教赛融合创新人才培养模式在生物技术专业实践与应用

教学过程中采用教赛融合的培养模式,对培养学生的自主学习力、理论联系实际能力和激发潜能感悟力等都有促进作用。本教研团队总结出一套适合提升人才质量的教赛资源融合、教赛能力融合、教赛评价融合的“以赛促教、教赛融合”的创新型人才的培养方案。在生物学教学中,通过增加实践教学学时,提升学生的创新思维、实践探索、团队协作能力,同时将参赛项目与教学内容部分融合,对部分教学任务进行项目化、模块化、竞技化改革,融入竞赛考核和晋级等激励机制,提高学生竞争与创新意识。采用线上分享课程内容、生物学相关获奖作品与线下知识技能训练混合式教学,建立师生共同体,学生随时随地完成学习任务,提出质疑与创新想法,教赛融合的人才培养模式能够达到培养高素质创新人才的目的,培养的学生在国内外竞赛上多次取得可喜成绩,旨在为生物学同类创新人才培养提供借鉴。

常温秸秆还田菌群的筛选及分解稻秆特性研究

【目的】对一组人工构建的常温(28℃)菌群的分解能力及分解性质进行研究,以获得常温下能够分解秸秆的微生物群及人工加速秸秆还田的分解技术。【方法】以多年堆积的稻草腐烂物为菌源,用改良的Mandels培养基经长期富集培养和定向驯化获得一组稳定的纤维素分解菌群。以标准的纤维素酶活性测定方法对分解过程中酶的活性进行评定,利用气质联机测定分解后的挥发性产物,用变性梯度凝胶电泳(DGGE)监测分解过程中菌种动态变化。【结果】5d后稻秆总减重量达到39.6%,在培养基占总体积1/5、pH=6、培养第5天时纤维素内切酶(CMC)活性表现最高,达到14IU·ml-1;培养过程中发酵液中有10余种挥发性产物,且不同时期产物的种类和浓度变化很大,从DGGE图谱发现在培养不同时期菌种组成有很大差异,通过各条带近缘种16s rDNA扩增信息构建系统树可见,各条带近缘种分别归属Clostridium、Brevibacillus、Bartonella、Bacteroidetes4个属。【结论】常温纤维素分解菌群能够加速稻秆分解。

一组纤维素分解菌复合系NSC-7的酶活表达特性

为了揭示一组具有降解纤维素和林丹双重功能的细菌复合系NSC-7的降解活性,本文对该菌系的分解能力、纤维素酶活性和半纤维素酶活性进行测定。结果表明,NSC-7在14d内,可降解稻秆干重的73.6%,其中降解纤维素82.1%,半纤维素58.2%,木质素5.4%。用广泛采用的酶活测定方法测定了4种纤维素酶和半纤维素酶活性,在培养的第8天,内切酶、总纤维素酶、外切酶和β-糖苷酶活性都达到最大值,分别为4.48U/mL、7.51U/mL、15.83U/mL和25.78U/mL。在培养的第5天,半纤维素酶活性达到最高值为280.9U/mL,其平均值比纤维素酶活性高43.71倍。

新疆杨组织培养技术

以新疆杨 (PopulusalbaL var.pyramidalisBge.)叶片和腋芽为外植体 ,对适合植株再生的培养基、激素配比和培养条件进行了研究。结果表明 :对于叶片 ,添加 0 0 5mg LTDZ、0 0 3mg LIBA的 1 2MS培养基诱导出的愈伤组织容易分化成茎丛 ,愈伤组织转接到含 0 5mg LBA、0 0 5mg LNAA的 1 2MS培养基内产生大量的丛生芽。腋芽诱导茎丛的培养基为 1 2MS +BA1 0mg L +NAA1 0mg L。不定芽在IBA0 0 3mg L +1 2MS的培养基内可诱导产生大量的根 ,生根试管苗驯化、移栽后成活率可达 91%。对实验过程中的玻璃化问题进行了系统实验 ,发现大量元素中NH+ 4浓度过高和多次继代是引起玻璃化的主要原因 ,并提出了 3点防止措施。

