，越来越多的研究表明，人体的生理代谢和生长发育除受自身基因控制外，人体里共生的大量微生物的遗传信息也发挥着重要作用，它们所编码的基因数量是人体自身基因数量的50～100倍，相当于人体的“第二个基因组”。 正是这些共生在人体内、肉眼不可见的“小不点儿”们，对人体的免疫、营养和代谢等起着至关重要的作用。一方面，人体的健康状况发生变化，体内共生微生物的组成就会发生变化；反之，体内微生物组成的变化，也会导致人体健康状况的改变。因此，人体共生微生物的组成可以真实而准确地反映人体的健康状况。 鉴于了解到人类元基因组对人体健康的重要性，科学界积极开展了相关研究。如欧盟、美国和日本的科研人员相继启动了人类元基因组研究计划。赵立平教授特别提到，去年12月9～10日，英、美、法、中等国科学家在美酝酿成立“人类微生物组国际研究联盟(IHMC)”，计划今年4月联合启动“人类元基因组计划”，开始对人类元基因组的全面研究。这项被称为“第二人类基因组计划”的项目将对人体内所有共生的微生物群落进行测序和功能分析，其序列测定工作量至少相当于10个人类基因组计划，并有可能发现超过100万个新的基因，最终在新药研发、药物毒性控制和个体化用药等方面实现突破性进展。 ▲关注慢性全身性代谢性疾病 去年12月美国《科学》杂志预测：人类共生微生物的研究将可能是国际科学研究在2008年取得突破的7个重要领域之一。赵立平教授谈到，当前对人类元基因组研究发现，肠道菌群结构的改变与失衡除会导致肠道疾病外，还与很多慢性全身性的代谢性疾病，如糖尿病、肥胖，甚至是癌症的发生有着密切关系。 过去一些找不到确切病原菌的肠道疾病，即非感染性肠道疾病（如肠易激综合征等），现在研究认为，肠道内微生物群落结构失调可能与其发生有重大关系。因而在治疗上，就可以选择一些改善肠道菌群失调的微生态制剂。 糖尿病原来仅仅被认为是糖代谢异常，现在研究却发现，菌群失调可能是造成糖尿病发生的一个影响因素。赵立平教授领导的研究小组发现，糖尿病模型动物肠道中的一些特定菌的数量有所变化——两种乳酸菌数量明显下降。国外也有研究报道，补充乳酸菌制剂能缓解模型动物的糖尿病症状。这“一减一加”的事实说明，肠道内某些种类的乳酸菌可能参与了糖尿病的发生发展过程。菌群的变化不仅是糖尿病的后果，也可能是糖尿病的诱因。 尽管肥胖受一定的遗传因素影响，但环境因素也对其产生重要作用。赵立平教授强调，菌群就是其中之一，即饮食结构改变产生的菌群结构异常可导致肥胖。美国学者Gordon及其同事近年来在肥胖与菌群关系的一系列研究上取得了突破性进展。他们发现，遗传性肥胖小鼠和瘦型小鼠肠道菌群的组成有明显差异，且肥胖表型可以随菌群在不同个体间发生转移；他们对人体的研究也获得了相似的结果。更令人兴奋的发现是，肠道菌群可以直接调节宿主脂肪存储组织的基因表达活性，使宿主增加脂肪的积累。这些研究有力地支持了肠道菌群在人类这样的“超级生物体”生理代谢中的地位。这从另一个角度证明，肥胖是人的基因和微生物基因共同作用的结果，甚至在某种程度上，后者的作用可能更大。 ▲“中国舞”应能独领风骚 在世界各国对人类元基因组研究相继加大研究力度的同时，我国学者也不甘示弱。目前，围绕肠道菌群与感染性疾病的关系，由浙江大学第一附属医院牵头的国家“973”计划项目已经启动；在科技部和上海市的支持下，由上海交通大学系统生物医学研究院、中科院营养科学研究所和国家人类基因组南方中心等单位承担的中法肠道元基因组国际合作项目也已顺利启动；在上海市疾病控制中心(CDC)、闸北区CDC和卢湾区CDC的大力配合下，已经完成了1000多人的上海常住居民“营养、菌群与肥胖的病例对照研究”的现场体检和血液、尿液和粪便样品的采集工作，这是目前国际上规模最大的人类元基因组人群研究项目，备受国际同行关注。 