基于CiteSpace干旱区生态系统植被恢复研究进展

气候变化背景下,干旱区生态系统植被恢复面临着巨大挑战,具有重要的研究价值,是生态学的重要研究方向。使用CiteSpace软件对干旱区生态系统植被恢复的研究进展情况进行了数据挖掘和计量分析,对该主题下发文数量变化趋势、主要研究力量以及研究主题发展路径进行了展示。研究发现:(1)发文数量整体呈现出显著增加的趋势,大致经历了慢速、平稳、快速3个增长阶段,不同阶段的研究热点不同。当前的研究主要集中于“土壤水分”、“弃耕地”、“生物土壤结皮”、“分层土壤”等聚类主题,与工程学、水文学、地学等相关学科的交叉研究日益增加;(2)中国、美国和西班牙是发文量最多的国家,中国科学院是发文数量最多的机构,李新荣等人构成了该研究主题下的核心作者群;(3)气候变化背景下恢复植被抗旱策略、恢复生态系统结构和功能的变化规律可能是近期干旱区生态系统植被恢复的研究热点。

木质纤维素丁酸预处理及其高效合成丁醇的调控

利用可再生的木质纤维素资源生产丁醇等液态燃料,可以实现农林废弃生物质的高值转化。以典型农林废弃物玉米秸秆为研究对象,选取丁醇生物合成前体物质丁酸作为预处理剂,拟建立生物质高效解聚/酶解及丁醇合成的优化工艺。结果表明:在180℃、50 g/L丁酸溶液中预处理0.5 h后,固体组分中的葡聚糖质量分数提高至47.25%,葡聚糖质量回收率达88.53%;在此预处理工艺下将固体组分进行酶解,当固液比和纤维素酶添加量分别为1∶5(g∶mL)和10 FPU/g底物时,酶解72 h的葡萄糖质量浓度达到70.8 g/L。这说明丁酸预处理可以有效破解玉米秸秆的复杂结构,进而提高纤维素酶的可及度。以丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicum ATCC 824)为发酵菌株,探究了秸秆酶解得到的葡萄糖和预处理残余丁酸作为底物进行丁醇合成的性能。当利用秸秆酶解产生的葡萄糖作为补料碳源时,丁醇产量从4.89 g/L提高到9.34 g/L。将秸秆酶解液和残余丁酸作为共底物补料时,发酵结束时的丁醇产量和生产效率分别达到10.58 g/L和0.147 g/(L·h),比对照组提高了116%,这表明酶解葡萄糖和丁酸可以提高细胞中丁醇合成通路的代谢强度,实现了丁酸预处理条件下玉米秸秆高效合成燃料丁醇的目标。研究结果可为利用农林废弃物资源生产生物燃料提供理论和技术支撑。

木质纤维素预处理衍生抑制物对产溶剂梭菌的胁迫机制及解抑制策略研究

产溶剂梭菌利用木质纤维素类生物质生产丁醇等液态燃料,是缓解当前能源紧缺、温室气体过量排放的有效途径之一。预处理操作是木质纤维素生物转化的关键步骤,而在此过程中衍生的一系列发酵抑制物是限制其高效/高值转化的主要瓶颈;了解木质纤维素在不同预处理条件下的抑制物衍生特征、解析产溶剂梭菌对该类物质的胁迫响应机制,并建立高效的解抑制工程策略,是实现梭菌高效合成生物丁醇的关键。基于此,首先,介绍多种预处理工艺的优缺点及衍生抑制物种类和质量浓度特征,其次,阐述产溶剂梭菌对主要预处理抑制物的胁迫响应机制,并重点介绍各类高效的解抑制工程策略。最后,展望了木质纤维素高效转化生产燃料的发展趋势,探讨包括应用人工神经网络辅助的预处理工艺优化、基于适应性实验室进化策略和合成生物学等技术手段强化菌株耐受抑制物的鲁棒性能等研究方向。本文将为木质纤维素资源转化和生物丁醇的高效生产提供借鉴。