灰飞虱唾液腺三大解毒酶家族的转录组分析

灰飞虱Laodelphax striatellus(Fallén)是危害多种禾本科经济作物的重要刺吸式害虫。唾液腺对刺吸式口器昆虫取食植物尤其重要,其分泌的唾液可以帮助刺吸式口器昆虫刺穿植物、消化食物、解毒植物的次生物质。细胞色素P450单加氧酶(cytochrome P450 monooxygenase,P450)、谷胱甘肽S-转移酶(glutathione S-transferase,GST)和羧酸酯酶(carboxylesterase,CarE)是昆虫主要的解毒酶系。为了分析解毒酶基因在灰飞虱唾液腺中的表达谱,本研究对灰飞虱成虫唾液腺进行转录组测序、重头组装和注释,并与豌豆蚜Acyrthosiphon pisum和西方蜜蜂Apis mellifera的同源蛋白进行系统发育分析。发现有9个谷胱甘肽S-转移酶(glutathione S-transferase,GST)基因、22个羧酸酯酶(carboxylesterase,CarE)基因和39个细胞色素P450单加氧酶(cytochrome P450 monooxygenase,P450)基因在灰飞虱唾液腺中表达。通过对同源蛋白进行系统发育分析,发现灰飞虱唾液腺大部分的CarE是参与消化/解毒和激素/信息素的加工,而参与神经/发育的CarE很少;灰飞虱唾液腺表达的P450基因远远少于豌豆蚜和西方蜜蜂基因组的P450基因数,且只有CYP6和CYP4家族的成员;GST家族在3种昆虫的保守性最高。研究结果为灰飞虱对寄主植物和杀虫剂的适应性研究奠定了基础。

一组多功能细菌复合系NSC-7的培养特性及稳定性

本研究探讨了一组具有分解纤维素和农药林丹双重功能的复合菌系NSC-7的培养特性和稳定性。NSC-7在14d的培养过程中,使稻秆分解73.6%;用GC-MS测定结果发酵液中检测到10种化合物成分,其中峰值较大的依次为乙酸、甘油、丁酸、丙酸;NSC-7在-80℃冷冻和冻干条件下保存4年后仍具有稳定的秸秆分解能力和纤维素内切酶活性;经90℃高温处理30min后,仍能够保持分解能力,105℃处理30min后转接2次就能恢复分解能力,显示出很高的保存稳定性和热稳定性。利用DGGE分析多次继代接种过程的培养物结果条带基本没有变化,表明NSC-7的菌种组成稳定。

弱碱三元采出水ABR生物处理工艺研究

油田弱碱三元复合驱采出水的组成复杂,主要包括未分离的原油、悬浮固体、聚合物、碱、表面活性剂和化学药剂等。该研究针对大庆油田弱碱三元复合驱采出水的特点,采用厌氧折流板反应器(anaerobic baffled reactor,ABR)生物处理工艺对其进行处理。研究表明,在反应器稳定驯化驱油菌群的60 d中,随着驯化时间的延长,水力停留时间由最初72 h逐步缩短至24 h,增强菌群对复合驱采出水有机质的去除能力。经过3个月的驯化,检测各个指标发现,原水的油去除效率高达99.80%;悬浮固体含量去除率达94.40%,由初始的151.30 mg/L降至3.33 mg/L;表面活性剂含量降至10 mg/L以下,去除率50%;总碱度3 360 mg/L,去除率16%;聚合物含量650 mg/L,去除率7%,粘度下降20%。经气质联用仪检测原水与出水中主要物质发现其中的39种污染物大部分被去除,总体水质有显著改善,达标油田出水回注要求。

添加菌剂制作堆肥的肥效及菌群多样性分析

为了加速低温地区农牧废弃物转化为有机肥以用于培肥地力,筛选一组能够在14天内转化稻杆重量36%的菌剂。利用气质联用检测挥发性产物,发现其中含有L-乳酸、甲酸、乙酸和丙酸等多种能够培肥地力的有机质。在东北低温条件下,添加该菌剂制作堆肥与不添加菌剂的堆肥相比,添加菌剂堆温最高可达63.0℃,55.0℃以上的高温期为7天,比未添加菌剂的堆肥腐熟时间缩短17天。发酵57天后发现添加菌剂与不添加菌剂堆肥样品中可溶性糖含量分别为11.80和8.92 mg/L,C/N分别为12.65和13.69。添加菌剂培育的番茄种子和番茄幼苗长势也明显优于不添加菌剂的对照组。454高通量技术检测原菌剂与添加该菌剂制作的堆肥样品的菌群多样性,发现Bacteroides sp.、Firmicutes sp.和Clostridium sp.在2个菌群中都属于优势种,但添加菌剂制作的堆肥,其菌群多样性更加丰富。试验证明,添加菌剂制作堆肥不仅可缩短有机肥堆置时间还可以增加肥效。