但从整体来讲，我国的人类元基因组研究还处于起步阶段。如何充分利用我国的特有优势参与国际竞争，加快人类元基因组研究步伐，是需要我们认真思考的问题。在采访中，赵立平教授多次强调，我国目前具有多方面的优势，如果组织得当，在国际人类元基因组研究的大舞台上，应该能跳出一支支漂亮的“中国舞”。微生物与人类的关系 ———姓名.所在单位. 摘要： 小到肉眼看不见的微生物对人类却起着难以想象的巨大作用。有时危害人类，给我们带来灾难。但在某些方面，它又是我们人类的好朋友，帮助我们解决问题和灾难。 关键词：微生物，应用，危害，人类. The relation between microorganism and mankind --Zhang Jingjing (20044274) living creature engineering of the life science college of the University of Heilongjiang 3 class Abstract: I am small to arrive the naked eye unseen microorganism to the mankind but have the huge function of hard endanger mankind, bring us a in some aspects, it is our mankind's good friend again, helping us to solve problem with disaster. Keywords: Microorganism, applied, endanger, mankind. 什么是微生物？微生物是泛指肉眼看不到或看不清楚的微小生物。它们体积微小，结构简单。它与人类关系密切，它既能造福于人类，也能给人类带来毁灭性的灾难。 微生物学在解决当代重大社会问题中起着重要作用。例如微生物采油技术中，它发挥令人难以想象的巨大作用。它可降低原油的黏度,增加原油的流动性,从而大大提高了原油的采收率。此种技术成本低,设备简单,不伤害地层,不污染环境,而且效益显著。1995～2000 年,斯诺克尔石油技术公司实施该技术且获得很好的效益[1]。而日本则把光合菌、乳酸菌、酵母菌、发酵丝状菌、放线菌等功能各异的80 多种微生物组成的一种活菌制剂。这些微生物组合在一个统一体中，互相促进，共同构成一个复杂而稳定的具有多元功能的微生态系统，可抑制有害微生物，尤其是病原菌和腐败细菌的活动，促进植物生长。该技术在自然农法中广泛应用。随着国民经济的发展，微生物的应用也越来越广泛。在生物制药、能源、环保、食品、工业等方面，微生物都扮演着重要的角色。 然而，微生物在给人类提供诸多好处的同时，也带来了许多不可忽视的负面影响。我们用的化妆品含有多种营养成分,为微生物的生长提供了适宜的环境,在生产、储藏和使用过程中极易受到微生物的污染。化妆品中常见细菌主要以芽胞杆菌属、假单胞菌属、葡萄球菌属为主,这几个属的细菌在自然界分布广泛,对环境抵抗力较强,污染机会较多[2]。真菌主要有木霉属、曲霉属、根霉属、脉孢菌属、短梗霉属、假丝酵母属和红酵母属等,这些菌也是自然环境中常见的霉菌和酵母[3]。受到微生物污染的化妆品不但产品腐败变质,更重要的是致病微生物污染会对人体健康产生危害。别外饮水机污染也已成为不可忽视的卫生问题,有的饮水水质量已经远远达不到合格饮用水的卫生质量,所谓的纯净水、矿泉水等已不能直接饮用,主要是被大肠杆菌等微生物污染。这种状况很可能加重夏秋季肠道病的流行。研究人员还指出，室内空气也存在着微生物污染，它可引起人体出现眼刺激感、哮喘、过敏性皮炎、过敏性肺炎和传染性疾病，重者甚至因感染而死亡。