纤维素酶活性改良的研究进展

纤维素酶对纤维素高效水解起重要作用,但目前的纤维素酶存在活性不高、对天然木质纤维素分解能力弱等因素限制其推广和应用等问题。本文对各种改良纤维素酶活性的方法进行总结,例如利用纤维素酶和底物性质、定向诱导、直接进化、化学物理诱变育种等方法实现纤维素酶性质的改良。对每种方法的优缺点进行比较分析,其中定向诱变技术提高酶活上,获得所需的功能酶都需要耗费大量的时间和精力,而利用直接进化的方法,不需要了解蛋白质结构和酶与底物之间的关系就能够成功筛选高活性的酶,此外,根据目标酶的性质和底物的特性进行筛选也具有其独特的优势。

好氧微生物对三元采出水含油量去除效能分析

好氧微生物处理在三元复合驱采出水表现出较好的应用前景,在油田实际污水处理过程中,要求能够尽量的回收原油,减少微生物对水中剩余原油的降解.研究采用已驯化好氧生物载体填料,通过原水的室内试验,考察微生物降解石油过程中,将原油用于自身代谢底物和将原油回收的比率.研究表明,164.53 mg/L的采出水中原油,约12%的原油被微生物吸收利用,80%原油被回收,同时还有约5%～8%处理过程中被挥发和损耗;如果污水处理工艺中,采用气浮装置进行原油的回收,微生物将原油用于自身转化利用率为5%.结果表明在污水处理过程中,好氧微生物作为一种生物催化剂,其维持自身生存所利用的原油较少,而用于三元污水的深度处理上具有很好的处理效果.

A/O交替驯化活性污泥积累PHB的研究

拟通过调整活性污泥在驯化过程中培养基内碳、氮、磷间比例及驯化模式,来提高活性污泥积累PHB的能力。以乙酸钠为碳源,在SBR内以A/O周期交替的循环驯化模式,逐级提高碳源浓度,限制氮源浓度,调整COD/N为10、20、50和125,人为地创造营养不均衡来逐步提高活性污泥内PHB的含量。当COD/N=125时,菌群积累PHA能力最强,当COD逐步升高至1 200 mg/L,COD/N/P=1 200/9.6/30时,活性污泥中PHB积累量达到最大,达到细胞干重的64.2%。驯化过程中污泥内PHB积累量逐步提高,苏丹黑染色、Albert染色及透射电镜显示结果说明,逐步提高碳浓度限制氮浓度的驯化方式对活性污泥积累PHB有促进作用。

微生物学综合大实习增设室外教学内容的教学改革探讨

在分析微生物野外实习的必要性和重要性的基础上,介绍了微生物综合大实习的内容设置以及实习安排及其具体实施。

活性污泥高产PHB菌群的驯化及菌群分析

利用厌氧好氧序批式反应器(SBR)通过调整培养基内碳、氮、磷浓度,探索出活性污泥高产PHB的驯化模式。随着COD浓度的升高,氮与磷浓度的下降,PHB含量逐渐上升。当COD上升至1 200 mg/L,COD/N/P是1 200/15/6,厌氧阶段PHB积累量最高可达菌体干重的74.2%。厌氧末期用透射电镜观察菌群细胞,发现大量白色颗粒存在于胞内。采用PCR-DGGE技术对菌群进行分析,结果表明菌群组成多样性丰富,且随着驯化条件的改变更有利于富集高产PHB菌种。其中以Methylobacteriaceae bacterium、Proteobacterium、Hydrogenophaga sp.和Rhizobiales bacterium 4个属为优势种。

中密度纤维板废水处理系统的工艺分析

中密度纤维板在生产过程中产生的废水成分复杂、浓度高、可生化降解的有机物含量低、处理难度大,采用普通污水处理厂的处理设备很难将其净化。本文采用生物净化的方法处理中密度纤维板厂产生的废水,使处理后废水的各项指标均达到GB 8978—2002《污水综合排放标准》中规定的二级排放标准,且净化后的废水可以在厂内循环利用,节约水力资源,保护环境。同时,产生的活性污泥可以转化为有机肥料,作为企业的副产品销售,进一步为企业创收效益。