室内建筑材料和家用电器是室内空气的主要污染源，它不仅能释放出对人体有害的化学物质，同时也为微生物的孳生提供了有利的条件。 由此可见，微生物与人类的关系非常密切，它不仅造福与人类，也会伤害人类。因此我们应该正确地认识微生物，并利用它保护环境、造福人类，这是我们的期望也是我们每个人义不容辞的责任。 参考文献： [ 1 ] 谢明杰,谢正,邹翠霞,曹文伟.微生物降解原油提高原油采收率的研究[J].抚顺石油学院学报,1999,(2). [ 2 ] 东秀珠,蔡妙英. 常见细菌系统鉴定手册[ M] . 北京:科学出版 社,2001. [ 3 ] 魏景超. 真菌鉴定手册[ M] . 北京:科学出版社,1979. (收稿日期:2003 -08 -12) [ 4 ] 金京德. 有效微生物研究会·EM活用技术事例集·EM研究所·2004年·人类与微生物可持续发展的关系1，土壤中的分解者——真菌、. 微生物和土壤动物分解死去的动物和 植物，清除有机垃圾，给人类创造一个洁净的环境； 2，微生物给人类在衣、食、住、行、医药、美学和科学进步等等方面提供的用场太丰富了； 3，微生物可以形成完整的食物网，同时它们又是他动物的食物，通过捕食与被捕食的关系把动植物，微生物联系起来，形成一个复杂的关系网。 4，现代人类是由人类、各种各样的微生物、其它生物种类在其所分享的不断变化的大自然的胁迫中进化而来。这种共同进化的过程受多方面的影响，诸如：环境的变迁、人类的迁徙、人类行为的变化、其它物种数量的增加和减少以及微生物命运的不断变更。 5，保持一直处于人体与病原微生物间的最大程度上的微妙平衡可以使生态安全得到加强。现代人类和多种多样的微生物随着时间的前移而共同进化，这种关系大可用“和平共处”来描述。这种“和平”来自于人类对于病原微生物的经验发展而得来的对免疫性的认识。

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2020年12月9日，德国马克斯-普朗克植物育种研究所 Ruben Garrido-Oter 和 Paul Schulze-Lefert 团队在 Cell Host & Microbe 上发表了题为 Root-secreted coumarins and the microbiota interact to improve iron nutrition in  Arabidopsis 的研究性论文。该研究揭示了拟南芥根系分泌的香豆素和根际微生物群落之间的互作可以显著改善铁胁迫条件下拟南芥对铁的利用。 1.  前言 铁是植物生长发育所必须的大量元素，在植物光合作用和呼吸作用等生物进程中起着重要作用。尽管土壤中铁元素的含量很高，但是其生物活性通常较低。铁的缺乏会导致植物生长发育受阻、叶片黄化甚至产量降低。为了适应铁生物活性较低的环境，一些非禾本科植物（比如拟南芥， Arabidopsis thaliana ）会通过酸化根际环境（H+-ATPase AHA2）将Fe3+还原为Fe2+（FERRIC REDUCTION OXIDASE2，FRO2）来提高铁的利用率。上述过程会受到FIT转录因子（FER-LIKE IRON DEFICIENCYINDUCED TRANSCRIPTION FACTOR）和一系列相关的bHLH转录因子调节。Fe2+则会被IRT1转运蛋白（IRON-REGULATED TRANSPORTER1）转运到根表皮内。 有研究发现，植物铁胁迫会诱导根系分泌香豆素，并且认为香豆素有助于活化难以活化的铁库。也有研究表明，在钙质土壤和培养基条件下，香豆素会影响根际微生物群落结构。在拟南芥中，三种香豆素的合成是一个线性的生物合成进程（图1）。莨菪亭素（scopoletin）由FERULOYL-COA6-HYDROXYLASE1（F6’H1）催化合成，随后会被SCOPOLETIN 8-HYDROXYLASE（S8H）转化为秦皮素（fraxetin），进一步被CYTOCHROME P450 FAMILY82C4（CYP82C4）催化形成sideretin。这三种香豆素均可被ABC转运蛋白PLEIOTROPIC DRUG RESISTANCE9（PDR9）运出体外。当然也有一些其它途径转运香豆素被发现。然而，在不同养分活性条件下（主要是可利用铁），香豆素对根际微生物群落结构和植物生产力的影响仍不明确。 2.  材料和方法 .  试验材料 土壤：试验所用土壤主要来自两个地方。科隆农业土壤（CAS）是从德国科隆（GPS code: N, E）收集的，该地区已经有15年以上未进行农业活动。意大利土壤（IS）是从意大利有机葡萄园（GPS code: N, E）收集的，该葡萄园从2007年起未进行过施肥和灌溉。收集的土壤混匀过筛后储存在4℃。二者主要理化性质的差异见图2。 植物材料：试验所用拟南芥突变体材料均以哥伦比亚野生型为背景。具体材料及突变位点见表1。 菌株：试验所用115株菌株均为Bai  et al .（2015）从拟南芥CAS根际土壤中分离，保存在20%甘油中。活化和培养使用TSA和TSB培养基。表 1  试验所用植物材料 .  试验设计 本试验内容主要分为两个大类：土壤试验和平板试验。 土壤试验是以CAS和IS土壤为基质，主要探究土壤中不同可利用铁对拟南芥香豆素合成运输突变体生长的影响。灭菌的拟南芥种子发芽后播种在7 × 7 cm的方盆内，盆栽放置于温室内，播种后37天取样。测定拟南芥地上部鲜重、叶绿素含量和根系细菌群落。 伯克氏菌科菌株对香豆素敏感性试验是在96孔培养板完成，测定香豆素对细菌生长的影响。 平板试验中种子表面消毒后置于无菌的水琼脂平板上催芽。改良的1/2 MS培养基用于拟南芥幼苗生长，培养基分别添加Fe3+-EDTA和FeCl3来模拟土壤中铁的活性，最终平板pH为以减少酸性环境对铁的溶解。人工菌群是将115株菌株培养12-18 h后（代谢旺盛时期），分别用300μl MgCl2重悬，随后混合接种于平板中（OD600 = ），对照则加入等量的灭活的混合菌液。6天苗龄的拟南芥用于平板试验，生长8天后取样。测定拟南芥地上部鲜重、叶绿素含量、地上部铁含量和根系转录组。筛选的53株单独接种的菌株则在OD600 = 时用于试验，取样后仅测定地上部鲜重。 外源香豆素对拟南芥野生型和突变体生长的影响试验则是在改良的1/2 MS培养基中分别添加莨菪亭素和秦皮素，取样后测定地上部鲜重来评价其对植株生长的影响。 .  指标测定 拟南芥地上部鲜重、叶绿素含量、地上部铁含量、16S rRNA基因测序（V5-V7）和根系转录组。   3.  结果 .  在缺铁土壤中，香豆素对植株生长和根系微生物组成是重要的 在CAS和IS土壤中分别种植野生型拟南芥和4种香豆素合成运输突变体材料，结果发现在铁胁迫条件下（IS）， f6’h1 和 s8h 突变体植株地上部鲜重和叶绿素含量比野生型显著降低。在CAS土壤中则未观察到该现象，说明香豆素对植株铁营养有重要作用（图3）。16S rRNA基因测序结果表明，在IS土壤中， f6’h1 和 s8h 突变体与其它基因型细菌群落存在显著差异。相反地，在CAS土壤中，各个基因型拟南芥根系微生物群落组成则十分相似（图4）。以上这些结果都表明，在低活性铁土壤中，香豆素（尤其是莨菪亭素和秦皮素）对植物生长和根系微生物群落组成具有重要作用。 .  香豆素可以重塑根系微生物 与野生型相比，在不同土壤中，各香豆素合成运输突变体的差异富集的扩增子序列变异（differently enriched amplicon sequence variants，deASVs）存在差异，尤其是 f6’h1 突变体（图5A）。