木质纤维素分解菌复合系WSC-6分解稻秆过程中的产物及pH动态

为了探明WSC-6分解稻秆过程中的代谢特性，本试验以稻杆为唯一碳源，50℃静止培养WSC-6，以一次性添加不同量稻秆和多次连续添加的方式，研究了WSC-6分解稻杆的相对分解率、绝对分解量、分解产物及pH变化特性.结果表明，一次性添加1%稻秆时，pH由初始的7.8迅速下降，第3 d降到6.0后逐渐回升，6 d后稳定在8.0左右，在此过程中DO值保持在0.01-0.12 mg·L^-1微好氧条件.以GC-MS法在稻杆分解过程中检测到乙醇、乙酸、乳酸、甘油等10种以上有机物，其中乳酸的含量最高，为7.381 g·L^-1.在90 d的实验中，一次性添加不同量稻秆时，随着稻秆量的增加，pH下降得快而低，且回升时间拖后，当稻秆量为5%时pH下降到5.0后不再回升.在多次连续添加稻秆的实验中，隔12d和15d添加的处理pH重复下降和回升的规律性变化，分解活性保持旺盛.90 d后隔15 d添加的处理相对分解率最高，为86.7%；绝对分解量以隔6 d添加的处理最高，为32.4 g.pH变化规律能够反映WSC-6对木质纤维素的分解进程及分解活性.

水曲柳扦插繁殖影响因子的分析

在林下和温室内的插床中,对水曲柳(Fraxinus mandshurica)扦插繁殖的环境、母树年龄、采条部位、顶芽有无、切口形状、生根促进物质等进行了研究.结果显示,温室内的平均生根率为83.0%,林下生根率几乎为零.在保证插穗周围有近乎饱和的空气湿度的环境下,采自水曲柳1～2年生实生萄的插穗,枝条中下部的无顶芽、斜切口插穗的生根率达92.2%.NAA 1000 mg/L浸泡插穗基部5 min的生根率为71.7%;IBA 50 mg/L浸泡插穗基部12 h的生根率为84.5%,ABT2生根粉的生根率为92 2%.

堆肥化过程中微生物群落的动态

通过变性梯度凝胶电泳（DGGE）和平板计数法对堆肥化过程中微生物的区系动态变化进行了研究.结果表明,在堆肥化过程中,微生物数量总的趋势是细菌的数量最多,放线菌次之,真菌的数量最少,中温微生物的数量始终高于高温微生物.当发酵结束后,中温微生物的数量低于发酵初始水平,高温放线菌和高温真菌的数量试验结束后高于初始水平,高温细菌的数量在整个堆肥化过程中变化不大.通过DGGE分析表明,发酵过程中细菌的种类发生了明显的更迭现象.发酵初期Bdellovibrio、Clostridiabacterium、Bacillus、Clostridium等占优势,中期Beta proteobacterium、Petrobacter succinimandens、Nitrospiraebacterium、Clostridium等占优势,后期Clostridium、Beta proteobacterium、Paenibacillus等占优势,而在整个堆肥化过程中Clostridium都是优势种.

复合系WSC-6的菌种组成特性及其木质纤维素分解能力

利用平板分离法与变性梯度凝胶电泳(DGGE)法研究了高效分解木质纤维素的微生物复合系WSC-6的菌种组成,平板法分离得到了9株好气性的细菌,它们与Pseudoxanthomonas taiwanensis、Tepidiphilus margaritif er、Bacillus sp.E53-10、Proteobacterium S072、Beta proteobacterium HMD444、Rhizobiaceae str.M100、Petrobacter succinimandens BON4、Bacillus thermoamylovorans、Paenibacillus sp.SAFN-016的相似率分别达到了97.5%,99.0%,98.4%,100%,98.9%,99.3%,98.1%,99.5%,99.8%。利用DGGE分析表明,复合系中还存在利用平板法难以培养的5株厌氧或者兼性厌氧细菌,它们的16SrDNA V3区的序列与Ureibacillus thermosphaericu、Clostridium thermosuccinogenes、Clostridium thermopalmarium、Uncultured Clostridium sp.clone A1-3、Uncultured bacterium tbr4-24具有很高的相似率。在50℃静置培养条件下,接种3d后复合系WSC-6可以分解添加稻秆总量的81.3%。好氧菌与厌氧菌共存于复合系中,复合系表现出了高的细菌组成多样性,从而保证了复合系具有强的稳定性和多菌协同分解木质纤维素的能力,明确菌种组成多样性对于研究复合系高效分解木质纤维素的机理意义重大。

蒙古栎硝酸还原酶活性、叶绿素及可溶性蛋白含量与生长性状的关系

对蒙古栎8个不同的种源进行了硝酸还原酶活性、叶绿素及可溶性蛋白含量的测定。结果表明:蒙古栎不同种源间硝酸还原酶活性、叶绿素含量及可溶性蛋白间存在明显差异,且与生长性状呈极显著的正相关。硝酸还原酶活性、叶绿素、可溶性蛋白含量可作为蒙古栎早期选择的生理指标。参试的集安种源的硝酸还原酶活性、可溶性蛋白含量及叶绿素含量均较高,可初步认为是优良种源。