对IS土壤中 f6’h1 突变体deASV序列分析发现，显著差异主要集中在伯克氏菌科、根瘤菌科和链霉菌科，且伯克氏菌科的deASV数量最多（图5B）。这些现象表明香豆素可以通过改变细菌群落组成（ASV水平上）来重塑根系微生物群落。比较两种土壤中 f6’h1 突变体和野生型的上述三个科的相对丰度发现，伯克氏菌科虽然占比最高，但是在野生型与突变体间无显著差异，而根瘤菌科和链霉菌科则在IS土壤中存在显著差异（图5C）。伯克氏菌科在野生型和突变体间无显著差异可能是由于分类水平较高导致的。 此外，部分香豆素复合物被认为具有拮抗微生物活性的功能，本试验也检测了一些共生的拟南芥根际微生物对香豆素的敏感性。结果发现秦皮素对大部分伯克氏菌的生长有显著抑制，而莨菪亭素对较少的菌株存在显著抑制（图5D）。注：图5D中S*与F*分别代表添加50 μM莨菪亭素或者秦皮素后，该株系生长与对照间存在显著差异。 .  人工菌群和铁的活性对拟南芥生长的影响 Bai  et al .（2015）筛选的115株拟南芥根际细菌主要属于放线菌门和变形菌门（图6A）。这些菌株用于构建人工菌群来模拟自然环境中拟南芥根际微生物群落，从而检测在铁胁迫条件下根际微生物对拟南芥生长的影响。试验结果发现，在可利用铁充足的条件下，根际微生物对拟南芥生长（地上部生物量）无显著影响；相反地，在铁胁迫条件下，添加人工菌群则对拟南芥生长有显著促进作用（图6B和6C）。这种现象可能是香豆素抑制了部分共生菌的活性引起的。 为了鉴定不同菌株对植株缺铁的影响，本试验挑选了53株菌株进行单独接种。结果发现，在相同分类水平下，不同菌株对能否改善植株铁养分表现存在明显差异（图6D）。这说明微生物改善植株生长的功能存在冗余，并且具有菌株特异性。 注：（A）人工菌群的系统发育树。图中红色箭头表示用于图D的菌株。（B）不同形式铁养分下，接种人工菌群对拟南芥生长的影响。（C）不同形式铁养分对拟南芥地上部生物量和叶绿素含量的影响。（D）单独接种时，各菌株对拟南芥地上部生长的影响。*，**，***表示在 P  < ，，水平下存在显著差异。.  微生物调控拟南芥生长需要根系转运铁和分泌香豆素 为了确定微生物改善拟南芥的生长是通过改善其对铁养分的利用实现的，本试验选取了4种与铁调节相关的拟南芥突变体，其中 fro2 与 irt1 负责转运Fe2+， aha2 可以酸化根际环境， bts 是铁胁迫响应的负反馈调节基因。试验中发现，在铁胁迫环境中接种人工菌群时，野生型拟南芥地上部鲜重和叶绿素含量有显著提升； fro2 与 irt1 突变体植株长势更差并且叶片黄化； aha2 突变体生长有一定改善，但是与相应野生型相比无显著差异； bts 突变体对缺铁耐受力更强，接种对其生长有一定促进（图7）。此外，在可利用铁充足时，接种对各突变体的生长均无显著影响（图8）。这些结果再次证实了缺铁会导致植株生长缓慢，且微生物改善植株生长需要依赖植株自身的铁吸收系统。 在前期试验发现缺铁土壤中，仅 f6’h1 和 s8h 突变体地上部生物量显著降低，表明香豆素（尤其是莨菪亭素和秦皮素）对细菌调节植株对铁吸收是必须的（图3）。为了进一步验证该结果，本试验外源添加了莨菪亭素和秦皮素来观测其对拟南芥生长的影响。结果表明，添加秦皮素对可以显著增加 f6’h1 地上部生物量和叶绿素含量，而单独添加莨菪亭素则对 f6’h1 生长无显著影响（图9A和9B）。这说明拟南芥可能无法吸收外源莨菪亭素。 F6’h1 和 s8h 突变体在同时添加莨菪亭素和秦皮素均可提高植株地上部生物量（图9C）。这些结果表明秦皮素对调控缺铁环境中拟南芥与微生物间的互作从而改善植株生长是必须的。 .  香豆素和微生物互作可以减轻植株铁胁迫 试验中发现在铁胁迫条件下，添加人工菌群可以显著提高野生型拟南芥的铁含量，而对 f6’h1 突变体则无改善；当可利用铁充足时，野生型和突变体间无显著差异（图10A）。这些结果说明微生物促进缺铁环境中植株生长是通过改善植株铁营养。 为了验证在缺铁环境中微生物改善植株生长是增强植株铁胁迫响应机制还是提高可利用铁含量，本试验分析了野生型和 f6’h1 突变体拟南芥根系转录组的差异。PCA分析发现铁的可利用性和人工菌群是影响植株基因表达的最主要因素，分别可以解释18%和9%的变异。在可利用铁条件下，是否接种人工菌群可以将植株转录组样本完全区分开来；在铁胁迫条件下，各转录组样本间的差异则由人工菌群和植株基因型共同决定。值得注意的是，在铁胁迫条件下， f6’h1 突变体接种人工菌群的转录组样本与野生型间存在显著差异，并且野生型样本与可利用铁条件下接种人工菌群样本更为相似（图10B）。铁胁迫条件下， f6’h1 突变体比野生型鉴定出更多与铁胁迫相关的差异表达基因；类群4中大量基因在铁胁迫条件下表达上调，而类群8中则存在大量铁胁迫表达下调的基因（图10C）。将本试验GO注释结果与之前报道的结果进行对比发现，之前鉴定的12个铁胁迫表达上调基因中11个均属于类群4；13个铁胁迫表达下调基因中7个属于类群8（表2）。此外，铁胁迫也会激活部分胁迫响应基因的表达。对部分铁胁迫响应基因的分析发现，基因的表达不仅与铁胁迫相关，也与是否添加人工菌群相关（图10D）。这些结果表明植株响应铁胁迫会受到香豆素和根际微生物群落的影响。表 2  本试验转录组 GO 注释结果与之前报道的缺铁响应关键基因的对比 4.  结论 植物受益于多样化的根际微生物群落。了解这些有益微生物的机制对提高植物生产力有着重要意义。本研究探究了在铁胁迫条件下，拟南芥和根际微生物之间依赖植物分泌的香豆素的有益的相互作用。破坏这一途径会改变根际微生物群落并抑制铁胁迫土壤中的植物生长。此外，根际微生物群落改善植株生长取决于植物铁的转运和植株分泌的香豆素（主要是秦皮素）。植物和微生物间的有益互作是具有菌株特异性的，但在微生物群落的系统发育中是功能冗余的。根系转录组和元素分析表明，共生体和香豆素之间的相互作用可以改善植物铁营养来促进其生长。这些结果表明，香豆素通过激发微生物辅助的铁营养途径改善了植物的生长。我们认为，在香豆素的刺激下，植株根际微生物群落是植物适应铁胁迫土壤的重要媒介。 编辑∣冯曾威 审核∣姚青 广东省科学院微生物研究所菌种组-华南农业大学园艺学院土壤微生物组联合团队

微生物论文>>巧塔桥助达标19世纪德国教育学家第斯多惠认为：“一个坏教师奉送真理，一个好教师则教人发现真理。”这是很有道理的，因为学习是复杂的思维活动，是在教师引导下不断提出问题、分析问题和解决问题的过程。因此，在教学过程中，教师应根据学生实际，积极创造条件，巧妙搭桥，帮助学生达标。巧设疑，搭好兴趣—思维之桥课堂提问是教学活动中的重要形式，是师生感情交流的纽带，是课堂教学中信息反馈的主要途径。同时，也能诱发学生学习兴趣，启迪其思维，有助于达到教学目标。好的提问是启发学生思维的“激活酶”，强化记忆的“催化剂”。在讲授某一内容伊始，可先用适当有趣的事物来设置疑问，以诱发学生急于解疑的思维活动，引起他们强烈的学习欲望。例如，在讲授线形动物门——蛔虫时，学生对蛔虫比较熟悉，可是教师提出：蛔虫体积这样大，怎么能在人体内寄生呢？人体小肠分泌的消化液为什么不能将其消化吸收呢？这些问题对学生来说是陌生的。抓住学生熟悉但又不完全了解的事物，提出问题，设置悬念，可收到良好的教学效果。课堂问题设计成功与否，关键在于了解学生，掌握教学内容、目标，从而设计出不同的提问形式。所设计的问题要严谨，有针对性、灵活性，能引起学生的注意和思考，激发其兴趣，启发其思维，才能真正帮他们高效达标